车辆工程汽车新技术论文

第第一页关键字：均质充量压缩燃烧(HCCI)技术，双离合变速器技术，无人驾驶汽车一：汽车发动机新技术1：均质充量压缩燃烧(HCCI)技术1.1）传统燃烧概念局限性：压缩点燃式燃烧概念（用于柴油机）与火花点燃式燃烧概念（用于汽油机）相比，最大的特点在于所使用的燃油特性不同，由此造成两者在以下各个方面都有差别，如燃料引燃方式，空燃比，压缩比，燃油经济性，有害物排放等。出于人类对汽车排放的有害物质的毒害作用，二氧化碳的温室效应和氮氧化物形成酸雨的关注，以及能源匮乏的影响，人们对高效能、低污染的动力源的需求与日俱增。传统的汽油机属于预混均质燃烧，由于汽油特性以及爆燃等诸多因素的限制，因此，压缩比低，热效率低。与汽油机相比，柴油机具有较高的热效率和优越的燃油经济性，但是，传统柴油机的燃烧是燃料喷雾的扩散燃烧，依靠发动机活塞压缩到接近终点时的高温使混合器自然点火。由于喷雾与空气的混合时间很短，燃料与空气混合得严重不均匀，混合气分为高温过浓区和高温火焰区，导致NOx和碳烟的产生。1.2）均质充量压缩燃烧（HCCI）技术概述：HCCI是一种全新的内燃机燃烧概念，既不同于柴油机（非HCCI），又不同于汽油机（均质充量火花点燃），是一种火花点燃式和压缩点燃式发动机概念的混合体。均质压燃式(HCCI)燃烧方式是目前内燃机燃烧领域的研究热点。HCCI燃烧是以预混合燃烧和低温反应为特征的燃烧方式。采用HCCI燃烧方式可以同时降低柴油机的NOx和碳烟排放，井提高柴油机的循环热效率。HCCI发动机机通常工作在高空燃比和较低的压缩比条件下，工作范围较小，高负荷时功率输出不足。“双模式”HCCI发动机是解决上述问题的有效途径，并成为近期HCCI发动机研究中的热点。HCCI发动机燃烧为稀薄燃烧，采用均质压缩多点着火，是一种从优化燃烧的角度来降低NOx和碳烟排放的新燃烧理论和技术。其燃烧模式是在进气和压缩过程形成均质混合气，当活塞压缩到上止点附近时，均质混合气自然点火。从HCCI燃烧方式看，HCCI发动机可以同时综合火花点火发动机（SI）和直接喷射压缩点火发动机（DI）的优点，同时避免他们的缺陷，即HCCI燃烧可以同时实现降低排放和达到高热效率的目的。这与传统控制排放方法相比，实现了很大的进步。1.3）均质充量压缩燃烧（HCCI）技术特点环，加强涡流和降低压缩比等措施来实现点火延迟。1.5）HCCI商业化面临的技术问题（1）发动机冷启动困难（2）废气控制系统的研究（3）拓宽HCCI运行工况范围（4）控制点火时刻和燃烧率（5）研发快速反应控制系统来解决不同工况下的动态响应灵敏度二、汽车传动系统新技术1：汽车双离合器变速器（DCT又称DSG）技术1.1）双离合器变速器概述10年前，虽然已经出现了带手动功能的步进式自动变速器，但在大众化量产车中，自动变速器和运动性驾驶在人们的头脑中并无必然联系。但随着双离合变速器技术的出现，这种介于传统变速器和自动变速器之间并综合了两者各自优点的变速器，让车主们感到欣喜。双离合变速器技术是变速器领域的最重要创新之一，而对于新能源车来说，双离合变速器技术还有着更加深远的意义。1.2）双离合变速器的结构和基本原理双离合器变速器在一个变速器中实现了两个手动变速器的功能。在使用标准换挡杆换挡的汽车中，如果驾驶员要从一个挡位换到另一个挡位，他先要踩下离合器踏板。此动作可以操作一个离合器，使发动机与变速器断开连接，中断输送到变速器的动力。然后，驾驶员使用换挡杆选择新的挡位，这个过程涉及到将齿形联轴器从一个齿轮移动到另一个不同大小的齿轮。称为“同步器”的设备会让齿轮在结合之前相匹配以防止磨齿。一旦换入了新的挡位，驾驶员就可以松开离合器踏板，从而使发动机重新连接到变速器，并将动力传送给车轮。由此可见，在传统的手动变速器中，从发动机到车轮没有连续的动力输出。在换挡的过程中，动力传送将从“有”到“无”再到“有”进行变化，这样就会导致“换挡冲击”或“扭矩中断”现象。对比之下，双离合器变速器使用两个离合器，但没有离合器踏板。先进的电子系统和液压系统像控制标准自动变速器那样对离合器进行控制。但在双离合器变速器中，各离合器单独运转。一个离合器控制奇数挡（一挡、三挡、五挡和倒挡），另一个离合器控制偶数挡（二挡、四挡和六挡），如图1-2和1-3所示。这样，不需要中断从发动机到变速器的动力传送就可以换挡。1.3)双离合变速器的干与湿(1)干式离合器干式离合器具有从动部分转动惯量小、结构简单、调整方便、分离彻底、转矩过载保护、效率高、成本较低、不需要助动力等优点。干式离合器通过压板和飞轮吸收较大热量对滑磨产生热量的速度不敏感，但空气散热较慢，热量不易在短时间内散发出去；因此,它受滑磨产生的总热量的限制。干式离合器适于在短时间内结合，这样滑磨时间短、产生热量少。（2）湿式离合器湿式离合器有较好的控制品质。结构比较单一、具有压力分布均匀、磨损小、传递扭矩容量大、不用专门调整摩擦片间隙等特点。由于它用液压油强制冷却，允许起步时较长时间地打滑，高档起步而不会烧损衬面，其寿命可达干式离合器的5倍～6倍，广泛用于自动变速器的离合器上。但处于分离状态中的多片式离合器的主、从动摩擦片之间因润滑油相互滑转，产生较大的摩擦阻力，使变速器的传动效率相应降低。1.4）双离合变速器的控制策略双离合变速器在换挡过程中存在两个离合器扭矩传递的重叠阶段，因此对换挡过程离合器的控制有较高要求（1）起步控制车辆起步时，可以有两种起步控制策略；第一种：仿照AMT的起步控制策略，起步时车辆自动挂1档，即只有离合器1参加起步。第二种：为使两个离合器具有相同的使用寿命并保证起步的快速性和平稳性，可以使两离合器同时进入滑摩状态，共同承担起步力矩实现车辆起步。（2）升降挡控制如图4所示，升挡时（以l挡换2挡为例）控制过程为离合器1分离，离合器2接合。升挡前只有离合器l结合，转矩完全由离合器1传递，离台器与发动机没有相对滑转。换挡时，离合器1被切断供油并开始逐渐卸压分离。同时，离合器2的油路接通，随着油压不断升高，其摩擦片间隙被消除，主、被动片受压滑转，直至压紧，停止打滑成为整体传递转矩。即离合器I与离合器2中的摩擦元件完全分离和接合，都需要经过一段滑磨过程，且有工作重叠部分，则不会切断动力，实现了动力换挡。降挡过程与升挡过程原理相同。（3）跳档控制变速器升档一般是一档一档地进行的，而降档则可能会跳跃地降档，双离合自动变速器在手动控制模式下也可以进行跳跃降档。例如：从6档降到3档，连续按3下降档按钮，由于6挡齿轮和3挡齿轮处在不同输出轴上，变速器就会从6档直接降降3档。但是从6档降到2档时，由于6挡齿轮和2挡齿轮处在同一输出轴上，则变速器会先降到5档，再从5档直接降到2档。即跳跃降档时，起始档位和最终档位是属于同一离合器控制的，则会通过另一离合器拄制的档位转换一下，起始档位和最终档位不属于同一离台器控制的，则可以直接跳跃降至所定档位。1.5）双离合变速器的优势（1）换挡快。双离合变速器的换挡时间非常短，比手动变速箱的速度还要快，只有0.2秒不到。（2）省油。双离合变速器因为消除了扭矩的中断，也就是让发动机的动力一直在利用，而且始终在最佳的工作所以能够大量节省燃油。相比传统行星齿轮式自动变速箱更利于提升燃油经济性，油耗大约能够降低15%。（3）舒适性。因为换挡速度快，所以DCT的每次换挡都非常平顺，顿挫感已经小到了人体很难察觉的地步。（4）在换挡过程中，几乎没有扭矩损失。（5）当高挡齿轮已处于预备状态时，升挡速度极快，达到惊人的8毫秒。（6）无论油门或者运转模式处于何种状况，换挡时间至少能达到600毫秒(从奇数挡降到奇数挡，或者从偶数挡降偶数挡时，耗时约为900毫秒，例如从第5挡降到3挡)。三：智能汽车与车联网技术1：无人驾驶汽车1.1）无人驾驶汽车概述国外科学研究表明，每个交通事故均不同程度地涉及驾驶员、汽车及道路环境因素。英国科学家有研究表明交通事故肇事发生的唯一原因是由驾驶员因素引起的占65%，而与驾驶员有关因素（汽车、道路环境等）的百分率高达95%。我国道路交通事故的统计也表明，主要由于驾驶员造成的事故占90%左右。总之，驾驶员失误作为肇事发生交通事故的主要原因已被世界各国所公认。如果要从根本上解决这一问题，就需要将“人”从交通控制系统中请出来，从而提高安全性。由于无人驾驶电动车不需要司机，系统效率也随之提高。无人驾驶汽车就是这种新型控制方法的核心，而车辆安全则是无人驾驶汽车成败的关键。1.2）无人驾驶汽车的发展无人驾驶汽车是新能源汽车与计算机系统相结合的一个轮式机器人，也是一个衡量国家科研实力和工业水平的一个重要标志，成为各国白热化角逐的一个领域。发达国家从20世纪70年代开始进行无人驾驶汽车研究，美国是世界上研究无人驾驶汽车最早、水平最高的国家之一。而Google无人驾驶汽车无疑是这块领域的佼佼者，通过了大量的实验大量的数据提高无人驾驶汽车的安全性与实用性。与国外相比，国内的无人驾驶汽车起步较晚，规模较小，主要是一些大学和研究所。近几年也取得了不错的成绩。例如，由国防科技大学自主研制的红旗HQ3无人车，2011年首次完成了从长沙到武汉286公里的高速全程无人驾驶试验，创造了我国自主研制的无人驾驶的新纪录。1.3）无人驾驶电动汽车的组成和基本原理无人驾驶电动汽车系统主要由传感器系统、控制系统和执行机构组成。理想化实现无人驾驶汽车的主要技术有两种途径：一、采用磁传感器来检测路径，但需在地面下预埋磁针，对路面重新改造，对路面有破坏性。二、采用CCD摄像头作为传感器来检测路径，而CCD摄像头价格较高，并且需要对采集到的图像实时处理，对系统硬件和软件要求很高。现在广泛采用的一般是基于光电传感器基础的自动导航系统，其根据光电传感器测得的反射光强的信号来自动辨别行驶路径，与其他的导航方案相比，该方案导航系统具有结构简单、安装方便、对道路无损害、价格低廉等特点。传感器系统主要由导航系统、防碰撞传感器、启停系统组成；控制系统可以选择dSPACE公司的MicroAutoBox控制器；执行机构主要由轮毂电机、线控转向、电控液压制动等系统组成。导航系统导航系统自动检测汽车相对于预定路径的横向偏差。主要由光源、光电传感器、遮光附件、信号采集和电源五部分组成。（2）控制系统控制系统根据横向偏差来计算转向系统所需转角，获取汽车的预瞄信息，对车辆的状态进行自动控制，使汽车按预定工况行驶。控制系统相当于一个“驾驶员”模型，对信息感知、综合、判断、推理、决断，使执行机构产生相应正确的响应。控制系统成为当前国内外学者研究的一个热点问题，综合人工智能，计算机技术，通信技术，控制理论等多门学科的前沿技术。（3）执行装置执行装置分为三个部分，分别是驱动系统、转向系统和制动系统。驱动装置为4个电机，采用线控转向，和电控液压制动。1.4）无人驾驶汽车的发展方向无人驾驶汽车，必须形成一个完备的“驾驶员”模型，自动适应各种不同工况。可以归纳为3个方面：高速公路环境、城市环境和特殊