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2015-12-16

汽车工程师 2015年4期
关键词:电池发动机

丰田第2款涡轮增压发动机排量1.2 L热效率更优

丰田推出第2款涡轮增压发动机——1.2 L排量直喷涡轮增压发动机。搭载该发动机的小改款Auris型号为120T,从1 500~4 000 r/min的宽广转速范围内能发出185 N·m的最大扭矩。100 km油耗5.15 L,比日本政府2015年的燃油标准还要优秀10%以上,由此获得了日本政府专门为节能车辆设立的补助金和税费减免。

该发动机的涡轮增压器只有单涡管,排气歧管整合在气缸头上,并配有水冷来优化排气温度,使得进气冷却程度不受发动机热负荷的影响,从而获得更敏捷的加速性能和全速域下更高的扭矩。通过在气缸中引入更强的挤流(水平轴线的涡流),并搭配D-4T(汽油直喷四冲程增压)技术,在缸内营造出最优的油气混合物,从而提高了火焰的燃烧速度。进气门连续可变气门正时可以根据负载不同,适时地切换成阿特金森循环,最高能将热效率提升到36%。

福特利用大脑扫描技术开发新车内饰

福特公开了未来内饰设计方向,大脑扫描和眼球追踪技术成为最新设计工具。新设计方法从眼球跟踪开始,传感器持续跟踪车内人员眼球移动方向,并记录下相关数据,该技术用于帮助设计师和研究人员观察车内哪块区域最先受到注视,锁定设计的重点区域,以及判别某区域长时间吸引关注的人群比例。而大脑扫描则用于追踪被观察者看到内饰方案时,“大脑系统的活跃与抑制”情况,从而判断内饰设计方案的吸引力程度。

智能大灯技术或将引领产业变革

现今市场上的智能大灯技术主要由德系车型领跑,如奔驰新一代S级的智慧型LED头灯具备主动转向照明、转弯辅助照明、乡村道路、高速公路与浓雾模式,独特的遮光功能能够抹掉对向或同向行驶车辆的光照伪装,每个头灯总成内包含有多达56颗LED,它们能够实现分别点亮、熄灭或者调整亮度;宝马i8激光大灯照明系统的照度已可达170 lm/W,其长度仅有10 μm,照射距离却是传统LED的2倍;奥迪在其改款A8/S8上采用了矩阵式LED头灯光源技术,该技术由25个LED组成,每个LED单体都可以单独自动进行开启或关闭动作,同时结合了卫星导航系统,在驾驶者开始转动方向盘或汽车入弯之前,矩阵式LED头灯会预先调整光源照射角度。

从现阶段的车灯技术发展来看,LED与激光技术正在逐步登上灯具普及的舞台,而下一阶段,灯组与电子系统的结合必将是大势所趋。

朗盛推新型纤维塑料质量减轻刚度增强

朗盛公司推出了新型连续纤维增强热塑复合材料。1)Tepex dynalite 102-RG600采用了全新的建模方法,可以用于汽车结构部件,其双向织物层中含有47%的连续玻璃纤维。经过重复模塑的Tepex嵌件可以被用作金属增强件(如板片和钢筋)的替代物,质量减轻30%。对比热固性复合材料,Tepex在较低体积质量的情况下依然能提供较高的刚度和强度,并具有较好的成形性及可循环能力。2)Durethan B24 CMH2.0是聚酰胺6的一种,在遭受冲击的情况下,该材料比钢板或长玻璃纤维增强塑料能吸收更多的能量,提升了安全性,而其质量相比之前的版本减轻了800 g。3)Durethan BKV 60 XF作为最新研发出来的复合材料,同样基于聚酰胺6,但其玻璃纤维含量高达60%。其力学性能和Durethan BKV 60 H2.0 EF相当,但其熔体流动要高出30%,且壁厚小于1 mm。

技术进步将使锂电池价格在5年内降65%

电动汽车搭载的锂离子电池组,存储1 kW·h电能的基本单元成本2015年在496美元左右,相比2010年下降了60%。Navigant咨询公司的市场分析师认为,未来5年锂电池的价格将减少到175美元。

微混合动力系统是指利用电池组控制的小型元件,在城市交通工况下管理发动机的开启或关闭,该技术已经成功应用多年。价格低廉的电池组可以让微混合动力系统更有竞争优势,而大批量生产、提高储电能力和增加销售量都有助于降低电池组售价。特斯拉汽车公司计划投资50亿美元建立一所超级电池工厂,在未来10年把1 kW·h电池单元的成本控制在100美元以下。

舍弗勒将通过48 V系统减排15%

舍弗勒日本公司表示,将通过使发动机的最高输出功率提高至20 kW,进行更加细致的汽车控制等方法继续提高燃效,最终使CO2排放量降低15%。

德国舍弗勒集团以奥迪“TT”为原型,开发出了配备48 V系统的试验车,该试验车配备了支持48 V的ISG(起动发电一体机)、装有12 kW(最高输出功率)电机的电动驱动桥以及锂电池等。可实现通过ISG来辅助发动机驱动、进行减速能量再生,以及在低速时由电机驱动行驶等。在行驶试验中,该试验车可使CO2排放量比原型车降低10%。

沃尔沃采用博格华纳新涡轮增压技术

博格华纳发布官方声明称其最新涡轮增压技术将配套沃尔沃所有4缸汽油发动机。优化后的涡轮增压器采用了紧凑型、轻量化及模块化的设计。使用气隙绝缘钣金涡轮机壳,形状与普通涡轮增压器几乎相同,但其能适配任何一台发动机。

钣金涡轮机壳通过将钣金部件冲压并焊接,保证隔热效果的同时也降低了机壳温度,新的涡轮机壳能够承受高达980℃的排气温度。由于使用了改进后的排气脉冲,低惯性涡轮机叶轮和更快的瞬态响应也带来了更高的性能。发动机冷启动时,催化转换器能够更迅速地被激活,从而降低CO2排放。为防止在发动机高功率状态下增压,该涡轮增压器还配有废气阀门。

四大连网技术令车联网不再遥远

可以让汽车内部电子系统间进行无缝互连,甚至可以通过互联网与其他车辆或云端系统互动的四大连网技术正在迅速发展。

1)车载Wi-Fi。汽车制造商可以利用车载Wi-Fi实现软件升级和新特性。驾驶员可以使用移动设备远程查看其汽车位置、油量与里程,同样也可以在同一移动设备上接收关于汽车性能与诊断的预警信息。此外,车载Wi-Fi技术还可以搭建移动热点,在不依赖蜂窝设备且移动的状态下实现与网络的连接。Wi-Fi同样有望在V2X通信和实现无人驾驶的过程中发挥关键作用。2)智能蓝牙。智能蓝牙连接技术将在汽车与可穿戴技术连接的实现过程中发挥至关重要的作用,包括实现监测疲劳驾驶、血液中酒精含量及血糖水平等生物计量指标的连接。3)近场通信(NFC)。借助NFC,驾驶员可以通过轻触,实现将移动设备与控制面板的配对连接。无线充电将成为车辆的标准配置,实现真正的多设备即放即充的体验。在挡风玻璃中集成NFC技术还能让NFC支持数字密钥交换认证、用户配置文件与车辆信息等数据交换的功能,这将极大简化租车流程。NFC支持的数字密钥应用还可以拓展至其他任务,例如移动支付以及出入受限制的大楼或停车场。4)车载以太网。车载以太网将专业和独立的系统集成于一个集中且安全的平台之中。多个站点可以使用单一的数据传输协议并同时访问与交换信息。从设备无缝连通性到高级的驾驶员辅助特性,以太网具备的成本效益能够将豪华车型的安全性及休闲娱乐特性引入中级经济车型当中。

特殊薄膜使HUD成本下降到10%

台湾车载电子厂商——怡利电子工业在“2015年台北国际汽车零配件展暨车用电子展”上,首次展出了正在开发的低价位前挡风玻璃型HUD(平视显示器)技术。该技术是将特殊光学薄膜贴在前挡风玻璃上来抑制重影。投影装置设置在仪表板内或后视镜背面。薄膜的透射率高达90%。影像的观看距离长达2~3 m,实现了自然的视觉效果。与原来采用特殊前挡风玻璃的技术相比,能以1/10以下成本提供,估计只需300多美元即可。计划在2015年年底之前投产。

B456第3代12 V电池冷启动功率提升25%

B456系统公司对外宣布推出第3代12 V汽车启动锂离子电池,该电池所有的组成零部件均针对汽车低电压应用进行了优化设计。

采用全新超级磷酸盐技术,使得该电池的冷启动功率提升了25%。与其前一代产品相比其尺寸也得到了大幅降低,质量仅为传统铅酸电池的1/2。该电池还可兼具汽车制动能量回收的功能,其使用寿命和充电兼容性也都得到了大幅提高。使用该电池动力系统与传统动力系统相比,可使汽车的燃油效率和尾气排放收益提高10%。

MIT与莫斯科大学共同研发金属空气电池

麻省理工学院(MIT)材料加工中心与莫斯科国立大学共同成立了Skoltech电化学能量储存中心(CEES),参与合作项目的研究人员正致力于开发拥有更高储能容量的电池。可再充电的金属空气电池组研发是其3项主要研究课题之一。

可再充电金属空气电池组的关键是检测锂是否可以以氧化物的形式(过氧化锂)储存,而过氧化锂具有大幅提高能量储存密度的潜力,并且在发挥作用时是可逆的。相关研究主要涉及:纳米结构的氧化催化剂与电极的合成,电化学反应和化学反应性的原位研究,新颖的电极设计,溶剂对氧化还原反应电位势的影响,过氧化锂和氧化钠的成核增长现象,溶剂-电极界面的原位投射电子显微分析,以及氧化物的原位X射线吸收近边结构光谱研究。

新款MX-5改变平衡块形状以抑制振动

马自达预定2015年6月推出第4代“MX-5”(Roadster,第4代编号为ND),其发动机以FF(前置前驱)车用发动机为原型,提高了最高转速,但同时会带来振动增大的问题,为了抑制振动,技术人员对新款发动机曲柄轴上的8个平衡块全部做了形状上的改变。

以前使用平衡块的目的是抑制发动机各气缸产生的振动。此时,尽管各个气缸的振动存在时间上的差异,但由于气缸形状统一,各气缸的振动形态相同,因此平衡块的形状也基本一样。而MX-5是利用平衡块来抑制驱动系统各部件整体的振动,因此,将各个平衡块设计成了完全不同的形状。

此次,马自达有始以来第1次制作了将发动机、飞轮、离合器、变速箱、传动轴及后差速齿轮机构等主要驱动系统部件全部包括在内的模型,并实施了振动分析,由此实现了形状不同的平衡块。

车内摄像头助力半自动驾驶

在高速公路或交通拥堵等条件下,很多驾驶员想要实现半自动驾驶,这成为在汽车座舱内安装摄像头的一个主要因素。与电子控制系统不同,半自动驾驶系统能够使汽车同前方车辆保持安全车距,还能够处理突发事件。当需要确认驾驶员认知能力或者阻止驾驶员在驾驶时分心,车内摄像头能够辅助半自动驾驶系统确定是否需要提醒驾驶员。安全系统将启动用于监测驾驶者是否打瞌睡、发短信或其他分心行为。

车内摄像头也兼具部分传感器的功能。例如,驾驶员监控摄像头可以用来监测安全气囊是否打开从而判断乘员安全。得益于较高的安全系数,车内摄像头也更加可靠。

利用CAD设计最大限度为发动机减重

雷诺动力系统部门希望通过重新设计核心组件,最优化原材料的使用量,从而更大程度上减轻现有和正在研发的发动机质量,同时提高动力单元的性能表现。其合作公司Altair向雷诺提供了大量设计最优化技术支持,双方联合开展了名为Grand Challenge(重大挑战)的模拟测试,探索研发早期应用优化技术对动力系统质量、性能和可制造性的影响。

基于已有的CAD模型,Altair的SimLab有限元模拟环境能够自动构建复杂的动力系统结构。为了找到平顺性和耐用性表现之间的最佳平衡点,动力系统质量配置、可制造性标准和试验设计流程利用HyperWorks的HyperStudy模块进行了研究。在该过程中,多种设计变量被自动评估,并迅速辨识出哪些有助于提升整体性能表现以及满足轻量化要求。全新研发流程设计的动力系统最终产品质量降低了8%,内部平顺性和抗疲劳性能指标也提高了30%。

马自达新MX-56MT直接连接6挡位

马自达预定2015年6月上市的第4 代“MX-5”(Roadster,ND款)将配备新设计的6速手动变速箱(MT)。该MT在6挡位直接连接发动机输出轴与传动轴输入轴,系由上一代车型(配备6速MT的车型)在5挡位直接连接的构成转变而来。不经由齿轮,而是直接连接,可提高扭矩的传递效率。直接连接使用最多的挡位,可提高汽车的实际燃效,还有助于经由传动轴与变速箱连接的后差速齿轮机构传递损失的减小和轻量化的实现。差速齿轮机构的质量比上一代车型约减轻10 kg。新型6MT扭矩传递损失比NC款减小了27%。

天纳克汽油颗粒过滤器满足欧6c法规

天纳克宣称将开发专为汽油缸内直喷(GDI)发动机设计的新型汽油颗粒过滤器,并将其应用于2017年款轻型车上。它可减少颗粒排放从而达到欧洲6c排放法规(2017年9月1日生效)的要求。

天纳克发现汽油颗粒过滤器在任何条件下都能有效控制颗粒物的排放,为此天纳克探索出镀膜和非镀膜过滤器。汽油颗粒过滤器的体积和发动机排量相仿甚至更小,其尺寸也要小得多。其声学功能的改善也有助于减小消音器体积及反向压力,提高性能并减轻整车质量和节省成本。

STARLINK互联系统在斯巴鲁展示

斯巴鲁美国公司在纽约车展上展示了全新STARLINK系统,该系统作为斯巴鲁的车载平台,使用AT&T的 4G LTE网络以及 Sirius XM汽车互联服务,具有失窃汽车找回、自动碰撞通知、远程服务(包括通过智能终端遥控启动/关闭)及每月汽车诊断报告等功能。

该系统简洁易用,整个交互界面只有2个按钮,但却能全天候访问STARLINK,在紧急情况下为车主提供解决方法,或致电道路救援服务;可以与车载主机系统无缝连接,让用户体验多媒体娱乐应用程序;整合了一系列安全服务,当安全气囊打开时,能提供自动碰撞预警通知,使车主在意外情况下能与外界保持联系。

该系统改善用户驾驶体验的同时也加强了行车安全,预计该系统将率先搭载在2015年年底推出的2016年款斯巴鲁车型上。

美国ORNL发布开放架构优化动力电池设计

美国橡树岭国家实验室(ORNL)研发出一种灵活、强大及计算可扩展的开放式架构,集成了多物理场和多尺度电池模型。虚拟集成电池环境(VIBE)项目允许研究人员在将电池应用于电动车之前,根据不同的模拟情景对锂电池进行测试。其特点为:开放式架构软件(简称OAS),能够为不同电池分量间的相互作用和编排提供基于Python的计算架构;BatML作为一种为电池充电以及格式转换器的XML标准;BatteryState,电池分量间交换信息的文件标准;ICE则集成计算环境,提供一种用户环境来简化建模和可视化电池的工作流程。

ORNL发布的最新软件包括易用配置、安装、启动、后期处理功能以及标准化的输入和物理组件信息交流,并含有一套独特工具用来执行模拟耦合电化学-电力-热力的多物理场(安培)。这些功能可帮助用户分析具体的锂离子电池设计要求,以及让电池成本更低、安全性更高、寿命更长及性能更强。

铝离子二次电池充放电循环寿命提高数十倍

美国斯坦福大学化学系研究小组试制了负极使用铝箔、正极使用石墨及电解液使用离子液体的二次电池。据称该电池还具有柔韧性,可折弯。

铝离子二次电池与锂离子二次电池不同,几乎不会燃烧,而且材料成本也很低。但大部分铝离子二次电池的循环寿命都很短,只有100次左右。随着反复充放电,输出电压会急速下降。而此次试制的铝离子二次电池实现了7 500次以上的循环寿命。锂离子二次电池充满电需数小时,而铝离子二次电池完成充电只需1 min左右。

韩国现代燃料电池车价格减半抗衡MIRAI

韩国现代汽车在首尔车展(2015年4月2—12日)上发布了新款车并介绍了今后的业务战略。

2013年第一季度开始生产的FCV“Tucson iX Fuel Cell”此次全球首次公开了利用车载燃料电池向外部供电的系统。插头部分设置在前保险杠上,插头的形状采用美国SAE J1772标准。上市之初计划2015年之前在全球销售1 000辆,不过截至目前只售出约200辆。为此,现代2015年3月将此前为14.4万美元的汽车价格降至近一半的7.7万美元。估计是考虑到了丰田“MIRAI”的销售价格(按1美元兑120日元换算约为6万美元)。在北美市场仍像以前一样,继续以36个月期限的租售方式开展业务。价格方面,首付2999美元,之后月付499美元。

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