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1、汽車的安全節能前言近年來，隨著汽車工業科技水準的不斷近年來，隨著汽車工業科技水準的不斷提高，節能環保型小排量汽車在安全性、提高，節能環保型小排量汽車在安全性、動力性和外觀等方面都有了很大改善，動力性和外觀等方面都有了很大改善，同時其燃油消耗少、尾氣排放低、外形同時其燃油消耗少、尾氣排放低、外形尺寸小、道路和車位佔用面積少等優點尺寸小、道路和車位佔用面積少等優點也日益突出。我們知道石油的能源越來也日益突出。我們知道石油的能源越來越少，也越來貴所以現在越少，也越來貴所以現在柴油轎車柴油轎車、汽汽電混合車電混合車、燃料的汽車燃料的汽車正日益受到消正日益受到消費者的喜愛費者的喜愛 。隨著汽車對於人類生
2、活的重要性日益的提高，汽車已成為每個現代人生活的一部份。而從第一輛汽車發明以來，車禍這個字亦成為人類生活的一部份。當車輛的性能越來越好、性能越來越高，讓車禍所可能造成的風險代價亦越來越高。為了維持汽車消費者的安全，讓其獲得最佳的保障，安全設計已成為現代汽車設計之中最重要的一環，安全配備的成本，亦在汽車生產的比重之中越來越高 所以輔助汽車安全裝置是我們接下來所要講的重點。主動安全與被動安全主動安全與被動安全 主動安全主動安全 主動安全與被動安全配備的區分，主要是以發生意外時的撞主動安全與被動安全配備的區分，主要是以發生意外時的撞擊做為區分。主動安全配備大略是指發生撞擊之前所做動的擊做為區分。主動
3、安全配備大略是指發生撞擊之前所做動的輔助裝置。這些裝置在車輛接近失控時便會開始作動，以各輔助裝置。這些裝置在車輛接近失控時便會開始作動，以各種方式介入駕駛的動作，希望能利用機械及電子裝置，保持種方式介入駕駛的動作，希望能利用機械及電子裝置，保持車輛的操控狀態，全力讓駕駛人能夠恢復對於車輛的控制，車輛的操控狀態，全力讓駕駛人能夠恢復對於車輛的控制，避免車禍意外的發生。避免車禍意外的發生。 被動安全被動安全被動安全裝置，則是在車禍意外發生，車輛已經失控的狀況被動安全裝置，則是在車禍意外發生，車輛已經失控的狀況之下，對於乘坐人員進行被動的保護作用，希望透過固定裝之下，對於乘坐人員進行被動的保護作用，
4、希望透過固定裝置，讓車室內的乘員，固定在安全的位置，並利用結構上的置，讓車室內的乘員，固定在安全的位置，並利用結構上的導引與潰縮，盡量吸收撞擊的力量，確保車室內乘員的安全。導引與潰縮，盡量吸收撞擊的力量，確保車室內乘員的安全。主動安全主動安全ABS防鎖死剎車系統防鎖死剎車系統 ABSABS，是汽車主動安全輔助系統之中，最為大家所熟知的，是汽車主動安全輔助系統之中，最為大家所熟知的輔助系統，也是一般消費者最容易接觸到的主動安全輔助輔助系統，也是一般消費者最容易接觸到的主動安全輔助系統。系統。ABSABS，是，是Antilock Brake SystemAntilock Brake System的
5、縮寫，中文的翻的縮寫，中文的翻譯全名為防鎖死剎車系統。在譯全名為防鎖死剎車系統。在ABSABS的輔助之下，就能夠防的輔助之下，就能夠防止車輛在剎車時發生鎖死的現象，進而提升車輛的操控性止車輛在剎車時發生鎖死的現象，進而提升車輛的操控性能，增加行車的安全能，增加行車的安全。 主動安全主動安全TRC循跡防滑控制系統循跡防滑控制系統 TRCTRC的英文全名為的英文全名為Traction Control SystemTraction Control System，中文翻譯為循，中文翻譯為循跡防滑控制系統。從名稱可以知道，跡防滑控制系統。從名稱可以知道，TRCTRC系統的目的，是系統的目的，是維持車輛行
6、進的軌跡，讓其符合車輛駕駛者的操控。維持車輛行進的軌跡，讓其符合車輛駕駛者的操控。當偵測到車輪打滑的現象，當偵測到車輪打滑的現象，TRCTRC系統將會發送訊號給引擎系統將會發送訊號給引擎控制電腦，降低引擎的輸出，並控制剎車系統，讓車輪不控制電腦，降低引擎的輸出，並控制剎車系統，讓車輪不再打滑，讓車輛回復正常方向，依循原有軌跡前進。再打滑，讓車輛回復正常方向，依循原有軌跡前進。TRCTRC系統能確實將動力傳遞至路面，避免打滑狀況的發生，系統能確實將動力傳遞至路面，避免打滑狀況的發生，減少油料的無謂浪費及輪胎的磨耗。同時亦能讓車輛更依減少油料的無謂浪費及輪胎的磨耗。同時亦能讓車輛更依照駕駛的意志行
7、駛，提升行駛安全。照駕駛的意志行駛，提升行駛安全。主動安全主動安全EBD電子剎車力分配系統電子剎車力分配系統EBDEBD是是Electronic Brake-Force DistributionElectronic Brake-Force Distribution的縮寫，中文全的縮寫，中文全名為電子剎車力分配系統。配置有名為電子剎車力分配系統。配置有EBDEBD系統的車輛，會自系統的車輛，會自動偵測各個車輪與地面將的抓地力狀況，將剎車系統所產動偵測各個車輪與地面將的抓地力狀況，將剎車系統所產生的力量，適當地分配至四個車輪。在生的力量，適當地分配至四個車輪。在EBDEBD系統的輔助之系統的輔助之
8、下，剎車力可以得到最佳的效率，使得剎車距離明顯地縮下，剎車力可以得到最佳的效率，使得剎車距離明顯地縮短，並在剎車的時候保持車輛的平穩，提高行車的安全。短，並在剎車的時候保持車輛的平穩，提高行車的安全。而而EBDEBD系統在彎道之中進行剎車的操作亦具有維持車輛穩系統在彎道之中進行剎車的操作亦具有維持車輛穩定的功能，增加彎道行駛的安全。定的功能，增加彎道行駛的安全。 被動安全被動安全SRS/Airbag 氣囊氣囊氣囊，是大家所熟悉的被動安全配備。其英文正式名稱為氣囊，是大家所熟悉的被動安全配備。其英文正式名稱為SRS(Supplement Restraint System)SRS(Suppleme
9、nt Restraint System)輔助約束系統，而依輔助約束系統，而依其結構亦常直接稱呼為其結構亦常直接稱呼為AirbagAirbag。氣囊是高強度的布囊，平時折疊扁平地收納在車室裝潢之氣囊是高強度的布囊，平時折疊扁平地收納在車室裝潢之中。當車輛發生撞擊意外時，撞撃感知器偵測到意外發生中。當車輛發生撞擊意外時，撞撃感知器偵測到意外發生後，便會啟動氣囊。氣囊將會迅速的充氣，做為乘員與車後，便會啟動氣囊。氣囊將會迅速的充氣，做為乘員與車輛之間的緩衝體，避免因為撞擊到車體的結構或是破損的輛之間的緩衝體，避免因為撞擊到車體的結構或是破損的玻璃等物品而受傷。而在達成緩衝效果之後，氣囊的機構玻璃等物
10、品而受傷。而在達成緩衝效果之後，氣囊的機構亦會迅速排氣，以避免阻擋駕駛人的視線及救援工作的進亦會迅速排氣，以避免阻擋駕駛人的視線及救援工作的進行。行。 被動安全被動安全WIL頸椎傷害緩和設計頸椎傷害緩和設計當汽車被後車追撞時，由於慣性的關係，車輛的乘員將會當汽車被後車追撞時，由於慣性的關係，車輛的乘員將會向後仰倒。但由於身體受到座椅椅背良好的支撐，後仰的向後仰倒。但由於身體受到座椅椅背良好的支撐，後仰的狀況將集中在頭部。劇烈的撞擊將可能造成頸椎的受損，狀況將集中在頭部。劇烈的撞擊將可能造成頸椎的受損，進而可能造成乘員巨大的傷害進而可能造成乘員巨大的傷害由於受傷的方式類似軟鞭鞭頭的甩動，常稱為甩
11、鞭效應由於受傷的方式類似軟鞭鞭頭的甩動，常稱為甩鞭效應(Whiplash Effect)(Whiplash Effect)，因此減少傷害的裝置便稱為，因此減少傷害的裝置便稱為WIL(Whiplash Injury LesseningWIL(Whiplash Injury Lessening，甩鞭傷害緩和，甩鞭傷害緩和) ) 頸椎傷頸椎傷害緩和設計害緩和設計 主動式轉向頭燈AFS:AFS:主動轉向頭燈主動轉向頭燈 可調整式主動轉向可調整式主動轉向頭燈，英文全名為頭燈，英文全名為Advanced Advanced FrontlightingFrontlighting System System，簡
12、稱它為簡稱它為A.F.SA.F.S；有些稱之為主動式有些稱之為主動式轉向頭燈轉向頭燈Adaptive Adaptive Headlights SystemHeadlights System，簡稱簡稱A.H.S.A.H.S.。 照射範圍照射範圍說明研究表示，傳統的頭燈在一個半徑約研究表示，傳統的頭燈在一個半徑約190190公尺的彎公尺的彎角中，大約可以提供角中，大約可以提供3030公尺的照明距離，然主動公尺的照明距離，然主動轉向頭燈可將範圍再延伸轉向頭燈可將範圍再延伸2525公尺，也就是提供約公尺，也就是提供約5555公尺的照明距離，讓道路的有效照明範圍提昇公尺的照明距離，讓道路的有效照明範圍提
13、昇90%90%以上。由於光線的投射方向與車子行駛的角以上。由於光線的投射方向與車子行駛的角度吻合，即使是操駕風格不同的駕駛人能夠及早度吻合，即使是操駕風格不同的駕駛人能夠及早清楚地看見行駛的路徑與狀況。清楚地看見行駛的路徑與狀況。原理主動轉向頭燈，指的是，車輛行動時，其投主動轉向頭燈，指的是，車輛行動時，其投射的角度會隨著方向盤的角度變化而有調整，射的角度會隨著方向盤的角度變化而有調整，同時，車燈旋轉的方向也幾乎與車頭轉向角度同時，車燈旋轉的方向也幾乎與車頭轉向角度相同。有效照明範圍提高了相同。有效照明範圍提高了90%90%。同樣半徑彎角，頭燈可提供約同樣半徑彎角，頭燈可提供約5555公尺的照
14、明距公尺的照明距離。左右可視角度增加到離。左右可視角度增加到12151215度角。度角。頭燈裡加有自動水平調整裝置，與主動轉向頭頭燈裡加有自動水平調整裝置，與主動轉向頭燈一起作動。可偵測到車體的運動狀態，調整燈一起作動。可偵測到車體的運動狀態，調整頭燈水平與轉向，當對向有來車時，眩光不會頭燈水平與轉向，當對向有來車時，眩光不會刺激來車視線。刺激來車視線。市場主流趨勢AFSAFS先進主動轉向頭燈採用先進的投射式頭燈先進主動轉向頭燈採用先進的投射式頭燈總成，具備自我檢測功能，在每一次車輛發動總成，具備自我檢測功能，在每一次車輛發動後的第一次大燈開啟時，左右大燈會自動橫向後的第一次大燈開啟時，左右大
15、燈會自動橫向掃描。投射角度會隨車速及方向盤角度變化而掃描。投射角度會隨車速及方向盤角度變化而調整，而燈光明暗度依道路狀況自我偵測，進調整，而燈光明暗度依道路狀況自我偵測，進而調整明暗度而調整明暗度電子控制懸吊系統 四輪之避震器均以電子方式調整軟、硬程度四輪之避震器均以電子方式調整軟、硬程度 非一般懸吊系統之彈簧及避震器非一般懸吊系統之彈簧及避震器 車輛載重前後不平均的時候，主動調整前後水平以提高穩定性車輛載重前後不平均的時候，主動調整前後水平以提高穩定性 可自行設定電子懸吊之特性可自行設定電子懸吊之特性自動高度調整的功能自動高度調整的功能汽油引擎原理 將燃料與空氣的混合氣在密閉室內燃燒，藉其產
16、生的且大壓力推動將燃料與空氣的混合氣在密閉室內燃燒，藉其產生的且大壓力推動活塞而作功。此即內燃引擎的原理，當所用燃料為汽油時，則被稱為活塞而作功。此即內燃引擎的原理，當所用燃料為汽油時，則被稱為汽油引擎。汽油引擎。 現在市售汽車所使用的都是四行程引擎。這種引擎以其運轉時分為現在市售汽車所使用的都是四行程引擎。這種引擎以其運轉時分為進氣進氣壓縮壓縮爆炸爆炸排氣四階段而得名。透過不斷的週而復始，排氣四階段而得名。透過不斷的週而復始，應用自然界能量轉換的現象，將汽油內的化學能爆炸與機構產生動能，應用自然界能量轉換的現象，將汽油內的化學能爆炸與機構產生動能，讓車輛得到行駛的動力。讓車輛得到行駛的動力。
17、 活塞在氣缸內的上下往復運動，經由連桿而使曲軸做迴轉運動；這活塞在氣缸內的上下往復運動，經由連桿而使曲軸做迴轉運動；這個迴轉運動再藉傳動系統之助，產生所需求的動作。此外，藉一凸輪個迴轉運動再藉傳動系統之助，產生所需求的動作。此外，藉一凸輪軸之助，活塞之動作亦使一組推桿將進氣門及排氣門適時的開啟及關軸之助，活塞之動作亦使一組推桿將進氣門及排氣門適時的開啟及關閉。閉。 為了避免引擎在運轉時，機件相互之間的摩擦與高溫使機件損壞，為了避免引擎在運轉時，機件相互之間的摩擦與高溫使機件損壞，所以必須要有良好的潤滑系統。潤滑油通常儲存在引擎體下方的機油所以必須要有良好的潤滑系統。潤滑油通常儲存在引擎體下方的
18、機油池，經機油泵使機油充分在各動作件間實施潤滑。池，經機油泵使機油充分在各動作件間實施潤滑。 一具引擎因所需馬力不同而有多個氣缸，這些氣缸的排列有直列立一具引擎因所需馬力不同而有多個氣缸，這些氣缸的排列有直列立式、式、V V式、水平臥式等。氣缸數目愈多在低速運轉時愈平穩。不論排式、水平臥式等。氣缸數目愈多在低速運轉時愈平穩。不論排列形式為何，引擎體通常分上下二部分別製造，而以螺椿結合。列形式為何，引擎體通常分上下二部分別製造，而以螺椿結合。 引擎系統轉 子 引 擎 相較於往復式引擎是利用活塞上下運動的原理來進行相較於往復式引擎是利用活塞上下運動的原理來進行進氣、壓縮、燃爆以及排氣四個行程，轉進
19、氣、壓縮、燃爆以及排氣四個行程，轉子引擎則是仰賴三角狀的轉子以偏心迴轉的方式繞行轉子子引擎則是仰賴三角狀的轉子以偏心迴轉的方式繞行轉子外殼來達成進氣壓縮、燃爆和排氣三個動作。外殼來達成進氣壓縮、燃爆和排氣三個動作。由於轉子每迴轉一次，引擎就可進行三次爆發，因此轉子由於轉子每迴轉一次，引擎就可進行三次爆發，因此轉子引擎可以引擎可以 產生相當密集且強大的扭力輸出。不過在動力強勁之餘，產生相當密集且強大的扭力輸出。不過在動力強勁之餘，由於轉子引擎有許多零件都更容易耗損，而且零件的耗損由於轉子引擎有許多零件都更容易耗損，而且零件的耗損速度也比起往復式引擎更快，再加上爆炸時間短所導致廢速度也比起往復式引
20、擎更快，再加上爆炸時間短所導致廢氣的產生量相對增加，因此較高的維修代價與較差的油耗、氣的產生量相對增加，因此較高的維修代價與較差的油耗、廢排，也都是轉子引擎不易克服的缺點。廢排，也都是轉子引擎不易克服的缺點。轉子引擎油電混合車身為全球混合動力科技的領導者，身為全球混合動力科技的領導者，Toyota Toyota PriusPrius選選擇以電動馬達結合汽油引擎，成為現今環保節能擇以電動馬達結合汽油引擎，成為現今環保節能設計主流的油電混合動力車。運用設計主流的油電混合動力車。運用THS IITHS II新一代新一代複合動力系統複合動力系統(Toyota Hybrid System II)(Toy
21、ota Hybrid System II)，協調，協調PriusPrius四大動力元件：引擎蓋下的四大動力元件：引擎蓋下的1.51.5升升VVT-iVVT-i汽油汽油引擎、電動馬達、電力控制系統引擎、電動馬達、電力控制系統(PCU)(PCU)與隱藏於行與隱藏於行李箱下的電池組，讓擁有李箱下的電池組，讓擁有7777匹馬力與匹馬力與11.711.7公斤米公斤米扭力的汽油引擎，結合扭力的汽油引擎，結合6868匹與匹與40.840.8公斤米扭力的公斤米扭力的電動馬達，在面臨不同車速與駕駛需求時，達到電動馬達，在面臨不同車速與駕駛需求時，達到動力控制的最佳化狀態。動力控制的最佳化狀態。Toyota的Hy
22、brid系統 在精密的混合動力系統下，在精密的混合動力系統下，PriusPrius展現的是眾所矚目的極展現的是眾所矚目的極低油耗表現，低油耗表現，PriusPrius的油耗表的油耗表現創下每公升行駛現創下每公升行駛23.323.3公里的公里的紀錄，低速時僅運用電動馬紀錄，低速時僅運用電動馬達的驅動方式，除了環保、達的驅動方式，除了環保、節省油耗之外，節省油耗之外，PriusPrius更以汽更以汽油與電動馬達複合動力全開油與電動馬達複合動力全開的的48.748.7公斤米最大扭力值，配公斤米最大扭力值，配合合E-CVTE-CVT電子控制無段變速箱，電子控制無段變速箱，讓靜止到時速讓靜止到時速100
23、100公里加速度，公里加速度，可在可在10.910.9秒內輕鬆完成，為現秒內輕鬆完成，為現在車壇創造出兼具高性能、在車壇創造出兼具高性能、低油耗與低排廢均衡表現的低油耗與低排廢均衡表現的環保車款。環保車款。FCX氫燃料電池氫燃料電池燃料電池的運作方式與電瓶相似。只要持續供給燃料電池的運作方式與電瓶相似。只要持續供給氫氣與氧氣，燃料電池就能一直發電。氫氣與氧氣，燃料電池就能一直發電。 車用氫燃料電池的核心，是一片薄薄的氟碳聚合車用氫燃料電池的核心，是一片薄薄的氟碳聚合物，稱為質子交換膜（物，稱為質子交換膜（PEMPEM），它身兼電極（用），它身兼電極（用以傳遞電荷）與防止氫燃料與氧混合的阻障物等
24、以傳遞電荷）與防止氫燃料與氧混合的阻障物等雙重功能。雙重功能。 當隔膜表面的觸媒使氫原子上的電子游離時，即當隔膜表面的觸媒使氫原子上的電子游離時，即產生電力，供應燃料電池汽車動力。產生電力，供應燃料電池汽車動力。 電荷載子（氫離子或質子）穿透隔膜，與氧氣和電荷載子（氫離子或質子）穿透隔膜，與氧氣和一個電子結合而形成水，這也是唯一產生的廢料。一個電子結合而形成水，這也是唯一產生的廢料。多個單電池單體組合起來，則成為所謂的電池組。多個單電池單體組合起來，則成為所謂的電池組。 質子交換膜（PEM）燃料電池之示意圖 （1 1），經陽極觸媒分解為電子），經陽極觸媒分解為電子與質子與質子 （2 2）。電子
25、沿著外部電路流動，）。電子沿著外部電路流動，供電給驅動馬達供電給驅動馬達 （3 3）。質子同時透過隔膜）。質子同時透過隔膜 （4 4）抵達陰極。陰極側的觸媒）抵達陰極。陰極側的觸媒則將質子及回流的電子，與空則將質子及回流的電子，與空氣中的氧結合而生成水與熱氣中的氧結合而生成水與熱 （5 5）。欲提高電壓，則將多組）。欲提高電壓，則將多組電池集結成電池組即可電池集結成電池組即可 （6 6） 單一電池單一電池觸媒的難題觸媒的難題 PEMPEM隔膜是鍍於隔膜兩面的薄層鉑觸媒，佔電池隔膜是鍍於隔膜兩面的薄層鉑觸媒，佔電池組成本的四成。組成本的四成。 觸媒同時幫助來自燃料的氫與來自空氣的氧分子觸媒同時幫
26、助來自燃料的氫與來自空氣的氧分子分解、解離、釋放或接受質子與電子，而發生氧分解、解離、釋放或接受質子與電子，而發生氧化反應。化反應。 氫離子與一個電子和氧配對時，氧氣側便發生複氫離子與一個電子和氧配對時，氧氣側便發生複雜的反應，然後產生水。這個反應可能生成過氧雜的反應，然後產生水。這個反應可能生成過氧化氫之類的有害副產物，進而損傷燃料電池元件，化氫之類的有害副產物，進而損傷燃料電池元件，因此必須巧妙地予以控制因此必須巧妙地予以控制 提高車上的氫氣貯存量提高車上的氫氣貯存量 。640640公里左右的路程，需公里左右的路程，需5757公斤的氫，當今燃公斤的氫，當今燃料電池原型車卻只能承載料電池原型
27、車卻只能承載2.53.52.53.5公斤。公斤。 常溫下，氫氣通常以高度壓縮氣體的形式貯存於常溫下，氫氣通常以高度壓縮氣體的形式貯存於壓力瓶中。壓力瓶中。 燃料所產生的能量中，約有燃料所產生的能量中，約有1/31/3必須用來維持低溫，必須用來維持低溫，使氫得以保持液態。使氫得以保持液態。 且儘管這些系統具有厚重的絕熱措施，每日從封且儘管這些系統具有厚重的絕熱措施，每日從封口蒸發而損耗的氫氣量，約為總存量的口蒸發而損耗的氫氣量，約為總存量的5 5。 結論現在幾乎所有的車輛，都還在使用石化燃料，但現在幾乎所有的車輛，都還在使用石化燃料，但是在可以預見的未來，這些燃料再生的速度，完是在可以預見的未來，這些燃料再生的速度，完完全全無法趕上人類耗損的速度。完全全無法趕上人類耗損的速度。枯竭，只是遲早的問題。因此各家車廠無不戮力枯竭，只是遲早的問題。因此各家車廠無不戮力開發相關替代能源科技，像是開發相關替代能源科技，像是hybridhybrid、柴油、氫、柴油、氫燃料燃料 ，相繼出籠。，相繼出籠。因此，有幸生於這個時代，能夠親眼見證人類能因此，有幸生於這個時代，能夠親眼見證人類能源使用的大轉變。石油枯竭之後，替代能源的路，源使用的大轉變。石油枯竭之後，替代能源的路，似乎越來越明白了。似乎越來越明白了。
