《汽车概论》第2版课件 第四章 新能源与智能网联汽车

第四章新能源与智能网联汽车汽车概论

第一节

新能源汽车的认知02学习导入03知识准备04学习总结05思考与练习目录CONTENTS01学习目标01学习目标知识与能力目标：1）了解新能源汽车高压系统的组成（如动力电池、电机控制器等）及基本功能。2）能识别高压部分关键部件，简述其在新能源汽车中的作用。情感与素养目标：1）认识高压系统对新能源汽车的核心意义，树立安全认知与技术敬畏。2）激发对新能源汽车技术的探索兴趣，为专业深入学习蓄力。02导入

街头巷尾，新能源汽车越来越常见。它们没有排气管，启动时安静无声，却能轻松驰骋。与传统汽车相比，新能源汽车的“心脏”和“血管”大不相同，其核心的高压系统更是充满奥秘。接下来，就让我们走进新能源汽车的世界，探索它的独特之处。03

知识准备知识准备

一、新能源汽车发展的必要性1.环境污染

全球每年因传统燃油汽车排放的二氧化碳超过100亿吨，是导致全球气候变暖的重要因素之一。在我国，机动车尾气排放占城市空气污染物的比重达40%以上，其中氮氧化物和颗粒物对人体呼吸系统危害极大。

2.石油短缺

从能源角度看，全球石油储量按当前消耗速度计算，仅能维持约50年。我国石油对外依存度超过70%，传统汽车每年消耗的石油占全国石油总消耗量的60%以上，能源安全面临严峻挑战。

3.提升能源效率传统汽车发动机热效率普遍仅为35%左右，能源浪费严重。而新能源汽车电机效率可达90%以上，能大幅提升能源利用率。知识准备

二、新能源汽车的定义​

新能源汽车是指采用除汽油、柴油之外的非常规车用燃料（如电力、氢气、生物柴油、乙醇等），或采用新型动力装置（如驱动电机、燃料电池、氢发动机等），并集成了动力控制、驱动系统等先进技术，具有全新技术原理和结构的汽车。​

新能源汽车不仅在能源形式上区别于传统汽车，在动力传输、控制系统等方面也有本质创新，是汽车产业向低碳化、智能化转型的核心载体。知识准备

三、新能源汽车的种类​1.纯电动汽车（BEV）

纯电动汽车是指完全依靠动力电池提供能量，由驱动电机驱动，无内燃机，是目前市场占比最高的新能源汽车类型。​2.混合动力汽车（HEV）

混合动力汽车是指包含燃油发动机和驱动电机两种动力源，可根据工况自动切换或协同工作，又分为普通混合动力（无外接充电功能）和插电式混合动力（PHEV，可外接充电）。

3.燃料电池汽车（FCEV）燃料电池汽车是指以氢气为燃料，通过燃料电池堆发电驱动电机，排放物仅为水。​知识准备

四、纯电动汽车1.纯电动汽车的组成纯电动汽车主要由高压电驱动系统、低压控制系统、车身与底盘三大部分构成，其中高压电驱动系统是电动汽车的核心，也是区别于传统汽车的最大不同点。高压电驱动系统主要由动力蓄电池、驱动电机、电机控制器和DC/DC变换器等组成，如图4-1所示。知识准备

（1）动力蓄电池它为电动汽车的驱动电机提供电能，目前市场上大部分的新能源汽车均采用锂离子蓄电池作为动力蓄电池，如图所示，它由多个单体蓄电池串联组成，总电压可以超过400V。知识准备

（2）驱动电机它将动力蓄电池的电能转化为机械能，向外输出扭矩，驱动汽车前进或后退；还可以在汽车滑行、制动过程中将动能转化为电能存储在动力蓄电池中，如图所示。知识准备

（3）电机控制器它的作用是控制电动机的电压或电流，完成驱动电机的转速、转矩和旋转方向的控制，如图所示。知识准备

（4）DC/DC变换器它的作用是将动力蓄电池的高压直流电转变成汽车车身用电设备所需要的12V低压直流电，如图所示。知识准备

2.纯电动汽车结构类型

（1）集中驱动式

驱动系统的最大特点是驱动电机直接与减速器、差速器相连，再通过传动轴与车轮连接。如图所示。这种结构的优点是机械传动装置的质量较轻、体积较小，但对电动机的要求较高。如比亚迪秦PLUSEV、吉利银河E5等车型均采用这种结构，适合大多数家用车型。知识准备

（2）分散驱动式：分为两轮驱动和四轮驱动。两轮驱动的结构是采用两个电机，通过固定速比减速器分别驱动两个车轮，每个电机的转速可以独立调节，如图所示；四轮驱动则每个车轮都由独立电机驱动。分散驱动式可实现精准的扭矩分配，提升操控性。知识准备

4.纯电动汽车的缺点（1）续驶里程短

一般国内的纯电动汽车的续驶里程多为200-400km左右，再加上天气、路况、电池等方面因素，实际的续驶里程也就300km左右。（2）充电时间长

一般正常的充电时间为8h左右，快速充电也得需要1~2h。（3）配套设施不完善

目前，国内的充电站还不足，仍需要一段比较长的时间建设配套基础设施。知识准备

五、混合动力汽车1.混合动力汽车的特点1）采用混合动力后可按平均需要的功率来确定内燃机的最大功率，此时处于油耗低、污染少的最优工况下工作。2）可以十分方便地回收制动时、下坡时、怠速时的能量。3）在繁华市区，可关停内燃机，由电池和电动机单独驱动，实现“零”排放。4）内燃机可以十分方便地解决耗能大的空调、取暖、除霜等设备用电问题。5）可以利用现有的加油站加油。6）可让电池保持在良好的工作状态，不发生过充、过放电情况，能延长电池使用寿命，降低成本。知识准备

2.混合动力汽车的类型

（1）串联式混合动力汽车

是指将发动机、发电机、电动机和动力蓄电池组等部件用串联的方式连接，也叫增程式电动系统，它接近于纯电动系统，如图4-13所示。它的动力来源于电动机，发动机只能驱动发电机发电，并不能直接驱动车辆行驶。因此，串联结构中电动机功率一般要大于发动机功率，这样才能满足车辆的行驶需求。所以，通俗地讲，串联混动结构即电动机+发动机=串联。它的特点是结构简单、布置灵活、没有变速箱，发动机不直接提供动能。知识准备

（2）并联式混合动力汽车是指将发动机、发电机、电动机和动力蓄电池组等部件用并联的方式连接，如图所示。它可用发动机或者电动机单独驱动，也可由发动机和电动机共同驱动。并联结构保留了变速器，因此，通俗地讲，并联混动结构即普通汽车+电动机=并联。它的特点是驱动模式较多，发动机作为动力源，没有独立的发电机。知识准备

（3）混联式混合动力汽车是指将发动机、发电机、电动机和动力蓄电池组、变速器等部件用既有串联也有并联的方式连接，如图所示。它在发动机和电动机协同驱动汽车行驶的同时发动机还能带动发电机为电池充电，不再像并联结构中单一电动机需要身兼二职，并且理论上它能够实现发动机带动发电机发电，电动机驱动汽车行驶的模式。而且两个动力单元也能够单独驱动车辆。它的特点是两种传动装置良好的组合可以使内燃机始终在其最佳运行范围内工作，缺点是传动控制复杂且成本较高。知识准备

（4）插电式混合动力汽车是指一种可外接充电的混合动力汽车，通过生活中的电源插头就能进行蓄电池充电，只不过由于电池不方便像电动自行车那样取下，所以要提供专门的充电设施，结构如图所示。

知识准备

六、燃料电池汽车

燃料电池汽车实质上是电动汽车的一种，主要区别在于动力蓄电池的工作原理不同。1.燃料电池的反应机理燃料电池的反应机理是将燃料中的化学能不经过燃烧直接转化为电能，即通过电化学反应将化学能转化为电能，实际上就是电解水的逆过程，通过氢氧的化学反应生成水并释放电能，如图所示。电化学反应所需的还原剂一般采用氢气，氧化剂则采用氧气，因此，最早开发的燃料电池汽车多是直接采用氢燃料，氢气的储存可采用液化氢和压缩氢气等形式。知识准备

2.燃料电池汽车的结构燃料电池汽车简单的工作过程是将从加氢站加入的高压氢气储存到氢气罐中，然后再输送到燃料电池堆中通过化学反应产生电能，再提供给电动机转化为机械能驱动汽车行驶。04学习总结

本节学习了新能源汽车的核心技术与类型，重点剖析了纯电动、混动和燃料电池汽车的动力系统架构与工作原理。通过学习，大家能认知电池、电机、电控等高压系统部件。同时认识到高压系统的核心地位，树立安全敬畏意识，激发对新能源汽车技术的探索兴趣，为专业学习奠定基础。​05

思考与练习思考与练习

一、填空题1.新能源汽车包括

汽车、插电式混合动力电动汽车和

汽车，主要特征是采用新型动力系统，完全或主要依靠新能源驱动的汽车。2.纯电动汽车电力驱动及控制系统主要由

、

、电机控制器和DC/DC变换器等组成。3.混合动力汽车的类型有串联式混合动力、

、混联式混合动力汽车和

等几类。思考与练习

二、判断题1.由于传统汽车造成石油短缺、环境污染和气候变暖等因素，使发展新能源汽车具有十分的必要性。（）2.汽车尾气排放污染物为一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化物（NO）等。（）3.混合动力汽车是指车上有三个动力源。（）4.纯电动汽车是指以车载电源为动力，用电动机驱动车轮行驶的车辆。（）5.燃料电池汽车是指利用氧气在燃料电池中经电化学反应产生的电能，并作为主要动力源驱动的汽车。（）6.动力蓄电池组输出的电压是低压电，对人身安全没有影响。（）7.驱动电机的作用是将电池的电能转化为机械能，驱动汽车前进或后退。（）8.插电式混合动力汽车是指可通过生活中的电源插头进行蓄电池充电的汽车。（）9.串联式混合动力汽车是指将发动机、发电机、电动机和动力蓄电池组等部件用串联的方式连接，也叫增程式电动汽车。（）思考与练习

三、选择题1.造成全球气候变暖的温室气体是（）。A.一氧化碳（CO）B.二氧化碳（CO2）C.碳氢化合物（HC）D.氮氧化物（NO）2.下列（）不是纯电动汽车电力驱动及控制系统的组成部件。A.低压电池B.驱动电机C.电机控制器D.DC/DC变换器3下列不是纯电动汽车优点的是（）。A.无污染、噪声小B.使用成本低C.结构简单，维修方便D.续驶里程长4.下列不是纯电动汽车缺点的是（）。A.续驶里程短B.结构简单C.充电配套设施不完善D.充电时间长5.目前市面上很多车型采用的纯电动汽车结构类型是（）。A.机械传动型B.无变速器型C.无差速器型D.轮毂电机型6.燃料电池汽车需要加注（），才能行驶。A.氧气B.氮气C.氢气D.碳氢7.从环保和可持续的角度考虑你认为最理想的汽车是（）。A.传统燃料汽车B.插电式混合动力汽车C.纯电动汽车D.燃料电池汽车第四章新能源与智能网联汽车汽车概论

第二节

智能网联汽车的认知02学习导入03知识准备04学习总结05思考与练习目录CONTENTS01学习目标01学习目标知识与能力目标：1）了解智能网联汽车的核心技术（如自动驾驶、车联网）及主要功能模块。2）能简述智能网联汽车的发展趋势，识别其与传统汽车的关键区别。情感与素养目标：1）认识智能网联技术对汽车行业的变革意义，拓宽行业发展视野。2）激发对汽车前沿技术的探索热情，增强专业学习的前瞻性动力。02导入

你是否想象过，未来的汽车不再需要方向盘，只需说出目的地就能自动抵达？智能网联汽车正将这一幻想变为现实。通过激光雷达“看清”道路，依托5G网络“对话”红绿灯，借助人工智能“预判”危险——这些技术让汽车从“代步工具”升级为“智能移动空间”。本节将揭秘自动驾驶如何实现、车联网如何改变出行方式，以及中国品牌在智能汽车赛道上的创新突破。03

知识准备知识准备

一、智能汽车的定义​

智能汽车是指搭载毫米波雷达、超声波雷达、摄像头等传感器，配备高性能处理器，融合通信技术，能实现环境感知、智能决策、自动控制，并可与外界进行信息交互，最终可替代人操作的新一代汽车，如图所示。它能通过传感器“感知”环境，经处理器“思考”决策，再由执行器完成驾驶动作，同时借助通信技术实现车与外界的联动。​知识准备

二、智能汽车发展的必要性​

1.提升安全性

全球交通事故超90%由人为失误导致，智能汽车反应速度达毫秒级，远快于人类1-2秒的反应时间，能大幅减少碰撞事故。​

2.提高交通效率

智能汽车通过车与车、车与路信息交互实现协同行驶，可使道路通行效率提升30%以上，缓解城市拥堵。​

3.节能减排

智能汽车通过优化行驶路线和驾驶习惯，能耗较传统汽车降低15%-20%，减少碳排放。

4.满足特殊需求

智能汽车能为老年人、残障人士提供自主出行可能，提升其生活便利性。知识准备

三、智能汽车技术分级​

根据GB/T40429—2021《汽车驾驶自动化分级》，将智能汽车技术等级分为0级到5级，其中0级到2级属于驾驶辅助，3级到5级属于自动驾驶。（1）0级（应急辅助）：此级别系统仅能在紧急状况下提供有限的辅助。（2）1级（部分驾驶辅助）：在特定场景下，系统可对车辆的转向或加减速其中一项进行控制。​（3）2级（组合驾驶辅助）：系统可同时对车辆的转向和加减速进行协同控制。（4）3级（有条件自动驾驶）：在特定条件下，如某些高速公路路段、特定天气条件且交通状况相对简单时，系统可全面接管车辆的驾驶任务，完成加速、减速、转向、变道等操作。​（5）4级（高度自动驾驶）：在限定的区域和条件内，如封闭的工业园区、特定的城市道路等，系统完全具备自主驾驶能力，无需驾驶员介入。（6）5级（完全自动驾驶）：无论处于何种道路环境与天气条件下，车辆都能如同熟练的驾驶员一般，自主应对各种复杂交通状况，实现完全意义上的无人驾驶，达到甚至超越人类驾驶水平。​知识准备

关于智能汽车的自动化程度，各国和机构有不同的分类定义。美国国家道路交通安全管理局（NHTSA）将其分为Level0-Level4共5个等级，而美国汽车工程师学会（SAE）则采用了Level0-Level5共6个等级，见表4-1。知识准备

四、智能网联汽车的认知​

1.智能网联汽车的定义

智能网联汽车是在智能汽车基础上，进一步强化了网联属性的创新型汽车。它不仅具备智能汽车精准的环境感知、高效的决策控制能力，还凭借车联网技术，实现了与其他车辆（V2V）、行人（V2P）、道路设施（V2I）、云端（V2C）等全方位、实时且高效的信息交换，如图所示。知识准备

2.智能网联汽车的结构​

（1）感知层

智能网联汽车除了前面提到的摄像头、雷达、超声波传感器外，高精度

GPS和惯性导航系统也是重要组成部分。高精度GPS可精确确定车辆的地理位置，误差能控制在米级甚至厘米级；惯性导航系统则在卫星信号受遮挡（如进入隧道）时，通过测量车辆的加速度和角速度，持续推算车辆的位置和姿态，确保感知信息的连续性。摄像头依据不同功能，分为前视、后视、环视摄像头等，前视摄像头主要用于识别前方道路状况、交通标识等；后视摄像头辅助倒车操作；环视摄像头则提供车辆周边360度的全景视觉图像。雷达按工作原理分为毫米波雷达、激光雷达等，如图所示。​知识准备

（2）网络层

这一层犹如智能网联汽车的“神经网络”，包含车载通信模块、路侧通信设备等关键组件。车载通信模块一般采用支持5G通信技术的设备，5G以其超低延迟（毫秒级）、超高带宽的特性，保障车辆与外界信息交互的及时性与高效性。例如，车辆能实时下载高清地图更新数据、与云端服务器快速传输大量的传感器数据等。路侧通信设备则部署在道路沿线，如交通信号灯杆、道路标识牌处，通过与车载通信模块的无线通信，实现车与车，车与路的信息交互，并将交通信号灯状态、路况信息等传递给车辆，如图所示。知识准备

（3）应用层

这是智能网联汽车各种智能化功能的具体实现层面，涵盖自动驾驶控制系统、智能座舱系统、车辆远程管理系统等多个关键系统。自动驾驶控制系统是车辆实现自动驾驶的核心，它根据感知层获取的信息，经复杂算法运算，向车辆底盘的执行机构发出精确指令，实现车辆的加速、减速、转向等操作。智能座舱系统为驾乘人员打造了一个智能化、舒适化的车内环境，通过语音交互、手势识别等先进交互技术，用户可轻松控制车内的娱乐系统、导航系统，查询车辆信息等。车辆远程管理系统则让车主或管理者能通过手机APP、电脑端等远程设备，实时监控车辆的位置、行驶状态、健康状况等，还可对车辆进行远程解锁、启动、设置行驶参数等操作，极大提升了车辆管理的便捷性。​知识准备

3.智能网联汽车的核心技术​（1）自动驾驶技术：由环境感知、决策规划、控制执行等多个紧密关联的子技术构成。（2）车联网技术：作为智能网联汽车协同行驶的基石，涉及无线通信技术、网络协议等多方面知识。（3）人工智能技术：为智能网联汽车赋予了“智慧大脑”。深度学习、机器学习等人工智能算法在智能网联汽车中广泛应用。（4）大数据与云计算技术：智能网联汽车在行驶过程中会产生海量数据，如传感器数据、车辆行驶状态数据、用户操作数据等。04学习总结

本节学习了智能网联汽车的核心概念与技术框架。智能