技术创新与研发从未远离汽车工业

作者:陈永光 文章来源:AI《汽车制造业》 发布时间:2013-02-04
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1885年,德国工程师卡尔.奔驰在德国曼海姆制造成一辆装有0.85马力(0.63kW)汽油机的三轮车。德国另一位工程师戈特利布?戴姆勒也同时造出了一辆用1.1马力(0.81kW)汽油机作动力的四轮汽车,这便是现代意义上的汽车。二人被公认为以内燃机为动力的现代汽车的发明者。1886年1月29日也被公认为世界汽车的诞生日。

汽车自诞生之日起,其技术创新与研发就从未停止过。正是汽车技术的持续改进、创新与研发,推动了汽车工业的可持续发展,使得汽车在满足更严格的排放法规和环保标准,以及人们对安全性、舒适性、操控性及燃油经济性等诸多方面要求越来越高的前提下不断进步,甚至不断实现新的技术跨越。而汽车零部件作为汽车的基础,其技术的不断创新与研发更关乎汽车产业的进步与长远发展。

进入新的世纪,围绕传统动力和新能源汽车,汽车工业的动力总成技术、传动系统技术、电子技术、底盘与安全技术、车身及内外饰技术、轻量化技术和排放技术等的创新技术不断推陈出新。而刚刚过去的2012年,更是汽车创新技术推出尤为频繁的一年,诸多全球各大汽车零部件供应商大量研发或对外发布并推广其创新技术。本刊遴选出比较有代表性的动力总成技术、底盘与安全技术、电子与互联技术和轻量化技术等领域的典型创新技术,以飨读者。

安全技术

博世:更安全、更方便、更舒适的第九代ESP至尊型

2012年9月,博世第九代电子稳定程序(ESP)产品系列中又添一款高性能版本——第九代ESP至尊型。博世底盘控制系统事业部总裁Gerhard Steiger将该产品的优点总结为:“第九代ESP至尊型为高性能驾驶辅助和安全功能的实现奠定了理想基础。”高效的回油泵是第九代ESP至尊型的创新核心,可以在迅速加强制动压力的同时几乎不产生振动。

第九代ESP至尊型的优势在于:首先,现有的制动系统一般有两个回流阀进行工作,而第九代ESP至尊型共集成了6个活塞。无论所需制动压力的强弱,这些活塞都可以非常迅速而均衡地加强制动压力。此外,两个新增的压力传感器集成于液压调节器中,对压力加强的过程进行辅助,使制动系统不仅在遇到危急状况时可以迅速紧急制动,并能为自动干式制动、具备停走功能的自适应巡航控制系统(ACC)等提供所需的适度干预。同时,回油泵的流畅运转保障了传递到车体的振动减少,从而几乎消除了制动踏板的噪声及振动。


图1 博世第九代ESP产品系列

在新一代产品的设计过程中,博世将产品的可扩展性作为至关重要的考虑因素,对许多软硬件进行了标准化设计:第九代ESP基本型可以在紧急情况下提供全面的安全保护;第九代ESP升级型使驻坡控制功能、具备停走功能的自适应巡航控制等一系列常见辅助功能得以实现;而第九代ESP至尊型几乎可以实现目前所有复杂的驾驶员辅助系统,包括车道保持支持、紧急制动辅助系统、智能巡航控制系统以及转矩矢量控制系统等。OEM厂商可以自行决定其对驾驶员的支持力度、干预时机和干预程度,从而针对旗下品牌或车型的所需特性进行设计。

第九代ESP至尊型不仅拥有众多附加功能,还比前一代产品轻800g,体积也更小,有助于新车型总重量的减轻。同时,通过使用更优化的回油泵,其使用寿命也有所延长。

TRW:欧洲NCAP新标准倡导的主动安全技术

2012年7月,TRW汽车集团在德国霍根海姆的大型试驾活动中重点推介创新的驾驶辅助系统(DAS)技术。TRW推出了一套全新的模块化雷达平台及新一代车辆摄像头,以经济灵活的方式提供先进的安全性能,让车辆达到欧洲NCAP计划于2014年实施的更严格的主动安全及行人安全标准。

TRW雷达系统可提供全方位的驾驶辅助功能,其中包括自适应巡航控制系统(ACC)、交通阻塞辅助系统(TJA)、碰撞缓解制动系统(CMB)、紧急自动制动系统(AEB)、盲点信息系统(BSD)及侧面碰撞检测系统(SIS),此外,摄像头系统可提供偏航预警功能(LDW)、车道保持辅助功能(LKA)或车道对中辅助功能(LCA)、交通标志识别功能(TSR)与紧急自动刹车系统的行人监测功能。

TRW销售与业务发展执行副总裁Peter Lake表示:“TRW已于十多年前开始生产雷达系统,在驾驶辅助系统市场拥有丰富的经验。随着我们的摄像头与雷达技术频频获得产品大奖,TRW的驾驶辅助系统业务的市场地位不断得到巩固。我们能率先满足主机客户的要求,帮助他们的车辆达到欧洲NCAP拟实施的新五星评级标准,尤其是针对行人保护方面的要求。”

Peter Lake还指出:“欧洲NCAP的下一个步骤是将自动紧急制动(AEB)列为五星安全等级的一个重要参考依据,提高AEB的自愿装配率。新标准有望在2014年实施。而且,从2016年起,根据各自的被动安全性能表现,部分车型可能通过装配AEB提高行人保护,从而在行人安全类别中达到五星评级。”

TRW不断发展驾驶辅助系统,帮助OEM厂商在相关类别中获得最高评级:未来,车辆如果没有装配这种先进的主动安全系统,可能无法达到五星评级。

TRW认知型安全系统全球总监Alois Seewald博士表示:“我们正在研发第三代摄像头技术,将能处理更高分辨率的图像,扩展监测范围并改善行人监测功能。此外,我们的新一代模块化传感器以AC1000雷达为基础,具有一系列安全与便捷功能,性能优化,能满足欧洲NCAP在紧急制动系统方面的要求。”

TRW:全新自适应侧安全气囊

2012年12月,TRW汽车集团在欧洲发布其最新的自适应侧安全气囊技术。该安全气囊技术以“灵活适应性排气”为特点,可以根据不同的碰撞强度自行调节从而起到加强驾乘人员保护的作用。

TRW乘员安全系统业务部工程副总裁Norbert Kagerer评论说:“自适应乘员安全技术由十年前引进的双级充气装置作为开端,目前已经发展到在气囊打开时,能够将展开力度、安全气囊几何结构、刚度和形状等技术因素都考虑进去的程度。例如,目前TRW已投产的带有‘SAVe’主动排气系统的乘员正面安全气囊能够适应乘员的位置,安全气囊打开时,如果乘员离安全气囊较近,该系统可以通过安全气囊模块里的追加排气功能来排出气体,从而软化安全气囊。”


图2 TRW推出全新的自适应侧安全气囊

TRW最新一代自适应侧气囊也可以根据一些参数调整约束性能,例如速度、碰撞力度。这是TRW一种更先进的安全气囊技术,其设计目的在于加强一般性侧面碰撞保护。凭借TRW新的侧安全气囊系统,安全气囊内部的约束机制构的碰撞时关闭排气。这可以帮助气囊保持更长时间的气压,从而在发生严重碰撞时吸收更多能量。同时也有助于降低车门内饰与乘员之间反弹的几率。

TRW预计其下一代自适应侧安全气囊将于2013年投产。

电子及互联技术

大陆集团:AutoLinQ确保“始终在线”的无缝连接

2012年11月,德国大陆集团邀请业内媒体记者参加了其在厦门举办的试乘试驾活动,体验大陆集团底盘与安全系统部、动力总成系统部和车身电子系统部的技术优势。

大陆集团车身电子系统部致力于车内信息显示和管理的优化。以“始终在线”为愿景的车身电子系统部以最优价格提供全面的产品、系统与服务,灵活而智能地帮助驾乘人员与汽车、汽车与汽车以及汽车与周围环境间实现智能通信。

在活动现场,大陆集团展示了一系列先进的解决方案与系统,包括先进优质的主动安全技术、节能减排解决方案以及在中国本土研发的“车身电子展示车”。


图3 大陆集团的AutoLinQ是一种能够集成各种应用程序和在线服务的汽车架构

在试乘试驾活动上亮相的“中国车身电子展示车”配备了大陆集团车身电子系统部的各种先进产品,包括3.5˝ TFT显示屏组合仪表、经济型集成式中控台、AutoLinQ Embeded Entry车载智能通信服务系统、胎压监测系统轮胎信息系统、无钥匙进入及启动系统以及高级车辆架构的中央系统部件——高级车身控制单元等。由于大陆集团的本土研发能力以及世界一流的技术和质量保证,中国车身电子系统部的工程师能够研发各种零部件来完全满足中国市场的要求。

“中国车身电子展示车”的重要亮点之一是AutoLinQ,这是一种能够集成各种应用程序和在线服务的汽车架构,将您的汽车、个人新闻(每日新闻、事务和股票)、生活方式和娱乐活动集中到一起。大陆集团的AutoLinQ技术使驾乘人员“始终在线”,帮助他们及时处理生活中的重要事务。

大陆集团将AutoLinQ设计为一种灵活的汽车级硬件与软件平台。这一可扩展架构基于各种视图,向车主提供与其所在位置有关的信息。例如,驾驶员可通过AutoLinQ用其移动电话向汽车提问和发指令。行车期间,汽车乘员将能获得基于位置有关驾驶状况的实时信息和内容。借助中文语音识别和文字-语音转换功能,驾驶员能够获得各种信息娱乐,如气象信息、新闻、股票信息、附近的兴趣点、实时交通状况以及通过移动电话播放个人喜欢的音乐等。

电装:世界首款前方发声的高音质喇叭

2012年11月,电装宣布推出新型车用喇叭“JHORN HYPER”。该产品为世界首款前方发声结构的高音质喇叭,发声指向性结构属世界首创,已经取得专利。

车用喇叭一般搭载于汽车的发动机舱的最前端,为防止前护栅进水损坏产品,喇叭开口设计为朝向下方,经过地面反射发出声音,一直以来音质的清晰度和提高音压成为难题。


图4 电装推出世界首款前方发声的高音质喇叭

电装本次开发的“JHORN HYPER”,由喇叭内部的共鸣室产生音量增幅,通过反射板确保向前方发声的指向性,音压比传统产品提高了3dB,同时实现了更加富有质感的声音。此外,喇叭开口部位经过防水处理,可以防止所有方向的进水,因此喇叭开口朝向前方成为可能。

据了解,该产品自2012年11月起已开始在日本地区销售。

轻量化底盘技术

采埃孚:轻量化底盘设计及新技术

2012年10月,全球领先的汽车传动和底盘技术供应商——采埃孚在浙江嘉兴举办了以“创新致远”为主题的试乘试驾活动,全面展示其在传动和底盘系统的多项创新技术,尤其是采用创新性的轻质材料和轻量化设计的底盘技术。

在试乘试驾活动现场,采埃孚集团执行副总裁兼亚太区首席执行官Peter Ottenbruch博士表示,通过设计的优化来为乘用车底盘减重的方法多种多样,其中包括优化底盘结构、集成零部件功能、应用新材料和改善生产工艺等手段。铝、镁或玻璃钢材料的应用使得踏板、减振器、悬架和整套车桥的重量变得更轻。


图5 塑料制动踏板降低了油耗和制造成本

虽然底盘的设计对车辆的燃油消耗并不起到决定性的作用,但底盘间接对众多耗油零部件产生着影响,从而为也对降低油耗和CO2排放起到不容忽视的作用。为底盘零部件减重将带来多方面的益处:轻量化的零件不仅直接降低了车辆的油耗和CO2排放,同时减轻的簧下重量也提升车辆的操控性、舒适性和安全性。

采埃孚底盘技术事业部通过多种方法减轻底盘零部件的重量,这些方法产生的效果最终汇聚于其底盘产品上。其中,采用轻质材料替代原有材料所产生的减重效果非常明显。例如,用铝材代替原有的钢材,大大减轻了控制臂的重量。当然,采埃孚并不满足于此,而将整套车桥的轻量化作为目标:相比于传统钢-铝车桥,采埃孚轻量化车桥总成的重量减轻了一半,轻量化的车桥由玻璃钢、高强度钢和铝材制成。

为保证新材料的使用不影响原有的结构强度,采埃孚的工程师将一些杆件改为管柱型设计以增加抗弯强度,而这样的设计又反过来进一步减轻了零部件的重量,使重量与强度达到了更高水平的平衡。这种结构优化的思路已成为轻量化设计的重要手段。

为进行功能化集成,多个零件被整合并为一个零件。采埃孚已经研发了集成化的接头与支架,其重量显著降低。这种功能化集成有时也需要通过使用其他材料和生产工艺实现。例如,使用塑料作为弹簧支座的材料。

SMiCA(集成式球铰链板金控制臂)显示了采埃孚已经拥有了成熟底盘轻量化解决方案,这种新型控制臂无需螺栓连接或者铆钉连接,重量相比传统控制臂也大幅减轻。同时,SMiCA的安装空间更小,给予底盘设计更大的空间和可能性。

轻量化减振器是一个综合运用了多种轻量化手段的产物:它的减振筒由轻质铝材制成;由于设计的原因,减振筒上各个部位的强度需求并不相同,有些部位要求受力较大,而另一些部分则要求尽可能的薄。

这样的功能性需求对生产工艺的要求极高,生产中必须采取17道工序来制成这种特殊要求的筒身。

通过采用环状纤维增强材质和注塑工艺,采埃孚显示了如何在不损失强度的情况下将传统的钢制制动踏板重量减轻50%。环状纤维增强材质也被称为“层压材料”,它由热塑性塑料材料制成,其力学性能表现优异。在注塑工艺的帮助下,制动踏板的制造变得更加简单,其制造工序少于传统制动踏板。

采用玻璃纤维加强型塑料制成的带车轮控制横置板簧的乘用车车桥系统显示了采埃孚采用轻量化材料研发生产整个车桥系统的能力。相比于传统车桥系统减重12%~15%还不足以说明它的优势:不同于复杂的多连杆悬架,采埃孚只用一个零部件——带车轮控制的横置板簧,它承担着车轮导向、弹跳和翻滚阻尼的悬架功能。未来,这一采埃孚自主研发的成果将被批量生产以提升车辆行驶的舒适性和经济性。

动力总成技术

霍尼韦尔:第二代汽油涡轮增压技术

2012年4月,霍尼韦尔宣布其最新汽油涡轮增压技术的全球首个应用车型——菲亚特菲翔(Viaggio)在2012北京国际车展隆重亮相。

霍尼韦尔第二代汽油涡轮增压技术结合了空气动力学和轴承系统领域的最新研究成果,显著提升了燃油经济性和驾驶性能,同时将发动机结构缩减了近30%,降低了整个系统的复杂性和成本。

“我们的最新涡轮增压技术为客户提供了一个有效、经济的解决方案满足世界各地最新的燃油经济性标准,”霍尼韦尔交通系统集团中国及印度区副总裁兼总经理戴鹏杰先生表示,“未来5年在中国使用涡轮增压器的车辆将从400万台增加到800万台。我们已经确认,在接下来的车型年份里将向全球范围客户提供超过200万台运用该技术的涡轮增压器。”

1.4L T-Jet Fire系列涡轮增压发动机预计动力可达120hp(88.3kW),在运动调校版本下可增至150hp(110.3kW),此外,其最大转矩为206Nm,并配备了DCT双离合变速器。

大陆集团:更加节省燃料的涡轮增压器

2012年9月,大陆集团动力总成系统部宣布,立足于“清洁能源”的愿景,大陆集团的涡轮增压器已取得了重大进展。由于其全自动化装配、更高的热动力学效率和全新设计,大陆集团的涡轮增压器为环保型驾驶提供了定制化和价格更为便宜的解决方案。大陆集团为福特公司的新发动机平台提供创新涡轮增压器。该创新系统已在福特福克斯1.0L EcoBoost汽油机投入量产,并且该系统以最高分获得“2012年度国际发动机大奖”。针对福特C-MAX和新福特B-MAX的量产也将很快进行。


图6 大陆集团研发的涡轮增压器

大陆集团优化了其用于柴油机与汽油机的喷射系统来减少排放和实现更节省燃料的燃烧。这些由涡轮增压发动机和直喷系统组成的系统解决方案相比标准汽油机可节省燃料12%~35%。至于柴油机,将高端喷射系统与减小发动机尺寸和热管理本身结合起来有可能减少10%的燃料消耗。NO后处理系统可使燃料进一步节省4%。

博格华纳:新一代三级涡轮增压系统

2012年12月,博格华纳宣布,首次将最新研发的创新性三级涡轮增压技术应用于目前世界上功率最大的6缸柴油机——宝马M型系列柴油机。使用博格华纳三级涡轮增压系统的3.0L发动机,最大输出功率可达280kW,最大转矩为740Nm,不仅可以提供无与伦比的性能,而且还可以改进燃油经济性。

博格华纳新推出的强大涡轮增压系统,包含了两个小型的BV45高压可变几何涡轮增压器,以及一个较大型的B2低压水冷涡轮增压器。升级后的发动机通过配置一个额外的高压涡轮增压器,其增压能力相对于二级增压系统可达到一个全新的水平。三级涡轮增压器可以在不同的发动机转速下被激活。

为了实现有效与高效的增压压力,应将排气流量和新鲜空气的供应量调节至最高精度。特别是在低压涡轮增压器高速运转时,应通过真空驱动器打开排气阀门,同时以气动方式激活皮瓣以精确地控制新鲜空气的供应量。间接性的空气冷却,优化了三级涡轮增压器内的压缩空气温度,提高了发动机的输出功率。

轮胎技术

普利司通:全球首款SUV 轮胎——ECOPIA 绿歌伴

2012年8月,普利司通(中国)宣布,旗下搭载尖端绿色科技的环保旗舰商品品牌ECOPIA绿歌伴,继2010年面向轿车市场的首款轮胎EP100A上市之后,面向中国市场推出其首款SUV专用轮胎——EP850绿歌伴,这是该款商品在全球的首次亮相。


图7 全球首款SUV轮胎——ECOPIA绿歌伴

2010年,正值中国政府大力推广节能减排、构筑低碳社会的热潮来临之际,普利司通(中国)积极响应政府号召,将搭载了集团先进环保技术的环保旗舰商品品牌ECOPIA绿歌伴引入中国市场并实现首款EP100A商品国产化,开创了国产高科技环保轮胎的革新之路,也成功迈出了企业战略重点从F1的“激情卓越”转向环保领域的关键性一步。同时,作为企业长远规划的目标之一,普利司通做出了“至2013年,普利司通中国旗下轿车用替换轮胎市场90%以上的产品规格都将满足普利司通集团环保自主标准”这一前瞻性战略决定。

EP100A的成功导入无疑为迎接绿歌伴家族其他成员的到来奠定了坚实的基础。2012年8月,在绿歌伴品牌落地中国2周年之际,普利司通再次迎来国产化的第二款环保科技新品ECOPIA EP850,这是ECOPIA品牌旗下面向SUV用户投放的第一款环保产品。该款商品继承了绿歌伴品牌高度兼顾安全性和环保性(低滚动阻力)的基因,并能带给用户更为舒适、宁静的城市越野感受。而作为普利司通在中国市场首次实现全球首发的轮胎商品,EP850的上市无疑突显出ECOPIA绿歌伴品牌在中国市场的重要地位,更表明了普利司通“推动本土环保轮胎技术革新,助力中国汽车社会可持续发展”的坚定决心。

米其林:16˝加强型轻型货车轮胎

2012年11月,米其林(中国)投资有限公司发布16˝全轮位加强型轻型货车轮胎产品——米其林Agilis HD。加强的胎体和强壮的花纹设计,为轮胎带来了更好的耐久性和抗冲击能力,使其适用于各种严苛的使用条件。

米其林(中国)投资有限公司高级副总裁夏茂廷先生表示:“为了满足轻型货车面对的比较复杂的路面状况,及用户对于车辆安全性和运输效率的需求,米其林此次面向新兴的市场推出这款加强型轻型货车产品。通过各项产品性能的提高,为用户带来更安心、更高效的解决方案。”


图8 16˝加强型轻型货车轮胎

对于广大的轮胎用户,车辆的运行情况将直接影响运输车队的效率。而大多数的轻型货车用户,在路上行驶的时间较长,且容易遇到各种极端天气及交通状况。为了满足车辆用户日益增高的要求,米其林推出Agilis HD加强型轻型货车轮胎,提高了轮胎的多项性能表现,主要体现在:

(1)米其林Agilis HD轮胎的胎冠带束层、趾口和胎体的钢丝均加粗30%,可有效减少轮胎早期破坏,从而降低运营成本。

(2)相较于非加强型轮胎,这款胎体额外增加了2公斤的金属加强材料,加强的胎体具备卓越的抗冲击性能,可让用户在较恶劣的使用条件下更安心。

(3)强壮的块状花纹设计使轮胎在粗糙路面上具有更好的抓地力及牵引性能。

(4)特殊的橡胶配方使胎面能更好的抵御粗糙路面可能造成的切割和磨耗。

(5)之字形花纹沟槽宽度达到10.5mm,沟槽面积占整个胎面的21.6%。

自米其林在2010年10月首次推出Agilis轻型货车轮胎以来,此次新产品的推出是在产品类别和性能方面的又一次突破。Agilis系列轮胎配备有内胎及无内胎产品类型,以满足不同车辆类型的特殊需求。

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