2019年十大高技术汽车(上篇)

IEEE电气电子工程师学会 2019-06-12 22:00

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就像在漫长车程中感到无聊的孩子一样,一位高端汽车爱好者问道:“就这样了吗?”这样的发问情有可原。替代能源汽车或自动驾驶汽车的推出和适用一直进展缓慢。

替代能源汽车,至少在美国,面临着廉价汽油和特朗普政府放宽燃料经济性标准以及其他气候变化相关法规带来的重重阻力。自动驾驶方面则很明显,宣传远远超过了实际情况。

即便如此,电动汽车确实正在逐渐打动主流买家,进入其预算范围。现代Kona Electric跨界车就是一个很好的例子,它当然也是我们今年的十大车型之一。自动驾驶技术本身也几乎渗透到了路上的每一辆新车中,有时会以车主察觉不到的方式。如果你的新车配备了自适应巡航控制、自动紧急制动或车道保持系统,那么它必然正往全自动的方向发展。它只是还没有达到目前所宣传的水平。今年,宝马3系轿车的出现是一个重要的里程碑,它可以排除一切不稳定因素,完成倒车操作。接下来,我们看看今年的十大高技术汽车(上篇)。

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作为宝马的灵魂车型,3系运动型轿车在销售量和声誉方面却一直在下滑。最近它还受到了阿尔法•罗密欧(Alfa Romeo)的朱利亚(Giulia)和其他运动型轿车的冲击。不过,全新3系已全副武装,准备接受新型技术。重中之重:新型3系的驾驶乐趣完全能满足宝马车粉的需求。通过在葡萄牙魔鬼般的波尔蒂芒赛道上驾驶M340i,我直接了解到了相关信息。

这辆车285千瓦(382马力)的功率比去年提升了近20%,不过该车的核心部分还是3.0升直列6缸发动机。该车升级的重点是涡轮增压器,燃油喷射压力几乎翻倍,双涡旋装置更轻,效率更高,温度达到1 000℃时吸入废气。

驾驶者在未加速到极限车速的情况下,可以放松地享受科技成果。通过雷达和MobilEye的3个配套摄像头,可以管理车辆的半自动驾驶功能(包括在高速公路上的脱手驾驶)。MobilEye是一家位于以色列的英特尔子公司,它为驾驶辅助系统生产成像仪和软件。此外,狭窄通道支持功能可以使车辆在紧张的驾驶中保持居中,例如,在巨型卡车之间行驶。内置的智能个人助理能遵守车载Siri的指令。蓝色激光驱动的远光灯可以照亮前方600米道路。插电式混合动力版车型330e则会于2020年现身。

现在,让我们回过头来说说倒车助手。在时速低于35公里/小时的时候,宝马能够以50米为单位连续地记录车辆的路径。沿着森林小径出发,行驶在陡峭的上坡车道上,穿过布满荆棘的庭院或停车场,你甚至可以停好车并睡一晚好觉。等你返回时,车辆会进入自动驾驶状态,以高达5.5公里/小时的速度入站,驾驶员仅需控制刹车和油门。这个系统就像会魔法一样,能精确地倒车,会扫描行人、汽车或障碍物,同时驾驶员还能在显示屏上监控其进度,完全不需要伸长脖子或者担心撞到任何东西。如果每辆车都配备了宝马的系统,那么倒车失误引起的保险索赔将大大下降。

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当我第一次双膝颤抖地看到法拉利488 Pista及其激情四射的赛车条纹时,不得不承认,我压根没有想到技术问题。在意大利马拉内罗那传说中的法拉利菲奥拉诺赛道上驾驶Pista时,我由衷地佩服这有史以来最快的法拉利V-8超凡的技术实力。

这款法拉利车型仅重1 382公斤,中置干式油底壳,双涡轮增压V-8发动机,在排量仅3.9升的情况下,最大功率可达529千瓦(710马力)。该车比法拉利标配的中置引擎488 GTB还轻6%。轻量化的Pista采用了比标准轮辋轻40%的碳纤维轮毂。

由此,可合法上路的法拉利中出现了一种疯狂的新概念:从0加速到100公里/小时仅需2.85秒。加速到200公里/小时也只需要7.6秒,这比许多汽车加速到100公里/小时还要快得多。

工程师使用了与法拉利F1赛车一样的碳纤维进气室和钛连杆,将发动机的重量减轻了23公斤。发动机的活动部件和摩擦产生的总转动惯量则减少了17%,实现了更快的转速。Inconel合金排气管最细的部分直径仅有1毫米,可节省减轻将近9公斤的重量。该设计能最大限度地减少发动机排出废气时造成的能量损失。它还有助于传递法拉利GTB缺少的轰鸣音,这是超级跑车大规模地转向更高效的涡轮增压发电装置所面临的一项重大挑战。

工程师还通过增加各种令人愉快的频率,为发动机的声音“锦上添花”。每排气缸上的涡轮增压器速度传感器可以实时测量其工作情况,无论高度或环境温度如何,均可使发动机控制器的功率输出最大化。

该款法拉利和称霸FIA拉力赛的488 GTB一样,采用了来自法拉利挑战赛车手的空气动力学和驾驶建议。与标准款GTB相比,Pista在空气动力效率方面得到了20%的大幅提升,包括时速200公里/小时时产生的高达240公斤的下压力。强大的碳陶瓷刹车效果非常棒。展厅里的法拉利S-Duct,可引导空气穿过前保险杠,经过引擎盖,从而将前轮固定在路面上。前部散热器倒置并向后倾斜,可沿车身底部疏散热空气,且远离侧面中冷器的进气口。

与挑战赛赛车一样,它的发动机实际上是从后部进气的。后扰流板正下方安装的进气口充分利用了那里的高气压。488后翼子板上的标志性裂口设计可以将空气送入涡轮中冷器并冷却发动机舱。尾部扩散器包含3个活动叶片,可以旋转高达14度,以最大限度地减少阻力,从而可加速运行到车辆的最高速度340公里/小时。它可以为你带来一场赛道狂欢。

该款车继承的最酷的赛车技术可能就是新型转速限制器,它能产生“墙壁效应”。法拉利表示,传统的发动机转速限制器在发动机到达红线区之前就切断了燃油,而Pista的发动机转速达到红线区时,你不会感到动力骤降或者令人沮丧的推力中断。相反,法拉利会继续加速到发动机的极限,并保持这一速度。这匹710马力的奔腾小马始终活跃,能使转速保持在每分钟6 750转到8 000转的红线之间。

法拉利将在全球仅发售500辆Pista。但愿技术能够提高Pista的产量,同时大幅降低价格。

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奥迪E-tron是该公司的首款纯电动汽车。它堪称一个移动的科学博览会,具备符合照欧洲标准的300千瓦(402马力)全轮驱动动力系统,续航里程可达400公里(美国的估计更保守些,认为大约可达320公里)。尽管这款电动SUV的设计很复杂,它的操作指令却很简单。

每个前后车轴都有各自的电动马达,能够满足奥迪车迷所需的全轮驱动。它配备的95千瓦时的电池由比利时的E-tron工厂生产,将LG的36块方形电池组装成了一个刚性增强结构件。奥迪30%的续航里程要归功于它的超高效再生制动器。它们是电动汽车中首个线控制动系统的一部分,通过消除制动踏板和制动器本身之间的物理连接来减轻重量。数字模拟器模拟出传统制动踏板的感觉,液压备用系统可以在发生灾难性故障时恢复直接连接。

独特的热管理方案能够通过每个铝封装电池模块下方的一层导热凝胶对电池进行冷却;凝胶则将热量传递给充满液体的冷却管。(相比之下,特斯拉采用的是通过电池单元的冷却剂管路。)奥迪表示,将冷却管路与堡垒似的电池模块分开设置,可在发生灾难性事故时确保安全,因为这样冷却液永远不会与电池单元接触。

奥迪称,强大的热管理功能可以支持150千瓦直流快充,30分钟内可充电80%。奥迪的母公司大众汽车已经承诺在美国建立一个快速充电站网络,它已经在欧洲与宝马、戴姆勒和福特就此展开合作。很明显,大众汽车终于完全接受了电动汽车。

这一转变归功于大众汽车臭名昭著的“柴油门”丑闻。根据价值数十亿美元的法律和解协议,该公司正在为Electrify America公司提供资金,计划于今年7月份在美国40个州建设500处直流快速充电站。E-trons的车主4年内可在这些站点免费充电1 000小时,由此,潜在买家有了更多选择,不必受限于特斯拉的超级充电站网络(其他电动汽车车主无法使用该网络的专有连接器)。

在E-tron的引擎盖下,系统集成达到了令人叹为观止的水平,将电力分配到了控制电机、制动器、悬架、变速箱和Quattro全轮驱动系统。奥迪推出了7种不同的驾驶模式,包括首次用于电动汽车的一种完全关闭牵引力控制系统的驾驶模式。这对于越野车来说至关重要,在穿过深沙坑、雪地或泥泞道路时,你可能需要让车轮空转。

车辆内部配备了奥迪最新的多媒体接口(MMI)系统,其触觉反馈中心屏幕是业内最佳的信息娱乐设备,它的图形美观,操作简单。奥迪首次将虚拟后视镜应用在了E-tron中,它取代了会导致空气动力阻力问题的传统左右后视镜,流线型相机可以向内部显示器传送后方视野。

早期对该车辆的评价褒贬不一,有新闻批评它视觉清晰度不足而且学习曲线对于驾驶员来说过于困难。不过美国的买家没有这些问题,因为谨慎的美国监管机构要求在车辆中使用传统后视镜。该款车也安装了奥迪最新的半自动驾驶系统,包括高速公路上的脱手驾驶和基于道路测绘数据和当地限速的自动调速系统。E-tron将于5月抵达美国展厅。穿上你的驾车装备来试驾吧!

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已经厌倦了对特斯拉Model 3漫长等待的美国电动汽车热衷者可能会想要试一试现代新推出的Kona Electric。在美国,抵免7 500美元的税额后,它的基本价格为29 995美元。相比之下,基础版特斯拉Model 3起价为3.5万美元(抵免税额3 750美元,不过该项补贴优惠政策已经逐步终止)。Kona的电动行驶里程可达到415公里,比标准的特斯拉系列多65公里,比雪佛兰Bolt多32公里,比最新款的日产聆风多174公里,具有显著优势。

去年12月,我驾驶Kona从布鲁克林前往长岛野外,其间不必关心续航问题,也不用像驾驶短续航电动车那样费脑地计算,这让我感到很舒心。我发现Kona的强健超乎想象,它可以在约6.4秒内从静止加速到97公里/小时,这完全是液体冷却的150千瓦发动机的功劳。按照老派说法,这相当于201马力、400牛米的瞬时扭矩。

Kona近半吨重的锂离子电池位于底盘下方,完全不会像燃油汽车那样占据乘客和货物空间。电池可蓄电64千瓦时,雪佛兰Bolt蓄电为60千瓦时。颇受欢迎的直流快充接头是它的标配,而雪佛兰Bolt中要配备则需额外花费750美元。该车在100千瓦快速充电站充电80%大约需要54分钟。

一个小问题:制动踏板可以更平滑地从能量收集再生制动器过渡到机械摩擦制动器。另外一个好处是,Kona没有削减车内成本,它的标准安全装配包括了自动紧急刹车和车道保持系统,其信息娱乐系统可运行苹果和安卓车载系统。这一切都表明,经济实惠又不牺牲功能的电动汽车时代正在到来。

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如今,有几项真正卓越的汽车技术突破,在理论和实践层面都还没有适用到汽车中。其中最令人惊叹的是微波点火公司(MWI AG)的微波点火。如果该公司获得成功,那些在保时捷美孚1号超级杯车赛上奔跑的工厂制造的保时捷911 GT3将采用这种系统的Radarange,在加油站之间的赛道上行驶更久,同时排放更少。

这是著名汽车工程师阿明•高洛茨(Armin Gallatz)的创意,他是位于德国普芬恩(Empfingen)的微波点火公司的首席执行官。保时捷前首席执行官温德林•维德金(Wendelin Wiedeking)也支持这一技术。

该技术旨在击败火花塞。使用火花塞时,气缸中燃烧液体燃料的效率相当低,因为大约80%的燃烧在完成有用的机械做功之前已经结束。在该临界滞后期间,“层流”燃烧向“湍流”燃烧阶段过渡,气缸会升温并排放更多污染物。

工程师想要通过触发一次性燃烧(一个大的湍流阶段)有效地消除这种滞后,因此尝试了其他点火方式,比如激光、电离气体,甚至是电场(电晕放电点火)。脉冲微波可能是最好的点火方式,因为它们甚至可以点燃气缸中最小的一团燃料,而不仅仅是有利位置的燃料。

MWI称,它最多能节省30%的燃料,在单缸和双缸发动机的测试中已经实现了小幅提升。这也意味着二氧化碳的排放将降低。气缸温度降低表明氮氧化物排放量会显著降低。重要的是,微波点火可以应用在现有的发动机设计中,适用于多种燃料(汽油、柴油或生物燃料)。随着公司进入测试车辆阶段,有报道称它在Fach Auto Tech找到了另一个合作伙伴——保时捷超级杯赛的主要车队。保时捷超级杯赛是一个使用911 GT3的国际系列赛。

“这非常棒,”微波点火技术团队负责人亚力克斯•瓦赫(Alex Fach)说,“我们在双缸发动机中进行了测试,在相同功率水平下,燃油消耗降低了26%,排气温度降低了100℃。”

瓦赫将与MWI合作开发这项技术。不过,跟任何新型技术一样,在应用到比赛的过程中会面临巨大阻碍,更不用说主要汽车制造商了。随着工程师在内燃机中获得成功,微波点火可能会成为一个重大突破,将有助于延长路上车辆和比赛车辆内燃机的使用寿命。

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2019款Ram因采用全尺寸皮卡车前所未有的几项技术而受到赞誉,比如,特斯拉同款触摸屏、螺旋弹簧后悬架和自动调平空气悬架,它的技术奥秘就隐藏在引擎盖下——轻度混合动力。它被称为eTorque,它是每个V-6 Ram的标准配置,也是Hemi V-8型号的选配。

轻度混合动力车无法单靠电力驱动,而需要辅以燃油驱动,同时可以减少燃料消耗。Ram的液冷式电动机/发电机与Pentastar V-6的曲轴连接,提供8.9千瓦(12马力)的电动助力和高达122牛米的扭矩。它由48伏电气系统提供动力(这是汽车电气领域的新浪潮),同时搭载直流/直流转换器和紧凑排列的0.4千瓦时锂离子电池。

有了这种48伏系统,车辆可以采用几乎察觉不到变化的发动机无缝切换启停技术。Ram在启动前会使用电力保持运转,然后轻声启动汽油发动机,而不会产生一般启停系统会有的扰人的震动或噪音。

开始一段平稳的旅途,享受后座(在双排座驾驶室车型中)特有的比任何全尺寸豪华轿车都宽敞的腿部空间,你会发现,我们为通用汽车GMT 400配置扭力杆式独立前悬架而欢呼已经是很久以前的事了。

Ram表示,eTorque系统每停止90秒就可节省5厘升燃料。每天这样停止10次,一年就能节省190升燃料。它还能通过再生混合制动器节省能源。最新的227千瓦(305马力)Pentastar V-6增加了可变气门升程和可变凸轮相位器,可以高效运行阿特金森燃烧循环系统,这在丰田普锐斯等混合动力车中很常见。295千瓦(395马力)的Hemi V-8更完善,增加了节省燃料的停缸技术、车架导轨上的电子质量阻尼器和主动舱内噪音消除技术,后两种技术设计用于消除Ram在四缸运行时产生的信号振动。

因此,这种车辆具备了家庭轿车的燃油经济性。V-6 Ram的EPA燃油经济性为:当地公路上为12.4升/百公里(19英里/加仑),高速公路上为9.8升/百公里,消耗一箱汽油就可以行驶1 000公里,这简直无可匹敌。即使是结实的V-8 eTorque,在一辆可以牵引5 783公斤重物(或大约一头非洲公象)的卡车中的油耗也仅为17~23英里/加仑。

作者:Lawrence Ulrich



IEEE电气电子工程师学会 IEEE是全球最大的专业技术协会之一,一直致力于推动电气电子技术在理论方面的发展和应用方面的进步。IEEE在全球160多个国家有超过四十万名会员。
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