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机电工程学院毕业设计说明书设计题目: 前置前驱乘用车总体设计 学生姓名：学 号：专业班级：指导教师： 目次1 引言 12 汽车主要形式的选择 12.1汽车的轴数 12.2汽车的驱动形式 12.3汽车的布置形式 13 汽车主要参数的选择 23.1汽车的主要尺寸参数 23.2汽车的主要质量参数 33.3汽车的主要性能参数 44 汽车主要总成部件的选择 74.1发动机的选择 74.2轮胎的选择 94.3变速器的选择 104.4其它总成的选择 125 汽车的总体布置设计 145.1汽车总布置图基准线的确定 145.2汽车主要总成部件的布置 145.3车身的布置设计 155.4运动校核 15设计总结 17参考文献 18致谢 171引言本设计HG7164乘用车总体设计作为整个汽车设计的第一个环节，在整个汽车的设计中有着十分重要的统领全局设计的作用，本文将从整车设计方案、各总成的配合与协调、总体布置、设计计算等各个方面阐述该车的总体设计。2汽车主要形式的选择2.1汽车的轴数本设计车辆为质量较轻的紧凑型乘用车，设计目的仅为满足客户最基本的出行需要，因此对轴荷的要求不高，一般常见的两轴便可满足要求，本设计便采用结构、制造简单，成本较低的两轴式。2.2汽车的驱动形式本设计采用市面上最常见的4X2驱动形式。2.3汽车的布置形式本设计采用前置前驱的布置形式,良好的转向不足特性使整车的操作稳定性、舒适性都能得到保证。由于没有很长的传动轴，较短的传动路线使整车的总质量比较轻，有利于提高汽车的燃油经济性，同时也降低了制造成本，良好的发动机接近性也有利于日后的维修。图1 不同形式的布置形式图2 前置后驱的驱动形式3汽车主要参数的选择3.1汽车的主要尺寸参数3.1.1轴距L轿车的轴距与其市场定位、总体长度和用途有关，轿车的轴距与总长之间要有适当的比例，轴距一般为总长的54%60%。本次设计的HG7164乘用车作为一款定位于家用、紧凑型的中级汽车，要达到机动性好、成本低的目的，因此轴距不宜过长，参考表1提供的相关数据，本次设计轴距采用2600mm。3.1.2前轮距B1、后轮距B2轮距的大小对汽车的横向稳定性、整车总体宽度和总质量都会产生影响。轿车一般的轮距可按照经验公式初步选定：B=0.75Ba+10080或B=kL其中，B轿车的轮距，mm；Ba轿车总宽，mm；L轿车轴距，mm；k系数，轿车一般取0.50.54。参考表1中各级别轿车的轮距，本次设计的汽车轮距取：前轮距1475mm，后轮距1476mm.表1 各级别轿车的轴距和轮距车型类别轴距L/mm轮距B/mm轿车微型2000220011001380普通2100254011501500中级2500286013001500中高级2580340014001580高级29003900156016203.1.3前悬LF和后悬LR 汽车前悬的设计长度应考虑到在此长度内能否布置下发动机、转向器、水箱等部件，过短会导致上述部件无法安装下，过长会导致汽车的接近角变小从而影响通过能力。轿车后悬长度主要影响汽车后备行李箱的大小和轴核分配的要求，过短过长分别会影响整车携带货物能力和离去角大小。本设计选取前悬LF=905mm，后悬LR=1010mm。3.1.4外廓尺寸轿车总长可根据下述经验公式选取：La=L+LF+LR或La=LC其中：L轴距，mm；LF前悬，mm；LR后悬，mm；C比例系数，对于前置前驱的汽车，取0.620.66。轿车总宽可按经验公式取值：Ba=La3+(19560)其中：Ba汽车总宽，mm；La汽车总长，mm。本设计车辆总长取4515mm，总宽取1725mm，总高取1445mm。3.2汽车的主要质量参数3.2.1汽车的装载量轿车一般情况下主要用于载送乘客人员，因此其装载量就是可承载的最多人数，本车作为中级车最大载客量一般为5。3.2.2汽车的整备质量作为一项重要的设计指标，汽车的整备质量的大小可以粗略评估一辆车整体的使用油耗与设计成本。本车整备质量取1250kg。3.2.3汽车的总质量轿车的总质量可由下式确定：ma=m0+mf+mp其中：ma汽车总质量，kg；m0汽车整备质量，为1250kg；mf附加设备质量，取55kg；mp乘客和驾驶员质量，每人以65kg计算，取325kg。根据上式便可得出该车的总质量，为1630kg。3.2.4汽车的轴荷分配汽车的轴荷分配即前后轴所承载重量占整车的比重。参考表2，本车轴荷分配为：空载时：前轴58%62%，后轴38%42%；满载时：前轴50%55%，后轴45%50%。表2各类轿车的轴荷分配范围车型空载满载前轴后轴前轴后轴轿车前置前驱FF56%66%34%44%47%60%40%53%前置后驱FR50%55%45%50%45%50%50%55%后置后驱RR42%50%50%58%40%45%55%60%3.3汽车的主要性能参数3.3.1动力性参数直接档和档最大动力因数D0max和DmaxD0max的选择主要考虑对汽车加速性、经济性的要求，Dmax标志着汽车的爬坡能力和通过能力的好坏，该两项参数的值均要求在表3所规定的范围内，随后的计算中会对这两项参数进行校核。最高车速uamax参考表3的相关数据，本车设计最高车速为180km/h。比功率和比转矩各国均对这两项指标有所规定，参照表3，本车比功率拟定范围4550kW/t，比转矩拟定范围为90100Nm/t。 表3 轿车动力性参数取值范围汽车类别直接档最大动力因数D0max档最大动力因数Dmax最高车速uamax/（km/h）比功率/（kW/t）比转矩/（Nm/t）轿车微型发动机排量1.0L0.070.110.300.409012018504060普通级1.01.6L0.090.120.300.4512016036648099中级1.62.5L00.50160200436890110中高级2.54.0L00.50180220507295125高级4.0L00.5020026060110100160加速时间本设计汽车采用0到100km/h的百公里加速时间，设计值定为13s。上坡能力汽车的上坡能力一般用最大爬坡度来表示。轿车的工作环境大部分在城市地区，路况通常较好，因此所要求能达到的坡度要求不高，本设计最大爬坡度30%，即16.7。3.3.2机动性参数汽车机动性参数主要指汽车的最小转弯半径Rmin，即当转向盘转至极限位置时由转向中心至前外轮接地中心的距离，其值与汽车的轴距、轮距及车轮的最大转向角有关。轿车的通常为轴距的22.5倍，参照表4，该车的为5.2m。表4 各级轿车的最小转弯半径级别Rmin/m微型3.55.0普通级4.56.0中级5.06.5中高级5.07.0高级.3操纵稳定性参数前、后轮侧偏角绝对值之差本车设计值为2。车身侧倾角本车设计值为2。制动点头角为了减小汽车在通过凹凸路面时对乘客造成的不适感，汽车以0.4g的减速度制动时，车身的点头角不应大于1.5，本车设计值为1。3.3.4行驶平顺性参数汽车的行驶平顺性一般以垂直震动参数来表示，本设计以前后悬架的静、动挠度或偏频及车身振动加速度等参数值作为设计要求。表5给出了相关参数的取值范围，通常情况下，n1与n2要接近且n2略大于n1。表5 汽车悬架的偏频、静挠度和动挠度车型满载时偏频n/Hz满载时静挠度fc/cm满载时动挠度fd/cm前悬架n1后悬架n2前悬架fc1后悬架fc2前悬架fd1后悬架fd2轿车普通级、中级1.021.441.181.58121410188111014高级0.911.120.981.292030152681110143.3.5制动性参数我国通常以车速30km/h的最小制动距离来评价汽车的制动效能，表6给出了相关参数范围。表6 汽车制动距离的统计值范围车型va=30km/h时的制动距离/mva=50km/h时的制动距离/m轿车微型5.06.0普通级5.56.5中级5.56.5中高级、高级5.28.014193.3.6通过性参数在总体设计中需要确定的有：最小离地间隙hmin、接近角、离去角及纵向通过半径，参照表7的取值范围，本设计汽车hmin取180mm，取27，取25，取6m。表7 汽车通过性的几何参数车型最小离地间隙hmin/m接近角/（）离去角/（）纵向通过半径/m轿车微型、普通级0.120.182030152535中、中高、高级0.130.20584汽车主要总成部件的选择4.1发动机的选择4.1.1发动机形式的选择就目前整个汽车市场而言，绝大部分的汽车均采用往复活塞式内燃机，其分为柴油机和汽油机两大类。从市场现有发动机可挑选性、质量、成本、震动、噪声和可互换性等角度考虑，本设计汽车采用直列往复活塞式汽油发动机。4.1.2发动机最大功率及其相应转速发动机最大功率可由汽车的最高车速来确定：Pemax=1T（magf3600uamax+CDA76140uamx3）式中，Pemax发动机最大功率，kW；T传动系的传动效率，轿车一般取0.9；ma汽车总质量，取1630kg；g重力加速度，取9.8g；uamax最高车速，km/h，本车取180km/h；f滚动阻力系数，对轿车而言，f=0.0165+0.0001（ua-50），其中ua为车速（km/h），本车f计算得0.0295；A汽车正面投影面积，m2。对于轿车而言，可按前轮距、汽车总高 等尺寸近似计算，即，对于本车而言，A计算得1.66；CD空气阻力系数，轿车一般取0.280.4，本车取0.3。将相关参数带入式中，计算得：Pemax=10.916309.80.02953600180+0.31.66761401803=68.56kW由该式计算出的功率为发动机的净功率，即有效功率，而发动机最大额定功率通常比有效功率高12%20%，所以可选择的发动机最大额定功率区间值为76.7982.28kW。轿车发动机最大功率的相应转速np一般比较大，多在4000以上，参考其他同级车辆，本车拟定np=6000。4.1.3发动机最大转矩及其相应转速Temax=KMTP=9549KMPemaxnp式中，Temax发动机最大转矩，Nm；KM转矩适应性系数，参考同级别发动机实验值选取，一般汽油机取1.11.3，本车取1.15；TP最大功率点的转矩，Nm；np最大功率点转速，r/min；Pemax发动机最大功率，kW。将上述参数带入式中，可得：Temax=95491.15（76.7982.28）6000=（140.54150.59）Nmnp和nT之间要求满足关系式：npnT=1.42.0由此，nT可得取值区间为30004285r/min，本设计取3600。根据上述计算与选择的相关主要参数，本次设计车辆决定选用F16D3型发动机，其相关性能参数如下表所示：表8 F16D3型发动机性能参数发动机型号F16D3气缸排列型式L型进气类型自然吸气型式MT/AT排气量（ml）1598压缩比9.5供油方式多点电喷气门结构双顶置凸轮（DOHC）最大功率（kW/rpm）78/6000最大扭矩（Nm/rpm）146/3600排放法规国四缸盖材料铝合金缸体材料铸铁燃料类型汽油从参数中可以看出，该发动机最大功率为78 kW在设计计算中所规定的区间76.7982.28kW范围内，最大扭矩为146 Nm，同样在（140.54150.59）Nm的设计范围，均满足设计要求。4.2轮胎的选择轮胎的型号和尺寸是一项十分重要的计算参数，其在制动系、转向系的设计计算中对结果的影响甚大，需谨慎选取。图3 CINTURATO P1型轮胎由于子午线轮胎比起普通斜线轮胎和带束斜交轮胎有如耐磨性好、使用寿命长、附着性能好等众多优点，综合考虑，本设计选用倍耐力CINTURATO P1（185/65 R14）型轮胎：该轮胎的生产过程中使用环保的材料以降低工厂对环境的污染，同时在保证长使用周期的前提下能最大限度地降低汽车油耗和二氧化碳的排放，并保持高性能和安全性、提高驾驶舒适性。4.3变速器的选择4.3.1最小总传动比imin最小总传动比imin可由最高车速来确定：imin=0.377nprruamax式中，rr车轮滚动半径，计算得0.289m；np发动机最大功率对应的转速，为6000r/min；uamax汽车最高车速，为180km/h。带入相关数据，得：imin=0.37760000.289180=3.632用下式对直接档最大动力因数D0max进行校核：D0max=Ft-FwG0.113查表3知该值在直接档最大动力因数D0max要求的范围内，因此最小传动比imin可取该计算值。4.3.2主减速器传动比i0本设计采用带有直接档的三轴式变速器，则主减速器传动比i0就等于传动系最小总传动比imin，即i0=3.632。4.3.3最大传动比imax由Ftmax=Ff+Fimax或Ttq maxig1i0Tr=Gfcosmax+Gsinmax即ig1G(fcosmax+sinmax)rrTtq maxi0T式中, Ttq max发动机最大转矩，为146Nm；ig11档传动比；i0主减速器传动比，为3.632；T传动系效率，取0.9；rr车轮滚动半径，为0.289m；f滚动阻力系数，取0.0295；max最大爬坡度，取16.7。将上述数据带入式中，可得：ig116309.8(0.0295cos16.7+sin16.7)0.2891460.93.632=3.05用下式中对Dmax进行校核：Dmax=fcosmax+sinmax=0.3156根据表3提供的档最大动力因素范围，该值满足要求，因此可取计算值范围。同时，汽车驱动轮仍需满足路面附着条件：Temaxig1i0TrrG2即ig1rrG2Temaxi0T其中，路面附着系数，干燥、良好的沥青或混凝土路面一般为0.70.8，这里取0.75。带入相关参数可得：ig10.2890.520.7516309.81463.6320.93.773综上可知档传动比取值范围为3.05ig13.773，本设计ig1取3.5。4.3.4档位数与各档传动比的选择本车选用5档变速器。各档分配的传动比可按等比级数分配，即：ig1ig2=ig2ig3=ig3ig4=ig4ig5=q因5档为直接档，即ig5=1，则由ig1=3.5，得ig4=q，ig3=q2，ig2=q3，ig1=q4即：ig4=4ig1=1.368ig3=4ig12=1.871ig2=4ig13=2.559但实际上各档传动比满足下式关系：ig1ig2ig2ig3ig3ig4ig4ig5但各档位间的比值一般不超过，综合考虑，本设计变速器各档位传动比的分配如下表所示：表9 变速器各档位传动比的分配档位1档2档3档4档5档倒档传动比1.3213.34.4其它总成的选择离合器、主减速器、悬架、转向系统、制动系统、车架与车身等剩余总成或结构的选择均从成本、性能、质量等角度出发进行，本着减轻质量、节约油耗、对汽车有良好适应性、满足合理的人机工程学等原则，选择出最可靠、安全、经济的相关部件，现将选择的结构汇总于下表：表10 部分总成部件或结构的选择离 合 器类型摩擦式离合器从动盘类型单盘压紧机构膜片弹簧从动盘外径尺寸180mm工作环境干式分离指向拉式操纵机构人力机械式主 减 速 器类别单级式齿轮副结构、轮齿类型斜齿圆柱式传动比3.632悬 架 系 统前悬架类型麦克弗森式独立悬架结构滑动立柱、横摆臂、减震器后悬架类型扭转梁随动臂式半独立悬架结构无需横向稳定器转向系统转向类型液压动力辅助转向盘三辐条式、皮革套、位置可调转向轴装配吸能装置、万向节，可锁止转向盘极限圈数3圈转向器类型齿轮齿条式、可逆式转向系角传动比20最小转弯半径5.2m制 动 系 统行车制动形式真空助力、ABS助力比5双回路类型型驻车制动形式机械式、可锁止前后制动器类型盘式制动盘直径250mm钳盘类型浮钳盘式驱动机构简单制动制动缸主缸活塞直径38mm轮缸活塞直径28mm车 身壳体形式承载式材料铝合金车门开启方法顺开式数量4车窗风窗前、后均为曲面玻璃升降玻璃圆柱面、按钮式调节附属装置及安全防护装置座椅前后位置、倾斜度可调前、后保险杠及护条安全气囊三点固定式安全带5汽车的总体布置设计5.1汽车总体布置图基准线的确定绘制汽车的总布置图，首先要确定各视图的基准线：地面线、前轮中心线、车架上平面线、汽车中心线、前轮垂直线。这些基准线是绘图设计的参考基准，对汽车的总体布置和制图有重大影响。5.2汽车主要总成部件的布置5.2.1动力总成的布置发动机上下位置的布置要考虑发动机油底壳到路面的距离应满足汽车在满载情况下对最小离地间隙的要求；发动机过高容易出现下面达到离地间隙极限、上面碰到发动机罩的的现象，此时需要协调整车总布置和车身布置；发动机前后位置的布置也应考虑轴荷分配与前排乘坐空间等因素以提高汽车的性能与乘坐舒适性；前置前驱发动机的乘用车曲轴中心线与水平线常形成的夹角。5.2.2传动系的布置传动系的布置形状从侧面看去一般为U形，这样可有效降低汽车地板高度，增大后排座椅到前排座椅的距离。5.3.3转向系统的布置转向盘的布置以保证驾驶员有充足外部视野和内部仪表视野为原则，使方向盘与水平面呈一定夹角。转向杆件和转向器的布置要保证在极限运动范围内无死角或死点，并且不能产生运动干涉，以保证转向系与整车运动协调。5.3.4制动系统的布置操作方便是对制动踏板和手制动杆件的首要要求，其次操纵杆件位移时应无死角和干扰，以保证车身震动时不会发生自行制动的现象。5.3.5悬架的布置轿车悬架的布置要满足汽车具有一定运动性的要求，减震器尽可能直立布置以充分利用有效行程。前悬架要留出足够空间满足转向轮的转向需求。5.3.6其他部件的布置备胎的布置布置在行李箱下以方便取出。油箱的布置布置在行李箱内，并远离消音器和排气管。蓄电池的布置为缩短线路与起动机同侧并要求距离达到最小。声器的布置消声器应尽量靠近刚性横梁并与地板间要留有足够间隙。5.3车身的布置设计车身的布置设计首先应确定各总成、构件的主要控制点和主要中心线以作为后续设计的依据点。然后进行车身内部的布置，在必要时，布置设计中应采用人体模型以保证结构的合理性。5.4运动校核本设计需要确定前轮转向轮的跳动、传动轴跳动、转向传动装置与悬架共同运动。 图4 转向拉杆与悬架导向机构的运动协调校核图图5 转向轮跳动图图6 传动轴跳动图设计总结本次的HG7164乘用车总体设计在发动机、变速器的选择计算上都严格按照设计规定进行，在结果上取得了令人满意的结果，达到了设计之初的期望，但是在其余总成的选择、总体布置和运动校核上存在着很多的不足与缺陷，由于参考文献上对这部分描述的不详细，没有很权威的内容供参考，以及在课堂学习上的缺失使得这部分内容没有达到期望，希望能在今后的学习中对这部分内容进行补足。在绘图方面，整车的图纸绘制都能按照制图规范进行，在外形设计上增加了个性内容，但同时也暴露出了很多问题，比如比例选择、线型调整等问题。由于长时间没有使用绘图软件导致本设计在制图开始就举步维艰，绘图的不熟练使自己花费了很多的时间去适应，这也提醒自己在今后的学习、工作上对绘图应引起足够的重视。总的来说，本次的毕业设计不仅将大学四年所学的知识重新梳理了一遍，同时在应用中又有了新的认识与收获，在与同组人员的沟通中也学习到了团队合作的意识，这些都会对自己今后的发展打下坚实的基础，帮助自己更好、更快到成长。参考文献1 唐新蓬.汽车总体设计.北京：高等教育出版社，20102 王望予.汽车设计（第四版）.北京：机械工业出版社，20043 陈家瑞.汽车构造上册（第五版）.北京：人民交通出版社，20064 陈家瑞.汽车构造下册（第五版）.北京：人民交通出版社，20065 余志生. 汽车理论（第五版）.北京：机械工业出版社，20096 国忠.现代设计方法在汽车设计中的应用. 沈阳：东北大学出版社, 20027 诸文农.底盘设计（上册）.北京：机械工业出版社，19818 刘茂光.汽车轮胎手册.北京：人民交通出版社，19879 张君媛、杨阳.汽车总布置的设计参数. 199710郭秀荣、马雷.汽车造型设计.北京：机械工业出版社，201211王国权、龚国庆.北京：机械工业出版社，200912徐灏.机械设计手册(第4卷).北京:机械工业出版社,199113汽车工程手册编辑委员会.汽车工程手册M：设计篇.北京：人民交通出版社，2001.14濮良贵.机械设计(第八版)北京：高等教育出版社，200615黎亚洲.汽车底盘构造与维修图解北京:电子工业出版社，200916黄金陵汽车车身设计第一版北京:机械工业出版社，2007致谢本次的毕业设计是在很多人的帮助下完成的，在这里我要首先感谢我的毕业导师贾振华老师对我的帮助。作为一名总体设计人员，我需要对各总成设计人员保持联系，而贾老师能在出差的路上能抽出时间把每个设计人员的联系方式以短信的方式编辑发送给我让我很感动，也因此让我能很顺利地统领全局，完成了本次的总体设计。在设计遇到苦难，说明书和图纸中出现很多错误与不规范的地方时贾老师也总能及时指出我的错误并悉心对我进行辅导，令我非常受益。同时我也要感谢整个汽车教研室对我的帮助，教研室里的每一位老师都非常热情、耐心地在我的设计过程中对我进行指导，提供了很多宝贵的建议,避免了我走弯路。最后，我要感谢我们小组里每一位设计人员，平时与他们的相互交流为我的毕业设计提供了很多的帮助与支持，每一个人都很积极地为我的设计提供数据并提出自己的想法，让我的毕业设计变得充实而饱满。可以说，没有贾振华老师、汽车教研室与同组人员的帮助，我就不会顺利完成我的毕业设计，在这里我要再次感谢他们，谢谢！机电工程学院毕业论文外文资料翻译论文题目: HG7164乘用车总体设计 译文题目： 现代电动,混合动力和 燃料电池汽车基础,理论和设计 学生姓名：学 号：专业班级：指导教师：正文：外文资料译文 附 件：外文资料原文 指导教师评语： 签名： 年 月 日正文：外文资料译文文献出处：现代电动,混合动力和燃料电池汽车基础,理论和设计第一章第一至第四节，作者：Mehrdad Ehsani教授；Yimin Gao教授；Ali Emadi教授。环境影响和现代运输史内燃发动机车辆的发展，特别是汽车，是现代科技最伟大的成就之一。汽车通过满足人们在日常生活中对不同移动性的要求，对现代社会的发展做出了巨大的贡献。汽车行业的快速发展，不同于其它行业，促使人类的进步从原始的安全性发展到了高度发达的工业体。汽车行业和服务于该行业的行业构成了世界经济的支柱，并且占了雇佣劳动人口的最大份额。然而，世界各地大量汽车的使用已经造成并将继续造成对环境和人类生活的严重问题。空气污染，全球变暖和地球石油资源的快速耗竭是现在最关心的问题。在最近的几十年中，对运输的相关研究和开发活动已经强调了高效，清洁和安全运输发展的必要。通常情况下，电动汽车（EV），混合动力电动汽车（HEV），和燃料电池汽车已提出在不久的将来取代传统的车辆。本章回顾了空气污染，气体排放引起的全球变暖和石油资源枯竭的问题。并且也给出了电动汽车，混合动力汽车历史和燃料电池技术的简要回顾。1空气污染目前，所有的汽车都是通过碳氢化合物燃料的燃烧而获得其推动力所需的能量。燃烧是燃料和空气所产生的反应，并释放出热量和燃烧产物。热量通过发动机转化成机械能并且燃烧产物排放到了大气中。HC是一种其分子由碳原子和氢原子组成的化合物。理想情况下，碳氢的燃烧只会产生不会对环境造成危害的二氧化碳和水。事实上，绿色植物通过光合作用吸收二氧化碳。二氧化碳是植物生命所需的必要成分。除非是空气中氧气几乎不存在，动物的呼吸并不受吸入二氧化碳的影响。事实上，在燃烧发动机中，HC的燃烧从来都不是理想的。除了二氧化碳和水，燃烧产物中包含了一定量对人体健康有毒的氮氧化合物（NOx）, 一氧化碳（CO），和未燃烧的碳氢化合物。1.1氮氧化物氮氧化物产生于空气中氮气和氧气之间的反应。理论上讲，氮气是一种惰性气体。然而，发动机中的高温高压环境却为氮氧化物的产生创造了有利的条件。温度是迄今为止氮氧化物形成的最重要的参数。最常见的氮氧化物是一氧化氮（NO），少量的二氧化氮（NO2）和微量的氧化亚氮（N2O）。一旦释放到空气中，一氧化氮就会和氧气反应生成二氧化氮。而二氧化氮接着又会在太阳紫外线的作用下分解为一氧化氮和会对生物活细胞膜产生攻击的高活性氧原子。氮氧化物对烟尘的产生负有一定的责任，其呈褐色的颜色可以使烟雾可见，它也会和大气中的水分反应形成可溶于雨水的硝酸（HNO3）。这种现象被称为“酸雨”，酸雨对工业发达国家森林的破坏负有责任，酸雨也会对由大理石制成的历史遗迹造成破坏。1.2一氧化碳一氧化碳是在缺氧环境下，由于HC的不完全燃烧而产生的。对于吸入一氧化碳的人和动物而言，它是一种有毒物质。一旦一氧化碳到达血细胞，它就会取代血红蛋白中的氧，从而减少了到达各个器官的氧的数量并降低了影响生物的生理，心理能力。头晕是一氧化碳中毒的首发症状，并且可迅速导致死亡。一氧化碳与血红蛋白的结合力比氧更强烈。这种结合物的性质十分稳定，身体正常的代谢无法分解破坏它们。因此一氧化碳中毒的人必须在加压室中治疗，其中的压力使它更容易打破该一氧化碳血红蛋白结合物。1.3未燃烧的碳氢化合物未燃烧的碳氢化合物是由于碳氢化合物的不完全燃烧而生成的。根据其性质，未燃烧的碳氢化合物对生物可能是有害的。这些未燃烧的碳氢化合物可直接成为有毒物质或致癌的化学物质，如颗粒物，苯或其他物质。未燃烧的碳氢化合物也对烟雾的产生负有一定的责任：紫外线与大气中的未燃烧的碳氢化合物和一氧化氮相互作用会生成臭氧和其他物质。臭氧分子由3个氧原子组成。它是无色的但却十分危险，它自身的有毒性能攻击活细胞的细胞膜，导致他们提前成熟或死亡。幼儿，老年人和哮喘病人如果处于浓度较高的臭氧环境中，就会遭受到很大的伤害与痛苦。每年，在污染严重的城市，由于高浓度臭氧而导致死亡的事件已经被报道。1.4其他污染物燃料中杂质的存在导致了排放物的污染。杂质中主要的成分是硫：它主要存在于柴油和喷气燃料中，但同时也存在于汽油和天然气中。硫（或如硫化氢等硫化物）与氧燃烧释放硫氧化物（SOx）。二氧化硫（SO2）是这燃烧的主要产物。二氧化硫与空气接触后形成三氧化硫，接着与水反应生成硫酸（酸雨的主要成分）。也应当指出的是，硫氧化物的排放来自于交通，但也同样大量来自于火力发电厂和钢铁厂。此外，有争论表明火山喷发是硫化物排放的自然来源。石油公司在他们生产的燃料中加入了一定的化学化合物以提高燃油发动机的性能与寿命。四乙基铅，被称作为“铅”，是用来提高汽油的抗爆震性能，因此发动机能发挥更好的性能。然而，这种化学物质会释放回转金属铅，这种物质会引起被称为“铅中毒”的神经性疾病。现在在大多数的发达国家，这种含铅汽油已经被禁止使用，并且它已经被其他的化学物质所替代。2全球变暖全球变暖是由于空气中的二氧化碳和其他大气中的气体如甲烷等气体导致的“温室效应”所引起的。这些气体吸收地球表面反射的红外辐射，从而在大气中储存能量，进而导致了温度的升高。全球气温的升高造成了对生态系统巨大的生态危害，并导致了很多自然灾难的发生，从而影响了整个人类。考虑到包括全球变暖在内的生态破坏，一些濒危物种的消失开始成为人们所担忧的问题因为一些人类赖以生存的自然资源遭到了破坏，变得越发的不稳定。也有人担心一些来自海洋温暖区域的生物迁移至前寒冷的北部海域会潜在的导致该地区自身的物种和经济遭到这些外来物种的破坏。这样的现象可能已经在地中海地区发生了：在这里已经发现了红海梭鱼。因为自然灾害所带来的大幅度的伤害使得自然灾害吸引我们的关注要超过生态灾难。全球变暖已被认为会导致“厄尔尼诺”气象的发生，这样的气象扰乱了整个南太平洋地区正常的气象，经常发生龙卷风，洪水泛滥或者干燥大旱。全球变暖的另一个后果就是北极冰盖的融化，这种现象的发生导致海平面上升，进而致使沿海地区甚至整个国家都被永久淹没。二氧化碳是碳氢化合物和燃煤燃烧的产物，交通运输产生的二氧化碳量占到了二氧化碳排放总量的很大的比例（1980到1999占了32%）图1.1显示了1980到1999年二氧化碳排放的总体分布情况。图1.2显示了在二氧化碳排放的趋势。交通运输部门现在显然是二氧化碳排放的主要来源。应当指出的是，发展中国家正在迅速加大其运输部门的规模，而这些国家的人口占了世界人口的很大一部分。进一步的讨论将在下一节提供。根据在过去几十年中所观察到的数据来看，由于人类活动放排到大气中大量的二氧化碳是全球气温升高的主要原因。（图1.3）值得注意的是，二氧化碳确实能被植物所吸收，能以碳酸盐的形式被大海吸收而被存储在大海中。图1.1 19801999年二氧化碳排放分布图1.2 CO2排放的演变图1.3 全球地球大气温度（来源：政府气候变化专门委员会（1995）更新。）然而这些自然吸收的过程是有限的，这些吸收作用不能吸收全部的二氧化碳从而导致大气中的二氧化碳逐渐积累。3石油资源交通运输中所需的大量的燃料绝大部分都是源自于石油的液体燃料。石油是一种化石燃料，它的形成源自于数百万年前（奥陶纪时期，约400600万年前），生物分解后存在于地质稳定层中，经过数百万年的变化最终变成了石油。石油形成的过程大致如下：生物（主要是植物）死亡后，慢慢地被沉积物所覆盖。随着时间的推移，这些沉积物就形成了很厚的地质层并转换成了岩石。这些生物分解物被积压在一个封闭的空间里，在高温高压下，根据他们自身性质的不同，分别转换成为了碳氢化合物或煤。这个过程通常要花数百万年的时间来完成。这就是为什么地球的化石资源是一种有限的资源。已探明的矿藏含量是：在现有的经济和与操作条件下，已知的矿藏含量与地质和工程信息相结合而合理推测出的在未来能够恢复的矿藏含量。因此，这项信息并不能作为衡量全球矿藏储存量的一个指标。表1.1给出了英国石油公司在2001年估计的探明矿藏量。R/P比是在现有的生产水平上探明储量能够持续的年数。这项数据同样也在表1.1中列出了。如今的石油开采通常是近地表易于开采的石油，在开采的地方区域气候不会带来很大的问题。据了解，更多的石油位于地壳以下的部分像西伯利亚，美国或加拿大的北极地区。在这些地区，气候和生态是石油勘探和开采的主要障碍。由于政治和技术的原因，整个地球矿藏含量的估计是一个非常苦难的任务。表1.2给出了2000年美国地质调查局估计的未探明的石油资源。R/P比并未将未来会探明的矿藏储量包含在内考虑，但是它仍是一项十分重要的指标。事实上，它是基于如今很容易知道的现有已探明的矿藏储量而得出的。未来矿藏发现的含量只是一个假设，并且最新探明的含量并不是很容易获知，R/P比同样也基于生产力将保持不变这一假设。然而，很明显的是矿藏消费（也就是生产）逐年都在随着发达国家和发展中国家增长的经济而加大。矿藏消费很可能在一些人口十分密集的地区迅速增长，特别是在亚太地区。图1.4显示了在过去的20年里，每日石油消费的变化趋势（单位：天/千桶，一桶约合8吨）。表1.1表1.2就像图1.5所显示的，尽管东欧和前苏联的石油消耗在下降，但全球整体的石油消耗的趋势是上升的。石油消耗增长最快的地方是生活着地球上大部分人的亚太地区。图1.4各地区的石油消费量图1.5 世界石油消费量我们可以预期到石油消耗会产生一个爆炸式的增长，同时这样的增长会伴随着污染物和二氧化碳排放含量比例的增加。4成本代价伴随着化石燃料燃烧带来的问题有许多：污染，全球变暖，可预见的资源枯竭等等问题。虽然很难估计，但是它所带来的相关问题确实是巨大的，间接的，可能是财务的，可能是人力的，也可能两者都包括。由污染所带来的成本代价包括了医疗费用，酸雨破坏森林而需要重新种植的成本，酸雨侵蚀纪念碑而需要清理和修复的成本，还有很多并不限于上述的一些代价。医疗费用可能占了这些费用的最大份额，尤其是在发达国家公费医疗或医疗保险的人群。与全球变暖有关的成本是难以评估的。他们可能包括飓风所造成的损害，因为干旱而死去的庄稼，因为洪水而遭到破坏的财产以及为了去帮助那些感染的人们所提供的国际医疗救援，这些花销的数额十分巨大。大多数的石油生产国并不是最到的石油消费国，大多数的石油产地都位于中东，但是大多数的石油消费地却位于欧洲，北美洲，和亚太地区。因此，消费者很依赖进口石油和石油生产国。这个问题在中东地区十分敏感，在1973和1977年，由于政治动乱而影响了石油出口欧洲的数量。海湾战争，是伊朗-伊拉克战争，美国及其同盟势力在地区内不断进行的监视行动花费了大量的物力和财力。西方经济对于波动的石油供应的依赖潜在里所需要的花费是巨大的.事实上,一次石油供应的短缺就会造成经济增长的严重放缓,进而导致货物的损坏,失去商业机遇,并最终无法进行商业运作。在寻找与石油消费相关问题的解决方法时，必须考虑那些成本问题。但这项工作是非常困难的，因为许多的花费并不能在它产生的地方直接被认定。许多的诱导成本不能被记入认定的最终方案的益处里。为了能在长期的运作中维持，这些问题的解决必须在没有政府补贴的情况下具有经济可持续性和商业可行性。然而，很清晰的是即便是部分的解决方案，任何的解决方法都将会有利于纳税人，带来成本的节约。附件：外文资料原文Environmental Impact and History of Modern TransportationThe development of internal combustion (IC) engine vehicles, and especially automobiles, is one of the greatest achievements of modern technology. Automobiles have made great contributions to the growth of modern society by satisfying many of the needs for mobility in everyday life. The rapid development of the automotive industry, unlike that of any other industry, has prompted the progress of human beings from a primitive security to a highly developed industrial one. The automobile industry and the other industries that serve it constitute the backbone of the worlds economy and employ the greatest share of the working population.However, the large number of automobiles in use around the world has caused and continues to cause serious problems for environment and human life. Air pollution, global warming, and the rapid depletion of the Earths petroleum resources are now problems of paramount concern.In recent decades, the research and development activities related to transportation have emphasized the development of high-efficiency, clean, and safe transportation. Electric vehicles (EVs), hybrid electric vehicles (HEVs),and fuel cell vehicles have been typically proposed to replace conventional vehicles in the near future.This chapter reviews the problems of air pollution, gas emissions causing global warming, and petroleum resource depletion. It also gives a brief review of the history of EVs, HEVs, and fuel cell technology.1 Air PollutionAt present, all vehicles rely on the combustion of hydrocarbon (HC) fuels to derive the energy necessary for their propulsion. Combustion is a reaction between the fuel and the air that releases heat and combustion products.The heat is converted to mechanical power by an engine and the combustion. products are released to the atmosphere. An HC is a chemical compound with molecules made up of carbon and hydrogen atoms. Ideally, the combustion of an HC yields only carbon dioxide and water, which do not harm the environment. Indeed, green plants “digest” carbon dioxide by photosynthesis. Carbon dioxide is a necessary ingredient in vegetal life. Animals do not suffer from breathing carbon dioxide unless its concentration in air is such that oxygen is almost absent.Actually, the combustion of HC fuel in combustion engines is never ideal.Besides carbon dioxide and water, the combustion products contain a certain amount of nitrogen oxides (NOx), carbon monoxides (CO), and unburned HCs, all of which are toxic to human health.1.1Nitrogen OxidesNitrogen oxides (NOx) result from the reaction between nitrogen in the air and oxygen. Theoretically, nitrogen is an inert gas. However, the high temperatures and pressures in engines create favorable conditions for the formation of nitrogen oxides. Temperature is by far the most important parameter in nitrogen oxide formation. The most commonly found nitrogen oxide is nitric oxide (NO), although small amounts of nitric dioxide (NO2) and traces of nitrous oxide (N2O) are present. Once released into the atmosphere, NO reacts with the oxygen to form NO2. This is later decomposed by the Suns ultraviolet radiation back to NO and highly reactive oxygen atoms that attack the membranes of living cells. Nitrogen dioxide is partly responsible for smog; its brownish color makes smog visible. It also reacts with atmospheric water to form nitric acid (HNO3), which dilutes in rain. This phenomenon is referred to as “acid rain” and is responsible for the destruction of forests in industrialized countries.Acid rain also contributes to the degradation of historical monuments made of marble.11.2Carbon MonoxideCarbon monoxide results from the incomplete combustion of HCs dueto a lack of oxygen.It is a poison to human beings and animals who inhale/breathe it. Once carbon monoxide reaches the blood cells, it fixes to the hemoglobin in place of oxygen, thus diminishing the quantity of oxy-gen that reaches the organs and reducing the physical and mental abilities of affected living beings.Dizziness is the first symptom of carbon monoxide poisoning, which can rapidly lead to death. Carbon monoxide binds more strongly to hemoglobin than oxygen. The bonds are so strong that normal body functions cannot break them. People intoxicated by carbon monoxide must be treated in pressurized chambers, where the pressure makes it easier to break the carbon monoxidehemoglobin bonds.Environmental Impact and History of Modern Transportation.1.3 Unburned HCsUnburned HCs are a result of the incomplete combustion of HCs.1,2Depending on their nature, unburned HCs may be harmful to living beings.Some of these unburned HCs may be direct poisons or carcinogenic chemicals such as particulates, benzene, or others. Unburned HCs are also responsible for smog:the Suns ultraviolet radiations interact with the unburned HCs and NO in the atmosphere to form ozone and other products. Ozone is a molecule formed of three oxygen atoms. It is colorless but very dangerous, and is poisonous because as it attacks the membranes of living cells, causing them to age pre-maturely or die. Toddlers, older people, and asthmatics suffer greatly from exposure to high ozone concentrations. Annually, deaths from high ozone peaks in polluted cities have been reported.1.4Other PollutantsImpurities in fuels result in the emission of pollutants. The major impurity is sulfur: mostly found in diesel and jet fuel, but also in gasoline and natural gas. The combustion of sulfur (or sulfur compounds such as hydrogen sulfide) with oxygen releases sulfur oxides (SOx). Sulfur dioxide (SO2)is the major product of this combustion. On contact with air, it forms sulfur trioxide,which later reacts with water to form sulfuric acid, a major component of acid rain. It should be noted that sulfur oxide emissions originate from transportation sources but also largely from the combustion of coal in power plants and steel factories. In addition, there is debate over the exact contribution of natural sources such as volcanoes.Petroleum companies add chemical compounds to their fuels in orderto improve the performance or lifetime of engines.Tetraethyl lead, often referred to simply as “lead,” was used to improve the knock resistance of gasoline and therefore allow better engine performance. However, the combustion of this chemical releases lead metal, which is responsible for a neurological disease called “saturnism.” Its use is now forbidden in most developed countriesand it has been replaced by other chemicals.2 Global WarmingGlobal warming is a result of the “greenhouse effect” induced by the presence of carbon dioxide and other gases, such as methane, in the atmosphere. These gases trap the Suns infrared radiation reflected by the ground, thus retaining the energy in the atmosphere and increasing the temperature. An increased Earth temperature results in major ecological damages to its ecosystems and in many natural disasters that affect human populations.Considering the ecological damages induced by global warming, thedisappearance of some endangered species is a concern because this destabilizes the natural resources that feed some populations. There are also concerns about the migration of some species from warm seas to previously colder northern seas, where they can potentially destroy indigenous species and the economies that live off those species. This may be happening in the Mediterranean Sea, where barracudas from the Red Sea have been observed.Natural disasters command our attention more than ecological disasters because of the amplitude of the damages they cause. Global warming is believed to have induced meteorological phenomena such as “El Nio,”which disturbs the South Pacific region and regularly causes tornadoes, inundations, and dryness. The melting of the polar icecaps, another major result of global warming, raises the sea level and can cause the permanent inundation of coastal regions and sometimes of entire countries.Carbon dioxide is the result of the combustion of HCs and coal. Transportation accounts for a large share (32% from 1980 to 1999) of carbon dioxide emissions. The distribution of carbon dioxide emissions is shown in Figure 1.1. Figure 1.2 shows the trend in carbon dioxide emissions. The transportation sector is clearly now the major contributor to carbon dioxide emissions. It should be noted that developing countries are rapidly increasing their transportation sector, and these countries represent a very large share of the world population. Further discussion is provided in the next subsection.The large amounts of carbon dioxide released into the atmosphere by human activities are believed to be largely responsible for the increase in the global Earth temperature observed during the last decades (Figure 1.3). It is important to note that carbon dioxide is indeed digested by plants and sequestrated by oceans in the form of carbonates. However, these natural Residential assimilation processes are limited and cannot assimilate all of the emitted carbon dioxide, resulting in an accumulation FIGURE 1.1 Carbon dioxide emission distribution from 1980 to 1999.FIGURE 1.2 Evolution of CO2 emission.FIGURE 1.3 Global Earth atmospheric temperature. (Source:IPCC (1995) updated.)of carbon dioxide in the atmosphere.3 Petroleum ResourcesThe vast majority of fuels for transportation are liquid fuels originating from petroleum. Petroleum is a fossil fuel, resulting from the decomposition of living matters that were imprisoned millions of years ago (Ordovician, 600400 million years ago) in geologically stable layers. The process is roughly the following: living matters (mostly plants) die and are slowly covered by sediments. Over time, these accumulating sediments form thick layers and transform to rock. The living matters are trapped in a closed space, where they encounter high pressures and temperatures and slowly transform into either HCs or coal, depending on their nature. This process takes millions of years to accomplish. This is what makes the Earths resources in fossil fuels finite.Proved reserves are “those quantities that geological and engineering information indicates with reasonable certainty can be recovered in the future from known reservoirs under existing economic and operating conditions.” Therefore, they do not constitute an indicator of the Earths total reserves. The proved reserves, as they are given in the British Petroleum 2001 estimate,are given in billion tons in Table 1.1. TheR/Pratio is the number of years that the proved reserves would last if the production were to continue at its current level. This ratio is also given in Table 1.1 for each region. The oil extracted nowadays is the easily extractable oil that lies close to the surface, in regions where the climate does not pose major problems. It is believed that far more oil lies underneath the Earths crust in regions such as Siberia, or the American and Canadian Arctic. In these regions, the climate and ecological concerns are major obstacles to extracting or prospecting for oil. The estimation of the total Earths reserves is a difficult task for political and technical reasons. A 2000 estimation of the undiscovered oil resources by the US Geological Survey is given in Table 1.2.Although theR/Pratio does not include future discoveries, it is significant. Indeed, it is based on proved reserves, which are easily accessible to this day. The amount of future oil discoveries is hypothetical, and the newly discovered oil will not be easily accessible. TheR/Pratio is also based on the hypothesis that the production will remain constant. It is obvious, however,that consumption (and therefore production) is increasing yearly to keep up with the growth of developed and developing economies. Consumption is likely to increase in gigantic proportions with the rapid development of some largely populated countries, particularly in the Asia-Pacific region. Figure 1.4 shows the trend in oil consumption over the last 20 years.Oil consumption is given in thousand barrels per day (one barrel is about 8 metric tons).Despite the drop in oil consumption for Eastern Europe and