汽車的技術更新和發展趨勢

盧松誠

(廣西玉林農業學校，廣西 玉林 537000)

汽車誕生100多年，極大地推動了世界經濟的發展和人類文明的進步，但同時也給人類帶來了一些負面影響。交通事故、能源危機及環境污染，已成為制約汽車工業乃至人類社會可持續發展的主要障礙。近年來，高安全、低能耗、零排放等汽車新技術得到快速發展。本文簡單介紹有關汽車安全、節能與環保方面的新技術，以及未來的替代能源動力汽車各智能汽車的應用和發展趨勢。從而能更好認識和掌握汽車新技術。

1 汽車的安全技術

隨著汽車保有量的增加，交通安全問題越來越引起全社會的重視。我國已經進入道路交通事故的高發期，事故傷亡慘重、損失大。目前，安全技術已經成為汽車生產廠家和消費者共同追求的目標。

汽車安全技術分為主動安全技術和被動安全技術。

1.1 主動安全技術

主動安全技術用于提高汽車回避事故能力，如防抱死制動系統（ABS）、電子制動力分配系統（EBD）、加速防滑調節系統(ARS)、電子穩定程序系統（ESP）等。下面介紹幾種基于ABS的主動安全技術。

（1）防抱死制動系統（antilock braking system，簡稱ABS）

汽車在遇到緊急制動時，車輪容易發生抱死不轉動，從而使汽車發生危險，比如前輪抱死引起汽車失云轉向能力，后輪抱死容易發生甩尾事故等。安裝ABS就能解決制動時車輪抱死這個問題。

ABS裝置通過安裝在各車輪或傳動軸上的轉速傳感器等不斷檢測各車輪的轉速，由計算機計算出當時的車輪滑移率（由滑移率可以知道車輪是否抱死），并與理想的移滑率比較，做出增大或減小制動器制動壓力的決定，以保持車輪處于理想的制動狀態、因此，ABS裝置能夠使車輪始終維持在有微弱滑移的滾動狀態下制動，而不會抱死，達到提高制動效能的目的。

（2）電子制動動力分配，簡稱EBD系統

EBD系統能夠根據由于汽車制動時產生軸荷轉移的不同，而自動調節前、后軸的制動力分配比例，提高制動效能，并配合ABS提高制動穩定性。

EBD系統用高速計算機在汽車制動的瞬間，分別對4只輪胎附著的不同地面進行感應、計算，得出不同的摩擦力數值，是4只輪胎的制動裝置根據不同的情況用不同的方式和力量制動，并在運動中不斷高速調整，從而保證汽車的平穩、安全。

（3）牽引力控制系統，簡稱TCS

汽車制動時，為了能是汽車驅動輪能同步地切斷動力，以便縮短制動距離。一些中高檔汽車，如別克君威、奧迪A6等，已配備了牽引控制系統，又稱為加速防滑調節，簡稱ASR系統。

TCS是在ABS基礎上發展而成的，其工作原理是：依靠電子傳感器探測到從動輪速度低于驅動輪時（這是打滑的特征）就會向電腦ECU發出一個信號，調節發動機點火時間、減小氣門開度、減小加速動力、降擋或制動車輪，從而使車輪不再打滑。TCS和ABS相互配合使用，將進一步增強汽車的安全性能。

（4）電子穩定程序，簡稱ESP

ESP實在ABS和TCS的基礎上，增加了方向盤轉角傳感器、橫擺角速度傳感器和側向加速度傳感器。ABS／TCS系統是防止汽車在制動或加速時出現縱向滑移，而ESP是要防止汽車在轉向時出現橫向滑移。ESP首先通過方向盤轉角傳感器及車輪轉速傳感器識別駕駛員轉彎方向；然后通過橫擺角度速度傳感器和側向加速度傳感器識別車輛實際運動方向。若ESP判定汽車出現不足轉向，則制動內側后輪，使車輛進一步沿駕駛員轉彎方向偏轉，從而穩定車輛。若ESP判定汽車出現過度轉向，則制動外側前輪，防止出現甩尾，并減弱過度轉向趨勢，從而穩定車輛。

1.2 被動安全技術

被動安全技術是減輕事故發生后對人體的傷害，如在車體內部采用側門防撞桿、安全玻璃、預緊式安全帶、智能安全氣囊、乘員頭頸保護系統等以減少對乘員的傷害。此外，人們越來越關注車外行人的安全保護，如有相對柔軟的車前部以及發動機與護罩問留有足夠的變形空間，以減輕碰撞傷害程度，甚至采用智能行人保護系統。下面介紹幾種新的被動安全技術。

（1）預緊式安全帶

預緊式安全帶也稱預縮式安全帶。這種安全帶的特點是當汽車發生碰撞事故的一瞬間，乘員尚未向前移動時它會首先拉緊織帶，立即將乘員緊緊地綁在桌椅上，然后，鎖住織帶防止乘員身體前傾，有效保護乘員的安全。

（2）智能安全氣囊

智能安全氣囊就是在普通安全氣囊的基礎上增加傳感器，以探測出座椅上的乘員是兒童還是成年人，他們系好的安全帶以及所處的位置是怎樣的高度。通過采集這些數據，由電子計算機軟件分析和處理控制安全氣囊的膨脹，使其發揮最佳作用，避免安全氣囊出現無必要的膨脹，從而極大地提高其安全作用。

（3）乘員頭頸保護系統

乘員頭頸保護系統一般設置于前排座椅。當轎車受到后部的撞擊時，頭部保護系統會迅速充氣膨脹起來，其整個背都會隨乘坐者一起后傾，乘坐者的整個背部和靠背安穩地貼近在一起，背靠則會后傾最大限度的降低頭部后甩的力量，座椅的椅背和頭枕向后水平移動，使身體的上部和頭部得到輕柔、均衡地支撐與保護，以減輕脊椎以及頸部所承受的沖擊力，并防止頭部甩向后所帶來的傷害。

（4）智能型人保護系統

智能型人保護系統簡稱IPPS，屬于行人主動保護系統，首先由傳感器檢測乘用車與行人發生碰撞，然后在由執行器引發保護措施，如抬高發動機罩。德國西門子公司IPPS的工作方式就是行人主動保護系統的工作原理。

2 汽車的節能技術

從技術上講，提高汽車的燃油經濟性，應該從提高發動機的燃油經濟性，降低整車運行阻力和完善發動機與汽車傳動系統的匹配三方面著手。這里重點簡介汽車輕量化技術（降低阻力）和發動機相關節能技術。

2.1 汽車輕量化技術

汽車質量的大小與汽車的能耗有著直接的關系。在相同情況下，轎車的質量的減輕，燃油消耗將減少，同時汽車的廢氣排放也有明顯降低。

由于汽車輕量化對節能的效果非常的明顯，因此國際各大汽車公司都在盡可能的情況下減輕車身質量，各種新型輕量化材料的開發與應用已成為汽車材料的應用研究熱點。

塑料及其復合材料是當前重要的汽車輕質材料，它不僅可減輕零部件約40%的質量，而且還可以使生產成本見底40%左右。

2.2 汽油缸內直噴技術

常規汽油機一般采用化油器或多點電噴方式在進氣道內形成均質混合氣。

目前，化油器已屬于淘汰產品了，汽油車絕大部分采用進氣道多點電噴汽油機，燃油與空氣按化學式計量比（理論空燃比）進行混合。其優點是安裝三效催化劑之后，尾聲中的CO、HC和NO等。轉化效率可以到達98%以上，能滿足嚴格的排放法規要求。但是，化學計量比混合氣燃燒的循環熱效率低，發動機燃油經濟性差。而采用缸內直噴技術，發動機在部分負荷可以實現稀薄分層混合氣燃燒，提高燃油利用率，降低油耗。當空燃比達到22以上時油耗可降低8%～10%。

2.3 汽油機渦輪增壓技術

對柴油機而言，渦輪增壓（turbocharging）技術已經得到普及應用，渦輪增壓的最大優點是它可在不增加發動機排量的基礎上，大幅度提高發動機的功率和轉矩。一臺發動機裝上渦輪增壓器后，其輸出的最大功率與未裝增壓器相比，可增加大約 40%甚至更多。此外，采用渦輪增壓和進氣中冷之后，還可以減少發動機有害物排放，并提高燃油經濟性。

但對汽油機來說，增壓后提高了缸內混合氣壓縮和燃燒的溫度和壓力，增加了燃燒室受熱零件的熱負荷，很容易產生爆燃（knocking），即燃燒室末端未燃混合氣壓縮自然著火產生激波高頻振蕩，從而使發動機的機械性能、潤滑性能受到影響。因此，汽油機安裝渦輪增壓器必須要避免爆燃。此外，汽油機的轉速比柴油機高，空氣流量變化大，很容易造成渦輪增壓器反應滯后。針對汽油機使用渦輪增壓出現的一系問題，通過采用進氣中冷器（intercooler）來降低進氣溫度并依據爆震傳感器調整點火時刻，是汽油機也能用上廢氣渦輪增壓器。

2.4 發動機可變氣門正時技術

傳統發動機的配氣相位和升程是固定的，不能使各種工況下都得到最佳的配氣正時，只能獲得各種工況下的折中。可變氣正時（Variable Valve Timing，簡稱VVT）技術，根據燃油經濟性、動力性和排放控制的要求對不同的工況采用不同的汽油相位的氣門相位和升程，以達到配氣系統的優化，提高發動機性能。VVT技術可分為3種：可變相位（phase）技術、可變升程（lift）技術以及可變相位和升程技術。代表性的VVT技術是本田公司的VTEC、豐田公司的VVT—i、保時捷公司的VarioCam和寶馬公司的V ANOS。

2.5 柴油機高壓共軌電子控制燃油噴射技術

柴油機具有低速轉矩大、燃油經濟性好和CO2排放低等突出優點，因此各國汽車越來越多地采用柴油機。以往柴油機多用在中、重型商用車上，但近年來，乘用車也越來越多地采用柴油機，通過增壓和中冷，柴油機升功率已接近汽油機水平，且中，低轉速矩明顯優于汽油機。但傳統的柴油機存在著振動噪聲大、NOx和PM排放高等問題，其解決辦法之一是采用電控燃油噴射技術。

第一代柴油機電控噴射系統也稱位置控制系統，用電子伺服機構代替調速器控制供油滑套的位置以實現供油量的調整，如電控直列泵、分配泵等。第二代系統也稱時間控制系統，其特點是供油仍維持傳統的脈動式柱塞泵供油方式，但油量和定時的調節則有電腦控制的強力快速響應電磁閥的開閉時刻所決定，如泵油嘴（UIS）、單體泵（UPS）等。第三代也稱為直接數控系統，它完全脫開了傳統的油泵分缸燃油供應方式，通過對高壓共軌壓力和噴油壓力/時間的綜合控制，實現各種復雜的供油規律和特性，如高壓共軌（common rail）系統。高壓共軌電子控制燃油系統是柴油機燃油噴射系統的未來發展方向之一。

3 替代能源和智能汽車的應用和發展，汽車的環保技術

我國從20世紀80年代開始，在當時國家科委等部門組織領導下，許多高等院校、研究部門及工廠企業先后進行了甲醇、乙醇、生物燃料及氫氣等清潔燃燒的試驗研究，局部地區還組織車隊進行醇燃料及汽油等混合燃料的使用實驗，稍后又進行了石油氣、天然氣的實驗研究及示范使用。

為了實現汽車零排放的目的，也積極研究開發電動汽車。當前，以醇燃料及天然氣、油氣為燃料的汽車已在一些國家使用、改進及推廣。少數國家也在部分使用電動汽車，以便積累經驗，研究改進。氫及生物燃料汽車尚在試驗研究中。

3.1 對清潔燃油的要求及基本比較

能成為商品化、汽車用的清潔燃料需滿足以下要求。

（1）資源豐富，價格適宜。在汽油、柴油供給還充裕的情況下，在汽車初始價格、汽車性能、燃料成本、使用維修費用等綜合經濟效益方面，能與汽油、柴油競爭。

（2）清潔燃料汽車的排放在整體上比汽油機及柴油機的排放低，或者有進一步降低的可能，能滿足日益嚴格的排放法規的要求。

（3）用戶能方便地獲得燃料，變動不大就能使用現在供油網點，或者建設加油站、零配件的供應及維修等基礎設施的技資規模是可行的。

（4）能滿足車輛啟動、行駛及加速性能等方面的要求。

（5）能量密度較高，儲存運輸較方便，毒性及安全防火方面的性質是能接受的。

（6）設計、生產及使用該種清潔燃料汽車的技術比較成熟，汽車的工作可靠性及使用壽命良好。

（7）現在汽車及相關零部件生產廠家能夠適應在改動生產線及投資方面的要求。要能全面地、良好地滿足上述要求是困難的，然而基本上滿足上述要求，并有進一步改善、提高的可能性確實可以實現的。

幾種汽車清潔燃料及電動汽車的基本比較列表如下：

表1 汽車清潔燃料及電動汽車的基本比較

3.2 清潔燃料汽車的性能

汽車的性能首先決定于發動機動力的性能。醇燃料與汽油的理論空燃比混合氣熱值近，醇燃料的氣化熱高，有內冷及提高容積效率的作用。醇燃料有燃料迅速及時，火焰的亮度及燃燒溫度較低，排放也較低，輻射熱、排放及冷卻水的熱損失少等優點，使用純醇M100及E100發動機的性能比原汽油機高。醇燃料發動機的性能明顯地優于原汽油機，在汽車傳動系統設計合理的情況下，醇燃料汽車的主要性能優于原汽油汽車，比能耗也較低。

另外，汽車的性能還決定于發動機的油耗比。比較試驗結果如下表中所列，純醇M100及E100發動機的最小燃油耗都比原汽油機高；但是從經濟性角度來看，純醇M100及E100發動機的最小當量汽油耗都比原汽油汽車低，所以清潔燃料汽車的經濟性也比較好。

縱觀世界汽車的技術更新和發展趨勢，汽車發動機技術正以優異的性能，更好的經濟性和動力性為方向得到日益廣泛的重視和發展。汽車底盤技術更注重安全、舒適、穩定的趨勢發展。將來汽車的安全性、環保性與節能性將成為汽車發展的方向。

[1]李春明.現在汽車底盤技術[M].北京理工大學出版社,2006.

[2]刁維芹,侯文勝.汽車發動機電控系統[M].機械工業出版社,2009.

[3]丁鳴朝.汽車發動機構造與維修[M].電子工業出版社,2009.