咫尺之遥的未来汽车技术

咫尺之遥的未来汽车技术
据Booz公司的一项统计，去年全世界的1000家最大的上市公司共在
研发方面投入了大约5000亿美元的资金，其中汽车领域的研发投入占了
相当大的一部允其投入规模仅次于电子和医疗保健行业。

排在第三位。

汽
车后市场由此看到的结果是汽车新产品和新技术不断涌现，有些已经得到
了实现，虽然在去年甚至一年半之前汽车行业发生了众人所见的格局动荡
和混乱。

汽车主流技术是指那些已经在可靠性和降低成本方面得到了充分的发展，具有良好的性价比且适于应用在大批量生产的车型上的技术。

于是，
随着价格下降，这些技术也越来越多地在低成本车型上得到了应用。

当你
看到几年前还是新特征的技术、现在开始出现在售价2万美元的车型上时。

你就会知道该项技术已经步入主流了。

高端技术由那些出现在能够称得上具有最新特点的新型车型平台上的
创新技术构成。

它往往给人以这样的感觉：技术新颖，价格不菲。

我们目前可能正处于被称为未来技术的包围之中。

经常能听到、甚至
在一些道路上看到那些混合动力、插电式混合动力和纯电动汽车之类的车辆。

虽然这些车辆的产量很小。

而且成本也很高。

但是它们作为未来交通
工具的型式还是引起了全世界的关注。

这些新技术革新与被称为绿色运动
的要求及人们对全球变暖问题的关注等都紧密相关。

那么，就让我们看一下2022年及今后在汽车领域会有哪些新的技术
出现并得以应用吧。

一、主流技术
通用公司已经将其现有的4.3L和5.4LV8发动机进行了改进设计，新产品装备了可变气门正时装置。

通用公司宣称该项改进可以使车辆的燃油经济性提高2％。

然而和采用全新技术的动力传动系统的车辆比起来，其在价格方面的提高却要少得多。

虽然OEM厂商那里发生了动荡。

但是在汽车业界内对于供应商技术的集成却被放到了更重要的位置，直接采用零部件厂商开发的软件和电子产品是目前主流汽车开发模式的一个主要趋势。

沃尔沃公司的行人防护安全系统就是与德尔福公司联合开发的。

而福特公司的EcoBoost系统则是与博世(Bosch)公司联合开发的。

福特还与博格华纳公司的MorseTec分部联合，为其发动机开发了新型的VVT系统。

车载交流发电机／电动机的启动／停止控制技术正逐渐迈入主流汽车技术行列。

在此有两点需要注意。

首先，启动发动机所需要的功率，即传动带的负荷要高于交流电机运转所需传递的功率。

这是对交流电机传动皮带技术的一个主要要求，可能会影响到传动带的使用寿命。

第二点应该注意的是大多运行这些发动机启动／停止控制系统的电池技术并不是锂离子电池、镍氢电池或超级电容装置。

起码到目前为止，铅酸电池在性价比方面还占有优势。

发动机的起，停控制系统往往需要使用一个单独的电池。

电池管理系统芯片和软件也正从高端技术转变为向量产车辆应用的主流技术。

这些系统根据不同车辆子系统的需求进行电能的供给和分配，从而管理车辆电气系统的负荷。

在此，有一点需要说明。

电池管理系统具有预先规划好的发动机排最降低控制的功能。

通过关闭采暖／通风／空调系统的风机和空调系统压缩机这样的增加发动机负荷的零部件运转。

该系统
可以使较小排量的发动机输出更大的功率，来满足车辆强加速工况下的需求。

典型的电池管理系统的硬件装置包括一个测量电流的分路和一个直接与电池组的接线端子联接的电子仪器组件。

该组件可以测量电池的荷电状态(SOC)、老化状态(SOH)和温度。

电池监控系统的电子存储器中的软件根据这些参数可以输出管理控制指令给发动机控制和车身控制计算机。

电池监控系统也可以用来控制发动机的启动／停止控制系统。

如果电池组的SOC值显示电池的荷电状态不足，则发动机的启动／停止控制系统将不会起作用。

有一点需要注意的是电池监控系统的输出信息是车辆控制算法的输入参数，该算法可以控制发动机的怠速转速和电气附件的功能。

如果电池监控系统提供的信息是错误或不适当的，那么车辆的其它地方可能会出现各种各样的性能方面的问题。

Hella公司开发的一项汽车新技术也跟随了不再采用模拟传感器的普遍技术趋势。

现在，数字传感器技术的应用逐渐增加，这使得现在车辆装备的传感器可以直接与CAN和LIN这样的车辆控制网络系统进行连接。

Hella公司新开发的是一种被称为半字节数位技术的汽车新技术。

单边半字节传送(SENT)协议由美国汽车工程师协会(SAE)于2022年首次批准认可。

该协议的创建主要是为了向车辆系统的电子控制单元(ECU)传送高精度、高分辨率的传感器数据。

Hella宣称。

采用该技术向ECU直接传送数据要比通过车载网络协议传送数据更简单，成本也更低。

Hella公司的概念是将SENT协议与其新型的非接触式感应型位置传感器(CIPOS)进行匹配。

与模拟信号传送的方式不同。

SENT协议可以保证信号传输更加可靠。

这种协议接口的电磁兼容性设计也使得传感器数据传
输对于电磁干扰和射频干扰(EMI/RFI)具有很强的免疫性。

这也就意味着
使用该技术以后，无需再使用双绞线和屏蔽电缆来进行数据传输以防止出
现信号讹误现象。

福特公司今年开发了一种新型的汽车座椅安全带系统，这种安全带可
以在发生交通事故的情况下自动充气。

通常有一些关于人们如何拉动安全
带横过胸部约束身体的讨论。

如果安全带不能很平地横过胸部来约束身体，那么实际上它可能会给乘员的身体带来轻微的损伤(称为“ropeburn”)，
因为此时车辆碰撞的力无法均匀地沿着乘员的身体分布。

这种可充气的安
全带据说可以在正常行驶工况下保证更好的乘车舒适性，而在发生碰撞事
故的情况下则可以自动收紧并给乘员身体提供更好的安全约束。

塑料在汽车零部件方面的应用得到了持续的增长。

为了减少产品的碳
足迹，福特公司现在正采用麦秆材料替代玻璃纤维和矿物材料来作为部分
汽车塑料制件的填充物。

该技术的首次应用是在福特公司的Fusion和
Flex车型的储物箱的盖子上。

二、高端技术
高端汽车技术的发展主要受到两个因素的推动。

首先，到2022年。

所有汽车制造厂商生产的汽车平均燃油经济性(CAFE)指标必须达到35.5
英里／加仑
(约合6.62L/100km)，其中轿车必须达到42英里，加仑(约合
5.6L/100km)。

而轻卡产品则必须达到26英里／加仑(约合9.0L/100km)。

在欧洲，还有旨在大力减轻汽车产品二氧化碳排放量的特殊要求。

而且达
到此要求的主要手段并不是要采用像排气系统催化转换器这样的技术，而
是大力推动采用降低车辆的燃油消耗量和采用电动驱动车辆这样的技术。

与欧洲情况不同的是，在美国很多地方，尤其是像加利福尼亚这样的地方
主要采用柴油作为汽车燃料，目前有关的法规还没有最终确定，但看起来
最后美国将可能会取消将柴油机作为轿车和轻卡的动力装置。

因为即便是
梅塞德斯号称最绿色的车用柴油机，目前也无法满足法规草案的排放要求。

推动最新高端汽车技术发展的因素还包括现代电子技术的持续进步，
尤其是在，信息化、操作方便性和娱乐性等领域的电子技术的进步。

现代
汽车电子技术将个人电脑、电子化办公技术(电子邮件、语音邮件、无线
会议)等功能完美地集成在了一起，从而将一些汽车变成了移动的办公平台。

其它的一些诸如像视频图像、盲区监测和主动避撞等技术，都是由原
来的固定的陆地系统技术向移动系统进行了技术转移而来的。

有四种主要的汽车技术可以使未来汽车的燃油经济性满足
6.62L/100km的指标要求，它们分别是燃油缸内直喷技术、涡轮增压技术、可变气门正时技术和可变排量发动机技术。

虽然未来V8发动机不会完全
退出车用动力市场，但发动机小型化是未来非常强劲的趋势。

很可能未来
5年大部分车辆装备的动力装置将是2.0L左右的4缸发动机或排量在
2.5L～
3.0L之间的V6发动机。

将来较小的发动机将仍然能够输出和现在V6/V8发动机差不多的动力。

驾驶员并不会感觉到有什么差别。

通过采用发动机的涡轮增压技术可以提
供车辆牵引挂车所需要的动力。

高燃油经济性的要求可以通过不同的策略
达到，包括可变气门正时(VVT)技术、发动机可变排量技术和通过缸内燃
油直喷(GDI)实现的可变燃料燃烧输出功率技术。

基于上述这些技术，你会听到很多内燃机(ICE)的新名字，如
Atkinson循环发动机和Miller循环发动机，这些发动机都采用可变气门
正时技术对发动机的Otto循环进行修正作为节省燃料消耗的措施。

另一
种发动机新技术，Scuderi分缸循环发动机，未来也会得到应用，但该项
技术则是又一次改进了内燃机的方式。

这种发动机也采用活塞工作，但是
其工作方式却有了实质性的改变，其中一个活塞在越过汽缸的上止点后即
启动点火线圈开始汽缸的燃烧过程。

还有两种其它技术现在正作为高端车型的标准配置而得到应用和装备：采用异形钥匙卡的遥控车辆启动系统目前在高端车型上已很普遍。

或许将
来会在所有的汽车产品上得到应用；采用发动机自动停机和重启技术的轻
度混合动力汽车，据分析可以在城市循环工况下节省燃油消耗约20％。

该数据指标对于美国环保署(EPA)发布的城市循环工况测试的规范非常适合。

LED前大灯在高端车型上的应用虽然进展较慢，但一直在持续增加。

与传统的氙气大灯(HID)及白炽大灯比起来，LED大灯目前还是相当昂贵的。

然而LED大灯却有重量轻、能耗低的优点，其前卫时尚的外观也是高
端车型的卖点之一。

同时，LED正持续取代白热发光灯成为仪表板指示灯和车内照明灯的
光源。

凯迪拉克运动型厢式车的后尾灯采用了超过40个LED，这需要相
应的功率调节电子装置为其提供电能。

或许在高端车型上采用的意义最重大的新型电子系统要数与驾驶员安
全和操作简便性相关的技术了。

福特公司推出了一种安装在汽车后保险杠
两侧的超声波传感器系统。

当驾驶员把车从停车点开出且车速达到8km/h 时，这些传感器能够监测到驾驶员看不见的周围其它车辆以便辅助驾驶员
进行操作。

一旦有其它车辆靠近，位于后视镜上的一个黄色报警指示灯就
会闪亮。

车辆控制软件的一个亮点是可以从车辆的其它地方获得必要的信息并
对某些车载电子系统的性能进行改进，如后备报警系统。

在福特汽车的电
子系统中，一旦车速超过24km/h，则位于后保险杠两侧的传感器就会变
成盲区报警装置。

当该系统监测到驾驶员的改变车道操作存在不安全隐患
的时候，就会及时向看不到相邻车道情况的驾驶员发出报警信息。

其它汽车制造商也在其高端车型上配置了与此类似的电子系统。

其中
一个系统为包含一个小显示屏的后视镜系统。

该系统可以将一个后视摄像
头拍到的视频图像显示在屏幕上，以帮助驾驶员安全地倒车。

另一种驾驶简便性电子辅助系统采用和盲区监测及后备安全报警系统
同样的超声波传感器。

这些传感器在路边平行泊车的情况下可以用来确定
本车前方及后方其它车辆的位置。

一旦这些车辆的位置被确定，则泊车操
作就可以由驾驶员移交给自动泊车辅助系统的软件来完成。

驾驶员只需将
汽车驶至停车点附近，然后就可以让传感器去监测周围其它车辆的相对位
置并激活泊车辅助系统。

该系统的软件和电子装置会自动确定车辆操作所
需要的转向角。

然后在无需驾驶员操作输入的情况下自动按照制定的泊车
程序完成停车操作。

这种系统在停车密度很大的地方尤其受欢迎，比如欧洲、日本以及美国(情况稍好点儿)的城区。

沃尔沃公司在该领域更超前了一步，开发了全新的行人安全防护系统，该系统由一个安装在后视镜背面可观察车辆前方状况的摄像头组成。

摄像
头的视野角度为45°，可以看到车辆前方500～600英尺(约152m～183m)
远的道路情况。

该系统还包括一个安装在车辆前部进气格栅后面的雷达传
感器。

该项技术的关键点是用软件对摄像头采集到的数字图像进行扫描，并
可以识别出人体外形的形状。

如果车辆前方的行人被摄像头拍到并被系统
的软件正确地识别。

则车辆的自动制动系统就会被启动。

如果汽车的车速
低于25km/h，则车辆会制动至完全停车，如果车速高于25km/h，则车辆
的车速会被制动减速降至25km/h，以便使驾驶员察觉到前方行人的情况。

还有其他的高端汽车电子系统技术进展的情况需要介绍一下。

NAVTEQ
推出了带有3-D功能的GPS系统。

应该注意的是在市区开车的人们都会遇
到多层立体换道的情况，这时候驾驶员往往不能确定将车开向哪条匝道。

当车速高于95km/h时，驾驶员往往没有足够的时间来考虑和决策沿哪条
道行驶。

该项地图导航技术的开发就是为了指引驾驶员能够快速地穿过那
些被称为多层次立交桥的迷宫。

地球的气候是否真的在逐渐变暖?科学家们也无法很确定地断言目前
的气候变暖究竟是地球温度循环周期的一个阶
段，亦或是人类直接导致的结果。

由于缺乏充分的证据证明上述两种
可能性中究竟是哪一种，所以世界上各国在推动相应的政治性运动的时候
都假定目前地球确实已经发生了气候变化，而且必须采取紧急的对策以防
止这种情况进一步恶化。

为此，各国政府和汽车制造商们也都面临着巨大
的压力去支持开发新的汽车技术。

以减轻车辆污染物和二氧化碳的排放量。

因此，未来推出的汽车产品中至少有五款是纯电动车型。

ChevyVolt
已确定于今年内上市销售，最先有可能在加利福尼亚开售。

通用公司称，80％的驾驶员将可以感受到Volt的能使车辆续驶里程达到65km的锂离子
电池技术。

为了平抑人们对车辆续驶里程方面的顾虑，该车型还装备了一
台用来驱动一个发电机的1.4L发动机来增加车辆总的续驶里程。

由电池
组和发电机提供的电力总共可使车辆的续驶里程达到约1127km。

通用公司目前正在展示宣传一款名为Converj的凯迪拉克新车型，该
车准备采用Volt的动力传动系统，并于2022年上市。

同时。

位于加利福尼亚的Fisker汽车公司加紧准备生产其Karma车型。

这也是一款采用了锂离子电池的电动车辆。

美国政府资助了Fisker
公司5亿美元资金用来进行新技术开发和转化。

日本汽车制造商Nissan推出的是Leaf，这也是一款纯电动车型。

该
车型装备了一种特殊的仪表板。

当驾驶员的操作使得车辆的运行效率最高
时仪表板上指示灯会闪亮出绿叶的图案。

从而鼓励驾驶员以最绿色的模式
驾驶。

福特公司在其混合动力车型的设计上也采用了相似的理念。

梅塞德
斯一奔驰公司也采用了这项技术，它开发的S400纯电动车型定于2022年
上市。

Tesla公司推出了一款新的被称为“S”的四门轿车，该车的尺寸与
丰田公司的凯美瑞相似。

如果将电压提高到440V。

该车可以在大约45min
之内完成再充电。

同时，该车的电池组还被设计成可拉出并更换的结构，
将废弃的电池组拉出并换上全新电池组的时间比为一个普通油箱加满油用
的时间还要短。

关于电动车辆有关问题讨论的核心一直是电池技术。

通用公司一直很
注意其技术的可实现性，避免引发人们对于技术变为产品可能性之外的预期，但其它公司和研究机构则不像通用公司这样谨慎。

几十亿美元的资金
已经投入了被认为可以用于替代内燃机的汽车动力装置和技术的研发方面。

这是一场由汽车制造商、大学和政府机构支持参与的高竞争性的战斗。

中
国的一家公司声称已掌握了可以让目前纯电动车辆续驶里程达到242km的
电池技术。

Nissan公司则预测Leaf纯电动车的续驶里程可达到161km。

而上文提到的Tesla公司的新车型，则据称续驶里程可达到483km。

就在其它厂家纷乱喧嚣的时候，Toyota和Honda公司则对其未来的
发展意图并不浓墨重彩地描绘。

它们继续在其纯电动车型上推动镍氢电池
技术。

或许你还没有注意到，Toyota公司的Prius混合动力车型目前已经发展到第三代车辆平台了。

这项技术发展得如此之快，打破了传统的新产品5年开发周期。

Prius车型上的一个新亮点是采用了太阳能驱动的通风系统。

对于采用电池能量行驶的车型来说，采暖通风与空调系统要消耗大量功率是一个主要的问题。

由于采用了太阳能驱动的空气再循环装置，当车子刚开始行驶时Prius车内温度就相对更低，因此车载空调系统用于稳定车内温度需要消耗的能量也就更少。

福特公司的新款混合动力车采用了全电驱动的空调系统。

该系统使用密封的空调压缩机。

应对温室加热效应问题的另一种手段是Lexus250h车型上采用的新型挡风玻璃。

这种新型挡风玻璃采用了新的高技术涂层。

可以有效地阻止使得停止状态的车辆内部温度升高的红外线辐射。

还有一种期待的未来汽车技术是车用燃料电池。

通用公司声称它们已经持续在燃料电池研发方面开展了工作，目前正在进行第五代燃料电池堆的设计工作。

和以前的产品相比，新款的燃料电池造价更便宜，尺寸只有原来的二分之一，质量也比原来轻了100Kg；而且新款燃料电池使用的贵重金属的量也大大减少了(原来的燃料电池要使用80g铂，而新燃料电池则只使用30g)。

通用公司宣称，估计到2022年新的燃料电池就能够实现商品化生产。

虽然该项研究表明，作为一项可能的未来汽车技术燃料电池并非没有前途，但我们也认为在此指出一种事实也许是很重要的。

那就是联邦政府对于燃料电池技术研发的财政资助额度戏剧性地大幅下降了。

这些包含未来技术的汽车车型存在的一个关键的问题，就是和目前传统的汽车产品相比它们究竟是否具有更低的碳。

它们需要电能来为其电池组充电并维持运行。

而这些电能又来自于很多燃烧煤和使用核燃料的发电
厂。

与传统汽车相比，这些车辆还需要很多新的和不同的制造工艺和制造技术要求，同时还需要使用更多的电子元器件来进行整车及能量系统的管理。

或许只有时间才能最终证明其是否物有所值。