《汽车文化》-第二章　汽车发展史

第一节汽车发展的萌芽阶段大约在人类发明“撬”后１０００年，中亚人发明了车轮，从此人类有了一种新的移动方式，这就是用滚动代替了滑动，实现了运输方式的第二次飞跃，大大提高了运输效率。最早的车轮是从粗圆木上锯下的圆木头当作滚轮(图２-１)。公元前１６００年，北方的海克索斯人用马拉战车进攻埃及，使埃及人大吃一惊。从此，埃及人也开始使用带轮的车，并首先使用了轮辐和轮缘来加固车轮，不过当时还都是木制的(图２-２)。后来随着钢铁的出现，木轮发展成为钢质轮，外加橡胶轮胎，内充空气。上一页下一页返回第一节汽车发展的萌芽阶段２.马车的发展车辆几乎是与车轮同时出现的，中华民族是最早使用车辆的民族之一。传说在５０００年前黄帝就制造了车辆，所以，黄帝又称为“轩辕黄帝”，“轩”是古代一种带有帷幕而前顶较高的车，“辕”是车的纵向构件，车前驾牲畜的两根横木。不过，黄帝造车的传说迄今尚未找到确凿的史料记载。早期的车辆都是人力的，后来出现了马车，马车的历史极为久远，它几乎和人类的文明一样漫长。一直到１９世纪，马车仍然是十分重要的交通工具，其中欧洲主要使用的是四轮马车(图２-３)，而中国使用的主要是两轮马车(图２-４)。春秋和战国时期，马拉的兵车仍是军队的主要作战工具。各国诸侯大量制造兵车，像秦、楚等强国，兵车数量超过千辆，因此有“千乘之国”之称，这是一种国家军事实力的体现。上一页下一页返回第一节汽车发展的萌芽阶段３.自动车辆的尝试尽管古代的人们对车辆不断改进和探索，但人力或畜力车的速度和载重量总是受到很大限制，无法满足人类的需求和生产力的发展。制造出多拉快跑的自动车辆，一直是人类的梦想。１４—１６世纪欧洲的文艺复兴，使欧洲的思想文化和科学技术走向繁荣，欧洲的车辆制造技术也在那个时期超过了中国，欧洲人开始了自动车辆的大胆尝试。１４２０年，英国人发明一种滑轮车(图２-５)。人坐在车内，借用人力使绳子不停地转动滑轮，由于人力有限，这辆车的速度就不能充分地得以发挥，比步行还要慢。１６００年，荷兰人西蒙史蒂芬制造了一辆“双桅风帆车”(图２-６)。上一页下一页返回第一节汽车发展的萌芽阶段１６４９年，德国一个钟表匠汉斯郝丘，制造了一台发条车(图２-７)，但是这台发条车的速度不到１.６ｋｍ/ｈ，而且每前进２３０ｍ，就必须把钢制发条卷紧一次，因为这个工作的强度太大，所以发条车也没有能够得到发展。以上所谓“自动车”的尝试，都因为存在的种种问题而失败了，其实问题的关键就在于缺少长效而稳定的动力装置，但它却反映了当时人们对“自行驱动”车辆的渴望与追求。二、蒸汽机的发明蒸汽机是将蒸汽的能量转换为机械能的往复式动力机械。蒸汽机的出现曾引发了１８世纪的工业革命。直到２０世纪初，它仍然是世界上最重要的原动机，后来才逐渐让位于内燃机和汽轮机等。上一页下一页返回第一节汽车发展的萌芽阶段１６世纪末到１７世纪后期，英国的采煤业已发展到相当的规模，单靠人力、畜力已难以满足排除矿井地下水的要求，而现场又有丰富而廉价的煤作为燃料。现实的需要促使许多人，如英国的萨弗里、纽科门等人就致力于“以火提水”的探索和尝试。１６９６年，萨弗里制成了世界上第一台实用的蒸汽提水机(图２-８)。在１６９８年取得标名为“矿工之友”的英国专利。萨弗里的提水机依靠真空的吸力汲水，汲水深度不能超过６ｍ。为了从几十米深的矿井汲水，须将提水机装在矿井深处，用较高的蒸汽压力才能将水压到地面上，这在当时无疑是困难而又危险的。上一页下一页返回第一节汽车发展的萌芽阶段纽科门及其助手卡利在１７０５年发明了大气式蒸汽机，用以驱动独立的提水泵，被称为纽科门大气式蒸汽机(图２-９)。这种蒸汽机先在英国推广，后来在欧洲大陆迅速得到推广，它的改型产品直到１９世纪初还在制造。纽科门大气式蒸汽机的热效率很低，这主要是由于蒸汽进入汽缸时，在刚被水冷却过的汽缸壁上冷凝而损失掉大量热量，只在煤价低廉的产煤区才得到推广。１７６３年，英国人詹姆斯瓦特(图２-１０)开始针对纽科门式蒸汽机的缺点研究新的蒸汽机，并在１７７４年，研制出世界上第一台真正意义上的动力机械———蒸汽发动机(图２-１１)，为此瓦特花费了３０多年的心血，这是历史性的进展，而自动车辆的诞生也因此有了实现的可能。上一页下一页返回第一节汽车发展的萌芽阶段三、蒸汽机汽车的发明１７６３年，法国陆军的技术军官尼古拉斯·古诺(图２-１２)所在的兵工厂生产一种炮身由生铁铸成的大炮，需要几匹强壮的马才能拉动。古诺希望将蒸汽力作为拉大炮车辆的牵引力，并且向陆军部提出了制造一台样机的建议。经过６年的努力，于１７６９年，古诺制成了他设想中的蒸汽机汽车(图２-１３)。蒸汽机汽车的车身是很重的木制框架，前面支撑着一个大锅炉，后面是两个汽缸，锅炉产生的蒸汽送进汽缸，推动着装在里面的活塞上下运动，再通过曲柄把活塞的运动传给装在车框架下面的前轮，操纵前轮转动前进。古诺驾着他的蒸汽机汽车真的走起来了，不过它的速度只有４ｋｍ/ｈ，比马车慢得多，而且蒸汽机汽车走了１５分钟就停下来了，原来锅炉里的蒸汽已经用完了。古诺只好下车给锅炉添水加煤，等到锅炉里重新喷出蒸汽以后才能继续行走。上一页返回第二节汽车发展的成长阶段一、内燃机的发明鉴于蒸汽机过于笨重、起动慢和热效率低等问题，在１７世纪末就已经有人提出制造内燃机的想法。经过１５０多年的不懈努力，在１９世纪中叶，人们看到了内燃机出现的曙光。１８６２年，法国工程师罗夏在本国科学家卡诺研究热力学的基础上，提出了四冲程内燃机工作原理:活塞下移，进燃气，活塞上移，压缩燃气，点火，气体迅速燃烧膨胀，活塞下移做功，活塞上移，排出废气。四个冲程周而复始，推动机器不停地运转。罗夏只是提出了四冲程的内燃机理论，而将这一理论变为现实的是德国发明家尼古拉斯·奥托(图２-１４)。下一页返回第二节汽车发展的成长阶段１８７６年，奥托设计制成了第一台四冲程内燃机(图２-１５)。这台内燃机使用煤气作为燃料，采用火焰点火。它具有体积小、转速快和热效率高等优点，与现代内燃机的原理已经非常接近，是第一台能代替蒸汽机的实用内燃机。为了纪念奥托的发明，内燃机工作过程中的进气、压缩、做功、排气４个冲程的循环方式被称为“奥托循环”。煤气机虽然比蒸汽机具有很大的优越性，但在社会化大生产情况下，仍不能满足交通运输业所要求的高速、轻便等性能。因为它以煤气为燃料，需要庞大的煤气发生炉和管道系统。煤气的热值低(１.７５×１０７~２.０９×１０７Ｊ/ｍ３)，煤气机转速慢，比功率小。到１９世纪下半叶，随着石油工业的兴起，用石油产品取代煤气作燃料已成为必然趋势。上一页下一页返回第二节汽车发展的成长阶段１８８３年，德国人戈特利布·戴姆勒在好朋友威廉·迈巴赫的帮助下，在奥托四冲程发动机的基础上，使用汽油作为燃料，通过改进开发了第一台汽油机(图２-１６)。后来他们还制成了世界上第一台轻便小巧的化油器式、电点火的小型汽油机，转速达到了当时创纪录的７５０ｒ/ｍｉｎ，这也为汽车找到了一种最为理想的动力源。１８９７年，德国工程师鲁道夫·狄塞尔(图２-１７)摘取了“柴油机发明者”的桂冠，他成功地试制出世界上第一台柴油机(图２-１８)。１８９２年，狄塞尔经过多年研究，提出压燃式内燃机原理，为柴油机的诞生奠定了理论基础。后来狄赛尔经过多年不懈努力，克服了重重困难，终于在一片指责和质疑声中将柴油机变为现实。柴油机是动力工程方面的又一项伟大的发明，它比汽油机油耗低了１/３，是汽车的又一颗机能良好的“心脏”。上一页下一页返回第二节汽车发展的成长阶段后人为了纪念狄塞尔的功绩，将柴油机称为“狄塞尔”(英语的ｄｉｅｓｅｌ即为柴油机的意思)。汽车后面如果有“ｄｉｅｓｅｌ”字样，就表示这是一辆柴油发动机汽车。二、第一辆汽车的诞生世界上最早的实用汽车是由德国的两个工程师同时宣布制成的。卡尔·本茨发明了三轮汽车，戈特利布·戴姆勒制造的是四轮汽车，他们两人都被世人尊称为“汽车之父”。戴姆勒与本茨的成功也是“站在巨人的肩膀上取得的”。早在第一辆汽车发明之前，与它相关的许多发明就已经出现了，如充气轮胎、弹簧悬架、内燃机点火装置等。客观地说，汽车并不是哪个人发明的，而是科技进步到一定阶段的必然结果，是许多发明和技术的综合运用。上一页下一页返回第二节汽车发展的成长阶段１.卡尔·本茨的第一辆汽车１８８６年，卡尔本茨(图２-１９)在德国曼海姆制成了世界上第一辆三轮汽车(图２-２０)。１８８６年１月２９日，本茨正式取得德国的汽车专利证(图２-２１)，这一天也被公认为是汽车的诞生日。卡尔本茨的发明最初被人们所怀疑，当时的曼海姆的报纸甚至把他的汽车贬低为无用可笑之物。卡尔本茨的夫人为了回击一些人的讥讽，于１８８８年８月带着两个儿子驱车实验，他们从曼海姆出发，途经维斯洛赫添油加水，直驶普福尔茨海姆，全程１４４ｋｍ。这次历程为本茨的发明增添了说服力，因此，本茨的夫人成为历史上第一位女司机，而维斯洛赫则成为历史上第一个汽车加油站。上一页下一页返回第二节汽车发展的成长阶段２.戈特利布·戴姆勒的第一辆汽车１８８５年，戈特利布·戴姆勒(图２-２２)发明了第一辆四轮汽车(图２-２３)。戴姆勒是一个机器迷，他做过铁匠和车工，也上过几年技术学校。他长期担任内燃机发明者奥托领导下的奥托—朗根公司的技术工作，对奥托内燃机(固定式煤气发动机)的研制做出了重要的贡献。戴姆勒对汽油发动机更感兴趣，他认为奥托内燃机虽然重量大、转速低，但只要稍加改动就可装在汽车上使用。然而奥托本人却目光短浅，墨守成规，他看到当时制造煤气发动机销路比较好，所以不同意改进。上一页下一页返回第二节汽车发展的成长阶段１８８１年，戴姆勒辞去奥托厂的一切职务，转而与威廉迈巴赫合作开办了当时的第一家所谓的汽车工厂，开始研究一种“轻便快速”发动机的设计方案。１８８３年８月１５日，戴姆勒成功发明了世界上第一台“轻便快速”运转的内燃机。这台发动机每马力能带动８０ｋｇ重物，达到了相当高的转速。此时，戴姆勒并没有就此满足，他想创造一种“所有车辆都能使用的自动推进器”。在１８８５年，他又研制出第二台立式单缸内燃机，功率达到了１.１马力，他立刻将自己的发明装到一辆“骑士”牌自行车上，世界上的第一辆摩托车就此诞生了。１８８６年，戴姆勒又将马车加以改善，增添了传动、转向等必备机构，安上一台１.５马力的汽油发动机，使其成为世界上第一辆没有马拉的“马车”———汽车，这辆车以１４.４ｋｍ/ｈ的车速从斯图加特驶向了康斯塔特。第一辆实用汽车终于诞生了。上一页下一页返回第二节汽车发展的成长阶段三、汽车构造的发展完善汽车刚发明时，并没有立即在各种路面车辆中显示出很强的竞争力。蒸汽机有较长的发展历史，比起发展初期的汽车要完善得多。２０世纪初，美国销量最大的还是蒸汽车。当时的蒸汽机已经可以造得很小，车架用管型钢，整车总质量只有３５０ｋｇ，行驶车速可达４０ｋｍ/ｈ。运转比当时的汽车平稳得多。在当时的多次汽车大赛中，都是蒸汽车夺了第一名，以致很多人认为蒸汽车会和汽车有一样的发展前途。但蒸汽车最大的缺点就是起动困难，起动一次需要４５分钟。经过几十年的发展完善，汽车才在路面车辆中占据了主导地位。上一页下一页返回第二节汽车发展的成长阶段１.内燃机的发展完善(１)汽油气化与点火汽油机燃料供给系的主要作用是将汽油与空气均匀混合形成可燃混合气，供给发动机燃烧做功。其中最重要的混合气装置是化油器或燃油喷射装置。汽油机先前大多使用化油器，利用化油器使燃油雾化，和空气混合。但是传统的化油器无法精确地获得发动机在不同工况下可燃混合气的空燃比，现代汽车上已大量地被电子燃油喷射系统(ＥＦＩ)所代替。所谓电子燃油喷射系统就是用电脑精确地控制发动机每次循环的喷油量，比起传统的化油器，由于ＥＦＩ系统计量更准确，雾化燃油更精细，控制发动机工作更敏捷，因此在汽车节油，特别是降低排放污染方面表现出明显的优势。上一页下一页返回第二节汽车发展的成长阶段１９５２年由德国博世(Ｂｏｓｃｈ)公司在奔驰３００Ｌ型赛车上最早采用燃油喷射系统，它是一种曾用于第二次世界大战德军飞机的机械控制式喷射装置。１９５７年，美国克莱斯勒公司将电子喷嘴首次装用在豪华型轿车上，这是最早的电子控制汽油喷射系统。在电子燃油喷射系统的发展历程中，博世公司做出了很大的贡献。１９６７年，博世公司制造出Ｋ型机械式燃油喷射系统，由电动汽油泵提供低压燃油，经燃油量分配器输往各缸进气管上的机械式喷油嘴，同年，博世公司制造出Ｄ型模拟式电子燃油喷射系统，安装在大众１６００型轿车上，率先达到了美国汽车排放法规的要求，打入了美国市场。它的喷油量是由发动机的转速和进气歧管内真空度决定的，开创了汽油喷射系统电子控制的新时代。上一页下一页返回第二节汽车发展的成长阶段１９７３年，博世公司又研制出Ｌ型电子燃油喷射系统。它的燃油量主要由发动机的转速和实际进气量决定。１９７６年，博世公司研制出带有氧传感器的闭式燃油喷射系统，它可以利用装在排气管上的氧传感器判断燃油喷射量的精确与否，使可燃混合气的空燃比尽量接近理想值，以取得较低的排放性能。１９７９年，博世公司的Ｍ型数字控制燃油喷射系统问世。在这个系统中，电子控制系统同时完成喷射脉冲的计算和点火正时，集电子点火和电控汽油喷射于一体。现代的电子燃油控制系统均采用集中控制系统，即电不仅控制燃油喷射、点火正时，还有控制怠速，爆燃、废气再循环等。上一页下一页返回第二节汽车发展的成长阶段(２)点火装置的发展点火系是汽油机上独有的一个系统，它的主要作用是点燃汽缸内可燃混合气。点火方式从最早的热管式点火、磁电机点火、蓄电池点火，一直发展到现在的电子点火。最早获得热管式点火专利的是英国人牛顿。热管就是一个从汽缸内伸出的封闭金属管，把它加热到红热状态，由于热管保持高热，当汽缸内混合气被压缩时压力升高，就自行发生点火。１８４４年，英国人雷诺茨实现了电火花点火，它是用干电池做电源，点火室内装一根烧到白炽状态的电热白金丝，利用一个阀门，定时开闭点火室的进气口，可燃混合气接触电热丝而着火燃烧。上一页下一页返回第二节汽车发展的成长阶段１８５９年，法国的勒诺瓦赫发明了世界上第一只长石质瓷缘体制成的电点火火花塞，使电池和感应线圈产生的高压电火花点火在内燃机上获得了实际的应用。１８８３年，德国的西弗兰德·马尔库斯将一台低压磁电机代替蓄电池作为点火电源，并且利用机械方法断开装在燃烧室内触点的电源，产生电火花点燃混合气。由于当时电火花靠这种永磁微型发电机产生，因此称之为磁电机点火。１９０８年，美国的斯特林试验成功蓄电池点火系，采用了触点式控制装置。但是随着发动机转速的提高，传统的机械式点火装置越来越不适应发动机的高速运转，容易造成缺火等问题，因此无触点的电子点火装置得到了长足的发展。上一页下一页返回第二节汽车发展的成长阶段１９４９年，美国的霍利化油器公司首先取得了在点火系中使用晶体管的电子点火系专利，减少了断电器触点磨损、氧化、机械损伤。１９７１年，克莱斯勒公司在汽车上开始正式采用全晶体管点火装置。１９７３后，克莱斯勒、福特、通用等公司生产的全部汽油车上都以无触点式全晶体管点火装置作为标准装置。目前，汽车发动机点火已经发展到微电脑控制点火，即点火时间、点火能量微电脑直接控制。上一页下一页返回第二节汽车发展的成长阶段(３)内燃机的冷却内燃机的冷却最初是用一根长而弯的管子让水循环流动来实现的。１９０１年，迈巴赫发明了蜂窝状的冷却水箱，为高效率的冷却打下了基础。后来采用的水泵强制冷却水循环大大改善了冷却系统的工作效能。它可以有效地避免冷却水因蒸发而造成的损失，同时还可以起到提高冷却水沸点的作用，也就可以使汽车长时间爬坡时避免“开锅”现象发生，大大降低了对发动机零部件的损害，提高了行驶的安全性、平稳性。(４)起动系统早期的汽车是靠手摇转动曲轴来起动发动机的。这种方式既费力又不方便，需要两个人配合。最初消除手摇起动的设想是将压缩空气按点火顺序依次送进各缸以使曲轴转动。压缩空气是靠发动机以前工作时带动一个气泵而储存的，除了用于起动发动机外，还可给轮胎充气及带动千斤顶工作。但是这种起动方法并不成功。上一页下一页返回第二节汽车发展的成长阶段１９１２年，美国凯迪拉克公司使用了直流发电机。１９１７年，美国凯迪拉克公司研制了第一个电起动器，它是用一个小电动机带动与曲轴相连的飞轮转动来起动发动机的。这项发明的关键在于认识到电动机能在瞬时超负荷运转，所以一个小电动机就可以带动曲轴转动至发动机点火起动，这是由凯特林研究发现的。１９６２年，通用公司采用了二极管整流的交流发电机，直至今日，汽车使用的发电机都是交流发电机。(５)润滑系统早期的汽车发动机润滑大多采用“全失”润滑系统。机油送到发动机的工作部件，进行润滑，使用后的机油就白白地流到地上浪费了。现代汽车广泛采用的压力飞溅润滑系统，在采用了压力润滑后，发动机寿命大大提高。上一页下一页返回第二节汽车发展的成长阶段(６)气门的布置１９３０年以前的发动机，大多数采用侧置式气门的设计方案。随着发动机转速的提高，逐步采用顶置式气门(成为一种设计标准)。其优点是可使气门的动作加快，减少气门阻力，以便更好地进行换气，还可使燃烧室的设计更加紧凑。２.底盘系统的发展完善(１)传动系统本茨的汽车从发动机到驱动车轮是用皮带传动，后来又出现了链条。在挠性连接部件出现以后，即传动力的两部件之间允许有位置和距离的变动，才普遍采用了传动轴接锥齿轮的传动方式。上一页下一页返回第二节汽车发展的成长阶段１８９３年，美国的杜里埃兄弟在汽车上首先使用了干式单片离合器，同时采用了差速器后桥。１８９４年，法国的本哈特和拉瓦索发明了齿轮变速器。１８９８年，法国雷诺汽车公司首先使用了传动轴。１９０２年，皮尔里斯发明了汽车万向节。１９１３年，美国的派克特汽车推广应用了螺旋锥齿轮主减速器后桥，之后又采用了双曲线齿轮主减速器。１９２９年，美国凯迪拉克公司首先研制出同步器，它是通过同步器中锥面相互摩擦使两个齿轮转速相同时才允许啮合，换挡时既轻便又不打齿，换挡时间也大大缩短了。１９４８年，别克轿车采用了与行星齿轮机构组成一体的液力变矩器，这就是现在液力自动变速器的原型。上一页下一页返回第二节汽车发展的成长阶段(２)制动系统汽车制动器开始是照搬马车上的结构，即用驻车制动带动一个单支点的摩擦片来抱住后轮。但是汽车所需的制动力要比马车大得多，而且汽车倒退时这种制动器常常失灵。１９１４年开始出现轮内鼓式制动器。１９０２年，美国的奥兹发明了钢带与制动鼓式制动器，后来许多汽车都采用了这种制动器。１９０３年，美国的廷切尔汽车采用了气压制动器。１９０７年，英国的弗罗特发明了石棉制动蹄片。１９１９年，法国海斯柏诺—索扎公司制成用脚踏板统一控制的四轮鼓式制动器，并由变速器驱动一个机械伺服机构来增加制动力，使制动效果大为改善。上一页下一页返回第二节汽车发展的成长阶段１９２１年，美国的杜森伯格公司又推出了液压助力器，由一个主液压缸来放大制动力。以后又出现了气动助力的制动器。制动装置逐渐形成了行车制动控制车轮制动，驻车制动控制传动轴制动的普遍的结构形式。１９２８年，皮尔斯阿罗汽车第一次装用真空助力制动器。它利用进气歧管的真空度以降低驾驶员作用于制动器上的操作力。１９５８年，英国道路研究所研制出第一个防抱死制动装置。(３)行驶系统１)轮胎。初期的汽车采用的是自行车所用的辐条式的铁质车轮，外套实心橡胶轮。这种实心轮当车速超过１６ｋｍ/ｈ时，车就会跳起来，使驾驶员和乘客颠簸得无法忍受。上一页下一页返回第二节汽车发展的成长阶段１８９５年，法国的米其林兄弟制造出了用于汽车的充气轮胎，改善了汽车的舒适性。这种轮胎分为内胎、外胎两层，外胎中用金属丝予以加强，从而使轮胎寿命大大延长。１９４６年，米其林公司发明了子午线轮胎，大大改善了轮胎的使用性能。１９４８年，美国古德奇公式发明了汽车无内胎轮胎，也就我们现在轿车广泛应用的“真空胎”。２)悬架。汽车最早采用的是钢板弹簧非独立悬架。１９００年，美国人哈德福特制成了第一个汽车减振器，并将它装在奥兹莫比尔轿车上。１９２１年，英国的利兰德汽车公司生产出第一个使用扭杆弹簧悬架的汽车。上一页下一页返回第二节汽车发展的成长阶段１９３３年，美国的费尔斯通公司研制成了第一个实用的空气弹簧悬架。同年，门罗公司为赫德森轿车研制双向筒式液压减振器。直到现在，这种筒式减振器也没有很大改变。１９３４年，通用汽车公司采用了前螺旋弹簧独立悬架。１９３８年，别克汽车第一次将螺旋弹簧应用到汽车后悬架上。１９５０年，福特汽车公司的麦弗逊制成了麦弗逊式独立悬架，是轿车上应用较多的悬架形式。１９８４年，林肯轿车采用了可调整的空气悬架系统，从此在汽车上开始采用电控悬架。上一页下一页返回第二节汽车发展的成长阶段(４)转向系统本茨在他发明的三轮汽车上，首先采用了所谓的齿轮齿条式转向器，但是靠一根操纵杆控制方向。１９０８年，福特Ｔ型汽车采用了行星齿轮转向器。１９２３年，美国的马尔斯采用了滚珠蜗杆式转向器，这是最早的循环球式转向器。１９５４年，液压动力转向器动力转向器应用于凯迪拉克轿车上。１９６６年，美国轿车上开始采用可伸缩的转向柱。上一页返回第三节汽车新技术和新发展一、汽车新技术现今的汽车已非简单的代步工具，已成为集无线电科技、多媒体、计算机、ＧＰＳ全球定位系统等多种新技术于一身的结合体。未来数十年，电池电动车、混合电动车和燃料电池电动车市场份额将以稳定的速度增长，而燃油汽车的市场份额将会逐渐减少，各汽车厂商不得不去追赶“绿色汽车”的潮流，未来的汽车时代将是属于绿色环保汽车的时代。下一页返回第三节汽车新技术和新发展１.汽车轻量化所谓汽车轻量化，就是在保证强度和安全性的前提下，尽可能降低汽车的整车质量，从而提高汽的动力性，减少燃料消耗，降低排放。研究表明，汽车整车质量每减少１００ｋｇ，百千米油耗可降低０.３~０.６Ｌ。此外，汽车轻量化还可以提高汽车动力性，节省材料，降低成本。目前，实现汽车轻量化的主要方法是使用新型轻质环保材料(材料本身具有环保性和可回收性)，如铝合金、镁合金、钛合金、工程塑料和复合材料、精细陶瓷等。上一页下一页返回第三节汽车新技术和新发展德国大众公司于１９９９年推出新型奥迪Ａ２轿车，是世界上第一款大批生产的全铝车身轿车，车身采用全铝空间框架车身ＡＳＦ，整车铝质外壳，从前顶柱到行李厢边，包括车门手把都是用铝合金冲压成型。该车采用铝材，使整车质量比传统钢质车身减轻４０％以上，仅有８９５ｋｇ，空气阻力系数仅为０.２５，平均油耗降至每百千米３Ｌ。２００２年推出的全新奥迪Ａ８通过使用性能更好的大型铝铸件和液压成型部件，车身零件数量从５０个减至２９个，车身框架完全闭合(图２-２４)。这种结构不仅使车身的扭转刚度提高了６０％，还比同类车型的钢质车身车重减少５０％。就铝合金板材的应用发展趋势看，强度高、成形好、表面质量优良的铝合金板材将取代钢板成为汽车车身的主要材料。上一页下一页返回第三节汽车新技术和新发展２.发动机新技术发动机作为汽车的心脏，是汽车的动力之源。发动机的好坏直接影响着汽车的性能。随着科技的发展，发动机技术也在不断更新提高，如今，发动机不仅在动力性有很大的提高，在环保性能上也有了很大改善。(１)涡轮增压增压的主要作用就是提高发动机进气量，从而提高发动机的功率和扭矩，提高汽车的动力性。实现增压的方法有很多，但最常见的方法是涡轮增压。涡轮增压的英文名字为“Ｔｕｒ-ｂｏ”，一般来说，如果我们在轿车尾部看到“Ｔｕｒｂｏ”或者“Ｔ”，即表明该车采用的发动机是涡轮增压发动机。上一页下一页返回第三节汽车新技术和新发展在目前的技术条件下，涡轮增压器是唯一能使发动机在工作效率不变的情况下增加输出功率的机械装置。涡轮增压器实际上是一种空气压缩机，通过压缩空气来增加进气量。它是利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮，叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入汽缸(图２-２５)。当发动机转速增快，废气排出速度与涡轮转速也同步增快，叶轮就压缩更多的空气进入汽缸，空气的压力和密度增大就可以燃烧更多的燃料，相应增加燃料量和调整发动机的转速，就可以增加发动机的输出功率了。上一页下一页返回第三节汽车新技术和新发展(２)发动机可变气门正时技术发动机可变气门正时技术的英文缩写是“ＶＶＴ”(ＶａｒｉａｂｌｅＶａｌｖｅＴｉｍｉｎｇ)，其实这种称谓是“可变气门正时”的通称，而在汽车领域被普遍应用的可变气门正时技术又因为各个厂商的自行创新或者叫法不同，如ＶＶＴ、ＶＶＴ-Ｉ、ＶＴＥＣ、ｉ-ＶＴＥＣ等，而像“可变气门升程技术”和“连续可变气门正时技术”等更是让大家对可变气门正时难以理解，其实无论如何称呼，它们的基本原理都是一致的。简单来说，可变气门正时的原理就是根据发动机的运行情况，调整进气、排气的量，控制气门开合的时间和角度，使进入的空气量达到最佳，从而提高燃烧效率(图２-２６)。上一页下一页返回第三节汽车新技术和新发展(３)稀燃技术什么叫稀燃?顾名思义就是发动机混合气中的汽油含量低空气与汽油之比可达２５∶１以上，但仍然能实现正常燃烧。目前，各大公司都拥有自己的稀燃技术，实现稀燃的关键技术归纳起来有以下三个主要方面:１)提高压缩比。用紧凑型燃烧室，通过进气口位置改进使缸内形成较强的空气运动旋流，提高气流速度并将火花塞置于燃烧室中央，缩短点火距离，提高压缩比至１３∶１左右，促使燃烧速度加快。上一页下一页返回第三节汽车新技术和新发展２)分层燃烧。如果稀燃技术的混合比达到２５∶１以上，按照常规是无法点燃的，因此必须采用由浓至稀的分层燃烧方式。通过缸内空气的运动，在火花塞周围形成易于点火的浓混合气，混合比达到１２∶１左右，外层逐渐稀薄。浓混合气点燃后，燃烧迅速波及外层。为了提高燃烧的稳定性，降低氮氧化物(ＮＯｘ)，现在采用燃油喷射定时与分段喷射技术，即将喷油分成两个阶段，进气初期喷油，燃油首先进入缸内下部随后在缸内均匀分布，进气后期喷油，浓混合气在缸内上部聚集在火花塞四周被点燃，实现分层燃烧(图２-２７)。３)高能点火。高能点火和宽间隙火花塞有利于火核形成，火焰传播距离缩短，燃烧速度增快，稀燃极限大。有些稀燃发动机采用双火花塞或者多极火花塞装置来达到上述目的。上一页下一页返回第三节汽车新技术和新发展(４)总线技术随着电控单元在汽车中的应用越来越多，车载电子设备间的数据通信变得越来越重要，以分布式控制系统为基础构造汽车车载电子网络系统是很有必要的。大量数据的快速交换、高可靠性及廉价性是对汽车电子网络系统的要求。在汽车电子网络系统中，各处理机独立运行，控制改善汽车某一方面的性能，同时在其他处理机需要时提供数据服务。汽车内部网络的构成主要依靠总线传输技术(图２-２８)。汽车总线传输是通过某种通信协议将汽车中各种电控单元、智能传感器、智能仪表等连接起来，从而构成的汽车内部网络。其优点有:减少了线束的数量和线束的容积，提高了电子系统的可靠性和可维护性，采用通用传感器，达到数据共享的目的，改善了系统的灵活性，即通过系统的软件可以实现系统功能的变化。上一页下一页返回第三节汽车新技术和新发展３.底盘新技术(１)电控制动系统(简称ＥＢＳ)近年来，由于电子技术的迅速发展，为ＡＢＳ(该系统在制动过程中可自动调节车轮制动力，防止车轮抱死以取得最佳制动效果)的发展和应用提供了良好的机遇。现今ＡＢＳ的功能得到了增强，扩大了使用范围，还扩展了ＡＳＲ(驱动防滑系统)功能，从而成为电控制动系统(简称ＥＢＳ)。ＥＢＳ主要由气压制动系统和电子控制系统组成。ＥＢＳ使用的电控制动钳如图２-２９所示。ＥＢＳ的特点:由于使用了电子系统，减少了制动系统机械传动的滞后ＥＢＳ时间，缩短了制动距离，从而增加了交通安全性。它在低制动强度时，使制动摩擦片磨损最小，在中等制动强度时，利用ＡＢＳ功能达到最佳的道路附着系数利用率，而在高制动强度时，则可以施加最大的制动压力，从而获得最佳的控制制动力。上一页下一页返回第三节汽车新技术和新发展(２)四轮转向系统目前，两轮动力转向系统已成为一些轿车的标准设置，全世界大部分的轿车采用动力转向。随着汽车电子技术的发展，目前一些轿车已经使用电动助力转向器，使汽车的经济性、动力性和机动性都有所提高。但是为了适应更高的使用要求，四轮转向系统逐渐得到人们的重视。四轮转向系统是一个电子控制后轮操纵系统。例如前轮转角车速感应型四轮转向系统(图２-３０)，在该系统中，从油泵出来的油液直接流入电磁伺服阀，按计算机指令，控制油液流入后轮执行机构，实现后轮的转向。使用四轮转向系统可保证更高的稳定性，减少汽车在完成一项操纵动作时产生的偏摆和转动，使汽车即使在恶劣路面条件下也能在直行、转向或闪避时保持稳定的操纵响应。使用该系统，高速行驶时的牵引稳定性也得到提高。上一页下一页返回第三节汽车新技术和新发展四轮转向系统改善了低速行驶时的操控性，与使用两轮转向系统相比，拖车更接近主车的行驶轨迹。在一些特殊行驶状态下，如市区交通堵塞、拖带挂车倒车和泊位时，四轮转向系统大大提高了操控性。通过电子化控制后轮的方向，可以减小重型卡车的转弯半径。按照通用汽车公司对使用四轮转向系统的大型ＳＵＶ和卡车的测试，转变半径平均减小了１９％。(３)电控主动悬架在主动式悬架还没有诞生前，平衡运动性与舒适性这对不可调和的矛盾成了困扰汽车最大的难题。主动控制式悬架发展至今，已形成液压支撑和空气支撑两大派系，运动与舒适性这对不可调和的矛盾自然也得到了很好的解决。上一页下一页返回第三节汽车新技术和新发展主动式悬架在其结构中植入了可人工或自动控制发力的调节机构，并能根据路面情况自动调节减振器刚度和阻尼，以获得更好的行驶舒适性。从这种悬架的组成种类来看，大致又可以分为两大类:一类是电子控制式主动液压悬架(图２-３１)，它能通过车载电脑计算出悬架受力大小和加速度，利用液压减振器的伸缩来保持车身平衡，另一类则是电子控制式空气悬架(图２-３２)，它也是通过车载电脑计算悬架的受力及感应路面情况，适时调整空气减振器的刚度和阻尼系数，令车身的震动始终保持在一定范围内。这两类电控主动悬架的共同点是:都能实现车身高度调节，能通过改变减振器阻尼来抑制车身姿态变化。不过在性能表现上，电控主动液压悬架和空气悬架却是各有千秋。上一页下一页返回第三节汽车新技术和新发展(４)汽车底盘的线控技术所谓线控就是用电子信号的传送取代过去由机械、液压或气动的系统连接的部分，如换挡连杆、油门拉线、转向器传动机构、制动油路等。它不仅是取代连接，而且包括操纵机构和操纵方式的变化，以及执行机构的电器化。图２-３３是线控过程的基本组成。全面线控的实现将意味着汽车由机械到电子系统的转变。线控技术要求网络的实时性好、可靠性高，一些线控部分要求功能实现的冗余，以保证在一定的故障时仍可实现这个装置的基本功能。就像现在的ＡＢＳ和动力转向一样，在线路故障时仍具有制动和转向的基本功能。这就要求用线控的网络数据传输速度高、时间特性好和可靠性高。上一页下一页返回第三节汽车新技术和新发展(５)电子车轮驱动技术１９８２年，有人提出将驱动系统放置在车轮上。如今，车轮驱动技术(图２-３４)已经具备了从一般设计投入实际使用的条件。这一技术将米其林公司的ＰＡＸ跑气保用技术与驱动和控制系统相结合，已成功运用在电动汽车和混合动力汽车上。车轮驱动技术是一个非常柔性化的系统，可作为２轮或４轮驱动的燃料电池动力车、电动汽车、串联和并联混合动力汽车(公共汽车、观光车和重型卡车等)的辅助动力源。它带有自载电器，不管扭矩大小，都能瞬时分配到各个车轮。由于操控力是分配到各个车轮的，而且各个车轮直接驱动，因此车轮在加速和制动过程都能完全独立控制。其结果是可以很好地控制正常驱动、减速、防抱死制动和完全滑行等各种状态。上一页下一页返回第三节汽车新技术和新发展４.汽车控制智能化随着汽车电子技术的飞速发展，汽车智能化技术正在逐步得到应用。汽车智能化技术使汽车的操纵越来越简单，动力性和经济性越来越高，行驶安全性越来越好，这是未来汽车发展的趋势。目前正逐步应用于汽车的智能控制技术主要有以下几种:(１)智能速度控制系统智能速度控制系统的功用是在某些特殊路段或特殊行驶条件下对车速进行强制限制。该控制系统工作时，需首先设定限制速度。上一页下一页返回第三节汽车新技术和新发展例如某区域的限速为８０ｋｍ/ｈ，我们可以将该速度设定为限速值。当车速未达到８０ｋｍ/ｈ时，汽车智能速度控制系统不起作用。当车速接近８０ｋｍ/ｈ时，电子控制单元启动执行器，限制加速踏板的行程，使汽车不能继续加速。当车速低于８０ｋｍ/ｈ时，电子控制单元解除对执行器的控制，驾驶员又可以自由地踏下加速踏板使汽车加速。智能速度控制系统限速值的设定，可以用选择开关设定，也可以通过接收无线信号设定(即接收道路速度无线信号切换或电子地图信号切换)，可以只设定一个值，也可以根据不同的路况，有多个挡位供设定。智能速度控制系统为智能化交通奠定了基础。例如在高速公路上设置限速无线信号发射系统，交通管理部门就可以根据气候条件和路面情况及时调整限制车速，让道路更加畅通。上一页下一页返回第三节汽车新技术和新发展(２)智能轮胎智能轮胎的功能是在汽车正常行驶时，当温度过高或轮胎气压太低时，及时向驾驶员发出警报，以防止发生事故，或使轮胎在不同行驶条件下保持最佳运行状况，提高安全系数。智能轮胎一般都是通过在外胎内嵌入特殊的带有计算机芯片的传感器。传感器由车内的收发器控制，收发器利用无线电天线将无线电信号发射至传感器芯片，传感器芯片再将承载着温度和压力数据的电子信号发射至车内的收发器，收发器接收到该信号后便可取得温度和压力等数据，若出现异常情况能及时报警。更为先进的智能轮胎还能感知光滑的冰面，探测出结冰路面后而使轮胎自动变软，增大轮胎与路面的附着力，在探测出路面潮湿后，甚至还能自动改变轮胎的花纹，以防打滑。上一页下一页返回第三节汽车新技术和新发展(３)智能玻璃智能化汽车玻璃有许多种类:包括防光防雨玻璃、电热融雪玻璃、影像显示玻璃、防碎裂安全玻璃、调光玻璃，以及光电遮阳顶篷玻璃等。防光防雨玻璃采用新材料及新表面处理方法制造，雨水落到玻璃上会很快流走且不留水珠，无需刮水器刮水。玻璃内表面反射性低，仪表板及其他饰物不会反射到风挡玻璃上，驾驶员视线不受干扰。具有影像显示功能的玻璃，是在风挡玻璃上的某一部分涂上透明反射膜，在膜片上可根据需要显示从投影仪传来的仪表板上的图像和数据，便于驾驶员观察，驾驶员在行车时无需低头察看仪表。影像显示智能玻璃如果与红外线影像显示系统配合，可使驾驶员在雾天看清前方２ｋｍ左右的物体。光电遮阳顶篷玻璃则是在轿车行驶或停车时，能自动吸收、积聚、利用太阳能来驱动车内风扇，还可对轿车蓄电池进行连续补充充电。上一页下一页返回第三节汽车新技术和新发展(４)智能安全气囊汽车智能安全气囊是在普通安全气囊的基础上增加某些传感器，并改进安全气囊电子控制单元的程序。增加的乘员质量传感器，能感知座位上的乘员是大人还是儿童，红外线传感器能探测出座椅上是人还是物体，超声波传感器能探明乘员的存在和位置等。安全气囊电子控制单元则能根据乘员的身高、体重、所处的位置、是否系安全带以及汽车碰撞速度及碰撞程度等，及时调整气囊的膨胀时机、膨胀方向、膨胀速度及膨胀程度，以提供最合理和最有效的保护。(５)夜视系统夜视功能源于军用装备，２０世纪８０年代中期出现，至少已有１０年以上的实际应用历史。车上装有一个红外线摄像机，可帮助驾驶员看清在车前灯光线照射范围外的物体，该装置以汽车、动物、行人所发出的热量为电脑识别的信号(图２-３５)。上一页下一页返回第三节汽车新技术和新发展(６)声控技术声控技术可以让驾驶人对汽车发出语音指令，控制车内的收音机、电话和车内温度。声控技术将成为接入网络和其他各种自动服务的关键技术。(７)卫星电话如果车上装有卫星电话系统，驾驶员按一个键，就可以同他人通话。这一系统主要用于紧急救援服务。它与现在的导航系统的差别是，可以通过一个车内手机连接到达４小时报务中心，由于有全球定位系统的辅助，接线员知道驾驶员目前所处的确切位置。据统计，该系统将成为汽车的标准设备。上一页下一页返回第三节汽车新技术和新发展(８)车载网络系统截至２００９年４月，至少有６家汽车制造商向市场提供可在车上上网的配套装置。通用公司已经在车上试用其Ｏｎｓｔａｒ系统，只要按一个键，说一声“Ｏｎｓｔａｒ”(启动)，系统便将一个手机拨号连接到服务器上，然后就可以用语音指令要求播放天气预报、新闻和交通状况，或者发电子邮件。(９)自动车门奔驰公司正在开发一种电子开锁系统，能够在车主靠近车门的时候，自动辨认对方。车主只要随身携带一张电子装置，将这一系统激活即可，当车主接触把手时，门可以自动开锁。上一页下一页返回第三节汽车新技术和新发展(１０)自动导航当车主长途开车和外出旅行时，不必担心方向和路径，预先输入的指令将保证车子按最佳路线行驶。自动导航系统还通过雷达使汽车同前面的车辆保持安全距离，即使是雾天也不会发生追尾事故。自动导航系统已经在奔驰和捷豹车上出现。二、混合动力汽车混合动力汽车(ＨｙｂｒｉｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＶｅｈｉｃｌｅ，ＨＥＶ)是指同时装备两种动力来源———热动力源(由传统的汽油机或者柴油机产生)与电动力源(电池与电动机)的汽车。通过在混合动力汽车上使用电机，使得动力系统可以按照整车的实际运行工况要求灵活调控，而发动机保持在综合性能最佳的区域内工作，从而降低油耗与排放。上一页下一页返回第三节汽车新技术和新发展１.混合动力汽车的分类按动力传动类型主要分为串联式、并联式、混联式三种形式。(１)串联式混合动力汽车(ＳｅｒｉｅｓＨｙｂｒｉｄＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ，ＳＨＥＶ)结构模型:ＳＨＥＶ是由发动机、发电机和驱动电动机三大动力总成组成，发动机、发电机和驱动电动机采用“串联”的方式组成ＳＨＥＶ驱动系统(图２-３６)。驱动模式:１)以发动机—发电机组发电为主要动力源，２)以动力电池组的电能为辅助动力源，３)驱动电机驱动是唯一的驱动模式。上一页下一页返回第三节汽车新技术和新发展ＳＨＥＶ用发动机－发电机组均衡地发电，电能供应驱动电动机或动力电池组，使ＳＨＥＶ的行驶里程得到延长，实际上ＳＨＥＶ的发动机－发电机组只能看成一种电能供应系统，发动机并不直接参与ＳＨＥＶ的驱动。ＳＨＥＶ的发动机，可采用四冲程内燃机、二冲程内燃机、转子发动机和燃气轮机。发动机是发电机组动力源，发动机的转速控制在一定范围内，不受ＳＨＥＶ运行工况的影响，经常保持在低能耗、高效率和低污染的状态下运转。ＳＨＥＶ驱动系统的结构比较简单，动力电池组、发动机－发电机组和驱动电动机在底盘上的布置有较大的自由度，控制系统也比较简单，因为只有唯一的电动机驱动模式，其特点是动力特性更加趋近于ＥＶ。上一页下一页返回第三节汽车新技术和新发展ＳＨＥＶ必须装置一个大功率的发动机－发电机组，再用驱动电动机来驱动车辆。发动机、发电机和驱动电动机的功率都要求等于或接近于ＳＨＥＶ的最大驱动功率，在热能→电能→机械能之间的转换过程中，总效率低于内燃机汽车。三大动力总成的体积较大，质量也较大，还有庞大的动力电池组，使得在中小型汽车上布置有一定的困难，一般适合大型客车采用。串联式混合动力系统由内燃机直接带动发电机发电，产生的电能通过控制单元传到电池和电动机，然后通过电机转化为动能，最后通过变速机构来驱动汽车。在这种联结方式下，电池就像一个水库，只是调节的对象不是水量，而是电能。电池对在发电机产生的能量和电动机需要的能量之间进行调节，从而保证车辆正常工作。这种动力系统在城市公交上的应用比较多，轿车上很少使用。上一页下一页返回第三节汽车新技术和新发展(２)并联式混合动力电动汽车(ＰａｒａｌｌｅｌＨｙｂｒｉｄＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ，ＰＨＥＶ)ＰＨＥＶ是由发动机、电动/发电机或驱动电动机两大动力总成组成，发动机、电动/发电机或驱动电动机采用“并联”的方式组成ＰＨＥＶ的驱动系统。从ＰＨＥＶ的动力系统组成，可大致分为发动机－驱动系统(变速器和驱动桥)－驱动轮和电动机驱动系统两大动力系统。电动机的动力与发动机的动力有３处可以组合:①在发动机输出轴处进行组合，②在变速器(包括驱动桥)处进行组合，③在驱动轮处进行组合。因此，ＰＨＥＶ的驱动力组合有以下不同的组合模式:上一页下一页返回第三节汽车新技术和新发展１)发动机轴动力组合式ＰＨＥＶ。结构模型:发动机轴动力组合式ＰＨＥＶ只有发动机和电动/发电机两大动力设备，发动机和电动/发电机的动力在发动机输出轴上进行组合，然后通过由离合器、变速器、驱动桥和半轴组成的传统的驱动系统带动车轮行驶，称为发动机轴动力组合式ＰＨＥＶ(图２-３７)。驱动模式:①以发动机驱动为基本驱动模式。②电动/发电机为辅助动力。③电动/发电机只在发动机启动，车辆加速、爬坡时起辅助作用，与发动机组成混合动力模式。④在混合驱动时，发动机与电动/发电机动力在发动机轴上组合。上一页下一页返回第三节汽车新技术和新发展２)动力组合器动力组合式ＰＨＥＶ。结构模型:动力组合器动力组合式ＰＨＥＶ只有发动机和驱动电动机两大动力设备，发动机和驱动电动机的动力在动力组合器上进行组合，然后通过差速器和半轴带动车轮行驶。由于发动机和驱动电动机的动力在动力组合器上进行组合，称为动力组合器动力组合式ＰＨＥＶ(图２-３８)。驱动模式:①以发动机驱动为基本驱动模式。②驱动电机为辅助驱动模式，可以独立驱动ＰＨＥＶ。③在混合驱动时，发动机与驱动电机动力在动力组合器上组合。上一页下一页返回第三节汽车新技术和新发展３)驱动轮动力组合式ＰＨＥＶ。结构模型:动力组合器动力组合式ＰＨＥＶ只有发动机和驱动电动机两大动力设备，驱动轮动力组合式ＰＨＥＶ的发动机通过离合器、变速器和驱动桥独立驱动ＰＨＥＶ的后驱动轮(前轮)，驱动电动机通过减速器独立地驱动ＰＨＥＶ前驱动轮(后轮)。由于在发动机与驱动电动机混合驱动时，发动机和驱动电动机的动力(牵引力)在驱动轮上组合，因此成为驱动轮动力组合式ＰＨＥＶ。驱动模式:①以发动机驱动为基本驱动模式，独立驱动后轮或前轮。②驱动电机为辅助驱动模式，独立驱动前轮或后轮。③在混合驱动模式时发动机与驱动电动机共同组成４轮驱动模式驱动ＰＨＥＶ的前驱动轮和后驱动轮。上一页下一页返回第三节汽车新技术和新发展(３)混联式(串、并联式)混合动力电动汽车Ｐｏｗｅｒ-ＳｐｌｉｔＨｙｂｒｉｄＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ(ＰＳＨＥＶ)混联式混合动力电动汽车(ＰＳＨＥＶ)是综合ＳＨＥＶ和ＰＨＥＶ结构特点组成的ＰＳＨＥＶ(图２-３９)，由发动机、电动/发电机和驱动电动机三大动力总成组成。由于电动/发电机必然是装在发动机的输出轴上，才能起发动机飞轮和起动机的作用，也才能保持发动机稳定运转并进行发电。因此，电动机的动力要与车辆驱动系统相组合只有两种:①在变速器(包括驱动桥)处进行组合，②在驱动轮处进行组合。因此，ＰＳＨＥＶ的驱动力组合有以下不同的组合模式:上一页下一页返回第三节汽车新技术和新发展１)动力组合器动力组合式ＰＳＨＥＶ。结构模型:动力组合器动力组合式ＰＳＨＥＶ有发动机、电动/发电机和驱动电动机三大动力总成，在发动机的输出轴上，装有一个电动/发电机，电动/发电机一般只用于快速起动发动机和发电。发动机和驱动电动机的动力在动力组合器上进行组合，然后通过差速器和半轴带动车轮行驶。由于发动机和驱动电动机的动力在动力组合器上进行组合，称为动力组合器组合式ＰＳＨＥＶ。驱动模式:①以发动机驱动为基本驱动模式，带动电动/发电机，通过动力组合器驱动车辆行驶。上一页下一页返回第三节汽车新技术和新发展②驱动电机能够以电动机驱动模式，通过驱动动力组合器驱动车辆行驶。③在加速爬坡时，驱动电机与发动机组合成混合驱动模式，发动机与驱动电动机的动力通过动力组合器组合。丰田Ｐｒｉｕｓ所采用的混合驱动方式，它将发动机、发电机和电动机通过一个行星齿轮装置连接起来。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。此时车辆介于串联和并联之间，充分利用两种驱动方式的优点，从而综合调节内燃机与电动机之间的转速关系。与并联式混合动力系统相比，混联式动力系统可以更加灵活地根据工况来调节内燃机的功率输出和电机的运转。此联结方式系统复杂，成本高。上一页下一页返回第三节汽车新技术和新发展２)驱动轮动力组合式ＰＳＨＥＶ。结构模型:驱动轮动力组合式ＰＳＨＥＶ有发动机、电动/发电机和驱动电动机三大动力总成，在发动机的输出轴上，装有一个电动/发电机，电动/发电机一般只用于快速起动发动机和发电。由于在发动机与驱动电动机混合驱动时，发动机和驱动电动机的动力(牵引力)在驱动轮上组合，因此称为驱动轮动力组合式ＰＳＨＥＶ。驱动模式:①以发动机驱动为基本驱动模式，带动电动/发电机，并独立驱动后轮(前轮)。②驱动电机为辅助驱动模式，能独立驱动前轮(后轮)。上一页下一页返回第三节汽车新技术和新发展③在混合驱动模式时发动机与驱动电动机共同组成４轮驱动模式，驱动ＰＨＥＶ的前驱动轮和后驱动轮。ＰＳＨＥＶ兼有ＳＨＥＶ和ＰＨＥＶ的优点，可以组合成更多种形式的混合驱动的驱动模式，性能更加完善、经济。混合动力汽车按混合度分为:微混合动力系统、轻混合动力系统、中混合动力系统、重混合动力系统四类。混合度是电机的输出功率在整个系统输出功率中占的比重。①微混合动力系统(也就是常说的Ｂｅｌｔ-ａｌｔｅｒｎａｔｏｒＳｔａｒｔｅｒＧｅｎｅｒａｔｏｒ，简称ＢＳＧ系统)。上一页下一页返回第三节汽车新技术和新发展代表的车型是ＰＳＡ的混合动力混合动力版Ｃ３和丰田的混合动力版Ｖｉｔｚ。这种混合动力系统在传统内燃机上的启动电机(一般为１２Ｖ)上加装了皮带驱动启动电机(也就是常说的Ｂｅｌｔ-ａｌｔｅｒｎａｔｏｒＳｔａｒｔｅｒＧｅｎｅｒａｔｏｒ，简称ＢＳＧ系统)。该电机为发电启动(Ｓｔｏｐ-Ｓｔａｒｔ)一体式电动机，用来控制发动机的启动和停止，从而取消了发动机的怠速，降低了油耗和排放。从严格意义上来讲，这种微混合动力系统的汽车不属于真正的混合动力汽车，因为它的电机并没有为汽车行驶提供持续的动力。在微混合动力系统里，电机的电压通常有两种:１２Ｖ和４２Ｖ。其中４２Ｖ主要用于柴油混合动力系统。上一页下一页返回第三节汽车新技术和新发展②轻混合动力系统(ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＳｔａｒｔｅｒＧｅｎｅｒａｔｏｒ，ＩＳＧ)。代表车型是通用的混合动力皮卡车。该混合动力系统采用了集成启动电机(也就是常说的ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＳｔａｒｔｅｒＧｅｎｅｒａｔｏｒ，简称ＩＳＧ系统)。与微混合动力系统相比，轻混合动力系统除了能够实现用发电机控制发动机的启动和停止，还能够实现:１)在减速和制动工况下，对部分能量进行吸收，２)在行驶过程中，发动机等速运转，发动机产生的能量可以在车轮的驱动需求和发电机的充电需求之间进行调节。轻混合动力系统的混合度一般在２０％以下。上一页下一页返回第三节汽车新技术和新发展③中混合动力系统。本田旗下混合动力的Ｉｎｓｉｇｈｔ、Ａｃｃｏｒｄ和Ｃｉｖｉｃ都属于中混合动力系统。该混合动力系统同样采用了ＩＳＧ系统。与轻度混合动力系统不同，中混合动力系统采用的是高压电机。另外，中混合动力系统还增加了一个功能:在汽车处于加速或者大负荷工况时，电动机能够辅助驱动车轮，从而补充发动机本身动力输出的不足，从而更好地提高整车的性能。这种系统的混合程度较高，可以达到３０％左右，目前技术已经成熟，应用广泛。上一页下一页返回第三节汽车新技术和新发展④重混合动力系统。丰田的Ｐｒｉｕｓ和未来的Ｅｓｔｉｍａ属于完全混合动力系统。该系统采用了２７２~６５０Ｖ的高压启动电机，混合程度更高。与中混合动力系统相比，完全混合动力系统的混合度可以达到甚至超过５０％。技术的发展将使得完全混合动力系统逐渐成为混合动力技术的主要发展方向。２.混合动力汽车原理混合动力汽车(图２-４０)是指那些采用传统燃料的，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。按照燃料种类的不同，又可以分为汽油混合动力和柴油混合动力两种。上一页下一页返回第三节汽车新技术和新发展目前国内市场上，混合动力车辆的主流都是汽油混合动力，而国际市场上柴油混合动力车型发展也很快。尽管混合动力汽车有并联与串联之分，但其主要组成部分却相差不大。混合动力汽车系统工作原理如图２-４１所示。(１)车辆起步或极低速运行并在下陡坡时，发动机将在低效率区域中工作，此时控制系统将切断燃油，使发动机停止。车辆低速行驶时，特别是在下坡道路上行驶时，发动机效率下降，可以根据发动机发生空转信号，进行燃油切断，利用电动机向车辆提供输出动力(图２-４２)。上一页下一页返回第三节汽车新技术和新发展(２)在正常行驶时发动机的动力通过动力分配机构分为两条输出通路，其中一条是驱动发电机使之发电，并用所发电能驱动电动机，从而增加车轮的驱动力(路径Ｂ)，另一条是直接驱动车轮(路径Ｃ)。这两条动力输出路径的关系，是由计算机进行控制，使之达到最优效率(图２-４３)。如在繁华市区，可关停内燃机，由电池单独驱动，实现“零排放”。(３)在全开加速时，除了上述正常行驶工况中所需的动力外，还要从蓄电池中输出电流，增加车轮的驱动力(图２-４４)。(４)在减速与制动时，车轮驱动电动机，这时电动机变成了发电机，利用减速或制动的能量进行再生发电。利用这一工作过程，把回收的能量存储在蓄电池中(图２-４５)。上一页下一页返回第三节汽车新技术和新发展(５)对蓄电池进行控制，使之保持一定的充电状态。所以，当蓄电池的充电量减少时，通过发动机驱动发电机进行充电，使之一直达到规定的充电状态(图２-４６)。蓄电池被控制在规定的充电状态，当充电量降低时，则驱动发电机，开始充电。(６)车辆停车时，发动机也自动停止。没有常规发动机那样的怠速，无有害物和ＣＯ２排放，同时也节约了能源。当蓄电池没达到规定的充电状态时，即使停车，发动机也会驱动发电机，给蓄电池充电，可让电池保持在良好的工作状态，不发生过充、过放，延长其使用寿命，降低成本。当汽车起步时，接通点火电源，发动机达到规定的热状态后会自动停止运转。如果和空调开关联动的话，停车后发动机也会运转。上一页下一页返回第三节汽车新技术和新发展３.氢能燃料电池汽车(ＦＣＥＶ)氢能燃料电池汽车是以氢为主要燃料的汽车(图２-４７)，其能量源是燃料电池。燃料电池是把燃料中的化学能直接转化为电能的能量转化装置，它从外表上看有正、负极和电解质等，像一个蓄电池，但实质上它不是“储电厂”，而是一个“发电厂”。氢能燃料电池的工作原理是:将氢气送到负极，经过催化剂(铂)的作用，氢原子中两个电子被分离出来，这两个电子在正极的吸引下，经外部电路产生电流，失去电子的氢离子(质子)可穿过质子交换膜(即固体电解质)，在正极与氧原子和电子重新结合为水。由于氧可以从空气中获得，只要不断给负极供应氢，并及时把水(蒸汽)带走，燃料电池就可以不断地提供电能(图２-４８)。上一页下一页返回第三节汽车新技术和新发展４.混合动力车的发展尤其让消费者感到方便的是混合动力车只需到平常的加油站加油，不用改变汽车的使用习惯，政府和企业推广这种产品也无需投资新建充电装置或加气站。日本丰田、美国通用、德国奔驰等具备强大技术优势的汽车企业，对于全球汽车业最大课题———能源与环境的对策近年来殊途同归:近期，努力完善混合动力车，长远，迈出氢动力燃料电池车从概念车向商品化的步伐。电动车的研制生产因造价高，充电后行驶距离短而受到影响。中国汽车界和科技界曾对电动车的开发情有独钟，主要出于如下考虑:传统汽车中国比发达国家晚了几十年，而电动车全世界还没有大突破，现在开始研究，与发达国家站在同一起跑线上，完全有可能后来者居上。上一页下一页返回第三节汽车新技术和新发展三、电动汽车随着能源和环境问题的日益突出，电动汽车逐渐得到人们的重视。电动汽车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。主要包括:混合动力汽车(ＨＥＶ)、纯电动汽车(ＢＥＶ)、氢能燃料电池汽车(ＦＣＥＶ)以及燃气汽车、醇醚汽车等。１.电动汽车的发展现状电动汽车及其有关的技术，近年来都有巨大的进步，比如，交流感应电机及其控制、土永磁无刷电机及其控制、电池和整车能量管理系统、智能及快速充电技术、低阻力轮胎、轻量和低风阻车身、制动能量回收等，这些技术的进步使电动汽车日臻完善和走向实用化。上一页下一页返回第三节汽车新技术和新发展目前最大的困难在于蓄电池技术。蓄电池单位质量储存的能量太少，还因电动车的电池较贵，又没形成经济规模，故购买价格较贵。至于使用成本，有些比汽车贵，有些仅为汽车的１/３，这主要取决于电池的寿命及当地的油、电价格。电池是电动汽车发展的首要关键，要想在较大范围内应用电动汽车，首先需要依靠先进的蓄电池。经过１０多年的筛选，现在普遍看好的有氢镍电池、锂离子和锂聚合物电池。氢镍电池单位质量储存能量比铅酸电池多一倍，其他性能也都优于铅酸电池。但目前价格为铅酸电池的４~５倍。锂是最轻、化学特性十分活泼的金属，锂离子电池单位质量储能为铅酸电池的３倍，锂聚合物电池为４倍，而且锂资源较丰富，价格也不很贵。我国在镍氢电池和锂离子电池的产业化开发方面均取得了快速的发展