汽车新技术论文.docx

汽车新技术，汽车发动机、动力传动、悬架、转向、制动、设计方法、新材料等方面，手写10-15页纸。摘要：报告讲述了汽车发动机、动力传动、悬架、转向、制动、设计方法、新材料等方面的新技术，结合作者自身的经历讲述对这些新技术的看法和思考，让人耳目一新。关键词：缸内直喷、fsae比赛、差速器壳体改装、后轮转向、制动减配、新材料污染前言： 自1886年“奔驰1号”诞生开始，世界汽车工业已经延续一百多年了，而他的作用也从当初的代步工具逐渐变的多元化。依我看来现代汽车更像一件融合了高端科技的绝美艺术品。汽车的出现极大的改变了人们的生活方式，汽车在改变我们的生活，不过它在带给我们极大便利的同时，的确也带来了一些烦恼。空气污染是否跟汽车尾气排放有关？想必大家对2014年1月中科院关于汽车尾气排放占有率研究的乌龙事件还记忆犹新。汽车尾气的排放到底占大气污染源的多少我能力有限，真的无法告诉你。不过眼下很多汽车新技术都是紧紧围绕节能减排和安全舒适这个两个主题诞生的。各种新技术的应用使现代汽车不断向着节能化、现代化、智能化、信息化的方向发展，新技术的应用更大程度地满足了人类的安全舒适度需求，同时也进一步降低了人类活动对环境的负面影响。人类的需求带来问题，人类不得不动脑子解决这些问题。我觉的百度文库里的这句话说得很好生活就是这样，对任何生活方式的评价都是相对的，没有绝对的好与坏。这是一种观念，一种态度，更是一种文化。下面我就正式开始向大家介绍汽车发动机、动力传动、悬架、转向、制动、设计方法、新材料等方面的一些汽车新技术。一、 汽车发动机 发动机这玩意是将自然界中的某种能量直接转换成机械能并拖动某些机械来工作的机器。简单讲发动机就是一个能量转换机构，即将汽油(柴油)的热能，通过在密封气缸内燃烧气体膨胀时，推动活塞做功，转变为机械能，这是发动机最基本原理。发动机所有结构都是为能量转换服务的，虽然发动机伴随着汽车走过了100多年的历史，无论是在设计上、制造上、工艺上还是在性能上、控制上都有很大的提高，其基本原理仍然未变，这是一个富于创造的时代，那些发动机设计者们，不断地将最新科技与发动机融为一体，把发动机变成一个复杂的机电一体化产品，使发动机性能达到近乎完善的程度，各世界著名汽车厂商也将发动机的性能作为竞争亮点。汽油缸内直喷技术很久以前我在大街上看到宝马车屁股后面的车型标志总有“li”字样，比如“530li”。通过强大的百度我知道了“l”是轴距加长的意思，“i”则是指缸内直喷。然后我又去查缸内直喷是什么采用缸内直喷技术的发动机将喷油嘴移到了汽缸内部，利用电子控制系统精准控制燃油的喷射时间和喷射量，直接送入燃烧室与吸入的空气混合，使发动机在任何工况下都能保持最佳的燃烧效果，输出功率更加强大，油耗也低于同级别传统发动机。我已经把它的基本工作形式和优点都告诉你了，和汽油缸内直喷相对的就是传统的化油器电喷技术（歧管喷射）。因为这些优势，缸内直喷技术早已成为了各汽车大厂商的主攻方向。现在配有缸内直喷发动机的车型也越来越多。比如2013年上市的第九代雅阁，新蒙迪欧（我还是喜欢叫他阿斯顿蒙迪欧）等等，当然我最喜欢的马自达atenza（搭载创驰蓝天技术的发动机哦，很省油的）也要在今年国产啦。这些技术每个车企都有自己的命名方式，大众fsi、菲亚特jts、本田i-vtec i、宝马hpi、 马自达disi、福特ecoboost等等就不一一列举了。因为本人很喜欢马自达，所以就以马自达的disi为例向大家详细介绍一下。disi直喷系统作用是将雾化的燃油与空气在气缸内充分的混合，尽可能的使气缸内的空气得到冷却（雾化的燃油吸热汽化，可以有效的降低气缸内的温度。），以此提高混合气的高填充率和发动机的高压缩比，从而实现发动机的高性能和低油耗。那么如何才能使燃油充分雾化呢？旋涡喷油嘴起到了至关重要的作用。喷油嘴前端分布着六道经过复杂的高精度工艺加工出的导流沟槽，使喷出的燃油形成圆锥中空雾状，从而达到更好的混合效果和汽化效果。怠速状态下，燃油供给系统会将压力降低至3mpa，从而降低机械阻力，提高燃油经济性。在发动机高负载时，燃油压力可高达11.5mpa，以促进雾化，提高输出功率。马自达在2006年以前就拥有两款直喷发动机，分别是自然吸气2.0l disi发动机和2.3l disi 涡轮增压发动机。而距离我们生活最近的就要说这台于2012年入选沃德十佳发动机的skyactiv-g pe-vps发动机。相比普通4-1排气管，4-2-1排气管可以延长排气路径，减小排气备压，尽量减少燃烧室内的残余气体，从而降低气缸内温度，抑制高压缩比带来的爆震。得益于较高的压缩比，辅以vvt可变正时气门技术，海外版马自达3上这台2.0l skyactiv汽油机在燃油效率和扭矩输出上都提升了15%以上。与2.0升mzr发动机相比，2.0l skyactiv-g发动机的峰值扭矩从前者的182牛米提升到了200牛米，市区油耗从10.2升/百公里降低为8.5升/百公里，高速油耗从7.1升/百公里降低为5.8升/百公里。从以上这些油耗数据可以看出缸内直喷技术真的很省油。其实缸内直喷技术早在1917年就被应用在军事上了，但是由于当时的技术以及成本的问题没有得到广泛应用，这些发展历史就不在赘述了。前几天我在汽车之家网站里看到一篇说文章说汽油直喷技术与雾霾和积碳产生有很大联系，感兴趣的话可以搜索“雾霾和积碳的元凶？谈直喷发动机的弊端”这篇文章看看，由于还有其他方面的新技术等着我来介绍，发动机方面我就说这么多了。二、 动力传动我是我们学校大学生方程式车队的一名队员，在车队里我负责的就是传动，一直觉得传动非常重要，好的动力要求一套完美的传动系统才能发挥出好的作用。自己对传动很有感情，想着以后到车企也做底盘方面的工作。这个专题我想谈谈自己感觉到的fsae（大学生方程式汽车大赛简称）传动。传动传递的是动力，那么你可能要问传递的路径是什么了。动力从发动机输出后经过离合器、变速箱、主减速器、差速器、半轴、轮毂最后传递到轮胎。fsae中传动系的主要有以下几个功能和作用。输出功率和扭矩、传递和脱离动力、减速曾扭、变速变扭、使驱动轮差速、和其他系统配合、改变旋转平面（纵置发动机）、改变驱动轮旋转方向（实现倒车）。由于油车赛采用的都是摩托车的发动机已经集成了离合器和变速器，电车赛也不需要离合器，所以这些都不用我们自己设计，我们要烦的就是剩下的那些了 。比如，差速器（包括差速器悬置支架）、链轮、调节链轮张紧度的偏心结构、轮毂球笼、半轴、油车换挡机构等等。下面就我的一点点经验，向大家浅显的谈谈我在fsae一年多来所见到的传动技术。1、 差速器国内fsae使用的差速器主流就三种：drexle德雷克斯勒差速器、cusco库斯科差速器、torsen托森差速器。这个顺序是照价格高低排列的。德雷克斯勒差速器从德国官网购买加上运费等等大概要2w人民币，非高富帅车队不能使用，国内像北京理工大学、湖南大学车队都是使用这款差速器。如果不考虑价格因素，这款差速器使用起来会省很多事，不用做壳体密封、重量更轻、自带7075t6铝材制作链轮（与链轮通过花键链接不用考虑连接问题）、锁紧系数可调等等。cusco库斯科差速器和托森差速器差不多、不过深圳有个公司赞助中国赛项目，有几个学校用的是他们的差速器。我们学校一直使用的都是托森差速器，托森的优点是便宜不到5000块钱就能搞定，性能也完全适应我们的比赛，缺点可以对比drexle德雷克斯勒差速器的优点。托森的密封壳体很多学校是铣的铝壳、我们学校两支车队去年都是用的亚克力壳体粘接。优点是便宜好看，不过工艺要求很高，2013年就因为粘接问题漏油而不得不重新做了一个端盖。今年我做了一个很大胆的尝试改装托森的铸铁壳体。寒假前我把差速器拆开，内部的蜗轮蜗杆全部标记了位置。根据官网给的图纸以及在实验室实际测量画出了壳体图。改装的好处是可以轻2kg左右，同时也可以解决和大链轮的装配问题（因为自己设计除了内部蜗轮蜗杆的位置要和原来一样外，其他结构我可以设计成我想要的，比如将原来的内花键改成外花键）。但能不能成功影响因素也很多，各种孔的位置，机床加工精度，装配误差等等，稍有不慎就可能尝试失败。但是我依然想去尝试，因为这种改装在国外已经有很多车队做了证明它是可行可靠的，而自己动手做更有一种乐趣，更是这场比赛的意思所在。希望我们今年差速器壳体可以改装成功。差速器的悬置支架虽然每个车队的样式都不一样，但作用都单一的是固定差速器，不过已经有车队将支架和举升杆合成一体，这样省去了很多重量。2.链轮链轮这块结构没有什么可说的，齿数根据自己选的传动比来确定，各车队不同的主要是材料和加工工艺。我现在知道的材料有40cr、7075t6铝和钛合金。40cr最便宜但是重量大，后两种材料价格和性能差不多。2013年我们学校油车采用的就是钛合金链轮，费用大概1000元，我看到后感觉真的很像一件艺术品。3.调节链条张紧度的偏心结构2013年我们车队采用的是偏心轮调节链条张紧度，最后装链条的时候可把我累坏了，非常难调。每次调节的时候必须保证左右两边的偏心轮同步转动，稍有偏差就内应力多大有掰开差速器壳体的危险（第一次漏油就有这方面的原因），当时就发誓明年一定要改进这个结构。在赛场是额特意观察了其他车队的设计，发现这部分结构总共有三种不同类型。第一种就是我们用的偏心轮结构。第二种是正反螺纹螺杆结构，很好调节，只要转动螺杆就行了，但缺点也和明显，螺杆很单薄容易晃动，要知道传动系统不稳定是很严重的事，设计传动最重要的是稳定，没有很稳定的结构其他都是扯淡。第三种是塞加不同厚度的垫片。我们2014年的新车就准备采用这种结构，稳定易调节，需要制作不同厚度的垫片。传动方面我就谈这么多，其实每个方面如果仔细研究下去都有很多内容可以做，国内车队也有很多技术创新，我们如果不去创新，每年做的车和去年没什么两样，那早晚会被其他强队甩开很远。三、 悬架前几天我在汽车之家论坛的视频里看过一篇专题视频报道，一共做了4期，叫“7款百万级suv大横评”。全面对比了奥迪q7、宝马x5、奔驰m级、丰田兰德酷路泽、大众途锐、jeep大切诺基、路虎第四代发现等7位重量级选手在加速、制动、公路行驶性能、交叉轴试验、综合越野能力等方面的能力。其中大排量、增压系统、全时四驱、分时四驱、中央差速器、四轮电子辅助等技术的作用看的真让人大呼过瘾，但最令我印象深刻的是可升降的空气悬架和电子控制悬架。悬架简单讲就是车身与车轮之间连接装置的总称，由减震器、导向机构和弹性元件组成，空气悬架广义上就是用空气弹簧作为弹性元件的悬架。空气悬架并不是近些年才诞生的。早在20世纪30年代初就已经有人研制出了空气柱形式的空气弹簧悬架系统。在我们了解空气悬架结构之前让我们看看空气悬架和普通悬架的区别，普通悬架的弹性元件为弹簧，在车身与轮胎之间起到弹性联系的作用，并承受和传递垂直载荷，缓和及抑制不平路面所引起的冲击等作用，减震器用以加快振动的衰减，限制车身和车轮的振动。而空气悬架中用空气弹簧取代了普通弹簧作为弹性元件，正是因为气体的可压缩及可膨胀性，使得空气弹簧除了可以起到在车身与车轮之间作弹性联系，承受和传递垂直载荷，缓和及抑制不平路面所引起的冲击外，还可以主动的调节车身高度，这就为下面我们要提到的电子控制悬架系统做了铺垫。空气悬架系统一般由空气弹簧、减震器、导向结构、空气供给单元（如空气压缩机、单项阀、气路、储气罐等）、高度控制阀等组成。现在很多品牌，尤其是讲究乘坐舒适性的豪华车或者讲究通过性的suv车型很多都配备或可以选配空气悬架。随着科学技术的不断发展，电子控制悬架系统进入到了我们的生活中。早期的空气悬架仅仅是机械的将车身高度保持在设定范围内，现在装备有电子控制悬架系统的汽车当载荷、行驶速度、路面状况等行驶条件发生变化后，主动悬架系统能自动调整悬架刚度（整车调整和单轮调整），还能通过调节空气弹簧，达到调节车身高度的目的，从而能同时满足汽车行驶平顺性和操纵稳定性等各方面的要求。所以说电子控制悬架系统可谓是踩在空气悬架这个“巨人的肩膀”上。我一直觉得悬架很影响汽车的操纵性、舒适性和通过性。自己梦想着有一辆前双横臂、后多连杆独立悬架的马自达atenza就满足啦，“弯道王子”的名头没有良好的悬架系统是不可能得到的。四、 转向想必大家看到转向的第一印象就是前轮负责转向，我现在可以告诉你后轮转向也可以实现，而且就在我们2013年的中国大学生方程式比赛中就有燕山大学车队做了，虽然转动角度很小，但是确实让不少车队羡煞不已。我不知道在比赛中他们的后轮转向有没有起过作用，但是在2013年日内瓦车展上进行全球首发的新款911 gt3车型在保时捷的车系历史中首次搭载了“主动式后轮转向”系统。当时人们推测这套系统是采埃孚给保时捷开发的。采埃孚称这套主动式后轮转向系统为akc（active kinematics control）。通常对于主动式后轮转向系统而言，技术上最难的就是那套控制逻辑：后轮在什么时候该发生转向、向哪个方向转、转多大的角度，如果控制逻辑不够成熟，不但起不到积极的作用，反而会适得其反。这套akc系统的核心是一个电子控制单元，它实时地收集车辆行进时的各种动态信息，数据信息经处理分析后，控制单元会发出指令来控制后轮进行相应的转向动作。低速行驶时，后轮的转动方向与前轮相反，提高了车辆的灵活性，并减小了车辆的转弯半径。高速行驶时则与前轮保持一致，特别是在避让和紧急变线的情况下，可以提高车辆的行驶稳定性。控制后轮的电动转向机构的重量不到3kg，它可以使后轮实现最大6的转向角，其所能提供的最大转向力度为4000n。akc系统主要是通过改变两个后轮的前束值来实现后轮转向的，与常见的后轮主动式转向系统不同的是，akc系统中的两个后轮的转向机构由两套电机单独控制，也就是说，左右两个后轮的转向幅度可以独立控制，这意味着后轮可以针对车辆的转向状态做出更为精确的调整，进一步提高了转向系统的精度，使车辆的操控性和循迹性的表现更为优异，这就无疑提升了车辆的转向精度，搭载在十分讲求操控性的超跑上，可谓相得益彰。基于此，我们还可以大胆进行设想，这套系统完全可以通过电脑系统的设定来实现对车辆后轮前束值的自动补偿，从而使得车辆的四轮定位始终处在合理的范围内。虽然这些技术我自己也看的不太懂，但真心觉得大胆想象大胆创新一切都是有可能的。五、 制动安全性是车辆一个恒久的主题，就像某个卖钻石的广告词一样。看过很多因为制动系统问题造成的严重事故，丰田前几年也因为制动问题在北美市场损失惨重。制动这部分我不想谈最新技术，我想结合2012年武汉出租车制动系统简配这一事件跟大家谈谈汽车制动系统的安全问题。我想这个更重要一些。2012年武汉市最新投放的出租车宣布abs+ebd系统被取消，真空助力器和后轮鼓式制动器尺寸缩水，这对于车辆的制动系统究竟会产生何种影响？abs车轮防抱死和ebd制动力分配对于现在的汽车而言，是最基础不过的配置了，二者组成了一套电子制动辅助系统，通过电子设备及合理的程序来辅助驾驶员对车辆的制动进行控制，通过两项功能的相互配合使得车辆在制动过程中更为稳定。制动助力的效果在一定程度上取决于发动机提供真空度的大小（如果加装额外的真空泵就另当别论了，在这里暂不考虑），在武汉出租车事件中，减配的爱丽舍与普通的车型都搭载了一台1.6升自然进气发动机，不同的是武汉的出租车是以天然气为燃料的，这有可能会削弱发动机提供的真空度，进而影响到真空助力器的工作。真空助力器内部的膜片尺寸决定着它的作用面积，面积越大，真空助力器所提供的助力效果越明显，这在设计之初即可针对不同的车型以及不同的真空度来选用不同尺寸规格的真空助力器，从尺寸上来看，可按6寸至13寸进行规格上的划分，这也意味着助力特性的不同。综上所述，真空助力器的尺寸越大，可提供的助力就越大，成本也就更高。鼓式制动器通常由制动鼓、制动蹄以及驱动制动蹄动作的制动轮缸组成。制动鼓是随着车轮一起旋转的部件，其内部的制动蹄在制动轮缸的推动下动作并挤压制动鼓的内表面，从而起到制动的目的。制动轮缸的压力会使得制动蹄紧贴制动鼓产生压力和摩擦力，同时制动鼓会对制动蹄也产生相应大小的压力和摩擦力。根据力矩=力*力臂，我们可以看到在制动轮缸压力不变的情况下，如果制动缸的直径越大，那么制动力臂就会越长，最终会使得制动力矩越大，所能产生的制动效果也就越好。当然，这是在其它情况都不变的情况下，我们只讨论制动鼓的直径的大小对制动效果所产生的影响。现在影响和隐患显而易见了，制动辅助系统、后轮鼓式制动以及真空助力器的减配已经触及到了一辆车安全性能的底线，而将这些因素叠加到一起后，车辆的制动性能难免会出现一些问题。不该省的地方千万不能省，后果谁也承担不了。六、设计方法今年的选修课我选了一门汽车有限元结构分析和一门汽车cad/cae。现代汽车技术的迅猛发展离不开这些辅助工具的诞生。没有一把好剑怎么能拿下高地呢。查阅论文知道了一些现代设计方法的理论。传统设计又称经验 设计或常规设计它以生 产 经 验 为 基础运用力学和数学而形成 的经验公 式图 表手册 等 作为 设计 的依 据和 指 导 的 准则是 半理论半 经 验的 设 计方 法。而 现 代 设计 法 是 以 设计 产 品 为 目标 的一 个总的知识 群体的统 称在设 计 的 各 阶段 中要采用其 中某些 合宜有效 的方 法和技术以解 决设计 中的 总 体和 各个具 体 问题其核 心 是动态优 化 和计算 机化。系统分析、模态分析、模糊分析设计、计算机辅助设计等等都是现代设计方法。 相信以后我们毕业进入车企业会慢慢接触到的。七、 新材料 现在汽车新材料应用很多，比如我们方程式比赛中大量应用的碳纤维车身、碳纤维方向盘、碳纤维座椅、碳纤维悬架等等，应用已经很普遍了。铝合金材料