改变全球汽车史的九大关键技术,你get到了吗?

近日,比亚迪发布的最新一代磷酸铁锂电池——刀片电池技术给新能源汽车产业注入了新的活力,让整个汽车产业有了新的“变数”。

其实,以技术推动产业变革的案例,在汽车发展过程中还有很多。《中国汽车报》记者发现,在全球汽车发展史中,很多关键技术,不仅革新了汽车行业,甚至还影响了全球的出行格局。

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■智能的自动驾驶

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现今在汽车界,最热门的话题除了新能源汽车外,恐怕就是自动驾驶和智能化了。目前,很多上路的新车已经开始装备L2级及以上的自动驾驶产品。

无人驾驶的终极目的是解放驾驶人的双手与双脚,让人们的出行变得更方便、更智能,极大改变人们的生活方式。可以想象,未来出行中疲劳驾驶将不复存在,旅途也将是一段不可多得的休闲时光,人们再也不会为找停车位发愁了,车内办公将变成现实。

要实现真正意义上的无人驾驶,光靠先进的汽车产品还不够,还要有智能化的道路交通设施。未来,借助先进的智能网联系统,无人驾驶车辆可以方便地与“万物”联通,智能座舱也会为用户带来前所未有的舒适和便利。

■多元化的油电混动技术

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20世纪70年代的石油危机迫使各大车企纷纷转向研制开发经济型车辆并寻找替代能源之路。美国通用汽车曾执着于用纯电动汽车,并于1996年制造出一款划时代的纯电动车——EV1。而日本丰田则更专注于电机与内燃机的结合,以渐进改良的方式提升车辆的燃油经济性和环保性能。

1997年,丰田公司在日本发布了第一代普锐斯,并使之成为世界上首批量产销售的混合动力汽车,其平均油耗百公里5.7升的成绩震惊了业界。普锐斯一经推出就采用了当时普遍认为最复杂的混联结构,发动机与电机之间通过一组行星齿轮连接,通过周密的逻辑控制让车辆动力能够从容地在发动机输出和电机输出之间转换。继丰田之后,日本本田也推出了自己的混合动力产品,采用并联结构,电机不会单独驱动车辆,但整个系统更加小巧,更容易与现有车辆匹配。时至今日,丰田和本田还都是混合动力领域的佼佼者,虽然两家公司思路不同,但混合动力技术都取得了良好的效果。

混合动力汽车在基本不改变驾驶习惯的前提下实现了车辆节油环保能力的大幅提升,是满足油耗和环保法规的重要技术路线。虽然过渡技术的“帽子”以及专利垄断等问题使其并没有得到更大范围的应用,但以其技术为基底的插电混动方兴未艾,甚至一度被认为是最简单混动的串联结构也在新一代增程式电动车上得到了很好地应用。

■解放左脚的自动变速器

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1939年,通用汽车率先将自动变速器应用在奥兹莫比尔轿车上,奠定了其传动技术变革先锋的地位。此前,汽车传动都用手动变速器,变速过程中需左脚踩下离合器踏板,再进行换档操作。自动变速器的出现不但优化了换档逻辑,也极大减轻了驾驶员的劳动强度。

当时的自动变速器也奠定了现代AT自动变速器的结构,即液力变扭器和行星齿轮的组合,虽然乘用车用AT变速器的档位数已经从4档逐渐升高到6~8档甚至超过10个档位,但其基本结构一直延续下来。

除了AT,汽车界又陆续出现了CVT、AMT、DCT等自动变速器。从地域市场看,欧系车偏爱DCT;美系喜欢AT;而日系则执着CVT。三种自动变速器各有优缺点,也分别有自己的消费群体,未来还要共存一段时间。AT自动变速器作为最悠久的产品,受到了汽车企业和消费者长期的喜爱和关注,它的出现彻底改变了以往的传动和操作模式,为汽车产业带来了活力。

未来,在与电机结合组成混动系统方面,自动变速器也发挥着重要作用。

■简单实用的安全带

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1959年,沃尔沃汽车发明了三点式安全带,这个装置看似简单,但在汽车安全防护中起到了重要作用,挽救过许多人的生命。2017年,沃尔沃卡车发布的安全报告显示,半数在交通事故中丧生的卡车司机,若系好安全带其实是有生还的可能。

安全带的作用是将使用者固定在座椅上,当车辆发生碰撞时,其可将撞击力均匀分散到处于移动状态的身体上。同时,它可让事故中驾乘人员不会脱离车辆而发生二次伤害。据统计,这一发明已经挽救了超过100万人的生命。世界卫生组织曾指出,系好安全带可以将司机和前排乘客的死亡风险降低45%~50%。

作为汽车被动安全防护装置,相比于安全气囊,汽车安全带结构简单、造价低廉,但在车辆事故中同样发挥了巨大的作用。而只有系好安全带,安全气囊才能发挥最佳效能。同时,安全带也不会像安全气囊那样发生误爆伤人事件,因为安全带在发挥作用过程中基本不会有能量输出。

■防止车轮抱死的ABS

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1978年,博世的第二代ABS产品应用于奔驰汽车上,开创了汽车主动安全控制的新篇章。

在ABS诞生之前,汽车施加在每个车轮上的制动力是由驾驶员脚踩制动踏板的深度决定的。当紧急制动时,巨大的制动力可以锁死车辆,使车轮与地面产生一段时间的滑动摩擦,形成长长的拖车带。这种现象会加剧轮胎的磨损,但更重要的是制动过程中的转向非常困难,同时也易产生侧滑和甩尾现象,对人车安全造成不利影响。车轮锁死过程也容易造成制动系统的热衰减,降低多次刹车的效果。

由于有巨大的安全优势,ABS从上市之初的高端车装配,逐渐向经济型汽车发展。到21世纪初,ABS基本已经普及,但仍有一些车辆没有装配。

如今,ABS已经是基础配置了,在其构架上逐渐衍生出了TCS、ESP、甚至是车道偏离保持系统等主动安全装置,让车辆整体安全性有了进一步的提升。

■安危并存的安全气囊

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20世纪70年代初期,美国一些汽车企业开始为汽车配备安全气囊,1973年,通用汽车的奥兹莫比尔Toronado成为第一款装备安全气囊的市售轿车。在此之前,汽车安全气囊系统有了触发器和爆破膨胀装置,使得这一安全装置开始实用化。

1984年,美国高速公路交通安全委员会(NHTSA)在著名的“联邦汽车安全标准”中的208条款《乘员碰撞保护》中增加了安装气囊的要求,这为安全气囊的发展和使用提供了一个明确的法则及指导方向。随后,欧洲与日本也颁布了类似的法规,安全气囊在车辆上的装备受到了强有力的推动。

有了安全气囊就不需要安全带了,是安全气囊刚出现时存在的错误认识。其实正相反,安全气囊需要安全带的良好配合。现代安全气囊的起爆时机和膨胀范围都是以乘车人系好安全带为基础设定的,如果在事故中不系安全带,那么安全气囊很可能效果不佳,甚至会对驾乘人员造成某种程度上的伤害。因为安全气囊是一种需要释放一定能量的防护装置,能量释放不当就会造成伤害,前些日子沸沸扬扬的高田气囊事件就属此类。同时,为了更好地配合安全气囊,现代安全带都有张紧器,为的是第一时间把车内乘员固定好。

安全气囊已逐渐成为乘用车的标配,气囊数量也从早期的双前气囊逐渐扩展到侧气囊、侧气帘、膝部气囊等,有些车企正在研发后排前部气囊,以更好地保护车内所有乘客。

■借势崛起的电控汽油喷射

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汽车自发明以来,汽油机一直占据主导动力系统地位,早期汽油机的燃油供给装置是化油器,通过文图里管的空气动力学原理,把适量的燃油吸入发动机气缸内,形成恰当的可燃混合气。

在化油器作为主流供油装置的时代,人们就已经开始了燃油喷射的尝试。早期的作品是机械喷射装置,这是一种最初从航空发动机引用过来的设备,克服了化油器在某些极端工况下的难题。但早期的机械喷射装置成本较高,在燃油雾化方面也不如化油器好,因此仅见于某些高端品牌和比赛用车上。

1974年,博世生产的电控燃油喷射装置首次应用在欧宝量产轿车上,开启了电子燃油喷射的实用化道路。随后电子喷射一路发展,逐渐取代了传统的化油器。

在中国,2000年1月1日起实施的国一排放标准是电子燃油喷射装置普及的助推器。此前,国内虽然也研制出能满足该法规的化油器产品,但化油器相对来说,喷油量调校不够精细、排放过程不能形成闭环调控的问题暴露无遗。一个时代就此结束,新产品的脚步不可阻挡。电子燃油喷射在经历了由单点喷射向多点喷射的进化后,继续向高压共轨、缸内喷射和双喷射等领域迈进,不断满足市场对发动机动力性、经济性和环保的要求。

■矫情的三元催化器

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随着世界各国汽车尾气排放法规的逐渐加严,使用汽油机的汽车排放对策也由机内净化为主转变为机内和机外净化并重。其中,三元催化转换器就是最重要的机外净化装置。

催化转换器这种装置在很多年前已存在,当初设计的目的是减少汽车尾气排放,但由于多年前汽油含铅以降低发动机爆震,而铅会造成催化转换器的铅中毒现象,让转换效率大幅下降。因此,早期催化转换器并没有在车辆上大规模应用,而主要应用在工业设施上。

随着20世纪70年代美国排放法规加严和禁售含铅汽油,催化转换器终于量产装车。1975年,美国法规规定所有汽油车都必须加装催化转化器。但当时的催化转换器只降低排气中的一氧化碳和碳氢化合物,并不会减少氮氧化物的排放。

20世纪80年代后,随着各国排放法规的强化,三元催化转换器逐渐成为汽油车的标配。三元催化转换器可以同时去除尾气排放中的一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化物,可谓有害气体一网打尽。但三元催化转换器有个“娇”脾气,需要发动机的空燃比在理想混合比附近,否则其有害气体的转换效率会下降,达不到降低有害排放的目的。而同期推出的汽油电子喷射和发动机闭环控制正好满足了上述要求,它们在排放法规的助推下共同成长起来。

■助力排量降低的增压发动机

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增压是一种相对古老的技术,但真正大面积应用在乘用车上的历史并不算长。1961年,美国通用汽车公司将涡轮增压器试探性地装在其生产的雪佛兰车型上。使其成为第一个尝试在民用车上使用涡轮增压技术的车企。

20世纪70~80年代,涡轮增压发动机逐渐受到重视和普及,这归功于保时捷、萨博和一些日本车企的努力。但涡轮增压发动机真正普及是近年的事,在国内,以大众TSI发动机为代表的新型发动机在2008年~2009年掀起了一股涡轮增压热潮,伴随这一热潮的还有发动机缸内直喷技术,它们联合促进了新型发动机在动力性和经济性方面的提升。

在车用发动机增压领域除了涡轮增压外,还有机械增压,只是机械增压的普及程度相对较低。机械增压没有涡轮增压的迟滞现象,但要消耗一定的发动机动力,所以多用在高端和高性能车辆上。近年来随着技术发展和消费需求的提升,电子涡轮增压装置也逐渐提上议事日程。与废气涡轮增压利用发动机尾气驱动不同,电子涡轮采用电力驱动,理论上可以让增压响应更加迅捷,但对车辆电力系统有更严格的要求。

增压技术助力发动机小排量、少缸化的趋势,让车企在应对越来越严格的排放法规上有了更多的发挥余地。同时,增压发动机也不断打破动力极限,让小型发动机有十分强劲的动力。

后记

技术进步贯穿一百多年的汽车发展过程,这其中既有极大改变汽车历史的发明创造者,也有默默无闻但真实推动产品进步的革新者。有些进步伴有曲折,但技术进步推动汽车发展的总趋势一直未变。

与以往相比,当前汽车业的技术实力空前强大,跨行业间合作更加紧密。新的历史节点和机遇正在形成,一批新兴技术正在兴起。未来,它们都可能成为改变汽车行业趋势、改变人们生活方式的“关键”技术。

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