汽车创新设计与实践(10-11讲座)

汽车创新与实践 湖北汽车工业学院汽车工程系 主要内容 一、 汽车零部件业发展 二、 我国汽车零部件业的发展 三、 汽车汽车技术技术发展发展 一、 汽车零部件业发展趋势 Ø汽车零部件与整车企业相互关系的发展变化 y 整车企业与零部件企业之间剥离、相互独立，提高了彼此的专 业化分工程度；日益激烈的市场竞争，迫使整车厂从采购单个零部 件到采购整个系统。 Ø 模块化 y 把整车分成几十个大的模块，在大规模定制生产方式下，汽车 制造厂从模块开始组装整车。 Ø 产品电子化、智能化、产品环保化 y 机械技术创造附加值的潜力有限，电子和信息技术在汽车工业中 的应用，为汽车创造高附加值拓展了空间，研制技术领先的燃油系统。 Ø 开发数字化 y 随着仿真技术、三维数字化CAD/CAE/CAM技术在汽车产品 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 中的应用，数字技术正在改变汽车的设计开发方式； 二、我国汽车零部件产业发展 第一 汽车零部件未来发展潜力大于整车 Ø 整车与零部件销售额比例大致为55:45； Ø 技术含量较高的汽车零部件的利润要远远高于整车生产厂家的利 润；中国汽车零部件，多数还集中在加工制造行业，如耗材量较大的铝 车轮、轮毂、轴承等； Ø 中国现有零部件三资企业近1000家，如德尔福、博世、ZF等国外 大型零部件公司都在中国建立起多家合资公司或寻找合作伙伴； 第二 我国汽车及汽车零部件工业的发展方向 Ø 加强各企业间的强强联合，形成规模化的发展队伍，全球化采 购和模块化供应已成为发展趋势。 Ø 随着汽车工业的快速发展，汽车企业必将不断推出新的产品， 相应的零部件更新和改进要在整车之前。 Ø 实施电子化、模块化、建立一条现代化的柔性生产线。 Ø 生产、销售、服务的模式不再分主次，三者同等重要。 三、汽车发展趋势三、汽车发展趋势 „„ 汽车设计汽车设计 yy 采用计算机工具：短时间开发更多车型，采用虚拟汽车概念；采用计算机工具：短时间开发更多车型，采用虚拟汽车概念； yy 消费者的生活方式主导汽车设计潮流。消费者的生活方式主导汽车设计潮流。 „ 汽车动力 yy 热能发动机发展方向是采用直喷增压汽油发动机、柴油共轨技术发动机、以 及更好地催化技术。 yy 混合动力模式和燃料电池动力总成。 „ 汽车材料 yy 车身轻量化 ——铝材、镁材、超轻钢材、轻质聚合物等。 „„ 汽车舒适汽车舒适 yy 机械系统将大量被电子系统取代。如：自动灯光、自动雨刮、自动空调、无钥匙点机械系统将大量被电子系统取代。如：自动灯光、自动雨刮、自动空调、无钥匙点 火、自动变速、助力转向、自动巡航、火、自动变速、助力转向、自动巡航、GPS GPS 等。等。 „„ 汽车安全汽车安全 yy 设置新一代的安全带、能量吸收结构、前端和侧面安全气囊、触发气囊的智能传感设置新一代的安全带、能量吸收结构、前端和侧面安全气囊、触发气囊的智能传感 器、发生紧急情况的求救信号、器、发生紧急情况的求救信号、ABS ABS 等。等。 yy 保证安全的下一个目标是：避免碰撞。保证安全的下一个目标是：避免碰撞。 汽车数字化工程汽车数字化工程(CAD/CAE)(CAD/CAE) 三维设计与动画 汽油机稀燃直喷汽油机稀燃直喷 „„ 汽油机压缩比为汽油机压缩比为88－－1010，柴油机压缩，柴油机压缩 比为比为1212－－2424。汽油机爆震是末端混合。汽油机爆震是末端混合 气的自燃现象；气的自燃现象； „„ 稀燃稀燃((ultra-lean mixture)高压缩比 （higher compression ratios ）直喷可直喷可 以提高压缩比和采用增压技术；以提高压缩比和采用增压技术； „„ 与传统电喷汽油机相比功率可提高与传统电喷汽油机相比功率可提高3030 －－5050％，经济性改善％，经济性改善2020－－3030％。％。 爆震爆震!!末端混末端混 合气的自燃合气的自燃 柴油机共轨高压直喷技术柴油机共轨高压直喷技术 欧3与共轨 柴油机冒黑烟－>高温缺氧。 柴油机柴油机,,柔性喷油柔性喷油 规律更佳规律更佳!! 进气、排气阀和排放控制进气、排气阀和排放控制 0 180 360 540 power exhaust inlet compression 720 Electronic Turbocharger „ Low exhaust pressure and quantity at low engine speeds in the turbocharged engine „ A variable nozzle turbine (VNT) „ Electrically assisted exhaust turbocharger, making boost totally independent of engine speed 汽车节能减排战略汽车节能减排战略 并并 行行 互互 动动双重战略双重战略 节能 （传统内燃机） 新能源 （新型动力） 减少减少 石油依赖石油依赖 最终摆脱依赖最终摆脱依赖 实现零排放实现零排放 长期坚持，放在首位 战略选择，最终目标 汽车节能是促进产品结构调整和技术升级，减少石油 消耗、降低排放的主要措施； 新能源汽车是能源动力系统转型的技术革命，是摆脱 对石油资源依赖、实现汽车产业可持续发展的根本途径。 新能源汽车的界定新能源汽车的界定 „„ 新型能源：新型能源：EVEV、、FCEVFCEV、、PHEVPHEV „„ 新型动力：电机新型动力：电机 „„ 新型产业：新型产业：逐步替代传统内燃机汽车 中国的新能源汽车重点发展电动汽车，在促进传统汽车节能 的同时，积极促进插电式混合动力汽车、纯电动汽车和燃料 电池汽车的发展，最终实现纯电驱动动力系统转型。 纯电动轿车纯电动轿车 „„ 采用直流无刷驱动电机，锂离子动力采用直流无刷驱动电机，锂离子动力 电池。能够实现泊车充电、驱动行驶电池。能够实现泊车充电、驱动行驶 和制动能量回馈等功能。和制动能量回馈等功能。 电动空调 车 桥 动力电池BMS 动力总成 网络拓扑 C A N 0 C A N 2 C A N 1 AMT 驱动电机 MCU M1 加速踏板整车 控制器 VCU 制动踏板 变速 器 10-20Kwh/100km 汽车的能源结构多样化：电能可来自水 能、核能、煤、风能、太阳能等 电机转矩 发动机转矩 锂离子电池管理系统研制锂离子电池管理系统研制 „„ 基于基于CANCAN总线的分布式动力电池组总线的分布式动力电池组 检测模块和高压检测模块检测模块和高压检测模块 „„ 实时监控电池组电池单元电压和电实时监控电池组电池单元电压和电 量平衡量平衡 „„ 电池组的总电压和总电流检测和电池组的总电压和总电流检测和 SOCSOC计算计算 „„ 电池组的绝缘检测和热管理控制电池组的绝缘检测和热管理控制 BMS 控制器PC机 RS232 CAN_0 电池组1 电池组2 电池组x 高压检测模块 整车控制器 CAN_1 故障显示器 （触摸屏） 电池组1 电池组2 电池组3 高压检测模块 故障显示器 BMS 电池 纯电动汽车产业化的困难纯电动汽车产业化的困难 „„ 电池性能差电池性能差 ：电池比能量低、寿命短、充电速度慢：电池比能量低、寿命短、充电速度慢 „„ 动力性能差动力性能差：：由于电池存电量小，电机功率也小由于电池存电量小，电机功率也小 „„ 成本高、价格贵：一般纯电动汽车的制造成本是同级别燃成本高、价格贵：一般纯电动汽车的制造成本是同级别燃 油车的油车的22------33倍倍 „„ 使用成本综合了电池的使用成本后，在目前的油价下较燃使用成本综合了电池的使用成本后，在目前的油价下较燃 油汽车贵油汽车贵 „„ 基础设施缺乏：社会上缺乏电动汽车充电站和电动汽车的基础设施缺乏：社会上缺乏电动汽车充电站和电动汽车的 维修、培训人员等维修、培训人员等 小型电动汽车和电动城市客车具小型电动汽车和电动城市客车具 有应用前景有应用前景 混合动力客车混合动力客车 1、康明斯最新的ISBe150 四缸共轨 电喷柴油机，排放达到欧州3号 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 要求； 2、开关磁阻风冷电机，满足了混合 动力城市客车电机低速大扭矩的要 求； 3、变速器中间轴机电耦合器，保证 电动机与发动机之间的耦合； 4、Ni-MH电池，满足混合动力城市 客车电池高功率的要求。 多种驱动方式、制动回收能量好、自动停车充电、发动机和电机高 效区重合、AMT换档、操纵性。 Speed t 120Km/h 混合动力电动汽车的技术特点混合动力电动汽车的技术特点 „„ 电池容量减小（纯电动汽车的电池容量减小（纯电动汽车的1010----20%20%左右），电池使用左右），电池使用 寿命长寿命长 „„ 发动机优化和制动能量回馈可降低油耗发动机优化和制动能量回馈可降低油耗20%20%----40%40% „„ 技术难度大，主要是电动机、动力耦合装置、电池与管理技术难度大，主要是电动机、动力耦合装置、电池与管理 系统和制动能量回收的协调控制难度系统和制动能量回收的协调控制难度 „„ 成本比传统车高成本比传统车高 目前HEV最具有发展前景。其中，并 联式混合动力汽车前景最为光明。 plug-in电动汽车在特定条件下及在油 价与电价不平衡时有较大优势。 燃料电池汽车燃料电池汽车 热力发动机首先通过 燃烧将化学能转化为 热能，然后将热能转 化为机械能。燃料电 池发动机将化学能转 换为电能。 −+ +→ e2H2H2 阳极 阴极 OHe2O2/1H2 22 →++ −+ H＋ H＋ H＋ 电解质 催化剂 H2 O2（空气） H＋ 阳极排放 阴极排放 外电路 H＋ e- e- 车 桥 M1 变速 器 燃料电池效 率最高为 60%。 制约燃料电池电动汽车应用的因素制约燃料电池电动汽车应用的因素 „„ 氢气的制备成本，车载的安全性氢气的制备成本，车载的安全性 „„ 燃料电池价格昂贵燃料电池价格昂贵 „„ 基础设施缺乏：加氢站几乎没有。基础设施缺乏：加氢站几乎没有。 燃料电池电动汽车能源利用率较高， 工作时噪音小，基本零污染等优点； 但存在诸多产业困难，应用前景不 明。 助力转向助力转向 辅助驾驶、自动巡航、无人驾驶 操控性更好操控性更好!! 自动变速器自动变速器 AT CVT AMT 自动变速器可分为液力机械式自动变速器 (AT)、无级自动变速器(CVT)和机械式自动 变速器(AMT)三大类型。 DCT 汽车安全汽车安全(ESP,TPMS)(ESP,TPMS) „„ ESPESP是一种汽车主动安全技是一种汽车主动安全技 术，通过制动控制抑制汽车术，通过制动控制抑制汽车 过多转向和过度不足转向趋过多转向和过度不足转向趋 势，提高汽车的操纵稳定势，提高汽车的操纵稳定 性。性。 „ TPMS ：利用无线传输，实 时监控轮胎气压。 汽车仪表汽车仪表 (Stepper Motors(Stepper Motors＋＋LCDLCD）） 汽车总线汽车总线（（In-Vehicle Networking）） 高速总线高速总线 低速总线低速总线 CAN总线网络系统 整车 控制器 VCU 智能仪表（显示发动机、变速器 、灯光，全球定位GPS等参数） 加速踏板 车 速 制动信号 离合器和变速器控制器 发动机控制器 故障诊断仪接口（PC机专用） CANL 电动助力转向EPS 灯光、倒车雷达控制器 „CAN（Controller Area Network，控制器局域网）于20世纪 80年代由Bosch公司提出，现已成为国际标准，普遍应用于汽车 电子高速网络控制系统中。 CANH 灯光、倒车雷达CAN总线控制 CAN BUS 组合开关 仪表板 后右灯光 后左灯光 前左雷达探头 4个倒车雷达探头 EPS VCU/AMT 前右雷达探头 智能自动灯光 PC机 控 制 界 面 （ La b v i e w） LINLIN低速总线网络系统低速总线网络系统 t im e M a s te r Ta s k tim eS la v e Ta s k n ex t s yn c h f ield inte r- fr a m e sp a c in g s y nc hf ie ld 2 b y te 1 by ter es p on s e s p ac in g ide n tif ie r f ie ld b loc k pa rityda ta m a ste r c on tro l u nit s la v e ta s k m a ste r ta sk s lav e c on tr ol u nit s la v e ta s k s la v e co n tr ol u nit s la ve ta sk p olling 5 „LIN（Local Interconnect Network，本地互连网）1998年由 五家汽车厂商和Motorola组成联盟，专为汽车工业规划，它是 低成本、单线低速总线，主要应用于车身电子等低速网络控制系 统，目前可以应用于车门系统（车窗防夹、后视镜偏转和加热除 霜）、智能雨刮及智能灯光等，并逐步增加功能。 车门LIN控制 司机侧车门LIN节点 左后门LIN节点 右前门LIN节点 右后门LIN节点 LIN BUS 天窗 座椅 VCU 电动记忆座椅电动记忆座椅 USB数据行车 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 仪 „„基于基于CANCAN总线网络，采用总线网络，采用SDSD卡存储卡存储 器，容量为器，容量为128M128M--2G2G，记录仪与，记录仪与PCPC接口接口 为为USBUSB和和RS232RS232，，ECUECU采用采用 MC9S08JM60MC9S08JM60和和MC9S12XS128MC9S12XS128 MC9S12XS+MC9S08JM60 CAN interface SmartMedia Interface SD Memory Vehicle Center MCU CAN interface SCI interfaceUSB interface PC 远程无线网络数据传输远程无线网络数据传输 监控中心 GPRS 网络 GPRS 网络 车辆无线远程监控示意图 InternetInternet GPRS 无线基站 车载GPRS DTU 车辆行驶 信息 车辆行驶 信息 GPRS 路由器 传输内容：整车运行工况、故障信息、GPS信息、程序升级等 车辆自组网络系统车辆自组网络系统 Internet 自动变速器自动变速器AMTAMT控制器控制器 Micro- Computer System (DP256) (XDT256) I/O (Input Porters) Shifting Sensors I/O (O utput Porters) MC33035 MC33883 H-bridge Clutch Sensors Shifting Switcher N-sensor (in trans.) Vehicle speed Engine speed … CAN Cooling Fan 汽车汽车MCUMCU的发展的发展 (Micro(Micro--Controller Unit)Controller Unit) „„ 9090年代以前，年代以前，88位位CPUCPU为主。为主。20002000年以后，复杂控制以年以后，复杂控制以1616位和位和3232位位CPUCPU为为 主。主流的汽车半导体厂家：德国的英飞凌，美国的飞思卡尔，日本的主。主流的汽车半导体厂家：德国的英飞凌，美国的飞思卡尔，日本的 瑞萨等。双核瑞萨等。双核MCUMCU（（Dual-Core）得到广泛应用。 XGATE Local MAP RAM GLOBAL MAPRAM GLOBAL MAP RAM RPAGE MAPRAM RPAGE MAP FLASH GLOBAL MAPFLASH GLOBAL MAP FLASH PPAGE MAPFLASH PPAGE MAP $0000$0000--$07FF(REGISTER)$07FF(REGISTER) $00_0000$00_0000--$00_07FF$00_07FF $00_0000$00_0000--$00_07FF$00_07FF $78_0000$78_0000--$78_07FF$78_07FF $E0_8000$E0_8000--$E0_87FF$E0_87FF $0800$0800--$7FFF(32K/ FLASH)$7FFF(32K/ FLASH) -------------------------------------------------- ---------------------------------------------------- $78_0800$78_0800--$78_7FFF$78_7FFF $E0_8800$E0_8800--$E1_BFFF$E1_BFFF $8000$8000--$BFFF(16K/ XDP512)$BFFF(16K/ XDP512) $0F_8000$0F_8000--$0F_BFFF$0F_BFFF $F8_1000$F8_1000--$FB_1000$FB_1000 ---------------------------------------------------------- -------------------------------------------------------- $C000$C000--$FFFF(8K/ XDT256)$FFFF(8K/ XDT256) $0F_C000$0F_C000--$0F_DFFF$0F_DFFF $FC_1000$FC_1000--$FD_1FFF$FD_1FFF ---------------------------------------------------------- -------------------------------------------------------- 汽车系科研方向简介汽车系科研方向简介 一、汽车传动控制与车身电子 二、车辆CAD/CAE技术 CATIAANSYS CATIA 硬件在环 总线监控总线监控 汽车创新与实践汽车创新与实践 „„ 三个实践环节：汽车创新与实践课程设计，汽车设计课程设计和毕三个实践环节：汽车创新与实践课程设计，汽车设计课程设计和毕 业设计。业设计。 „„ 创新：创新：智慧演绎，无处不在；需求是创新的源动力；技术的发展是智慧演绎，无处不在；需求是创新的源动力；技术的发展是 一个螺旋上升的过程；站在前人的肩上才能看得更远；学习与创一个螺旋上升的过程；站在前人的肩上才能看得更远；学习与创 新。新。 „„ 创新与实践的类型：设计类，控制类，试验类，计算类，工艺类，创新与实践的类型：设计类，控制类，试验类，计算类，工艺类， 控制策略研究，运用类，销售策略，管理模式，人力资源，材料控制策略研究，运用类，销售策略，管理模式，人力资源，材料 类类………… „„ 课程设计的目的与要求：毕业设计选课 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 课程设计的目的与要求：毕业设计选课题，，具有创新元素，科技论具有创新元素，科技论 文写作，电子文档制作（文写作，电子文档制作（WOERD and PPT),CADWOERD and PPT),CAD软件，单片机，软件，单片机， 团队合作团队合作………… „„ 部分项目可用于毕业设计（可操作性，课题来自用人单位）；部分项目可用于毕业设计（可操作性，课题来自用人单位）； „„ 每人每人55－－88页的页的WORDWORD 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 和论文和55－－1010页的页的PPTPPT演示稿，下学期开学第演示稿，下学期开学第 一周交纸质论文（一周交纸质论文（A4A4打印，专用封面）和电子文档。打印，专用封面）和电子文档。 谢 谢！。。 谢谢！谢谢！ 三、汽车发展趋势 汽车数字化工程(CAD/CAE) 汽油机稀燃直喷 柴油机共轨高压直喷技术 进气、排气阀和排放控制 Electronic Turbocharger 汽车节能减排战略 新能源汽车的界定 纯电动轿车 锂离子电池管理系统研制 纯电动汽车产业化的困难 混合动力客车 混合动力电动汽车的技术特点 燃料电池汽车 制约燃料电池电动汽车应用的因素 助力转向 自动变速器 汽车安全(ESP,TPMS) 汽车仪表 (Stepper Motors＋LCD） 汽车总线（In-Vehicle Networking） CAN总线网络系统 灯光、倒车雷达CAN总线控制 LIN低速总线网络系统 车门LIN控制 电动记忆座椅 USB数据行车记录仪 远程无线网络数据传输 车辆自组网络系统 自动变速器AMT控制器 汽车MCU的发展 (Micro-Controller Unit) 汽车系科研方向简介 汽车创新与实践