卢松诚

(广西玉林农业学校，广西 玉林 537000)

汽车诞生100多年，极大地推动了世界经济的发展和人类文明的进步，但同时也给人类带来了一些负面影响。交通事故、能源危机及环境污染，已成为制约汽车工业乃至人类社会可持续发展的主要障碍。近年来，高安全、低能耗、零排放等汽车新技术得到快速发展。本文简单介绍有关汽车安全、节能与环保方面的新技术，以及未来的替代能源动力汽车各智能汽车的应用和发展趋势。从而能更好认识和掌握汽车新技术。

1 汽车的安全技术

随着汽车保有量的增加，交通安全问题越来越引起全社会的重视。我国已经进入道路交通事故的高发期，事故伤亡惨重、损失大。目前，安全技术已经成为汽车生产厂家和消费者共同追求的目标。

汽车安全技术分为主动安全技术和被动安全技术。

1.1 主动安全技术

主动安全技术用于提高汽车回避事故能力，如防抱死制动系统（ABS）、电子制动力分配系统（EBD）、加速防滑调节系统(ARS)、电子稳定程序系统（ESP）等。下面介绍几种基于ABS的主动安全技术。

（1）防抱死制动系统（antilock braking system，简称ABS）

汽车在遇到紧急制动时，车轮容易发生抱死不转动，从而使汽车发生危险，比如前轮抱死引起汽车失云转向能力，后轮抱死容易发生甩尾事故等。安装ABS就能解决制动时车轮抱死这个问题。

ABS装置通过安装在各车轮或传动轴上的转速传感器等不断检测各车轮的转速，由计算机计算出当时的车轮滑移率（由滑移率可以知道车轮是否抱死），并与理想的移滑率比较，做出增大或减小制动器制动压力的决定，以保持车轮处于理想的制动状态、因此，ABS装置能够使车轮始终维持在有微弱滑移的滚动状态下制动，而不会抱死，达到提高制动效能的目的。

（2）电子制动动力分配，简称EBD系统

EBD系统能够根据由于汽车制动时产生轴荷转移的不同，而自动调节前、后轴的制动力分配比例，提高制动效能，并配合ABS提高制动稳定性。

EBD系统用高速计算机在汽车制动的瞬间，分别对4只轮胎附着的不同地面进行感应、计算，得出不同的摩擦力数值，是4只轮胎的制动装置根据不同的情况用不同的方式和力量制动，并在运动中不断高速调整，从而保证汽车的平稳、安全。

（3）牵引力控制系统，简称TCS

汽车制动时，为了能是汽车驱动轮能同步地切断动力，以便缩短制动距离。一些中高档汽车，如别克君威、奥迪A6等，已配备了牵引控制系统，又称为加速防滑调节，简称ASR系统。

TCS是在ABS基础上发展而成的，其工作原理是：依靠电子传感器探测到从动轮速度低于驱动轮时（这是打滑的特征）就会向电脑ECU发出一个信号，调节发动机点火时间、减小气门开度、减小加速动力、降挡或制动车轮，从而使车轮不再打滑。TCS和ABS相互配合使用，将进一步增强汽车的安全性能。

（4）电子稳定程序，简称ESP

ESP实在ABS和TCS的基础上，增加了方向盘转角传感器、横摆角速度传感器和侧向加速度传感器。ABS／TCS系统是防止汽车在制动或加速时出现纵向滑移，而ESP是要防止汽车在转向时出现横向滑移。ESP首先通过方向盘转角传感器及车轮转速传感器识别驾驶员转弯方向；然后通过横摆角度速度传感器和侧向加速度传感器识别车辆实际运动方向。若ESP判定汽车出现不足转向，则制动内侧后轮，使车辆进一步沿驾驶员转弯方向偏转，从而稳定车辆。若ESP判定汽车出现过度转向，则制动外侧前轮，防止出现甩尾，并减弱过度转向趋势，从而稳定车辆。

1.2 被动安全技术

被动安全技术是减轻事故发生后对人体的伤害，如在车体内部采用侧门防撞杆、安全玻璃、预紧式安全带、智能安全气囊、乘员头颈保护系统等以减少对乘员的伤害。此外，人们越来越关注车外行人的安全保护，如有相对柔软的车前部以及发动机与护罩问留有足够的变形空间，以减轻碰撞伤害程度，甚至采用智能行人保护系统。下面介绍几种新的被动安全技术。

（1）预紧式安全带

预紧式安全带也称预缩式安全带。这种安全带的特点是当汽车发生碰撞事故的一瞬间，乘员尚未向前移动时它会首先拉紧织带，立即将乘员紧紧地绑在桌椅上，然后，锁住织带防止乘员身体前倾，有效保护乘员的安全。

（2）智能安全气囊

智能安全气囊就是在普通安全气囊的基础上增加传感器，以探测出座椅上的乘员是儿童还是成年人，他们系好的安全带以及所处的位置是怎样的高度。通过采集这些数据，由电子计算机软件分析和处理控制安全气囊的膨胀，使其发挥最佳作用，避免安全气囊出现无必要的膨胀，从而极大地提高其安全作用。

（3）乘员头颈保护系统

乘员头颈保护系统一般设置于前排座椅。当轿车受到后部的撞击时，头部保护系统会迅速充气膨胀起来，其整个背都会随乘坐者一起后倾，乘坐者的整个背部和靠背安稳地贴近在一起，背靠则会后倾最大限度的降低头部后甩的力量，座椅的椅背和头枕向后水平移动，使身体的上部和头部得到轻柔、均衡地支撑与保护，以减轻脊椎以及颈部所承受的冲击力，并防止头部甩向后所带来的伤害。

（4）智能型人保护系统

智能型人保护系统简称IPPS，属于行人主动保护系统，首先由传感器检测乘用车与行人发生碰撞，然后在由执行器引发保护措施，如抬高发动机罩。德国西门子公司IPPS的工作方式就是行人主动保护系统的工作原理。

2 汽车的节能技术

从技术上讲，提高汽车的燃油经济性，应该从提高发动机的燃油经济性，降低整车运行阻力和完善发动机与汽车传动系统的匹配三方面着手。这里重点简介汽车轻量化技术（降低阻力）和发动机相关节能技术。

2.1 汽车轻量化技术

汽车质量的大小与汽车的能耗有着直接的关系。在相同情况下，轿车的质量的减轻，燃油消耗将减少，同时汽车的废气排放也有明显降低。

由于汽车轻量化对节能的效果非常的明显，因此国际各大汽车公司都在尽可能的情况下减轻车身质量，各种新型轻量化材料的开发与应用已成为汽车材料的应用研究热点。

塑料及其复合材料是当前重要的汽车轻质材料，它不仅可减轻零部件约40%的质量，而且还可以使生产成本见底40%左右。

2.2 汽油缸内直喷技术

常规汽油机一般采用化油器或多点电喷方式在进气道内形成均质混合气。

目前，化油器已属于淘汰产品了，汽油车绝大部分采用进气道多点电喷汽油机，燃油与空气按化学式计量比（理论空燃比）进行混合。其优点是安装三效催化剂之后，尾声中的CO、HC和NO等。转化效率可以到达98%以上，能满足严格的排放法规要求。但是，化学计量比混合气燃烧的循环热效率低，发动机燃油经济性差。而采用缸内直喷技术，发动机在部分负荷可以实现稀薄分层混合气燃烧，提高燃油利用率，降低油耗。当空燃比达到22以上时油耗可降低8%～10%。

2.3 汽油机涡轮增压技术

对柴油机而言，涡轮增压（turbocharging）技术已经得到普及应用，涡轮增压的最大优点是它可在不增加发动机排量的基础上，大幅度提高发动机的功率和转矩。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相比，可增加大约 40%甚至更多。此外，采用涡轮增压和进气中冷之后，还可以减少发动机有害物排放，并提高燃油经济性。

但对汽油机来说，增压后提高了缸内混合气压缩和燃烧的温度和压力，增加了燃烧室受热零件的热负荷，很容易产生爆燃（knocking），即燃烧室末端未燃混合气压缩自然着火产生激波高频振荡，从而使发动机的机械性能、润滑性能受到影响。因此，汽油机安装涡轮增压器必须要避免爆燃。此外，汽油机的转速比柴油机高，空气流量变化大，很容易造成涡轮增压器反应滞后。针对汽油机使用涡轮增压出现的一系问题，通过采用进气中冷器（intercooler）来降低进气温度并依据爆震传感器调整点火时刻，是汽油机也能用上废气涡轮增压器。

2.4 发动机可变气门正时技术

传统发动机的配气相位和升程是固定的，不能使各种工况下都得到最佳的配气正时，只能获得各种工况下的折中。可变气正时（Variable Valve Timing，简称VVT）技术，根据燃油经济性、动力性和排放控制的要求对不同的工况采用不同的汽油相位的气门相位和升程，以达到配气系统的优化，提高发动机性能。VVT技术可分为3种：可变相位（phase）技术、可变升程（lift）技术以及可变相位和升程技术。代表性的VVT技术是本田公司的VTEC、丰田公司的VVT—i、保时捷公司的VarioCam和宝马公司的V ANOS。

2.5 柴油机高压共轨电子控制燃油喷射技术

柴油机具有低速转矩大、燃油经济性好和CO2排放低等突出优点，因此各国汽车越来越多地采用柴油机。以往柴油机多用在中、重型商用车上，但近年来，乘用车也越来越多地采用柴油机，通过增压和中冷，柴油机升功率已接近汽油机水平，且中，低转速矩明显优于汽油机。但传统的柴油机存在着振动噪声大、NOx和PM排放高等问题，其解决办法之一是采用电控燃油喷射技术。

第一代柴油机电控喷射系统也称位置控制系统，用电子伺服机构代替调速器控制供油滑套的位置以实现供油量的调整，如电控直列泵、分配泵等。第二代系统也称时间控制系统，其特点是供油仍维持传统的脉动式柱塞泵供油方式，但油量和定时的调节则有电脑控制的强力快速响应电磁阀的开闭时刻所决定，如泵油嘴（UIS）、单体泵（UPS）等。第三代也称为直接数控系统，它完全脱开了传统的油泵分缸燃油供应方式，通过对高压共轨压力和喷油压力/时间的综合控制，实现各种复杂的供油规律和特性，如高压共轨（common rail）系统。高压共轨电子控制燃油系统是柴油机燃油喷射系统的未来发展方向之一。

3 替代能源和智能汽车的应用和发展，汽车的环保技术

我国从20世纪80年代开始，在当时国家科委等部门组织领导下，许多高等院校、研究部门及工厂企业先后进行了甲醇、乙醇、生物燃料及氢气等清洁燃烧的试验研究，局部地区还组织车队进行醇燃料及汽油等混合燃料的使用实验，稍后又进行了石油气、天然气的实验研究及示范使用。

为了实现汽车零排放的目的，也积极研究开发电动汽车。当前，以醇燃料及天然气、油气为燃料的汽车已在一些国家使用、改进及推广。少数国家也在部分使用电动汽车，以便积累经验，研究改进。氢及生物燃料汽车尚在试验研究中。

3.1 对清洁燃油的要求及基本比较

能成为商品化、汽车用的清洁燃料需满足以下要求。

（1）资源丰富，价格适宜。在汽油、柴油供给还充裕的情况下，在汽车初始价格、汽车性能、燃料成本、使用维修费用等综合经济效益方面，能与汽油、柴油竞争。

（2）清洁燃料汽车的排放在整体上比汽油机及柴油机的排放低，或者有进一步降低的可能，能满足日益严格的排放法规的要求。

（3）用户能方便地获得燃料，变动不大就能使用现在供油网点，或者建设加油站、零配件的供应及维修等基础设施的技资规模是可行的。

（4）能满足车辆启动、行驶及加速性能等方面的要求。

（5）能量密度较高，储存运输较方便，毒性及安全防火方面的性质是能接受的。

（6）设计、生产及使用该种清洁燃料汽车的技术比较成熟，汽车的工作可靠性及使用寿命良好。

（7）现在汽车及相关零部件生产厂家能够适应在改动生产线及投资方面的要求。要能全面地、良好地满足上述要求是困难的，然而基本上满足上述要求，并有进一步改善、提高的可能性确实可以实现的。

几种汽车清洁燃料及电动汽车的基本比较列表如下：

表1 汽车清洁燃料及电动汽车的基本比较

3.2 清洁燃料汽车的性能

汽车的性能首先决定于发动机动力的性能。醇燃料与汽油的理论空燃比混合气热值近，醇燃料的气化热高，有内冷及提高容积效率的作用。醇燃料有燃料迅速及时，火焰的亮度及燃烧温度较低，排放也较低，辐射热、排放及冷却水的热损失少等优点，使用纯醇M100及E100发动机的性能比原汽油机高。醇燃料发动机的性能明显地优于原汽油机，在汽车传动系统设计合理的情况下，醇燃料汽车的主要性能优于原汽油汽车，比能耗也较低。

另外，汽车的性能还决定于发动机的油耗比。比较试验结果如下表中所列，纯醇M100及E100发动机的最小燃油耗都比原汽油机高；但是从经济性角度来看，纯醇M100及E100发动机的最小当量汽油耗都比原汽油汽车低，所以清洁燃料汽车的经济性也比较好。

纵观世界汽车的技术更新和发展趋势，汽车发动机技术正以优异的性能，更好的经济性和动力性为方向得到日益广泛的重视和发展。汽车底盘技术更注重安全、舒适、稳定的趋势发展。将来汽车的安全性、环保性与节能性将成为汽车发展的方向。

[1]李春明.现在汽车底盘技术[M].北京理工大学出版社,2006.

[2]刁维芹,侯文胜.汽车发动机电控系统[M].机械工业出版社,2009.

[3]丁鸣朝.汽车发动机构造与维修[M].电子工业出版社,2009.