车辆工程专业导论 教学课件 鲁植雄认识车辆工程学科前沿技术 -第一节 汽车节能技术

车辆工程专业导论第四章认识车辆工程学科前沿技术鲁植雄教授QQ：1607357229主要内容第一章认识车辆工程专业：2学时第二章认识车辆工程行业：2学时第三章认识车辆工程专业的平台：4学时第四章认识车辆工程学科前沿技术：4学时第五章车辆工程专业的学习方法：2学时第六章车辆工程专业的考研与就业：2学时课程性质：专业必修、1个学分、16学时本章主要讲授内容：第四章认识车辆工程学科前沿技术第一节汽车节能技术第二节汽车减排技术第三节汽车平安技术第四节汽车智能化技术第五节汽车NVH控制技术第六节汽车先进制造技术随着经济与社会的开展，人们对汽车的使用性能和环保提出了更高的要求。汽车传统的机械装置已经无法满足这些需求，以电子和信息技术为核心的汽车工业技术革新、技术创造层出不穷，新能源、新材料、电子技术、计算机技术与汽车融为一体的现代汽车技术应运而生。世界汽车技术的开展趋势可以用“节能、环保、平安、智能〞八个字来概括。本章主要介绍汽车节能、减排、平安、智能化、NVH、先进制造等新技术，以了解汽车工程学科的一些前沿问题。第四章认识车辆工程学科前沿技术第一节汽车节能技术一、发动机节能技术二、汽车轻量化节能技术三、新能源汽车本节主要内容第四章认识车辆工程学科前沿技术在全球气候不断恶化，能源危机日益加重的严峻形势下，汽车节能技术的研究尤为重要，其中发动机节能技术、整车轻量化、新能源汽车是节能的重要途径和手段。一、发动机节能技术发动机节能技术是汽车节能的关键，其主要技术是如何提高发动机热效率？如何提高发动机比功率？第四章认识车辆工程学科前沿技术第一节汽车节能技术一、发动机节能技术〔一〕提高发动机热效率的措施发动机热效率是指发动机利用燃料热能的有效程度，目前，一般汽油发动机的热效率仅为30%左右。提高发动机热效率就可以节能，其主要措施有：高压缩比、稀薄燃烧技术〔均质稀薄燃烧〕、缸内直喷技术、进气增压〔涡轮增压，谐波增压〕、增压中冷技术、可变配气技术〔可变气门正时、可变气门升程〕、改善进排气过程、改变混合气在汽缸中的流动方式、改进点火配置、提高点火能量〔如独立点火〕、优化燃烧过程、电控喷射技术、高压共轨技术、绝热发动机技术等。第四章认识车辆工程学科前沿技术第一节汽车节能技术一、发动机节能技术〔二〕提高发动机比功率升功率〔kw/L〕是指发动机每升气缸工作容积所发出的功率。表达发动机品质上下主要是看动力性和经济性，也就是说发动机要具有较好的功率、良好的加速性和较低的燃料消耗量。影响发动机功率和燃料消耗量的因素有很多，其中影响最大的因素有排量、压缩比、配气机构。第四章认识车辆工程学科前沿技术第一节汽车节能技术一、发动机节能技术升功率表示了单位气缸工作容积的利用率，升功率越大表示单位气缸工作容积所发出的功率越大。那么，当发动机功率一定时，升功率越大发动机的重量利用率就越高，相对而言发动机就越小，材料也就越省。升功率的上下反映出发动机设计与制造的质量。因为升功率〔N〕大小主要决定于气缸平均有效压力〔P〕和转速〔n〕的乘积，即N=P×n。提高升功率就要从提高气缸压力和转速入手，因此提高升功率的具体措施也就有：第四章认识车辆工程学科前沿技术第一节汽车节能技术一、发动机节能技术1.提高充气量这是四冲程发动机增加热量的首要条件，因为燃料燃烧需要空气，燃料与空气比较，后者更难以充入气缸，所以就要改善换气条件，减少进气阻力增大气门通道截面积，有些发动机就采用4气门形式。当多气门结构布置困难时，首先要满足进气门的需要，不管气门布置形式怎么样，都是进气门数量等于或者大于排气门数量。2.提高转速以增加单位时间内的充气量现在轿车的发动机一般都是高转速发动机，每分钟转速在5000转以上。第四章认识车辆工程学科前沿技术第一节汽车节能技术一、发动机节能技术3.改善混合气质量和燃烧过程采用电控燃油喷射系统，在所有工况下混合气的质量尽可能到达最正确，空气与燃油的混合地点从节气门处移至喷油嘴处，燃油直接与吸入的空气混合，从本质上改善了混合气的均匀性。4.提高发动机机械效率增加有效功的输出，减少机械损失主要是减少零件之间的摩擦，涉及到零件加工的精度、外表加工质量、润滑质量、温度控制及减少附件等。第四章认识车辆工程学科前沿技术第一节汽车节能技术一、发动机节能技术二、汽车轻量化节能技术随着人们对汽车平安性，舒适性，环保性能要求的提高，汽车安装空调，平安气囊，隔热隔音装置，废气净化装置，卫星导航系统等越来越普及，这无形中增加了汽车的质量、耗油量和耗材量。减轻汽车自重是节约能源的根本途径之一。汽车轻量化是目前的前沿和热点问题，已成为汽车优化设计和选材的主要开展方向。第四章认识车辆工程学科前沿技术第一节汽车节能技术二、汽车轻量化节能技术〔一〕汽车重量与燃油消耗的关系汽车行驶阻力由滚动阻力、爬坡阻力、加速阻力和空气阻力4局部组成，除了空气阻力主要与车身形状大小有关外，其他3项均与整车质量成正比。因此，从汽车行驶阻力来看，汽车轻量化是节能的一项有效措施。第四章认识车辆工程学科前沿技术第一节汽车节能技术二、汽车轻量化节能技术图4-1所示为某款轿车，在平坦路面上定速〔60km/h〕行驶时，车重和燃料消耗之间的关系，可以看出减轻汽车的质量对于提高燃油经济性的显著效果。图4-1车重和定速燃料消耗的关系第四章认识车辆工程学科前沿技术第一节汽车节能技术二、汽车轻量化节能技术关于减轻汽车自身质量与燃油消耗下降的关系，国内外不少机构和学者对此作了的相应的研究，归纳起来主要有以下5种说法。〔1〕汽车质量每减小100kg，那么百公里油耗可以减少～，一般为4.5%左右。〔2〕汽车质量每减小3%，那么可节油l%～3%。〔3〕汽车质量减小1%，其油耗可以减少0.7%；汽车质量减小330～440kg，可以节约燃油费用20%左右。〔4〕汽车质量每减小50kg，那么每升燃油行驶的距离可以增加1km；假设质量减小10%，那么燃油经济性可提高5.5%左右。第四章认识车辆工程学科前沿技术第一节汽车节能技术二、汽车轻量化节能技术〔5〕轿车质量每减小10%，那么油耗可下降8%～10%。对于16～20t级载货汽车而言，每减小质量1000kg，那么油耗可降低6%～7%。以上观点虽然稍微不同，但是显而易见都说明了汽车轻量化的重要性。第四章认识车辆工程学科前沿技术第一节汽车节能技术二、汽车轻量化节能技术〔二〕汽车轻量化的途径汽车轻量化的主要途径包括使用轻质材料和结构的优化设计，此外，先进成形工艺或焊接工艺的应用能带来明显的轻量化效果。一般全钢结构白车身通过优化设计可以减重7%左右，采用铝合金的车身可以带来30%～50%的轻量化效果，而想减轻更多的重量就只能求助于纤维复合材制。优化结构的主要途径是利用有限元和优化设计方法进行结构分析和结构优化设计，以减小零部件的质量和数量。而先进的加工工艺是为了应对材料和结构的变更，而提出新的工艺。第四章认识车辆工程学科前沿技术第一节汽车节能技术二、汽车轻量化节能技术1.轻质材料采用轻质材料是汽车轻量化的主流。汽车上轻质材料主要有铝合金、镁合金、高强度钢、复合材料等。〔1〕铝合金。铝的相对密度是2.70×103kg/m3，铝的机械性能与其纯度关系密切，纯铝软、强度低，但与某些金属组成铝合金后，不仅在某种程度上保持铝固有的特点，同时又显著地提高了它的硬度和强度，使之几乎可与软钢甚结构钢相媲美。车用铝材料皆以铝合金的形式出现。铝合金在汽车上的应用，最初主要是以铸造的方法生产发动机及其零部件，随后应用于轮毂等构件。以推出的全铝空间框架式车身为其主要代表。第四章认识车辆工程学科前沿技术第一节汽车节能技术二、汽车轻量化节能技术汽车铝合金可分为铸造铝合金、变形铝合金〔含锻造铝合金〕两大类。当前汽车用铝以铸件为主，约占汽车用铝量的80%。铸造铝合金主要用于制造离合器壳体、变速器壳体、后桥壳、转向器壳体、摇臂盖、正时齿轮壳体等壳体类零件和发动机部件，以及保险杠、轮辋、转向节、液压泵体、制动钳、油缸及制动盘等非发动机结构件。而且今后有进一步扩大应用的趋势。第四章认识车辆工程学科前沿技术第一节汽车节能技术二、汽车轻量化节能技术变形铝合金在汽车上主要用于制造保险杠、发动机罩、发动机体、车门、行李箱盖等车身面板，车轮的轮辐、轮毂罩、车轮外饰罩、制动器总成的保护罩、消声罩、防抱死制动系统、热交换器、车身框架、座椅骨架、车厢底板等结构件以及仪表板等装饰件。未来铝合金材料开展包括满足特定零部件使用要求的新合金开发，成形性能与焊接性能优良的高强度铝合金开发，开发具有相同机械性能不同物理性能〔密度和弹性模量〕材料的可行性研究，合金热机械性能对零部件性能的影响，开发新型抗划伤合金等。第四章认识车辆工程学科前沿技术第一节汽车节能技术二、汽车轻量化节能技术〔2〕镁合金。镁是比铝更轻的金属材料，它可在铝减重根底上再减轻15%～20%。尽管镁在当前汽车用材中所占的比例不到1%，但是在轻量化的驱动下，镁材料技术开发的力度不断加大，它已步入快速阶段。近年来，很多种轿车铸件开始采用镁合金，以适应汽车轻量化的要求。这些镁合金铸件包括：离合器外壳、发动机罩壳、变速箱外壳、变速箱上盖、发动机罩盖、转向盘、座椅支架、仪表盘框架、车门内板、轮辋、转向支架、制动支架、气门支架等，甚至还有缸盖和缸体。有60多种零部件已采用或正在开发应用镁合金。第四章认识车辆工程学科前沿技术第一节汽车节能技术二、汽车轻量化节能技术〔3〕高强度钢。高强度钢是常规高强度钢〔屈服极限大于210MPa〕、超高强度钢〔屈服极限大于550MPa〕和先进高强度钢〔AHSS〕的总称。采用高强度钢板，即可以减少汽车自身的质量，又可以提高汽车的平安性和可靠性。第四章认识车辆工程学科前沿技术第一节汽车节能技术二、汽车轻量化节能技术高强度钢材使用对象分为两局部，一局部是汽车车身、减振及车轮用部件，另一局部是底盘和排气系统。如需要具备防碰撞功能的零件，汽车门内防撞梁，汽车前后保险杠防撞板，车身A、柱B柱，发动机支撑梁，仪表板支架，门槛加强板，汽车座椅骨架等车身部件；车轮轮辐和轮辋高强度钢板；高强度弹簧、高碳传动轴管、高强度发动机螺栓等。汽车结构件用各种特殊钢强度一般都到达1000MPa，如汽车转向节、转向扭杆等。第四章认识车辆工程学科前沿技术第一节汽车节能技术二、汽车轻量化节能技术〔4〕塑料。塑料应用于汽车始于19世纪60年代，主要用于汽车的内饰件上，例如车内顶棚、仪表板、转向盘、车门内板、座椅和扶手等，目的是实现汽车内饰柔软化，使乘客有平安舒适感。到了20世纪70年代，能源危机促使汽车制造业开始大量采用塑料，以减轻汽车自重，降低油耗。20世纪80年代以后，汽车零部件的塑料化得到迅速开展，出现了塑料覆盖件、塑料功能件和结构件。塑料在汽车中的应用普及所有总成，业内习惯将他们分成内装饰件、外装件和功能件〔其他结构件〕，汽车用塑料制品如图4-2所示。表4-1列出了目前汽车中主要塑料零部件所用的材料，其中，主要车用塑料材料有PP、PUR、PVC、ABS、PA和PE。第四章认识车辆工程学科前沿技术第一节汽车节能技术二、汽车轻量化节能技术

图4-2汽车用塑料制品

第四章认识车辆工程学科前沿技术第一节汽车节能技术二、汽车轻量化节能技术表4-1目前汽车的主要塑料零部件所用材料应用部位零部件主要品种外装件保险杠及面饰、车身板、照明系统、装饰件（镜座、门把手、侧面饰条）PTO、PC、聚酯、PP、PUR、PA、SMC、PUR-RIM、热塑性塑料、PC、丙烯酸树脂、PA、PC、PS、ASA-AES、PVC、PP、聚酯、PUR内装件内饰件、仪表板、转向轮、空气导管、其他（座椅、车顶蒙里、门内板等）发泡PUR（用于减振）、PVC为基纤维、ABS、ABS/PC合金、PC、PP、改性PPE、PVC、SMA、PUR、PVC、混合PUR-RIM、ABS、PP、SMA、GMT、ABS、PC/ABS、PVC电气零件盒、开关插座、接头、灯光系统、电路板、导线高耐热聚苯乙烯、PP、聚酯、PA、聚酯、乙酰树脂（开关）、PPS、PBT、再生PET、PA、PPA、PVC传动系统轴承、CV接头、U型接头PA、乙酰树脂燃料系统燃油箱、燃油管HDPE、PA底盘悬挂系统、制动器乙酰树脂、PA、PP芳香族聚酯胺纤维（制动摩擦片）发动机进气系统、供油系统、冷却系统聚酯、PA、PP（空气清洁系统）、PA（进气歧管）、PA（散热器）、PPS（水泵）第四章认识车辆工程学科前沿技术第一节汽车节能技术二、汽车轻量化节能技术〔5〕复合材料。复合材料是指将两种或两种以上物理性质和化学性质不同的物质结合起来而制得的一种多相固体材料。复合材料具有质量轻、强度高、加工成型方便、弹性优良、耐化学腐蚀和耐候性好等特点。复合材料基于这些优良性能，在现在的车身制造中得到了越来越广泛的应用，特别是纤维增强材料应用最广、用量最大。在车身制造中应用较多的纤维增强材料主要有：玻璃纤维增强材料、碳纤维增强材料和高弹性机体材料等。其中尤以玻璃纤维增强材料应用最为广泛。第四章认识车辆工程学科前沿技术第一节汽车节能技术二、汽车轻量化节能技术与碳纤维增强材料相比，虽然碳纤维增强材料的力学性质更加稳定，但其价格昂贵，使得碳纤维增强材料只是用于极少数的顶级乘用车或赛车上，而玻璃纤维增强材料的应用却较为普遍。玻璃纤维增强复合材料中应用最广泛的是玻纤增强塑料；这也就是通常所说的玻璃钢，它是以不饱和聚酯为基体，以玻璃纤维及其制品增强的一种复合材料，可以代替钢板来制造车身大型覆盖件。第四章认识车辆工程学科前沿技术第一节汽车节能技术二、汽车轻量化节能技术2.零部件优化设计在轻量化材料应用的过程中，零部件设计技术也得到相应开展，主要表现在新的选材与设计理念的出现，面向新材料的零部件设计方法和标准的制定等。第四章认识车辆工程学科前沿技术第一节汽车节能技术二、汽车轻量化节能技术3.零部件制造技术针对新材料的应用，国外开发出了一系列先进的零部件加工技术与设备，其中有很多已进入工业化的应用。他们主要包括各种先进的成型技术、连接技术和外表处理技术。在成型技术方面，采用激光拼焊、液压成型、气体热成型、电磁成型、半固态铸造等技术，均可减少零件数量和材料消耗，降低整车重量。在连接技术方面，采用激光焊接铆接与自冲铆接粘结及复合连接等技术，代替传统的铆接、电阻电焊，可以提高连接质量，工艺性好也降低了自重。第四章认识车辆工程学科前沿技术第一节汽车节能技术二、汽车轻量化节能技术在面处理技术方面，采用微弧氧化、金属铝涂层、含氟协合涂层、气相沉积、离子注入等方法，可使镁合金外表处理理想，以提高镁合金零部件的使用，从而降低车重。第四章认识车辆工程学科前沿技术第一节汽车节能技术二、汽车轻量化节能技术三、新能源汽车作为一次能源的地下石油，其贮藏量随开采量的不断增长而逐渐减少，油价不断攀升，石油资源枯竭之日亦为期不远，石油汽车将面临饥饿和死亡。为此，科学家不断研究开发新能源汽车，如混合动力汽车、电动汽车、燃料电池汽车、太阳能汽车、燃气汽车、代用燃料汽车等。第四章认识车辆工程学科前沿技术第一节汽车节能技术三、新能源汽车〔一〕混合动力汽车1.混合动力汽车的特点混合动力电动汽车〔HybridElectricVehicle，HEV〕是在一辆汽车上同时配备电力驱动系统和辅助动力单元〔AuxiliaryPowerUnit，APU〕，其中APU是燃烧某种燃料的原动机或由原动机驱动的发电机组，目前HEV所采用的原动机一般为柴油机、汽油机或燃汽轮机。汽车在不同位置或不同工况下使用不同的驱动方式。第四章认识车辆工程学科前沿技术第一节汽车节能技术三、新能源汽车第四章认识车辆工程学科前沿技术第一节汽车节能技术三、新能源汽车例如：城市内行驶使用——电能源，蓄电池驱动；城间行驶使用——内燃机驱动。混合动力汽车的燃油经济性可以到达3倍于传统中型汽车，即每升燃油可行驶34km，折合3L/100km。混合动力汽车既能发挥电驱动汽车在城市里运行时低排放、低噪声的优点，同时又能保存内燃机汽车能长距离运行的优点，还可以利用驱动系统中的电机回收汽车制动能量。当汽车起动和爬坡时可以利用电机的辅助转矩，使汽车配置的内燃机排量减小。当汽车在城市内处于低速运行时，可完全依靠电机运行。在长途运输过程中可利用内燃机为电驱动系统中的蓄电池充电。第四章认识车辆工程学科前沿技术第一节汽车节能技术三、新能源汽车2.混合动力汽车的类型HEV有三种类型：串联式，并联式和混联式〔图4-3〕。〔1〕串联式HEV。由发动机带动发电机，电能在控制器的调节下带动电动机运转，以驱动车轮。发动机始终在热效率高而排放较低的单一最正确工况下运转，单一工况运转也便于排气后处理装置始终保持高净化率。低负荷运转时，发动机发出的功率超过驱动车辆的需要，多余的电能向蓄电池充电；而高负荷运转时，除发电机发出的电能外，电池组可提供额外的电能。但最高输出功率要受到电机功率的限制，如图4-3a所示。串联式混合动力车适于城区运行的车辆，如公交汽车等。第四章认识车辆工程学科前沿技术第一节汽车节能技术三、新能源汽车〔2〕并联式HEV。发动机和电动机可以分别独立地向汽车的驱动系统提供动力，而需要大功率时可以共同提供动力，改进了串联系统最大功率缺乏的缺陷，如图4-3b所示。并联式混合动力车比较适合于经常在郊区和高速公路上行驶的车辆。第四章认识车辆工程学科前沿技术第一节汽车节能技术三、新能源汽车〔3〕混联式HEV。通过一种行星齿轮系统组成的动力分配装置，将整个系统耦合在一起，根据行驶工况灵活采取串联方式或并联方式，以到达热效率最高、排气污染最低的效果。一般控制策略为：起步或低负荷行驶时，由电池电能驱动；匀速行驶时由发动机提供动力；加速行驶时，发动机与电池共同提供动力；停车或滑行时，发动机带动发电机向电池充电；制动和减速时通过能量回收系统向电池充电。串并联灵活驱动方式兼有串联和并联的特点，但控制系统最复杂。

第四章认识车辆工程学科前沿技术第一节汽车节能技术三、新能源汽车〔a〕串联式〔b〕并联式〔c〕混联式图4-3混合动力汽车的类型第四章认识车辆工程学科前沿技术第一节汽车节能技术三、新能源汽车〔二〕电动汽车电动汽车是指以电力驱动的车辆。电力可以从高架电线网上获取，如无轨电车、有轨电车，也可以从移动电源〔蓄电池〕获取。本文主要是指从蓄电池获取电能，在道路上行驶的电动汽车，俗称纯电动汽车或蓄电池电动汽车。1.电动汽车与燃油汽车的区别两者的主要区别是在能源、动力、速度控制、传动等方面，见表4-2第四章认识车辆工程学科前沿技术第一节汽车节能技术三、新能源汽车表4-2电动汽车与燃油汽车的区别名称燃油汽车电动汽车能源系汽油或柴油燃料电池或蓄电池动力系发动机电动机速度控制系变速器离合器调速控制器传动系变速器离合器传动轴传动轴驱动桥第四章认识车辆工程学科前沿技术第一节汽车节能技术三、新能源汽车2.电动汽车的结构原理电动汽车的能量传递如图4-4所示。图4-4电动汽车的能量传递第四章认识车辆工程学科前沿技术第一节汽车节能技术三、新能源汽车当汽车行驶时，由蓄电池输出电能〔电流〕通过控制器驱动电动机运转，电动机输出的转矩经传动系统带动车轮前进或后退。电动汽车续驶里程与蓄电池容量有关，蓄电池容量受诸多因素限制。要提高一次充电续驶里程，必须尽可能地节省蓄电池的能量。电动汽车主要由电力驱动系统、电源系统和辅助系统3局部组成。〔1〕电力驱动系统。主要包括电子控制器、功率转换器、电动机、机械传动装置和车轮等。它的功用是将存储在蓄电池中的电能高效地转化为车轮的动能，并能够在汽车减速制动时，将车轮的动能转化为电能充入蓄电池。第四章认识车辆工程学科前沿技术第一节汽车节能技术三、新能源汽车〔2〕电源系统。主要包括电源、能量管理系统和充电机等。它的功用是向电动机提供驱动电能、监测电源使用情况以及控制充电机向蓄电池充电。〔3〕辅助系统。主要包括辅助动力源、空调器、动力转向系统、导航系统、刮水器、收音机以及照明和除霜装置等。辅助系统除辅助动力源外，其余的依据车型不同而不同。3.电动汽车的关键技术主要关键技术有：电动汽车及控制技术、电池及管理技术、整车控制技术、整车轻量化技术、充电技术等。第四章认识车辆工程学科前沿技术第一节汽车节能技术三、新能源汽车〔三〕燃料电池汽车1.燃料电池汽车的优点燃料电池汽车是电动汽车的一种，其电池的能量是通过氢气和氧气的化学作用，而不是经过燃烧，直接变成电能。燃料电池的化学反响过程不会产生有害产物，因此燃料电池车辆是无污染汽车，燃料电池的能量转换效率比内燃机要高2～3倍，因此从能源的利用和环境保护方面，燃料电池汽车是一种理想的车辆。第四章认识车辆工程学科前沿技术第一节汽车节能技术三、新能源汽车与传统汽车相比，燃料电池汽车的优点有：①零排放或近似零排放。②减少了机油泄漏带来的水污染。③降低了温室气体的排放。④提高了燃油经济性。⑤提高了发动机燃烧效率。⑥运行平稳、无噪声。2.燃料电池汽车的组成原理燃料电池汽车的根本结构多种多样。按照驱动形式分可分为纯燃料电池驱动和混合驱动两种形式。按照能量来源可分为车载纯氢和燃料重整两种方式。由于燃料电池电动汽车正处在研究的初期阶段，所以各种技术竞相试用并各有优缺点。图4-5所示为燃料电池汽车系统典型结构。第四章认识车辆工程学科前沿技术第一节汽车节能技术三、新能源汽车图4-5燃料电池汽车的结构第四章认识车辆工程学科前沿技术第一节汽车节能技术三、新能源汽车3.燃料电池汽车的关键问题目前，车用燃料电池急需解决以下关键问题：〔1〕提高车用燃料电池单位质量〔或体积〕、电流密度及功率，提高车辆所必需的快速起动和动力响应的能力。〔2〕必须开发质量轻、体积更小、能储存更多氢能的车载氢储存器具，以便更有效地利用燃料能量，提高续驶里程和载质量。〔3〕必须解决好氢气的平安问题，在一定的条件下，氢气比汽油具有更大的危险性，所以无论采用什么储存方式，储存器具及其平安措施都必须满足使用要求。第四章认识车辆工程学科前沿技术第一节汽车节能技术三、新能源汽车〔4〕电池组件必须采用积木化设计，开发有效的制造工艺，并进行高效的自动化生产，从而降低材料和制造费用。〔5〕开展结构紧凑及性能可靠的质子交换膜燃料电池的同时开发应用其他燃料，像甲烷、柴油等驱动的质子交换膜燃料电池，这将会拓宽质子交换膜燃料电池的应用范围。第四章认识车辆工程学科前沿技术第一节汽车节能技术三、新能源汽车4.燃料电池汽车的瓶颈燃料电池汽车要成为真正的商品，要与现在非常成熟的内燃机车在各个方面进行竞争，必须解决寿命、本钱、稳定性、耐久性、环境适应性等诸多问题，其中最为关键的是寿命和本钱问题。另外，虽然汽油价格上涨会使得车辆的全程价格越来越贵，但是氢燃料电池车如天价般的使用本钱同样使得人们望而却步。现在虽然已经掌握燃料电池的相关技术，但棘手的问题是要在消费者能够承受的价格限度内制造出此类燃料电池，否那么这类汽车将无法引起人们的兴趣。第四章认识车辆工程学科前沿技术第一节汽车节能技术三、新能源汽车〔四〕太阳能汽车太阳能汽车是利用太阳能电池将太阳能转换成电能，并利用该电能作为能源驱动行驶的汽车，他是电动汽车的一种。1.太阳能汽车的特点太阳能汽车的能源来自太阳，是真正的绿色能源汽车，其特点如下：〔1〕节约能源。〔2〕能源利用率高：太阳能汽车很少通过齿轮机构传递能量，可以防止能量损耗。同时又通过驱动电动机的能量利用率又非常高。第四章认识车辆工程学科前沿技术第一节汽车节能技术三、新能源汽车〔3〕减少环境污染：太阳能汽车消耗的能量是电能，不产生废气。〔4〕灵活、操控性好：由于太阳能汽车中很多部件都是电子部件，所以可以保证很好的操作性。第四章认识车辆工程学科前沿技术第一节汽车节能技术三、新能源汽车2.太阳能汽车的组成原理太阳能车的根本原理〔图4-6〕：首先车身外表的太阳能电池镶嵌板把太阻能转化为电能，此电能通过峰值功率跟踪器给负荷供给能量。从峰值功率跟踪器出来的电能给电动机的速度控制装置及蓄电池供电，使电动机驱动。一般情况下，电动机转矩通过侧链等传动机构和减速机构传到车轮上，使车轮转动。第四章认识车辆工程学科前沿技术第一节汽车节能技术三、新能源汽车图4-6太阳能汽车根本工作原理第四章认识车辆工程学科前沿技术第一节汽车节能技术三、新能源汽车3.太阳能汽车的关键技术太阳能电动车的应用技术涉及光电、电机、电子、控制、汽车工程、机械、化学等各个方面。作为电动车密不可分的一局部，其应用关键技术可以归纳为五个主要方面：光电技术、车体技术、电力驱动技术、储能电池技术和能量管理系统技术。第四章认识车辆工程学科前沿技术第一节汽车节能技术三、新能源汽车〔五〕代用燃料汽车1.代用燃料的种类所谓代用燃料是指能够取代或局部取代目前内燃机传统燃料〔汽油、柴油、煤油〕的燃料。能作为内燃机实际使用的代用燃料要求发动机本身不应做大的改动即能利用，应有足够的资源，加工、运输、使用和保管比较方便且平安可靠，使用代用燃料的发动机的动力性、经济性、排放性、耐久性和可靠性不应降低。代用燃料很广泛，可分为气体代用燃料和液体代用燃料。气体代用燃料主要有：天然气、液化石油气、氢气等。液体代用燃料主要有：乙醇、甲醇、二甲醚、生物柴油等。第四章认识车辆工程学科前沿技术第一节汽车节能技术三、新能源汽车2.天然气汽车按照所使用天然气燃料状态的不同，天然气汽车可以分为压缩天然气〔CNG〕汽车和液化天然气〔LNG〕汽车。目前世界上使用较多的是压缩天然气汽车。按照燃料使用状况的不同，天然气汽车可分为专用燃料天然气汽车、两用燃料天然气汽和双燃料天然气汽车。天然气汽车与普通燃油汽车相比，在结构上主要增加了燃气供给系统。天然气供给系统由储气部件供气部件控制部件和燃料转换部件组成，如图4-7。天然气汽车的关键技术有：加气站技术、发动机技术、气瓶技术、混合控制技术。第四章认识车辆工程学科前沿技术第一节汽车节能技术三、新能源汽车图4-7天然气汽车第四章认识车辆工程学科前沿技术第一节汽车节能技术三、新能源汽车3.液化石油气汽车以液化石油气为燃料的汽车称为液化石油气汽车。液化石油气汽车与燃油汽车相比，其特性见表4-3。表4-3液化石油气汽车特性比较优点缺点减少污染汽车动力性有所下降有较好的抗爆性低温启动性能变差低温起动性好续驶里程较短经济性好汽车以双燃料方式并存时，整车成本较高安全性好补给液化石油气不方便第四章认识车辆工程学科前沿技术第一节汽车节能技术三、新能源汽车4.氢气汽车氢能汽车是以氢为主要能量作为移动的汽车，氢燃料汽车是在传统内燃机的根底上加以修改后可以直接用氢为燃料燃烧，产生动力。氢燃料燃烧产物只有H2O和NOx，不会产生颗粒、积炭等，从而大大减少了发动机的磨损，减轻了润滑油被污染的程度，可以认为氢是发动机最清洁的燃料，氢燃料汽车不污染环境，是一种环境友好的绿色交通工具。缺点是氢燃烧效率低，大约只有38%，且由于氢燃料热值高、火焰传播速度快和着火范围宽等，氢燃料发动机容易出现早燃、回火、敲缸、负荷高以及NOx排放偏高等情况。第四章认识车辆工程学科前沿技术第一节汽车节能技术三、新能源汽车5.甲醇汽车甲醇燃料汽车是指利用甲醇燃料做能源驱动的汽车。甲醇作为燃料在汽车上的应用主要有掺烧和纯甲醇替代两种。掺烧是指将甲醇以不同的比例〔如M10、M15、M30等〕掺入汽油中，作为发动机的燃料，一般称为甲醇汽油；纯甲醇替代是指将高比例甲醇〔如M85、M100〕直接用作汽车燃料。第四章认识车辆工程学科前沿技术第一节汽车节能技术三、新能源汽车甲醇汽油是指把甲醇局部添加在汽油里，用甲醇燃料助溶剂复配的M系列混合燃料。目前我国市场上使用的甲醇汽油主要有M5、M15、M50、M85以及M100等。甲醇作为车用燃料有如下优点：〔1〕辛烷值高，能显著提高燃料的混合辛烷值，增强抗爆性能，可以提高发动机的压缩比，从而提高发动机的功率。〔2〕甲醇是高含氧量物质，它在气缸内完全燃烧时所需要的过量空气系数可以远远小于燃用汽油时所要求的值，燃烧更为充分。〔3〕挥发性好于与空气的混合。第四章认识车辆工程学科前沿技术第一节汽车节能技术三、新能源汽车〔4〕可显著降低尾