電動車全攻略:電動車原理與運作是什麼?人類真的可以擺脫燃油車嗎?無人駕駛會成真嗎?

電動車全攻略:電動車原理與運作是什麼?人類真的可以擺脫燃油車嗎?無人駕駛會成真嗎? pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

曾逸敦
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具體描述

  從馬達、電池、電子元件與關鍵技術,
  全麵解析電動車發展與未來

  隨著氣候變遷與能源問題,環保意識抬頭,各國紛紛祭齣環保政策推動,全球電動車銷量快速成長,在各國政府的激勵政策以及車廠積極推齣新車款等因素帶動下,電動車已經成為未來動力車的發展趨勢,預計未來無論是兩輪機車、四輪房車、休旅車、甚至是公共巴士,都會慢慢轉變為電動車。

  本書將介紹電動車發展歷史與技術,從馬達、電子技術、電子元件、電路介紹與應用、控製技術等,到自動駕駛的發展與演進,以及未來展望,讓你全麵瞭解電動車發展與原理。

本書特色

  ◎全彩解剖圖,全麵瞭解電動車產業!
  電動車是近十年來最熱門的話題,電池的進步與半導體發展帶動瞭電動車的快速崛起,到底電動車是真的環保嗎?充電站會取代加油站嗎?過多電動車集中充電會影響附近配電嗎?電動車也有行動電源?未來會有機器人幫電動車充電?本書以全彩圖解析,帶你看電動車的構造與發展,充電技術、市場趨勢、各國政策與法規、主要品牌發展與銷量、創新事業、技術突破、未來走嚮……2030年後將會是電動車的時代,跟著本書全麵瞭解電動車!
新世代移動的藍圖:探索電動化、自動化與未來交通的深刻變革 在當今世界,交通運輸領域正經歷一場前所未有的轉型浪潮。這不僅僅是動力來源的更迭,更是一場涉及能源結構、城市規劃、生活方式乃至社會倫理的全麵革新。本書旨在深入剖析這場變革的核心驅動力,描繪未來移動齣行的清晰藍圖,探討當前技術麵臨的挑戰與機遇,並預測我們將如何重新定義人與空間的關係。 第一部分:動力轉型的核心——從化石燃料到電能驅動 本部分聚焦於當前最引人注目的趨勢:交通工具的電氣化進程。我們將全麵審視電動化浪潮的歷史淵源、技術基礎與政策推動力量。 一、電動汽車的技術基礎與產業生態 電動汽車的興起絕非偶然,它建立在關鍵技術的突破之上。我們將深入探討構成現代電動車「心臟」的動力係統。 電池技術的深度解析: 鋰離子電池(Li-ion)的化學原理、能量密度、循環壽命以及安全性是決定電動車實用性的核心要素。本章將詳細比較不同化學體係(如三元鋰、磷酸鐵鋰、固態電池的潛力)的優劣,並展望下一代儲能技術——如鋰硫電池或鈉離子電池——可能帶來的顛覆性影響。我們將剖析「裏程焦慮」背後的實際技術瓶頸,以及如何通過優化電池管理係統(BMS)來最大化電池性能。 電驅動係統的效率革命: 電動機(如永磁同步電機、交流異步電機)的結構、控製策略(如嚮量控製、直接轉矩控製)決定瞭能量轉換的效率。本節將介紹逆變器(Inverter)在功率電子學中的關鍵作用,以及碳化矽(SiC)等寬能隙半導體材料如何推動電力電子模組嚮更高頻率、更低損耗的方嚮發展,從而提升整車的續航錶現和性能極限。 充電基礎設施的佈局與標準: 充電體驗是影響消費者接受度的重要因素。本書將分析不同充電標準(如CCS、CHAdeMO、中國GB/T)的競爭與融閤,探討直流快充(DC Fast Charging)的功率等級不斷攀升背後的散熱、電網負荷協調問題。同時,我們也會討論車輛到電網(V2G)技術的潛力,將電動車轉化為移動儲能單元,以穩定區域電網。 二、電動化對能源係統的深遠影響 交通工具的電氣化,本質上是能源結構的重構。 電網的適應性與智慧化: 大規模電動車接入對現有電網提齣嚴峻挑戰。我們需要探討智慧電網(Smart Grid)的建設方嚮,包括需量管理(Demand Response)、配電自動化以及如何有效整閤間歇性的再生能源(如風能、太陽能)來為電動車提供「綠色電力」。 可持續性的辯論: 電動車的「零排放」僅限於使用端。本章將進行嚴謹的生命週期評估(LCA),從原材料開採(如鈷、鎳的供應鏈倫理問題)、電池製造過程的碳足跡,到退役電池的迴收與梯次利用,全麵評估電動交通工具相較於傳統燃油車在環境效益上的真實獲益點與潛在風險。 --- 第二部分:自動駕駛的技術門檻與社會衝擊 無人駕駛技術被視為未來交通的終極形態。本部分將剖析實現L4/L5級別自動駕駛所需剋服的技術障礙,以及它對城市空間和人類生活可能帶來的顛覆性影響。 一、感測、決策與控製:自動駕駛的技術棧 實現車輛的自主決策與安全運行,依賴於多重感測器融閤與高性能運算。 感測器的多樣性與冗餘設計: 雷達(Radar)、光達(LiDAR)、攝像頭(Camera)各自具有優勢與盲點。本書將比較不同感測器技術的性能參數,闡述如何通過「感測器融閤」演算法來建立環境的精確三維模型,並探討在極端天氣(如大霧、暴雨)下係統的魯棒性設計。 人工智慧與決策演算法: 決策層是自動駕駛的「大腦」。我們將深入探討深度學習、強化學習在處理複雜交通場景中的應用,特別是對於「長尾問題」(Corner Cases)——那些罕見但極端危險的突發狀況——的應對策略。同時,我們也會討論可解釋性人工智慧(XAI)在確保自動駕駛係統決策透明度和可信度方麵的重要性。 高精地圖與定位技術: 精確的定位(Localization)是自動駕駛安全運行的基礎。本節將介紹高精地圖(HD Map)的製作流程、數據更新機製,以及GNSS(全球導航衛星係統)與慣性測量單元(IMU)協同定位的技術細節。 二、法規、倫理與社會接受度 技術的成熟隻是第一步,無人駕駛的普及需要社會體係的全麵配閤。 安全標準與責任界定: 當自動駕駛車輛發生事故時,責任歸屬(是製造商、軟體供應商還是車主?)將是法律和保險領域的難題。我們將分析各國在製定自動駕駛測試與商業化準則上的最新進展。 人機共駕時代的交互設計: 在L3級別過渡階段,駕駛員的接管(Takeover)問題極具挑戰性。如何設計直觀、及時的警示機製,確保駕駛員能迅速從被動監控轉嚮主動控製,是保證安全過渡的關鍵。 城市交通流的優化潛力: 自動駕駛有望通過消除人為錯誤和優化車隊協同,顯著減少交通擁堵和事故率。本章將利用交通模擬模型,量化自動駕駛對車道利用率、平均車速及停車需求的潛在改善效果。 --- 第三部分:未來移動的範式轉移——超越個體擁有權 電動化與自動化不僅是汽車的升級,它們共同推動著「移動即服務」(MaaS)的興起,改變我們對交通工具的擁有與使用模式。 一、MaaS:整閤化的齣行生態係統 MaaS的目標是將公共交通、共享乘車、單車/滑闆車租賃、自動駕駛計程車等所有齣行方式整閤到一個統一的數位平臺上。 數據驅動的服務設計: 成功的MaaS平臺依賴於對用戶齣行數據的深度挖掘,以實現個性化、多模式的齣行推薦。我們將討論數據隱私保護(如差分隱私技術)與服務效率之間的平衡。 共享經濟對私傢車的替代效應: 隨著自動駕駛計程車的成本效益逐漸顯現,私傢車的必要性可能會降低。本節將探討在特定城市環境中,共享自動駕駛車隊(Robotaxi)如何有效填補現有大眾運輸的空白,並分析這對汽車產業供應鏈的結構性衝擊。 二、空中與地麵之外的思考 未來交通的版圖將不再局限於傳統的二維路麵。 城市空中交通(UAM): 電動垂直起降飛行器(eVTOL)的發展為解決城市擁堵提供瞭新的維度。我們將評估UAM技術的成熟度、噪音問題、空域管理(UTM係統)的複雜性,以及其在短途、點對點高價值運輸中的商業可行性。 物流配送的自動化革命: 無人機和自動駕駛地麵車輛(AGV)在末端物流中的應用正在加速。本書將分析這些技術如何重塑零售業、倉儲管理以及城市配送網絡,特別是在疫情常態化背景下對非接觸式服務的需求增加。 三、基礎設施的智慧化演進 未來的交通係統將是車路協同(V2X)的智慧體係。 車路協同的通信基礎: 探討5G/6G技術在低延遲、高可靠性通信(C-V2X)中的核心作用,以及如何利用路側單元(RSU)收集和分發交通信息,以增強自動駕駛的感知邊界。 重新設計的道路空間: 隨著越來越多的車輛實現聯網和自主化,城市街道的物理設計或許可以被簡化和優化。本書將探討如何釋放齣用於停車和寬闊車道的空間,轉而投入到行人友好的環境、綠化帶或專用自行車道建設中,以提升城市生活品質。 總之,這場由電動化和自動化引領的交通革命,要求我們從係統層麵進行思考和規劃。本書旨在為政策製定者、技術開發者以及關心未來齣行的每一位讀者,提供一個全麵、深入且具有前瞻性的分析框架。我們正處於一個關鍵的轉摺點,理解其複雜性,是塑造未來移動世界的必經之路。

著者信息

作者簡介

曾逸敦


  1982 年自臺灣大學機械係畢業後,至美國裏海大學及密西根大學安娜堡校區取得碩士及博士學位。期間並獲得福特汽車公司奬學金。返國後鏇至中山大學機械工程學係任教。 現任中山大學機電工程學係終身免評鑒教授,開授「汽車學」(針對機械係學生的專業課程)及「汽車發展史」(針對一般學生的通識課程)等課。

  學術研究方麵主要為光收發模組的精密構裝及行動載具之研發。產學閤作主要為輔導廠商將傳統製程電腦整閤自動化:主機闆組裝、電腦零組件自動檢測、雷射加工機自動檢測等。

  著作:《汽車學原理與實務》《電動汽車原理與實務》《保時捷911傳奇》《義大利超跑傳奇》《圖解汽車構造與原理》。

  部落格:曾教授與古董保時捷(eatontseng.pixnet.net)
  臉書粉絲專頁:曾教授的汽車世界

圖書目錄

自序

第1章 什麼是「電動車」?
1.1 基本介紹
1.2 電動車的分級
1.3 混閤車(HEV、PHEV)
1.4 純電動車(BEV)
1.5 燃料電池電動汽車 (FCEV)

第2章 人類可以擺脫汽油嗎?
2.1 汽車產業百年來的轉變
2.2 電動車技術的進步
2.3 各國對電動車的福利
2.4 各國對燃油車的政策
2.5 人們對電動車的質疑

第3章 特斯拉的衝擊:直流vs 交流大戰
3.1 直流與交流大戰
3.2 直流有刷馬達起源
3.3 直流有刷馬達基本構造
3.4 直流有刷馬達基本原理
3.5 交流電崛起
3.6 交流感應馬達起源
3.7 交流感應馬達基本構造與原理
3.8 交流同步馬達基本構造與原理
3.9 直流無刷馬達基本構造
3.10 直流無刷馬達基本原理

第4章 電動車的世界產業地圖:四強
4.1 美國-特斯拉的master plan
4.2 美國-特斯拉的超級工廠和Tesla Vision
4.3 美國-福特在國內稱霸卡車和運動休旅車
4.4 中國-上海汽車集團新四化與新電池
4.5 中國-唯一掌握三電技術的比亞迪
4.6 歐洲-福斯的擴廠與平颱開發
4.7 歐洲-寶馬新型概念車與實現碳中和
4.8 日韓-現代汽車公司的戰略部署
4.9 日韓-本田電動垂直起降飛機與移動生態係統
4.10 日韓-豐田碳中和戰略與新商業戰術

第5章 電動車革命
5.1 電子化
5.1.1 汽車電子的起源-電子管時代
5.1.2 汽車電子的進步-電晶體時代
5.1.3 汽車電子係統化-電腦時代(一)
5.1.4 汽車電子係統化-電腦時代(二)
5.1.5 汽車電子AI化-半導體時代(一)
5.1.6 汽車電子AI化-半導體時代(二)
5.1.7 車輛電子化的應用(一)逆變器、整流器和轉換器
5.1.8 車輛電子化的應用(二)充電係統
5.1.9 車輛電子化的應用(三)加熱係統
5.2 自動駕駛
5.2.1 車輛與電腦的結閤
5.2.2 車載網路和外部感測器的加入
5.2.3 車輛物聯網的發展
5.2.4 如今的自動駕駛技術
5.2.5 如何纔能實現無人駕駛技術?
5.3 電池的概述
5.3.1 電池的發現
5.3.2 電池進化史(一)-鉛酸電池
5.3.3 電池進化史(二)-碳鋅電池
5.3.4 電池進化史(三)-鹼性電池
5.3.5 電池進化史(四)-鋰離子電池
5.3.6 現代電池-三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池
5.3.7 寧德時代-磷酸鐵鋰電池的領導者
5.3.8 LG Energy Solution-全球第二大電池廠商
5.3.9 Panasonic-特斯拉的主要電池製造商

第6章 電動車新創事業
6.1 Apple跟隨電動車的風潮—Apple Car
6.2 戴森生產電動車的計畫
6.3 Google放棄開發無人車
6.4 颱積電占據瞭一半的半導體代工市場
6.5 電動車之平颱開發
6.6 掌握三電得天下

第7章 2030年電動車的市場預測
7.1 燃油車已死
7.2 充電站會取代加油站嗎
7.3 充電站電力哪裡來
7.4 機器人幫車子充電
7.5 電動車的行動電源
7.6 電動車的無線充電技術
7.7 新勢力的崛起
7.8 抵製中國擴張
7.9 固態電池能取代鋰電池嗎?
7.10 氫能源的發展
7.11 電動飛機的興起
7.12 即將到來的6G時代
7.13 未來生活型態

圖書序言

  • ISBN:9786263205451
  • 叢書係列:知的
  • 規格:平裝 / 192頁 / 16 x 22.5 x 1 cm / 普通級 / 全彩印刷 / 初版
  • 齣版地:颱灣

圖書試讀

作者序

  大約在十年前,雖然如願在中山大學機械係升上教授,但好像也失去瞭生活重心。為瞭重新找到對生活的熱情與活力,決定投入古董車的世界,於是買下瞭我人生第一颱保時捷 911(1992年的964)。之後便陸續經歷瞭:剛買車的喜悅、隨之而來車子齣問題的煩惱、找到正確的原因及零件(通常都需要好幾次的車友討論)、上網搜尋資料並嚮保養廠技師請教、最後耐心地等待問題解決後的成就感。

  隨著收藏/割愛 964、993、930循環次數的增加,也不斷地纍積我對車子的基本知識。許多大學生也來找我進行車子相關的專題研究,我於是成立瞭部落格及臉書粉絲團,部落格名為「曾教授與古董保時捷」(eatontseng.pixnet.net),把一些比較實用的成果放在網路上與大傢分享;而臉書粉絲團則名為「曾教授的汽車世界」,除瞭轉載部分部落格文章外,也會不定期分享各類型汽車資訊及知識。近年來,我也開始在學校裡開授「汽車學」(針對機械係學生的專業課程)及「汽車發展史」(針對一般學生的通識課程)等課。

  完成瞭我的第1本科普書《保時捷911傳奇》後,我對車的興趣也延伸到瞭義大利車。隨著我購買維修法拉利的355以及愛快羅密歐的145,期間也非常感謝汯瑨保養廠鄂鴻逸老闆與我交流許多車輛基本原理。我的第2本科普書《義大利超跑傳奇》則介紹瞭義大利的5大車廠:包山包海及以小車聞名的飛雅特、執著於跑車精神的愛快羅密歐、超級豪華跑車始祖瑪莎拉蒂、超跑代錶法拉利及絶美的藍寶堅尼。

用戶評價

评分

我不得不說,這本書的“前瞻性”體現在對能源生態鏈的係統性思考上。許多同類書籍隻關注車輛本身,但作者卻將視野延伸到瞭上遊的礦産資源和下遊的退役電池迴收處理。他用非常具象的數字對比瞭燃油車生命周期中的碳排放總量與電動車在電池原材料開采和製造階段的“初始碳足跡”,這使得我們對“零排放”的理解更加辯證和成熟。特彆是關於鋰資源分布不均和鈷元素采購的倫理風險,作者的剖析細緻入微,並提齣瞭固態電池和鈉離子電池作為潛在的“去中心化”解決方案。這本書的論證邏輯猶如精密的機械裝置,環環相扣,讓人無法反駁其觀點的周密性。它迫使讀者重新審視“擺脫燃油車”這件事的復雜性——這不僅僅是換個動力源,而是一場對全球能源、供應鏈和地緣政治的全麵重構。讀完後,我對自己對可持續交通的理解有瞭一次徹底的“刷新”,少瞭一些口號式的熱情,多瞭一些基於事實的審慎樂觀。

评分

這本書的魅力在於它大膽而審慎地探討瞭那些我們日常掛在嘴邊,卻鮮少有人能給齣權威解答的未來議題。我對其中關於“L4級自動駕駛的傳感器融閤技術”的分析尤為著迷。作者並未盲目樂觀,而是細緻地剖析瞭激光雷達(LiDAR)、毫米波雷達和視覺係統各自的局限性,特彆是麵對惡劣天氣(如暴雪或濃霧)時的性能衰減麯綫,這比許多科技媒體的浮誇報道要真實得多。他提齣的“冗餘係統設計”的重要性,強調瞭在關鍵決策環節必須有至少兩種獨立的技術路徑來相互驗證,這種嚴謹的工程思維,是確保無人駕駛真正落地的基石。此外,作者對數據安全和人工智能倫理的討論,也顯得非常前瞻且負責任。他沒有迴避技術進步可能帶來的社會陣痛,而是以一種冷靜的筆觸,引導讀者思考我們如何在全球範圍內建立統一的監管框架。這種對技術倫理的深入關懷,使得這本書的格局瞬間拔高,不再僅僅是一本“車學”,而更像是關於未來社會形態的一份技術預警書。

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這本書的獨特之處在於它不僅僅在“解釋技術”,更是在“塑造認知”。作者在敘述中展現齣一種罕見的平衡感——既不貶低傳統內燃機的工程成就,也不過分神化電力驅動的未來。例如,他詳細對比瞭燃油車發動機在不同轉速區間熱效率的差異,與永磁同步電機在全轉速域接近恒定的高效率之間的對比,這種對比不是為瞭貶低,而是為瞭凸顯兩種截然不同的工程哲學。在談到駕駛體驗時,他引入瞭“人機交互的平順性”這一概念,並分析瞭電動車如何通過軟件定義來提供個性化的駕駛模式,這是傳統機械結構難以比擬的優勢。最令我欣賞的是,作者並沒有提供一個簡單的“是”或“否”來迴答那個宏大的問題,而是用詳實的數據和嚴謹的推理,為讀者構建瞭一個可以自己得齣結論的分析框架。他讓你學會的不是記憶答案,而是如何提問——如何在技術快速迭代的洪流中,始終保持批判性思維,去辨彆哪些是真正的技術突破,哪些隻是營銷噱頭。這本書為我們理解未來交通工具的演變,提供瞭一把無比可靠的尺子。

评分

這部書的封麵設計著實抓人眼球,那種深邃的藍色調配上充滿未來感的綫條圖,立刻讓人聯想到高科技與速度的交織。光是盯著書名看,我就仿佛能感受到一股關於新能源變革的澎湃力量。作者對於如何將復雜的電動車技術,尤其是電池管理係統(BMS)和驅動電機的細微差異,用如此平易近人的方式呈現齣來,實在功力深厚。我記得其中有一章專門講解瞭能量迴收的物理學原理,那段描述簡直是教科書級彆的清晰,即便是對汽車工程一竅不通的人,也能立刻明白動能如何轉化為電能儲存起來。更令人印象深刻的是,作者沒有止步於純粹的技術解析,而是巧妙地融入瞭大量的市場動態分析,預測瞭未來五年內幾種主流電池技術路綫的競爭格局。這種宏觀視野和微觀技術分析的完美結閤,使得整本書讀起來既有深度又有廣度,遠超一般的科普讀物範疇,更像是一部電動汽車産業的“武林秘籍”。我特彆欣賞作者對充電基礎設施建設瓶頸的探討,他提齣的幾個創新性的解決方案,比如“換電模式的區域性優化部署”,至今仍在我腦海中揮之不去,覺得非常有啓發性。

评分

讀完這本書,我最大的感受是,它成功地架起瞭一座連接普通消費者日常體驗與尖端工程技術之間的橋梁。作者的敘事節奏把握得極好,從駕駛體驗的細微變化入手,逐步深入到電機控製器的脈衝寬度調製(PWM)技術。比如,他對“扭矩矢量控製”的解釋,沒有堆砌那些晦澀難懂的公式,而是用“車輛在濕滑路麵上如何像有生命一樣保持抓地力”這個生動的例子來闡述,效果立竿見影。書中穿插的曆史迴顧也頗具匠心,它不僅僅是羅列時間綫,更是探討瞭在特定曆史時期,技術選擇背後的經濟和政治考量。有一段關於早期鉛酸電池和鎳氫電池在電動車應用中的優劣對比,簡直是精彩絕倫,它揭示瞭技術迭代並非一帆風順,而是充滿瞭妥協與權衡。這本書的排版也值得稱贊,大量的圖錶和示意圖清晰明瞭,尤其是一些電路圖的標注,精準到位,讓復雜的係統架構一覽無餘。總而言之,它提供瞭一個全麵而多維度的視角,讓你在下一次坐在電動車裏輕點加速踏闆時,能體會到背後蘊含的無數工程智慧。

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