汽车文化（第2版）课件：新能源与智能网联汽车

第七章新能源与智能网联汽车第七章新能源与智能网联汽车学习目标1．能阐述新能源汽车定义及分类。2.能阐述典型新能源汽车的特点。3．能阐述智能网联汽车的定义和功能。4．能概述智能网联汽车的组成。素养目标1.通过学习新能源汽车知识，提高学生节能环保的意识。2.通过了解我国新能源汽车的快速发展，增强学生的民族自豪感。第一节新能源汽车一、新能源汽车概述新能源汽车是指采用非常规的车用燃料（或同时使用常规的车用燃料和新型车载动力装置)作为动力来源，综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进，具有新技术、新结构的汽车。新能源汽车主要包括电动汽车（纯电动汽车、混合动力电动汽车、燃料电池电动汽车等)、气体燃料汽车（压缩天然气汽车、液化天然气汽车、液化石油气汽车等)、生物燃料汽车（醇类汽车、生物柴油汽车、二甲醚汽车等）和其他新能源汽车（氢气汽车、太阳能汽车等)。我国逐步发展出以纯电动汽车和插电式混合动力电动汽车为主、兼顾燃料电池电动汽车的技术路线。新能源汽车技术取得了创新突破，在全球市场已处于领先地位。我国在新能源汽车相关的三电技术和软件技术上取得的创新，已经达到了世界先进水平。特别是在蓄电池技术上，宁德时代的锂离子蓄电池为全球各大汽车厂商供货，包括特斯拉、奔驰、宝马等;比亚迪的刀片电池技术，大幅度节约蓄电池体积，提高车辆携带蓄电池包的总量，在世界范围内具有独创性。(一）电动汽车电动汽车包括混合动力电动汽车、纯电动汽车和燃料电池电动汽车等。1.混合动力电动汽车混合动力电动汽车（HEV)是指采用传统燃料的，同时配以电动机/发动机来改善低速动力输出和燃油消耗的车型，按照能否外接充电可分为非插电式混合动力电动汽车和插电式混合动力电动汽车按照混合动力驱动混合度情况可分为微混合动力电动汽车、轻混合动力电动汽车、中混合动力电动汽车、重混合动力电动汽车;按照结构特点可分为串联式混合动力电动汽车（又称增程式电动汽车)、并联式混合动力电动汽车和混联式混合动力电动汽车。下面主要介绍串联式混合动力电动汽车、并联式混合动力电动汽车和混联式混合动力电动汽车。二、典型的新能源汽车(1）串联式混合动力电动汽车串联式混合动力电动汽车主要由发动机、发电机、电动机和动力蓄电池等部件组成。发动机仅用于发电，发电机所发出的电能供给电动机，电动机驱动汽车行驶。发电机发出的部分电能向蓄电池充电，以延长混合动力电动汽车的续驶里程。另外，蓄电池还可以单独向电动机提供电能来驱动汽车。(2）并联式混合动力电动汽车并联式混合动力电动汽车主要由发动机、发电/电动机和动力蓄电池等部件组成。并联式驱动系统可以单独使用发动机或电动机作为动力源，也可以同时使用电动机和发动机作为动力源来驱动汽车。(3）混联式混合动力电动汽车混联式混合动力电动汽车主要由发动机、发电机、电动机、行星齿轮机构和动力蓄电池等部件组成。动力从发动机输出到与其相连的行星架，行星架将一部分转矩传送到发电机，另一部分转矩传送到电动机并输出到驱动轴。此时，车辆并不是串联式或并联式，而是介于串联和并联之间，充分利用两种驱动方式的优点。2.纯电动汽车纯电动汽车（BEV)是指以车载电源为动力，用电动机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆，。纯电动汽车主要包括电力驱动及控制系统、驱动力传动等机械系统、完成既定任务的工作装置等。电力驱动及控制系统是电动汽车的核心，也是区别于传统燃油汽车的最大不同点。纯电动汽车本身不排放污染大气的有害气体，即使按所耗电量换算为发电厂的排放，除硫和微粒外，其他污染物也显著减少;电厂大多建于远离人口密集的地方，对人类危害较小，而且电厂是固定不动的，清除集中放的各种有害物较容易，有效降低了对石油资源的依赖。纯电动汽车还可以充分利用晚间用电低谷时富余的电力充电，使发电设备日夜都能充分利用，大大提高其经济效益。有研究表明，同样的原油经过粗炼，送至电厂发电，充入电池，再由电池驱动汽车，其能量利用效率比经过精炼变为汽油，再经汽油机驱动汽车要高，因此有利于节约能源和减少CO,的排放。3.燃料电池电动汽车燃料电池电动汽车是指以燃料电池系统作为单一动力源或者是以燃料电池与可充电储能系统作为混合动力源的电动汽车。燃料电池电动汽车主要由燃料电池组、控制系统、驱动系统、辅助动力系统和动力蓄电池等组成。燃料箱储存燃料，燃料电池把燃料氧化的化学能转换为电能，产生的直流电经过控制器变为交流电后输人驱动电动机，经传动系统驱动汽车。燃料电池的化学反应过程不会产生有害物质，因此，燃料电池电动汽车是无污染汽车，燃料电池的能量转换效率比发动机要高2~3倍。从能源利用和环境保护方面而论，燃料电池电动汽车是一种理想的车辆。(二)气体燃料汽车常见的气体燃料汽车包括压缩天然气汽车、液化天然气汽车和液化石油气汽车等。气体燃料汽车由于其排放性能好，运行成本低、技术成熟、安全可靠，被世界各国公认为是当前最理想的替代燃料汽车。(三)生物燃料汽车生物燃料是由生物原料生产的燃料，这些生物原料包括农林产品或其副产品、工业废弃物、生活垃圾等。常见的生物燃料汽车包括醇类汽车、生物柴油汽车、二甲醚汽车等。醇类燃料主要包括甲醇和乙醇，都属于含氧燃料。醇类燃料具有较高的热输出效率，能耗较低，由于燃烧充分，有害气体排放较少，属于清洁能源。用甲醇代替石油燃料已经应用多年，包括我国在内世界上已有70多个国家或地区不同程度地应用甲醇汽车。乙醇一般不会直接用来当作汽车燃料，而是按一定的比例与汽油混合使用，以增加燃料的辛烷值。按照我国的国家标准，乙醇汽油是用90%的普通汽油与10%的乙醇调和而成。它可以有效改善油品的性能和质量，降低一氧化碳、碳氢化合物等主要污染物排放，且不会影响汽车的行驶性能，还能减少有害气体的排放量。乙醇作为一种新型清洁燃料，是目前世界上可再生能源的发展重点，沃尔沃乙醇燃料汽车。生物柴油是指以油料作物、野生油料植物和工程微藻等水生植物油脂以及动物油脂、餐饮垃圾油等为原料油通过酯交换工艺制成的可替代石化柴油的再生性柴油燃料。1.氢动力汽车氢动力汽车是一种真正实现零排放的交通工具，其排放物是纯净水，且氢能储量丰富，因此，氢动力汽车是传统汽车最理想的替代方案。但是氢燃料电池成本高，而且氢燃料的存储和运输非常困难。长安汽车在2007年完成了中国第一台高效零排放氢内燃机点火，并在2008年北京车展上展出了自主研发的首款氢动力概念跑车“氢程”。(四)其他新能源汽车2太阳能汽车太阳能汽车是将太阳能转化成电能对车进行供电的，在很大程度上降低了使用成本，而且非常环保，是真正的绿色能源汽车。第二节智能网联汽车一、智能网联汽车的定义智能网联汽车(IntelligentConmnectedVehicle，ICV)，是指车联网与智能车的有机联合，是搭载先进的车载传感器、控制器、执行器等装置，并融合现代通信与网络技术，实现车与人、车、路、后台等智能信息交换共享，实现安全、舒适、节能、高效行驶，并最终可替代人来操作的新型汽车。智能交通系统(Intelligent'TrafficSystem，ITS)是未来交通系统的发展方向。它是将先进的信息技术、计算机处理技术、数据通信技术、传感器技术、电子控制技术、运筹学、人工智能等有效地集成，运用于整个地面交通管理系统而建立的一种在大范围内、全方位发挥作用的，实时、准确、高效的综合交通运输管理系统。智能交通系统是随着车联网技术的发展而不断发展的，车联网的终极目标是智能交通系统。车联网是以车内网、车际网和车载移动互联网为基础，按照约定的体系架构及其通信协议和数据交互标准，实现V2X(V代表汽车，X代表车、路、行人及应用平台等)无线通信和信息交换，以实现智能化交通管理、智能动态信息服务和车辆智能化控制的一体化网络，是物联网技术在智能交通系统领域的延伸。根据我国《智能网联汽车技术路线图》的解释，智能网联汽车具有两个层面:一是智能化，二是网联化。在智能化层面，我国定义为五个层次（表7-1)，汽车配备多种传感器（摄像头、超声波雷达、毫米波雷达、激光雷达)，实现对周围环境的自主感知，通过一系列传感器信息识别和决策操作，汽车按照预定控制算法与预设定交通路线规划行驶。0级驾驶自动化(应急辅助) 要求驾驶自动化系统不能持续执行动态驾驶任务中的车辆横向或纵向运动控制，但具备持续执行动态驾驶任务中的部分目标和事件探测与响应的能力1级驾驶自动化(部分驾驶辅助) 要求驾驶自动化系统在其设计运行条件下持续地执行动态驾驶任务中的车辆横向和纵向运动控制，且具备与所执行的车辆横向和纵向运动控制相适应的部分目标和事件探测与响应的能力

2级驾驶自动化(组合驾驶辅助) 要求驾驶自动化系统在其设计运行条件下持续地执行动态驾驶任务中的车辆横向和纵向运动控制，且具备与所执行的车辆横向和纵向运动控制相适应的部分目标和事件探测与响应的能力 3级驾驶自动化(有条件自动驾驶辅助) 要求驾驶自动化系统在其设计运行条件下持续地执行全部动态驾驶任务4级驾驶自动化(高度自动驾驶) 要求驾驶自动化系统在其设计运行条件下持续地执行全部动态驾驶任务并自动执行最小风险策略

5级驾驶自动化(完全自动驾驶) 要求驾驶自动化系统在任何可行驶条件下持续地执行全部动态驾驶任务并自动执行最小风险策略 在网联化层面，我国划分为三个等级（表7-2)，车辆采用新一代移动通信技术(LTE-V、5G等)，实现车辆位置信息、车速信息、外部信息等车辆信息之间的交互，并由控制器进行计算，通过决策模块计算后控制车辆按照预先设定的指令行驶，进一步增强车辆的智能化程度和自动驾驶能力。二、智能网联汽车功能从功能角度上讲，智能网联汽车与一般汽车相比，主要增加了环境感知与定位系统、无线通信系统、车载网络系统和先进驾驶辅助系统等。1.环境感知与定位系统环境感知与定位系统主要功能是通过各种传感技术和定位技术感知车辆本身状况和车辆周围状况。传感器主要包括车轮转速传感器、加速度传感器、微机械陀螺仪、转向盘转角传感器、超声波传感器、激光雷达、毫米波雷达和视觉传感器等，通过这些传感器，感知车辆行驶速度、行驶方向、运动姿态和道路交通情况等。2．无线通信系统无线通信系统主要功能是各种数据和信息的传输，分为短距离无线通信技术和远距离无线通信技术。3.车载网络系统车载网络依靠短距离无线通信技术实现V2X之间的通信，它是在一定通信范围内可以实现V2V、V2I、V2P之间相互交换各自的信息，并自动连接建立起一个移动的网络。典型应用包括车辆行驶安全预警、辅助驾驶、分布式交通信息发布以及基于通信的纵向车辆行驶控制等。4.先进驾驶辅助系统先进驾驶辅助系统主要功能是提前感知车辆及其周围情况，发现危险及时预警，保障车辆安全行驶，是预防交通事故的新代前沿技术。先进驾驶辅助系统是智能网联汽车的重要组成部分，是无人驾驶汽车的关键技术。无人驾驶汽车是通过车载环境感知系统感知道路环境，自动规划和识别行车路线并控制车辆到达预定目标的智能汽车。三、智能网联汽车的组成智能网联汽车智能驾驶的核心技术由环境感知层、智能决策层以及控制和执行层组成。1.环境感知层环境感知层的主要功能是通过车载环境感知技术、卫星定位技术、4G/5G及V2X无线通信技术等，实现对车辆自身属性和车辆外在属性（如道路、车辆和行人等）静、动态信息的提取和收集，并向智能决策层输送信息。其中小型化和嵌入式的视觉传感器、雷达、以及高精度定位与导航系统都在智能网联汽车上得到了广泛应用。智能驾驶汽车的视觉传感器可实现车道偏离警告、前方碰撞预警、行人碰撞预警、交通标志识别、盲点监控、驾驶人注意力监控、全景停车、停车辅助和车道保持辅助等功能。驾驶人可以从车载摄像头中获得更智能的结果，即通过摄像头的视场，感知驾驶环境。根据汽车摄像头模块的不同，目前使用的摄像头分为单目摄像头、双目摄像头和红外夜视系统。单目传感器的工作原理是先识别后测距，首先通过图像匹配对图像进行识别，然后根据图像的大小和高度进一步估计障碍物和车辆移动时间。双目视觉传感器的工作原理是先对物体与本车辆距离进行测量，然后再对物体进行识别。由于夜间可见光成像的信噪比较低,从而导致视觉传感器夜间成像的难度增大，而远红外系统在这个时候就能发挥自身独特的优势。汽车车载雷达技术源自军工技术，超声波雷达是汽车最常用的一种传感器，被广泛应用于倒车辅助系统和自动泊车系统中。它可以通过接收到的反射后的超声波探知周围的障碍物情况，帮助驾驶人消除盲点和视线模糊缺陷，提高行车安全性。超声波雷达的工作原理是利用传感器中的超声波发生器产生40kHz的超声波，然后接收探头接收障碍物反射的超声波，并根据超声波反射接收的时差计算出与障碍物的距离。毫米波雷达是ADAS系统的主要传感器，其工作频率范围为30~300GHz，可以检测目标的速度、距离和方位。对于智能网联汽车来说，引导车辆到达目的地，需要将环境中尽可能丰富的信息提供给自动驾驶系统。为了满足自动驾驶系统的导航