现代汽车技术

1、现代汽车技术现代汽车技术 学习目标学习目标 1.了解汽车发动机方面的现代技术 2.了解汽车安全方面的现代技术 3.了解汽车智能方面的现代技术 4.熟悉新能源汽车的类型及其特点 现代汽车技术主要以电子控制为基础，目前向着安全、环保、节能、轻松舒适、防盗、智能的方向发展，尤其以轿车最为突出。其中有些技术已经普及，成为了汽车的标准配置；有些只应用方与少数高级轿车；有些还处于试验阶段。各汽车厂家为了强调汽车技术的先进性或高配置性，往往把该技术的英文缩写字母标在汽车上，如ESP、ASR、VVT、VTEC等。项目一 汽车发动机技术的发展 一、缸内直喷技术 二、涡轮增压技术 三、共轨燃油喷射系统 四、可变气

2、门正时技术缸内直喷技术1.概念简述 缸内直喷又称FSI(Fuel Stratified Injection)，即燃料分层喷射技术，代表着传统汽油引擎的一个发展方向。传统的汽油发动机是通过电脑采集凸轮位置以及发动机各相关工况从而控制喷油嘴将汽油喷入进气歧管。但由于喷油嘴离燃烧室有一定的距离，汽油同空气的混合情况受进气气流和气门开关的影响较大，并且微小的油颗粒会吸附在管道壁上，所以希望喷油嘴能够直接将燃油喷入汽缸。在2000年到2013年各汽车厂商采用的发动机科技中，最炙手可热的技术非缸内直喷莫属。这套由柴油发动机衍生而来的科技目前已经大量使用在包含大众（含奥迪）、宝马、梅赛德斯-奔驰、通用以及丰

3、田车系上。 各厂商缸内直喷技术英文缩写：大众：TSI（其中T代表涡轮增压）、奥迪：FSI、梅赛德斯-奔驰：CGI、宝马：GDI、通用：SIDI、福特：GDI、比亚迪：TI。2.工作原理图1,直喷原理示意图 这一技术是用来改善传统汽油发动机供油方式的不足而研制的缸内直极为环保的大众1.4TSI发动机接喷射技术，先进的直喷式汽油发动机采用类似于柴油发动机的供油技术，通过一个活塞泵提供所需的100bar以上的压力，将汽油提供给位于汽缸内的电磁喷射器。然后通过电脑控制喷射器将燃料在最恰当的时间直接注入燃烧室，其控制的精确度接近毫秒，其关键是考虑喷射器的安装，必须在汽缸上部留给其一定的空间。由于汽缸顶部

4、已经布置了火花塞和多个气门，已经相当紧凑，所以将其布置在靠近进气门侧。由于喷射器的加入导致了对设计和制造的要求都相当的高，如果布置不合理、制造精度达不到要求导致刚度不足甚至漏气只能得不偿失。另外FSI引擎对燃油品质的要求也比较高，目前国内的油品状况可能很难达到FSI引擎的要求，所以部分装配了FSI的进口高尔夫出现了发动机的水土不服。 此外，FSI技术采用了两种不同的注油模式，即分层注油和均匀注油模式。 发动机低速或中速运转时采用分层注油模式。此时节气门为半开状态，空气由进气管进入汽缸撞在活塞顶部，由于活塞顶部制作成特殊的形状从而在火花塞附近形成期望中的涡流。当压缩过程接近尾声时，少量的燃油由喷

5、射器喷出，形成可燃气体。这种分层注油方式可充分提高发动机的经济性，因为在转速较低、负荷较小时，除了火花塞周围需要形成浓度较高的油气混合物外，燃烧室的其它地方只需空气含量较高的混合气即可，而FSI使其与理想状态非常接近。当节气门完全开启，发动机高速运转时，大量空气高速进入汽缸形成较强涡流并与汽油均匀混合。从而促进燃油充分燃烧，提高发动机的动力输出。电脑不断的根据发动机的工作状况改变注油模式，始终保持最适宜的供油方式。燃油的充分利用不仅提高了燃油的利用效率和发动机的输出而且改善了排放。3.实际应用 缸内直喷技术在VAG集团中被广泛运用，由Audi RS4和R8共享的4.2升FSI发动机即是其中性能

6、强悍的代表作。其中大众集团可以算是导入缸内直喷科技最具代表性的例子，目前包含Audi和VW都已将名为FSI（奥迪品牌）或TSI（大众、斯柯达品牌）的缸内直喷发动机列为旗下车款的高阶动力来源，而且在Audi和VW车系的顶级车上，甚至更以FSI结合上涡轮增压以增大动力。 供油系统采用缸内直喷设计的最大优势，就在于燃油是以极高压力直接注入于燃烧室中，因此除了喷油嘴的构造和位置都异于传统供油系统，在油气的雾化和混合效率上也更为优异。加上近来车上各项电子系统的控制技术大幅进步，计算机对于进气量与喷油时机的判读与控制也愈加精准，因此在搭配上缸内直喷技术以使得发动机的燃烧效率大幅提升下，除了发动机得以产生更

7、大动力，对于环保和节能也都有正面的帮助。采用缸内直喷的发动机除了材质上的讲究，就连活塞、燃烧室也都经过特别设计。但是缸内直喷科技也并非无敌，因为从经济层面来看，采用缸内直喷的供油系统除了在研发过程必须花费更大成本，在部品构成复杂且精密的情况下，零组件的价格也比起传统供油系统来得昂贵，因此这些也都是未来缸内直喷发动机尚待克服的要素。 4.技术特性 现代汽车所使用的引擎，都属于内燃机引擎一类，将燃料与新鲜空气CGI发动机已经被应用于新款奔驰E200导入引擎的汽缸后压缩，再以火星压跳火引爆压缩的油气，以利爆炸的力量推动活塞，透过曲轴产生旋转的机械能，藉以推动车辆。在这样的过程之中，如何能让燃油与空气

8、之间获得最佳的混合效果与燃烧效果，将决定引擎输出效能的高低。 现行被称为喷射引擎，是由（Fuel Injection）直译而来，正确的说法应是燃料喷射引擎。而燃料喷射的位置在进气歧管当中。 而现行车辆所使用的歧管喷射系统，则是在1980年代所开始导入的主动式供油技术，以取代了原本机械式的化油器被动供油系统。歧管喷射系统的供油喷嘴安装在进气歧管，在引擎的进气行程时喷射注入燃油，利用喷嘴产生雾化的油气，与进气系统的新鲜空气进行均匀的混合后导入引擎，做为引擎运作的燃料。5.技术发展 在电子控制技术不断的演进之下，引擎控制系统得以透过绵密的感知器网路，随时监控引擎运作的状况，即时调整供油量，使得新鲜空

9、气与燃料的比例，能保持在最佳的14.7:1之下，让所提供的燃油都能达成最佳的燃烧效果。 一如我们之间所提到的，空气与燃油的比例若能够保持在14.6:1的比例之下，将能获得理论上最为完美的燃烧效果，自然亦能输出最大的动力。但这样的设定，亦代表著，燃油的使用有著一定的物理极限，将无法进一步降低。面对著人口越来越多、石油越来越少的状况，歧管喷射系统遇到了瓶颈，即便电脑控制的精度越来越高、喷油嘴的雾化效果越来越好、甚至将每一汽缸的喷油独立。但种种更为精密的控制，仍无法满足新时代的要求。 全球的科学家与工程师无不绞尽脑汁，希望能想出更为节省能源的方式，希望能让同样的燃油，可以输出更大的动力、行驶更远的里

10、程。而稀薄燃烧以及缸内燃油直喷的技术就在这样的情形之下被提了出来。 返回涡轮增压技术涡轮增压技术l涡轮增压的英文名字为Turbo，一般来说，如果我们在轿车尾部看到Turbo或者T，即表明该车采用的发动机是涡轮增压发动机了。相信大家都在路上看过不少这样的车型，譬如奥迪A6的1.8T，帕萨特1.8T，宝来1.8T等等。l应用涡轮增压技术来提升发动机的功率，已经有30多年的历史了，1998年以后，国内的汽车制造厂也开始使用Turbo技术。尤其是南、北大众出的汽车，比如AudiA6/1.8t, Bora1.8T,PasstB5/1.8T逐渐多了起来，而且也比较好卖。加速性能确实很爽，比如PassatB

11、5/1.8T，只有10秒多指针就到100公里了。 工作原理图2.涡轮增压工作原理图 1、一般我们叫通俗了，都说涡轮增压，实际上它的实现是通过涡轮增压器来达到的。涡轮增压器通俗地理解就是空气压缩机，通过压缩空气来增加进气量。 2、涡轮增压器利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮，叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入气缸。 3、当发动机转速增快(当加速的时候)，废气排出速度与涡轮转速也同步增快，叶轮就压缩更多的空气进入气缸，空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料，相应增加燃料量和调整一下发动机的转速，这样就可以增加发动机的输出功率了。 4、在现有的技术条

12、件下，涡轮增压器是唯一能使发动机在“工作效率不变”的情况下增加“输出功率”的机械装置。一般能使发动机增加输出功率在10%到40%左右。那么可以推断，如果使PassatB5/1.8的发动机，加了涡轮增压器以后的“输出功率”应该相当于2.3L排量发动机的输出功率了。可想而知，这东西使让发动机的工作效率不变，就那么大的机器，还让人家多干点活，加个涡轮增压器来压缩空气，扩大进气量，从而增大输出功率，真有点电脑上CPU超频的意思啊。想想还是人还是很聪明的，发动机体力不够，想办法硬让它够。增压目的 涡轮增压的主要作用就是提高发动机进气量，从而提高发动机的功率和扭矩，让车子更有劲。一台发动机装上涡轮增压器后

13、，其最大功率与未装增压器的时候相比可以增加40%甚至更高。这样也就意味着同样一台的发动机在经过增压之后能够产生更大的功率。就拿我们最常见的1.8T涡轮增压发动机来说，经过增压之后，动力可以达到2.4L发动机的水平，但是耗油量却比1.8发动机并不高多少，在另外一个层面上来说就是提高燃油经济性和降低尾气排放。涡轮增压的优缺点 1.优点 涡轮增压的最大优点是可提高发动机的功率和扭矩。 涡轮增压的优点是显而易见的，它可在不增加发动机排量的基础上，大幅度提高功率和扭矩。一台发动机装上涡轮增压器后，其输出的最大功率与未装增压器的相比，可增加大约40%甚至更多。这意味着一台尺寸和重量相同的发动机经增压后可以

14、产生较多的功率，或者说，一台小排量的发动机经增压后，可以产生较大排量发动机相同的功率。另外，发动机在采用了增压技术后，还能提高燃油经济性和降低尾气排放。 汽油机采用涡轮增压技术有一定难度。 2.缺点 凡事有利就有弊，涡轮增压也不例外。 发动机在采用废气涡轮增压技术后，工作中产生的最高爆发压力和平均温度将大幅度提高，从而使发动机的机械性能、润滑性能都会受到影响。为了保证增压发动机在较高的机械负荷和热负荷条件下，能可靠耐久地工作，必须在发动机主要热力参数的选取、结构设计、材料、工艺等方面作必要的改变，而不是简单地在发动机上装一个增压器就行了。由于这个改变过程在实行中难度颇大，而且还要考虑增压器与发

15、动机的匹配问题，因此在一定程度上也限制了废气涡轮增压技术在发动机上的应用。 相对来说，废气涡轮增压器与柴油机配合运行时，涡轮机允许工作的范围较广，高效率范围也较宽，在配合运行中产生的问题较少，所以废气涡轮增压技术在柴油机应用的比较多。而对于汽油机在增压后，提高了缸内混合气压缩和燃烧气体的温度和压力，提高了燃烧室受热零件的热负荷，很容易产生爆震。这也就是至今为止，增压技术在汽油机上得不到广泛应用的主要原因。涡轮增压未来发展 未来全球涡轮增压前景是非常可观的欧洲乘用车已经有了67%的渗透率，在欧洲我们有67%，在未来的2020年会实现85%的渗透率，美国在2009年渗透率是5%，但是通过和客户的交

16、流，了解到美国采用涡轮增压技术非常积极，到2020年会有82%的渗透率，中国的发展趋势也是类似。燃油经济性是未来非常重要的话题，涡轮增压是正确的方向，带来燃油清洁性以及效率。 涡轮增压技术支持中国未来的成长和发展我们看到涡轮增压不是新的技术，过去是增加新能的，未来我们是为了减量化，是让引擎减量，但不会减少乘驾人的体验，我们想通过更小尺寸引擎保持它的性能，这样的话就可以使用更少的燃油，利用增压能够提高性能，减少排放，这就是目前汽车行业在做的事情。 涡轮增压技术中国的前景很好小型或者微型增压器，并且推出了突破性的增压技术，在很多不同计划中，正如我前面提的，我们在中国看到很多计划，现在有很多方法可以

17、提高内燃机的效率，通过使用涡轮增压技术提高内燃机的效率。 返回共轨燃油喷射系统 共轨燃油喷射系统（Common Rail System,缩写为CRS）于20世纪90年代中后期才正式进入实用化阶段。这类电控系统可以分为：蓄压式电控燃油喷射系统、液力增压式电控燃油喷射系统和高压式吊孔燃油喷射系统。 共轨系统将燃油压力产生和燃油喷射分离开来，如果把单体泵柴油喷射技术比做柴油技术的革命的话，那共轨就可以称作反叛了，因为它背离了传统的柴油系统而近似于顺序汽油喷射系统。共轨系统开辟了降低柴油发动机排放和噪音的新途径。返回可变气门正时技术可变气门正时技术l 近几十年来，基于提高汽车发动机动力性、经济性和降低

18、排污的要求，许多国家和发动机厂商、科研机构投入了大量的人力、物力进行新技术的研究与开发。目前，这些新技术和新方法，有的已在内燃机上得到应用，有些正处于发展和完善阶段，有可能成为未来内燃机技术的发展方向。l 发动机可变气门正时技术(VVT, Variable Valve Timing)是近些年来被逐渐应用于现代轿车上的新技术中的一种，发动机采用可变气门正时技术可以提高进气充量，使充量系数增加，发动机的扭矩和功率可以得到进一步的提高。可变气门正时理论 合理选择配气正时，保证最好的充气效率hv，是改善发动机性能极为重要的技术问题。分析内燃机的工作原理，不难得出这样的结论：在进、排气门开闭的四个时期中

19、，进气门迟闭角的改变对充气效率hv影响最大。 改变进气迟闭角可以改变充气效率hv曲线随转速变化的趋向，以调整发动机扭矩曲线，满足不同的使用要求。不过，更确切地说，加大进气门迟闭角，高转速时充气效率hv增加有利于最大功率的提高，但对低速和中速性能则不利。减小进气迟闭角，能防止气体被推回进气管，有利于提高最大扭矩，但降低了最大功率。因此，理想的气门正时应当是根据发动机的工作情况及时做出调整，应具有一定程度的灵活性。显然，对于传统的凸轮挺杆气门机构来说，由于在工作中无法做出相应的调整，也就难于达到上述要求，因而限制了发动机性能的进一步提高。 在轿车上的应用 Passat B5轿车选用2.8升V6发动

20、机，该发动机对可变气门正时进行了特别设计。从俯视观察，排气凸轮轴安装在外侧，进气凸轮轴安装在内侧。曲轴通过齿形皮带首先驱动排气凸轮轴，排气凸轮轴通过链条驱动进气凸轮轴。Passat B5发动机所应用的可变气门正时系统，是通过微机控制可变气门调节器上升和下降获得齿形皮带轮与进气凸轮（进气门）的相对位置变化，这种结构属于凸轮轴配气相位可变结构，一般可调整2030曲轴转角。由于这种机构的凸轮轴、凸轮形线及进气持续角均不变，虽然高速时可以加大进气迟闭角，但是气门叠开角却减小，这是它的缺点。 日本本田汽车公司在1989年推出了其自行研发的“VTEC”技术，英文全称“Variable Valve Timi

21、ng and Valve Life Electronic Control System”，即“可变气门配气相位和气门升程电子控制系统”，是世界上第一个能同时控制气门开闭时间及升程的气门控制系统。与普通4气门发动机相比，VTEC发动机同样是采用每缸4气门（2进2排），但却有着自己鲜明的特点，即它并未采用惯用的双凸轮轴结构，而是仍然采用了单凸轮结构，但在采用VTEC系统后，使得单凸轮轴原本简单的结构变得较为复杂。虽然同样是采用凸轮轴和摇臂等元件，但凸轮与摇臂的数目及控制方法却较其他发动机有很大不同。除了原有控制2个气门的一对凸轮和和一对摇臂外，该系统增加了一个较高的中间凸轮及相应的摇臂，3个摇臂内

22、部装有由液压控制移动的小活塞。发动机低速时，小活塞在原位置上3个摇臂分离，2个凸轮分别推动相应的2个摇臂，控制2个进气门的开闭，气门升程较小。虽然中间凸轮也推动中间摇臂，但由于摇臂之间已分离，其它2个摇臂不受它的控制，所以不会影响气门的开闭状态。但当发动机达到某一设定的高转速时，发动机电脑会指令电磁阀启动液压系统，推动摇臂内的小活塞，使3个摇臂连成一体，一起由中间凸轮驱动。由于中间凸轮比其它凸轮高，升程大，所以进气门开启时间延长，升程随之增大。当发动机转速降低到某一设定的低转速时，摇臂内的液压也随之降低，活塞在回位弹簧作用下退回原位，3个摇臂分开。 项目二项目二 汽车安全技术的发展汽车安全技术

23、的发展一、防抱死系统ABS（Anti-lock Braking System）防抱死制动系统，通过安装在车轮上的传感器发出车轮将被抱死的信号，控制器指令调节器降低该车轮制动缸的油压，减小制动力矩，经一定时间后，再恢复原有的油压，不断的这样循环（每秒可达510次），始终使车轮处于转动状态而又有最大的制动力矩。 防抱死制动系统没有安装ABS的汽车，在行驶中如果用力踩下制动踏板，车轮转速会急速降低，当制动力超过车轮与地面的摩擦力时，车轮就会被抱死，完全抱死的车轮会使轮胎与地面的摩擦力下降，如果前轮被抱死，驾驶员就无法控制车辆的行驶方向，如果后轮被抱死，就极容易出现侧滑现象二、制动力分配系统 制动力分

24、配的英文全称为Electronic Brake force Distribution，简称EBD。 EBD实际上是ABS的辅助功能，是在ABS的控制电脑里增加一个控制软件，机械系统与ABS完全一致。它只是ABS系统的有效补充，一般和ABS组合使用，可以提高ABS的功效。当发生紧急制动时，EBD在ABS作用之前，可依据车身的重量和路面条件，自动以前轮为基准去比较后轮轮胎的滑动率，如发觉此差异程度必须被调整时，刹车油压系统将会调整传至后轮的油压，以得到更平衡且更接近理想化的刹车力分布。原理介绍 在刹车的时候，车辆四个车轮的刹车卡钳均会动作，以将车辆停下。但由于路面状况会有变异，加上减速时车辆重心的

25、转移，四个车轮与地面间的抓地力将有所不同。传统的刹车系统会平均将刹车总泵的力量分配至四个车轮。从上述可知，这样的分配并不符合刹车力的使用效益。EBD系统便被发明以将刹车力做出最佳的应用。 EBD的功能就是在汽车制动的瞬间，高速计算出四个轮胎由于附着不同而导致的摩擦力数值，然后调整制动装置，使其按照设定的程序在运动中高速调整，达到制动力与摩擦力(牵引力)的匹配，以保证车辆的平稳和安全。当紧急刹车车轮抱死的情况下，EBD在ABS动作之前就已经平衡了每一个轮的有效地面抓地力，可以防止出现甩尾和侧移，并缩短汽车制动距离。三、电子稳定控制系统 汽车电子稳定控制系统是车辆新型的主动安全系统，是汽车防抱死制

26、动系统(ABS)和牵引力控制系统(TCS)功能的进一步扩展，并在此基础上,增加了车辆转向行驶时横摆率传感器、测向加速度传感器和方向盘转角传感器，通过ECU 控制前后、左右车轮的驱动力和制动力，确保车辆行驶的侧向稳定性。 该系统由传感器、电子控制单元（ECU）和执行器三大部分组成，通过电子控制单元监控汽车运行状态，对车辆的发动机及制动系统进行干预控制。典型的汽车电子稳定控制系统在传感器上主要包括4个轮速传感器、方向盘转角传感器、侧向加速度传感器、横摆角速度传感器、制动主缸压力传感器等，执行部分则包括传统制动系统(真空助力器、管路和制动器)、液压调节器等，电子控制单元与发动机管理系统联动，可对发动

27、机动力输出进行干预和调整。 这套系统主要对车辆纵向和横向稳定性进行控制，保证车辆按照驾驶员的意识行驶。电子稳定控制系统的基础是ABS制动防抱死功能，该系统在汽车制动情况下轮胎即将抱死时，一秒内连续制动上百次，有点类似于机械式“点刹”。如此一来，在车辆全力制动时，轮胎依然可以保证滚动，滚动摩擦的效果比抱死后的滑动摩擦效果好，且可以控制车辆行驶方向。四、刹车辅助系统 刹车辅助系统包括电子制动辅助系统“EBA”和制动力辅助系统“BA”（也称为“BAS”），指能够通过判断驾驶者的刹车动作（力量及速度），在紧急制动时增加刹车力度，从而将制动距离缩短。对于像老人或女性这种脚踝及腿部力量不是很足的驾驶者来说

28、，该系统的优势则会表现得更加明显。而机械制动辅助系统“BA”，其实是电子紧急制动辅助系统“EBA”的前身。 五、牵引力控制系统 牵引力控制系统Traction Control System，简称TCS，也称为ASR或TRC。它的作用是使汽车在各种行驶状况下都能获得最佳的牵引力。牵引力控制系统的控制装置是一台计算机，利用计算机检测4个车轮的速度和方向盘转向角，当汽车加速时，如果检测到驱动轮和非驱动轮转速差过大，计算机立即判断驱动力过大，发出指令信号减少发动机的供油量，降低驱动力，从而减小驱动轮的滑转率。计算机通过方向盘转角传感器掌握司机的转向意图，然后利用左右车轮速度传感器检测左右车轮速度差；从

29、而判断汽车转向程度是否和司机的转向意图一样。如果检测出汽车转向不足（或过度转向），计算机立即判断驱动轮的驱动力过大，发出指令降低驱动力，以便实现司机的转向意图。六、陡坡缓降系统 陡坡缓降控制系统(Hill Descent Control,HDC)，是与ABS防抱死系统协同工作，能够让车辆在受控制的情况下，安全通过陡坡路况的一种电子系统。该套系统于1997年在路虎Freelander车型上首次出现，随后被延伸使用于发现（Discovery）上；由于宝马在1994到2000年间曾是路虎的背后东家，因此HDC技术也被理所应当的应用在宝马X5身上。七、自动驻车/上坡辅助系统l自动驻车功能（AUTO HOLD）是在电子驻车制动系统基础上的一种功能性延伸，它可将行车过程中的临时制动功能由电子控制方式来实现停车制动。该技术的运用能够使驾驶者在车辆停下时无需长时间踩刹车，能够避免车辆因滑行而产生危险，直接点说就是不会溜车。 当您开着爱车行驶在繁忙、拥堵的城市道路时，是否会觉得即便是自动挡车型开起来仍然很麻烦。因为走走停停时要将挡位在前进与驻车之间进行频繁切换，如果不这样做就得长时间将脚放在制动踏板上，而装有自动驻车系