汽車最新高科技【全彩修訂版】

油電混合車原來分成串連和並連式？
車廠為了降低車禍發生率，減低車禍傷害，研發各種高科技？
汽車內部的高科技結晶，在此全彩呈現！

在美麗的烤漆底下，有著車廠努力研發的高科技心血，讓人坐得更舒適，駛得更快速安全且環保：引擎運作、燃料原理、煞車防鎖死裝置、藏在內部各處的安全氣囊……
那些無法一眼看到的高科技心血，如今用一張張原廠授權彩色圖解，搭配清晰解說，讓你一探究竟各大汽車廠與零件商研發出來的各種汽車高科技：
◎ 環保的高科技
◎ 防範事故的高科技
◎ 減輕傷害的高科技
◎ 驅動系統與周邊的高科技
◎ 車體的高科技
◎ 舒適導向的高科技
◎ 高級車的高科技

本書特色

1、一覽汽車科技新發展！
為什麼加油站有車用尿素？為什麼製造汽車需要晶片？汽車如何兼顧強大的馬力與省油？一本書帶你一網打盡當今重要汽車科技！
2、全彩圖解一目了然！
各車廠與汽車零件商提供原廠設計圖與拍攝相片，呈現汽車科技實際運作的樣貌，讓知識不再只是文字，複雜概念一目了然。

高根英幸
1965年生日本芝浦工業大學工學部機械工學科畢業。曾任職於進口車雜誌的編輯部門，目前為自由記者。除了擁有專業理論基礎，更具備實際工業經驗，是能夠專業剖析汽車科技的理工記者。目前執筆於《afimp》（交通報社）、《德國車》（文化社）、《偵測進口車》（Recruit）、綜合汽車網〈Response〉等雜誌與媒體。

作者序

認識汽車的高科技裝備

本書旨在解說搭載於現今汽車的各項高科技裝備。高科技意指相較於以往高級的技術，其定義因領域或想法而異。本書將以廣義的高科技觀點，蒐集汽車工業各領域的先進技術加以解說。一句高科技，其涵蓋種類實為廣泛。
舉例來說，最近的熱門話題──環保車，就是集眾多高科技於一車的代表。在環保車問世前，一般汽車的引擎必須燃燒汽油或柴油才能獲得動力。近來，以電動馬達做為輔助動力的油電混合動力車急速竄起。此外，單靠馬達驅動的電動車（EV）也登場了。這些電力驅動的汽車動力裝置，就是採用各種高科技的產物。不只是動力裝置，就連驅動汽車必需的各種裝置也必須依靠電力控制。
舉例來說，要將燃料輸送至引擎燃燒，就必須掌控燃料的噴射量和點火時間。偵測行進中車輛各種訊息的感應器、接收電訊後作動的馬達等，都是利用電腦控制。
另外，諸如提高安全、環保、舒適等性能的裝備，也是由電子零件構成，並加以精確掌控。
汽車高科技的發展不只在電子裝置上，在結構方面也愈趨複雜。例如，縮小零件的尺寸亦提升精度，以原有空間實現更加複雜的機械動作，也是高科技的表現。電子控制設備中能動作的部分就一定有機械構造，而複雜的機械又非得利用電子控制不可，所以這兩種高科技的關係是相當密切的。
在材料工學方面，新的金屬材料、化學素材，以及複合素材陸續問世，催生了過去無法實現的構造或製作方法。如果從原子層面來看物質或機構，那麼奈米科技也可視為高科技之一。
現今的汽車配備都很充實。消費者在選車時很少會遇到「看在這配備的份上，就買這部車吧！」或是「什麼都能不要，唯獨這配備不能割捨」的情形。所以本書不會像型錄那樣具體介紹某某高科技搭載於某某車廠的某某車款，也不會比較各車廠在樣式方面的細微差異。本書內容將聚焦在高科技裝置的作用，以及哪種裝置會運用到高科技。
汽車型錄或雜誌的規格表或裝備表裡，總有些讓人看得一頭霧水的高科技或裝備。而本書出版的用意就是要解說那些高科技裝備，好讓大家能多了解一些。
礙於篇幅，在此僅能就現行車款的高科技加以解說。倘若讀者對其中某項高科技裝置或裝備特別感興趣，希望各位能自己去搜尋該領域的專業解說，做更進一步的了解。
希望各位能因本書更加了解汽車，獲得更安全、更舒適的行車經驗，並體驗行車魅力。

叢書序 WOW！知的狂潮
作者序 認識汽車的高科技裝備

第1章 以環保為導向的高科技
1.01 多元的油電混合動力系統
1.02 油電混合動力車(1)串聯式
1.03 油電混合動力車(2)並聯式
1.04 油電混合動力車(3)串並聯式
1.05 電動車（EV）
1.06 充電式油電混合動力車
1.07 燃料電池車
1.08 氫燃料轉子引擎混合動力車
1.09 無貴金屬液體燃料電池
1.10 可變身電力供給裝置的環保車
1.11 引擎控制器（ECU）
1.12 協調控制
1.13 可變進氣歧管
1.14 可變氣門正時系統
1.15 可變氣門揚程系統
1.16 可變汽缸系統
1.17 全汽缸休止系統
1.18 米勒氏循環引擎
1.19 柴油引擎
1.20 直噴式引擎
1.21 怠速熄火系統
1.22 離子電流感測式廢氣再循環裝置i-EGR
1.23 可變壓縮比式活塞與曲軸系統
1.24 節能駕駛輔助系統
COLUMN 1 搖桿式方向盤好操控嗎？

第2章 防範事故於未然的高科技
2.01 防鎖死煞車系統
2.02 電子控制式車身動態穩定系統
2.03 煞車輔助系統
2.04 防碰撞預警系統
2.05 胎壓警報系統
2.06 夜視系統
2.07 後方障礙物警報系統
2.08 智慧型油門踏板
2.09 支援車道、車距與車速的駕駛人輔助系統
2.10 液晶儀表板
2.11 防酒駕系統
2.12 高速公路逆向行駛預防系統
2.13 安全駕駛輔助系統
COLUMN 2 汽油哪天會用完呢？

第3章 減輕事故傷害的高科技
3.01 駕駛座專用安全氣囊
3.02 副駕駛座專用安全氣囊
3.03 側邊防護用安全氣囊與安全氣簾
3.04 預縮式安全帶
3.05 主動式頭部防護頭枕
3.06 能吸收撞擊衝力的引擎蓋
CLUMN 3 在不久的將來，汽車就是空氣清淨機？

第4章 驅動系統底盤的高科技
4.01 電子控制式八段變速自動變速箱
4.02 雙離合器變速箱
4.03 無段變速箱（CVT）
4.04 超級四輪驅動系統SH-AWD
4.05 電子式四輪驅動系統
4.06 氣壓式懸吊
4.07 電子控制式緩衝力可變避震器
4.08 緩衝力可變式避震器
4.09 輪內馬達
4.10 防爆輪胎
4.11 無釘防滑雪胎
COLUMN 4 高科技汽車配備也是在不斷的試誤過程中用進廢退

第5章 車體的高科技
5.01 汽車電子控制網路
5.02 放電式頭燈
5.03 主動式頭燈
5.04 LED式汽車頭燈
5.05 防刮塗層
5.06 智慧型車門啟閉系統、智慧鑰匙
5.07 發動機防盜鎖止系統
CLOUMN 5 放眼世界，低科技車一樣高人氣！

第6章 為舒適性而誕生的高科技
6.01 智慧型高速公路巡航控制系統
6.02 主動式轉向系統
6.03 智慧型停車輔助系統
6.04 環景顯影系統
6.05 自動空氣調節系統
6.06 車用衛星導航系統
6.07 車用資訊通訊系統
6.08 新世代車用衛星導航系統
COLUMN 6 高速公路免收過路費會引發大塞車嗎？

第7章 高級車搭載的高科技
7.01 可變容量渦輪
7.02 主動式防傾桿
7.03 碳陶瓷複合材質煞車
7.04 AMG的七速雙離合器自手排變速箱
7.05 碳纖維強化高分子複合材料
7.06 豐田Lexus LF-A
7.07 Bugatti Veyron
7.08 BMW Vision Efficient Dynamics Concept
7.09 SSC Ultimate Aero EV
7.10 F1賽車科技

後記 低調卻實用的高科技裝備

第一章 以環保為導向的高科技
為顧及溫室效應與原油價格飆漲等問題，汽車以汽油或柴油以外的能源為燃料已經開始普及。本章將解說各種致力減低對地球環境造成負擔的環保科技。

1.01多元的油電混合動力系統
――可概略分成三大類

「電動車」堪稱最環保的車種，可惜受限於電池的性能，而續航距離短等問題也有待克服。而現階段能彌補電動車的弱點，且較汽油車環保外，又能實現節省燃料費理想的車種，非「油電混合動力車」莫屬。
油電混合動力車一詞源自英文Hybrid Car。Hybrid為混合之意。之所以用此命名，是因為它的動力來自數個動力系統。其實，油電複合式引擎系統是很早就發展出來的系統。那時，汽油引擎的效率還沒有現在這麼好，所以油電混合動力車曾在那樣的背景下普及一時。可惜，在引擎性能、續航距離等各方面，油電複合式引擎仍存有若干問題無法克服，因而逐漸在車市中消聲匿跡。
那麼，油電混合動力車為何能在現代車市中重生呢？主要理由有三：
第一、電池和馬達控制系統的性能已經大幅提升，因此可以製造出高能源效率的油電混合動力車。
第二、汽油引擎的性能已經發展到了極限。汽油引擎不斷改良至今，不論是在節能技術，或是在降低空氣污染的技術方面都已面臨瓶頸，很難再有重大突破。
第三、人類可依賴石油的程度已經面臨極限。減緩地球暖化的呼聲四起，節省石化燃料已成趨勢，原油價格不斷飆漲，一再迫使人類減低對於石油的依賴。
油電混合動力系統主要分為三種：「串聯式混合動力系統」、「並聯式混合動力系統」與「串並聯式混合動力系統」。

1.02油電混合動力車(1)串聯式
──利用引擎發電、單憑馬達就能行進

首先為各位介紹「串聯式混合動力系統」。這種系統的特色是引擎僅做為帶動發電機運轉以產生電力之用，而不做為傳動車輪之用。引擎產出的電力會貯存於電池中供馬達運轉之用，再由馬達運轉產生驅動力。
和稍後會提到的「串並聯式混合動力車」相比，串並聯式混合動力車是以汽油車為本體的油電混合動力車，而串聯式混合動力車則是以電動車為本體的油電混合動力車。
在高度關心環保議題的歐洲，巴士等大眾運輸工具採用串聯式油電混合動力車已有很長的歷史，而日本過去幾乎沒有大眾運輸採用油電混合系統。不過，在環保潮流下，日本街頭已可見到串聯式油電混合巴士。
串聯式油電混合動力車的優點，是單憑高效能馬達就能產生動力。由於不需要藉由發電用的引擎產生動力，且引擎和馬達之間有電池，引擎的輸出功率不必應付馬達的消耗所需，只要能供小發電機運轉的程度就很夠用了。
然而，串聯式油電混合動力車也有缺點。串聯式油電混合動力車需要大型馬達產生驅動力量，造成行駛性能受制於電池的性能。所以在電力需求大，必須轉動大馬達的情況下，為了驅動發電機，就得搭載大引擎和多顆電池。不過，只要電池性能提升，這項缺點應該就能獲得改善。

鈴木（Suzuki）Swift的充電式油電混合動力版
2009年東京車展試做車
左圖為以電動車為主體，追加發電用引擎的鈴木Swift串聯式油電混合動力版。只要接上家用電源，或在商業充電站充飽電力，單憑電池就可行駛20公里。

引擎室
引擎室搭載發電用的排氣量660c.c.引擎、發電機（左）以及控制電力等用途的元件。強力的馬達負擔汽車行進之用，引擎則為專門應付發電之用。

車內與電池部分
能源密度高的鋰離子電池垂直收納於中央通道（Center Tunnel），為油電混合動力車實現不需犧牲車內空間的理想。

1.03油電混合動力車(2)並聯式
──結合引擎與馬達之力全力加速

本節接著要解說「並聯式油電混合動力系統」。並聯式油電混合動力系統，是結合引擎與馬達的力量讓汽車行進的動力系統。並聯式的優點是引擎和馬達兩者皆可傳動輪胎。因此，在加速等動力需求較大時，就可以結合引擎和馬達的力量提升加速性能，而非單憑引擎的力量。這種系統，使汽車得以搭載排氣量較一般汽油引擎小的引擎，在降低油耗、節省油料費用方面成效優異。
另外，由於使用小容量電池就很足夠，因此能減輕車體重量，更容易達成降低油耗的目的。再加上並聯式油電混合動力車與汽油引擎車的車體共用性高，有助於降低汽車造價。在電力不足或減速時，馬達可充當發電機為電池充電。雖然並聯式油電混合動力車宣稱可結合馬達之力，但馬達充其量也只是扮演輔助角色。因此，難以單憑馬達之力行駛，這是並聯式油電混合動力車的缺點。
採用並聯式的油電混合動力車的代表車款有：本田的Insight、喜美油電混合動力車版，以及賓士的S-Class油電混合動力版。基本上，本田和賓士所生產的油電混合動力車，都是在汽油引擎和變速箱之間安置薄型馬達而成的並聯式油電混合動力車。
由於並聯式油電混合動力車構造較單純，可以有效率地提升油耗性能，兼具低廢氣污染與高經濟性優點，因此有可能在未來成為普及車種。

本田「Insight」的動力系統
這是在原有引擎與變速箱之間置入薄型馬達，使馬達與引擎直接連接，讓原有引擎最佳化，並且採用「全汽缸休止系統」改良而成的油電混合動力版。

本田「Insight」的油電混合動力系統配置圖
引擎與馬達配置於車頭部位，控制系統「智慧動力模組」（IPU；Intelligent Power Unit）和電池配置於車尾部位。利用引擎和馬達驅動前輪。馬達在減速時發電，也可配合電池的蓄電量發電。系統設計簡潔有力。

賓士「S-Class油電混合動力車」的油電混合動力系統
S-Class油電混合動力車也是採用結合引擎和馬達之力的垂直式油電混合動力系統。變速箱前方配置有薄型馬達，專司驅動與發電。電池是採用高性能的鋰離子電池，原有電池空間（車頭部位）就足以收納。

1.04油電混合動力車(3)串並聯式
──擷取串聯式與並聯式的優點

油電混合車的低油耗優點在塞車時特別顯著。因為油電混合動力車能讓引擎暫時停止空轉，只藉由馬達的動力緩慢行進。可是，由引擎主導的並聯式油電混合動力系統，雖然有辦法讓引擎暫時停止空轉，卻不擅長單憑馬達動力前進。這是因為馬達是輔助動力，不但沒有多餘的動力，就連電池也沒有多餘的容量，而引擎一旦中止運轉，反而會形成阻力。在這種情況下，接近電動車的串聯式油電混合動力車的效率會比較好。
有鑑於此，近代油電混合動力車的先驅──豐田「Prius」即採用「串並聯式油電混合動力系統」，視情況切換成由馬達主導的串聯式混合動力系統，或由引擎主導的並聯式串聯式混合動力系統。
串並聯式油電混合動力系統是由引擎驅動車輪、發電，而且在電池電量十分充足的情況下，也可以只靠馬達應付低速行進。此外，還可趁停車時讓引擎空轉為電池充電。當然，需要強大加速力量時，引擎和馬達就會開始總動員。不過，也正因為如此，系統結構難免變得過於複雜，連帶影響到汽車的造價與重量，是比較不利的部分。
在探尋如何能較汽油引擎車更確實節省油耗的結果後，豐田的工程師最後決定採用串並聯式油電混合動力系統。雖然在系統構造與控制方面因此變得複雜，但卻成就了一部缺點少的高人氣油電混合動力車。

串並聯式油電混合動力系統的構造
豐田「Prius」的引擎除了驅動車輪之外，還有能以較少的段數，獲得大減速比的行星齒輪驅動發電機。藉由對於齒輪部的控制，結合驅動用馬達和引擎的力量。也可以反過來，只利用馬達行進。此外，停車時也可以利用引擎低速空轉讓發電機運轉，為電池充電。

Prius的「Strong Hybrid」
【支援Strong Hybrid的先進系統】
＜高輸出油電混合電池＞
＜引擎＞優異的引擎效率表現。
＜高輸出馬達＞利用高輸出電池的電力驅動輪胎。
＜發電用馬達＞在利用馬達行進時供給較大電力。
＜附升壓型整流器動力元件＞將動力元件內的直流電與交流電控制在最佳狀態。

豐田汽車稱此並聯式油電混合動力系統為「Strong Hybrid」。雖然這種系統的構造複雜，需要高度控制，但現行車第三代Prius的工程師已經實現讓油電混合系統大幅降價的理想。

1.05 電動車（EV）
──既舊也新的環保車

2009年，日本汽車產業開始發售以輕自動車為基礎的「電動車」（EV：Electric Vehicle），電動車總算成為現實可乘的交通工具。電動車的優點可不僅是「不會排放廢氣的環保車」而已。
電動車的第一項優點是能源使用效率高。相較於汽油引擎車只能從汽油所產生的能量中獲得三成動力，電動車能將八成的電池電力轉換成動力。儘管發電或供電過程多少會有損耗產生，但整體來說，能源浪費程度極低。假如利用深夜減價時段充電，其燃料費大約可降到低油耗汽油車的十分之一。假如充電電源來自風力或太陽能發電等較潔淨的能源，就更環保了。
第二項優點是不需要變速箱。汽油引擎的引擎轉數關係到動力轉換的效率，所以汽油車需要利用變速箱調整速度和引擎轉數。然而，馬達從零轉數到高轉數，幾乎可以以相同的效率將電力轉換成動力，所以電動車不需要變速箱，只要在需要較大動力時，給予相當的電力就可以了。
第三項優點是起步加速強勁有力。得力於馬達可以在停止狀態到開始運轉的瞬間發揮最大力量，起步加速宛如從發射台發射出去般強勁，是電動車的一大特色。而幾近無聲的動力元件，也是電動車的優點之一。

三菱「i-MiEV」
三菱於2009年發售的「i-MiEV（Mistubishi innovation Electric Vehicle）」電動車（EV），是利用三菱舊有輕自動車「i」的車體，以馬達置換引擎，以鋰離子電池置換油箱改裝而成。雖然有變速箱，但裡面只有嵌入減速齒輪，沒有變速機。i-MiEV不僅動力性能超越輕自動車，續航力更高達160公里。隨著高性能電動車上市，充電站也可望在未來逐漸普及。

三菱「i-MiEV」的系統
i-MiEV擁有相當複雜系統，以控制充電、行進、煞車回生電力、空調、動力轉向等多項裝置。引擎車的暖氣乃是利用冷卻水生成，而電動車的發熱量低，所以還會再搭載電暖裝置。

日產（Nissan）的電動車
日產於1947年發售的電動車，為組合直流馬達與鉛酸電池之作。最高時速35公里，續航距離65公里。

矢崎總業的電動車零件
電動車零件廠矢崎總業所展示，供給電動車廠的電動車用零件。車底盤上簡單搭載了馬達、變換電力用的變壓器（驅動用與充電用）和電池等電零件。續航距離和充電時間取決於電池搭載量，而電池搭載量直接影響到販售價格，所以電動車恐怕還無法一口氣取代汽油車的地位。

1.06充電式油電混合動力車
──在家就能充電的劃時代系統

過去的油電混合動力車只能憑藉本車引擎替電池充電，當電池的蓄電量變少時，不是得藉由本車引擎充電，就是得放棄以電池驅動馬達產生動力的行進方式，改用引擎驅動汽車。假如能利用停車期間在停車場為電池充電，就能增加單純利用馬達行進的機會。利用馬達行進距離雖然不會就此增加，但卻能達到確保每天單純使用馬達行進的距離這項優點。
這就是所謂的「充電式油電混合系統」（Plug-in Hybrid System）。Plug-in的意思是「插上插頭」，也就是可以利用外部充電之意。充電式油電混合動力車是可以在自家車庫等地連接家用電源充電，不需憑藉引擎也能充電的一種油電混合動力車。
日常外出活動像是到住家附近購物之類的，開充電式油電混合動力車就等同開電動車。假如快速充電站普及，商業設施的停車場也有快速充電站，還能利用購物時間充電呢！這麼一來，就只剩下長距離移動需要利用引擎了吧？
豐田的現行車「Prius」甚至發展到只要車主在車頂安裝太陽能發電版，就能利用太陽能發電產生的電力，使充電式油電混合動力車的油耗表現能有更大幅度的提升。

充電式油電混合動力車「Prius」的充電站
Prius利用充電站充電示意圖。購物中心等商業設施計畫設置此種充電站。假如在停車場即可充電，不使用汽油的行車距離將可延長

充電中的監控畫面
汽車在充電中處於完全停止狀態，並不需要觀看監控畫面。但為了確認充電狀態，應該會設計左圖般的外部顯示模式。

居家充電示意圖
充電式油電混合動力車的充電應該會在自宅等停車地點，利用夜間充電。利用深夜電價優惠時段充電，將電力維持在應付通勤或購物即可的程度，可以大幅壓低汽油支出，油耗表現據說約是現行油電混合動力車的兩倍。