車輛工程汽車新技術(shù)論文

第第一頁(yè)關(guān)鍵字：均質(zhì)充量壓縮燃燒(HCCI)技術(shù)，雙離合變速器技術(shù)，無(wú)人駕駛汽車一：汽車發(fā)動(dòng)機(jī)新技術(shù)1：均質(zhì)充量壓縮燃燒(HCCI)技術(shù)1.1）傳統(tǒng)燃燒概念局限性：壓縮點(diǎn)燃式燃燒概念（用于柴油機(jī)）與火花點(diǎn)燃式燃燒概念（用于汽油機(jī)）相比，最大的特點(diǎn)在于所使用的燃油特性不同，由此造成兩者在以下各個(gè)方面都有差別，如燃料引燃方式，空燃比，壓縮比，燃油經(jīng)濟(jì)性，有害物排放等。出于人類對(duì)汽車排放的有害物質(zhì)的毒害作用，二氧化碳的溫室效應(yīng)和氮氧化物形成酸雨的關(guān)注，以及能源匱乏的影響，人們對(duì)高效能、低污染的動(dòng)力源的需求與日俱增。傳統(tǒng)的汽油機(jī)屬于預(yù)混均質(zhì)燃燒，由于汽油特性以及爆燃等諸多因素的限制，因此，壓縮比低，熱效率低。與汽油機(jī)相比，柴油機(jī)具有較高的熱效率和優(yōu)越的燃油經(jīng)濟(jì)性，但是，傳統(tǒng)柴油機(jī)的燃燒是燃料噴霧的擴(kuò)散燃燒，依靠發(fā)動(dòng)機(jī)活塞壓縮到接近終點(diǎn)時(shí)的高溫使混合器自然點(diǎn)火。由于噴霧與空氣的混合時(shí)間很短，燃料與空氣混合得嚴(yán)重不均勻，混合氣分為高溫過(guò)濃區(qū)和高溫火焰區(qū)，導(dǎo)致NOx和碳煙的產(chǎn)生。1.2）均質(zhì)充量壓縮燃燒（HCCI）技術(shù)概述：HCCI是一種全新的內(nèi)燃機(jī)燃燒概念，既不同于柴油機(jī)（非HCCI），又不同于汽油機(jī)（均質(zhì)充量火花點(diǎn)燃），是一種火花點(diǎn)燃式和壓縮點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)概念的混合體。均質(zhì)壓燃式(HCCI)燃燒方式是目前內(nèi)燃機(jī)燃燒領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。HCCI燃燒是以預(yù)混合燃燒和低溫反應(yīng)為特征的燃燒方式。采用HCCI燃燒方式可以同時(shí)降低柴油機(jī)的NOx和碳煙排放，井提高柴油機(jī)的循環(huán)熱效率。HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)通常工作在高空燃比和較低的壓縮比條件下，工作范圍較小，高負(fù)荷時(shí)功率輸出不足?！半p模式”HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)是解決上述問(wèn)題的有效途徑，并成為近期HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)研究中的熱點(diǎn)。HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒為稀薄燃燒，采用均質(zhì)壓縮多點(diǎn)著火，是一種從優(yōu)化燃燒的角度來(lái)降低NOx和碳煙排放的新燃燒理論和技術(shù)。其燃燒模式是在進(jìn)氣和壓縮過(guò)程形成均質(zhì)混合氣，當(dāng)活塞壓縮到上止點(diǎn)附近時(shí)，均質(zhì)混合氣自然點(diǎn)火。從HCCI燃燒方式看，HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)可以同時(shí)綜合火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)（SI）和直接噴射壓縮點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)（DI）的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)避免他們的缺陷，即HCCI燃燒可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)降低排放和達(dá)到高熱效率的目的。這與傳統(tǒng)控制排放方法相比，實(shí)現(xiàn)了很大的進(jìn)步。1.3）均質(zhì)充量壓縮燃燒（HCCI）技術(shù)特點(diǎn)環(huán)，加強(qiáng)渦流和降低壓縮比等措施來(lái)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火延遲。1.5）HCCI商業(yè)化面臨的技術(shù)問(wèn)題（1）發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)困難（2）廢氣控制系統(tǒng)的研究（3）拓寬HCCI運(yùn)行工況范圍（4）控制點(diǎn)火時(shí)刻和燃燒率（5）研發(fā)快速反應(yīng)控制系統(tǒng)來(lái)解決不同工況下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)靈敏度二、汽車傳動(dòng)系統(tǒng)新技術(shù)1：汽車雙離合器變速器（DCT又稱DSG）技術(shù)1.1）雙離合器變速器概述10年前，雖然已經(jīng)出現(xiàn)了帶手動(dòng)功能的步進(jìn)式自動(dòng)變速器，但在大眾化量產(chǎn)車中，自動(dòng)變速器和運(yùn)動(dòng)性駕駛在人們的頭腦中并無(wú)必然聯(lián)系。但隨著雙離合變速器技術(shù)的出現(xiàn)，這種介于傳統(tǒng)變速器和自動(dòng)變速器之間并綜合了兩者各自優(yōu)點(diǎn)的變速器，讓車主們感到欣喜。雙離合變速器技術(shù)是變速器領(lǐng)域的最重要?jiǎng)?chuàng)新之一，而對(duì)于新能源車來(lái)說(shuō)，雙離合變速器技術(shù)還有著更加深遠(yuǎn)的意義。1.2）雙離合變速器的結(jié)構(gòu)和基本原理雙離合器變速器在一個(gè)變速器中實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)手動(dòng)變速器的功能。在使用標(biāo)準(zhǔn)換擋桿換擋的汽車中，如果駕駛員要從一個(gè)擋位換到另一個(gè)擋位，他先要踩下離合器踏板。此動(dòng)作可以操作一個(gè)離合器，使發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器斷開連接，中斷輸送到變速器的動(dòng)力。然后，駕駛員使用換擋桿選擇新的擋位，這個(gè)過(guò)程涉及到將齒形聯(lián)軸器從一個(gè)齒輪移動(dòng)到另一個(gè)不同大小的齒輪。稱為“同步器”的設(shè)備會(huì)讓齒輪在結(jié)合之前相匹配以防止磨齒。一旦換入了新的擋位，駕駛員就可以松開離合器踏板，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)重新連接到變速器，并將動(dòng)力傳送給車輪。由此可見(jiàn)，在傳統(tǒng)的手動(dòng)變速器中，從發(fā)動(dòng)機(jī)到車輪沒(méi)有連續(xù)的動(dòng)力輸出。在換擋的過(guò)程中，動(dòng)力傳送將從“有”到“無(wú)”再到“有”進(jìn)行變化，這樣就會(huì)導(dǎo)致“換擋沖擊”或“扭矩中斷”現(xiàn)象。對(duì)比之下，雙離合器變速器使用兩個(gè)離合器，但沒(méi)有離合器踏板。先進(jìn)的電子系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)像控制標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)變速器那樣對(duì)離合器進(jìn)行控制。但在雙離合器變速器中，各離合器單獨(dú)運(yùn)轉(zhuǎn)。一個(gè)離合器控制奇數(shù)擋（一擋、三擋、五擋和倒擋），另一個(gè)離合器控制偶數(shù)擋（二擋、四擋和六擋），如圖1-2和1-3所示。這樣，不需要中斷從發(fā)動(dòng)機(jī)到變速器的動(dòng)力傳送就可以換擋。1.3)雙離合變速器的干與濕(1)干式離合器干式離合器具有從動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)整方便、分離徹底、轉(zhuǎn)矩過(guò)載保護(hù)、效率高、成本較低、不需要助動(dòng)力等優(yōu)點(diǎn)。干式離合器通過(guò)壓板和飛輪吸收較大熱量對(duì)滑磨產(chǎn)生熱量的速度不敏感，但空氣散熱較慢，熱量不易在短時(shí)間內(nèi)散發(fā)出去；因此,它受滑磨產(chǎn)生的總熱量的限制。干式離合器適于在短時(shí)間內(nèi)結(jié)合，這樣滑磨時(shí)間短、產(chǎn)生熱量少。（2）濕式離合器濕式離合器有較好的控制品質(zhì)。結(jié)構(gòu)比較單一、具有壓力分布均勻、磨損小、傳遞扭矩容量大、不用專門調(diào)整摩擦片間隙等特點(diǎn)。由于它用液壓油強(qiáng)制冷卻，允許起步時(shí)較長(zhǎng)時(shí)間地打滑，高檔起步而不會(huì)燒損襯面，其壽命可達(dá)干式離合器的5倍～6倍，廣泛用于自動(dòng)變速器的離合器上。但處于分離狀態(tài)中的多片式離合器的主、從動(dòng)摩擦片之間因潤(rùn)滑油相互滑轉(zhuǎn)，產(chǎn)生較大的摩擦阻力，使變速器的傳動(dòng)效率相應(yīng)降低。1.4）雙離合變速器的控制策略雙離合變速器在換擋過(guò)程中存在兩個(gè)離合器扭矩傳遞的重疊階段，因此對(duì)換擋過(guò)程離合器的控制有較高要求（1）起步控制車輛起步時(shí)，可以有兩種起步控制策略；第一種：仿照AMT的起步控制策略，起步時(shí)車輛自動(dòng)掛1檔，即只有離合器1參加起步。第二種：為使兩個(gè)離合器具有相同的使用壽命并保證起步的快速性和平穩(wěn)性，可以使兩離合器同時(shí)進(jìn)入滑摩狀態(tài)，共同承擔(dān)起步力矩實(shí)現(xiàn)車輛起步。（2）升降擋控制如圖4所示，升擋時(shí)（以l擋換2擋為例）控制過(guò)程為離合器1分離，離合器2接合。升擋前只有離合器l結(jié)合，轉(zhuǎn)矩完全由離合器1傳遞，離臺(tái)器與發(fā)動(dòng)機(jī)沒(méi)有相對(duì)滑轉(zhuǎn)。換擋時(shí)，離合器1被切斷供油并開始逐漸卸壓分離。同時(shí)，離合器2的油路接通，隨著油壓不斷升高，其摩擦片間隙被消除，主、被動(dòng)片受壓滑轉(zhuǎn)，直至壓緊，停止打滑成為整體傳遞轉(zhuǎn)矩。即離合器I與離合器2中的摩擦元件完全分離和接合，都需要經(jīng)過(guò)一段滑磨過(guò)程，且有工作重疊部分，則不會(huì)切斷動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)力換擋。降擋過(guò)程與升擋過(guò)程原理相同。（3）跳檔控制變速器升檔一般是一檔一檔地進(jìn)行的，而降檔則可能會(huì)跳躍地降檔，雙離合自動(dòng)變速器在手動(dòng)控制模式下也可以進(jìn)行跳躍降檔。例如：從6檔降到3檔，連續(xù)按3下降檔按鈕，由于6擋齒輪和3擋齒輪處在不同輸出軸上，變速器就會(huì)從6檔直接降降3檔。但是從6檔降到2檔時(shí)，由于6擋齒輪和2擋齒輪處在同一輸出軸上，則變速器會(huì)先降到5檔，再?gòu)?檔直接降到2檔。即跳躍降檔時(shí)，起始檔位和最終檔位是屬于同一離合器控制的，則會(huì)通過(guò)另一離合器拄制的檔位轉(zhuǎn)換一下，起始檔位和最終檔位不屬于同一離臺(tái)器控制的，則可以直接跳躍降至所定檔位。1.5）雙離合變速器的優(yōu)勢(shì)（1）換擋快。雙離合變速器的換擋時(shí)間非常短，比手動(dòng)變速箱的速度還要快，只有0.2秒不到。（2）省油。雙離合變速器因?yàn)橄伺ぞ氐闹袛啵簿褪亲尠l(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力一直在利用，而且始終在最佳的工作所以能夠大量節(jié)省燃油。相比傳統(tǒng)行星齒輪式自動(dòng)變速箱更利于提升燃油經(jīng)濟(jì)性，油耗大約能夠降低15%。（3）舒適性。因?yàn)閾Q擋速度快，所以DCT的每次換擋都非常平順，頓挫感已經(jīng)小到了人體很難察覺(jué)的地步。（4）在換擋過(guò)程中，幾乎沒(méi)有扭矩?fù)p失。（5）當(dāng)高擋齒輪已處于預(yù)備狀態(tài)時(shí)，升擋速度極快，達(dá)到驚人的8毫秒。（6）無(wú)論油門或者運(yùn)轉(zhuǎn)模式處于何種狀況，換擋時(shí)間至少能達(dá)到600毫秒(從奇數(shù)擋降到奇數(shù)擋，或者從偶數(shù)擋降偶數(shù)擋時(shí)，耗時(shí)約為900毫秒，例如從第5擋降到3擋)。三：智能汽車與車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)1：無(wú)人駕駛汽車1.1）無(wú)人駕駛汽車概述國(guó)外科學(xué)研究表明，每個(gè)交通事故均不同程度地涉及駕駛員、汽車及道路環(huán)境因素。英國(guó)科學(xué)家有研究表明交通事故肇事發(fā)生的唯一原因是由駕駛員因素引起的占65%，而與駕駛員有關(guān)因素（汽車、道路環(huán)境等）的百分率高達(dá)95%。我國(guó)道路交通事故的統(tǒng)計(jì)也表明，主要由于駕駛員造成的事故占90%左右?？傊?，駕駛員失誤作為肇事發(fā)生交通事故的主要原因已被世界各國(guó)所公認(rèn)。如果要從根本上解決這一問(wèn)題，就需要將“人”從交通控制系統(tǒng)中請(qǐng)出來(lái)，從而提高安全性。由于無(wú)人駕駛電動(dòng)車不需要司機(jī)，系統(tǒng)效率也隨之提高。無(wú)人駕駛汽車就是這種新型控制方法的核心，而車輛安全則是無(wú)人駕駛汽車成敗的關(guān)鍵。1.2）無(wú)人駕駛汽車的發(fā)展無(wú)人駕駛汽車是新能源汽車與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相結(jié)合的一個(gè)輪式機(jī)器人，也是一個(gè)衡量國(guó)家科研實(shí)力和工業(yè)水平的一個(gè)重要標(biāo)志，成為各國(guó)白熱化角逐的一個(gè)領(lǐng)域。發(fā)達(dá)國(guó)家從20世紀(jì)70年代開始進(jìn)行無(wú)人駕駛汽車研究，美國(guó)是世界上研究無(wú)人駕駛汽車最早、水平最高的國(guó)家之一。而Google無(wú)人駕駛汽車無(wú)疑是這塊領(lǐng)域的佼佼者，通過(guò)了大量的實(shí)驗(yàn)大量的數(shù)據(jù)提高無(wú)人駕駛汽車的安全性與實(shí)用性。與國(guó)外相比，國(guó)內(nèi)的無(wú)人駕駛汽車起步較晚，規(guī)模較小，主要是一些大學(xué)和研究所。近幾年也取得了不錯(cuò)的成績(jī)。例如，由國(guó)防科技大學(xué)自主研制的紅旗HQ3無(wú)人車，2011年首次完成了從長(zhǎng)沙到武漢286公里的高速全程無(wú)人駕駛試驗(yàn)，創(chuàng)造了我國(guó)自主研制的無(wú)人駕駛的新紀(jì)錄。1.3）無(wú)人駕駛電動(dòng)汽車的組成和基本原理無(wú)人駕駛電動(dòng)汽車系統(tǒng)主要由傳感器系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。理想化實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛汽車的主要技術(shù)有兩種途徑：一、采用磁傳感器來(lái)檢測(cè)路徑，但需在地面下預(yù)埋磁針，對(duì)路面重新改造，對(duì)路面有破壞性。二、采用CCD攝像頭作為傳感器來(lái)檢測(cè)路徑，而CCD攝像頭價(jià)格較高，并且需要對(duì)采集到的圖像實(shí)時(shí)處理，對(duì)系統(tǒng)硬件和軟件要求很高?，F(xiàn)在廣泛采用的一般是基于光電傳感器基礎(chǔ)的自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)，其根據(jù)光電傳感器測(cè)得的反射光強(qiáng)的信號(hào)來(lái)自動(dòng)辨別行駛路徑，與其他的導(dǎo)航方案相比，該方案導(dǎo)航系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、對(duì)道路無(wú)損害、價(jià)格低廉等特點(diǎn)。傳感器系統(tǒng)主要由導(dǎo)航系統(tǒng)、防碰撞傳感器、啟停系統(tǒng)組成；控制系統(tǒng)可以選擇dSPACE公司的MicroAutoBox控制器；執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要由輪轂電機(jī)、線控轉(zhuǎn)向、電控液壓制動(dòng)等系統(tǒng)組成。導(dǎo)航系統(tǒng)導(dǎo)航系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)汽車相對(duì)于預(yù)定路徑的橫向偏差。主要由光源、光電傳感器、遮光附件、信號(hào)采集和電源五部分組成。（2）控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)根據(jù)橫向偏差來(lái)計(jì)算轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所需轉(zhuǎn)角，獲取汽車的預(yù)瞄信息，對(duì)車輛的狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)控制，使汽車按預(yù)定工況行駛?？刂葡到y(tǒng)相當(dāng)于一個(gè)“駕駛員”模型，對(duì)信息感知、綜合、判斷、推理、決斷，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生相應(yīng)正確的響應(yīng)?？刂葡到y(tǒng)成為當(dāng)前國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題，綜合人工智能，計(jì)算機(jī)技術(shù)，通信技術(shù)，控制理論等多門學(xué)科的前沿技術(shù)。（3）執(zhí)行裝置執(zhí)行裝置分為三個(gè)部分，分別是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和制動(dòng)系統(tǒng)。驅(qū)動(dòng)裝置為4個(gè)電機(jī)，采用線控轉(zhuǎn)向，和電控液壓制動(dòng)。1.4）無(wú)人駕駛汽車的發(fā)展方向無(wú)人駕駛汽車，必須形成一個(gè)完備的“駕駛員”模型，自動(dòng)適應(yīng)各種不同工況。可以歸納為3個(gè)方面：高速公路環(huán)境、城市環(huán)境和特殊