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未来汽车新技术论文概述2doc


《探索与发现》 探索与发现》 ————之未来汽车 ————之未来汽车
美国《汽车新闻》、《汽车工程》等杂志对目前每年生产的 5 千万辆左右汽车进行了统计分 析,预测出未来汽车技术发展的十大趋势。 一、乘用车柴油机化的比例将越来越高。随着柴油机技术的不断发展,特别是小型高速 直喷式柴油机技术的日趋完善,使其较汽油机更为经济、排放更低,因此装用柴油机的车型 将越来越受欢迎。

有专家预测,十年以后,世界乘用车市场柴油机化的比例将超过 50%。 二、电动汽车将进入实用阶段。随着低价格、高能量和长寿命新型电池的研究发展, 以及人们对环保的强烈呼声, 电动汽车将越来越多地在各大城市取代石油能源汽车成为一种 代步工具。 三、汽车安全标准将会更加严格。为保证汽车安全,今天选装或正在研发的许多安全装 置,如 ABS、EBS、智能气囊(含侧面)、三点自动上肩式安全带、防侧撞杆等均将逐渐成 为标准装备。 四、汽车排放控制标准将会更加严格。如美国 2007 年开始执行的 EPA2007 排放标准要 求将 EPA2004 中规定的微粒物(PM)减少 90%,氮氧化合物(NOx)减少 95%。同时,对柴 油品质也做出规定:石油公司必须将柴油含硫量按目前标准减少 97%,仅占百万分之十五。 五、 降低油耗将成为各大汽车制造厂商制胜市场的首选课题。 随着近年国际燃油价格的 不断攀升,低使用成本的低油耗车型成为市场上的抢手货。专家预计,在采取各种措施后, 未来轿车的油耗能从目前 6.0L/100km 的水平降到 4.0L/100km、甚至 3.0L/100km。 六、使用更多替代钢、铁的轻质材料,以降低车辆自重。铝合金、镁合金、工程塑料及 碳素纤维等轻质材料在汽车制造上的应用将越来越多。 七、各种电子、电控、智能装置将越来越多地应用在汽车上。如电子防盗门锁、电控 可变技术、智能驾驶等等,无所不有。 八、前轮驱动汽车的比例将不断增加,发动机横置技术进一步发展。因为这两种技术将 使汽车的经济性大大改善。 九、通信、网络技术在汽车、尤其是商用车上应用越来越普遍。如在美国现代卡车上, 现已全面应用 GPS 技术,实现卫星监控和导航技术。在最新型号的重卡上,驾驶室有键盘和 显示器,装置一个称为全线通(OmniTRACS)的移动通信和跟踪网络系统,它是由美国高通 公司研制开发的车辆跟踪和调度管理系统,将 GPS、GIS、通信、计算机、物流技术融为一 体,不仅为交通运输业提供卫星定位、双向通信、网上发布(车、货)动态信息,使货主能 通过因特网方便地查询托运货物的动态情况, 还能够与企业现有的调度、 财务和仓储等系统 集成,实现物流管理的一体化和全面自动化。 十、重型载货汽车向高吨位发展。在 20 世纪 50 年代,重型载货车的最大功率约 150 千瓦(近 200 马力),90 年代末已提高到最大功率约 440 千瓦(近 600 马力),40 年内提

高了 3 倍。有专家预测,在未来的 50 年内,重卡的最大功率将达到 735 千瓦(1000 马力), 汽车总质量将达到 100 吨! 电动汽车技术发展趋势及未来发展前景 上世纪 70 年代全球三次石油危机爆发后, 各跨国汽车公司先后开始研发各种类型的电动汽 车。我国经过“八五”、“九五”、“十五”三个五年计划,在研发电动汽车的专项上投入 了大量的人力、物力和财力,并取得了一系列科研成果, 现代电动汽车一般可分为三类: 纯电动汽车(PEV)、混合动力汽车(HEV)、燃料电池电动汽车(FCEV)。但是近几年在传 统混合动力汽车的基础上,又派生出一种外接充电式(Plug-In)混合动力汽车,简称 PHEV。 本文将电动汽车技术研发的若干问题和趋势, 电动汽车是指完全由动力蓄电池提供电力驱动 的电动汽车, 虽然它已有 134 年的悠久历史, 但一直仅限于某些特定范围内应用, 市场较小。 主要原因是由于各种类别的蓄电池,普遍存在价格高、寿命短、外形尺寸和重量大、充电时 间长等严重缺点。目前采用的铅酸电池、镍氢电池和锂离子电池,它们已达到的实际性能指 标和市场平均价格,如表 1 所示。根据实际装车时的循环寿命和市场价格,可估算出电动汽 车从各种动力电池上每取出 1kWh 电能所必须付出的费用。计算时,假设电池最高可充电荷 电状态(SOC)为 0.9,放电 SOC 为 0.2,即实际可用的电池容量仅占总容量的 70%;由电网 供电价为 0.5 元/kWh,电池的平均充放电效率为 0.75。 目前国内市场上用柴油机发电, 价格大致为 3 元/kWh,若用汽油机发电,供电价格估计为 4 元/kWh,即从铅酸电机提供电能 的价格大致和柴油机发电价格相等, 仅仅从取得能量的成本来考虑, 采用铅酸电池比汽油机 驱动有一定价格优势,但是由于它太过笨重,充电时间又长,因此只被广泛用于车速小于 50km/h 的各种场地车、高尔夫球车、垃圾车、叉车以及电动自行车上。实践证实铅酸电池 在这一低端产品市场上有较强的竞争力和实用性。 研发及市场情况 下面分别介绍混合动力乘用车和混合动力公交车的研发及市场情况。 以节油率最佳的丰田 Prius 汽车为例,在我国实测它与丰田花冠(Corrolla)油耗在不 同工况下的对比数据如表 3 所示。各种工况下的平均节油率为 39.6%,平均百公里可节油 3.07L。 以 97 号汽油价格为 5 元/L 计算,每百公里可节省油费 15.35 元,行驶 20 万 km 也仅省油费 3.07 万元,显然还不足以抵消购置混合动力汽车所增加的费用。据中国汽车工业协会统计, 2006 年一汽丰田普锐斯(Prius)销量仅为 2152 辆,占全国乘用车总销量的 0.04%。考虑 到我国用户对汽车售价的敏感性,这一销售业绩并不令人惊奇,可以认为在近期,如果没有 政府的大力支持,混合动力乘用车在我国不会有很大的市场。

节油率难以进一步提高的原因 分析节油率难以进一步提高的原因主要有二个: (1)汽车的制动过程十分短暂,一半不超过 10s,在短短的几秒内,电机要求发出很 大的电流,才能有效回收制动能量,但是电池的充电倍率只有放电倍率的一半,因此电池不

能接受大电流充电。 理论上汽车有 50~60%的制动能量可回收, 实际回收的制动能量<20%, 最简单的改进办法是加大动力电池容量, 例如至少加大容量一倍, 回收的制动能量可由 20% 增加到 40%。但这将大大增加整车成本和汽车自重,经济上可能是得不偿失。 (2) 混合动力公交车若采用停车断油, 甚至滑行时即断油, 可节油 10%左右 (4L/100km) , 实际上国产柴油机没有专门为混合动力汽车设计, 一般不允许频繁的停车断油, 否则供油系 和废气增压器都可能损坏,严重影响柴油机寿命。 燃料电池电动汽车存在的技术、 燃料电池电动汽车存在的技术、经济问题 在我国, 国家科技部将研发燃料电池客车和燃料电池轿车列为“十五”和“十一五”计 划“863”重大科技项目。并已取得一系列重大科技成果,但是在多年科研实践中,也暴露 出一些技术、经济问题: (1)燃料电池发动机的耐久性寿命短 一般仅 1000~1200 小时(国外达 2200 小时),燃料电池汽车行驶 4~5 万 km,功率即 下降~40%,和传统内燃机可普遍行驶 50 万 km 以上相比,差距很大; (2)燃料电池发动机的制造成本居高不下 一般估计 3 万元/kW(国外成本约 3000 美元/kW),与传统内燃机仅 200~350 元/kW 相 比,差距巨大。由于其中如质子交换膜、炭纸、铂金属催化剂、高纯度石墨粉、氢回收泵、 增压空气泵等关键部件均依靠进口,所以与国外相比,并没有成本优势; (3)燃料电池发动机对工作环境的适应性很差 国产可在 0~40℃气温下工作,低于 0℃有结冰问题,高于 40℃过热不能正常工作;此 外对空气中的粉尘、一氧化碳、硫化物等都十分敏感,铂催化剂极易污染中毒失效; 综上所述,未来汽车有很大可能性像电动汽车发展,对于未来,还有很大不可预见 机电工程学院 10 机电 1 班 汤奎


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