畢業(yè)論文-汽車新技術與未來發(fā)展趨勢.doc

汽車新技術及未來發(fā)展趨勢 摘 要： 隨著汽車電子技術的飛速發(fā)展，汽車智能化新技術正在逐步得到應用。汽車智能化技術使汽車的操縱越來越簡單,動力性和經濟性越來越高，行駛安全性越來越好，這是未來汽車的發(fā)展趨勢。關鍵詞： 車輛動力學控制，線控技術，電子巡航控制系統(tǒng)一、引言1886年，世界上第一輛裝有發(fā)動機的汽車問世。自此，人類告別了“馬車時代”，跨入了“汽車時代”。人類的行走藝術由此賦予了新的內涵。此舉不僅改變了人們的生活方式，也變革了世界經濟、文化，滲透到了人類生產、生活的各個領域，直接影響著人類的發(fā)展進程。人們不禁驚呼：汽車是改變世界的機器，是貫穿20世紀最具影響力的重大發(fā)明。汽車，這個由幾萬個零部件組合的行走機器，正如陶器、石器、青銅器、蒸氣機代表著人類文明的一個時代一樣，它所迸發(fā)出的文化意念，凝結著人類智慧的結晶，閃耀著當代科學技術、造型藝術的光芒，詮釋著今日人類的文明與驕傲。 二、汽車發(fā)展特點美國通用汽車公司研發(fā)與規(guī)劃副總裁伯恩斯說：“未來的汽車將具有以下七大特點：安全、價廉、環(huán)保、實用、高效、省時以及提供與外部世界的聯系。這就意味著汽車行業(yè)必須圍繞低價位、實用性、設計和技術進行創(chuàng)新?！碑斀瘢谶@個網絡驅動的日子里，數字化應用正在以前所未有的速度和方式進行整合，將汽車的設計、工程、采購和制造業(yè)務集成起來，這使我們能夠縮短汽車的開發(fā)時間，并以更快的速度將新款汽車推向市場。最主要的有以下兩個方面： 一是在汽車設計方面。由于越來越多地采用計算機工具，從而能在更短的時間開發(fā)出更多的款式、車型。 由于越來越多地采用數學模型，從而能實現驗證模擬設計，并確認汽車空氣動力學、耐沖撞性能、可制造性，大大從而縮短開發(fā)時間。同時汽車廠商越來越多地采用虛擬汽車概念，從而無需制作物理原型，就能組裝、觀察、模擬汽車的性能及制造工藝，并且越來越多地開展廠家、院所、政府、供應商間的戰(zhàn)略伙伴關系進一步加快了汽車開發(fā)時間。 由于消費者的生活方式主導汽車設計的潮流，將誕生出新的汽車種類，進而滿足消費者越來越多的需求。這些新產品將在不同程度上組合轎車、旅行車、皮卡車、越野車的特點，同時也將促成汽車市場進一步分化。 二是在汽車動力方面。專家預測，在今后10年中，內燃機將繼續(xù)擔當汽車動力的主要來源。但是，汽車動力系統(tǒng)將來的主要發(fā)展方向是越來越多地采用稀燃汽油發(fā)動機、柴油發(fā)動機技術，優(yōu)化的燃油發(fā)動機組合，以及更好地催化技術。 汽車動力系統(tǒng)的配置將有改變。電動和燃油混合動力型汽車、燃料電池汽車等多種動力技術將日趨普及。這些尖端技術可望在將來減少或消除汽車尾氣排放及其對環(huán)境的污染。 此外，未來的汽車，機械系統(tǒng)將大量地被電子系統(tǒng)所取代。這將大大提高轎車的駕駛性能及行駛的安全性。其特色功能如：語言識別、無鑰匙點火等。 可以說，新一代汽車一個突出特點是：車內將配置更多的電子器件、計算機功能并接入因特網。車上配有：交通信息功能、路線規(guī)劃與導航設備、高級導航設備、車載娛樂信息設備等。所以，汽車將變?yōu)榭膳c消費者家庭、辦公單位交換信息的信息、通信、娛樂中心。 在汽車安全方面：為了保護車內駕乘人員的安全，汽車制造廠家將在車上設置新一代的安全帶、能量吸收結構、前端和側面安全氣囊、觸發(fā)氣囊的智能傳感器、發(fā)生緊急情況的求救信號等。 三、車輛動力學控制 車輛動力學控制(Vehicle Dynamics Cotrol)的縮寫是VDC，該系統(tǒng)的作用是保持汽車在行駛(包括制動和驅動)時的穩(wěn)定性。傳統(tǒng)的ABS(防抱死制動系統(tǒng))和TCS(牽引控制系統(tǒng))主要是對車輪上的制動力和驅動力進行控制，防止車輪出現過大的縱向滑移率，以獲得最大的附著力，既可產生最大的減(加)速度，又可防止出現側滑。車輛動力學控制系統(tǒng)雖然也是控制車輪的制動力與驅動力，但它們與ABS/TCS有很大的不同，其主要表現是可實現左右縱向力的差動控制，以直接對汽車提供橫擺力矩，抵消汽車的不穩(wěn)定運動(如在滑路上甩尾時的矯正作用)。該系統(tǒng)通過在汽車上安裝的各種傳感器，檢測到汽車的速度、角速度、轉向盤轉角以及其它的汽車運動姿態(tài)，根據需要主動地對某側車輪進行制動，來改變汽車的運動狀態(tài)，使汽車達到最佳的行駛狀態(tài)和操縱性能，增加了車輪的附著性和汽車的操縱性和穩(wěn)定性。汽車智能速度控制系統(tǒng)的功用是在某些特殊路段或特殊行駛條件下對車速進行強制限制。汽車智能速度控制系統(tǒng)主要由電子控制單元和執(zhí)行器組成。該控制系統(tǒng)工作時，需首先設定限制速度。例如某區(qū)域的限速為80km/h，我們可以將該速度設定為限速值。當車速未達到80km/h時，汽車智能速度控制系統(tǒng)不起作用。當車速接近80km/h時，電子控制單元啟動執(zhí)行器，限制加速踏板的行程，使汽車不能繼續(xù)加速。當車速低于80km/h時，電子控制單元解除對執(zhí)行器的控制，駕駛員又可以自由地踏下加速踏板使汽車加速。智能速度控制系統(tǒng)限速值的設定，可以用選擇開關設定，也可以通過接受無線信號設定(即接收道路速度無線信號切換或電子地圖信號切換) ：可以只設定一個值，也可以根據不同的路況，有多個擋位供設定。四、線控技術(control by wire)汽車的各種操縱系統(tǒng)正向電子化、自動化方向發(fā)展，在未來的510年里，傳統(tǒng)的汽車機械操縱系統(tǒng)將變成通過高速容錯通信總線與高性能CPU相連的電氣系統(tǒng)。如汽車將采用電氣馬達和電控信號來實現線控駕駛(steer by wire)、線控制動(brake by wire)、線控油門(throttle by wire)和線控懸架(suspension by wire)等，采用這些線控系統(tǒng)將完全取代現有系統(tǒng)中的液壓和機械控制。在新一代雅閣V6轎車上采用的DBW就是新技術之一。DBW是線控油門的英文縮寫，也可稱之為電控油門，即發(fā)動機的油門是通過電子控制的。傳統(tǒng)的油門控制方式是駕駛員通過踩油門踏板，由油門拉索直接控制發(fā)動機油門的開合程度，從而決定加速或減速，駕駛員的動作與油門動作之間是通過拉索的機械作用聯系的。而DBW將這種機械聯系改為電子聯系。駕駛員仍然通過踩油門踏板控制拉索。但拉索并不是直接連接到油門，而是連著一個油門踏板位置傳感器，傳感器將拉索的位置變化轉化為電信號傳送至汽車的大腦ECU(電子控制器)，ECU將收集到的相關傳感器信號經過處理后發(fā)送命令至油門作動器控制模塊，油門作動器控制模塊再發(fā)送信號給油門作動器，從而控制油門的開合程度。也就是說駕駛員的動作與油門的動作之間是通過電子元件的電信號聯系的。雖然從構造上來看，DBW比傳統(tǒng)油門控制方式復雜，但油門的控制卻比傳統(tǒng)方式精確，發(fā)動機能夠根據汽車的各種行駛信息，精確調節(jié)進入氣缸的燃油空氣混合氣，改善發(fā)動機的燃燒狀況，從而大大提高了汽車的動力性和經濟性。使用線控技術的優(yōu)點很多，比如使用線控制動無需制動液，保護生態(tài)，減少維護；質量輕；性能高(制動響應快)；制動磨最小(向輪胎施力更均勻)；安裝測試更簡單快捷(模塊結構)；更穩(wěn)固的電子接口；隔板間無機械聯系；簡單布置就能增加電子控制功能；踏板特性一致；比液壓系統(tǒng)的元件更少等。由于至今仍沒有一個通信網絡可以滿足未來汽車的所有成本和性能要求，因此，汽車OEM制造商仍將采用多種聯網協(xié)議(包括CAN、LIN和MOST、1394等)。隨著電控單元在汽車中的應用越來越多，車載電子設備間的數據通信變得越來越重要，以分布式控制系統(tǒng)為基礎構造汽車車載電子網絡系統(tǒng)是很有必要的。大量數據的快速交換、高可靠性及廉價性是對汽車電子網絡系統(tǒng)的要求。在該網絡系統(tǒng)中，各處理機獨立運行，控制改善汽車某一方面的性能，同時在其它處理機需要時提供數據服務。汽車內部網絡的構成主要依靠總線傳輸技術。汽車總線傳輸是通過某種通訊協(xié)議將汽車中各種電控單元、智能傳感器、智能儀表等聯接起來，從而構成的汽車內部網絡。其優(yōu)點有：1.減少了線束的數量和線束的容積，提高了電子系統(tǒng)的可靠性和可維護性。2.采用通用傳感器，達到數據共享的目的。3.改善了系統(tǒng)的靈活性，即通過系統(tǒng)的軟件可以實現系統(tǒng)功能的變化。CAN總線是德國博世公司在20世紀80年代初開發(fā)的一種串行數據通訊協(xié)議。它的短幀數據結構、非破壞性總線仲裁技術以及靈活的通訊方式使CAN總線具有很高的可靠性和抗干擾性，滿足了汽車對總線的實時性和可靠性的要求。目前，國外的汽車總線技術已經十分成熟，并已在汽車上推廣應用。國內引進技術生產的奧迪A 6車型已于2000年起采用總線替代原有線束，帕薩特B5、寶來、波羅、菲亞特的派立奧、西耶那、哈飛賽馬等車型都不同程度地使用了CAN總線技術。此外，部分高檔客車、工程機械也都開始應用總線技術。預計到2005年CAN將會占據整個汽車網絡協(xié)議市場的63。在歐洲，基于CAN的網絡也占有了大約88%的市場。目前使用CAN總線網絡的汽車大多具有兩條或兩條以上總線，一條是動力CAN總線，主要包括發(fā)動機、ABS和自動變速器三個節(jié)點，通信速率一般為500kbps；另一條是舒適CAN總線，主要包括中央控制器和四個門模塊，通信速率一般為62.55kbps或100kbps。五、電子巡航控制系統(tǒng)(簡稱CCS)它是汽車在行駛中為了達到所希望的速度，駕駛員不必踩踏油門調整車速，只需通過操縱調整開關，汽車就能以設定的車速進行定速行駛的裝置。這個裝置的優(yōu)點主要體現在：當在高速公路上長時間行駛時，能夠減輕駕駛員的疲勞；且對緊急情況動作解除的可靠性與對排除裝置故障等安全性方面作了充分的考慮。寶馬新一代豪華轎車745i和735i所用的發(fā)動機是新式的進氣系統(tǒng)參數可調式V8發(fā)動機。該發(fā)動機進排氣系統(tǒng)的3個主要參數(排氣閥開啟時間、進氣閥升程和進氣道長度)都可隨發(fā)動機工況的改變而自動調節(jié)。其中，進氣道長度可調技術為世界首創(chuàng)。西門子公司為該發(fā)動機配套提供了伺服閥、中間偏心軸的位置傳感器以及與發(fā)動機微機連接的閥門升程控制器。奔馳SL轎車特有的動態(tài)操縱控制系統(tǒng)，包括一個電子液壓制動系(EHB)，稱之為感應控制系統(tǒng)(SBC)。該系統(tǒng)的主要特點是通過傳感器建立了運動狀態(tài)、制動壓力的動態(tài)監(jiān)測和危險工況的預警。SBC增加了制動管路的壓力控制和制動準備功能，一旦踩下制動踏板，汽車即以最大的壓力、最快的響應實施制動，前后制動壓力比會隨路況的不同而變化，從而提高彎道制動時的安全性。其優(yōu)點(也是技術難點)在于提高了制動的舒適性并能提前做出響應，而不是象傳統(tǒng)的ABS在制動后通過信號反饋進行控制；此外，可以實現完全的干式制動，在潮濕的氣候或路面條件下，制動盤表面也不會形成水膜，保證了汽車快速響應。設計的發(fā)展必然隨著汽車技術的進步而日新月異，眾多設計師的藝術風格也會更廣泛更強烈地體現在汽車設計之中，而給予人們更加廣泛的選擇。高科技下，個性鮮明、更加人性化的汽車將是21世紀汽車產業(yè)發(fā)展的必然，因