汽车新技术

汽车新技术--------------------------------------------------------------------------------发表日期：2010年2月4日本页面已被访问1582次一.丰田VVT-i系统近年生产的丰田轿车，大都装配有“VVT-i”字样的发动机，经过商业宣传，很多人已经知道VVT-i这一新名词。VVT是英文缩写，全称是“VariableValveTiming”，中文意思是”可变气门正时“。该系统主要控制进气门凸轮轴，又多了一个小尾巴“i”，就是英文“Intake”（进气）的代号。VVT-i系统由传感器、ECU（电子控制单元）和凸轮轴液压控制阀、控制器等部分组成。ECU储存了最佳气门正时参数值，曲轴位置传感器、进气岐管空气压力传感器、节气门位置传感器、水温传感器和凸轮位置传感器等反馈信息汇集到ECU并与预定参数值进行对比计算，计算出修正参数并发出指令到控制凸轮轴正时液压控制阀，控制阀根据ECU指令控制机油槽阀的位置，也就是改变液压流量，把提前、滞后、保持不变等信号指令选择输送至VVT-i控制器的不同油道上。VVT-i系统视控制器的安装部位不同分为两种，一种是安装在排气凸轮轴上的，称为叶片式VVT-i，丰田PREVIA（大霸王）安装此款；另一种是安装在进气凸轮轴上的，称之为螺旋槽式VVT-i，丰田雷克萨斯400、430等高级轿车安装此款。两者构造有些不一样，但作用是相同的。现在，先进的发动机都有“发动机控制模块”（ECM），统管点火、燃油喷射、排放控制、故障检测等。丰田VVT-i发动机的ECM在各种行驶工况下自动收寻一个对应发动机转速、排气量、节气门位置和冷却水温度的最佳气门正时，并控制凸轮轴正时液压控制阀，并通过各个传感器的信号来感知实际气门正时，然后再执行反馈控制，补偿系统误差，达到最佳气门正时的位置，从而能有效地提高汽车的功率与效能，尽量减少油耗和废气排放。二.VTEC系统本田汽车公司在1989年推出了自行研制的“可变气门配气相位和气门升程电子控制系统”，英文全称“VariableValveTimingandValveLifeElectronicControlSystem”，缩写就是“VTEC”，是世界上第一个能同时控制气门开启时间及升程等两种不同情况的气门控制系统。与普通发动机相比，VTEC发动机同样是每缸4气门（2进2排）、凸轮轴和摇臂等，不同的是凸轮与摇臂的数目及控制方法。整个VTEC系统由发动机主电脑（ECU）控制，ECU接收发动机传感器（包括转速、进气压力、车速、水温等）的参数并进行处理，输出相应的控制信号，通过电磁阀调节摇臂活塞液压系统，从而使发动机在不同的转速工况下由不同的凸轮控制，影响进气的开度和时间。VTEC系统已经有十余年的历史，面对日益严格的排放及动力行能要求，已有一点“力不从心”的感觉。例如VTEC系统的气门升程和正时的变换动作明显将发动机的状态划分为两个阶段，它们之间的转换不够平滑，在VTEC系统启动前后发动机的表现截然不同，连发出的声音也不一样。为了改善VTEC系统的性能，近年本田推出了i-VTEC系统。简单地说，i-VTEC系统是在现有系统的基础上，添加一个称为“可变正时控制”VTC（VariableTimingControl）,即一组进气门凸轮轴正时可变控制机构，通过ECU控制程序，控制进气门的开启关闭。它的原理是当发动机低转速时令每缸其中一只进气门关闭，让燃烧室内形成一道稀薄的混合气涡流，集结在火花塞周围点燃作功。发动机高转速时则在原有的基础上提高进气门的开度及时间，以获取最大的充气量。VTC（可变正时控制）令气门重叠时间更加精确，达到最佳的进、排气门重叠时间，并将发动机功率提高20%。由于发动机一启动后i-VTEC系统就进入状态，不论低转速或者高转速VTC都在工作，也消除了原来VTEC系统存在的缺陷。三.可变压缩比一般发动机的压缩比是不可变动的，因为燃烧室容积及气缸工作容积都是固定的参数，在设计中已经定好。不过，为了使得现代发动机能在各种变化的工况中发挥更好的效率，以变对变来改善发动机的运行性能。其中气门可变驱动技术早已实现，作为重要参数的压缩比也有人尝试有固定不变改为“随机应变”，但由于涉及压缩比必然要涉及整个发动机结构的改变，牵一而动百，难度很大，长期没有进展。现在这一难题已被瑞典绅宝工程师克服。近年绅宝（Saab）开发的SVC发动机来改变压缩比来控制发动机的燃油消耗量。它的核心技术就是在缸体与缸盖之间安装楔型滑块，缸体可沿滑块的斜面运动，使得然烧室与活塞顶部的相对位置发生变化，改变燃烧室的容积，从而改变压缩比。其压缩比范围可从8：1至14：1之间变化。在发动机小负荷时采用小压缩比节约燃油；在发动机大负荷时采用低压缩比，并辅以机械增压器以实现大功率和高转矩输出。四.电子油门我们知道，操纵节气门开度就能控制可燃混合气的流量，改变发动机的转速和功率，以适应汽车行驶的需要。传统发动机节气门操纵机构是通过拉索（软钢丝）或者拉杆，一端连接油门踏板（加速踏板），另一端连接而工作节气门连动板而工作。但这种传统油门应用范畴受到限制并缺乏精确性，在日新月异的汽车电子技术发展形势下，一种电子油门（EGAS）应运而生。与传统油门比较，电子油门明显的一点是可以用线束（导线）来代替拉索或者拉杆，在节气门那边装一只微型电动机，用电动机来驱动节气门开度。即所谓的“导线驾驶”，用导线代替了原来的机械传动机构。但这仅仅是电子油门表面的东西，它的实质和作用仅仅用连接代替方式来解析是远远不够的。电子油门控制系统主要由加速踏板、踏板位移传感器、ECU（电控单元）、数据总线、伺服电动机和节气门执行机构组成。位移传感器安装在加速踏板内部，随时监测加速踏板的位置。当监测到加素踏板高度位置有变化，会瞬间将此信息送往ECU（电控单元），ECU对该信息和其他系统传来的数据信息进行运算处理，计算出一个控制信号，通过线路送到伺服电动机继电器，伺服电动机驱动节气门执行机构，数据总线则负责系统ECU与其他ECU之间的通信。由于电子油门系统是通过ECU来调整节气门的，因此电子油门系统可以设置各种功能来改善驾驶的安全性和舒适性，，其中最常见的就是ASR（牵引力控制系统）和速度控制系统（巡航控制）。当ASR（牵引力控制系统）传感到车轮的旋转速度，ECU（电控单元）就根据加速踏板的位置、车轮速度和转向盘转向角度等之间的不同而求出滑动率，通过减少节气门开度来调整混合气流量，以降低发动机功率来达到控制目的。而ASR系统中，电子油门起到十分关键的作用，它涉及整个ASR（牵引力控制系统）系统中对车速控制、怠速控制等功能，使系统能迅速准确地执行指令。即当电子油门系统接受到ASR（牵引力控制系统）指令时，它对节气门控制指令只来自于ASR，这样就可以避免驾车者的误操作。。当驾车者使用速度控制系统时，车速传感器将车速信号输入ECU（电控单元），再由ECU输出指令给伺服电动机控制节气门开度。在这样的系统中，根据行驶阻力的变化由控制系统自动调节发动机节气门开度，使行驶车速保持稳定。因此电子油门系统也可以兼有巡航控制功能。在目前的电子燃油喷射发动机上，电子油门除了发挥上述功能外，它还可以进一步改善发动机的节油和排放功能。因此，电子油门可以发挥的作用是很多的。五.OBD（车载自动诊断系统）电子技术应用于发动机管理系统，除燃油喷射系统和点火功能等基本功能外，还有车载诊断（OBD）功能。OBD是英文On-BoardDiagnostics的缩写，中文翻译为“车载自动诊断系统”。OBD是一种自动诊断汽车的程序。当系统出现故障时，故障（MIL）灯或检查发动机（CheckEngine）警告灯亮，同时动力总成控制模块（PCM）将故障信息存入存储器，通过一定的程序可以将故障码从PCM（动力总成控制模块）中读出。根据故障码的提示，维修人员能迅速准确地确定故障的性质和部位，有针对性地去检查有关部位、元件和线路，将故障排除。从20世纪80年代起，美、日、欧等各大汽车制造企业开始在其生产的电喷汽车上配备OBD。初期的OBD对本身数据无法自检，使得维修后的汽车常常达不到原厂的技术要求。一种比OBD更先进的OBD-Ⅱ在20世纪90年代中期产生，它实行标准的检测程序，不必使用专用的特殊工具。美国汽车工程师协会（SAE）制定了一套标准规范，要求各汽车制造企业按照OBD-Ⅱ的标准提供统一的诊断模式，做到只要有一台仪器就可通过统一的插座对各种汽车进行检测。为此各大汽车制造企业改变了电控系统的许多方面，在20世纪90年代末期，进入北美市场的汽车都按照新标准设置车载诊断系统。。OBD-Ⅱ与以前的所有车载自动诊断系统不同之处在于有严格的排放针对性，其实质性能就是监测汽车排放。当汽车排放的HC、CO和Nox或燃油蒸发污染量超过设定的标准，包括发动机及其动力系统随机引起的HC排放量的上升、催化转化器的净化效率下降到限值之下、密封的燃油系统有空气泄漏、某个传感器或其他排放控制装置失效等等情况，MIL（故障）灯就会点亮报警。虽然OBD-Ⅱ对监测汽车排放十分有效，但当MIL（故障）灯亮时驾驶员会否接受警告，则又是另一回事。为此，一种比OBD-Ⅱ更先进的OBD-Ⅲ产生了。OBD-Ⅲ主要目的是使汽车的检测、维护和管理合为一体，以满足环境保护的要求。GPS导航系统或无线电通信方式将车辆的身份代码、故障码及所在位置等信息自动通告管理部门，管理部门根据该车辆排放问题的等级对其发出指令，包括去哪里修理的建议，解决排放问题的时限等，还可以对超出时限的违规者的车辆发出禁行指令。汽车新技术二近年电子技术在底盘控制系统的应用愈来愈普遍，电子系统的价值/成本预料上升至占整车的15%左右。在本文的第二部分将介绍汽车主动安全性产品和技术的主要发展趋势，包括自动行驶、碰撞报警和碰撞避免系统的功能及特点。主动安全系统的发展和市场趋势自动行驶(ACC)、碰撞报警和碰撞避免系统在内的汽车主动安全性产品和技术的市场发展趋势，主要来源於以下三方面：-消费者对汽车安全性的要求。目前，公众对汽车事故的发生愈来愈关心和重视，对汽车安全性的要求提高，普遍存在要求降低汽车事故和增强汽车安全性的呼声。根据SAE在2002年底的一份调查，65%的人认为汽车安全性技术是对顾客最重要的电子技术；根据最近TRW在200374%?-最新安全法规的制定。为了减少汽车事故发生，很多国家已经制定了各种法规，对汽车的安全性作出了具体的要求，如安装ABS、汽车侧翻、轮胎气压监测等。这些新出台的法规对推动汽车安全性产品和技术的市场化往往具有决定性的作用；-有些新技术的应用使驾驶员分心。现代电子技术使汽车愈来愈豪华舒适，车子象办公室，人们在车上一面开车一面打电话的情景时时都能看到，有的车内带有传真机和现代导航系统，甚至在车内可以看电影和上网。不可否认，这些条件给人们的日常生活和工作带来不少方便，但好事往往会根据美国国家公路交通安全署(NHTSA)的统计，交通事故的发生情况总体上可以分五大类，如图1所示。由图1可见，在交通事故中，很大比例的事故是由汽车之间的碰撞造成，所以开发使用能够帮助驾驶员降低或避免这种汽车事故的技术产品显得十分重要。事实证明，早期的报警会大大降低事故的发生。碰撞报警/避免系统的研发早在50年代已经开始，但由於受制於电子和雷达技术的成本和功能等原因，开发生产经济实用的产品比较困难。然而，随着当前电子技术的迅速发展，得到价格便宜性能很强的电控元件和传感设备已不是困难的事情。所以，近年在这方面的发展十分迅速。从汽车应自动行驶、碰撞报警和避免系统的基本功能自动行驶、碰撞报警和碰撞避免系统均属於汽车主动安全性系统，又称作驾驶员辅助系统。自动行驶系统、碰撞报警和碰撞避免系统的开发应用，主要目的是为了减少车与车之间碰撞而引发的事故。不可否认，这种安全性系统的产生，其另外一大目的也是为了帮助减轻驾驶员的紧张和疲劳，提高驾驶的舒适性。当然，这反过来也有助降低汽车事故的发生。研究表明，装备这些系统的车辆，因碰撞造成的事故可以减