降低轿车和商用车的油耗及排放是未来汽车业可持续发展的最重要问题之一。全球汽车零部件供应商大陆集团的汽车集团提出四项策略来降低油耗,并将能够向轿车制造商提供全套解决方案,以满足市场对低油耗汽车的需求。这些措施还将确保遵从国内国际有关排放标准及二氧化碳减排的法规要求。
“我们的目标是通过资源节约型的汽车技术来减少对环境的影响,这个目标不可能由一项措施完全实现。它要求围绕汽车的各个系统进行大量的智能创新,”大陆集团首席执行官Elmar Degenhart 博士表示。“这些创新还必须能够扩展,从而能够应用于对价格比较敏感的汽车种类和市场。”
帮助实现环保型驾驶的四项策略
汽车集团致力于通过四项相互补充的策略来减少汽车对环境的影响和确保对资源的可持续利用。这一一体化的系统方案将帮助轿车制造商推出能够最大化燃油经济性同时最小化环境影响的汽车产品。
持续优化油耗及能耗指标,例如通过减小发动机尺寸(在涡轮增压和 [燃油] 直喷技术的帮助下)的方式
通过开发混合动力和电动车部件以及电动助力转向系统实现传动系统和其他汽车功能的电气化
符合人机工程学原理、主动式驾驶员辅助系统以及各种控制单元对导航信息的使用
通过制造流程优化和原材料选择实现轻量级设计,例如我们的制动钳和电子制动系统所体现的设计思想
更高效的传动系统:更低的油耗,更愉快的驾驶
目前,发动机发展方面的主要趋势是减小尺寸,亦即发动机的容积更小但比功率更大。这一目标只能通过涡轮增压技术达到。动力总成系统部开发的第一款用于内燃机的涡轮增压器已经达到市场成熟程度。小容积、[燃油] 直喷和优化的阀门定时与高比功率等特点的结合使得发动机的运转不脱离热动力学高效的范围。涡轮增压器技术和尺寸减小最多可使二氧化碳排放减少15%。创新技术包括涡轮增压器的自动装配以及将来推出的采用电子控制方式的电子废气门系统。这些创新提供了比传统系统更快的控制和更高的精度,以及由此产生的更大油耗降低范围。模块化设计还方便了涡轮增压器的调整,使之能够轻易适应各种发动机尺寸。
用于柴油和汽油发动机的(燃油)直喷系统提供了高效能和最大扭矩,同时保持低油耗。动力总成系统部以其最新一代用于柴油发动机的压电式油喷嘴直面欧六排放标准问世所带来的挑战。当喷嘴针阀直接由压电元件影响时,喷嘴打开的度数和时长可以进行更精确的控制,无需使用中间液压系统。这使喷射速率选项可以替代过去使用的多次常规喷射方法。采用这一设计,压电执行器起着传感器的作用,将喷嘴针阀的精确位置报告给控制单元,产生了第一个独立的流速控制系统。与传统的歧管喷射系统相比,采用压电直喷技术的发动机的二氧化碳排放可减少20-25%。供油单元中的无刷燃油泵(EC泵)和电子系统的结合对燃油需求量的调节可以再减少二氧化碳排放1-3克/百公里。
自动传动系统将在市场上扮演日益重要的角色。这将要求精准的变速排档控制,以便发动机能够尽可能在油耗最小的速度范围内运转。作为全球变速箱控制市场上的技术领先公司,大陆集团可提供所有类型自动变速箱的控制系统。特别是集自动传动系统的方便性与手动传动系统的效率为一体的双离合器传动系统。
同时,用于废气后处理系统(进而有助于减少二氧化碳排放)的创新技术也扩展到废气管路的重要组件。大陆传感器对废气温度、碳烟或氮氧化物温度等变量进行测量,并算出催化转换器的工作效率,以便由废气管路中的喷射器采取再生或调节对策。这改进了颗粒过滤器再生和用于氮氧化物的选择性催化还原的SCR系统的控制。由于大陆集团持有Emitec公司50%的股份,所以在催化转化器技术方面还有一个强大的合作伙伴。
有助于动力总成系统及子组件燃油节省的电动部件
从内燃机向未来零排放电动汽车的过渡已经在有条不紊的进行当中。受大陆集团委托,于2009年春进行的一项对德国汽车驾乘者的典型调查显示,近九分之一的汽车驾驶者“完全”能够想象在购买其下一辆车时选择电动汽车。
“大陆集团宣布的目标是巩固其作为该领域供应商的领先地位,”Degenhart 博士强调说。“全球一半人口已经生活在靠近城市的地区,这一点使得在这些地区实现完全零排放的交通变得前所未有的重要。”混合动力和电动系统在实现这一目标的过程中大有可为。在传动系统的混合动力化和电气化方面,动力总成系统部已经为汽车制造商开发了一个模块化系统,该系统能够灵活地用于轻度混合、强混合和插电式混合动力、燃料电池和电动车辆。结合传统内燃机应用,最多可实现25%燃料节省,而纯电动汽车则能够实现完全零排放。
2008年末,大陆集团成为全球首家将混合动力车用锂离子电池投入商业化批量生产的制造商。与目前使用的镍金属混合动力电池相比,最新一代的锂离子蓄电池具有更高的蓄电量。除电池外,大陆集团的混合动力模块化系统还提供了功率电子、电机和完善的系统解决方案,包括作为混合动力系统核心的一体化动力总成管理系统。
混合动力技术很快还将用于商用车的传动系统。在人口密集地区行驶的送货卡车和公共汽车将能节约燃料30%左右,因为它们主要是短途应用,且经常“走走停停”,这正是混合动力技术能够充分发挥其优点的地方。除了有关乘用车的现有协议外,大陆集团最近还与采埃孚(ZF Friedrichshafen)签订了一项关于在商用车市场开展合作的协议。大陆集团将向该项目供应最新一代的锂离子电池。
能量管理和电动转向系统:汽车制造商将不得不大幅减少其汽车产品(特别是重型车辆)的二氧化碳排放量,以免被课以严厉的惩罚性税收。在一些欧洲国家,针对重型轿车或SUV的这一税收额已经达到四位数甚至五位数(欧元)。作为第一步,这些汽车将被装备停止/启动系统。为了保障车载电源的供应,大陆集团提供了一个涵盖所有电动组件的能量管理系统。诸如动力转向或冷却泵等部件(其中传统的高能耗液压装置已被电动驱动装置所取代)的电气化将导致进一步可观的节约潜力。底盘与安全系统部已经开发了一个将电控模块与电机集成一体的模块化电源组,使得电动转向系统能够适用于配有12伏车载网络的大型轿车或SUV。电动转向系统实现了显著的燃油节省,因为它们只在实际工作时需要消耗能量,而液压泵则不得不自始至终都需要电力供应。由于转向系统设计理念的不同,使用了电子助力转向系统后每百公里可节省0.2-0.4升燃油。
车身电子系统部开发的智能电池传感器(IBS)是目前汽车停止/启动系统的一个小而关键的组件。该传感器对12伏电池的充电水平进行持续分析。这确保了起动机电池具有充足的电力,以保证在“停止”期间对其他所有汽车系统的电力供应,以及有足够的电力重启发动机。当电池充满电时,该传感器还会提供信息,表示发电机无需继续对电池充电。这还减少了发动机的工作负载,降低了能源消耗并提高了停止/启动系统的可靠性。由发动机启动造成的汽车车载电源电压的短暂下降,会由直流/直流转换器提供的缓冲电压进行补偿。这样,像收音机和导航系统等信息娱乐功能将不会被中断。
面向未来:更舒适、更安全、更低油耗
采用“防御性”驾驶方式对汽车的油耗或能耗有重大影响,这正是驾驶员辅助系统发挥威力的地方。驾驶员辅助系统的开发初衷是增加驾驶舒适性和增进道路安全性,但同时它们还提供了降低油耗等额外好处。例如,自适应巡航系统(ACC)可确保更流畅的驾驶方式,进而减少磨损和油耗。从2013年起,新型重型载货车辆将必须装备紧急制动辅助系统。底盘与安全系统部开发的ASR传感器能够跟踪其他车辆,直至其完全停止,并在同时减慢卡车行驶速度。这一“跟停”(Follow to Stop)功能方便了驾驶员的操作——特别是在移动缓慢的车流中,并可防止较小的车尾碰撞,而这经常会导致车流长龙堵塞并因此产生不必要的二氧化碳排放。
即使是在繁忙的交通中,由底盘与安全系统部开发的加速力反馈踏板(AFFP)可帮助驾驶员使自己的车辆与前方车辆保持足够的安全距离以及尽可能保持车辆匀速前进。该系统利用多种车辆传感器的信息来确定在车流中的最佳行驶速度,并让驾驶员知道自己是否因为加速过快而将要超出最佳车速范围。这样一来,车辆就会保持均匀的前进速度,且刹车和加速动作也得到显著减少。驾驶员可通过多种途径得到预警信息,例如脚踏板的轻微振动或脉动,或者通过施加反压力。AFFP还可指示最佳换档时机。在实验过程中发现,驾驶员遵循建议的频率比显示提示信息的频率高得多。AFFP带来的燃油节约不下10%。
“电子视野”将有关前方道路的信息提供给其他所有车载系统,如发动机控制和电池管理系统。使用“电子视野”提供的数据,发动机和传动系统控制单元可调整换档策略,以适应前方道路并进一步提高车辆效率。巡航控制系统、其他驾驶员辅助系统和混合动力控制单元也能使用这些数据,例如,当车辆接近下坡路段时停止使用电池。这可以确保从车辆在下坡路段制动过程中获得的能量(再生)也可用于蓄电池。在电动轿车中,导航系统计算的行驶路线使车辆能够容易地行驶到电池充电站。
正确的轮胎压力有助于节省燃料。轮胎压力监测系统(TPMS)可增加道路安全性和降低油耗。90%左右的轮胎故障是由缓慢漏气穿孔造成的,这会导致严重事故,特别是在高速行驶的情况下。车身电子系统部开发的轮胎压力监测系统可单独检测每只轮胎的实际压力变化是否超过了规定压力的10%,然后决定是否发出预警。在欧洲,如果每辆车的轮胎均保持正确的压力值,则每年可节省34亿欧元。
减少二氧化碳排放从减轻车重入手
更多的高效设计技术和智能型轻量化设计可减小零件的体积而不限制其功能。底盘与安全系统部正在使用基于软件的优化系统来将该理念付诸实践。例如,使用专用CAD软件来优化2FNR-Al铝制制动钳壳体的结构。无论是更大的凹口还是减少的壁厚均意味着原材料用量的减少,优化的壳体所提供的稳定性与试验及测试模型所表现的稳定性相同,尽管其重量减少了440克(降低到4,185克)。由于采用了特殊制造技术,新制动摩擦片背板的厚度仅在高受力区域有所增加,在其他所有区域均使用了更薄的材料。这使得每个制动器的重量可减少约300克,同时没有额外成本或性能损失。另外还有可能使制动执行机构的重量减少多达40%,例如通过使用铝材,MK100 ESC系统的外壳比前代产品的体积小40%,重量轻22%。控制单元更高程度的集成也有助于减轻车重,因为所需的外壳和零件数目少了,特别是还减少了大量的线缆。
最后但并非最不重要:驾驶员的重要作用
最后,驾驶员也必须重视燃料节省。在帮助实现这一目标方面,有两种不同方法的组合可以收到最佳效果。其一是向驾驶员提供有关车辆功能(例如上面提到的主动式加速踏板 [AFFP])的明确信息。其二是驾驶员可将所有车辆系统设置到非常高能效或高效率的节油模式。与更 运动性能的设置相比,这会带来额外的燃料节省。大陆汽车集团在此方面提出了“简化您的驾驶”的解决方案。只需启动一个按钮,驾驶员就能便捷地将车辆性能设置从运动模式转变为高效节油模式。为此,车载系统的控制单元中的所有组件密切配合,以获得最大可能的效率提升。