《汽车新技术》教案设计.docx
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《汽车新技术》教案设计.docx
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《汽车新技术》教案设计
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
职业技术学院教务处制
2012年8月
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:
2012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,2011年8月。
本学期主要讲授的容(授课容起止章节)
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、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]永革.汽车新技术[M].职业技术学院,2007.
[2]宋麓明.汽车文化[M].电子工业,2006.
[2]周龙保.燃机原理[M].高等教育,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:
蓄电池
逆变器
电动机
驱动轴
发电机
发动机
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:
蓄电池
逆变器
电动机
驱动轴
发动机
耦合器
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:
蓄电池
逆变器
电动机
驱动轴
发动机
行星齿轮机构
发电机
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、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、驾驶座椅的可调整围等。
初步确定车身的基本技术数据及车结构,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、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模型,例如有1:
1(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.较适合于市或社区小围使用。
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
电动汽车类型
纯电动汽车车
混合动力汽车
燃料电池汽车车车车
铅酸蓄电池
钠硫电池
镍锌电池
空气电池
锂离子电池
内燃机+电池
燃料电池蓄电池
燃料电池电容+太阳能
蓄电池+电容(飞轮)
蓄电池
燃料电池
储能器
电容
飞轮
H2燃料电池
甲醇燃料电池
重燃料电池
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小异。
3.3蓄电池电动车
3.3.1结构如图2
加速器
控制器
电池
接触器
电动机
变速器/差速器
车轮
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
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