汽车已为人类交通运输做出了不可磨灭的贡献,未来汽车已不仅仅是一个代步工具,而且具有交通、办公、通信和娱乐等多种功能。毋庸置疑,汽车在造福人类的同时,也带来了能源紧张、环境污染和交通安全等一系列社会问题。就人类目前拥有的科学技术而言,解决这些问题的有效途径依然是继续开发利用汽车电控技术、研究新能源汽车技术和开发汽车轻量化技术,这也是我国汽车工业科技的发展战略。
1.汽车电控技术
汽车电控技术的发展趋势是网络化和智能化。其主要研究智能传感器技术、微处理器技术、智能交通技术、光导纤维技术、模块化设计技术、电压倍增技术、主动安全技术、网络通信和无人驾驶等技术。汽车电控技术发展的终极目标是使汽车发展成为能够自动筛选最佳行驶路线的智能汽车。
(1)智能传感器技术。全球汽车传感器市场的年均增长率达20%。智能传感器不仅能够提供汽车的状态信息,而且能对信号进行放大和处理,对温度漂移、时间漂移和非线性数据进行自动校正,具有较强的抗电磁干扰能力,在恶劣条件下仍能保持较高的测量精度。
(2)微处理器技术。微处理器已广泛用于汽车发动机、底盘、车身和故障诊断控制系统,车载各类控制系统目前使用的微处理器累计已达30~60个。汽车智能化发展的一个重要趋势就是大量使用微处理器,以改善汽车的整体性能。
(3)智能交通技术。智能交通系统(Intelligent Traffic System,ITS)是将机器视觉、环境感知、卫星定位、信息融合、决策与控制等相关技术相互融合,使汽车自动筛选最佳行驶路线的系统。
(4)光导纤维技术。光导纤维不仅具有柔软性好、易于连接、质量小、成本低、弯曲半径小、数值孔径大、耦合效率高等优点,而且具有电气绝缘性能好、抗电磁干扰和抗辐射能力强等优异的传输特性。光缆的成本不断降低和在汽车上的应用量逐年增大,必将大大降低汽车电控系统乃至汽车整车的制造成本和减轻整车整备质量,同时还可为汽车轻量化开辟一条新的技术途径。
(5)模块化设计技术。所谓模块化设计,是指为开发具有多种功能的不同产品,不需要对每种产品实施单独设计,而是精心设计出多种模块,将其经过不同方式的组合来构成不同的产品,以解决产品品种、规格、制造周期和成本之间的矛盾。汽车整车电控系统的零部件用量越来越大,采用模块化设计技术,能够减小体积、减轻质量、缩短装配工时、提高汽车电控系统乃至汽车整车的可靠性。
(6)电压倍增技术。2008年,欧盟国家已经开始实车应用48 V电源电压技术。理论与实验证明:在电气负载功率不变的情况下,电源电压提高2倍,负载电流可以减小2/3。因此,提高汽车电源电压,就可大大减小汽车电气或电子控制部件的电流,汽车导线、电缆、电动机、驱动线圈等就可减小尺寸、减小质量。同理,在负载电流大小不变的情况下,提高汽车电源电压,可以增大汽车电气或电子控制部件的功率,电控螺线管驱动可变气门定时、电控电动转向、电控气动阀机构、飞轮内装起动机/发电机一体式结构、电控电动制动器等就能得以实现,电控系统就能驱动大功率执行器来实现自动控制功能。
(7)主动安全技术。汽车主动安全系统包括车身动态综合管理系统、速度与车距自动调节系统、车辆碰撞预警系统、红外夜视系统、轮胎压力预警系统和驾驶环境控制系统等。
车身动态综合管理系统(Vehicle Dynamics Integrated Management System,VDIM)将防抱死制动系统(ABS)、电子控制制动力分配系统(EBD)、电子控制辅助制动系统(EBA)、驱动轮防滑转调节系统(ASR)和车身稳定性控制系统(VSC)等控制制动力和驱动力的主动安全系统,以及电子控制动力转向系统(EPS)和电子调节悬架系统(EMS)等进行综合集成,对车身姿态进行综合控制,使汽车在各种行驶条件下,特别是在转向、制动或打滑时,都能保持方向稳定、行驶安全和乘坐舒适。事实上,VDIM是一个采用智能识别与判断技术来控制车辆行驶稳定性的主动安全体系。
汽车速度与车距自动调节系统是利用安装在车内的雷达探测装置准确探测汽车行进过程中的障碍物信息,由发动机控制系统、自动变速系统和防抱死制动系统等自动采取相应控制策略的集成控制系统。当雷达装置探测到障碍物信息时,系统将采取减速措施,一旦障碍物消失,就会取消制动并控制油门开度增大而加速。
车辆碰撞预警系统是一个由前部探测、后部探测和侧部探测等装置组成的监控系统,其功能是提醒驾驶员避免车辆发生碰撞。(www.daowen.com)
红外夜视系统是一个利用红外探测技术,能在夜间探测到距车650~750 m发热物体(人、动物和有余热的故障车辆等)的监测与报警系统。汽车前照灯一般能够照射到距车前方150 m的物体,最远只能照射到距车前方300~400 m的物体。红外夜视系统的功能与车辆碰撞预警系统相似,主要是提醒驾驶员躲避障碍物。
轮胎压力预警系统是一个集中央轮胎充放气系统为一体的监控与报警系统。该系统利用安装在每一只轮胎中的压力与温度传感器直接监测胎内气压和温度,并用无线射频装置将气压和温度信号发送到驾驶室内的接收与监控器,再由监控器显示与控制每一只轮胎的气压和温度。系统的功能是有效避免轮胎温度和气压过高而导致爆胎事故,或轮胎漏气导致气压过低而加速磨损,使轮胎始终保持在正常气压和温度状态下行驶,延长轮胎使用寿命,降低汽车燃油消耗。
驾驶环境控制系统是一个舒适性控制系统。该系统集自动空调系统于一体,可据驾驶室内外温度、行驶速度、空气流量、气流方向进行换气通风,给驾驶员营造一个舒适的驾驶环境,减轻驾驶疲劳,保证车辆行驶安全。
(8)网络通信技术。汽车电子化发展的一个重要趋势是利用网络通信技术来传输海量的实时数据。网络通信技术将集成通信系统与车载信息系统,提供实时的交通信息、气象数据、满足个性化要求的信息以及详细的道路指南信息等。网络通信技术被视为汽车工业继高压缩比发动机电控技术之后的又一次革命。作为引领汽车产业向另一发展阶段进发的新技术领域,网络通信技术必将进一步整合移动通信技术与无线网络技术,使汽车与人类活动紧密相连。
(9)无人驾驶技术。无人驾驶技术集自动控制、人工智能、视觉计算等众多技术于一体,是计算机科学、模式识别和智能控制技术高度发展的产物,也是衡量一个国家科研实力和工业水平的一个重要标志,在国防和国民经济领域具有广阔的应用前景。
无人驾驶汽车是通过车载传感系统感知道路环境,自动规划行车路线并控制车辆到达预定目标的智能汽车。利用车载传感器感知车辆周围环境,并根据感知所得道路、车辆位置和障碍物信息,控制车辆的转向和速度,从而使车辆在道路上安全、可靠地行驶。
2.新能源汽车技术
新能源汽车技术是指具有新型动力系统或燃用新型燃料的汽车技术。具有新型动力系统的汽车包括纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车等;燃用新型燃料的汽车包括天然气汽车、液化石油气汽车、醇醚类燃料汽车、生物燃料汽车与合成燃料汽车等。
3.汽车轻量化技术
汽车轻量化技术是指在使用要求和成本控制的前提条件约束下,能够减小汽车自身质量的材料、设计和制造技术。轻量化材料包括高强度材料(高强度钢)和低密度材料(铝、镁、塑料、复合材料等)。众所周知的奥迪A8轿车就是全铝车身的杰出代表,捷豹汽车则是全铝发动机的开路先锋。
轻量化设计包括减少汽车零部件数量、优化汽车结构设计,如基于载荷和强度特性的结构设计、底盘与车身结构的拓扑优化设计等。轻量化制造包括激光拼焊、液压成型、热压成型、铝合金半固态成型以及异种材料之间的连接等。汽车综合运用轻量化技术的根本目的是降低燃油消耗、减少尾气的排放量。
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