2022年车辆工程汽车新技术论文 .pdf

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1、第一页关键字：均质充量压缩燃烧(HCCI) 技术，双离合变速器技术，无人驾驶汽车一：汽车发动机新技术1：均质充量压缩燃烧(HCCI) 技术传统燃烧概念局限性：压缩点燃式燃烧概念用于柴油机与火花点燃式燃烧概念用于汽油机相比， 最大的特点在于所使用的燃油特性不同，由此造成两者在以下各个方面都有差异，如燃料引燃方式，空燃比，压缩比，燃油经济性， 有害物排放等。 出于人类对汽车排放的有害物质的毒害作用，二氧化碳的温室效应和氮氧化物形成酸雨的关注，以及能源匮乏的影响，人们对高效能、低污染的动力源的需求与日俱增。传统的汽油机属于预混均质燃烧， 由于汽油特性以及爆燃等诸多因素的限制，因此，压缩比低，热效率低

2、。与汽油机相比，柴油机具有较高的热效率和优越的燃油经济性，但是，传统柴油机的燃烧是燃料喷雾的扩散燃烧， 依靠发动机活塞压缩到接近终点时的高温使混合器自然点火。 由于喷雾与空气的混合时间很短，燃料与空气混合得严重不均匀，混合气分为高温过浓区和高温火焰区，导致NOx和碳烟的产生。均质充量压缩燃烧HCCI 技术概述：HCCI是一种全新的内燃机燃烧概念， 既不同于柴油机非 HCCI ，又不同于汽油机均质充量火花点燃，是一种火花点燃式和压缩点精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 13 页第二页燃式发动机概念的混合体。均质压燃式(HCCI

3、) 燃烧方式是目前内燃机燃烧领域的研究热点。 HCCI燃烧是以预混合燃烧和低温反应为特征的燃烧方式。采用HCCI燃烧方式可以同时降低柴油机的NOx和碳烟排放，井提高柴油机的循环热效率。HCCI发动机机通常工作在高空燃比和较低的压缩比条件下， 工作范围较小，高负荷时功率输出不足。“双模式”HCCI发动机是解决上述问题的有效途径， 并成为近期 HCCI发动机研究中的热点。HCCI发动机燃烧为稀薄燃烧，采用均质压缩多点着火，是一种从优化燃烧的角度来降低NOx和碳烟排放的新燃烧理论和技术。其燃烧模式是在进气和压缩过程形成均质混合气，当活塞压缩到上止点附近时，均质混合气自然点火。从HCCI燃烧方式看，

4、HCCI发动机可以同时综合火花点火发动机SI和直接喷射压缩点火发动机DI的优点，同时防止他们的缺陷，即HCCI燃烧可以同时实现降低排放和到达高热效率的目的。 这与传统控制排放方法相比， 实现了很大的进步。均质充量压缩燃烧HCCI 技术特点精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 13 页第三页1超低的氮氧化物和碳烟排放造成传统柴油机 NOx和碳烟排放较高的原因是传统柴油机存在高温区，即在火焰前锋高温区容易产生NOx排放，在火焰内部高温区由于缺氧容易产生碳烟排放。而HCCI发动机为稀薄燃烧，所以不存在缺氧情况，因而可有效降低碳烟排放

5、；同时HCCI发动机燃烧为预混合均质压缩点火燃烧， 即燃烧室内部为均质混合气，在活塞压缩作用下燃烧室内多点同时着火， 减少了火焰传播距离和压缩持续期，防止了高温区的产生，可大大减少NOx的排放。2燃烧热效率高由于 HCCI发动机采用压缩自燃，因而可以大大提高压缩比，从而提高其燃烧效率。另外，压缩点火方式防止了SI发动机的节流损失，其热效率与 SI发动机相比更具优势。热效率的提高主要来源于三个方面：一：减少了节流损失；二：提高了压缩比；三：缩短了续烧期3HCCI燃烧过程主要受燃烧化学动力学控制精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共

6、 13 页第四页HCCI燃烧的能量释放过程是受多种化学动力学因素支配的，这些因素进而又受流体静力学和热力学状态历程的影响。为了获得HCCI燃烧，要考虑各种不同的参数。压缩冲程结束时的缸内温度和压力、燃烧的自燃特性和残余废气量都会影响HCCI的点燃过程。4HCCI发动机运行范围较窄HCCI发动机可以使用多种燃料汽油、柴油、天然气、氢气等，在一定的工况下可以稳定运行，得到较好的运行和排放效果。 但燃烧受到失火和爆燃的限制，发动机的运行范围比较窄。5HCCI发动机 HC 、CO的排放较高相对于普通柴油机， HCCI发动机 HC 、 CO的排放较高主要是由于HCCI燃烧通常采用较稀的混合气和较强的EG

7、R 废气再循环，缸内温度比较低造成的。均质充量压缩燃烧HCCI 方式的实现1进气道喷射将燃料喷到进气阀附近和空气混合，然后在进气过程中将混合气吸入缸内。这个方法利用进气涡流来强化混合气的形成过程，从而提高混合气的均匀度。2缸内前期喷射即在压缩上止点前将燃料喷入缸内，通常这种情况下发动机的喷油提前角远大于传统柴油机，是柴油与空气在着火前充分混合。3缸内后期喷射将柴油在压缩上止点附近或之后喷入，同时采用大量预冷的废气再循精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 13 页第五页环，加强涡流和降低压缩比等措施来实现点火延迟。HCCI商业化

8、面临的技术问题1发动机冷启动困难2废气控制系统的研究3拓宽 HCCI运行工况范围4控制点火时刻和燃烧率5研发快速反应控制系统来解决不同工况下的动态响应灵敏度二、汽车传动系统新技术1：汽车双离合器变速器DCT 又称 DSG技术双离合器变速器概述10 年前，虽然已经出现了带手动功能的步进式自动变速器，但在大众化量产车中，自动变速器和运动性驾驶在人们的头脑中并无必然联系。但随着双离合变速器技术的出现，这种介于传统变速器和自动变速器之间并综合了两者各自优点的变速器，让车主们感到欣喜。 双离合变速器技术是变速器领域的最重要创新之一，而对于新能源车来说，双离合变速器技术还有着更加深远的意义。双离合变速器的

9、结构和基本原理精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 13 页第六页双离合器变速器在一个变速器中实现了两个手动变速器的功能。在使用标准换挡杆换挡的汽车中， 如果驾驶员要从一个挡位换到另一个挡位，他先要踩下离合器踏板。此动作可以操作一个离合器，使发动机与变速器断开连接，中断输送到变速器的动力。然后，驾驶员使用换挡杆选择新的挡位， 这个过程涉及到将齿形联轴器从一个齿轮移动到另一个不同大小的齿轮。称为“同步器”的设备会让齿轮在结合之前相匹配以防止磨齿。 一旦换入了新的挡位， 驾驶员就可以松开离合器踏板，从而使发动机重新连接到变速器，并

10、将动力传送给车轮。由此可见， 在传统的手动变速器中， 从发动机到车轮没有连续的动力输出。在换挡的过程中， 动力传送将从“有” 到“无”再到“有”进行变化，这样就会导致“换挡冲击”或“扭矩中断”现象。比照之下，双离合器变速器使用两个离合器， 但没有离合器踏板。 先进的电子系统和液压系统像控制标准自动变速器那样对离合器进行控制。但在双离合器变速器中，各离合器单独运转。 一个离合器控制奇数挡 一挡、三挡、五挡和倒挡，另一个离合器控制偶数挡二挡、四挡和六挡，如精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 13 页第七页图 1-2 和 1-3

11、所示。这样，不需要中断从发动机到变速器的动力传送就可以换挡。1.3)双离合变速器的干与湿(1)干式离合器干式离合器具有从动部分转动惯量小、结构简单、调整方便、别离彻底、转矩过载保护、效率高、成本较低、不需要助动力等优点。干式离合器通过压板和飞轮吸收较大热量对滑磨产生热量的速度不敏感，但空气散热较慢，热量不易在短时间内散发出去；因此,它受滑磨产生的总热量的限制。 干式离合器适于在短时间内结合，这样滑磨时间短、产生热量少。2湿式离合器湿式离合器有较好的控制品质。结构比较单一、具有压力分布均匀、磨损小、传递扭矩容量大、 不用专门调整摩擦片间隙等特点。由于它用液压油强制冷却， 允许起步时较长时间地打滑

12、， 高档起步而不会烧损衬面，其寿命可达干式离合器的5倍6 倍，广泛用于自动变速器的离合器上。 但处于别离状态中的多片式离合器的主、从动摩擦片之间因润滑油相互滑转， 产生较大的摩擦阻力， 使变速器的传动效率相应降低。双离合变速器的控制策略双离合变速器在换挡过程中存在两个离合器扭矩传递的重叠阶段，因此对换挡过程离合器的控制有较高要求1起步控制精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 13 页第八页车辆起步时，可以有两种起步控制策略；第一种：仿照AMT 的起步控制策略，起步时车辆自动挂1 档，即只有离合器 1 参加起步。第二种：为使两个

13、离合器具有相同的使用寿命并保证起步的快速性和平稳性，可以使两离合器同时进入滑摩状态，共同承担起步力矩实现车辆起步。2升降挡控制如图 4 所示，升挡时以 l 挡换 2 挡为例控制过程为离合器1 别离，离合器 2 接合。升挡前只有离合器l 结合，转矩完全由离合器1 传递，离台器与发动机没有相对滑转。换挡时，离合器 1 被切断供油并开始逐渐卸压别离。同时，离合器2 的油路接通，随着油压不断升高，其摩擦片间隙被消除，主、被动片受压滑转，直至压紧，停止打滑成为整体传递转矩。即离合器 I 与离合器 2 中的摩擦元件完全别离和接合，都需要经过一段滑磨过程，且有工作重叠部分，则不会切断动力，实现了动力换挡。降

14、挡过程与升挡过程原理相同。3跳档控制精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 13 页第九页变速器升档一般是一档一档地进行的，而降档则可能会跳跃地降档，双离合自动变速器在手动控制模式下也可以进行跳跃降档。例如：从6 档降到 3 档，连续按 3 下降档按钮，由于 6 挡齿轮和 3 挡齿轮处在不同输出轴上，变速器就会从6 档直接降降 3 档。但是从 6 档降到 2档时，由于 6 挡齿轮和 2 挡齿轮处在同一输出轴上， 则变速器会先降到 5 档，再从 5 档直接降到 2 档。即跳跃降档时，起始档位和最终档位是属于同一离合器控制的， 则会

15、通过另一离合器拄制的档位转换一下，起始档位和最终档位不属于同一离台器控制的，则可以直接跳跃降至所定档位。双离合变速器的优势1换挡快。双离合变速器的换挡时间非常短，比手动变速箱的速度还要快，只有秒不到。2省油。双离合变速器因为消除了扭矩的中断，也就是让发动机的动力一直在利用， 而且始终在最正确的工作所以能够大量节省燃油。相比传统行星齿轮式自动变速箱更利于提升燃油经济性，油耗大约能够降低 15%。3舒适性。因为换挡速度快，所以DCT 的每次换挡都非常平顺，顿挫感已经小到了人体很难发觉的地步。4在换挡过程中，几乎没有扭矩损失。5当高挡齿轮已处于预备状态时，升挡速度极快， 到达惊人的8 毫秒。精选学习

16、资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 13 页第十页6无论油门或者运转模式处于何种状况，换挡时间至少能到达600 毫秒(从奇数挡降到奇数挡，或者从偶数挡降偶数挡时，耗时约为 900 毫秒，例如从第 5 挡降到 3 挡)。三：智能汽车与车联网技术1：无人驾驶汽车无人驾驶汽车概述国外科学研究说明， 每个交通事故均不同程度地涉及驾驶员、汽车及道路环境因素。 英国科学家有研究说明交通事故肇事发生的唯一原因是由驾驶员因素引起的占65%，而与驾驶员有关因素汽车、道路环境等的百分率高达95%。我国道路交通事故的统计也说明，主要由于驾驶员造成的事故占

17、90%左右。总之，驾驶员失误作为肇事发生交通事故的主要原因已被世界各国所公认。如果要从根本上解决这一问题，就需要将“人”从交通控制系统中请出来，从而提高安全性。由于无人驾驶电动车不需要司机，系统效率也随之提高。无人驾驶汽车就是这种新型控制方法的核心，而车辆安全则是无人驾驶汽车成败的关键。无人驾驶汽车的发展无人驾驶汽车是新能源汽车与电脑系统相结合的一个轮式机器人，也是一个衡量国家科研实力和工业水平的一个重要标志，成为各国白热化角逐的一个领域。发达国家从20 世纪 70 年代开始进行无人驾驶汽车研究， 美国是世界上研究无人驾驶汽车最早、水平最高的精选学习资料 - - - - - - - - - 名

18、师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 13 页第十一页国家之一。而 Google 无人驾驶汽车无疑是这块领域的佼佼者，通过了大量的实验大量的数据提高无人驾驶汽车的安全性与实用性。与国外相比，国内的无人驾驶汽车起步较晚，规模较小，主要是一些大学和研究所。近几年也取得了不错的成绩。例如，由国防科技大学自主研制的红旗HQ3 无人车，2011 年首次完成了从长沙到武汉286 公里的高速全程无人驾驶试验， 创造了我国自主研制的无人驾驶的新纪录。无人驾驶电动汽车的组成和基本原理无人驾驶电动汽车系统主要由传感器系统、控制系统和执行机构组成。理想化实现无人驾驶汽车的主要技术有两种途径：一、采

19、用磁传感器来检测路径，但需在地面下预埋磁针，对路面重新改造，对路面有破坏性。 二、采用 CCD 摄像头作为传感器来检测路径，而 CCD摄像头价格较高， 并且需要对采集到的图像实时处理，对系统硬件和软件要求很高。现在广泛采用的一般是基于光电传感器基础的自动导航系统，其根据光电传感器测得的反射光强的信号来自动区分行驶路径，与其他的导航方案相比，该方案导航系统具有结构简单、安装方便、对道路无损害、价格低廉等特点。 传感器系统主要由导航系统、防碰撞传感器、 启停系统组成；控制系统可以选择dSPACE 公司的 MicroAutoBox控制器；执行机构主要由轮毂电机、线控转向、电控液压制动等系统组成。精选

20、学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 13 页第十二页（1）导航系统导航系统自动检测汽车相对于预定路径的横向偏差。主要由光源、 光电传感器、遮光附件、信号采集和电源五部分组成。2控制系统控制系统根据横向偏差来计算转向系统所需转角，获取汽车的预瞄信息，对车辆的状态进行自动控制，使汽车按预定工况行驶。控制系统相当于一个“驾驶员” 模型，对信息感知、综合、 判断、推理、决断，使执行机构产生相应正确的响应。 控制系统成为当前国内外学者研究的一个热点问题，综合人工智能，电脑技术，通信技术，控制理论等多门学科的前沿技术。3执行装置执行装置分

21、为三个部分，分别是驱动系统、转向系统和制动系统。驱动装置为 4 个电机，采用线控转向，和电控液压制动。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 13 页第十三页无人驾驶汽车的发展方向无人驾驶汽车，必须形成一个完备的“驾驶员”模型，自动适应各种不同工况。可以归纳为3 个方面：高速公路环境、城市环境和特殊环境下的无人驾驶系统。无人驾驶汽车的未来就有学者预测， 不就得将来是一个智能人工的环境，无人驾驶汽车无疑是汽车的发展趋势。 可能未来，传统的三大件之一的驾照也不复存在，出门选定位置规划路线， 就能让你更有时间舒舒服服地在车上吃个早餐，这也是 Google无人驾驶汽车的理想模型。参考文献：一：现代汽车新技术姜立标主编，北京大学出版社二：汽车新技术史立库主编，人民交通出版社三：HCCI技术的研究现状与展望，赵新顺、曹会智等四：双离合自动变速器技术研究进展与应用现状，吴佐铭等精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 13 页