1、未来汽车的发展趋势作者: 温福聪（重庆工贸职业技术学院 汽车与电子工程系 2017 届汽车检测与维修 3 班）摘要:本文从以下三方面简要介绍与未来汽车发展趋势有关的内容：一、车身造型的未来发展趋势：气动最优化、个性化、人性化、虚拟化、全球化。二、全球节能环保汽车技术的发展趋势。三、安全技术发展趋势： 防抱死制动系统（ABS） 、电子制动力分配、牵引力控制系统、电子稳定程序、预紧式安全带、智能安全气囊、乘员头颈保护系统、智能行人保护系统等。关键词:汽车文化；未来汽车；发展趋势第 1 章、车身造型的未来发展趋势自 1886 年第一辆汽车诞生以来，汽车造型开始了其漫长的进化之路。依次经过了马车型汽车
2、、箱型汽车、甲壳虫型汽车、船型汽车、鱼型汽车、楔形汽车、子弹头型汽车；进入 21 世纪后，从世界各大汽车博览会推出的多款新概念车看，造型更是 千奇百怪、更具个性化和特色。车身造型的未来发展趋势综合起来主要有以下：1、气动最优化 一部汽车车身造型发展史，从某种意义上说就是一部不断追求具有最佳气 动造型的历史人们一直在努力研究能够减小气动阻力且气动稳定性好的车身造 型，今后这将仍是未来车造型追求的目标之一，但更主要的工作是在研究气动 行驶稳定性上。未来的气动造型最优应满足以下几点: (1)最佳气动性能的车身外形只能通过计算机辅助设计和部分实验得出; (2)车身所受的气动纵倾力矩和气动横摆力矩理论上
3、为零; (3)车身所受的气动升力理论上为略小于零; (4)减少气功阻力虽然不再是主要目标，但气动刚力系数不应大于 0.2. 2、个性化 车身气动最优化是否会导致未来汽车外形的雷同，从而失去个性化，其实汽车车身造型的发展过程己经揭示了这个问题的答案。在车身造型的历史发展时期，可能会由于追求气动造型的优化而使得某一种车型成为一个时期内的主 导车型，但决不是唯一、就是同一主导车型，也由于气动特性非唯一评定指标 而形成不同风格，随着社会发展，社会意识和美学观念，造型过程中会起到越来 越大的作用，现代人对汽车式样个性化要求也会越来越高。不同层次不同行业、 不同种群的审美意识也会大不相同。随着人类物质文化
4、水平的提高和生活环境 的变化以及生活方式的多样化，作为大众化商品的轿车无疑将出现各式各样更新颖更奇特的新车型。 3、人性化 汽车是人的代行工具，与人在日常生活中息息相关，己形成独特的汽车文 化。 “一堆冰冷的钢铁”是无法满足现代人精神和文明需要的。车身造型设计必须以人为本，体现人机协调，使用操作方便、舒适，使汽车适应人的各种生理和心理要求，从而提高工作效率、保障安全、维护健康。未来的车身造型设计将在车身外观设计、人机工程以及室内环境等方面更加注意人性化的发展。4、虚拟化随着虚拟现实技术在车身造型中应用，使得造型设计中可采用计算机模拟色彩、纹理、质感、背景、阴影及运用三维视觉效果生成虚拟汽车车身
5、造型并实施漫游。通过仿真设备和虚幻环境的动态模型创造出人能够感知的虚拟现实，完全替代传统的实体模型和造型效果图的平面表述方式，甚至能做到未出实车而能体验实车的感觉，使车身造型技术发生了实质性的变革。5、全球化 20 世纪 90 年代以来，面对市场和用户对新技术扣新产品日益提高的要求，制造厂商必须在最短的时间内使产品更新换代，这就使得各公司不得不建立合作伙伴关系，以弥补资金和技术力量之不足，通过整合资源、优势互补以达事半功倍的效果。这样汽车造型设计就逐步摆脱国家和地域的束缚，日渐走向全球化。第 2 章、全球节能环保汽车技术的发展趋势能源和环境正在成为影响世界汽车产业发展的两大决定性因素。进入新世
6、纪以来，以混合动力、燃料电池、先进柴油、醇类汽车等为代表的新能源汽车技术呈现出突飞猛进的发展态势。各国政府和各主要汽车厂商均不约而同地将新清洁环保汽车技术视为未来全球汽车产业竞争的制高点。未来节能环保汽车技术应用前景的基本判断是，燃料电池技术是内燃机技术最好的替代物，代表了汽车未来的发展方向。但如果将发展燃料电池汽车的几个制约因素考虑进来，则会发现燃料电池汽车目前和今后一段时间尚不具备商业化的条件。最乐观的预测，以纯氢为燃料的燃料电池汽车的商业化生产至少还需 15 年以上的时间，即使在一定程度上实现了商业化，也会是以一种高成本的方式。在环保意识不断高涨、油价涨多跌少、消费者追求高性价比的大形势
7、下，融合了纯电动汽车和燃油汽车优点的混合动力汽车，较好地满足了汽车低排放、低油耗、高性价比的综合要求，较好地解决了汽车节能与环保问题，因而逐渐成为世界各大汽车生产企业开发的热点。中国能源比较紧缺，环境保护压力很大，而且大城市交通普遍拥堵，汽车必须频繁制动，混合动力车比较适合中国的国情，在中国市场的前景也被看好。但考虑到若干制约因素，特别是成本和价格因素，对尚属于发展中国家的中国来说，混合动力车在中国市场的成长还需要一个时期的培育。柴油车由于有很好的节油效果，成本和价格也比较适中，在国际上是已经大规模商业化的成熟技术，国内的产业基础也比较好。因此在混合动力汽车和燃料电池汽车无法大规模商业化之前，
8、柴油车将是实现中国汽车节能非常现实的技术选择。即使将来混合动力汽车和燃料电池汽车进入商业化阶段，柴油车仍是中国实现汽车节能的重要途径。总之，在今后的国内外汽车市场上，纯电动汽车由于造价高、能量低、重量大、体积大、续行里程短、还需要建设地面充电检测设施等缺点，其适用范围十分有限；先进柴油汽车将是混合动力和燃料电池汽车取得优势地位之前的过渡时期的佼佼者，近、中期有很大的增长空间，但并不是最理想的长远解决方案；混合动力汽车将在未来 15 年左右的时间内逐步呈现出较强的发展势头，但其增长过程将是缓慢而曲折的；燃料电池汽车代表着未来汽车新能源技术的发展方向，但受多种因素影响，15 年内难以完全商业化。第
9、 3 章、安全技术汽车安全技术分为主动安全技术和被动安全技术。1、主动安全技术主动安全技术用于提高汽车回避事故的能力，如防抱死制动系统（ ABS） 、电子制动力分配（EBD）系统、加速防滑调节（ASR）系统、电子稳定程序（ESP ）系统等。1.1 防抱死制动系统（ABS）安装 ABS 就能解决制动时车轮抱死的问题。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。德国 Bosch 公司在 1978 年成功地开发出世界上首套 ABS 系统。据统计，2004 年欧盟生产的新车 ABS 装备率已达 85，而欧洲汽车生产协会保证 2004 年 7 月起生产
10、的新车 100装备 ABS 系统。2004 年中国生产的新车 ABS 系统装备率也达到了 66，可以预计在不久的将来，中国生产的新车 ABS 装备率也将提高到 100。1.2 电子制动力分配电子制动力分配（electronic braking distribution，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，使 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
11、在运动中不断高速调整，从而保证车辆的平稳、安全。国内一汽大众奥迪 A6、广本奥德赛、海南普利马、神龙毕加索、南京派力奥等车都配有 EBD系统。1.3 牵引力控制系统牵引力控制系统（traction control system，简称 TCS）汽车行驶时，驱动力主要取决于发动机的转矩，但又受到驱动轮附着力的限制，而附着力的大小又取决于路面的附着系数。对于雨雪、湿滑的路面，发动机过大的输出转矩将会引起驱动轮打滑，从而破坏了车辆的行驶稳定性而引发不安全因素。同样，汽车起步、加速也容易出现驱动轮打滑的现象，转矩再大也发挥不了作用。而制动时，总希望汽车驱动轮能同步地切断动力，以便缩短制动距离。为了实现上
12、述要求，一些中高档轿车，如别克君威、奥迪 A6 等，已配备了牵引力控制系统，又称为加速防滑调节（accelerate slip regulation，简称 ASR）系统。TCS 是在 ABS 基础上发展而成的，它遵循车轮的滑转率介于 1030之间时，车轮的附着力最大这一原则进行设计。TCS 与 ABS 相辅相成，从而使轿车能发挥更优异的性能。1.4 电子稳定程序电子稳定程序（electronic stability program，简称 ESP）ESP 是在 ABS 和 TCS 的基础上，增加汽车转向行驶时横向摆动的角速度传感器，通过 ECU 控制内外侧车轮、前后车轮的驱动力和制动力，确保汽车
13、行驶的横向动力学稳定状态如图所示。ESP系统按照每秒 25 次的频率检测驾驶员的行驶意图和车辆的实际行驶情况。如果发现有紧急情况，它迅速反应，通过液压调节器，调节每个车轮的制动压力，如有可能，还会干预发动机和传动系统。ESP 能降低车辆侧滑的危险，从而降低事故的发生。2004 年，中国新车的 ESP 系统装备率还只有 3，而同期，欧盟地区的新车 ESP 装备率已达35，美国达到 11，日本也达到了 7。随着人们对车辆安全性的要求日益提高，相信 ESP 将如同 ABS 系统一样，成为车辆的标准装备。过多转向条件下的 ESP 功能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
14、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，如在相对柔软的车前部以及发动机与护罩间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。2.1 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座椅上，然后锁止织带防止乘员身体前倾，有效保护乘员的安全。预紧式卷收器的控制装置分为两种，一种是电子控制装置，这种预紧式安全带通常与辅助安全气囊组合使用（见只能安全气囊图） ；另一种是机械控制装置，由传感器检测
15、到汽车加速度的不正常变化，控制装置激发预拉紧装置工作，这种预紧式安全带可以单独使用。由于预紧式安全带是靠急速回拉的方式保护乘员，里面装置有气体引发剂和气体发生剂，因此在使用中要注意它与普通安全带的不同之处。它有一定的使用时间，有效期满必须更换；预紧式安全带只允许安装在为其设计和制造的汽车上，不允许随意改装在其他汽车上；上车要佩戴预紧式安全带，如果未佩戴预紧式安全带，一旦汽车发生碰撞不但不受到安全带的保护，反而会因安全带产生误回拉动作而增加自己受伤的可能性。2.2 智能安全气囊安全气囊的工作原理是：当汽车前部遭受一定力量的撞击后，安全系统就会引发某种类似小剂量炸药爆炸的化学反应，隐藏在方向盘内的
16、安全气囊就在瞬间充气弹出，在车内人员的身体由于惯性作用向前冲撞即将撞上车上设备之前起到铺垫作用，以减轻身体所受到的撞击力。由于在事故发生的一瞬间必须完成铺垫功能，因此气曩必须以极快的速度弹出。据技术人员计算，安全气囊弹出的瞬间时速高达 40km 左右。这样也就带来一些问题，诸如身材较小的驾驶员，由于身体比较靠近方向盘，若是车速不是特别快时发生事故，这类人员很容易被迅速弹出的气囊击伤，而并不是由于事故本身而受伤，以致产主了安全气囊是否真正安全的争论。智能安全气囊就是在普通型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
17、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（如图所示） 。智能安全气囊比普通型主要多了 2 个核心元件，即传感器及其与之配套的计算机软件。2.3 乘员头颈保护系统乘员头颈保护系统（Whiplash Protection System，简称 WHIPS）一般设置于前排座椅。当轿车受到后部的撞击时，头颈保护系统会迅速充气膨胀起来，其整个靠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，靠背则会后倾最大限度地降低头部向后甩的力量，座椅的椅背和头枕会向后水平移动，使身体的上部和头部得到轻柔、均衡地支撑与保护，以减轻
18、脊椎以及颈部所承受的冲击力，并防止头部向后甩所带来的伤害（如图所示）瑞典沃尔沃汽车公司于 1998 年首次推出 WHIPS 头颈保护系统，作为标准配置安装在当时推出的 volvo S80 型汽车内。2000 年以后，所有型号的沃尔沃汽车把 WHIPS 系统列为前排座椅上的标准配置。2.4 智能行人保护系统智能行人保护系统（Intelligent Pedestrian Protection System，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的碰撞，然后再由执行器引发保护措施，如抬高发动机罩。PPS 的传感器是光学传感器，由 4 条光纤集结成束后，制成带状合成纤维，直接粘在前保险杠的外表层。这种带状光纤传感器的厚度宽度仅为 1.5mm12mm，呈环状横贯于乘用车前部，能够灵活地适应各种车身宽度。这种光学传感器的特点是：将具有光波传导作用的光纤作为组成部分，与传感器的两端相连，形成一个闭合回路系统。系统中的联合组件，从光纤的一端发射光束，在另一端接收光束。电子系统在数据处理系统的帮助下，对收集到的信号进行处理，然后作出是否应燃爆点火的决定。这一信息传输到 ECU 控制器，进而引发不可逆式执行器系统。
