王树梁 郭化超 戴仲谋 李大鹏

（山东交通职业学院）

汽车新技术未来的发展核心将围绕人类对汽车的需求展开。当前汽车行业的新技术包含环保节能技术、智能驾驶技术以及安全性能技术等[1]。这些新技术的发展势必会让未来的汽车变得更加安全，更具人性化，更加符合大众对汽车的要求。

1 汽车技术现状及发展趋势

1.1 车身技术现状及发展趋势

车身技术的发展趋势是在保证汽车的强度和安全性能的前提下，尽可能地降低汽车的整备质量，从而提高汽车的动力性能、减少燃料消耗以及降低排气污染。随着环保和节能的需要，轻量化已经成为世界汽车发展的潮流和趋势，如图1 所示[2-4]。

图1 汽车轻量化技术主要途径

实现轻量化技术的主要途径是广泛使用超高强度钢板、铝合金、镁合金、塑料以及碳纤维复合材料等轻质材料[3]。

1.2 发动机技术现状和发展趋势

传统能源发动机技术发展的目的是为了追求更好的稳定性、安全性、更高效的动力输出以及更低的油耗和排放。可变排气升程、智能热管理系统、进排气相位可调、气缸盖集成排气歧管、双喷射系统、可控活塞冷却喷射、全新涡轮增压器以及电控废弃旁通阀等新技术均是基于上述目的提出的。我国现行工信部乘用车燃油消耗量第四阶段标准（如表1 所示）和2021 年1 月1 日起实施的乘用车五阶段燃料消耗量标准，将推动我国乘用车燃料消耗量水平持续下降和新能源汽车产业健康、快速地发展[4]。

表1 工信部乘用车燃料消耗量第四阶段标准[5]

目前来看，仅凭小排量发动机和轻量化的技术可以实现2016—2018 年的CAFC，但长远来看，尤其是在SUV 发展的黄金时间内，要实现CAFC 的目标值，还是要依赖新能源车（CAFC 计算时，新能源2016—2017 年以5 倍的销量计算，2018—2019 年以3 倍，2020 年及以后为2 倍）。2020 年是新能源车的元年，无论是从销量还是政策鼓励与支持，都是前所未有的力度。在2020 年7 月成都车展上，丰田、奔驰、大众、沃尔沃等主机厂无不都在大力宣传推广新能源车，这一切不仅是为了应对四阶段严苛的油耗法规，也同时展现出汽车未来发展的必然趋势。图2 示出新能源汽车持续发展趋势[6]。

图2 新能源汽车持续发展趋势

1.3 安全技术现状和发展趋势

世界卫生组织提供的数据显示，全球每年因为交通事故而死亡的人数高达135 万人，另外有5 000 万人因为交通事故而受伤。随着进一步推广和运用汽车先进的安全技术，增加交通参与者的交通安全意识，可以降低交通事故的伤亡人数。图3 示出安全技术发展策略[7]。

图3 安全技术发展策略

2 汽车发动机新技术

2.1 缸内直喷技术

缸内直喷就是直接将燃油喷入气缸内与进气混合的技术[8]。这种技术使燃油雾化更加细致，真正实现了精准地按比例控制喷油并与进气混合。同时喷嘴位置、喷雾形状、进气气流控制以及活塞顶形状等特别的设计，使油气能够在整个气缸内充分、均匀的混合，从而使燃油充分燃烧，能量转化效率更高，缸内直喷技术如图4 所示。

图4 缸内直喷技术图

2.2 双喷射系统

双喷射系统是指同时具备缸内直喷与歧管喷射的燃油喷射系统[9]。开发双喷射系统实现的目标有：1）达到新EU6 排放标准中有关微粒质量和微粒数量的限值；2）减少CO2废气排放量；3）减少部分负荷范围下的油耗；4）减小发动机运行声音。双喷射系统结构如图5所示。

图5 双喷射系统

因为燃油雾化效果不好，缸内直喷在部分负荷工况下容易造成进气门积碳和产生颗粒物。而进气歧管燃油喷射会显著减少细微碳烟颗粒的排放。通过带有涡流翻版的进气歧管引导增压空气形成涡流，进一步增强混合气的均匀化。此外，通过带有涡流翻版的进气歧管引导增压空气形成涡流，进一步增强混合气的均匀化。同时，由于高压喷射阀的优化和位置略微降低，气门温度负荷也减小。

2.3 涡轮增压技术

涡轮增压的主要作用就是提高发动机进气量，从而提高发动机的功率和扭矩，让汽车动力更强[10]。1 台发动机装上涡轮增压器后，其最大功率与未装增压器的时候相比可以增加40%甚至更高，这样也就意味着同样的发动机在经过增压之后能够输出更大的功率，涡轮增压技术如图6 所示。

图6 涡轮增压技术

2.4 集成式排气歧管

集成式排气歧管可以使冷却液能得到快速预热，因此该歧管是温度管理的重要组件[11]。在预热阶段，热量在很短时间内传入冷却液，由于热量损失很少且路径很短，因此后面的部件（λ 传感器、废气涡轮增压器以及催化净化器）就能更快地达到最佳工作温度。因为集成式排气歧管附近的冷却液很快就会沸腾，所以在经过很短的预热阶段后，就过渡到冷却工况。图7 示出集成式排气歧管。

图7 集成式排气歧管

2.5 凸轮轴调节系统（VVT）

发动机可变气门正时技术 (VVT，Variable Valve Timing)原理是根据发动机的运行情况，调整进气（排气）的量以及气门开闭时间、角度，使进入的空气量达到最佳，提高燃烧效率[12]。图8 示出凸轮轴调节系统。

图8 凸轮轴调节系统

2.6 可变气门升程系统

通过进气和排气凸轮轴上的可变气门正时系统以及排气凸轮轴上的电子气门升程可变系统，实现了对每个气缸气体交换的优化控制[13]。每个凸轮段包含2 个小凸轮和2 个大凸轮，这样能够实现不同的阀门开启时间和不同的阀门冲程。通过电动执行器，在每个曲柄轴箱中转换到另1 个凸轮轮廓，可以实现优化气体交换，防止废气回流到之前180°的气缸，气门入口打开时间更早，气缸充气程度更佳。通过燃烧室内的正压差减少残余废气，能够提升发动机的响应性并在较低转速和较高增压压力下达到更高的扭矩。图9 示出可变气门升程系统。

图9 可变气门升程系统

3 未来汽车的智能化与网联化

智能网联汽车是指搭载先进的车载传感器、控制器以及执行器等装置，并融合现代通信与网络技术，实现车与X（人、车、路以及云端等）智能信息交换、共享，具备复杂环境感知、智能决策以及协同控制等功能，可实现“安全、高效、舒适以及节能”行驶，并最终可实现替代人来操作的新一代汽车[14]。未来智能网联汽车的推进可分为以下4 个阶段[15]。

3.1 高级驾驶辅助系统（ADAS）

以车辆环境传感系统为依托，高级辅助驾驶操作系统有2 种类型：预警系统和控制系统[16]。

预警系统包括正面碰撞预警系统（FCWS）、车道偏离预警系统（LDWS）、盲区预警系统（BSW）、驾驶员疲劳预警系统（DFM）、全景观测系统（MVCS）以及胎压监测系统（TPMS）等。

控制系统包括车道保持系统（LKAS）、自动停车辅助系统（PLA）、自动紧急制动系统（AEB）以及自适应巡航系统（ACC）等，如图10 所示。

图10 高级驾驶辅助系统（ADAS）

3.2 网联驾驶辅助

网联驾驶辅助系统是1 种依靠信息和通信技术来感知车辆周围环境并预测周围车辆未来运动来帮助驾驶员驾驶的系统[17]，如图11 所示。

图11 网联驾驶辅助

通过现代通信和网络技术，汽车、道路、行人等交通参与者不再孤立，所有参与者都成为智能交通系统中的信息节点。

典型技术有：LTE-V 和5G 技术。

3.3 人机共驾

人机共驾是指驾驶员与智能系统共享对车辆进行控制，并与人机结合完成驾驶任务[18]。与普通驾驶辅助系统相比，普通驾驶智能车具有与人机相同的控制实体，如图12 所示。

图12 人机共驾

由于双方的受控对象交叉耦合，状态转换相互制约，这要求系统具有更高的并行智力程度。该系统不仅能识别驾驶员的意图，而且能达到与驾驶员相同的驾驶决策速度，提高驾驶员的驾驶能力，降低驾驶员的操作负荷[19]。人机共驾包括3 个层次：环境感知层、智能决策层以及控制与执行层。

3.4 无人驾驶

驾驶员不需要参与车辆操作，车辆将在所有条件下自动完成自动驾驶。在L4 级自动驾驶阶段遇到无法控制的驾驶条件时，车辆将提示驾驶员接管。如果驾驶员不接班，车辆将采用保守的方式，如侧边停车，以确保安全。目前，以百度为代表的L4 级高自动化的无人驾驶系统已经开始投入试产。在L5 无人驾驶阶段，车辆没有驾驶员并需要处理所有驾驶条件并确保安全。

4 结论

随着科技的不断发展以及消费者对汽车功能和性能的要求日益提高，使得汽车产品不断迭代更新，成为新技术的载体。汽车产品与技术的升级，更有可能带来汽车及相关产业全业态和价值链体系的重塑，以期提供更安全、更舒适、更节能、更环保的驾驶方式和交通出行综合解决方案。其中电控技术作为汽车技术革命的原动力，正向电子化、智能化、网络化方向发展。随着大众需求的多元化发展，汽车发展也势必会呈现出来多元融合的趋势。通过车载环境感知系统和信息终端实现与车、路及人等的信息交换，使车辆具备智能环境感知能力。文章对这些汽车新技术发展应用现状进行分析，从而能更好地应用和推广汽车新技术。