车展启示录:汽车上的科技将何去何从

2016-05-10 20:32:41来源: 汽车之家

刚刚过去的2016年北京国际车展余温未降,不仅给我们带来了汽车外观设计方面的视觉盛宴,更是如往常一样,各大车企在技术领域可谓百家争鸣,不相上下。虽说每年在技术方面的进步还是那么几大类,但究其近年来的发展而言,从很多方面都有着顺应未来时代潮流的新动向。让我们在本次车展技术盘点的过程中,一同来聊聊未来汽车科技究竟何去何从?

作为一台车,其结构简单一些讲无外乎就是那几个部分:车身、底盘、发动机、传动、内饰。当今街上跑的这些常见车型已然把这几点研究透彻,而不断推陈出新的技术也在一步步改变着这些部分的结构与理念。这时候可能有人会问:理念?除了结构,传统车结构方面的很多理念也会随着科技进步而改变吗?

而若说到这样的改变,相信大家对未来汽车的技术发展方向就更加关心了。别着急,我们一步步来,先从车辆的心脏:发动机看起。

● 心之所向——发动机技术

从本届车展看,各家车企在发动机领域的创新依旧,而与往届存在较大不同的是,本次车展的一些车企们更倾向于尝试很多新鲜结构,一改以传统发动机为基础的技术升级,甚至于说,这是一种发动机方面的变革都不为过。

当然,也并不是所有发动机都有这么大革命性的改变,主流技术的大面积普及也是今年车展所能看到的方向。而若说到主流,时下依旧是汽油发动机的天下,那么这一部分,我们先从传统汽油发动机说起。

可能在十几年前,大众和三菱的这一做法确实比较前卫:一改在进气歧管内进行喷油的方式,改在缸内直接喷射,实现热效率的提高,并普及到量产车上(若单从历史角度来说,其实早在上世纪50年代就有了直喷汽油车,只不过当年技术并不成熟,也未得到普及)。技术层面上讲,实现这一举措从原理上并不难,柴油发动机早就用上这样的结构了(当然,柴油发动机是压燃式,实现起来相对简单),但因为其需要依托一套高压喷油装置,并且高油品要求和如何控制排放都成为了其发展道路上的难题,直到近年来人们将直喷和歧管喷射混合在一起,实现双喷射,这一问题也算是找寻到了未来发展中的解决方案。

而在历经十余年的演变过后,这项技术早已不是当年那个“只能吃细粮的黑科技直喷发动机”了,随之而来的是由于技术成熟而实现的大面积普及。有一句话说:技术是要依托于需求而发展。的确,直喷技术配合小排量+小惯量涡轮的举措,加之国内外正在普及的集成化理念和混合歧管喷射的直喷系统,这一切都是在为同一个目标:日渐严苛的排放标准。

环境改变生活,在工业化发展的现代社会中,空气污染绝对是全球一同亟待解决的问题,身处北京的我对此必然是感触颇深,如果有一股清风吹走雾霾,那这一天给自己放个假都合适。那么为解决这一问题,很多国家是通过限制车辆排量的举措和提高排放测试难度,鼓励小排量车和新能源车发展,从而治理空气环境。姑且先不说这种解决方法的合理性,从某种角度上讲确实让小排量涡轮直喷发动机如鱼得水,大面积普及这些技术也就不足为奇了。

国内的这种发展趋势已成主流,但不代表所有车企都在走这条道路。观致与科尼赛克的合作就为汽油发动机的未来发展提供了一条新思路:取消凸轮轴设计,改用油压与气压配合的控制单元控制执行气门的开闭与升程高低。单从结构上看,取消凸轮轴而采用新结构控制,很大一定程度上能够看出未来发动机技术是要重点依靠电子控制领域,简化机械结构,让更多的机械设计转变为简单的通过电子控制单元来代替。并且改用电磁阀实现原凸轮轴所完成的功能,可以实现更精准的控制正时与升程,优化空燃比,让一台歧管喷射发动机的热效率同直喷发动机一样好,并且还有很好的减重效果。

以科尼赛克和观致合作的发动机为例,当发动机取消凸轮轴和传统配气正时之后,发动机上部体积得到明显缩减,中缸部分可以减小50%之多,而整体质量也可以下降30%。

由机械转为电子化,这样做的好处更多是为了简化结构、减重,并在反应时间与精准控制方面均有优势,但这样的结构也极大程度依赖于传感器去判断当前工况,可能会有误判断的情况,在电子控制方面开发难度很大,未来的发动机技术很有可能将比拼电子控制逻辑这一领域。

大面积依托电子控制技术并简化机械结构的未来发动机技术,将极有可能成为未来发动机发展方向的主流趋势。我们猜测:发动机结构将会越来越简单,通过不同电子控制程序的调整,实现不同的控制逻辑,让发动机做到不同的输出特性。

    ● 筋骨之道——传动系统技术

从汽车的角度来说,实现高效高输出,一方面是要靠心脏(发动机)的优秀运转效能,另一方面,空有一身力气使不出来也会成为动力发挥的阻碍。从这一角度讲,一套高效传动系统才能使得好发动机最大化发挥其应有的能力,正所谓“好马配好鞍”便是这一道理。

在传动系统方面,汽/柴油车领域仅仅是依赖于如何优化变速箱和减小传递损耗等这样的手段提高传动效率。当然实现这一目的的方法不唯一,有些车企是采用更换原变速箱形式实现优化传动系统,也就是使用不一样的变速箱,包含无级变速箱(简称CVT)和双离合器变速箱(简称DCT)在内的诸多形式也是各有优劣,就现在的技术而言,实现起来也并不困难。

那么话又说回来了,既然传统发动机需要依靠变速箱去实现“减速增扭”的效果,那么效率上的优化确实是重中之重了。从本次车展上看,国内外各大车企对变速箱的优化有着各自独到的理解,但从大类来说,总体分为两个方向。

一部分车企选择采用双离合器变速箱方案,在换挡过程中可以实现不中断动力输出的快速换挡,达到高效快速传递动力的需求,但在舒适性上存在一些问题;而还有一些车企采用更多挡位的传统自动变速箱(简称AT)方案,通过细化传动比(细化到线性变化的传动比就是CVT无级变速箱了),让发动机工况时刻保持相对最佳,达到发动机效能的高效发挥,但AT在换挡时间方面略逊一筹,而采用钢带或链条传动的传统CVT在承受扭矩方面是一短板。

     以上两套方案在很大一定程度上都是基于对传统车辆的开发,并且在传动优化方面,并未跳出变速箱这个圈子。有一个大趋势我们都可以感受得到:鉴于对环境保护的需要,未来将是EV纯电动车和Hybrid混合动力车的主力市场。这两种有电机参与工作的车,不仅在发动机方面影响了未来发展方向,在传动系统方面亦是如此。

在本次车展中,雷克萨斯展现出了其对混合动力方面的新想法,不仅从动力总成入手,还要保证好不容易高效输出的动力不让传动系统毁于一旦。雷克萨斯LC 500h采用了一套行星齿轮E-CVT变速箱并串联一台4AT的自动变速箱,可以模拟出10速的挡位。雷克萨斯不辞辛苦地开发这套复杂的复合变速箱,其实仅仅为了一个目的:让传动效率、传动比覆盖和运动换挡感受并存,并且可以很好地匹配混合动力总成。

虽说看似十全十美了,但万物皆有利弊,这样复杂的一套变速箱可靠性究竟如何?虽然我个人而言很信赖雷克萨斯的品控,但结构如此复杂的情况下还能保证吗?

混合动力不仅改变了动力单元与变速箱,也改变了驱动形式:“混动四驱”这样的概念便是一种正在逐步成为主流的驱动结构。混合动力的概念我们不陌生,在传统汽/柴油发动机的基础之上,合并电驱动力系统,实现动力互补的效果,降低油耗,提高驱动效率。而混动四驱这样的结构其实并不复杂,而且早在10年前的雷克萨斯RX 400h上便有类似的结构。这种混动四驱可以依托于汽油车的前驱平台做开发,是很多厂商开发混动SUV比较主流的方法。确实,本来SUV市场就正热,结合上混动四驱这样简单见效的技术,节能高效,何乐而不为呢?逐渐从小众成为一种主流也是理所应当。

但这也不代表十全十美。同发动机电子控制化一样,这套混动四驱结构同样依赖于复杂的控制逻辑,也就是回归到了电子控制问题:如何配合好汽油发动机驱动的前轴端与电机驱动的后轴端,是未来考验各大厂商的一个难题。现阶段而言,在一些中低端产品中,采用的方式同电子限滑差速器的道理类似,也就是车身稳定系统的衍生功能,通过车身稳定系统对车轮刹车,阻止打滑,而在前后轴端的驱动配合方面,似乎每家厂商的控制逻辑都不太一样。

这确实为我们的未来提供了一些新思路:不仅仅是四驱系统混动化、传动效率高效化等,复合变速箱也提供给我们了一些启发,在难以兼顾的情况下,为何不把它们融合在一起呢?

● 脑部开发——电子化与自动驾驶

既然说到了未来科技,那电子技术主导已然是大势所趋,越来越多的传统机械零部件结构将被更电子化的零部件所替代,在未来,驾驶将成为一件更简单的事情。

其实汽车电子化这一概念,并不是什么新兴产物。在20世纪车身电子稳定控制系统(简称ESC)的普及便能看出,车辆未来的发展势必离不开与电子系统的关系,从ESC到如今的各种高阶驾驶辅助系统和车内的各项科技舒适配置,每一次进步,都在诠释着“科技改变未来”这一句话。

在本次车展当中,如果你仅仅看到了越来越大的中控台屏幕和越来越集成化的功能配置,那你就“图样图森破”了。其实在很多驾控体验方面,高度电子化改进也在悄然进行当中。比如我们本次有幸专访到了宾利董事会负责技术领域的罗尔夫·弗莱彻先生,与他交流了在未来电子化领域发展上的一些看法。

虽说从单一品牌角度去看待电子化发展进程不够全面,但从广义方面去展望,强化电子化基础领域(也就是车用电源)和让电脑去控制复杂机械操作(电子辅助主动调节机械部件运作)这两个方向而言,对于每一家车企都将是未来的必经之路。从纯机械化过渡到电子机械化,这种转变需要电子技术与机械结构的配合一同实现,以便完成辅助操控与驾驶方向的变革。

这也就是说明了,对于一些品牌来说,致力于发展电子化去完善操控体验,而不是将这种乐趣抹杀,会成为未来的一种方向,诸如电子涡轮(可以保证持续稳定的进气压力,使得发动机初段输出更线性,弥补传统涡轮带来的涡轮延迟问题)和主动悬架系统在内的诸多电子化改革,其实都是为了更容易让驾驶者体验到驾控乐趣。

除了电子化机械结构的一些问题之外,而从另一个角度来讲,高度电子化的车辆在实现一些电子安全辅助功能方面,也要比电子化程度低的汽车更加容易实现。举个例子,想要实现车道保持功能,势必要牵扯到转向的问题,既然要让其能够自主依靠电子驱动,实现转向功能,那么电子助力转向为基础的转向系统势必要更加容易开发出这一功能。

而在另一个领域——自动驾驶方面,其实完全可以理解成为是电子技术进步的一次汇总。想要实现自动驾驶,首先得需要让车有认知意识(通过各种传感器实现)、判断意识(通过电脑判断逻辑实现)和执行意识(主动电子控制实现)三方面完成。这三方面都属于高度依赖于电子控制技术,而并不是简单的通过复杂机械就可以完成的逻辑过程。

让电脑去代替驾驶者,从本次车展中的一些展台展品上,我们也能看到这一未来趋势在实现上的一些想法。对于法雷奥和博世这些零件企业来说,他们要做到的不仅仅是完成这些高精尖传感器的量产化,以解决成本给自动驾驶领域带来的影响,更重要的是要在现有的技术水平下,实现如何去让这些安全辅助系统和驾驶辅助系统协同配合,完成自动驾驶操作。

就现阶段而言,高阶的辅助驾驶系统其实已经能够完成很多简单工况的自动驾驶功能,只是在从高端车型下放技术方面,还有很多成本问题问题方面需要解决。

除了现阶段的自动驾驶还暂且实现不了复杂工况的正确判断之外,在这背后还有一个更为重要的问题需要考虑:法律问题。究竟一套自动驾驶系统能不能算作是一位驾驶者?当出现事故的情况下,究竟该如何去定责?在这一问题上来说,一方面有待于法律的完善(其实现在已经有很多国家正在拟定自动驾驶的相关法律,而美国内华达州、加州和佛罗里达洲已经为此立法),但另一方面也需要各大车企与零配件厂商的协同配合。配合?这方面怎么去配合呢?其实也很简单:如果让车辆之间实现交流,这件事不就解决了?想要实现交流,车与车之间的互联网建立也是未来发展的重点之一。

通过本次车展在电子技术方面的参观,电子机械化、自动驾驶与车联网的建立,这三方面一定是未来发展的重要趋势。三方面是一种相辅相成的关系,并且不仅仅是国外企业在这三个方面极为重视,国内的很多车企也在紧锣密鼓地研发当中。

编辑点评:

在本次车展当中,技术领域的展示不仅看到了各大厂商对于技术的不同理解,也看到了一些未来发展的大方向:电子控制领域。无论从发动机、传动系统还是电子化进程,电子控制领域的重要性在未来汽车研发过程中将成为主导,而一切依赖于此的技术升级,甚至于将在未来改变我们的用车习惯。这不是什么异想天开,如果你细心观察,其实它们已经悄然发生了。

关键字:科技  汽车

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qcdz/article_2016051015526.html
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