景玉軍 王升平

摘要能源、環(huán)保、安全等問題推動(dòng)了汽車技術(shù)的發(fā)展,具體表現(xiàn)在電控技術(shù)、能源技術(shù)、材料技術(shù)等方面。文中敘述了國內(nèi)外汽車新技術(shù)研究的熱點(diǎn)和現(xiàn)狀,并分析了汽車新技術(shù)面臨的問題及其發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞電控技術(shù)能源材料技術(shù)汽車新技術(shù)

中圖分類號:U461文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

1 引言

汽車大量使用帶來了交通安全、能源消耗、環(huán)境污染等諸多社會(huì)問題,加之消費(fèi)者對汽車功能和性能要求日益提高,世界各大汽車公司都爭相采用新技術(shù)、新理論研制各種高性能、安全、環(huán)保車,使得汽車產(chǎn)品不斷更新?lián)Q代,成為新技術(shù)的載體,其中電控技術(shù)是汽車技術(shù)革命的原動(dòng)力,豍正向電子化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展,本文對其作一綜述。

2 汽車新技術(shù)研究現(xiàn)狀

2.1 汽車電控新技術(shù)

電控新技術(shù)實(shí)質(zhì)就是把中央處理單元(CPU)、存儲(chǔ)器和輸入/輸出接口電路集成在一塊芯片上,工作時(shí)芯片通過傳感器接收各種輸入信號,經(jīng)分析、計(jì)算后再向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令,達(dá)到合理、精確控制機(jī)械裝置動(dòng)作,從而提高汽車使用、行駛性能。豎豏通常被分為兩類:一類是直接決定汽車性能的電控制技術(shù),如電子燃油噴射系統(tǒng)、電子動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等;另一類是與汽車性能無直接聯(lián)系,能獨(dú)立使用的電子技術(shù),如導(dǎo)航系統(tǒng)、語音識(shí)別系統(tǒng)、汽車音響及電視娛樂系統(tǒng)、車載通信系統(tǒng)、上網(wǎng)設(shè)備等。

2.1.1 汽車性能電子控制技術(shù)

汽車運(yùn)行中,各種電子控制單元根據(jù)不同傳感器和控制開關(guān)輸入的信號,按照預(yù)先設(shè)定的控制程序進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算和邏輯判斷,并向各種執(zhí)行器發(fā)出相應(yīng)的控制指令完成不同的控制功能?，F(xiàn)代汽車裝備的常用的電子控制系統(tǒng)有發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射系統(tǒng)(EFI)、微機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)(MCI)、發(fā)動(dòng)機(jī)爆震控制系統(tǒng)(EDCS)、怠速控制系統(tǒng)(ISC)、空燃比反饋控制系統(tǒng)(AFC)、電子控制自動(dòng)變速系統(tǒng)(ECT)、防抱死制動(dòng)系統(tǒng)(ABS)、電子控制制動(dòng)力分配系統(tǒng)(EBD)、驅(qū)動(dòng)力防滑控制系統(tǒng)(ASR)、輔助防護(hù)安全氣囊系統(tǒng)(SRS)、安全帶張緊控制系統(tǒng)(STTS)、中央門鎖控制系統(tǒng)(CLCS)和防盜報(bào)警系統(tǒng)(GATA)等。

(1)汽車總線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。建立以分布式控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)的汽車總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)很有必要,網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中各處理機(jī)獨(dú)立運(yùn)行,控制改善汽車某一方面的性能,同時(shí)為其它處理機(jī)提供數(shù)據(jù)服務(wù)。汽車總線傳輸通過某種通訊協(xié)議將汽車中各種電控單元、智能傳感器、智能儀表等聯(lián)接起來,從而構(gòu)成汽車內(nèi)部網(wǎng)絡(luò),以滿足汽車發(fā)動(dòng)機(jī)控制、牽引控制、防抱死制動(dòng)控制等單元間實(shí)時(shí)信息交換的需要。

目前,開發(fā)組建了的汽車總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)有CAN、 K-CAN、F-CAN、byeflight、Most、CAN、CIN、 FlexRey 、MOST 、IDB1394等技術(shù)。其優(yōu)點(diǎn)主要是:減少了線束的數(shù)量和線束的容積,提高了電子系統(tǒng)的可靠性和可維護(hù)性;采用通用傳感器,達(dá)到數(shù)據(jù)共享的目的;改善了系統(tǒng)的靈活性。即通過系統(tǒng)的軟件可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的變化,現(xiàn)代轎車的設(shè)計(jì)中,CAN總線己經(jīng)成為必須采用的裝置。

(2)汽車安全控制技術(shù)。汽車安全性研究豐主要包括被動(dòng)安全技術(shù)研究和主動(dòng)安全技術(shù)研究,前者是指事故發(fā)生時(shí),使乘員和行人所受到的沖撞減少到最低程度,后者主要是指通過事先防范來避免交通事故的發(fā)生,具體包括預(yù)防安全技術(shù)和預(yù)警安全技術(shù)。被動(dòng)安全技術(shù)目前主要采用的技術(shù)手段有:乘座倉的吸能、防撞設(shè)計(jì),安全帶與安全氣囊的設(shè)計(jì)等。主動(dòng)安全技術(shù)目前主要采用的技術(shù)手段有:乘員感知技術(shù),包括沃爾沃EyeCar 技術(shù);智能安全氣囊技術(shù);智能防碰撞技術(shù);一體化底盤控制技術(shù)。

汽車安全技術(shù)涉及范圍廣,越來越細(xì),僅靠單一技術(shù)已很難使汽車整體安全性提高,為此,今后汽車安全技術(shù)將向集成化、智能化、系統(tǒng)化方向發(fā)展。

2.1.2 汽車輔助裝置電子技術(shù)

(1)汽車巡航控制技術(shù)。汽車巡航控制系統(tǒng)是汽車在運(yùn)行中不踩加速踏板便可按要求自動(dòng)地保持行車速度,從而減輕駕駛員勞動(dòng)強(qiáng)度,提高汽車舒適性的自動(dòng)行駛裝置。日本的皇冠、凌志、佳美,美國的別克、凱迪拉克,德國的奔馳、寶馬等車均裝有巡骯控制系統(tǒng)。

其主要優(yōu)點(diǎn)是:保持車速穩(wěn)定,無論是由于風(fēng)力或道路坡度引起汽車的行駛阻力怎樣變化,只要在發(fā)動(dòng)機(jī)功率允許范圍內(nèi),汽車的行駛速度便可保持不變;提高汽車行駛時(shí)舒適性,駕駛員不用頻繁地用腳踏踩加速踏板,大大減輕疲勞強(qiáng)度;提高經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性,在同樣的行駛條件下,對一個(gè)有經(jīng)驗(yàn)的賀駛員來說可節(jié)省燃油15%;延長發(fā)動(dòng)機(jī)壽命,使汽車的供油與發(fā)動(dòng)機(jī)功率間處于最佳配合狀態(tài)。

(2)汽車導(dǎo)航技術(shù)。導(dǎo)骯系統(tǒng)有GPS導(dǎo)航,自律導(dǎo)航,由地圖匹配器、信號處理單元、存貯器、顯示器、傳感器等幾部分組成。其發(fā)展非常迅速,目前已有一些系統(tǒng)上采用32位的CPU嵌入實(shí)時(shí)操作的微處理單元,便于高速行駛的汽車進(jìn)行快速處理數(shù)據(jù)。激光技術(shù)的應(yīng)用,產(chǎn)生大容量數(shù)字化視盤可以存貯更多的信息,薄膜晶體管有源液晶顯示器可使圖像更加清晰。

此外,GPS還能夠隨時(shí)告訴駕駛員當(dāng)時(shí)的交通狀況,指出什么地方文通擁擠,什么地方車流暢通以及什么地方有空缺位置可以停車,使駕駛員能繞過擁擠路段,較快到達(dá)目的地,從而避免交通阻塞,提高綜合行車效率。

(3)隨車診斷技術(shù)。電子設(shè)備增多提高了汽車的整體性能和檔次,同時(shí)也帶來了電氣線束增多,故障率增加,維修操作空間減小,難以確切診斷故障等困難。因此,現(xiàn)代汽車電子控制系統(tǒng)都設(shè)置有隨車診斷系統(tǒng),是電子控制系統(tǒng)自己監(jiān)視運(yùn)行情況,診斷有無故障,主要由傳感器監(jiān)測電路、執(zhí)行器監(jiān)測電路、軟件程序、故障診斷通訊接口以及各種故障指示燈組成。其功能包括三個(gè)方面:監(jiān)測控制系統(tǒng)工作情況,發(fā)現(xiàn)傳感器或執(zhí)行器異常并立即報(bào)警;將故障內(nèi)容編碼存儲(chǔ)在隨機(jī)存儲(chǔ)器中,作為維修參考;啟動(dòng)相應(yīng)備用功能使控制系統(tǒng)處于應(yīng)急狀態(tài)運(yùn)行。

2.2 汽車能源新技術(shù)

隨著石油能源危機(jī)和石油燃料帶來的大氣污染,人們不斷結(jié)合新技術(shù)對現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)進(jìn)行改進(jìn)和尋找新燃料,正逐步動(dòng)搖燃油發(fā)動(dòng)機(jī)在現(xiàn)代汽車動(dòng)力系統(tǒng)中的統(tǒng)治地位。其研究和開發(fā)熱點(diǎn)主要體現(xiàn)在研究開發(fā)醇燃料、天然氣、混合燃料、氫燃料等新型車用燃料,和鼓勵(lì)開發(fā)生產(chǎn)新型燃料汽車等方面。

2.2.1混合動(dòng)力技術(shù)

混合動(dòng)力汽車主要依靠2種或2種以上的動(dòng)力驅(qū)動(dòng),汽車可根據(jù)行駛狀況在2種驅(qū)動(dòng)形式中進(jìn)行切換。一般由油、電發(fā)動(dòng)機(jī)的互補(bǔ)工作模式,混合動(dòng)力汽車在啟動(dòng)或低速行駛時(shí),車子僅依靠電力驅(qū)動(dòng),此時(shí)汽油發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉,車輛的燃油消耗量是零;當(dāng)車輛行駛速度升高(一般達(dá)40m/h以上) 或者需要急加速時(shí),汽油發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)并開始輸出動(dòng)力;在車輛制動(dòng)時(shí),混合動(dòng)力系統(tǒng)能將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能,并貯存在蓄電池中,以備下次低速行駛時(shí)使用。

可以說混合動(dòng)力技術(shù)是未來汽車技術(shù)的關(guān)鍵,是傳統(tǒng)汽車向新能源汽車過渡的重要階段,其技術(shù)的成熟將促進(jìn)純電動(dòng)和燃料電池汽車的研發(fā)。

2.2.2電動(dòng)汽車技術(shù)

電動(dòng)汽車是以電為能源,將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能驅(qū)動(dòng)車輪,實(shí)現(xiàn)零排放,是解決環(huán)境污染的重要途徑。其關(guān)鍵技術(shù)是電池技術(shù)和電動(dòng)機(jī)控制技術(shù),目前缺點(diǎn)主要表現(xiàn)在:蓄電池不理想,如比能量、比功率不夠大,致使續(xù)駛里程不夠長;充電時(shí)間長,使用不方便等。

2.3 汽車材料新技術(shù)

材料技術(shù)的發(fā)展對汽車工業(yè)的進(jìn)步起著重要作用,隨著汽車越來越多地采用新材料、新工藝,使得汽車輕質(zhì)化、智能化、低成本、高經(jīng)濟(jì)性和可靠性要求成為可能。常用的材料新技術(shù)有如下幾個(gè)方面。

2.3.1 碳纖維增強(qiáng)材料和陶瓷碳素復(fù)合材料技術(shù)

碳纖維增強(qiáng)材料和陶瓷碳素復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用降低了整車質(zhì)量,方便復(fù)雜形狀的成型制造,提高了車輛性能,延長了車輛的使用壽命。

保時(shí)捷CARRERA GT是保時(shí)捷跑車系列中首次完全采用碳纖維增強(qiáng)材料的承載式車身,碳纖維增強(qiáng)材料多種多樣,CARRERA GT采用了四種。寶馬1998年,Z1概念車采用了塑料車身,2002年Z22不僅有碳纖維增強(qiáng)塑料的車身,還包括電子操縱的制動(dòng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。其車身采用鋁合金骨架,上而覆蓋碳纖維增強(qiáng)塑料,整個(gè)質(zhì)量只有1100kg,比傳統(tǒng)鋼車身的528i減輕了1/3,百公里汕耗僅為5.88L。碳纖維增強(qiáng)塑料技術(shù)不僅減輕了車身自重,還將車身結(jié)構(gòu)件的數(shù)量從80個(gè)減少到20個(gè),從而大大減少了加工費(fèi)用。

2.3.2納米技術(shù)開發(fā)智能催化劑材料技術(shù)

智能催化劑是應(yīng)用最新的納米技術(shù),在“鈣鈦礦型結(jié)晶”的特殊結(jié)晶結(jié)構(gòu)中從原子尺度上配置貴金屬鈀、銠、鉑,以實(shí)現(xiàn)催化凈化性能,在使用中保持“自再生功能”。該技術(shù)在1997~1998年由日本大發(fā)汽車公司與豐田中央研究所合作發(fā)現(xiàn)。采用該技術(shù)后使貴金屬的使用量與原來相比減少了70%。

2.3.3滲浸陶瓷材料技術(shù)

滲浸陶瓷材料為特種功能材料,實(shí)現(xiàn)了陶瓷材料和金屬基體間的雙向擴(kuò)散,在小于300℃的工作環(huán)境下實(shí)現(xiàn)了金屬和陶瓷兩種性質(zhì)截然不同材料的表而復(fù)合,國外同類技術(shù)的工作溫度一般高于500C,金屬復(fù)合陶瓷為網(wǎng)絡(luò)與超微粒并存。

滲浸陶瓷活塞環(huán)常溫下導(dǎo)熱系數(shù)提高42%,并隨溫度升高呈指數(shù)規(guī)律上升,從而降低活塞環(huán)的工作溫度,減少變形,提高氣密性,改善發(fā)動(dòng)機(jī)整體性能。

2.3.4智能材料技術(shù)

智能材料技術(shù)是指模仿生命系統(tǒng),感知環(huán)境變化并能適時(shí)改變自身的一種或多種性能參數(shù),作出所期望的能與變化后的環(huán)境相適應(yīng)的復(fù)合材料。其設(shè)計(jì)與合成幾乎橫跨所有高技術(shù)學(xué)科領(lǐng)域,其構(gòu)成的基本材料有壓電材料、形狀記憶材料、光導(dǎo)纖維、電磁流變液、磁致伸縮材料和智能高分子材料等。

3 汽車新技術(shù)面臨問題與展望

3.1 面臨問題

汽車新技術(shù)及新技術(shù)產(chǎn)品,已形成一定的生產(chǎn)能力和應(yīng)用,但如此多的尖端技術(shù),做到普及還是一件非常困難的事,一是由于尖端技術(shù)的成本很高,消費(fèi)者很難承受這樣的成本;再是規(guī)?；a(chǎn)的形成需要一個(gè)發(fā)展過程,大部分高新技術(shù)還停留在實(shí)驗(yàn)室階段或樣品階段。我國面臨的問題主要表現(xiàn)在自主開發(fā)能力弱,引進(jìn)多、模仿多,擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的少,與國外水平差距還較大,低水平多,高水平少。加入WTO后,國內(nèi)汽車工業(yè)也將面臨競爭的挑戰(zhàn)和發(fā)展的機(jī)遇。

3.2 展望

未來汽車將具有安全、價(jià)廉、環(huán)保、實(shí)用、高效、省時(shí)和提供與外部世界的聯(lián)系等特點(diǎn)。具體表現(xiàn):新能源成為未來汽車技術(shù)發(fā)展的一大技術(shù),其中最具發(fā)展前景的燃料電池動(dòng)力電動(dòng)車將進(jìn)入實(shí)用階段;車身輕量化方面將用更多的鋁鎂合金、鎂合金、碳素纖維、納米熱塑材料降低車重,從而降低車輛油耗和排放;安全性面將主動(dòng)和被動(dòng)安全技術(shù)相結(jié)合,使車輛在面對任何一種可能發(fā)生的危險(xiǎn)狀態(tài)時(shí),都能適時(shí)啟動(dòng)相應(yīng)的技術(shù)系統(tǒng),防止危險(xiǎn)狀態(tài)的進(jìn)一步擴(kuò)延。

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