《汽车新技术》教案.docx
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《汽车新技术》教案
泸州职业技术学院
LuzhouVocational&TechnicalCollege
教案
课程名称：
汽车新技术模块
讲授班级：
2010汽车1、2、3班
主讲教师：
曾契
职称：
助教
部门：
机械工程系
泸州职业技术学院教务处制
20XX年8月
泸州职业技术学院课程授课任务书
2012至2013学年上期
课程名称汽车新技术模块
课程编号lzyJX4307
课程类别专业选修课
课程学分1
适用专业汽车检测与维修
教研室主任签字
系（院、部）主任签字
教学任务下达日期：
20XX年8月10日
学期授课任务书填写及使用说明
1．本任务书由任课教师根据教研室下达的教学任务填写相关信息。
2.课程编号和课程学分根据不同专业的人才培养方案规定填写。
3．本任务书用蓝（黑）钢笔或签字笔填写，也可到教务处主页下载模板填写打印，于每学期开学前一周内完成。
4．本任务书由任课教师填写完毕后，经系（院、部）审核签字后，报教务科审核签字盖章后再下发任课教师。
5．教师应将该任务书和教案一起装订，随时接受检查。
一、学期授课计划编订依据
课程标准名称、批准单位及时间
《汽车新技术模块课程教学标准》，教务处，20XX年8月。
本学期主要讲授的内容（授课内容起止章节）
第一章混合动力汽车——第七章现代汽车测试技术。
采用教材名称、作者、出版社及版本
教材名称：
汽车新技术模块
作者：
自制教学资料
主要参考书
[1]陈永革.汽车新技术[M].上海职业技术学院,2007.
[2]宋麓明.汽车文化[M].电子工业出版社,2006.
[2]周龙保.内燃机原理[M].高等教育出版社,2008.
教学时数
本学期授课计划时数
班级
本学期教学周数
本学期周学时数
本学期计划教学时数
预计假日缺课时数
本学期实际教学时数
总
时
数
其中
讲
授
实验实训
见习实习
练习测验
复
习
机动时数
2010汽车1、2、3班
8
2
16
2
16
12
0
0
2
0
2
教研室主任审核意见
年月日
二、学期教学进度表
周次
日期
授课章节及内容提要
周学时
教学形式
讲授学时
实验实训
见习学时
实训专周
作业次数
1
9.3-9.9
第一章混合动力汽车
2
2
0
2
9.10-9.16
第二章现代汽车设计方法
2
2
0
3
9.17-9.23
第三章电动汽车
2
2
1
4
9.24-9.30
第四章汽车专业名词术语与新技术
2
2
0
5
10.1-10.7
第四章汽车专业名词术语与新技术
2
2
1
6
10.8-10.14
第五章生物柴油
2
2
0
7
10.15-10.21
第六章TDI直喷柴油发动机
2
2
1
8
10.22-10.28
第七章现代汽车测试技术
2
2
0
总学时
16
合计
16
3
三、学期实验（实训）进度表
周次
日期
实验实训内容提要
周学时
教学形式
实验实训场地（室）
实验实训设备
总学时
汽车新技术模块课程教案
授课题目
第一章汽车混合动力
授课时间
第1周周第节
课次
第01次
课时安排
2课时
课型（请打√）
理论课（√）讨论课（）实验课（）习题课（）其他（）
教学目的与要求
1通过学习国外先进混合动力汽车的结构、工作原理了解混合动力车的发展方向，以及应用的范围。
教学重点与难点
1.理解混合动力汽车的结构原理和工作过程。
教学方法与手段
主要采用讲授法、讨论法等教学方法，提问引入，结合学生个人了解程度，提高学生学习兴趣，采用多媒体演示以及师生互动、板书等教学辅助手段。
教学内容
1.组织教学5min
2.讲解本课程教学大纲5min
3.讲授新课75min
汽车混合动力
●以学生的实际经验介入今天的讲课内容对本专题进行简要的介绍
●对比介绍混合动力汽车相对于发动机动力车和电动机车的优缺点
●详细讲解混合动力汽车的分类，以及各种布置形式的特点
●典型混合动力车普锐斯的结构和工作原理介绍
●展望混合动力汽车的发展前景
4.总结并布置作业5min
思考题与作业
1.思考混合动力汽车在实际运用中还存在哪些不足
讲稿01
新课引入
通过对石油危机对汽车的讨论引入新课。
第一章混合动力汽车发展综述
1引言
全球能源及环境问题日益突出：
一方面石油资源作为不可再生能源日益紧缺；另一方面传统的燃油发动机车辆废气排放对空气造成严重污染。
为此替代燃油发动机汽车的方案也越来越多，例如氢能源汽车、燃料电池汽车、混合动力汽车等，但目前最有实用性价值并已有商业化运转模式的只有混合动力汽车。
混合动力汽车（HybridElectricalVehicle）是指同时装备热动力源（由传统的汽油机或者柴油机产生）与电动力源（电池与电动机）的汽车，如图1所示。
纯电动力源汽车虽然可以真正做到零排放，但其最大的问题是电池寿命短及每次充电后行驶里程少，每次停车充电时间长，需增加路边充电站,基础设备投资很大，电池的损耗费用占很大比例。
基于这些原因，纯电动车仅适用于一些特殊场合，目前市场份额较小，而混合动力汽车实质上是一个折中方案，它的出现是为了解决纯电动车存在的技术性问题，在目前燃料电池技术尚未成熟之际，可以说是一个比较好的方案。
在混合动力汽车上使用电机，使得动力系统可以按照整车的实际运行工况要求灵活调控，而发动机保持在综合性能最佳的区域内工作，从而降低油耗与排放。
2混合动力汽车传动系统分类
混合动力总成按动力传输路线分类，可分为串联式、并联式和混联式三种。
串联式有本田的CIVICHYBRID，并联式车型有丰田CoasterHybridEV、君越Eco-Hybrid，混联式有丰田PRIUS、LEXUSGS450h等。
2.1串联式
串联式混合动力汽车动力流向如图1所示：
图1串联式简图图2串联式混合动力汽车传动系统
由图1可以看出，串联式混合动力汽车动力由发动机、发电机和电动机三部分动力总成组成，它们之间用串联的方式组成的动力单元系统，发动机驱动发电机发电，电能通过控制器输送到电池或电动机，由电动机通过变速机构驱动汽车。
小负荷时仅由电池驱动电动机驱动车轮，实现零排放；大负荷时由发动机带动发电机发电驱动电动机。
当车辆处启动、加速、爬坡工况时，发动机—电动机组和电池组共同向电动机提供电能；当车辆车处于低速、滑行、怠速的工况时，则由电池组驱动电动机，当电池组缺电时则由发动机—发
电机组向电池组充电。
串联式混合动力汽车传动系统布局如图2所示。
串联式结构适用于城市内频繁起步和低速运行工况，可以将发动机调整在最佳工况点附近稳定运转，通过调整电池和电动机的输出来达到调整车速的目的。
使发动机避免了怠速和低速运转的工况，从而提高了发动机的效率，减少了废气排放。
但是它的缺点是能量几经转换，机械效率较低。
2.2并联式
并联式混合动力汽车动力流向如图3所示：
图3并联式简图图4并联式混合动力汽车传动系统
并联式装置的发动机和电动机共同驱动汽车，发动机与电动机分属两套系统，可以分别独立地向汽车传动系统提供扭矩，在不同的路面上既可以共同驱动又可以单独驱动。
当汽车加速爬坡时，电动机和发动机能够同时向传动机构提供动力，一旦汽车车速达到巡航速度，汽车将仅仅依靠发动机维持该速度。
电动机既可以作电动机又可以作发电机使用，又称为电动－发电机组。
由于没有单独的发电机，发动机可以直接通过传动机构驱动车轮，这种装置更接近传统的汽车驱动系统，机械效率损耗与普通汽车差不多，得到比较广泛的
应用。
并联式混合动力汽车传动系统布局如图4所示。
2.3混联式
混联式混合动力汽车动力流向如图5所示：
图5混联式简图图6混联式混合动力汽车传动系统
混联式装置包含了串联式和并联式的特点。
动力系统包括发动机、发电机和电动机，根据助力装置不同，它又分为发动机为主和电机为主两种。
以发动机为主的形式中，发动机作为主动力源，电机为辅助动力源；以电机为主的形式中，发动机作为辅助动力源，电机为主动力源。
该结构的优点是控制方便，缺点是结构比较复杂。
并联式混合动力汽车传动系统布局如图6所示。
3典型混合动力汽车原理解析
3.1丰田Prius混合动力原理解析
丰田的Prius属于以电机为主的形式。
它的混合动力总成包括两个动力源，发动机与电动机。
还有包含了发电机、内置动力分离装置的混合动力专用变速器、镍氢电池组和动力控制总成。
丰田Pruis混合动力系统有一个特点，就是采用行星齿轮变速结构，变速器内置动力分离装置，行星齿轮机构巧妙地将减速器、发电机和电动机等动力部件偶合在一起，同时行星齿轮又起到无级变速器的功能，结构十分紧凑，形成一个集成化混合动力总成系统如图7所示。
图7Prius混合动力总成系统图8低速行驶动力源
启动以及中速以下行驶，此时发动机效率低下，因此Prius的发动机关闭，仅由大功率电动机驱动车辆，如图8中箭头A所示。
在常规行驶时，发动机做主动力源，由动力分离装置将动力分成两路，一路驱动发电机进行发电，产生的电力驱动电动机运转，如图9中箭头B所示，另一路则直接驱动车轮，如图9中箭头C所示。
系统会自动对两条路径的动力进行最佳分配，以达到效率的最大化。
图9正常行驶动力源图10加速行驶动力源
当要加速时，电池组会加进来为电动机供电，增强电动机输出功率，如图10中箭头A所示。
当减速或制动时，则由车轮的惯性力驱动电动机。
这时电动机变成了发电机，车辆制动能量转换成了电能，如图11中箭头D所示。
图11减速行驶充电图12自动充电
电池组电量保持在一个恒定水平。
当系统发现电池组电量下降会启动发动机驱动发电机发电，向电池组充电，如图12中箭头E所示。
Prius的混合动力技术，在带来燃油经济性的同时还保证了其出众的动力性能。
在正常驾驶环境下，由于拥有发动机和电动机的双重动力，普锐斯的加速性能绝对毋庸置疑，其虽然是1.5L排量的小车，但它的加速能力绝对可以媲美普通2.0L的车辆。
4展望
当前普遍使用的燃油发动机汽车存在种种弊病，统计表明在占80％以上的道路条件下，一辆普通轿车仅利用了动力潜能的40％，在市区还会跌至25％，更为严重的是污染环境。
而混合动力汽车则针对不同的道路环境实施不同的供能方案，能大大降低排放污染程度。
例如在城市运行时，当交通堵塞或遇到红灯时发动机会关闭，当车队移动时或信号灯转为绿灯时驾驶者只要轻踩加速踏板，电动机就能驱动汽车前进。
在市区内当汽车发动机无效率空转或车辆移动缓慢时，使用电动机作动力源不但对环境有利，而且还减少了噪音。
因此，越是在交通日益拥挤的大城市使用混合动力汽车，就越能够显示出它的节能、环保、适应能力广的优越性。
从目前的发展来看，计算机技术和自动控制技术，以及各种智能控制系统在混合动力汽车上的逐渐应用，将进一步促进混合动力汽车的发展。
与传统型汽车相比，混合动力汽车充分吸取了电力及热力系统中最大的优势，在节能和排放上胜出一筹；与纯电动汽车相比，混合动力汽车的电压和功率等级与电动车类似，但蓄电池容量大大减小，因而其造价成本低于电动汽车。
当前混合动力车辆所面临的技术问题还很多，比如汽车电池较易老化且可靠性与预期有差距，再加上生产成本高于燃油动力车辆，市场占有率较小，尽管从汽车制造技术的长远发展来看，混合动力车辆只是由燃油动力车辆到纯电动车的过渡类型，但其在近几十年内会很有发展前景，这一点是毫无疑问的。
课程总结与作业布置
思考混合动力汽车在实际运用中还存在哪些不足
汽车新技术模块课程教案
授课题目
第二章现代汽车设计方法
授课时间
第周周第节
课次
第02次
课时安排
2课时
课型（请打√）
理论课（√）讨论课（）实验课（）习题课（）其他（）
教学目的与要求
1了解现代汽车的设计方法和步骤
2了解汽车设计主要考虑的因素，这些因素是如何来影响汽车性能的。
教学重点与难点
1.现代汽车的设计方法和步骤。
教学方法与手段
主要采用讲授法、讨论法等教学方法，提问引入，结合学生个人了解程度，提高学生学习兴趣，采用多媒体演示以及师生互动、板书等教学辅助手段。
教学内容
1.组织教学5min
2.讲授新课80min
现代汽车设计方法
●举例说明现代汽车设计方法对汽车行业的重要性，介绍现代汽车企业研发新车一般的设计方法和步骤。
●汽车设计主要的考虑因素。
●汽车设计开发的分类。
3.总结并布置作业5min
思考题与作业
1试在现实生活中找找，现代汽车设计应用在现实中有哪些？
讲稿02
新课引入
以当今热卖的汽车款型来讨论汽车设计对于汽车的重要性，以此引入新课。
第二章现代轿车设计方法及步骤
每一种产品的设计都有它的工作步骤，轿车作为高级耐用工业品，更不例外。
一辆新型轿车从构思、设计、试验、定型到成批生产，耗费巨大的资金和时间。
其中车身开发设计是主要部分，约占整车开发费用和时间的70%，按照传统方式约需5-6年，采用电子计算机辅助设计（CAD/CAM），现在从设计到样车仅需2年时间或者更短。
目前各大汽车公司开始广泛采用基于电脑CAD/CAM的虚拟设计技术来缩短开发周期和缩减开发费用。
虚拟技术（Virtual Reality）简称为VR，其实就是一种数字化处理过程。
首先是利用电脑建立车辆概念的数字化模型，然后利用虚拟产品开发技术进行整车设计方案评估，包括整车空气动力学、主动安全与被动安全性分析以及疲劳分析等，很多以前需要用实车或样车来完成的测试工作，已经可以逐渐在电脑中实现。
2.1确定设计依据
首先要做广泛的市场调查，了解各层次消费者对汽车的需求，分析竞争对手，制定总体方案。
根据总体方案制定车身边界参数和总布置方案。
车身边界参数是指整车的的长、宽、高、轮距、轴距、最小转弯半径、车厢长、宽、高、驾驶座椅的可调整范围等。
初步确定车身的基本技术数据及车内结构，决定总布置设计方案（如轿车是二厢或三厢）、驱动形式（如前置或后置发动机，前轮或后轮驱动）和配置高低。
2.2开发设计
开发设计的内容分为基型开发和批量开发两个阶段。
通过基型开发确定新车方案及车身边界，目的是试图找出车身外型、总布置设计方案及空气动力学三者之间的最佳关系方案。
图1汽车设计草图
为简便获得最佳关系方案，采取途径是先绘制相关草图，例如外形草图、内饰草图，在大量草图的基础上经筛选后再绘制出效果图，如图1所示，再根据效果图制作许多一定比例尺寸的外模型和内模型，例如有1:
1（内模型）、1:
2.5、1:
4、1:
5等等，其中1:
2.5外模型要经风洞试验，择优选择其中一些模型再列出各个模型的设计方案，再试验，比较，再择优选择。
有些厂家开发某种轿车的模型是采用装配式，即发动机舱盖、车身侧面部件可以分段更换，有多种组合，通过风洞试验选出最佳组合方案，可以减少小模型的数量及工作量。
为了降低开发费用，初期开发阶段一般采用小比例模型，经过多次筛选定案，才制作1:
1外模型，如图2所示。
风洞试验是模拟汽车道路行驶的试验，主要解决轿车行驶时的气流、通风、散热特性。
通常需要在汽车或模型表面布置密密麻麻的压力传感器。
为了布置这些传感器，技术人员得在汽车上钻上千个小孔固定传感器。
目前世界上各大汽车公司的风洞试验大致分为两大类，一类可测试气流特性，另一类可测试气流及散热特性。
第一类风洞中，样车或模型置于可旋转的园台上，四轮置放在4个特殊而精密的大天平上，可测量气动力特性，例如阻力、升力、侧向力等分量，车身表面各点气流压力及周围的气流场。
第二类风洞中，有模拟自然条件的强光及温湿度控制，可进行样车及模型在各种速度变化下的温度测试。
在现代风洞试验中，为了准确快捷，有的公司采用了新技术，例如福特汽车公司采用了一种“压力感应油漆”（PSP）涂抹在被测试车型上，当汽车涂上这种压力感应油漆后，工程师便可以在15分钟内对汽车的空气动力学性能进行一次全面的测试。
1:
1外模型和内模型经过风洞试验，进行工程分析，再进行1:
1外模型表面确认，经过几轮全尺寸模型的修改、试验，确定一个模型，进行车身总布置设计及工程分析，作为设计图纸及工装的原始依据，此时进入了批量开发阶段。
工程分析包括采用有限元分析、模态分析、模拟台架试验分析、模拟碰撞安全分析等。
其中有限元分析是近30年随电子计算机发展起来的一种有效工程计算法，它包含离散化、单元分析、整体分析等三步骤计算，无论是车身、梁架、壳体及各种零件的变形和强度都可以通过有限元分析，从而获得用传统计算方法难以得到的理想结果。
经过工程分析及风洞试验，进入样车设计和试制阶段，包括样车的风洞试验、道路试验。
然后进行零件图设计，在计算机系统上建立某一零部件的数字模型。
最后进行生产线工装及设备制造，小批试制直至批量生产。
以上是轿车设计的基本概况。
但汽车设计也有简繁之分，汽车制造企业一般按照技术的复杂程度分为三类。
第一类是技术复杂程度最高的全新平台式开发，从发动机到底盘，从车身到电气都要全新开发，花费的时间与费用巨大。
第二种以开发新车身为主，造型、结构及尺寸都会有变化，同时在发动机、底盘、电气方面做继承式改进。
第三种是局部改型。
即平台基本不动，只改变车身的前后部造型和内外饰件，或增加一些舒适性功
图2汽车1:
1模型
能，配置新的动力总成（发动机及变速器）等，时间及费用最少。
目前在世界上各大汽车企业，采用第
图3汽车风洞试验
一类设计方式的轿车一般会生产5~6年，但往往每一、两年会进行局部改型，在灯具、饰件、散热栅架上做些变化，然后冠以某某年款车型推向市场。
课程总结与作业布置
试在现实生活中找找，现代汽车设计应用在现实中有哪些？
汽车新技术模块课程教案
授课题目
第三章电动汽车
授课时间
第周周第节
课次
第03次
课时安排
2课时
课型（请打√）
理论课（√）讨论课（）实验课（）习题课（）其他（）
教学目的与要求
1通过学习电动汽车，了解电动汽车的特点、分类。
2掌握每类电动汽车的优缺点，
3了解电动汽车的关键技术和发展前景。
教学重点与难点
1.电动汽车的特点，三种电动汽车的优缺点分析，
2.电动汽车的关键技术讲解。
教学方法与手段
主要采用讲授法、讨论法等教学方法，提问引入，结合学生个人了解程度，提高学生学习兴趣，采用多媒体演示以及师生互动、板书等教学辅助手段。
教学内容
1.组织教学5min
2.讲授新课80min
电动汽车
●电动汽车的概述。
●电动汽车的特点。
●电动汽车的分类：
蓄电池、燃料电池、混合电动汽车。
各自的特点。
●电动汽车的关键技术、结构、工作原理和发展前景。
3.总结并布置作业5min
思考题与作业
1谈谈你认为影响电动汽车迅速普及的主观和客观因素有哪些？
讲稿03
新课引入
以能源危机和汽车的污染的日益严重，来引入电动汽车的发展前景。
第三章电动汽车
3.1电动汽车的发展趋势
纯蓄电池驱动的超微型汽车,这种汽车降低了汽车的动力性和续驶里程的要求，充电过程比较简单，车速不高．较适合于市内或社区小范围内使用。
由于多数采用了镍氢电池、镍镉电池、锂离子电池等高性能电池，车辆性能较有保证，已进人小批量试生严阶段。
比如，日本的Hypermini采用了高性能锂离子电池，最高时速为90km，一次充电可行驶115km．是一款适合未来城市道路行驶的家庭轿车。
目前，在电动汽车的商业化运作上，无论从产品技术还是从市场开发方面．都还面I临许多亟待解决的问题，这就需要政府的大力支持。
比如，加快制定相关技术标准，出台对节能、环保汽车的税费减免和补贴措施，在基础设施建设上提供便利条件等。
3.2电动汽车构造与原理
3.2.1电动车的种类
电动汽车的分类，如图1
图1电动汽车的分类
纯电动汽车车是以车载电源为能源的汽车，又称为EV。
目前纯电动汽车主要有蓄电池电动车和燃料电池电动车。
蓄电池电动车是由充电式蓄电池为能源的电动车。
目前这种电车普遍使用的电池一般都是铅酸蓄电池，铅酸蓄电池又有很多种类，常见的有个干呵电式蓄电池、湿荷电式蓄电池、阀控式蓄电池、免维护蓄电池、胶体蓄电池、水平板式蓄电池等。
动力部分广泛使用的是直流串励电动机和直流他励电动机，这种电机启动转矩大，具有"软"的机械特性，与汽车的行驶特性非常相符。
但直流电动机由于存在换向火花，比功率较小、效率较低，控制电流大，维护保养工作量大，随着电机技术和电机控制技术的发展，势必逐渐被直流无刷电动机（BCDM）、开关磁阻电动机（SRM）和交流异步电动机所取代。
燃料电池电动车目前使用的较少，因为燃料电池由于技术还不成熟其结构复杂，价格昂贵等缺点而限制了其适用范围，不过燃料电池转换效率高、无污染、运行噪声低、续驶里程长、无需充电时间（加氢式）等优点被电动车未来的发展所看好。
其动力和控制部分除了电池组部分有所不同外其他都大同小异。
3.3蓄电池电动车
3.3.1结构如图2
图2蓄电池电动车结构图
蓄电池电动车是由动力蓄电池向电动机供电从而驱动汽车行驶，是目前运用最广泛的电动车，其结构主要由动力蓄电池（车载电源）、控制器、接触器、控制电路、附加电路、DC/DC、DC/AC、电动机、变速器、附加电器、车身等组成。
蓄电池电动车是由多个动力蓄电池串联组成的电池组为电动车供电，电池组一般是36V~400V的直流电源，为了便于向一些低压用电设备供电，动力电池组还有DC/DC转换器。
动力电池组采用并联或者串联的方式进行组合，在EV（电动汽车）上占据很大一部分有效的装载空间，在布置上有相当的难度，通常有“集中”布置和“分散”布置两种形式。
控制器是电动车大脑，它控制着电池电量的输出、电动机的转速、转向、过载保护、能量反馈等等，目前使用的控制器分为两大类：
直流控制器和交流控制器。
直流控制器使用比较广泛的是串励电机控制器和他励电机控制器，在是使用方面也都有各自
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