第十章汽車未來汽車質量輕量化汽車燃料多樣化汽車動力電動化汽車控制電子化、智能化未來汽車的發展趨勢：1第十章汽車未來未來汽車應是節能汽車、采用新能源的汽車、安全汽車、智能汽車未來汽車210.1汽車質量輕量化

汽車自身質量每減少100kg,可節省燃油0.2-0.3L/100km.

在20世紀內，汽車質量輕量化已取得一定的進展。以美國轎車為例：自1976年到1992年，16年來汽車質量減少了300kg.3

10.1汽車質量輕量化為了進一步節省能源，在21世紀內，汽車質量輕量化將進一步得到發展，其主要途經是擴大超輕高強度鋼板、鋁合金、鎂合金和塑料等輕質材料的應用。到2010年，汽車自身質量將減少8%。4

10.1汽車質量輕量化一、采用超輕高強度鋼板

世界多家汽車大公司均已掌握了應用超輕高強度鋼板制造汽車零部件的相關工藝技術，除汽車的主要部件采用超輕高強度鋼材外，汽車附件也逐步開始采用超輕高強度鋼板。汽車采用這種鋼板制造，其自身質量可減少25%-30%。5

10.1汽車質量輕量化二、采用鋁合金

多年來，鋁就以其質量小、易于回收利用等優點而被廣泛用于汽車（尤其是轎車）的制造，例如車輪和發動機零部件，而奧迪A8的車架就是用鋁合金做成的。6

10.1汽車質量輕量化7

10.1汽車質量輕量化發展趨勢表明，不僅轎車越來越多地使用鋁，而且商用車也是如此，在商用車上、鋁活塞、鋁散熱器已十分普及，汽車制動系部件，如空壓機、各類控制閥等也是用鋁制造的。8

10.1汽車質量輕量化今后，大客車也將越來越多地使用鋁車輪，這對減少這一類汽車的自身質量將發揮很大的作用。據預測2010年，80%的汽車發動機將采用鋁氣缸蓋，35%的汽車發動機將采用鋁合金氣缸。9

10.1汽車質量輕量化三、采用鎂或鎂合金

鎂是地球上儲量最豐富的輕金屬之一，比重比鋁還輕1／3，強度、剛度卻比鋁和鋼都高，特別是易于再生利用，被譽為21世紀綠色工程材料，被廣泛運用于汽車、摩托車等方面，鎂合金具有良好的阻尼減振性能，是汽車輕量化首選材料。從90年代起，汽車鎂合金配件使用的年增長率達20％。10

10.1汽車質量輕量化四、采用塑料

塑料用于制造汽車一些零部件，最突出的優點是質量小、易于成形加工和價格低廉。能吸收撞擊能量，可提高汽車的舒適性。能減少自重，降低成本。11

10.1汽車質量輕量化應用塑料的汽車零件越來越多，如車身覆蓋件、保險杠、車頂棚、駕駛室內飾、燃油箱等。汽車上應用的塑料有聚丙烯、聚氨脂、聚氯乙烯等。12

10.1汽車質量輕量化五、車用碳纖維復合材料

碳纖維材料在工業上有著重要的使用價值。它無毒、無爆炸危險、抗腐蝕能力強。工業生產上常用碳纖維材料代替黃金，是一種航天材料。碳纖維材料能吸收撞擊能量，可提高汽車的舒適性，能減少自重，降低成本。13

10.1汽車質量輕量化用碳纖維材料費制造的車架剛度極高，重量比其它任何車架都要輕，重心也可以造得很低。碳纖維的剛度不僅有利于操控，對提高安全性也有很大的作用。14

10.1汽車質量輕量化典型例子是在95年，寶馬的總裁駕駛一部MCLARENF1（街道版）滿載3人在德國的公路上以280公里時速失控，沖出公路后再翻滾無數圈后才停車，車上3人居然只受了輕傷。當時全車外殼盡毀，但車架和坐艙仍保持完好的形狀，如非碳纖維車架肯定是招架不住的。這也是一級方程式賽車至今沿用它的原因之一。15

10.2汽車燃料多樣化能源消耗的迅速增加，是社會生產力迅速發展和人類物質生活水平不斷提高的標志，但同時也使我們面臨著能源枯竭的困境。在地下經歷數百萬年甚至數千萬年才形成的煤和石油，總有一天會被我們采盡掘光！在世界常規能源中，除煤炭因儲量較多尚可維持較長時間外，目前已探明的石油儲量僅夠開采40年，天然氣僅可開采50年。16

10.2汽車燃料多樣化石油制品汽油和柴油是目前汽車的基本能源（占45%），但是石油資源將要耗盡，同時它對環境污染也是很嚴重的。因此未來汽車必須開發代用燃料，改善能源結構，減少對環境的污染。17

10.2汽車燃料多樣化

天然氣的主要成分是甲烷。按儲存的壓力和形態，天然氣有常壓氣態、高壓氣態和液壓之分，分別稱為常壓天然氣、壓縮天然氣（CNG）一、壓縮天然氣汽車18

10.2汽車燃料多樣化

壓縮天然氣存儲方式是天然氣目前應用的主要形式。主要成分為甲烷的壓縮氣體燃料稱為壓縮天然氣。采用壓縮天然氣為燃料的汽車稱為壓縮天然氣汽車。壓縮天然氣汽車發動機的燃料供給系統與汽油機不同，包括壓縮天然氣鋼瓶、截止閥、壓力表、電磁閥、減壓閥、混合器等。美國近三年來以38％的速度在增長19

10.2汽車燃料多樣化據統計，到２００２年，我國北京、天津、上海、重慶等１２個清潔汽車應用試點示范城市（地區）燃氣汽車保有量為１５.３萬輛，加氣站４８６座。而到２００３年１０月，我國１６個重點推廣應用燃氣汽車的城市中燃氣汽車的保有量達到已達１９萬輛，建成加氣站５６０多座。作為環保汽車的代表車型之一，以天然氣為原料的燃氣汽車正快速地駛入中國人的生活。

GB18047-2000《車用壓縮天然氣》等國家標準也已發布實施20

10.2汽車燃料多樣化

車用液化石油氣，是以丙烷、丁烷為主要成分的石油產品，采用液化石油氣為燃料的汽車稱為液化石油氣汽車。發動機燃料供給系包括儲氣瓶、電磁閥、預熱器、混合器等。據統計，到1997年底，世界有液化石油氣汽車為401.1萬輛。我國汽車用液化石油氣的行業標準為SY7548-1998《汽車用液化石油氣》。二、液化石油氣汽車（LPG）21

使用壓縮天然氣燃料的汽車22

10.2汽車燃料多樣化天然氣（液化石油氣）汽車加氣站23

10.2汽車燃料多樣化24

10.2汽車燃料多樣化25

10.2汽車燃料多樣化（1）污染少

據統計，目前各大城市汽車尾氣排放是造成城市空氣污染的主要原因，它占了空氣污染源總量的60%以上，將汽車燃料由汽（柴）油改為天然氣后，尾氣污染會明顯減少。用天然氣（液化石油氣）替代汽（柴）油的優點：26

10.2汽車燃料多樣化與汽油相比，天然氣汽車尾氣中，

CO減少97%，

HC減少72%，

NOX減少39%，

CO2減少24%，

SO2減少90%，汽車噪音亦可降低40%，天然氣是汽車最佳的清潔燃料

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10.2汽車燃料多樣化（2）運行費用低

按汽油3元/kg,天然氣1.5元/m3計，天然氣汽車與汽油汽車相比較，可節省費用約0.26元/km。若將汽油車改裝為雙燃料汽車所需費用為6000-10000元/輛，正常運行情況下，一年時間即可收回改裝費用。28

10.2汽車燃料多樣化

醇類汽車是指以甲醇或乙醇為燃料的汽車。世界上第一臺內燃機是以乙醇為燃料的，到20世紀70年代后醇類汽車才受到重視。目前有40多個國家和地區開發和應用了醇類汽車，尤其在盛產甘蔗的巴西，大部汽車燃用純乙醇或攙兌約20%的乙醇。在美國，商用汽油含有10%的乙醇，2000年前，美國加州有三分之一的汽車燃用甲醇。三、醇類汽車29

10.2汽車燃料多樣化與汽油相比，醇類燃料汽車尾氣中，CO減少50-70%，HC減少20-50%，NOX減少30-50%，運行費用低。甲醇可由一氧化碳和氫氣合成制得，因此它可從煤、天然氣和油頁巖制取。乙醇可利用發酵的方法，從甘蔗、玉米、薯類等農作物及木質纖維素中提取。可再生能源30

10.2汽車燃料多樣化在21世紀甲醇仍將是汽車的一種燃料，但不可能有很大的發展，在某些國家和地區醇類燃料只能作為石油代用燃料的局部補充。我國以甲醇作為燃料汽車的試驗研究是“九五”代用燃料汽車技術發展的重要組成部分，并在甲醇輕型客車產品開發、配套加氣站建設、運行試驗等方面已取得重要成果。31

10.2汽車燃料多樣化

氫氣汽車指用氫氣直接作為燃料的汽車，以氫氣為原料的燃料電池汽車也是氫氣汽車，但歸屬電動汽車更適宜。氫氣在汽車上應用的主要問題是氫氣的來源和儲帶。地球上氫氣儲量十分豐富，但制取氫氣的成本太高。氫氣在汽車上儲帶十分不便。四、氫氣汽車32

10.2汽車燃料多樣化金屬氫化物儲帶方式進展較大，似有好的前景。除氫氣儲帶是氫氣汽車發展的難題外，還需要開發專用發動機。氫氣汽車的現狀與前景是：仍處于基礎研究階段，有希望成為未來汽車的重要組成部分，但前景尚難估量。33

10.2汽車燃料多樣化

21世紀的汽車能源將打破石油占據絕對優勢的局面，石油燃料汽車雖然在近幾十年之內仍然還會保持慣性領先，但由于天然氣汽車、液化石油汽車、醇類汽車繼而電動汽車的迅速發展，就整個21世紀而言，呈現在人們面前的是汽油汽車、柴油汽車、天然氣汽車、液化石油氣汽車、醇類汽車、電動汽車或氫氣汽車等多種能源汽車活躍的多極化模式。34

10.2汽車燃料多樣化

2010年前，有5%的汽車將以高純度乙醇為燃料，有2%的汽車將采用天然氣或液化石油氣，有10%的汽車將采用電力驅動。21世紀中葉之后，上升勢頭最猛的非電動汽車莫屬。到21世紀末，汽油汽車和柴油汽車可能已經或即將退出歷史舞臺，天然氣汽車和液化石油也成了強孥之末，如果沒有氫氣汽車這一潛在的黑馬殺出，電動汽車勢必穩取汽車世界的霸主寶座。35

電動汽車是指以電能為動力的汽車。在蒸汽汽車與內燃汽車兩個時代交替的階段就出現了電動汽車。在福特汽車公司大批量生產T形汽油車之后，由于電動汽車自身問題出現了一些難題,應用受到限制.10.3汽車能源電動化36

10.3汽車能源電動化一、汽車史上美麗的慧星

1881年，在巴黎舉行的國際電器展覽會上，法國人古斯塔夫·特魯夫展出一輛能實際操縱的電動三輪汽車。這是世界上第一輛真正意義上的電動汽車，比本茨發明的第一輛內燃汽車早5年。37

10.3汽車能源電動化早在1873年，英國的羅伯特·戴維森就開始研制電動汽車，隨著西歐各國相繼生產出各種電動汽車，到19世紀末，電動汽車在歐洲已相當普及。

1898年，歐洲的每14輛出租汽車中就有電動汽車13輛。早期的車賽，多次使用電動汽車。在當時，電動汽車也創造出一些驚人的車速。如1899年，比利時人卡米·喬納壽駕駛的雪茄形電動汽車創造出車速150km/h的最高紀錄；1900年，英國人哈特制造的電動汽車，每個車輪上都裝有一個電動機來驅動，車速80km/h。38

10.3汽車能源電動化當時，電動汽車所用的蓄電池的能量受到很大限制，每行駛很短的距離就要充一次電，這對長途行駛很不利。而且，蓄電池充電費用相當高，當時一年的充電費用相當于買一輛新車的價格。所以，電動汽車在汽車出現初期只不過是一顆美麗的慧星。這顆慧星在100多年以后的今天又回到了汽車世界燦爛的星空。39

10.3汽車能源電動化40

10.3汽車能源電動化

二、電動汽車的崛起

從1881年第一輛電動汽車問世以來，曾經顯赫一時，也曾經籠罩在燃油汽車的陰影之下，幾乎被人忘記。直到20世紀70年代，石油危機和環境污染日益成為人們的關注焦點以來，電動汽車的發展才又掀起了新的高潮。41

10.3汽車能源電動化將其他能源轉變為電能并儲存于蓄電池做為汽車的動力源，這是電動汽車的基本形式。另一種電動汽車形式是以燃料電池為動力源，它是在汽車上將燃料送入一種特殊的電池——燃料電池轉變為電能，這種電動汽車與前一種電動汽車的區別是汽車上必須攜帶燃料。因目前電動汽車的一次充電續駛里程短，則有將蓄電池和內燃機聯合使用的混合動力電動汽車。電動汽車有蓄電池式和燃料電池式兩種形式42

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沃爾沃C30充電概念車

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電動公交汽車45

電動汽車專用電池46

10.4汽車能源電動化電動汽車專用異步電機

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10.3汽車能源電動化電動汽車尚有許多具體技術難題需要解決，從20世紀70年代開始，許多國家研制開發電動汽車作為研制的重點。燃料電池是一種將儲存在燃料和氧化劑中的化學能通過電極反應直接轉化成電能的裝置。48

10.3汽車能源電動化燃料電池具有能量轉化率高、燃料多樣化、對環境污染小等優點，所以燃料電池開發倍受重視。

20世紀末國際上形成了燃料池開發熱潮，美英德都投入了大量資金，列為重大項目開發燃料電池。49

10.3汽車能源電動化50

10.3汽車能源電動化奔馳A級燃料電池汽車51

10.3汽車能源電動化寶馬H2R燃料電池汽車52

10.3汽車能源電動化53

10.3汽車能源電動化上海汽車的燃料電池汽車--超越1號54

10.3汽車能源電動化

氫能燃料電池汽車駛上長安街55

10.3汽車能源電動化燃料電池電動汽車商業化的難題一是降低成本、二是解決氫源問題。混合動力汽車僅作為一種過渡。目前，世界上電動汽車的開發工作進展很快，混合動力汽車、電動汽車技術取得突破性進展，正在走向實用階段。56

10.3汽車能源電動化雷克薩斯2008款GS450h

動力能源：車載電力、汽油，綠色指數：★★★★☆，此車的具體混合動力配置還沒有確切消息，有低油耗、低排放的特征。57

10.3汽車能源電動化歐寶Flextreme概念車

動力能源：車載電力、柴油，綠色指數：★★★★☆，Flextreme在充滿電的情況下，行駛范圍大約是100公里，配合柴油發動機時，會增加到775公里。此概念車由氫動力驅動，排放污染為零。58

10.3汽車能源電動化太陽能電池汽車太陽能電池在汽車上的應用，為尋求未來的汽車動力系統開辟了一條新途徑。太陽能汽車最高時速可達200公里，可連續行駛300－400公里。利用太陽能產生動力的方法有兩種：太陽能---熱能---動能太陽能---電能---動能59

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10.3汽車能源電動化61

10.3汽車能源電動化62

10.3汽車能源電動化63

10.4汽車能源電動化64

10.4汽車能源電動化65

10.4汽車能源電動化66

10.4汽車能源電動化67

10.3汽車能源電動化68

10.4汽車能源電動化69

10.3汽車能源電動化70

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10.4汽車能源電動化76

10.4汽車能源電動化77

隨著汽車工業與電子工業的不斷發展，在現代汽車上，電子技術的應用越來越廣泛，汽車電子化的程度也越來越高。汽車電子技術是汽車技術與電子技術結合的產物。可以說，今天的汽車已進入電子控制時代。目前，采用電子裝置的程度已成為衡量汽車技術水平的一個重要指標。未來汽車市場的競爭是汽車電子化的競爭。10.4

汽車控制電子化智能化78

10.4

汽車控制電子化智能化汽車將由單純的機械產品，成為機電信息一體化高科技智能產品，“電子汽車”、“智能汽車”是大勢所趨。汽車電子的應用可概括為：從應用電子部件開始，經獨立的電子控制裝置，向電子控制整車化、智能化的方向發展。79

10.4

汽車控制電子化智能化

20世紀50年代人們開始在汽車上安裝電子管收音機，這是電子技術在汽車上應用的最初雛形。

1959年晶體管收音機問世后，很快在汽車上得到了應用。20世紀60年代初，汽車上應用了硅整流交流發電機和晶體管電壓調節器。到20世紀60年代中期，汽車上開始采用晶體管點火系統。一、從汽車應用電子部件開始80

10.4

汽車控制電子化智能化

汽車上應用電子技術是在20世紀70年代以后，主要是為了解決節油、環保和安全問題。電子控制汽油噴射、電控點火系統、排放凈化控制系統、電子控制自動變速器、電子控制汽車制動防抱死裝置、電子控制車高自動調節系統、電子控安全帶、電子控制安全氣囊等相繼在轎車上應用。二、獨立的各種電子控制裝置在汽車上應用81

10.4

汽車控制電子化智能化電子控制汽油噴射電子控制自動變速器1電子控制自動變速器2電子控制自動變速器3電子控制操控系統2電子控制操控系統182

10.4

汽車控制電子化智能化電子控制安全氣囊1電子控制安全氣囊283

10.4

汽車控制電子化智能化電子控制安全氣囊384

10.4

汽車控制電子化智能化電子控制安全氣囊485

電子控制安全氣囊586

10.4

汽車控制電子化智能化電控安全帶1電控安全帶287

10.4

汽車控制電子化智能化抗疲勞駕駛：日本發明能探測犯困的汽車座椅88

10.4

汽車控制電子化智能化沃爾沃汽車率先推出了一種協助防止酒后駕車的創新性系統———禁酒閉鎖系統（Alcoguard）如果車輛裝備了這項系統，要是偵測到了駕駛員飲酒量超標，它將讓汽車立刻無法啟動！套禁酒閉鎖系統利用了燃料電池技術，在汽車啟動前，司機必須先向無線手持設備呼氣，如果設備檢測到司機血液酒精濃度超過了每升0.2克，發動機將不會啟動。而且由于傳感器很先進，想用外部氣體比如打氣筒噴出的空氣來欺騙系統是不可能的。89

10.4

汽車控制電子化智能化電子控制汽車制動防抱死裝置電子控制懸掛裝置90

10.4

汽車控制電子化智能化

汽車電子化的發展方向將是各控制系統由分散轉向集中，逐漸形成一個整車電子控制系統，即由中央計算機集中控制微處理器、傳感器和執行器。三、汽車電子控制整車化、智能化91

10.4

汽車控制電子化智能化豐田公司名為I-Real的概念車。這是一款單座位汽車，看起來卻像是一張舒