展望未来 新世纪汽车的发展趋势

因汽车行驶快，受到的冲击负荷大，为了保证各部件工作可靠、不损坏，各零部件都选搀一定尺寸和品质的钢材，所以一般汽车的共同缺点是整备质量太大。在20世纪30—40年代，大多数汽车的载重量和整备质量的比值为1左右。这就是说，载质量2t的汽车，自身的整备质量也大约2t。这个比值叫做汽车质量利用系数。老解放牌汽车，载质量4t，整备质量3．9t，质量利用系数接近1。这种汽车跑起来，发动机的动力有相当一部分消耗在车辆自身。

多年来，为了减轻汽车整备质量，提高运输效率、节省燃料，人们想了很多办法。自20世纪50年代以后，由于公路的改善、汽车结构的改进、材料性能的提高和新材料的使用，汽车的质量利用系数逐渐提高，70年代比40年代提高了70％左右。现代汽车越来越多地使用轻合金材料，总的发展趋势是将铸铁件用铝制品代替。除铝制件外，汽车用镁合金制件也越来越引起人们的注意，原因是镁比铝更轻。

减轻汽车整备质量的另一个途径，是扩大塑料在汽车上的应用。新型塑料刚度大、耐磨型好、使用寿命长，而密度只有钢铁的1/8-1/4。汽车上的油箱、风扇、空气滤清器壳、蓄电池等不少零件都可以使用塑料来制造。据报道，美国已实验成功用耐热塑料制造的发动机，这种发动机比传统金属发动机大约轻50％。美国通用汽车公司已研制出车身和车架采用新型增强塑料制造的全塑汽车。

汽车的用途虽然多种多样，但最重要的仍是承担运输任务。随着各国工业化进程的加快，需要的货运量越来越多，给汽车运输提出了载质量大、速度快的要求。因此，汽车的吨位越来越大。在20世纪30—40年代，主要的运输车辆是载质量2—4t的汽车，50年代货运的主力是5t汽车，60年代主要货运汽车已经是8t的了，70年代以后则是10-122t。据调查，载重11t的汽车与载重6t的汽车相比，运输成本降低30％。

随着露天采矿、大型水电工程、土建工程和港口工程的需要，重型汽车发展很快，产量和吨位越来越大，目前最大的已达450t。随着街道工厂、小型企业、商业网点的增多和家用汽车的需要，日、美等国近年来生产了不少小型化的汽车，即2t以下的汽车，这类汽车由于体积小、质量轻、耗油省、价格低、小巧灵活和便于操作而深受欢迎。

目前，汽车一个很重要的发展方向就是增大发动机的功率，提高行驶速度。要提高车速，就必须首先增大发动机的功率。总质量一定的汽车，发动机的功率越大，汽车的动力性能就越好，加速性能、爬坡能力就强，最高车速就越大。近年来，考虑到汽车安全、空气污染和节省燃料等因素，各国对车速都有一定的限制。

为了减小整备质量．提高车速，人们希望发动机功率大、体积小、质量轻。为此，早期采用的最有效的办法是提高压缩比。因为将可燃混合气在汽缸内压得越紧，爆发后产生的力就越大。但目前由于排气污染和汽油品的限制，压缩比一般控制在8—9范围。另一个提高功率的办法是缩短活塞行程，提高转速。但转速过分增加后．发动机的机械负荷提高很大，磨损随之加剧，工作过程变坏。所以，转速的增加不能不受到限制。

汽车只要一开动，就要消耗燃料。在汽车运输成本中燃料费占到25％—30％。据估计，目前世界石油储备量只够维持使用几十年了。汽车是用油大户，因此，节省燃料形势所迫，其中法规依旧是汽车节能技术发展的重要动力。目前，汽车尾气排放是法律法规关注的焦点，可以预料将来会更受关注，排放限制会越来越严格并向超低排放、罕排放发展。另外，矿物燃料日渐减少并最终会枯竭，全球变暖和大气污染问题日益严重，使得汽车制造者和使用者比以往任何时候都更加关注节能和提高燃料经济性的问题，也迫使人们研究开发能最大限度地减少或消除对矿物燃料依赖的代用动力装置，包括蓄电池、燃料电池、混合动力汽车、替代燃料汽车等。可以说汽车节能环保始终将会是汽车设计、制造、使用中的重要课题，也是汽车发展的方向之一。

20世纪70年代末，波许公司推出电控汽油喷射系统，福特公司维出了第一代发动机电子控制器(EEC-I)，通用公司研制了单点燃油喷射系统，自此开始了发动机计算机综合控制的时代。利用各种传感器检测到的信号，相应系统可以控制点火正时、怠速、爆燃、燃油计量、EGR、油气净化碳罐等，现在的豪华轿车有多达50—60个微处理器，控制功能扩展到整车，如防抱制功控制、安全气囊、驱动防治控制、发动机和变速器管理、驾驶控制、车内气候控制等。对这些方面的研究仍在继续深入。

正在研究开发的汽车稳定性控制系统将用于协调汽车的制动、加速、转向，以提高汽车行驶稳定性。主动防偏航控制系统通过控制发动机输出扭矩并实施单侧制动，自动调整行驶方向，保证汽车的行驶安全。

汽车驾驶员注意力分散极易导致车祸。正在投入应用的可以提高驾驶员注意力的技术有：正前方显示、语音识别与合成、人机工程更友好的内部设施、自动调光后视镜、速度感应音量控制等。目前，这些系统均限量生产，30年内产量会有所增加。统计表明，驾驶员的平均年龄有增高的趋势，发生车祸的可能性也增大了。正在研究开发中的避免事故系统有：增强可视性和夜视系统、盲点和障碍物—行人探测系统、自适应巡航控制、位置示警系统等。

越来越多的人乘坐汽车上下班，还有一些人没有固定的工作地点，通过汽车奔忙于各地。汽车已成为不可替代的交通工具。正在研发应用的信息通讯技术满足了这种需要：它将单车上各种仪器设备之间、仪器设备与人之间、汽车与外部信息基础设施之间的信息流融为一体．使汽车成为具有双向通讯功能的移动办公室。为此，汽车公司正与计算机公司、软件公司合作，使汽车成为一种多媒体通讯电脑平台。支持信息处理、通讯、娱乐、安全和防盗等功能，提供家庭及办公环境。目前车载移动电话仅仅是一个开端，未来的汽车将有Internet接口、自动交割功能(如自动缴纳通行费)，以及求应服务功能(如迢控锁门、关门及报告所在位置)。耍实现这些功能，有赖于数字技术、电子技术、人工智能技术的突破o

未来的汽车电子设备将需要比目前容量大得多的车载电源，因而也使线束尺寸呈指数倍增长。正因为如此，许多汽车专家都支持用新的42v／14v双电压体系代替目前的14v电压体系。采用42v而不是更高的电压，其根本原因是出于安全考虑。美国汽车工程师协会推荐60 v(DC)为汽车明线制的最高安全电压，在考虑了过电压后，最大安全电压降到50 v(DC)。推荐的42v／14v双电压体系符合这一安全原则，且与传统电气系统完全兼容。

42V电源可以提高现有电器设备的工作效率，为发动机电子控制气门和电动助力动力转向、三效催化器电加热器、电气恳架等较大功率的用电项目提供充足的电能。提高额定电压值可大幅降低额定电流，减小损耗，实现小型化。另外，新的复式起动dy交流发电机对充电系统和附件负载有更高的用电供电要求。14V电源主要用于在低电压下工作效率更高或更经济的功率负荷不大的部位或时段。由于双电压供电，需要14V和42V两个电池组，导致附加承载、占用空间和成本增加。但最终整个系统会采用42V电池，这时需要DC—DC转换器将42v变换到14v的低电压。存在的技术问题还有：新电气系统的瞬态特性评估、功率流向与分配、系统保护、Dc—Dc转换器设计、电能管理等。

在传统汽车上，蓄电池用于启动供电、储存多余电能、补充供电。在前景看好的电动汽车上，蓄电池作为动力源是电动汽车的基本形式。如果不考虑电能的来源，电动汽车是目前唯一能达到零排故的机动车。雷电池主要有镍锅型、铅酸型、镍锌型、铿型、钠镍型、钠硫型、镍氢型等。各型蓄电池程度不同地存在一些问题，即成本高、寿命短、比能量低、比功率小、体积和重旦大、充电时间长等。目前，还没有一种电池全面适合电动汽车，这使得菩电池成为电动汽车发展和普及的瓶颈。必须解决的关键技术问题还有电机及其控制器、充电站、整车设计等。

燃料电池是使H2与空气中的O2反应放电的装置，有碱性、质子交换膜、磷酸型、固体氧化物等几种型式，总热效率可高达80％，污染极少，是新世纪最有前途的动力源。随着低温质子交换膜(PEM)技术取得新的进展．燃料电池汽车(FCV)成为人们关注的焦点。FCV用燃料电池组代替内燃机提供动力，车上携带装氢气的燃料罐。

氢的制取存在成本和效率的问题。当前，矿物燃料制氢在能源利用上占有优势地位，但利用热化学制氢和核能的高级高温反应堆(HTR)电解制氢有较高的预期效率。太阳能制氢的效率最低但最有前途，随着太阳能技术的进步，太阳能电池的成本大幅下降，氢必将替代矿物燃料。

气态高压储氢、深冷液化储氢、金属氧化物储氢等，不同程度地存在成本高、体积和质量大等问题。其中，金属氧化物储氢有较大应用和发展潜力，关键是储氢金属的选用，要求价格便宜、性能稳定、质量轻、释氢容易。作为过渡措施，可以采用催化重整装置(改质器)，汽油、甲醇、天然气、煤炭等燃料经催化重整产生氢气。尚待解决的问题是，汽车运行速度、负荷等运行工况参数的动态变化将引起汽车对氢燃料的需求量的变化，而催化重整装置输出氢气的量一般是稳定的，这对燃料重整技术是一个重要挑战。

燃料电池汽车是人们追求最佳燃料经济性和排放性能的最终梦想。另一个可行方案是混合动力汽车。混合动力汽车有两个驱动系统，一个是传统内燃机或代用燃料内燃机．一个是电动机。两个系统可以有串联、并联、串并联等几种组合方式。它在排放、节能等方面接近于电动汽车，动力性、续驶里程与普通燃油汽车相当，并可以回收利用制动损失的能量。传统汽车制动系将汽车的动能转化为不可逆的热能而浪费掉了。与此相反．混合动力汽车利用安装在车轮上的宜流发电机将摩擦产生的热能转化为可以重新利用的电能储存起来．从而大大提高了汽车燃料经济性，特别适用于走走停停的城市行驶工况。

混合动力汽车的技术关键是内燃机与电机最优锅台及功率分配比的控制和实现、功率分配装置及其与变速器一体化的设计。另外，其重量和制造成本可能会高于传统内燃机驱动汽车，因此需要进行优化设计。随着复式起动/交流发电机、新型发动机飞轮和低成本电器设备的研发成功，到2010年会有数以百万计的混合动力汽车投入运行。尽管混合动力汽车有较优越的性能，但它毕竟只是内燃机汽车到纯电动汽车的过波形态，一旦电池技术成熟了，它就没有存在的必要了。

中国的汽车工业要真正成为国民经济的支柱产业，必须在跟踪国外先进技术的同时，瞄准汽车发展中的高新技术进行重点攻关，比如缸内直喷技术、燃料电池、太阳能电池、新材料、能源储存技术、电子控制技术等。中国有必要效仿美国的“新一代汽车合作计划”(PNGV)，政府、汽车制造商、大学、科研机构全面参与，统一协调，实现资金、技术、人力资源的优化配置，保持一些关键领域的创新和领先势头。

21世纪的汽车整车发展趋势是系列化、模块化、轻量化、小型化、电子化、个性化。国外的汽车研究开发计划涵盖了从电子设备、化学装置到高技术材料、整车计划等各个领域。随着中国、印度、巴西等发展中国家经济实力的增强，这些国家将成为具有诱人前景的潜在的汽车消费市场，成为世界各大汽车制造商角逐的舞台。