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FISITA2012世界汽车工程年会----全球汽车技术的盛宴
2012-12-12 10:58:08 来源:日经BP社报道 作者: 【 】 浏览:3602次 评论:0

  【日经BP社报道】11月27-29日,中国汽车工程学会(SAE-China)在北京举办了FISITA(国际汽车工程学会联合会)2012世界汽车工程年会。大会共包括10场技术分会和7场专题分会。

  本次年会上,有效提交全文的论文680篇,内容含盖了新能源汽车、内燃机、变速器、汽车电子、设计与测试、安全、底盘、NVH和ITS等领域。

  由于演讲场次众多,笔者分身无术,本文将重点介绍会上亲身所闻所见的一些技术点滴,以飨广大读者。

后轴电驱动和电力扭矩矢量控制方案

  瑞典eAAM传动系统AB公司(2012年2月被美国AAM收购)的Matilda Hallnor,在演讲中介绍了后轴电驱动和电力扭矩矢量控制方案。该方案采用一个电机驱动,通过齿轮管理产生不同的速度。包括两种情况:模式机械开关切 换电动机的两种牵引模式(这两种模式不可同时产生);独立电动机作用于扭矩矢量控制。

  横向驾驶扭矩分配可以提高纵向及横向分配的抓地力,通过建立瞬时偏航率模型,使车辆达到稳定或增加转向的反应,实现动态修正横向分配。电加速能力和在低附着路面(μ=0.3)的爬坡能力均有显著提高。车辆动态能力优于四轮实时驱动。

  在一阶转向反应试验中,时速50km/h下,轮间扭矩为600Nm。13kW制动力和13kW驱动力作用于车轮,4kW功率来自2个独立工作的电机,仅500W功率用于扭矩矢量功能。

用智能电气化技术将汽油发动机体积缩小50%的HyBoost概念

  来自英国Ricardo的Jason King在演讲中介绍了在不影响车辆性能基础上,利用智能电气化技术将汽油发动机体积缩小50%的HyBoost概念,该方案还包括微混和电增压技术。其优势有以下几方面:

  ①发动机体积缩小可在低成本下改善燃油经济性;能在更高的负荷下工作,并产生较高的排汽焓。②电增压可改善瞬态响应,提高增压比;高速开关涡轮增压轴 上的磁阻电机,将热能转化为电能。③低成本储能,12V AGM铅酸蓄电池和超级电容器;支持发动机启停及电加速的大电流运行;支持微混模式;兼容现有的12V汽车架构。④12V+XV皮带驱动启动电机 (BSG)支持发动机起停(4kW)、制动能量回收(6kW)等功能。

  集成了水增压空气冷却器(WCAC)和LT冷却器的吸气模块,高达90%的效率可以低温充电并减少爆震,低压EGR回路还能进一步缓解爆震特性。

  为了研究高瞬态电流下的工作行为,对VRLA高碳铅酸电池进行了充分的循环周期测试,结果表明,这种电池有可能替代超级电容储能包。

  King指出,电增压系统极大地改善了发动机在低速时的瞬态响应特性,转速为1500rev/min时,响应时间从3s减少到0.7s。

  此外,HyBoost的功率和扭矩已从标准福克斯(Fox)发动机的基础上实现升级。HyBoost发动机在转速1500rev/min时实现了 23bar BEMP,及29bar BEMP的最大扭矩。根据已修改的较大涡轮增压规范进行的测试表明,实现了33 bar max BEMP。扭矩特性曲线的提高能够尽量降低转速。在采用福特1.0升3缸EcoBoost发动机进行研发时,功率和扭矩分别为116kW和260Nm。

  King强调,HyBoost方案的CO2排放量接近了全混车的水平,比柴油动力系统的成本低。采用这种技术的福克斯车的CO2排放量不到99g/km。

增程式电动汽车

  德国Mahle动力传动公司为奥迪开发的紧凑型增程式电动汽车(REEV),从2010年1月开始研发,2012年10月已上路示范运行。

  该车燃油排量900cc,直列双缸发动机,采用水冷式锂离子动力电池包,容量14kWh,额定电压350V,集成式电源管理系统(BMS),马达牵引力55kW(峰值100kW)。纯电续驶里程70公里,总续驶里程约500km,NEDC综合工况下CO2排放量约为42g/km。增程式发动机运行策略、车辆燃油时的功率需求和增程器单元运行情况分别如图1和图2所示。
 

图1 德国Mahle动力传动公司开发的增程式电动汽车的发动机运行策略 图2 车辆燃油时的功率需求和增程器单元运行情况


  据悉,目前,该车还未完全实现制动能量回收,有些方面需要进一步完善。

  中国一汽研发中心电动汽车部赵子良博士也介绍了自主研发的增程式电动汽车动力总成新技术。该车型采用双缸发动机,锂离子动力电池包容量为11kWh,充放电峰值功率分别为50和75kW,重量105kg,纯电续驶里程60公里,总续驶里程450km以上。

  通过并联拓扑、驱动模式、双速传动及减小发动机体积等技术,实现了:①短途行驶时,在CD模式工作下,由纯电驱动;在CS模式工作下,低速时串联驱 动,高速时并联驱动。②长途行驶时,在CD模式工作下,低速时纯电驱动,高速时并联驱动;在CS模式工作下,低速时串联驱动,高速时并联驱动。

动力电池和超级电容结合的双电源供电系统

  上海汽车集团(SAIC)新能源汽车与技术管理部高级工程师卢冶与浙江大学电力电子学院合作开发了用超级电容为电动汽车提供双电源供电的系统。

  卢冶介绍这项研究的初衷与目的时表示,目前,电动汽车设计工程师面临着动力电池重量和数量与汽车性能、成本及效率匹配的问题。相对地,动力电池具有比 能量高的特点,而超级电容具有比功率高的特点。通常,比能量是电动汽车的首要考虑因素。然而,电动汽车更长的续航里程及更高的速度意味着需要更多的能量, 相应的就要更重、更多的电池。如果把动力电池和超级电容结合,就可以很好地解决上述问题。



图3 双电源供电系统的功率状态流程图

  这种为电动汽车动力总成提供双电源供电的系统(DPSS)以动力电池为主,超级电容为辅。动力电池、超级电容及电流负载的关系可简化为如图3左侧所 示。功率流动方向或双电源为负载充放电的12种状态可简化为如图3右侧所示的8种状态,这8种状态涵盖了短途电动汽车的所有功率模式。

  卢冶表示,已经开发出集成简单控制逻辑和电流传感器的BDC模块,并成功应用在短途纯电动汽车中。该模块也可用于混动汽车上。测试结果表明,这种动力电池和超级电容结合的双电源供电系统具有高效、快速功率响应和最大能量利用率。

基于仿真的纯电动汽车能流研究

  上海交大汽车电控技术国家工程实验室王斌(音)团队介绍了关于基于仿真的纯电动汽车能流(energy flow)研究。用现有电动汽车的参数和状态建立了一个高效、准确的能流仿真模型。

  该研究的一个主要目的是从汽车系统级分析电动汽车的能流和能效。通过不同能源的相关配置对电动汽车性能所产生不同影响的分析,量化地显示了不同零部件 的能源分布与消耗。这些零部件包括储能、能源传输、消耗、车辆动态、驾驶模型与车辆控制等分系统。同时,评估了动力电池、电机和不同动力总成拓扑对电动汽 车性能的影响。

  选用日产聆风(Leaf)纯电动汽车对所开发的模型进行了验证,行驶状态为市区工况(NEDC),分别对行驶和制动模式进行了解释。研究结果对以更加系统化与优化的方式设计电动汽车提供了指导。

车道线检测系统

  车道线检测系统是车道偏离预警设备的核心,长安汽车工程研究院高峰等开发的基于FPGA的车道线检测系统(LDS),为提高检测准确率,重新设计了车道线提取和检测控制状态器模块。
 

图4 长安汽车工程研究院开发的车道线检测系统FPGA电路,包括图像预处理和车道线检测两部分。

  车道线提取的目的是从霍夫(Hough)变换生成的矩阵中提取有效的车道线参数。车道线提取算法如下:①阈值从矩阵最大值乘以一个系数得到,以使系统 对不同道路状况具有自适应性。②之后,为避免相邻数值影响发现其他峰值,对相邻数值清零。③在找出3个有效峰值后,用其对应的直线斜率判断有效直线,提取 斜率最大的直线作为有效车道线。

  检测控制状态器设计的目的是减少初始和跟踪模式的处理数据。从初始模式到跟踪模式:①计算两个连续相邻图像的车道线参数间的偏差;②把连续计算的10个偏差值存进FIFO中;③当这些偏差值的个数大于事先设定的数值且小于阈值时,认定车道线检测属于稳定状态。

  从跟踪模式到初始模式:①当偏差值大于阈值,或没有找到有效车道线时,计数器加1。使用上一幅图像的检测区域,算法保持在跟踪模式;②否则从计数器减1;③当计数器的值大于阈值时,从跟踪模式转换到初始模式。

  车道线检测的FPGA电路包括图像预处理和车道线检测两部分(见图4),并采用了Xilinx的Spartan6开发工具进行软硬件协同仿真。

  图像预处理算法可消除环境干扰,在降低数据处理量的同时,保留了充分的车道线信息;处理速度为30fps;车道线检测系统对文字、人行横道和周围车辆等有很强的抗干扰能力,在跟踪模式下,车道线检测准确率为100%。

基于相机的ADAS系统的光自我诊断技术

  德国柏林IAV公司主动安全与驾驶员警告系统业务部由Tadjine Hadj Hamma领导的团队开发了基于相机的ADAS系统的光自我诊断技术。

  其开发背景是,基于相机的ADAS系统会经常受到天气、环境、镜头失效及传感器缺陷的困扰,导致可靠性降低,无法提供准确的道路安全信息。

  因此,所开发的光自我诊断技术的主要目的是检测出故障状态,并将系统转换到失效安全级。诊断单元的特点是,①模块化结构(见图5),②适于各种情况,③记录并报告车辆的各种状态。

  例如,光自我诊断技术可使基于相机的ADAS系统在雾天准确检测并估算出视距,实验结果如图6所示。
 

图5 光自我诊断单元的模块化结构 图6 光自我诊断技术可使基于相机的ADAS系统在雾天准确检测并估算出视距(上半部两图为浓雾天气,左下图为中雾天气,右下图为晴天)


动态导航无缝交通信息的更新

  德国宝马的Richard Wisbrun团队研发了动态导航无缝交通信息更新的技术。其开发背景是,随着交通流量的增长,遭遇堵车已成为平常事。这时,驾驶员便会不停地抱怨:“堵 车什么时候结束呀?”,“我都看见交通拥堵,车速已经慢下来了,可是为什么没有收到任何堵车的信息呢?”,“要是能收到可替换的不拥堵道路的信息就好 了”,“昨天这个时候还不堵车呢,今天怎么回事呀?”……。这种情况下,GPS导航单元的需求也在快速增加。交通导航系统输入数据的精度和可靠性就成为各 厂商获取竞争优势的焦点。

  为此,宝马用报警跟踪器中的GPS和GSM模块开发了缓解道路交通状况的新方法。报警信息可从道路上设置的跟踪器传给服务提供商,然后通过TPEG传送给驾驶员。这种导航系统的位置精度很高。

  同时,还用车内信息通信平台重新定义了FCD方法,可以通过汇总各种传感器信号数据,获取更准确的交通状态信息。xFCD逻辑可在车内实时过滤并融合数据。

  此外,还实现了与道路系统一致的策略,由道路及城市管理者确定的策略路由(Strategic routes)可及时传送给正在行驶的车辆,并集成到在线导航系统。(记者 恩平)

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