汽車文化 第4版 課件 第7章 現(xiàn)代汽車科技概覽

第7章現(xiàn)代汽車科技概覽7.1汽車電子化7.2汽車網(wǎng)絡化7.3智能運輸系統(tǒng)與汽車智能化7.4代用燃料汽車7.5新能源汽車7.6汽車新材料及其應用

汽車技術及未來汽車的發(fā)展趨勢

隨著網(wǎng)絡信息、能源和材料等科技的發(fā)展，現(xiàn)代汽車向電動化、網(wǎng)絡化、智能化方向高速發(fā)展。

汽車電子技術的形成與發(fā)展階段7.1汽車電子化20世紀60年代，采用硅二極管整流的交流發(fā)電機開始替代原來汽車上使用的直流發(fā)電機。20世紀60年代中期，晶體管電壓調節(jié)器在車用交流發(fā)電機上開始普及。從20世紀60年代起，汽車制造商開始開發(fā)是晶體管點火裝置，用來提高點火能量，改善發(fā)動機的經(jīng)濟性。1953年美國本迪克斯公司（Bendix）著手開發(fā)電子汽油噴射裝置，并于1957年開發(fā)成功了真空管電子計算機控制的電子汽油噴射裝置，開創(chuàng)了電子汽油噴射系統(tǒng)的先河。1962年，德國博世（BOSCH）公司著手開發(fā)電子控制汽油噴射技術，1967年公布了D-Jetronic系統(tǒng)，裝備在大眾汽車公司生產(chǎn)的VW—1600型轎車上，率先達到美國加州排放法規(guī)的要求。7.1汽車電子化1976年，美國通用汽車公司最先在點火控制（MISAR）中使用微機，它能夠根據(jù)運轉條件精確控制點火時刻。1979年，德國Bosch公司開始生產(chǎn)集電子點火和電控汽油噴射于一體的Motronic（莫特朗尼克）數(shù)字式發(fā)動機集中控制系統(tǒng)。系統(tǒng)能夠對發(fā)動機空燃比、點火時刻、怠速和廢氣再循環(huán)等多方面進行綜合控制，控制精度越來越高，控制功能更趨完善。20世紀90年代以來，防抱死制動系統(tǒng)（ABS）、驅動防滑控制系統(tǒng)（ASR）、安全氣囊系統(tǒng)（SRS）、電控自動變速器（EAT）等廣泛應用，標志著汽車進入了電子化時代。7.1汽車電子化7.1.1汽油機發(fā)動機管理系統(tǒng)（EMS）發(fā)動機管理系統(tǒng)EMS（EngineManagemengtSystem），可分為汽油機發(fā)動機管理系統(tǒng)和柴油機發(fā)動機管理系統(tǒng)。汽油發(fā)動機管理系統(tǒng)由電控單元控制發(fā)動機燃油噴射、點火時刻、怠速和排放等。發(fā)動機工作時，電控單元根據(jù)控制程序和各傳感器輸入的信號控制發(fā)動機的燃油噴射、點火時刻、怠速、燃油箱燃油蒸汽控制和排氣再循環(huán)等。典型的汽油發(fā)動機管理系統(tǒng)有博世公司的莫特朗尼克系統(tǒng)（MOTRONIC）、福特汽車公司的發(fā)動機電子控制系統(tǒng)（EEC-Ⅳ）、通用汽車公司的數(shù)字燃油噴射系統(tǒng)（DFI）等。1—活性炭罐2—進氣閥3—活性炭罐電磁閥4—油壓調節(jié)器5—噴油器6—EGR電磁閥7—點火線圈8—凸輪軸位置傳感器9—二次空氣泵10—二次空氣閥11—空氣流量計12—發(fā)動機ECU（ECM）13—節(jié)氣門位置傳感器14—怠速控制閥5—進氣溫度傳感器16—EGR閥17—燃油濾清器18—爆燃傳感器19—發(fā)動機轉速與曲軸位置傳感器20—冷卻液溫度傳感器21—副氧傳感器22—蓄電池23—數(shù)據(jù)傳輸插座24—故障指示燈25—燃油蒸汽壓差傳感器26—燃油箱汽油發(fā)動機管理系統(tǒng)的組成（莫特朗尼克系統(tǒng)）7.1.1汽油機發(fā)動機管理系統(tǒng)（EMS）7.1.2柴油機高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)

（Common-RailFuelInjectionSystem）從20世紀80年代后期到90年代初開始，德國等公司研究開發(fā)了柴油機高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)（Common-RailFuelInjectionSystem）。由于噴油壓力高，噴油時刻和噴油量實現(xiàn)電子控制，柴油機采用高壓共軌噴射系統(tǒng)與增壓中冷、排氣再循環(huán)、三元催化轉化相結合的柴油機電子控制系統(tǒng)，可顯著改善發(fā)動機的動力性、經(jīng)濟性，其排放性能能達到歐Ⅵ排放標準。已成功開發(fā)并獲得應用的共軌系統(tǒng)的公司主要要有德國的Bosch公司、Siemens公司，美國的Delphi公司和日本的Denso公司等。柴油機高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)包括供油系統(tǒng)、進氣增壓系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)和電子控制系統(tǒng)。1-高壓油泵2-回油電磁閥3-壓力控制閥4-柴油濾清器5-電控單元6-油箱7-蓄電池8-共軌9-燃油壓力傳感器10-燃油溫度傳感器11-限壓閥12-噴油器13-冷卻液溫度傳感器14-發(fā)動機轉速傳感器15-加速踏板位置傳感器16-凸輪軸位置傳感器17-空氣流量計18-增壓壓力傳感器19-進氣溫度傳感器20-渦輪增壓器21-排氣旁通閥22-EGR閥23-EGR電磁閥24-排氣旁通電磁閥高壓共軌噴射系統(tǒng)的基本組成（BOSCH）7.1.2柴油機高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)7.1.3電控自動變速器（EAT）1939年在美國GM公司第一個將液力自動變速器（AT-AutomaticTransmission）裝用在奧茲莫比爾轎車上，該自動變速器具有兩個前進擋。

20世紀50年代初，開始出現(xiàn)根據(jù)車速和節(jié)氣門開度的變化以液壓控制方式進行自動換擋的液力自動變速器。1983年Bosch宣布其發(fā)動機和液力自動變速器控制合在一個單元的Motronic系統(tǒng)，在各種使用工況下實現(xiàn)了發(fā)動機與傳動系統(tǒng)的最佳匹配。電控自動變速器的基本組成電控自動變速器簡稱EAT（ElectronicControlledAutomaticHydraulicTransmission），由液力變矩器、行星齒輪變速器、液壓控制系統(tǒng)、電子控制系統(tǒng)和操縱機構等部分組成。7.1.3電控自動變速器（EAT）7.1.4電控無級變速器（ECVT）1958年，荷蘭H·范·多尼斯（HubVanDoorne）博士發(fā)明了雙V型橡膠帶式無級變速器，稱為Variomatic。1979年荷蘭VDT（VanDoore,sTransmissie）公司成功開發(fā)出鋼片推力帶式無級變速器。電控無級變速器簡稱ECVT（ElectronicControlContinuouslyVariableTransmission），采用電控-液壓控制，其傳動比在一定范圍內(nèi)可連續(xù)變化，改善汽車的燃油經(jīng)濟性。電控無級變速器的組成如6所示，主要由電磁離合器（或液力變矩器）、無級變速機構、液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和前進-倒車機構等組成。無級變速器電子控制系統(tǒng)結構原理電控無級變速器的組成如6所示，主要由電磁離合器（或液力變矩器）、無級變速機構、液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和前進-倒車機構等組成。7.1.4電控無級變速器（ECVT）7.1.5.1防抱死制動系統(tǒng)（ABS）汽車防抱死制動系統(tǒng)簡稱ABS（Anti-LockBrakeSystem），ABS系統(tǒng)是汽車重要的主動安全系統(tǒng)。1936年，德國RobertBosch公司取得了ABS專利權。該專利是由裝在車輪上的電磁式轉速傳感器和控制液壓的電磁閥組成。1954年，美國Ford公司首次把法國生產(chǎn)的民航機用ABS應用在林肯牌轎車上。1957年，F(xiàn)ort公司與KelseyHayes公司聯(lián)合開發(fā)ABS，1968年達到預期目標。1971年，德國博世公司推出了電子ABS，并從開始的集成電路控制，發(fā)展為微機控制，ABS在汽車上的應用得以迅速發(fā)展。轎車ABS的組成ABS根據(jù)傳力介質不同，可分為液壓式和氣壓式兩類。7.1.5.1防抱死制動系統(tǒng)（ABS）7.1.5.2驅動防滑系統(tǒng)（ASR）驅動防滑系統(tǒng)（ASR）又稱為牽引控制系統(tǒng)（TCS），其作用是控制驅動輪的驅動滑移率，以保持汽車行駛時的方向穩(wěn)定性，并可提高車輪—路面間的縱向附著能力，提供最大的驅動力。驅動防滑（牽引力控制）系統(tǒng)的組成7.1.5.3電子穩(wěn)定程序控制系統(tǒng)（ESP）電子穩(wěn)定程序控制系統(tǒng)（ESP）又稱汽車動態(tài)控制系統(tǒng)(VDC)。電子穩(wěn)定程序控制系統(tǒng)（ESP）的組成7.1.6電子控制動力轉向系統(tǒng)（EPS）1955年Buick汽車采用液壓助力轉向系統(tǒng)，提高了汽車轉向輕便性，在汽車上獲得了廣泛的應用。20世紀80年代后，又出現(xiàn)了電子控制的動力轉向系統(tǒng)。電子控制動力轉向系統(tǒng)簡稱EPS或ECPS（ElectronicControlPowerSteering），可根據(jù)車速、轉向情況等對轉向助力實施控制，使動力轉向系統(tǒng)在不同的行駛條件下都有最佳的放大倍率。電動式EPS的組成電子控制動力轉向系統(tǒng)主要由機械轉向機構、轉向助力系統(tǒng)和電子控制系統(tǒng)組成。7.1.6電子控制動力轉向系統(tǒng)（EPS）7.1.7四輪轉向系統(tǒng)（4WS）四輪轉向系統(tǒng)又稱4WS（FourWheelSteering），是在前輪轉向的基礎上增加后輪轉向機構和電子控制系統(tǒng)，轉向時能夠實現(xiàn)汽車前后四個車輪的轉向和控制。4WS不僅提高了高速時的穩(wěn)定性和可控性，而且提高了低速時的機動性。汽車4WS控制系統(tǒng)7.1.8主動懸架的電子控制電子控制懸架屬于主動懸架，可分為半主動懸架和主動懸架兩類。半主動懸架是指懸架元件中彈簧剛度或減震器阻尼系數(shù)之一可以根據(jù)需要進行自動調整的懸架。主動懸架是指懸架元件中彈簧剛度和減震器阻尼系數(shù)均可根據(jù)需要進行自動調整的懸架。主動懸架可根據(jù)汽車載重、路面狀況、行駛速度、起動、制動、轉向等工況變化，自動調整懸架的剛度和減振器的阻尼以及車身高度，從而滿足汽車行駛平順性和穩(wěn)定性的要求。主動懸架根據(jù)介質的不同，又可分為油氣式主動懸架和空氣式主動懸架兩種形式?？諝馐街鲃討壹芟到y(tǒng)的組成（福特公司）7.1.8主動懸架的電子控制7.1.9巡航控制系統(tǒng)（CCS）巡航控制系統(tǒng)英文簡稱CCS（CruiseControlSystem），又稱為速度控制（SpeedControl）系統(tǒng)，駕駛員無需操作油門踏板就能保證汽車以設定的車速勻速行駛。巡航控制開關7.1.10安全氣囊系統(tǒng)（SRS）安全氣囊系統(tǒng)又稱SRS或SIR。SRS是輔助約束系統(tǒng)（SupplementRestrainSystem）的英文縮寫；SIR是氣體發(fā)生器式輔助約束系統(tǒng)（SupplementInflatableRestrainSystem）的英文縮寫。安全帶和安全氣囊系統(tǒng)是汽車重要的被動約束系統(tǒng)。1984年，美國汽車碰撞安全標準（FMVSS208）經(jīng)多次被廢除后又重新開始實施，其中規(guī)定從1995年9月1日以后制造的轎車前排座前均應裝備安全氣囊，同時要求1998年以后的新轎車都裝備駕駛者和乘客用的安全氣囊，自此確認了安全氣囊的作用。我國于1999年10月頒布了CMVDR294《關于正面碰撞乘員保護的設計規(guī)則》，2000年將汽車正面碰撞列入了40項強制性檢驗項目，要求新生產(chǎn)的M1類乘人客車2000年4月1日后滿足正面碰撞乘員保護要求。

汽車正面碰撞試驗汽車側面碰撞試驗7.1.10安全氣囊系統(tǒng)（SRS）正面碰撞安全氣囊系統(tǒng)布置7.1.10安全氣囊系統(tǒng)（SRS）7.2汽車網(wǎng)絡化隨著電子技術在汽車上的廣泛應用，汽車上電子控制單元（控制器、控制模塊）越來越多，如果仍采用常規(guī)的布線方式，將導致車上電線數(shù)目急劇增加，增加了成本、降低了車輛的可靠性并增加了維修難度。為便于多個電子控制單元之間相互連接、協(xié)調工作和信息共享，汽車上控制器局域網(wǎng)絡（CAN）應運而生。汽車上的應用電子控制裝置7.2汽車網(wǎng)絡化7.2.1CAN總線（CAN-BUS）CAN總線已成為汽車網(wǎng)絡的標準裝備，各汽車公司均采用CAN總線作為控制器聯(lián)網(wǎng)的手段。前汽車上的網(wǎng)絡連接方式通常采用2條CAN，一條用于驅動系統(tǒng)的高速CAN，速率達到500kb/s；另一條用于車身系統(tǒng)的低速CAN，速率是100kb/s。高速CAN的主要連接對象是發(fā)動機控制器、ABS及ASR控制器、安全氣囊控制器等。低速CAN主要連接和控制的汽車內(nèi)外部照明、燈光信號、空調、組合儀表及其他輔助電器等。CAN總線典型的總線結構（多終端結構）采用CAN總線控制的汽車信息系統(tǒng)的結構7.2.1CAN總線（CAN-BUS）7.2.2局部連接網(wǎng)絡（LIN）局部連接網(wǎng)絡簡稱LIN（LocalInterconnectNetwork）是由Audi、BMW、Daimler-Chrysler、Motorola、VolcanoCommunicationsTechnologies（VCT）、Volkswagen和Volvo等公司組成的LIN聯(lián)合體提出的一個汽車底層網(wǎng)絡協(xié)議。其目的是給出一個價格低廉、性能可靠的低速網(wǎng)絡，在汽車網(wǎng)絡層次結構中作為低端網(wǎng)絡的通用協(xié)議，并逐漸取代目前各種各樣的低端總線系統(tǒng)。LIN網(wǎng)絡典型的應用是車上傳感器和執(zhí)行器的聯(lián)網(wǎng)。LIN網(wǎng)絡結構7.2.3基于時間觸發(fā)的車上網(wǎng)絡協(xié)議標準FlexRay隨著汽車電子控制系統(tǒng)、通信系統(tǒng)的發(fā)展以及“線控”CBW（ConrtolBywire）系統(tǒng)的增加，對車上網(wǎng)絡提出了更高的要求。在此背景下，出現(xiàn)了一些數(shù)據(jù)傳輸速度高、可靠性高、通信時間離散度小并且延遲固定的車上通信網(wǎng)絡標準，這些標準都支持時間觸發(fā)通信方式。比較典型的這類車上網(wǎng)絡協(xié)議標準有FlexRay、byteflight、TTP/C和TTCAN等。F1exRay系統(tǒng)適用于多種網(wǎng)絡拓撲結構，包括總線結構、星形結構以及多星形結構。它的數(shù)據(jù)傳輸速度達到5Mbps，節(jié)點數(shù)可達64個。FlexRay網(wǎng)絡拓撲結構圖7.2.3基于時間觸發(fā)的車上網(wǎng)絡協(xié)議標準FlexRay7.2.4線控技術——汽車結構與汽車設計的革命線控又稱CBW（ControlByWire），最早應用于航空領域，隨著汽車電子技術和網(wǎng)絡技術的發(fā)展，以網(wǎng)絡通信為基礎的線控技術將在未來汽車上普遍應用。線控系統(tǒng)在人機接口、執(zhí)行機構和傳感機構之間，以及與其他的系統(tǒng)之間要進行大量的信息傳輸，要求網(wǎng)絡的實時性好、可靠性高，而且要求具有冗余的“功能實現(xiàn)”，以保證在故障時仍可實現(xiàn)裝置的基本功能。線控系統(tǒng)的基本結構原理線控技術的優(yōu)勢主要表現(xiàn)在以下方面:①由于操縱控制通過駕駛人的手完成，不需要轉向盤、轉向管柱和腳踏板，這就減少了正面碰撞時的潛在危險性，改善了汽車的安全性和舒適性，并為汽車設計提供了更大的設計空間。②線控的靈活性大幅度降低了汽車設計、制造和生產(chǎn)成本。③線控汽車節(jié)省了許多機械連接裝置、液壓裝置和氣壓裝置，簡化了結構，簡化了生產(chǎn)工藝，便于實現(xiàn)汽車輕量化。④無需使用液壓制動或其他任何液壓裝置使汽車更為環(huán)保。⑤便于實現(xiàn)個性化設計，由于駕駛特性如制動、轉向、加速等過程都是程序設定的，設計師可設計不同的程序供用戶選擇。7.2.4線控技術——汽車結構與汽車設計的革命汽車線控轉向系統(tǒng)簡稱SBW（SteeringByWireSystem），取消了轉向盤與轉向輪之間的機械連接，完全由電能實現(xiàn)轉向，擺脫了傳統(tǒng)轉向系統(tǒng)的各種限制，不但可以自由設計汽車轉向的力傳遞特性，而且可以設計汽車轉向的角傳遞特性。汽車線控轉向系統(tǒng)的組成7.2.4線控技術——汽車結構與汽車設計的革命7.2.5光纖信息傳輸網(wǎng)絡與汽車媒體MOST網(wǎng)絡汽車多媒體設備、信息設備的MOST網(wǎng)絡（MediaOrientedSystemsTransport）是媒體信息傳送的網(wǎng)絡標準。MOST網(wǎng)絡具有一下特點：①保證低成本的條件下，達到24.8MB/s的數(shù)據(jù)傳輸速度。②不需要額外的主控計算機系統(tǒng)，結構靈活、性能可靠和易于擴展。③使用光纖作為信息傳輸介質，可以連接視聽設備、通信設備以及信息服務設備。④支持“即插即用”方式，在網(wǎng)絡上可以隨時添加和去除設備。⑤支持聲音和壓縮圖像的實時處理、支持數(shù)據(jù)的同步和異步傳輸?shù)?。MOST網(wǎng)絡適應汽車多媒體設備應用環(huán)境的需要，具有可靠、成本低、系統(tǒng)簡單、結構靈活、數(shù)據(jù)兼容性好和良好的抗電磁干擾性能。車上多媒體設備、信息設備的MOST網(wǎng)絡應用7.2.5光纖信息傳輸網(wǎng)絡與汽車媒體MOST網(wǎng)絡7.3智能運輸系統(tǒng)與汽車智能化智能運輸系統(tǒng)又稱ITS（IntelligentTransportSystem），是將數(shù)字通信網(wǎng)絡、自動控制、人工智能等先進技術有效地綜合運用于交通運輸設施、服務控制和車載裝備，加強人、車輛、道路三者之間的信息聯(lián)絡，所形成的一種高效、安全、環(huán)保、節(jié)能的綜合運輸系統(tǒng)。隨著計算機技術、通信技術、電子控制技術的發(fā)展，20世紀90年代以來，智能運輸系統(tǒng)在汽車導航、電子收費、輔助安全駕駛、交通管理優(yōu)化、公共交通支持、商業(yè)車輛管理等領域獲得了廣泛的應用。7.3.1智能運輸系統(tǒng)（ITS）7.3.2全球定位系統(tǒng)（GPS）和北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)（CNSS）全球定位系統(tǒng)GPS（GlobalPositioningSystem）是在20世紀70年代中期美國國防部在子午儀衛(wèi)星導航系統(tǒng)基礎上發(fā)展起來的，于1994年全面建成，是具有海、陸、空全方位實時三維導航與定位能力的新一代衛(wèi)星導航與定位系統(tǒng)。GPS定位原理7.3.3車輛導航系統(tǒng)全球定位系統(tǒng)、北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)GIS（GlobalInformationSystem）和全球移動通訊系統(tǒng)GSM（GlobalSystemForMobileCommunications）的發(fā)展，為智能交通系統(tǒng)ITS的發(fā)展和應用奠定了基礎。北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)是中國獨立研制的全球衛(wèi)星定位與通信系統(tǒng)（CNSS），是繼美國GPS、俄羅斯格洛納斯系統(tǒng)（GLONASS）之后第三個成熟的衛(wèi)星導航系統(tǒng)。車輛導航系統(tǒng)是指采用車載GPS定位裝置確定車輛的行駛位置，與預先存儲的數(shù)字地圖數(shù)據(jù)進行地圖匹配，實時動態(tài)地顯示車輛在路網(wǎng)中的位置，并優(yōu)化車輛達到目的地的最佳路徑以及達到相應路段后的路徑誘導。汽車GPS導航裝置的布置汽車導航系統(tǒng)主要由GPS接收器、車載導航ECU、液晶顯示器、車載傳感器和CD-ROM驅動器等部分組成。7.3.3車輛導航系統(tǒng)7.3.4不停車電子收費系統(tǒng)（ECT）不停車電子收費系統(tǒng)又稱ETC系統(tǒng)（ElectronicTollCollectionSystem），不僅為車主用戶、高速公路運營商提供快捷的路橋收費的交易服務，還為ITS領域智能化信息服務提供了技術支持。不停車電子收費系統(tǒng)的組成采用ETC系統(tǒng)，電子收費系統(tǒng)從根本克服了由于收費過程造成的交通延誤與交通擁堵，減少了停車次數(shù)和時間，減少了燃油消耗和排氣污染，提高了道路運輸生產(chǎn)效率、降低收費公路管理成本。7.3.5汽車專用智能車道系統(tǒng)與自動駕駛車輛汽車專用智能車道系統(tǒng)由車--路通信系統(tǒng)和車--車通信系統(tǒng)組成。汽車專用智能車道系統(tǒng)與自動駕駛車輛LCX電纜沿路線連續(xù)設置，磁性標記埋設于車道中央路表。在每輛車上裝備有數(shù)個磁性傳感器，測距傳感器即雷達探測器，用以測定車自身與前面行駛車輛或障礙物間距。CCD攝像機即圖象傳感器，用來辨別和區(qū)分道路與障礙。天線及處理系統(tǒng)，用于與LCX通信，接收并處理信息。車輛自動控制裝置能夠實現(xiàn)自動駕駛，進行行駛速率與行駛方向自動控制。當發(fā)生異常情況時，如路側設備與車輛通信先進安全汽車中斷，車輛本身會發(fā)出預警信息，車輛行駛狀態(tài)由自動方式轉為人工方式。7.3.5汽車專用智能車道系統(tǒng)與自動駕駛車輛7.3.6汽車智能避撞系統(tǒng)汽車的防撞系統(tǒng)包括縱向防撞系統(tǒng)、側向防撞系統(tǒng)和交叉口防撞系統(tǒng)?？v向防撞主要防止汽車高速行駛情況下的追尾事故，防撞系統(tǒng)須具有環(huán)境監(jiān)視、防撞判定和車輛自動控制功能。汽車行駛時，系統(tǒng)始終進行道路和障礙物監(jiān)測計算。當車頭接近前面車輛車尾時，該系統(tǒng)發(fā)出防迫尾警告，提醒駕駛員采取制動措施。若駕駛員沒有及時采取制動措施，系統(tǒng)便啟動緊急制動裝置，使車輛自動制動或減速。激光掃描雷達安裝在車輛前端的中央位置，將檢測車距和前面車輛方位信號輸入防撞預測系統(tǒng)，激光掃描雷達監(jiān)測范圍在5m～120m，以保證在潮濕路面上，后車減速制動后，不致碰撞前面暫停車輛。汽車智能防尾撞系統(tǒng)的組成和控制系統(tǒng)7.3.6汽車智能避撞系統(tǒng)7.3.7汽車智能聲控系統(tǒng)聲控系統(tǒng)是未來汽車智能控制的一項重要內(nèi)容。當汽車行駛時，駕駛員可以通過聲音下達指令，進行打開收音機和選擇頻率、調節(jié)車內(nèi)空調溫度、撥打移動電話等操作。世界著名的汽車公司均推出過各具特色的聲控系統(tǒng)，如法國雪鐵龍公司與美國微軟公司共同開發(fā)了一種汽車用電腦網(wǎng)絡系統(tǒng)，駕駛員可以通過這個系統(tǒng)口授各種指令，車上的電子系統(tǒng)則由一個“女士”的聲音來回應他的指令，并按照指令執(zhí)行相應的操作。德國奔馳公司的S級車的聲控系統(tǒng)則能對車內(nèi)顯示屏周圍的各種按鈕進行控制，并采用了光纖技術，使駕駛員的口授指令能得到快速執(zhí)行。7.3.7汽車智能聲控系統(tǒng)聲控系統(tǒng)是未來汽車智能控制的一項重要內(nèi)容。當汽車行駛時，駕駛員可以通過聲音下達指令，進行打開收音機和選擇頻率、調節(jié)車內(nèi)空調溫度、撥打移動電話等操作。世界著名的汽車公司均推出過各具特色的聲控系統(tǒng)，如法國雪鐵龍公司與美國微軟公司共同開發(fā)了一種汽車用電腦網(wǎng)絡系統(tǒng)，駕駛員可以通過這個系統(tǒng)口授各種指令，車上的電子系統(tǒng)則由一個“女士”的聲音來回應他的指令，并按照指令執(zhí)行相應的操作。德國奔馳公司的S級車的聲控系統(tǒng)則能對車內(nèi)顯示屏周圍的各種按鈕進行控制，并采用了光纖技術，使駕駛員的口授指令能得到快速執(zhí)行。7.3.8無人駕駛汽車無人駕駛汽車，涉及人工智能、認知科學、機器人技術與車輛工程等眾多學科，是未來智能汽車的發(fā)展方向。無人駕駛汽車是一種將探測、識別、判斷、決策、優(yōu)化、優(yōu)選、執(zhí)行、反饋、糾控功能融為一體，集微電腦、微電機、綠色環(huán)保動力系統(tǒng)、新型結構材料等頂尖科技成果為一體的智慧型汽車。1925年，第一輛無人駕駛汽車正式亮相。來自美國陸軍的電子工程師FrancisP.Houdina坐在一輛用無線電操控著前車的汽車上。這兩輛組合式的汽車通過后車發(fā)射無線電波來控制前車的方向盤、離合器、制動器等部件。2010年谷歌公司研制了七輛無人車,這些無人駕駛車輛可以進行正確的行駛，具有完備的感知能力和高水平的人工智能，無人車可以自動地識別信號燈、行人以及車輛等。2014年，谷歌對外發(fā)布了自己完全自主設計的無人駕駛汽車，并且在2015年，第一輛原型汽車正式亮相，并且已經(jīng)可以正式上路測試。

百度無人駕駛汽車7.3.8無人駕駛汽車20世紀80年代，我國開始對智能移動機器人進行研究。2013年，百度開始自主研發(fā)無人駕駛汽車。2015年12月，百度對外宣布其無人駕駛車已在國內(nèi)首次實現(xiàn)城市、環(huán)路及高速道路混合路況下的全自動駕駛。百度無人駕駛車往返全程均實現(xiàn)自動駕駛，并實現(xiàn)了多次跟車減速、變道、超車、上下匝道、調頭等復雜駕駛動作，完成了進入高速（匯入車流）到駛出高速（離開車流）的不同道路場景的切換。谷歌無人駕駛汽車7.3.8無人駕駛汽車2020年10月30日，華為發(fā)布HI智能汽車解決方案，包括1個全新的計算與通信架構和5大智能系統(tǒng)：智能車云、智能網(wǎng)聯(lián)、智能駕駛、智能座艙和智能電動，以及激光雷達、AR-HUD等全套的智能化部件。華為智能汽車解決方案7.3.8無人駕駛汽車天然氣（CNG）是一種高效、清潔的燃料和化工原料，是繼煤和石油之后的第三大能源。天然氣的主要成分是甲烷（CH4），其成本比汽油和柴油均低。由于天然氣與空氣混合更加均勻，燃燒更完全，使一氧化碳、碳氫化合物和硫化物的排放大大降低，燃燒排放的炭煙也少，尾氣較清潔。液化石油氣（LPG）具有熱值高、熱效率高和燃燒充分，具有排氣中一氧化碳、碳氫化合物和硫化物含量低等優(yōu)點，以壓縮天然氣或液化石油氣為燃料出租汽車和公共汽車運行我國城市中以獲得推廣應用。7.4.1壓縮天然氣（CNG）汽車、液化石油氣（LPG）汽車7.4代用燃料汽車代用燃料汽車，通常是指采用發(fā)動機代用燃料的汽車。發(fā)動機的代用燃料主要有天然氣、液化石油氣、甲醇或乙醇、二甲醚（DME）、生物柴油、陽光燃油和氫等。氫氣來源廣泛，可通過水電解制氫的方法制取，或從煤氣、天然氣、輕質油或重油等礦物燃料制取，生物原料也可通過氣化和微生物方法制氫。德國BMW公司是開發(fā)氫氣發(fā)動機轎車最早的公司，1979年生產(chǎn)了第一輛液氫轎車。BMW公司在2000年漢諾威世博會上，推出的15輛BMW750hL液氫燃料轎車，采用5升V12燃氫發(fā)動機。BMW公司生產(chǎn)的第一輛液氫轎車7.4.2燃氫發(fā)動機汽車20世紀70年代期，德國推出了甲醇汽車，美國重點開發(fā)了M85、M100專用甲醇燃料汽車。20世紀90年代期，美國福特公司還成功開發(fā)了可使用甲醇與汽油以任意比例混合的燃料的靈活燃料汽車（FFV），這種汽車由燃料傳感器識別成分，通過電腦提供發(fā)動機最佳運行參數(shù)。我國對甲醇燃料的研究起步于20世紀70年代初期。由于醇類、乙醇本身還可從植物中獲得，是真正的“綠色能源”。7.4.3甲醇汽車、乙醇汽車和液體混合燃料汽車我國從2003年起陸續(xù)停用普通無鉛汽油，改用添加10%酒精的車用乙醇汽油。車用乙醇汽油具有辛烷值高、抗爆性好、降低汽車尾氣排放和改善能源結構等優(yōu)點。合成燃料通常是指以化學方式將煤、天然氣、生物質制成的燃料。燃料首先轉化為合成氣體，然后轉化為液態(tài)合成燃料。利用煤合成生產(chǎn)的煤液態(tài)燃料，又稱為CTL（CoaltoLiquid）。利用天然氣合成生產(chǎn)的天然氣液態(tài)燃料，又稱為GTL（GastoLiquid）。利用生物質合成生產(chǎn)的生物質液態(tài)燃料，又稱為BTL（BiomasstoLiquid），生物質液態(tài)燃料。7.4.4煤液態(tài)燃料和陽光燃油汽車使用的陽光燃油燃燒時排出的CO2，在陽光的照射下經(jīng)過光合作用被植物吸收，轉化為有機物儲存能量并釋放出氧氣。因此，陽光燃油既是清潔的可再生綠色能源，又是實現(xiàn)碳中和的一條有效途徑。7.5新能源汽車新能源汽車是指采用非常規(guī)的車用燃料作為動力來源（或使用常規(guī)的車用燃料、采用新型車載動力裝置），綜合車輛的動力控制和驅動方面的先進技術，形成的技術原理先進、具有新技術、新結構的汽車。新能源汽車包括混合動力電動汽車（HEV）、純電動汽車（BEV）、燃料電池電動汽車（FCEV）、其他新能源（如超級電容器、飛輪等高效儲能器）汽車等四大類型。1881年8～11月在法國巴黎國際電器博覽會上，法國電氣工程師古斯塔夫·特魯夫（GustaveTrouve）展出了第一輛電動三輪車。他第一次把可多次充電的鉛酸蓄電池和直流電動機應用于車輛，車速為12km/h。古斯塔夫·特魯夫被公認為電動汽車之父。7.5.1純電動汽車（BEV-BladeElectricVehicle）1990年通用汽車公司研制了第一代“沖擊”牌電動汽車，采用全新的設計，除了在驅動系統(tǒng)完全實現(xiàn)電氣化外，還全面地對車身造型、車身結構和底盤等進行了重新設計，使“沖擊”牌電動轎車的空氣阻力系數(shù)達到0.19。車身采用碳纖維增強樹脂和輕金屬材料制造，整個車身的質量僅為603kg，整車的質量為1347kg，從0～96km/h的加速時間為8s，電子控制最高時速128.7km/h。一次充電后可行駛64～128km。2001年9月，我國正式啟動“十五”電動汽車重大科技專項，專項確定了“三縱三橫”的研發(fā)布局，以燃料電池汽車、混合動力電動汽車、純電動汽車三種車型為“三縱”，多能源動力總成控制系統(tǒng)、驅動電機及其控制系統(tǒng)、動力蓄電池及其管理系統(tǒng)三種共性技術為“三橫”。由于純電動汽車采用高壓直流電源(48~350V)，所以必須避免人身觸電的事故發(fā)生，必須設置安全保護系統(tǒng)，確保駕駛人、乘員和維修人員在駕駛、乘坐和維修時的安全。在撞車、翻車或電路發(fā)生短路時，使駕駛人能夠迅速切斷動力蓄電池組的電源，避免發(fā)生火災。此外，電動汽車必須配備電氣裝置的故障自檢系統(tǒng)和故障報警系統(tǒng)。7.5.1純電動汽車（BEV-BladeElectricVehicle）電動汽車的基本組成電動轎車主要有車載電源、電池管理系統(tǒng)、驅動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、安全保護系統(tǒng)和車身與底盤等部分組成。7.5.1純電動汽車（BEV-BladeElectricVehicle）按照混合動力驅動模式分類，混合動力電動汽車可分為三類：

串聯(lián)式混合動力（SHEV）；

并聯(lián)式混合動力（PHEV）；

混聯(lián)式混合動力（PSHEV）。按HEV的混合強度可分為微混合、輕度混合和中度混合等類型。7.5.2混合動力汽車（HEV-HybirdElectricVehicle）串聯(lián)式混合動力（SHEV）模式由發(fā)動機、發(fā)電機和驅動電動機三大動力總成組成。發(fā)動機、發(fā)電機和驅動電動機采用“串聯(lián)”的方式組成SHEV的驅動系統(tǒng)。串聯(lián)式混合動力汽車適用于大型客車或貨車；適合在路況較復雜的城市道路和普通公路上行駛。7.5.2.1串聯(lián)式混合動力電動汽車（SHEV）通用汽車公司的Series-SHEV結構通用汽車公司研制和開發(fā)的Series-SHEV。福特汽車公司PHEV的結構并聯(lián)式混合動力（PHEV）由發(fā)動機、電動/發(fā)電機或驅動電動機兩大動力總成組成。發(fā)動機、電動/發(fā)電機或驅動電動機采用“并聯(lián)”的方式組成PHEV的驅動系統(tǒng)。并聯(lián)式混合動力電動汽車適用于小型汽車適應在城市道路和高速公路上行駛。7.5.2.2并聯(lián)式混合動力電動汽車（PHEV）福特汽車公司開發(fā)的PTH動力組合器組合式PHEV是概念車的一種。福特公司PSHEV的結構混聯(lián)式混合動力電動汽車綜合SHEV和PHEV結構特點，由發(fā)動機、電動-發(fā)電機和驅動電動機三大動力總成組成?；炻?lián)式混合動力電動汽車適用于各種類型的汽車，適應在各種道路上行駛。7.5.2.3混聯(lián)式（串并聯(lián)式）混合動力電動汽車（PSHEV）福特汽車公司研制開發(fā)的Escape動力組合器動力組合式PSHEV。燃料電池汽車氫動一號塞飛利燃料電池按電化學方式直接將化學能轉化為電能，不經(jīng)過熱機過程，因此不受卡諾循環(huán)的限制，能量轉化效率理論上高達85%~90%，幾乎不排放氮的氧化物和硫的氧化物。燃料電池被公認為是21世紀首選的潔凈、高效的發(fā)電技術。隨著人們對環(huán)境和能源的日益重視，燃料電池成為當今世界汽車領域開發(fā)的新熱點。7.5.3燃料電池電動汽車（FCEV-FuelCellElectricVehicle）

按電解質的種類不同，燃料電池可分為堿性燃料電池（AFC）、磷酸燃料電池（PAFC）、熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）、固體氧化物燃料電池（SOFC）、固體高分子型燃料電池（PEFC）、質子交換膜燃料電池（PEMFC）以及直接甲醇型燃料電池（DMFC）。表7-1

各種燃料電池的類型和特點 7.5.3燃料電池電動汽車（FCEV-FuelCellElectricVehicle）太陽能汽車是靠太陽能來驅動的汽車。一般由駕駛控制系統(tǒng)、電器系統(tǒng)、傳動機構、機械系統(tǒng)、車身和底盤、太陽能電池板6個基本的部分組成。7.5.4太陽能汽車密西根大學(TheUniversityofMichigan)的Momentum明尼蘇達大學（TheUniversityofMinnesota）的BorealisIII2005年北美太陽能汽車挑戰(zhàn)賽中正在比賽的太陽能汽車。7.6汽車新材料及其應用隨著汽車技術的發(fā)展，汽車的功能日益完善，汽車的結構越來越復雜。為滿足汽車節(jié)能、環(huán)保、安全、舒適的要求，汽車材料也發(fā)生了巨大的變化。通常按照材料的成分，將汽車材料分為金屬材料和非金屬材料兩大類。隨著汽車技術的發(fā)展，汽車材料除金屬材料、非金屬材料外，復合材料和納米材料也獲得廣泛應用。鋁合金已成為僅次于鋼材的汽車用金屬材料，能夠為汽車制造提供各種鋁合金鑄件、沖壓結構件和拉制的鋁型材。鋁合金比重小、比強度高、工性能好、散熱性能好。7.6.1鋁及其合金奧迪A8率先使用了全鋁車身，不僅堅固耐用，抗銹蝕性更強，而且減輕了車身重量，為汽車帶來更加強勁的動力性能和優(yōu)越的經(jīng)濟性能。1991年首次推出鋁合金車身的奧迪AvusQuattro概念車鎂在地殼中的含量豐富，在海水中也含有大量的鎂。鎂合金具有比重小、比強度高、剛性好、抗沖擊和抗振動性能好、加工性能好、散熱性能好和屏蔽性能好等優(yōu)點。是汽車儀表板、方向盤、轉向器導柱和座椅支架等的理想材料。7.6.2鎂合金鈦的密度為4.6g/cm3，強度和硬度超過了鋼，且不易生銹。用鈦合金鑄造的汽車發(fā)動機部件更輕、更堅固、更耐腐蝕，鈦合金車身可以承受更大的作用力。7.6.3鈦合金工程塑料用于汽車可實現(xiàn)輕量化和節(jié)能，