《改变世界的机器—汽车科技发展》笔记30445.pdf

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1、.word 可编辑.专业.专注 .改变世界的机器汽车科技发展 笔记 第一集：汽车结构与性能变迁 一、汽车的发展与回顾（三大问题）1、汽车的萌芽 直立行走的引起的变化 追求速度与力量的渴望 大力士（苏梁纥）飞毛腿（神行太保）察车自轮始轮子的发明 原始的动力人力（奴隶便易，比马还便宜）畜力的应用马（性格较温顺、易驯服、有很好的奔跑能力）畜力的应用牛、驴、骡、驼等 其他自然力的尝试帆车 其他自然力的尝试发条车 2、汽车的诞生 蒸汽机的应用蒸汽机 第一辆三轮汽车奔驰 第一辆四轮汽车戴姆勒 德国汽车迈巴赫 3、汽车的发展 德国汽车VW（大众）德国汽车保时捷 德国汽车BMW（宝马）美国汽车福特 第二课：汽

2、车之中国崛起 1、过去的梦想 张衡在公元2世纪制造指南车 马钧在公元235年制造指南车 祖冲之在公元477年制造指南车。车的鼻祖是中国的奚仲，出土最早的是秦始皇时的铜马车模型，宋朝的双辕大车，其他梦想，例如诸葛亮的木牛流马，哪吒的风火轮 2、近代的探索 .word 可编辑.专业.专注 .1901 年匈牙利人引入奥兹莫比尔车 1902 直隶总督袁世凯的引进和国父孙中山发展汽车的梦想 汤仲明发明了木炭汽车，张学良自主尝试汽车 3、现代的辉煌 1949年10月中央重工业部成立，1950年3月27日重工业部成立汽车工业筹备组，1951年 3 月，中央财经委员会批准第一汽车制造厂在长春兴建 1956 年

3、 7 月 13 日国产第一辆汽车 ca10 型 4 吨载货汽车，1958 年 3 月 10 日南京汽车制配 2、随着汽车系统的不断复杂、对汽车性能的要求越来越高，汽车电子控制的难度也越来越大：复杂的多变量、时变和非线性系统以及数学模型的不精确和模型参数的变化。汽车电子控制系统包括动力控制、底盘控制以及动力与底盘系统的整车集成控制，实现行驶动力性、然与经济性、整车安全性和舒适性、操纵稳定性等 车身电子控制系统改善乘坐舒适性、增加享受性功能等。车载电子信息系统在 it 技术上带来安全、方便、舒适、娱乐服务相关车载电子、通讯及计算机系统 线控技术是汽车电子控制系统的关键技术之一，更多控制自由度和控制

4、范围，更快、更精准的控制响应和更灵活的控制功能，没有机械冗余的失效对保障系统可靠性和容错的要求和产业化的成本约束。厂试制出国产第一批 3 吨 2.5 吨轻型载货汽车（跃进牌 nj130）；6 月试制出第一辆 nj230型 1.5 吨军用越野汽车 1958年5月5日试制成功ca71型“东风牌”轿车，7月试制成功ca72型红旗牌高级轿车。1958 年 9 月上海汽车装配厂试制成功装用 nj050 型发动机的凤凰牌轿车 1964 年 12 月上海汽车制造厂上海牌 sh760 型轿车投产。合资引进北京吉普、上海大众、.word 可编辑.专业.专注 .一汽大众。资助挺进奇瑞、吉利、比亚迪等等。2000

5、年突破 200 万辆，2009 年突破 1000万辆，2010 突破 1800 万辆 第三课：汽车的动力演变及未来 1、蒸汽机：1712 年一个名叫纽克曼的苏格兰铁匠制造了第一台蒸汽机，用于矿山取水，瓦特 1769年制成了有分离冷凝器的单动式蒸汽机 1784 年，瓦特又一次改进，增加了一种自动调节蒸汽机速率的装置，使它能适用于各种机械的运动 2、无压缩发动机：1794年罗伯特 斯特尔制造了一台无压缩发动机，这台发动机的工作原理统治了近一个世纪 1870 年，瑞士工程师费朗索 伊萨克 里瓦兹制造了一台由氢氧混合电火花点燃的内燃机 3、煤气机：1860 年，比利时工程师 Etienne Lenoi

6、r 制成第一台煤气机。然后由德国工程师 Nikolas August Otto 研究并开发为具有四个行程工作循环、缸内直接燃烧的高效内燃机 1878 年，ducal clerk 设计第一台二冲程发动机 1881 年在英国申请了专利。1879 年，卡尔 本茨独立提出工作可靠地二冲重煤气机。第四课：汽油机的发展 1、发动机：化油器最早诞生于 1892 年，由美国人杜里埃发明 电喷式发动机最早出现于1967年，由德国保时捷公司研制的d型电子喷射装置，随后被用在大众等德系轿车上。再到后来的气道喷射发动机被广泛运用 2、柴油机：Diesel Rudolf Christian Karl 发明了柴油机。19

7、24 年，美国的康明斯公司正式采用了泵喷油器，这一发明有效地降低了柴油机的重量 .word 可编辑.专业.专注 .真正为柴油机提供发挥舞台的还是重型机械和装甲车辆以及被广泛运用于战争中 3、未来的车用动力发展趋势：主要取决于燃料，天然气，底下天然气储存量与石油储存量相当深海中藏有巨量的 methane hydrate 据估计其储存量是地下石油、天然气和媒的总和，超过 137 万亿桶当量石油 关键问题是如何获取、保存和运输天然气是最具发展潜力的替代燃料 第五课：赛车与轿车的空气动力学及造型发展（一）1、赛车：赛车产生于古代奥运会赛跑项目大约公元前 776 年，古代奥运会赛马项目大约公元前648

8、年，古代奥运会赛战车大约公元前 700 年 法国人 Albert 创办了第一次环法自行车赛，1894年7月22日无马马车的竞赛。1906年法国大奖赛即为一级方程式赛车的前身 1911年美国印第安纳波利斯Indy 500 赛车。Paul jerky 是赛车的代表人物，汽车流线型设计的先驱，参与设计齐柏林飞艇，第一次世界大战后设计了很多流线型汽车，为很多家汽车制造商设计，包括 Chrysler，Mercedes-Benz，Maybes，Audi，Ford 等等 1920-1930 年赛车有大曲率的前风窗，车灯、轮罩与车身融为一体以及尾部的流线型化 1922 年 jerky 和 completer

9、进行了“半个流线体”的风洞试验。靠近地面，带有车轮的车半身，气动阻力系数为 0.15，成为实际车型的最小空气阻力目标值。流线型化在赛车上取得了较广泛的应用。第六课：赛车与轿车的空气动力学及造型发展（二）1、赛车：赛车流线型的使用依然广泛，裸露车轮产生的气动阻力得到关注 1954 年Mercedes-Benz 的f1赛 车 采 用 了 覆 盖 车 轮 的 整 体 流 线 型 车 身 1955年Mercedes 300 slur 勒芒赛车大灾难警示赛车安全的重要性 .word 可编辑.专业.专注 .1955 年 Mercedes-bens 300 SLR 是流线型车身，轻量化，采用镁合金，传统的故

10、事制动系统，无安全带 1950-1960 年的赛车代表人物 Harley earl 提出了打造概念车的想法，是领先时代的幻想家。使用扁平率更高的赛车轮胎，提高附着力，空气动力学开发不仅为了减小阻力，也要提供下压力，从而提高行驶稳定性，将航空工程中的翼型设计应用于赛车，产生下压力，开始尝试使用地面效应来增加压力。美国式肌肉车双门 4 座椅，大功率发动机，可用于直接竞速1970-1980 年出现了公路轿车，细部最佳化，针对细节进行一系列小的修改 1980-1990 对赛车进行了整体最佳化 1990-2000 年赛车法规更加完善，整体最佳化与西部最佳化的结合，代表未来设计方向的概念车，造型体现品牌特

11、征，风格化，人性化，多功能化 2000 至今多学科的优化设计（安全、节油、耐久）第七课：汽车电控及电子技术发展（一）一、科技发展的三个主要驱动力：1、科技创新要求的电子技术 市场需求的高性能、低成本、可靠性等，法律法规的节能、环保、安全、拥堵等。未来汽车产业创新超过 70%将来自汽车电子技术，汽车工业面临的挑战也为汽车工业技术发展乃至于技术革命带来了全球性的机遇。汽车电子化将是应对诸多挑战的关键核心技术，将为汽车工业发展带来空前机遇 2、自动控制技术 自动控制理论和技术室提高汽车智能化程度、提升汽车整体水平和性能的关键技术 3、信息技术 汽车电子化将极大地拓展和延伸汽车的内涵和功能，将极大地提

12、升汽车动力性、舒适性、操控稳定性、安全性、燃油经济性以及智能化程度使得安全、舒适、便捷、豪华成了新的.word 可编辑.专业.专注 .时尚 和追求，使得汽车不再只是运载或代步机器，而是集交通、娱乐、办公和通信等于一体的智能工具。第八课：汽车电控及电子技术发展（二）1、自动控制理论从形成发展至今，分为四个阶段：第一阶段是以上世纪 40 年代兴起的调节原理为标志，称为经典控制理论阶段 第二阶段以上世纪 60 年代兴起的状态空间法为标志，称为现代控制理论阶段 第三阶段则是上世纪 80 年代兴起的智能控制理论那阶段 第四阶段则是上世纪 90 年代兴起的大系统理论阶段。2、随着汽车系统的不断复杂、对汽车

13、性能的要求越来越高，汽车电子控制的难度也越来越大：复杂的多变量、时变和非线性系统以及数学模型的不精确和模型参数的变化。汽车电子控制系统包括动力控制、底盘控制以及动力与底盘系统的整车集成控制，实现行驶动力性、然与经济性、整车安全性和舒适性、操纵稳定性等 车身电子控制系统改善乘坐舒适性、增加享受性功能等。车载电子信息系统在 it 技术上带来安全、方便、舒适、娱乐服务相关车载电子、通讯及计算机系统 线控技术是汽车电子控制系统的关键技术之一，更多控制自由度和控制范围，更快、更精准的控制响应和更灵活的控制功能，没有机械冗余的失效对保障系统可靠性和容错的要求和产业化的成本约束。第九课：汽车环境热舒适性及其

14、热管理（一）1、主题一：热环境与热舒适性。人居热环境变革 人对环境要求包括温度、湿度、风速、做为人对环境的要求 人体热舒适是人的生理基本热过程热舒及人体与外界热交换 适性主要影响因素有环境变量和个体变量 .word 可编辑.专业.专注 .热舒适性评价指标有预期平均通感 pmv、不适人员比例 ppd、平均辐射温度 mrt、有效温度 et 和标准有效温度 sft 热环境舒适性要求的空调系统。2、主题二：汽车空调科技发展 制热制冷空调变革古代的以火取暖、规模制热采暖、1902年美国人威利斯 开利设计了第一个空调系统 汽车空调发展从单一取暖到单一冷气到冷暖合一到制动控制到微机控制的阶段 中国汽车空调进

15、步在 1960-1970 利用发动机冷却水或排出的废弃产生的热量来取暖。1980-1990 由日本进口单一制冷汽车空调，装在国产汽车上。1990-到现在已形成一批具有生产规模的汽车空调企业，产品质量已达到世界先进水平。汽车空调系统基本概念和汽车空调先进技术举例等方面详细介绍 第十课：汽车环境热舒适性及其热管理（二）1、汽车热管理科技进步：汽车空调与动力温控的基本延伸主要讲了传统内燃机汽车到电动汽车的延伸 现代汽车热管理系统简述主要讲述基本热系统群、发动机冷却、热舒适性与空调、空调与环境、模型集成分析和现代化实验与计算机分析融合 汽车热管理发展背景由于能源问题、生态污染问题到节能、低碳经济与低能

16、耗再到节能汽车、新能源汽车，汽车低能耗、高舒适性、技术提升的重要途径，空调系统与动力源冷却系统交织于动力舱过程，合理有效的匹配设计和协同控制问题成为设计的难题与瓶颈 现代汽车热管理技术进展的国外状况，上世纪 80-90 年代，开始加强空调与热管理联合设计。计算机技术的发展，数值模拟和仿真的工业化，提升汽车热管理和车内环境控制水平。汽车集成开发，带动零部件制造商的开发能力和产品质量，形成国际著名的集成型零部件产业 .word 可编辑.专业.专注 .国内状况与问题，经验设计为主，落后国际先进开发水平，在交互影响的复杂问题上，缺少有效的融合设计分析和评价手段，空调过载和发动机过热成为技术瓶颈，借鉴国

17、外技术，依托 cad/CAE 工程，亟待加强计算机仿真分析与精细化设计，提升开发技术能力 未来汽车热管理的关键技术、技术路线、关注发展 低能耗热管理的汽车HVAC热负荷降低、驻车曝晒通风、HVAC区域气流控技术、美国国家可再生能源实验室提出“vehicle ancillary load reduction”第十一课 车辆的智能化（一）一、研究的出发点：汽车是达摩克斯之剑，改变世界同时，也带来交通拥堵乃至伤亡 在交叉路口路段通行效率低、交通服务信息不及时、恶略自然灾害频发突变、低龄驾驶人员比例大、道路通行环境复杂 二、机器智能的发展：中国古代的机器智能 西方早期机器智能。三、汽车智能发展：汽车工

18、业和产品均经历了从纯手工-机械操纵到机电液集成控制乃至未来的全动驱动、聪明安全的汽车、主动安全控制提升汽车的动力学性能、弥补驾驶员操作能力的不足 减轻驾驶员操作负担、主动安全系统、控制发动机管理系统与制动系统，防止驱动车轮打滑、在对开路面上，车辆能顺利的进行起步、在弯道急加速时，有效防止车辆的发生侧滑情况。第十二课 车辆的智能化（二）四、无人驾驶车辆：汽车智能化的最终目标是无人驾驶车辆、部分或完全采用智能/自主驾驶代替驾驶人员操作、利用视觉、雷达等探测道路交通环境，拓宽或弥补驾驶员的信息感知范围，增强其行为决策可靠性，修正驾驶员失误作出的决策，主动向驾驶员提供预警信息或施加辅助的转向/制动/驱

19、动控制，最终完全代替人操作 .word 可编辑.专业.专注 .360 度道路交通环境信息感知+预期行驶轨迹的合理决策+侧纵向运动的自动控制 提供正常驾驶信息，泊车辅助利用超声波雷达、视觉传感器等感知汽车周边的障碍物或提供周边图像-蜂鸣声-后视影像-环视影像、自动泊车，自动控制转向、驱动和制动、自适应转向车灯使驾驶员获得最佳可视区域、盲区信息提供。五、未来的无人驾驶车辆，车辆安全辅助驾驶-车车协同控制-车路协同控制第十三课 汽车节能与排放 一、汽车节能技术话题的引出。汽车燃料的能量消耗：排气占 33%、冷却损失占 29%、转变为压力做功 38%。发动机节能技术：提供充气效率、提高发动机的循环热效

20、率、汽车发动增压技术：机械增压、废气涡轮增压、复合式增压、可变压缩包技术、发动机可变气缸排量技术、电子节气门技术 二：整车节能技术：改进传统系统、减小汽车行驶阻力、减轻汽车整备质量、先进离合器技术 代用燃料汽车：天然气汽车、液化石油气汽车、醇类燃料汽车、电动汽车、混合动力汽车、太阳能汽车。第十四课 汽车排放控制技术 一、汽车排放控制技术话题的引出。汽车排出的大气污染物：CO、HC、微粒、二氧化碳、臭氧等、曲轴箱通风、供油系蒸发 HC。影响 CO 排放的主要因素：空燃比、混合气质量提高，局部缺氧可能小，CO 生成量下降、工况的影响 影响 PM 排放的主要因素：压缩比、点火正时或喷油提前、空燃比、残余废气系数。.word 可编辑.专业.专注 .二、我国排放法则的发展：1961 年，美国开始制定排放法规 1966 年，日本开始制定相关法规 1979 年，欧洲开始制定相关法规 20 世纪 80 年代，我国开始制定相关法规。三：汽车排放控制手段：点燃式内燃机低排放设计、压燃式内燃机低排放设计、排放后处理技术 目前主要再生技术包括：催化再生、燃烧器再生、燃油后喷射再生、电加热再生、微波再生、红外加热再生。