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维参与昴 第5期

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《小星》是一篇颇能引起人共鸣的作品,我们固然没有胡适先生那么一针见血的欣赏水平,遂断章取义地拿来博大家一默而已

其实汽车上任何一项技术单独拿出来都成不了方圆,但它们每一项都如同一颗小星,汇聚多了便成为我们今天看到的现代汽车工业产品。它们从不抱怨命运,虽然彼此命运各不相同,但大家目标却只有一个:创造更舒适、更安全的汽车产品。

汽车工业,特别是中国汽车工业在最近十年有了长足发展,很多之前被看做是“高科技”的产物越来越快、越来越多地走到了我们身边。我们没有限定严格的时间节点,也没有争取做得“大而全”,我们只想以广泛应用为背景,和大家回顾分享一下富有代表性的汽车技术在我们生活中留下的印记。并以此激励和鼓舞后人,特别是有志投身汽车行业的年轻人,为中国民族汽车工业奉献他们无与伦比的智慧和创造力。

如果下一个十年后我们还做这样的盘点,我希望我们选定的技术中有不止一项是中国人首先应用在汽车中的。我甚至可以想象,那个时候我的文字将是多么豪迈、铿锵而且掷地有声。

汽油直喷技术

与之前的进气歧管混合最大的区别在于将燃油直接喷入汽缸,由于汽缸内的压力很大,这就意味着燃油喷射系统需要更大的压力来应对。

高压喷油系统主要由发动机控制模块、高压油轨、高压油泵和喷油嘴四部分组成,另外,系统中还有不少传感器和阀体来帮助正常运行。除了发动机控制模块之外,高压油泵和油轨是比较关键的部件,分别负责给燃油加压和平衡各喷油嘴压力。

待压力稳定后,燃油便可通过喷油嘴喷入汽缸,喷射量和喷射时间由喷油嘴中的电磁阀控制,这需要很高的控制精度。由于喷射环境的改变,对喷油嘴的可靠性也提出了新的要求。

目前,国外生产厂商除了对发动机控制模块的技术把持之外,对汽油直喷系统的关键部件,例如高压油泵也在其技术控制范围内。这类部件对加工精度和可靠性要求很高,目前国内还没有特别有竞争力的生产厂商。即使很多自主品牌推出了自己的汽油直喷发动机,使用的此类部件仍是国外厂商的产品。

直喷发动机更加高效、经济、环保,这一点相信各大汽车厂商宣传的比我们要多很多,同时我们也看到市场上销售的车型越来越多的在使用此类型发动机,尤为可喜的是很多经济型车也在越来越多的搭载直喷发动机,让更多人能体验直喷技术带来的便利。

视觉辅助技术

我想再次说明一下,我们选取的只是具有代表性的技术,主要目的是和大家交流。并不是所有属于这个范畴的技术都会出现,话说回来,即使我们想,恐怕以我们的水平也做不到,汽车技术领域如此浩瀚,我们最多只能乘一叶小舟漂在海面上,至于更深层次的东西,只能拜托开潜水艇的人了。

平视显示系统

平视显示系统是现代航空普遍应用的技术,主要目的是降低飞行员低头查看仪表的频率,避免注意力中断以及丧失状态意识。平视显示系统的原理其实很简单,就是利用光学反射,将处理好的信息以图形或文字的形式经过两次反射投影到与驾驶者眼睛大概水平的位置,而焦距被设定成了无限远,当驾驶者透过挡风玻璃往前看的时候,很容易把显示的信息和外界的景象融为一体,从而始终保持抬头的姿态,减少低头与抬头过程中被忽略的外界环境变化以及不断调整眼睛焦距所产生的不适。

2001年,通用汽车第一次把它用在了汽车领域,将旗下的雪佛兰考维特装上了平视显示器。在随后的2003年,BMW在5系和6系的样车上也使用了这项技术。虽然Volvo在去年才跟上节奏,但是他们在投影里加上了重要的警示信息。

夜视系统

目前车载的夜视系统也是军用产品的移植,大家在电影中也时常看到,夜视仪是现代战争中不可缺少的夜战装备之一。

红外线夜视仪分为主动式红外线夜视仪和被动式红外线夜视仪两种:主动式红外线夜视仪用红外发射器照射目标,接收反射的红外辐射形成图像;被动式红外线夜视仪不发射红外线,依靠目标自身的红外辐射形成像,也叫热像仪。

这两种技术分别出现在奔驰和BMW两大品牌的车型中。奔驰使用的是主动型,成像清晰度比较高,但要配合大灯使用,且探测距离会受到限制;BMW的夜视系统为被动式,虽成像不如奔驰清晰,但探测范围更大,并可全天候使用。

技术上各有长短,不过原理相同,属目前车载夜视系统的主流。

盲区提醒系统

此种技术使用比较有心得的是沃尔沃,他们在系统中使用的是摄像头。位于外后视镜下的摄像头会对外侧宽3米、长9.5米的范围进行连续图像监控,当有物体接近(大于10km/h),同时与本车速度差又在监控范围内的话,A柱上的警示灯便会亮起,以提示驾驶者注意。

奥迪也算是使用这个系统的先驱,不过他们用的是雷达。当本车速度大于系统规定值,系统便会启动。雷达负责监测车后50米范围内的物体,有了就会亮灯,但如果这时驾驶者仍选择占用此物体的所在线路,警示灯就会闪烁,意为危险加剧。更确切的说这是一套并线辅助系统。

以前这些“高级货”似乎只能在一些高端车上见到,但最近这个“端”越来越便宜了,从几百万降到了几十万,这是技术进步的最好佐证。

操作辅助技术

自适应巡航系统

此系统我们曾在《科技》(2010年第22期)栏目中有过详细介绍,在这里对其功能性就不赘述了。此系统在提高行车安全的同时可以解放驾驶者的双脚,降低驾驶劳动强度。目前大多数的自适应巡航系统可以做到一定速度范围内的加速、减速(与前车保持设定距离),即便有的系统可以与前车保持设定距离并刹停(一定条件下),但在前车重新起动后,系统并不能重新跟上。所以这个系统将来的发展空间还非常大,我们也会继续关注。

自动泊车

目前市场上车辆装配的自动泊车系统一般都是以微波传感器,也就是毫米波雷达为基础的,辅以转向电机,便可完成自动泊车的过程了。要停车首先要探测到车位,这就是雷达的工作,当然,实际过程中它们还要控制前后左右的距离。

自动泊车系统往往对车位大小有所要求,一般要超出车身长度至少1.2米以上,否则将不予理睬。大多数系统也只管侧停,至于垂直停车入位,还要升级系统。

航道偏离预警

也可以叫车道保持系统,如果说自适应巡航系统控制的是车辆纵向的话,那么这个系统就负责横向。同样它也是自动泊车的一个延伸,没有转向辅助电机的车型只能提醒驾驶者偏离航道,但无法自动修正。

系统也是通过摄像装置来识别公路上所画航线,经分析比较后得出目前车辆是否偏离航线。如果偏离,系统会通过一种既定方式提醒驾驶者,进而通过转向辅助电机进行主动干预,使车辆回到正确航线。当然,这是在驾驶者没有给出需要并线指示(例如转向灯)的前提下进行的。

这些技术正在越来越多的走进家庭,事实上我们认为,它们的定位本身就在家用轿车,为大众所有是它们的本分。

安全气囊

机动车安装安全气囊现在已经有法可依了,事实证明它也确实避免了很多驾乘人员的伤亡。近几年安全气囊在车辆上的装配更是花样翻新,对驾乘人员的保护更加细致全面。

最近参加安全技术论坛,不少公司拿出了新的安全气囊产品。例如配合主气囊使用的安全带气囊,可以避免骨质疏松的年长驾乘者由于安全带紧固造成的伤害。还有专门为保护行人设计的在挡风玻璃外部弹出的气囊,可以避免行人由于撞击弹起后落到挡风玻璃上造成的二次伤害。

对安全气囊的工作原理大家都已经熟知,而且大多数购车者都会在决定买车时将其作为一个非常重要的被动安全标准进行考虑,但您知道如何正确使用安全气囊吗?

实验证明身体任何部位在离气囊少于25厘米的范围内都会受到碰撞时气囊爆炸的伤害,尤其对于驾驶者来说,面部和胸部均属高危。所以我们再次呼吁:除了保持正确的驾驶姿势之外,驾驶过程中一定要系好安全带,否则安全气囊带来的将不是保护,它将成为一个不折不扣的定时炸弹。

发动机增压技术

涡轮增压

废气涡轮增压器由两个流体机组成,涡轮和压气机。它们同轴安装,涡轮利用废气的能量驱动压气机,从而压缩新鲜空气进入汽缸。这个过程可以看成是通过流体能量传递方式实现的涡轮增压器与发动机的能量耦合。

大家知道涡轮增压技术最早也不是用在汽车上的,而这个技术真正疯狂是在上个世纪的赛车运动当中。同等排量下,涡轮增压带来了前所未有的功率和扭矩,我们认为这也是涡轮增压发动机近几年在中国市场风靡的最主要原因。

我们无法预见未来涡轮增压技术还能创造出什么样的奇迹,但是目前它仍旧是很多改装狂人压榨发动机功率的主流手段,只因为它真的很有效。

机械增压

我们通常见到的大排量发动机应该使用的都是离心式机械增压器。说到离心式,大家很快就会想到涡轮增压器,没错,离心式机械增压器的主要结构和涡轮增压器非常相似,只不过由机械驱动罢了。但是这种增压器需要很高的圆周速度来维持压力输出,单凭发动机的转速是远远不够的,至少还需要一个15:1 的的增速单极行星齿轮来实施驱动。除此之外,要想在发动机的转速范围内得到近乎恒定的压力,还需要变速器来改变转速。由于相应的技术难度和布置空间要求,使这种机械增压器的使用范围仅限于大排量的高性能车。

另一种比较受中、小排量发动机青睐的机械增压方式叫做容积式机械增压。这种增压方式又分很多不同的种类,但归根结底都是依靠改变气体所处容积来达到增压效果的。虽然其不能提供很高的增压压力,可其它优点却很多:首先是不需要很高的圆周转速,曲轴连上皮带就搞定了,有的会在中间加装一个电磁离合器,在需要时再啮合。容积式增压器同样需要一定的空间布置,但较之离心式增压器,它所需要的空间尚可被小排量发动机接受。

电子稳定程序

此技术有很多种英文缩写,但作用方式是相同的。功能越强大的系统对车辆的控制就越精细、越自然、越安全,同时给驾驶者更多驾驶乐趣。它也越来越成为中国汽车消费者对车辆主动安全的评判标准,从而左右购车决定。

电子稳定程序的最大作用是有效提高了主动驾驶的安全性:提供给驾驶者一种主动的支持,特别是在临界的动态状况下。

在物理极限下对车辆的运动状况进行控制要涉及到非常复杂的运动参数,车辆理想状态与实际表现之间存在着差异,为了让实际表现更加接近理论表现,需要对车轮进行有效控制。

为了使实际表现更加接近理论表现,对车轮的控制就需要下一级的执行器来完成。这个任务主要是由防抱死制动系统和牵引力控制系统的执行器完成的。

车辆在圆轨道上做稳定行驶过程中,转向角、车速和横摆角速度之间的关系会被用作分析车辆稳定运动的基础依据。由于车辆的旋转是由横摆力矩所引发的,所以主动控制后轮侧偏角来间接调整车辆侧向运动是比较好的方法。

要想精确的控制车轮的侧滑,就必须对这个滑动量进行准确计算。在防抱死刹车系统工作过程中的车轮转速是一个重要的参考变量,事实上,ABS工作的时候每个车轮都处于制动力不足的情况下,这就意味着车轮在一瞬间处于零滑动状态(自由滚动),而ESP需要的正是这一瞬间的车轮速度值。

发动机阻力矩控制是针对于驱动轮的。理想的制动力矩部分是由发动机设定的,如果不人为施加制动力,就将全部由发动机阻力矩充当。当然,这种控制是在发动机所允许的极限范围之内进行的。

牵引力控制系统名义上只对驱动轮的滑动进行干预,它分别以车轮的平均牵引-滑动值和一个制动-锁止力矩作为直接影响横摆力矩的参考变量。在紧急情况下,TCS模块会做出动作帮助车辆进行稳定控制:调节节气门所设定的发动机扭矩、利用延迟点火时间降低发动机的扭矩输出,再有需要的话,它还会延长燃油喷射的断油时间和决定断油缸数。

以上我们可以看出,防抱死刹车系统、发动机阻力矩控制和牵引力控制系统都被电子稳定程序系统当成了自己的一部分,这也决定了电子稳定程序对于车辆控制的全面能力。

双离合变速器

与电子稳定程序一样,它也有很多缩写,不过殊途同归,道理是一样的,重要的是都有两套离合器。

双离合变速器综合了手动变速器和自动变速器的优点,一个离合器控制单数挡位齿轮,另一个离合器则控制双数挡位齿轮,当变速箱挂入一挡时,二挡齿轮就已经啮合,等到换挡时机一到,第二离合器就与发动机输出轴结合而换入二挡,在此同时,由第一离合器所控制的三挡齿轮组也完成了啮合,等待下一个换挡时机的来临。

我们不如做个假设:假设一辆汽车有两套同样的离合器和变速箱同时服务于一台发动机,两套系统由驾驶员和副驾驶员各操作一套,配合工作。首先,驾驶员挂1挡起步行驶,这时副驾驶员也已经把自己的系统挂上了2挡,只是没有松开离合器。当驾驶员即将踩下离合器的时候,副驾驶员已经松开离合器踏板,2挡已经开始工作了,这就是说有一瞬间1挡和2挡是共同驱动车轮的,但只是一瞬间。驾驶员的挡位此时已换到了3挡进行准备了,如此继续。

混合动力技术

世界各地的排放标准都越来越严格,而人们对汽车性能的要求却越来越高,混合动力的出现很大程度上解决了这个问题。

我们的另一层意思是,混合动力目前在向两个方向发展,一种是为降低排放,另一种纯粹是为了提高动力输出。我们这里不点名,大家可以去想。

混合动力的形式多种多样,深度也是各不相同。大多数是内燃机与电机的动力混合,而且随着电池技术的不断发展,电机可以提供的功率和纯电动模式的续驶里程都在不断增加,大家也可以看到越来越多的纯电动汽车层出不穷。当然,还有内燃机和氢动力的混合,不过这种技术的成熟度还不太理想,没有油电混合技术这么容易推广。

目前买混合动力车大约是一种时尚,至少能显示自己不同于大多数人对环境和汽车的理解。我们的观点是,大家如果有能力,还是应该积极购买这类车型。只有量大了,混合动力的成本才会降下来,厂商才会有更大的投入发展此类技术。同样,价格降下来,才会有更多的人加入到环保的队伍当中来,保护我们赖以生存的大环境。

近一段时间我们欣喜的看到,不少汽车厂商推出的混合动力车型与其常规动力车型的价格相差无几,有的甚至完全一样。如果都是这样的话,买混合动力又省油又环保,还能享受国家补贴,何乐而不为呢?

智能交互系统

在中国汽车市场上,对智能交互系统的运作日本人已经走在了德国人前面,像G-Book、CARWINGS等都是日本货,而且经过一段时间的使用,已被不少中国车主所认可。

这个技术需要有一个团队提供支持,因为比较重要的一点是要提供人工服务。我们认为不久的将来除了厂商提供的服务商之外,很快就会有第三方服务商进入此领域分一杯羹。这是一个比较综合的项目,除了提供导航、实时路况,还有各种新闻,天气预报,股市信息,综合的娱乐信息,甚至很多在线游戏,把车变成移动信息站。也许更强大的交互系统还能影响你的心情,让你通过声音、动作,甚至是脑电波来控制车上的各种功能,扯得有点儿远了,但至少这在技术上并没有什么障碍。

德国人起步晚了,就得拿出更好的产品来取悦中国消费者,我们不如都拭目以待BMW ConnectedDrive能给我们带来什么惊喜。这里我们还是照例催促一下,我们中国自主的智能交互系统何时能出现在大家的视线里呢?

防爆轮胎系统

防爆轮胎不仅仅是一条轮胎,它是一个系统。它包括轮胎本身、特殊制造的轮毂和电子报警系统。一旦轮胎失压,系统第一个要做的是向驾驶者发出警报,告知驾驶者可能存在的危险,以便采取正确处理。

防爆轮胎有着加厚的胎壁,即使胎压为零仍然可以支撑汽车以限定时速行驶一段距离。事实上首先要保证轮胎在失压状态下不会弃轮毂而去,这时特殊的轮毂就起到了作用,轮毂上的凸起会阻止轮胎的不辞而别。其次,失压轮胎在以一定速度行驶过程中会产生大量热量,所以防爆轮胎所选择的橡胶材质必须非常耐热。

其实我们想说可以零压续驶的能力还在次要,大家知道,高速公路很多车毁人亡的事故是由突然爆胎引起的,而大多数驾驶者并不能在高速突然爆胎的情况下控制住车辆,所有后果可想而知。防爆轮胎最大的贡献在于避免了很多恶性事故,保护驾乘人员的生命安全。

还有一点,由于防爆轮胎即使无气压还具备基本的行驶能力,所以车上的电子安全系统如防抱死刹车、牵引力控制、动态稳定系统等还能百分之百发挥作用,这样就更能让人放心了。