車輛工程專業導論第四章認識車輛工程學科前沿技術魯植雄教授QQ：1607357229主要內容第一章認識車輛工程專業：2學時第二章認識車輛工程行業：2學時第三章認識車輛工程專業的平臺：4學時第四章認識車輛工程學科前沿技術：4學時第五章車輛工程專業的學習方法：2學時第六章車輛工程專業的考研與就業：2學時課程性質：專業必修、1個學分、16學時本章主要講授內容：第四章認識車輛工程學科前沿技術第一節汽車節能技術第二節汽車減排技術第三節汽車平安技術第四節汽車智能化技術第五節汽車NVH控制技術第六節汽車先進制造技術隨著經濟與社會的開展，人們對汽車的使用性能和環保提出了更高的要求。汽車傳統的機械裝置已經無法滿足這些需求，以電子和信息技術為核心的汽車工業技術革新、技術創造層出不窮，新能源、新材料、電子技術、計算機技術與汽車融為一體的現代汽車技術應運而生。世界汽車技術的開展趨勢可以用“節能、環保、平安、智能〞八個字來概括。本章主要介紹汽車節能、減排、平安、智能化、NVH、先進制造等新技術，以了解汽車工程學科的一些前沿問題。第四章認識車輛工程學科前沿技術第一節汽車節能技術一、發動機節能技術二、汽車輕量化節能技術三、新能源汽車本節主要內容第四章認識車輛工程學科前沿技術在全球氣候不斷惡化，能源危機日益加重的嚴峻形勢下，汽車節能技術的研究尤為重要，其中發動機節能技術、整車輕量化、新能源汽車是節能的重要途徑和手段。一、發動機節能技術發動機節能技術是汽車節能的關鍵，其主要技術是如何提高發動機熱效率？如何提高發動機比功率？第四章認識車輛工程學科前沿技術第一節汽車節能技術一、發動機節能技術〔一〕提高發動機熱效率的措施發動機熱效率是指發動機利用燃料熱能的有效程度，目前，一般汽油發動機的熱效率僅為30%左右。提高發動機熱效率就可以節能，其主要措施有：高壓縮比、稀薄燃燒技術〔均質稀薄燃燒〕、缸內直噴技術、進氣增壓〔渦輪增壓，諧波增壓〕、增壓中冷技術、可變配氣技術〔可變氣門正時、可變氣門升程〕、改善進排氣過程、改變混合氣在汽缸中的流動方式、改進點火配置、提高點火能量〔如獨立點火〕、優化燃燒過程、電控噴射技術、高壓共軌技術、絕熱發動機技術等。第四章認識車輛工程學科前沿技術第一節汽車節能技術一、發動機節能技術〔二〕提高發動機比功率升功率〔kw/L〕是指發動機每升氣缸工作容積所發出的功率。表達發動機品質上下主要是看動力性和經濟性，也就是說發動機要具有較好的功率、良好的加速性和較低的燃料消耗量。影響發動機功率和燃料消耗量的因素有很多，其中影響最大的因素有排量、壓縮比、配氣機構。第四章認識車輛工程學科前沿技術第一節汽車節能技術一、發動機節能技術升功率表示了單位氣缸工作容積的利用率，升功率越大表示單位氣缸工作容積所發出的功率越大。那么，當發動機功率一定時，升功率越大發動機的重量利用率就越高，相對而言發動機就越小，材料也就越省。升功率的上下反映出發動機設計與制造的質量。因為升功率〔N〕大小主要決定于氣缸平均有效壓力〔P〕和轉速〔n〕的乘積，即N=P×n。提高升功率就要從提高氣缸壓力和轉速入手，因此提高升功率的具體措施也就有：第四章認識車輛工程學科前沿技術第一節汽車節能技術一、發動機節能技術1.提高充氣量這是四沖程發動機增加熱量的首要條件，因為燃料燃燒需要空氣，燃料與空氣比較，后者更難以充入氣缸，所以就要改善換氣條件，減少進氣阻力增大氣門通道截面積，有些發動機就采用4氣門形式。當多氣門結構布置困難時，首先要滿足進氣門的需要，不管氣門布置形式怎么樣，都是進氣門數量等于或者大于排氣門數量。2.提高轉速以增加單位時間內的充氣量現在轎車的發動機一般都是高轉速發動機，每分鐘轉速在5000轉以上。第四章認識車輛工程學科前沿技術第一節汽車節能技術一、發動機節能技術3.改善混合氣質量和燃燒過程采用電控燃油噴射系統，在所有工況下混合氣的質量盡可能到達最正確，空氣與燃油的混合地點從節氣門處移至噴油嘴處，燃油直接與吸入的空氣混合，從本質上改善了混合氣的均勻性。4.提高發動機機械效率增加有效功的輸出，減少機械損失主要是減少零件之間的摩擦，涉及到零件加工的精度、外表加工質量、潤滑質量、溫度控制及減少附件等。第四章認識車輛工程學科前沿技術第一節汽車節能技術一、發動機節能技術二、汽車輕量化節能技術隨著人們對汽車平安性，舒適性，環保性能要求的提高，汽車安裝空調，平安氣囊，隔熱隔音裝置，廢氣凈化裝置，衛星導航系統等越來越普及，這無形中增加了汽車的質量、耗油量和耗材量。減輕汽車自重是節約能源的根本途徑之一。汽車輕量化是目前的前沿和熱點問題，已成為汽車優化設計和選材的主要開展方向。第四章認識車輛工程學科前沿技術第一節汽車節能技術二、汽車輕量化節能技術〔一〕汽車重量與燃油消耗的關系汽車行駛阻力由滾動阻力、爬坡阻力、加速阻力和空氣阻力4局部組成，除了空氣阻力主要與車身形狀大小有關外，其他3項均與整車質量成正比。因此，從汽車行駛阻力來看，汽車輕量化是節能的一項有效措施。第四章認識車輛工程學科前沿技術第一節汽車節能技術二、汽車輕量化節能技術圖4-1所示為某款轎車，在平坦路面上定速〔60km/h〕行駛時，車重和燃料消耗之間的關系，可以看出減輕汽車的質量對于提高燃油經濟性的顯著效果。圖4-1車重和定速燃料消耗的關系第四章認識車輛工程學科前沿技術第一節汽車節能技術二、汽車輕量化節能技術關于減輕汽車自身質量與燃油消耗下降的關系，國內外不少機構和學者對此作了的相應的研究，歸納起來主要有以下5種說法。〔1〕汽車質量每減小100kg，那么百公里油耗可以減少～，一般為4.5%左右。〔2〕汽車質量每減小3%，那么可節油l%～3%。〔3〕汽車質量減小1%，其油耗可以減少0.7%；汽車質量減小330～440kg，可以節約燃油費用20%左右。〔4〕汽車質量每減小50kg，那么每升燃油行駛的距離可以增加1km；假設質量減小10%，那么燃油經濟性可提高5.5%左右。第四章認識車輛工程學科前沿技術第一節汽車節能技術二、汽車輕量化節能技術〔5〕轎車質量每減小10%，那么油耗可下降8%～10%。對于16～20t級載貨汽車而言，每減小質量1000kg，那么油耗可降低6%～7%。以上觀點雖然稍微不同，但是顯而易見都說明了汽車輕量化的重要性。第四章認識車輛工程學科前沿技術第一節汽車節能技術二、汽車輕量化節能技術〔二〕汽車輕量化的途徑汽車輕量化的主要途徑包括使用輕質材料和結構的優化設計，此外，先進成形工藝或焊接工藝的應用能帶來明顯的輕量化效果。一般全鋼結構白車身通過優化設計可以減重7%左右，采用鋁合金的車身可以帶來30%～50%的輕量化效果，而想減輕更多的重量就只能求助于纖維復合材制。優化結構的主要途徑是利用有限元和優化設計方法進行結構分析和結構優化設計，以減小零部件的質量和數量。而先進的加工工藝是為了應對材料和結構的變更，而提出新的工藝。第四章認識車輛工程學科前沿技術第一節汽車節能技術二、汽車輕量化節能技術1.輕質材料采用輕質材料是汽車輕量化的主流。汽車上輕質材料主要有鋁合金、鎂合金、高強度鋼、復合材料等。〔1〕鋁合金。鋁的相對密度是2.70×103kg/m3，鋁的機械性能與其純度關系密切，純鋁軟、強度低，但與某些金屬組成鋁合金后，不僅在某種程度上保持鋁固有的特點，同時又顯著地提高了它的硬度和強度，使之幾乎可與軟鋼甚結構鋼相媲美。車用鋁材料皆以鋁合金的形式出現。鋁合金在汽車上的應用，最初主要是以鑄造的方法生產發動機及其零部件，隨后應用于輪轂等構件。以推出的全鋁空間框架式車身為其主要代表。第四章認識車輛工程學科前沿技術第一節汽車節能技術二、汽車輕量化節能技術汽車鋁合金可分為鑄造鋁合金、變形鋁合金〔含鍛造鋁合金〕兩大類。當前汽車用鋁以鑄件為主，約占汽車用鋁量的80%。鑄造鋁合金主要用于制造離合器殼體、變速器殼體、后橋殼、轉向器殼體、搖臂蓋、正時齒輪殼體等殼體類零件和發動機部件，以及保險杠、輪輞、轉向節、液壓泵體、制動鉗、油缸及制動盤等非發動機結構件。而且今后有進一步擴大應用的趨勢。第四章認識車輛工程學科前沿技術第一節汽車節能技術二、汽車輕量化節能技術變形鋁合金在汽車上主要用于制造保險杠、發動機罩、發動機體、車門、行李箱蓋等車身面板，車輪的輪輻、輪轂罩、車輪外飾罩、制動器總成的保護罩、消聲罩、防抱死制動系統、熱交換器、車身框架、座椅骨架、車廂底板等結構件以及儀表板等裝飾件。未來鋁合金材料開展包括滿足特定零部件使用要求的新合金開發，成形性能與焊接性能優良的高強度鋁合金開發，開發具有相同機械性能不同物理性能〔密度和彈性模量〕材料的可行性研究，合金熱機械性能對零部件性能的影響，開發新型抗劃傷合金等。第四章認識車輛工程學科前沿技術第一節汽車節能技術二、汽車輕量化節能技術〔2〕鎂合金。鎂是比鋁更輕的金屬材料，它可在鋁減重根底上再減輕15%～20%。盡管鎂在當前汽車用材中所占的比例不到1%，但是在輕量化的驅動下，鎂材料技術開發的力度不斷加大，它已步入快速階段。近年來，很多種轎車鑄件開始采用鎂合金，以適應汽車輕量化的要求。這些鎂合金鑄件包括：離合器外殼、發動機罩殼、變速箱外殼、變速箱上蓋、發動機罩蓋、轉向盤、座椅支架、儀表盤框架、車門內板、輪輞、轉向支架、制動支架、氣門支架等，甚至還有缸蓋和缸體。有60多種零部件已采用或正在開發應用鎂合金。第四章認識車輛工程學科前沿技術第一節汽車節能技術二、汽車輕量化節能技術〔3〕高強度鋼。高強度鋼是常規高強度鋼〔屈服極限大于210MPa〕、超高強度鋼〔屈服極限大于550MPa〕和先進高強度鋼〔AHSS〕的總稱。采用高強度鋼板，即可以減少汽車自身的質量，又可以提高汽車的平安性和可靠性。第四章認識車輛工程學科前沿技術第一節汽車節能技術二、汽車輕量化節能技術高強度鋼材使用對象分為兩局部，一局部是汽車車身、減振及車輪用部件，另一局部是底盤和排氣系統。如需要具備防碰撞功能的零件，汽車門內防撞梁，汽車前后保險杠防撞板，車身A、柱B柱，發動機支撐梁，儀表板支架，門檻加強板，汽車座椅骨架等車身部件；車輪輪輻和輪輞高強度鋼板；高強度彈簧、高碳傳動軸管、高強度發動機螺栓等。汽車結構件用各種特殊鋼強度一般都到達1000MPa，如汽車轉向節、轉向扭桿等。第四章認識車輛工程學科前沿技術第一節汽車節能技術二、汽車輕量化節能技術〔4〕塑料。塑料應用于汽車始于19世紀60年代，主要用于汽車的內飾件上，例如車內頂棚、儀表板、轉向盤、車門內板、座椅和扶手等，目的是實現汽車內飾柔軟化，使乘客有平安舒適感。到了20世紀70年代，能源危機促使汽車制造業開始大量采用塑料，以減輕汽車自重，降低油耗。20世紀80年代以后，汽車零部件的塑料化得到迅速開展，出現了塑料覆蓋件、塑料功能件和結構件。塑料在汽車中的應用普及所有總成，業內習慣將他們分成內裝飾件、外裝件和功能件〔其他結構件〕，汽車用塑料制品如圖4-2所示。表4-1列出了目前汽車中主要塑料零部件所用的材料，其中，主要車用塑料材料有PP、PUR、PVC、ABS、PA和PE。第四章認識車輛工程學科前沿技術第一節汽車節能技術二、汽車輕量化節能技術

圖4-2汽車用塑料制品

第四章認識車輛工程學科前沿技術第一節汽車節能技術二、汽車輕量化節能技術表4-1目前汽車的主要塑料零部件所用材料應用部位零部件主要品種外裝件保險杠及面飾、車身板、照明系統、裝飾件（鏡座、門把手、側面飾條）PTO、PC、聚酯、PP、PUR、PA、SMC、PUR-RIM、熱塑性塑料、PC、丙烯酸樹脂、PA、PC、PS、ASA-AES、PVC、PP、聚酯、PUR內裝件內飾件、儀表板、轉向輪、空氣導管、其他（座椅、車頂蒙里、門內板等）發泡PUR（用于減振）、PVC為基纖維、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電氣零件盒、開關插座、接頭、燈光系統、電路板、導線高耐熱聚苯乙烯、PP、聚酯、PA、聚酯、乙酰樹脂（開關）、PPS、PBT、再生PET、PA、PPA、PVC傳動系統軸承、CV接頭、U型接頭PA、乙酰樹脂燃料系統燃油箱、燃油管HDPE、PA底盤懸掛系統、制動器乙酰樹脂、PA、PP芳香族聚酯胺纖維（制動摩擦片）發動機進氣系統、供油系統、冷卻系統聚酯、PA、PP（空氣清潔系統）、PA（進氣歧管）、PA（散熱器）、PPS（水泵）第四章認識車輛工程學科前沿技術第一節汽車節能技術二、汽車輕量化節能技術〔5〕復合材料。復合材料是指將兩種或兩種以上物理性質和化學性質不同的物質結合起來而制得的一種多相固體材料。復合材料具有質量輕、強度高、加工成型方便、彈性優良、耐化學腐蝕和耐候性好等特點。復合材料基于這些優良性能，在現在的車身制造中得到了越來越廣泛的應用，特別是纖維增強材料應用最廣、用量最大。在車身制造中應用較多的纖維增強材料主要有：玻璃纖維增強材料、碳纖維增強材料和高彈性機體材料等。其中尤以玻璃纖維增強材料應用最為廣泛。第四章認識車輛工程學科前沿技術第一節汽車節能技術二、汽車輕量化節能技術與碳纖維增強材料相比，雖然碳纖維增強材料的力學性質更加穩定，但其價格昂貴，使得碳纖維增強材料只是用于極少數的頂級乘用車或賽車上，而玻璃纖維增強材料的應用卻較為普遍。玻璃纖維增強復合材料中應用最廣泛的是玻纖增強塑料；這也就是通常所說的玻璃鋼，它是以不飽和聚酯為基體，以玻璃纖維及其制品增強的一種復合材料，可以代替鋼板來制造車身大型覆蓋件。第四章認識車輛工程學科前沿技術第一節汽車節能技術二、汽車輕量化節能技術2.零部件優化設計在輕量化材料應用的過程中，零部件設計技術也得到相應開展，主要表現在新的選材與設計理念的出現，面向新材料的零部件設計方法和標準的制定等。第四章認識車輛工程學科前沿技術第一節汽車節能技術二、汽車輕量化節能技術3.零部件制造技術針對新材料的應用，國外開發出了一系列先進的零部件加工技術與設備，其中有很多已進入工業化的應用。他們主要包括各種先進的成型技術、連接技術和外表處理技術。在成型技術方面，采用激光拼焊、液壓成型、氣體熱成型、電磁成型、半固態鑄造等技術，均可減少零件數量和材料消耗，降低整車重量。在連接技術方面，采用激光焊接鉚接與自沖鉚接粘結及復合連接等技術，代替傳統的鉚接、電阻電焊，可以提高連接質量，工藝性好也降低了自重。第四章認識車輛工程學科前沿技術第一節汽車節能技術二、汽車輕量化節能技術在面處理技術方面，采用微弧氧化、金屬鋁涂層、含氟協合涂層、氣相沉積、離子注入等方法，可使鎂合金外表處理理想，以提高鎂合金零部件的使用，從而降低車重。第四章認識車輛工程學科前沿技術第一節汽車節能技術二、汽車輕量化節能技術三、新能源汽車作為一次能源的地下石油，其貯藏量隨開采量的不斷增長而逐漸減少，油價不斷攀升，石油資源枯竭之日亦為期不遠，石油汽車將面臨饑餓和死亡。為此，科學家不斷研究開發新能源汽車，如混合動力汽車、電動汽車、燃料電池汽車、太陽能汽車、燃氣汽車、代用燃料汽車等。第四章認識車輛工程學科前沿技術第一節汽車節能技術三、新能源汽車〔一〕混合動力汽車1.混合動力汽車的特點混合動力電動汽車〔HybridElectricVehicle，HEV〕是在一輛汽車上同時配備電力驅動系統和輔助動力單元〔AuxiliaryPowerUnit，APU〕，其中APU是燃燒某種燃料的原動機或由原動機驅動的發電機組，目前HEV所采用的原動機一般為柴油機、汽油機或燃汽輪機。汽車在不同位置或不同工況下使用不同的驅動方式。第四章認識車輛工程學科前沿技術第一節汽車節能技術三、新能源汽車第四章認識車輛工程學科前沿技術第一節汽車節能技術三、新能源汽車例如：城市內行駛使用——電能源，蓄電池驅動；城間行駛使用——內燃機驅動。混合動力汽車的燃油經濟性可以到達3倍于傳統中型汽車，即每升燃油可行駛34km，折合3L/100km。混合動力汽車既能發揮電驅動汽車在城市里運行時低排放、低噪聲的優點，同時又能保存內燃機汽車能長距離運行的優點，還可以利用驅動系統中的電機回收汽車制動能量。當汽車起動和爬坡時可以利用電機的輔助轉矩，使汽車配置的內燃機排量減小。當汽車在城市內處于低速運行時，可完全依靠電機運行。在長途運輸過程中可利用內燃機為電驅動系統中的蓄電池充電。第四章認識車輛工程學科前沿技術第一節汽車節能技術三、新能源汽車2.混合動力汽車的類型HEV有三種類型：串聯式，并聯式和混聯式〔圖4-3〕。〔1〕串聯式HEV。由發動機帶動發電機，電能在控制器的調節下帶動電動機運轉，以驅動車輪。發動機始終在熱效率高而排放較低的單一最正確工況下運轉，單一工況運轉也便于排氣后處理裝置始終保持高凈化率。低負荷運轉時，發動機發出的功率超過驅動車輛的需要，多余的電能向蓄電池充電；而高負荷運轉時，除發電機發出的電能外，電池組可提供額外的電能。但最高輸出功率要受到電機功率的限制，如圖4-3a所示。串聯式混合動力車適于城區運行的車輛，如公交汽車等。第四章認識車輛工程學科前沿技術第一節汽車節能技術三、新能源汽車〔2〕并聯式HEV。發動機和電動機可以分別獨立地向汽車的驅動系統提供動力，而需要大功率時可以共同提供動力，改進了串聯系統最大功率缺乏的缺陷，如圖4-3b所示。并聯式混合動力車比較適合于經常在郊區和高速公路上行駛的車輛。第四章認識車輛工程學科前沿技術第一節汽車節能技術三、新能源汽車〔3〕混聯式HEV。通過一種行星齒輪系統組成的動力分配裝置，將整個系統耦合在一起，根據行駛工況靈活采取串聯方式或并聯方式，以到達熱效率最高、排氣污染最低的效果。一般控制策略為：起步或低負荷行駛時，由電池電能驅動；勻速行駛時由發動機提供動力；加速行駛時，發動機與電池共同提供動力；停車或滑行時，發動機帶動發電機向電池充電；制動和減速時通過能量回收系統向電池充電。串并聯靈活驅動方式兼有串聯和并聯的特點，但控制系統最復雜。

第四章認識車輛工程學科前沿技術第一節汽車節能技術三、新能源汽車〔a〕串聯式〔b〕并聯式〔c〕混聯式圖4-3混合動力汽車的類型第四章認識車輛工程學科前沿技術第一節汽車節能技術三、新能源汽車〔二〕電動汽車電動汽車是指以電力驅動的車輛。電力可以從高架電線網上獲取，如無軌電車、有軌電車，也可以從移動電源〔蓄電池〕獲取。本文主要是指從蓄電池獲取電能，在道路上行駛的電動汽車，俗稱純電動汽車或蓄電池電動汽車。1.電動汽車與燃油汽車的區別兩者的主要區別是在能源、動力、速度控制、傳動等方面，見表4-2第四章認識車輛工程學科前沿技術第一節汽車節能技術三、新能源汽車表4-2電動汽車與燃油汽車的區別名稱燃油汽車電動汽車能源系汽油或柴油燃料電池或蓄電池動力系發動機電動機速度控制系變速器離合器調速控制器傳動系變速器離合器傳動軸傳動軸驅動橋第四章認識車輛工程學科前沿技術第一節汽車節能技術三、新能源汽車2.電動汽車的結構原理電動汽車的能量傳遞如圖4-4所示。圖4-4電動汽車的能量傳遞第四章認識車輛工程學科前沿技術第一節汽車節能技術三、新能源汽車當汽車行駛時，由蓄電池輸出電能〔電流〕通過控制器驅動電動機運轉，電動機輸出的轉矩經傳動系統帶動車輪前進或后退。電動汽車續駛里程與蓄電池容量有關，蓄電池容量受諸多因素限制。要提高一次充電續駛里程，必須盡可能地節省蓄電池的能量。電動汽車主要由電力驅動系統、電源系統和輔助系統3局部組成。〔1〕電力驅動系統。主要包括電子控制器、功率轉換器、電動機、機械傳動裝置和車輪等。它的功用是將存儲在蓄電池中的電能高效地轉化為車輪的動能，并能夠在汽車減速制動時，將車輪的動能轉化為電能充入蓄電池。第四章認識車輛工程學科前沿技術第一節汽車節能技術三、新能源汽車〔2〕電源系統。主要包括電源、能量管理系統和充電機等。它的功用是向電動機提供驅動電能、監測電源使用情況以及控制充電機向蓄電池充電。〔3〕輔助系統。主要包括輔助動力源、空調器、動力轉向系統、導航系統、刮水器、收音機以及照明和除霜裝置等。輔助系統除輔助動力源外，其余的依據車型不同而不同。3.電動汽車的關鍵技術主要關鍵技術有：電動汽車及控制技術、電池及管理技術、整車控制技術、整車輕量化技術、充電技術等。第四章認識車輛工程學科前沿技術第一節汽車節能技術三、新能源汽車〔三〕燃料電池汽車1.燃料電池汽車的優點燃料電池汽車是電動汽車的一種，其電池的能量是通過氫氣和氧氣的化學作用，而不是經過燃燒，直接變成電能。燃料電池的化學反響過程不會產生有害產物，因此燃料電池車輛是無污染汽車，燃料電池的能量轉換效率比內燃機要高2～3倍，因此從能源的利用和環境保護方面，燃料電池汽車是一種理想的車輛。第四章認識車輛工程學科前沿技術第一節汽車節能技術三、新能源汽車與傳統汽車相比，燃料電池汽車的優點有：①零排放或近似零排放。②減少了機油泄漏帶來的水污染。③降低了溫室氣體的排放。④提高了燃油經濟性。⑤提高了發動機燃燒效率。⑥運行平穩、無噪聲。2.燃料電池汽車的組成原理燃料電池汽車的根本結構多種多樣。按照驅動形式分可分為純燃料電池驅動和混合驅動兩種形式。按照能量來源可分為車載純氫和燃料重整兩種方式。由于燃料電池電動汽車正處在研究的初期階段，所以各種技術競相試用并各有優缺點。圖4-5所示為燃料電池汽車系統典型結構。第四章認識車輛工程學科前沿技術第一節汽車節能技術三、新能源汽車圖4-5燃料電池汽車的結構第四章認識車輛工程學科前沿技術第一節汽車節能技術三、新能源汽車3.燃料電池汽車的關鍵問題目前，車用燃料電池急需解決以下關鍵問題：〔1〕提高車用燃料電池單位質量〔或體積〕、電流密度及功率，提高車輛所必需的快速起動和動力響應的能力。〔2〕必須開發質量輕、體積更小、能儲存更多氫能的車載氫儲存器具，以便更有效地利用燃料能量，提高續駛里程和載質量。〔3〕必須解決好氫氣的平安問題，在一定的條件下，氫氣比汽油具有更大的危險性，所以無論采用什么儲存方式，儲存器具及其平安措施都必須滿足使用要求。第四章認識車輛工程學科前沿技術第一節汽車節能技術三、新能源汽車〔4〕電池組件必須采用積木化設計，開發有效的制造工藝，并進行高效的自動化生產，從而降低材料和制造費用。〔5〕開展結構緊湊及性能可靠的質子交換膜燃料電池的同時開發應用其他燃料，像甲烷、柴油等驅動的質子交換膜燃料電池，這將會拓寬質子交換膜燃料電池的應用范圍。第四章認識車輛工程學科前沿技術第一節汽車節能技術三、新能源汽車4.燃料電池汽車的瓶頸燃料電池汽車要成為真正的商品，要與現在非常成熟的內燃機車在各個方面進行競爭，必須解決壽命、本錢、穩定性、耐久性、環境適應性等諸多問題，其中最為關鍵的是壽命和本錢問題。另外，雖然汽油價格上漲會使得車輛的全程價格越來越貴，但是氫燃料電池車如天價般的使用本錢同樣使得人們望而卻步。現在雖然已經掌握燃料電池的相關技術，但棘手的問題是要在消費者能夠承受的價格限度內制造出此類燃料電池，否那么這類汽車將無法引起人們的興趣。第四章認識車輛工程學科前沿技術第一節汽車節能技術三、新能源汽車〔四〕太陽能汽車太陽能汽車是利用太陽能電池將太陽能轉換成電能，并利用該電能作為能源驅動行駛的汽車，他是電動汽車的一種。1.太陽能汽車的特點太陽能汽車的能源來自太陽，是真正的綠色能源汽車，其特點如下：〔1〕節約能源。〔2〕能源利用率高：太陽能汽車很少通過齒輪機構傳遞能量，可以防止能量損耗。同時又通過驅動電動機的能量利用率又非常高。第四章認識車輛工程學科前沿技術第一節汽車節能技術三、新能源汽車〔3〕減少環境污染：太陽能汽車消耗的能量是電能，不產生廢氣。〔4〕靈活、操控性好：由于太陽能汽車中很多部件都是電子部件，所以可以保證很好的操作性。第四章認識車輛工程學科前沿技術第一節汽車節能技術三、新能源汽車2.太陽能汽車的組成原理太陽能車的根本原理〔圖4-6〕：首先車身外表的太陽能電池鑲嵌板把太阻能轉化為電能，此電能通過峰值功率跟蹤器給負荷供給能量。從峰值功率跟蹤器出來的電能給電動機的速度控制裝置及蓄電池供電，使電動機驅動。一般情況下，電動機轉矩通過側鏈等傳動機構和減速機構傳到車輪上，使車輪轉動。第四章認識車輛工程學科前沿技術第一節汽車節能技術三、新能源汽車圖4-6太陽能汽車根本工作原理第四章認識車輛工程學科前沿技術第一節汽車節能技術三、新能源汽車3.太陽能汽車的關鍵技術太陽能電動車的應用技術涉及光電、電機、電子、控制、汽車工程、機械、化學等各個方面。作為電動車密不可分的一局部，其應用關鍵技術可以歸納為五個主要方面：光電技術、車體技術、電力驅動技術、儲能電池技術和能量管理系統技術。第四章認識車輛工程學科前沿技術第一節汽車節能技術三、新能源汽車〔五〕代用燃料汽車1.代用燃料的種類所謂代用燃料是指能夠取代或局部取代目前內燃機傳統燃料〔汽油、柴油、煤油〕的燃料。能作為內燃機實際使用的代用燃料要求發動機本身不應做大的改動即能利用，應有足夠的資源，加工、運輸、使用和保管比較方便且平安可靠，使用代用燃料的發動機的動力性、經濟性、排放性、耐久性和可靠性不應降低。代用燃料很廣泛，可分為氣體代用燃料和液體代用燃料。氣體代用燃料主要有：天然氣、液化石油氣、氫氣等。液體代用燃料主要有：乙醇、甲醇、二甲醚、生物柴油等。第四章認識車輛工程學科前沿技術第一節汽車節能技術三、新能源汽車2.天然氣汽車按照所使用天然氣燃料狀態的不同，天然氣汽車可以分為壓縮天然氣〔CNG〕汽車和液化天然氣〔LNG〕汽車。目前世界上使用較多的是壓縮天然氣汽車。按照燃料使用狀況的不同，天然氣汽車可分為專用燃料天然氣汽車、兩用燃料天然氣汽和雙燃料天然氣汽車。天然氣汽車與普通燃油汽車相比，在結構上主要增加了燃氣供給系統。天然氣供給系統由儲氣部件供氣部件控制部件和燃料轉換部件組成，如圖4-7。天然氣汽車的關鍵技術有：加氣站技術、發動機技術、氣瓶技術、混合控制技術。第四章認識車輛工程學科前沿技術第一節汽車節能技術三、新能源汽車圖4-7天然氣汽車第四章認識車輛工程學科前沿技術第一節汽車節能技術三、新能源汽車3.液化石油氣汽車以液化石油氣為燃料的汽車稱為液化石油氣汽車。液化石油氣汽車與燃油汽車相比，其特性見表4-3。表4-3液化石油氣汽車特性比較優點缺點減少污染汽車動力性有所下降有較好的抗爆性低溫啟動性能變差低溫起動性好續駛里程較短經濟性好汽車以雙燃料方式并存時，整車成本較高安全性好補給液化石油氣不方便第四章認識車輛工程學科前沿技術第一節汽車節能技術三、新能源汽車4.氫氣汽車氫能汽車是以氫為主要能量作為移動的汽車，氫燃料汽車是在傳統內燃機的根底上加以修改后可以直接用氫為燃料燃燒，產生動力。氫燃料燃燒產物只有H2O和NOx，不會產生顆粒、積炭等，從而大大減少了發動機的磨損，減輕了潤滑油被污染的程度，可以認為氫是發動機最清潔的燃料，氫燃料汽車不污染環境，是一種環境友好的綠色交通工具。缺點是氫燃燒效率低，大約只有38%，且由于氫燃料熱值高、火焰傳播速度快和著火范圍寬等，氫燃料發動機容易出現早燃、回火、敲缸、負荷高以及NOx排放偏高等情況。第四章認識車輛工程學科前沿技術第一節汽車節能技術三、新能源汽車5.甲醇汽車甲醇燃料汽車是指利用甲醇燃料做能源驅動的汽車。甲醇作為燃料在汽車上的應用主要有摻燒和純甲醇替代兩種。摻燒是指將甲醇以不同的比例〔如M10、M15、M30等〕摻入汽油中，作為發動機的燃料，一般稱為甲醇汽油；純甲醇替代是指將高比例甲醇〔如M85、M100〕直接用作汽車燃料。第四章認識車輛工程學科前沿技術第一節汽車節能技術三、新能源汽車甲醇汽油是指把甲醇局部添加在汽油里，用甲醇燃料助溶劑復配的M系列混合燃料。目前我國市場上使用的甲醇汽油主要有M5、M15、M50、M85以及M100等。甲醇作為車用燃料有如下優點：〔1〕辛烷值高，能顯著提高燃料的混合辛烷值，增強抗爆性能，可以提高發動機的壓縮比，從而提高發動機的功率。〔2〕甲醇是高含氧量物質，它在氣缸內完全燃燒時所需要的過量空氣系數可以遠遠小于燃用汽油時所要求的值，燃燒更為充分。〔3〕揮發性好于與空氣的混合。第四章認識車輛工程學科前沿技術第一節汽車節能技術三、新能源汽車〔4〕可顯著降低尾