車輛工程汽車新技術(shù)論文

第第一頁關(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)，無人駕駛汽車一：汽車發(fā)動機新技術(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：壓縮點燃式燃燒概念（用于柴油機）與火花點燃式燃燒概念（用于汽油機）相比，最大的特點在于所使用的燃油特性不同，由此造成兩者在以下各個方面都有差別，如燃料引燃方式，空燃比，壓縮比，燃油經(jīng)濟性，有害物排放等。出于人類對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，人們對高效能、低污染的動力源的需求與日俱增。傳統(tǒng)的汽油機屬于預(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。與汽油機相比，柴油機具有較高的熱效率和優(yōu)越的燃油經(jīng)濟性，但是，傳統(tǒng)柴油機的燃燒是燃料噴霧的擴散燃燒，依靠發(fā)動機活塞壓縮到接近終點時的高溫使混合器自然點火。由于噴霧與空氣的混合時間很短，燃料與空氣混合得嚴重不均勻，混合氣分為高溫過濃區(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)燃機燃燒概念，既不同于柴油機（非HCCI），又不同于汽油機（均質(zhì)充量火花點燃），是一種火花點燃式和壓縮點燃式發(fā)動機概念的混合體。均質(zhì)壓燃式(HCCI)燃燒方式是目前內(nèi)燃機燃燒領(lǐng)域的研究熱點。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燃燒方式可以同時降低柴油機的NOx和碳煙排放，井提高柴油機的循環(huán)熱效率。HCCI發(fā)動機機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，高負荷時功率輸出不足。“雙模式”HCCI發(fā)動機是解決上述問題的有效途徑，并成為近期HCCI發(fā)動機研究中的熱點。HCCI發(fā)動機燃燒為稀薄燃燒，采用均質(zhì)壓縮多點著火，是一種從優(yōu)化燃燒的角度來降低NOx和碳煙排放的新燃燒理論和技術(shù)。其燃燒模式是在進氣和壓縮過程形成均質(zhì)混合氣，當(dāng)活塞壓縮到上止點附近時，均質(zhì)混合氣自然點火。從HCCI燃燒方式看，HCCI發(fā)動機可以同時綜合火花點火發(fā)動機（SI）和直接噴射壓縮點火發(fā)動機（DI）的優(yōu)點，同時避免他們的缺陷，即HCCI燃燒可以同時實現(xiàn)降低排放和達到高熱效率的目的。這與傳統(tǒng)控制排放方法相比，實現(xiàn)了很大的進步。1.3）均質(zhì)充量壓縮燃燒（HCCI）技術(shù)特點環(huán)，加強渦流和降低壓縮比等措施來實現(xiàn)點火延遲。1.5）HCCI商業(yè)化面臨的技術(shù)問題（1）發(fā)動機冷啟動困難（2）廢氣控制系統(tǒng)的研究（3）拓寬HCCI運行工況范圍（4）控制點火時刻和燃燒率（5）研發(fā)快速反應(yīng)控制系統(tǒng)來解決不同工況下的動態(tài)響應(yīng)靈敏度二、汽車傳動系統(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)了帶手動功能的步進式自動變速器，但在大眾化量產(chǎn)車中，自動變速器和運動性駕駛在人們的頭腦中并無必然聯(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)變速器和自動變速器之間并綜合了兩者各自優(yōu)點的變速器，讓車主們感到欣喜。雙離合變速器技術(shù)是變速器領(lǐng)域的最重要創(chuàng)新之一，而對于新能源車來說，雙離合變速器技術(shù)還有著更加深遠的意義。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變速器中實現(xiàn)了兩個手動變速器的功能。在使用標準換擋桿換擋的汽車中，如果駕駛員要從一個擋位換到另一個擋位，他先要踩下離合器踏板。此動作可以操作一個離合器，使發(fā)動機與變速器斷開連接，中斷輸送到變速器的動力。然后，駕駛員使用換擋桿選擇新的擋位，這個過程涉及到將齒形聯(lián)軸器從一個齒輪移動到另一個不同大小的齒輪。稱為“同步器”的設(shè)備會讓齒輪在結(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)動機重新連接到變速器，并將動力傳送給車輪。由此可見，在傳統(tǒng)的手動變速器中，從發(fā)動機到車輪沒有連續(xù)的動力輸出。在換擋的過程中，動力傳送將從“有”到“無”再到“有”進行變化，這樣就會導(dǎo)致“換擋沖擊”或“扭矩中斷”現(xiàn)象。對比之下，雙離合器變速器使用兩個離合器，但沒有離合器踏板。先進的電子系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)像控制標準自動變速器那樣對離合器進行控制。但在雙離合器變速器中，各離合器單獨運轉(zhuǎn)。一個離合器控制奇數(shù)擋（一擋、三擋、五擋和倒擋），另一個離合器控制偶數(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)動機到變速器的動力傳送就可以換擋。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部分轉(zhuǎn)動慣量小、結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)整方便、分離徹底、轉(zhuǎn)矩過載保護、效率高、成本較低、不需要助動力等優(yōu)點。干式離合器通過壓板和飛輪吸收較大熱量對滑磨產(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間內(nèi)結(jié)合，這樣滑磨時間短、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。由于它用液壓油強制冷卻，允許起步時較長時間地打滑，高檔起步而不會燒損襯面，其壽命可達干式離合器的5倍～6倍，廣泛用于自動變速器的離合器上。但處于分離狀態(tài)中的多片式離合器的主、從動摩擦片之間因潤滑油相互滑轉(zhuǎn)，產(chǎn)生較大的摩擦阻力，使變速器的傳動效率相應(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程中存在兩個離合器扭矩傳遞的重疊階段，因此對換擋過程離合器的控制有較高要求（1）起步控制車輛起步時，可以有兩種起步控制策略；第一種：仿照AMT的起步控制策略，起步時車輛自動掛1檔，即只有離合器1參加起步。第二種：為使兩個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進入滑摩狀態(tài)，共同承擔(dān)起步力矩實現(xiàn)車輛起步。（2）升降擋控制如圖4所示，升擋時（以l擋換2擋為例）控制過程為離合器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，離臺器與發(fā)動機沒有相對滑轉(zhuǎn)。換擋時，離合器1被切斷供油并開始逐漸卸壓分離。同時，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)過一段滑磨過程，且有工作重疊部分，則不會切斷動力，實現(xiàn)了動力換擋。降擋過程與升擋過程原理相同。（3）跳檔控制變速器升檔一般是一檔一檔地進行的，而降檔則可能會跳躍地降檔，雙離合自動變速器在手動控制模式下也可以進行跳躍降檔。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，變速器就會從6檔直接降降3檔。但是從6檔降到2檔時，由于6擋齒輪和2擋齒輪處在同一輸出軸上，則變速器會先降到5檔，再從5檔直接降到2檔。即跳躍降檔時，起始檔位和最終檔位是屬于同一離合器控制的，則會通過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（1）換擋快。雙離合變速器的換擋時間非常短，比手動變速箱的速度還要快，只有0.2秒不到。（2）省油。雙離合變速器因為消除了扭矩的中斷，也就是讓發(fā)動機的動力一直在利用，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)行星齒輪式自動變速箱更利于提升燃油經(jīng)濟性，油耗大約能夠降低15%。（3）舒適性。因為換擋速度快，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的地步。（4）在換擋過程中，幾乎沒有扭矩損失。（5）當(dāng)高擋齒輪已處于預(yù)備狀態(tài)時，升擋速度極快，達到驚人的8毫秒。（6）無論油門或者運轉(zhuǎn)模式處于何種狀況，換擋時間至少能達到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，耗時約為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：無人駕駛汽車1.1）無人駕駛汽車概述國外科學(xué)研究表明，每個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95%。我國道路交通事故的統(tǒng)計也表明，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所公認。如果要從根本上解決這一問題，就需要將“人”從交通控制系統(tǒng)中請出來，從而提高安全性。由于無人駕駛電動車不需要司機，系統(tǒng)效率也隨之提高。無人駕駛汽車就是這種新型控制方法的核心，而車輛安全則是無人駕駛汽車成敗的關(guān)鍵。1.2）無人駕駛汽車的發(fā)展無人駕駛汽車是新能源汽車與計算機系統(tǒng)相結(jié)合的一個輪式機器人，也是一個衡量國家科研實力和工業(yè)水平的一個重要標志，成為各國白熱化角逐的一個領(lǐng)域。發(fā)達國家從20世紀70年代開始進行無人駕駛汽車研究，美國是世界上研究無人駕駛汽車最早、水平最高的國家之一。而Google無人駕駛汽車無疑是這塊領(lǐng)域的佼佼者，通過了大量的實驗大量的數(shù)據(jù)提高無人駕駛汽車的安全性與實用性。與國外相比，國內(nèi)的無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的成績。例如，由國防科技大學(xué)自主研制的紅旗HQ3無人車，2011年首次完成了從長沙到武漢286公里的高速全程無人駕駛試驗，創(chuàng)造了我國自主研制的無人駕駛的新紀錄。1.3）無人駕駛電動汽車的組成和基本原理無人駕駛電動汽車系統(tǒng)主要由傳感器系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和執(zhí)行機構(gòu)組成。理想化實現(xiàn)無人駕駛汽車的主要技術(shù)有兩種途徑：一、采用磁傳感器來檢測路徑，但需在地面下預(yù)埋磁針，對路面重新改造，對路面有破壞性。二、采用CCD攝像頭作為傳感器來檢測路徑，而CCD攝像頭價格較高，并且需要對采集到的圖像實時處理，對系統(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)的自動導(dǎo)航系統(tǒng)，其根據(jù)光電傳感器測得的反射光強的信號來自動辨別行駛路徑，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)簡單、安裝方便、對道路無損害、價格低廉等特點。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)行機構(gòu)主要由輪轂電機、線控轉(zhuǎn)向、電控液壓制動等系統(tǒng)組成。導(dǎo)航系統(tǒng)導(dǎo)航系統(tǒng)自動檢測汽車相對于預(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)橫向偏差來計算轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所需轉(zhuǎn)角，獲取汽車的預(yù)瞄信息，對車輛的狀態(tài)進行自動控制，使汽車按預(yù)定工況行駛?？刂葡到y(tǒng)相當(dāng)于一個“駕駛員”模型，對信息感知、綜合、判斷、推理、決斷，使執(zhí)行機構(gòu)產(chǎn)生相應(yīng)正確的響應(yīng)。控制系統(tǒng)成為當(dāng)前國內(nèi)外學(xué)者研究的一個熱點問題，綜合人工智能，計算機技術(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)行裝置分為三個部分，分別是驅(qū)動系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和制動系統(tǒng)。驅(qū)動裝置為4個電機，采用線控轉(zhuǎn)向，和電控液壓制動。1.4）無人駕駛汽車的發(fā)展方向無人駕駛汽車，必須形成一個完備的“駕駛員”模型，自動適應(yīng)各種不同工況。可以歸納為3個方面：高速公路環(huán)境、城市環(huán)境和特殊