寶馬汽車的新技術(shù)發(fā)展與運(yùn)用

◆文/江蘇　吳書龍

寶馬汽車的新技術(shù)發(fā)展與運(yùn)用

◆文/江蘇吳書龍

隨著科技的不斷發(fā)展，汽車技術(shù)也發(fā)生了翻天覆地的變化，駕駛員輔助系統(tǒng)在汽車上的應(yīng)用也越來(lái)越多。究竟這些新技術(shù)是什么，又能給我們的生活帶來(lái)什么變化？本文以寶馬(BMW)為例進(jìn)行汽車新技術(shù)發(fā)展和運(yùn)用的介紹，希望對(duì)讀者有所幫助。

一、全新車橋獨(dú)立驅(qū)動(dòng)

插電式混合動(dòng)力(全混合)汽車將成為主流技術(shù)路線。BMW i8(研發(fā)代碼I12)采用了全新開發(fā)的驅(qū)動(dòng)裝置，如圖1所示。這種創(chuàng)新型驅(qū)動(dòng)方案在車上組合使用了兩種高效的驅(qū)動(dòng)裝置。由一個(gè)高效的3缸汽油發(fā)動(dòng)機(jī)配合一個(gè)6擋自動(dòng)變速器進(jìn)行后橋驅(qū)動(dòng)。由一個(gè)電機(jī)配合一個(gè)2擋手動(dòng)變速器進(jìn)行前橋驅(qū)動(dòng)。兩個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置的巧妙配合使得I12同時(shí)兼具了跑車的動(dòng)力性能和緊湊型轎車的效率。

圖1　i8驅(qū)動(dòng)裝置布局

在 BMW 上首次采用的車橋混合動(dòng)力形式，在沒(méi)有附加組件的情況下實(shí)現(xiàn)了可獨(dú)立調(diào)節(jié)的四輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。前部和后部驅(qū)動(dòng)力矩相互協(xié)調(diào)可確保傳動(dòng)系統(tǒng)高效性能，可根據(jù)不同行駛情況進(jìn)行具體調(diào)節(jié)。與其他混合動(dòng)力系統(tǒng)不同，采用車橋混合動(dòng)力時(shí)對(duì)車輛各車橋進(jìn)行獨(dú)立驅(qū)動(dòng)。路面是兩車橋間唯一的聯(lián)系。驅(qū)動(dòng)車輛時(shí)可單獨(dú)也可同時(shí)使用兩種傳動(dòng)系統(tǒng)。電蓄能器電量充足時(shí)可通過(guò)電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置以零排放和低噪音方式行駛較長(zhǎng)距離。采取相應(yīng)設(shè)計(jì)的內(nèi)燃機(jī)在配合電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置使用的情況下也可實(shí)現(xiàn)較長(zhǎng)可達(dá)里程并可在低油耗的情況下實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)型駕駛方式。安裝兩個(gè)電機(jī)可針對(duì)運(yùn)行策略設(shè)計(jì)確保最大靈活性。因此這種混合動(dòng)力系統(tǒng)形式特別適于應(yīng)對(duì)將來(lái)的城市環(huán)境挑戰(zhàn)。

二、 Drive 模塊

BMW i3是全球首款豪華電動(dòng)汽車，由驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、高電壓蓄電池和鋁合金框架(Drive模塊)的底盤組成，如圖2所示。電機(jī)、供電電子裝置以及高電壓蓄電池也均由BMW 集團(tuán)自行研發(fā)而成。

圖2　i3純電動(dòng)汽車的組成

BMW i3的底盤即所謂的 Drive 模塊由鋁合金制成并且形成了用于安裝高電壓蓄電池的穩(wěn)定基礎(chǔ)。此外，Drive 模塊還包括整個(gè)底盤和驅(qū)動(dòng)組件。Drive 模塊中，根據(jù)部件要求例如強(qiáng)度和碰撞性能，使用不同的鋁合金。通過(guò)合金添加物例如鎂或硅，使鋁合金達(dá)到與鋼材相近的材料特性。高電壓蓄電池的位置較低且位于中部，這種做法有利于車輛的靈活性。Drive模塊中所有組件的布置方式實(shí)現(xiàn)了 50：50 的軸負(fù)荷分配。即使在碰撞安全方面，被鋁合金成型件包裹的高電壓蓄電池也被置于特別有利的位置。

三、Life Drive 框架

在節(jié)能、環(huán)保要求的驅(qū)使下，汽車正朝著小型化、輕量化方向發(fā)展。BMW i3為了平衡高電壓蓄電池的較大重量，采用了碳結(jié)構(gòu)、鋁合金和塑料相結(jié)合的智能型輕量化結(jié)構(gòu)。

BMW i3的Life Drive 框架是碳纖維增強(qiáng)塑料(碳結(jié)構(gòu))和鋁合金的一種材料組合，且是兩個(gè)相互獨(dú)立的單元。在生產(chǎn)過(guò)程中通過(guò)螺栓和粘接連接將 Life 模塊和 Drive 模塊固定連接在一起，在維修過(guò)程中只能作為白車身整體訂購(gòu)，如圖3所示。

圖3　BMW i3白車身

1. Life 模塊

BMW i3的乘員區(qū)即所謂的 Life 模塊，主要由碳纖維增強(qiáng)塑料(簡(jiǎn)稱碳結(jié)構(gòu))制成。碳在工業(yè)中用于生產(chǎn)碳纖維。通過(guò)碳纖維與纖維周圍材料(例如環(huán)氧樹脂即熱固性塑料)的結(jié)合，形成碳纖維增強(qiáng)塑料(CFK)。在不犧牲安全性的前提下，碳纖維是車身生產(chǎn)所用材料中最輕的。此外，這種材料具有極強(qiáng)的耐侯性并且在極輕的重量下具有非常高的強(qiáng)度。使用碳的一大優(yōu)點(diǎn)是可以有針對(duì)性地強(qiáng)化車身特定位置的強(qiáng)度并因此提供非常出色的碰撞安全和乘員安全，即在事故中提供最佳的保護(hù)。

2.外部面板方案

BMW i3外部面板幾乎完全由熱塑性塑料制成(材料名稱：PP+EPDM)。外部面板部件不會(huì)被腐蝕，而且比類似鋼制部件輕很多。另一個(gè)特點(diǎn)是行李廂蓋外部面板首次采用了玻璃材質(zhì)。通過(guò)附加塑料固定條卡住外部面板部件并且通過(guò)連接元件與車身螺栓連接或粘接到一起。通過(guò)這種扣合或用螺栓固定的塑料外部面板結(jié)構(gòu)，可以吸收較小的撞擊，而不像普通鋼板部件那樣留下凹痕。外部面板車漆損傷也不會(huì)導(dǎo)致腐蝕。

四、駕駛員輔助智能化

近5年來(lái)，汽車產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域超過(guò)90%的創(chuàng)新都與汽車智能化系統(tǒng)相關(guān)，智能化是未來(lái)汽車發(fā)展的趨勢(shì)。汽車智能化被認(rèn)為是汽車技術(shù)發(fā)展進(jìn)程中的一次革命，是奪取未來(lái)汽車市場(chǎng)重要而有效的手段。汽車已經(jīng)從傳統(tǒng)的代步工具逐漸向信息平臺(tái)、娛樂(lè)平臺(tái)轉(zhuǎn)化。在這個(gè)基礎(chǔ)上，車聯(lián)網(wǎng)的概念也應(yīng)運(yùn)而生，它幾乎涵蓋了已有和未來(lái)的關(guān)于汽車智能化的所有技術(shù)。由于車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)尚未成熟，目前很多智能系統(tǒng)和預(yù)警系統(tǒng)也被作為主動(dòng)安全系統(tǒng)使用，這些產(chǎn)品不僅能提示駕駛員潛在的威脅，還可以幫助駕駛員采取保護(hù)措施。這些駕駛員輔助系統(tǒng)大同小異，下面從換車道警告、駐車輔助系統(tǒng)、遠(yuǎn)光燈輔助系統(tǒng)等幾個(gè)方面進(jìn)行介紹。

1.換車道警告系統(tǒng)

BMW長(zhǎng)期提供了多種多樣的駕駛員輔助系統(tǒng)。這些系統(tǒng)可以通過(guò)為駕駛員提供信息、為駕駛員提供操作建議或在行駛過(guò)程中進(jìn)行自動(dòng)干預(yù)等方式輔助駕駛員操控車輛。換車道警告系統(tǒng)是一個(gè)新型系統(tǒng)，BMW 首次將其應(yīng)用于 F01/F02 車輛。換車道過(guò)程中該功能可為駕駛員提供支持。為此，換車道警告功能通過(guò)兩個(gè)雷達(dá)傳感器監(jiān)控后方和側(cè)面路況，如圖4所示。

換車道警告系統(tǒng)可識(shí)別出本車換車道時(shí)可能存在危險(xiǎn)的交通情況。隨后分兩個(gè)等級(jí)提醒和警告駕駛員。這種交通情況包括例如遠(yuǎn)處車輛快速?gòu)暮蠓今偨拒?。這些車輛隨即進(jìn)入圖4的“換車道區(qū)域”。駕駛員自己很難對(duì)這些情況做出判斷，特別是在光線陰暗的情況下。雷達(dá)傳感器工作時(shí)完全不依賴于光線強(qiáng)度。因此換車道警告系統(tǒng)可為駕駛員提供有效支持。其它車輛進(jìn)入死角區(qū)域時(shí)也會(huì)存在危險(xiǎn)。只有非常謹(jǐn)慎小心的駕駛員才會(huì)發(fā)現(xiàn)這些車輛。如果駕駛員疏忽大意，可能就會(huì)忽視此處的車輛。

圖4　使用換車道警告功能時(shí)的典型路況

換車道警告系統(tǒng)的雷達(dá)傳感器可在直至本車中間區(qū)域范圍內(nèi)識(shí)別出相鄰車道上的其他車輛。在此換車道警告系統(tǒng)還能為駕駛員提供一項(xiàng)非常有益的幫助。只要系統(tǒng)已接通且處于準(zhǔn)備工作狀態(tài)，就會(huì)在出現(xiàn)危險(xiǎn)換車道情況時(shí)通過(guò)第一等級(jí)“提醒”駕駛員注意。信息通過(guò)控制車外后視鏡內(nèi)的警告燈發(fā)出。如果在這種情況下駕駛員想要換車道且通過(guò)操作轉(zhuǎn)向信號(hào)燈做出指示，就會(huì)觸發(fā)第二個(gè)較嚴(yán)重的“警告”等級(jí)。相應(yīng)警告燈隨即以高亮度閃爍且方向盤開始振動(dòng)。以此提醒駕駛員注意必須使用哪些操作元件，以消除危險(xiǎn)情況：駕駛員必須停止換道操作并在必要時(shí)返回初始車道。

2.駐車距離監(jiān)控系統(tǒng)(主動(dòng) PDC)

在BMW全新7系車輛上，不僅在掛入倒車擋R位的情況下，而且在掛入行駛擋D位的情況下也會(huì)啟用駐車距離監(jiān)控系統(tǒng)。另外在車速不超過(guò)約 5 km/h也會(huì)自動(dòng)啟用PDC。駕駛員以約 50 km/h 車速沿道路行駛，長(zhǎng)時(shí)間行駛后接近位于道路右側(cè)的大門入口。大門入口寬 2.8m，左右兩側(cè)各有一堵墻。此時(shí)車輛向右轉(zhuǎn)彎以便駛?cè)氪箝T入口。假設(shè)在上述示例中空間非常有限且由于轉(zhuǎn)彎半徑條件不利車輛以不足約 0.6 m距離接近大門入口左側(cè)圍墻。在此情況下會(huì)在車輛接近圍墻時(shí)車速未超過(guò)約4 km/h 的情況下自動(dòng)啟用駐車距離監(jiān)控系統(tǒng) PDC。

在中央信息顯示屏 CID 內(nèi)自動(dòng)啟用停車牌。駐車距離監(jiān)控系統(tǒng) PDC 的啟用距離根據(jù)具體情況而定，因此可變。將行駛擋位切換到空擋位置時(shí)，不會(huì)自動(dòng)啟用駐車距離監(jiān)控系統(tǒng)PDC，從而同樣避免例如在自動(dòng)洗車設(shè)備內(nèi)接通。

只有所識(shí)別目標(biāo)(車輛前方或后方)直接位于車道內(nèi)(有碰撞危險(xiǎn))時(shí)才會(huì)發(fā)出聲音。如果所識(shí)別目標(biāo)不直接在車道內(nèi)，僅在中央信息顯示屏 CID 內(nèi)發(fā)出視覺反饋。

駐車距離監(jiān)控系統(tǒng)無(wú)法替代駕駛員本人對(duì)停車入位過(guò)程負(fù)責(zé)。駕駛員需通過(guò)直接觀察來(lái)監(jiān)控停車位和停車入位過(guò)程并在必要時(shí)進(jìn)行干預(yù)，否則有發(fā)生事故的危險(xiǎn)。

3.遙控駐車系統(tǒng)

全新BMW7系首次采用了遙控駐車功能。這種新型輔助系統(tǒng)可通過(guò) BMW 顯示屏鑰匙遙控車輛駛?cè)牒婉偝鐾＼囄?。通過(guò)這種方式，系統(tǒng)可在無(wú)法實(shí)現(xiàn)駕駛員舒適上下車的狹窄正向停車位(例如車庫(kù)和停車樓內(nèi))為駕駛員提供支持，這樣可以避免上下車?yán)щy、避免上下車時(shí)撞到車門、更有效地利用停車空間，如圖5所示。

由駐車距離監(jiān)控系統(tǒng)和駐車操作輔助系統(tǒng)的超聲波傳感器以及環(huán)視系統(tǒng)攝像機(jī)在其系統(tǒng)限制內(nèi)監(jiān)控整個(gè)駐車過(guò)程。在此過(guò)程中駕駛員位于車外。駕駛員負(fù)責(zé)通過(guò)直接觀察監(jiān)督車輛周圍情況并能夠隨時(shí)通過(guò)顯示屏鑰匙終止駐車過(guò)程。如果駕駛員離開了操作范圍，車輛就會(huì)自動(dòng)停止。

圖5　遙控駐車系統(tǒng)

在駐車過(guò)程中可通過(guò) BMW 顯示屏鑰匙使車輛移動(dòng)其車輛長(zhǎng)度的 1.5 倍距離。在此過(guò)程中車速約為1.8km/h。只能“向前”停車入位 ，“向前”和“向后”駛出停車位以及5°坡度停車。在通過(guò)遙控駐車功能駛出停車位過(guò)程中不進(jìn)行轉(zhuǎn)向干預(yù)，因此只能以直線方式駛出停車位，如圖6所示。

圖6　遙控駐車方式

遙控駛?cè)牒婉偝鐾＼囄徊⒎菑?qiáng)制關(guān)聯(lián)。因此，駕駛員可自行駛?cè)胪＼囄唬筮b控駛出停車位，反之亦然，但只能向前遙控駛?cè)胪＼囄弧?/p>

五、小結(jié)

隨著人們對(duì)駕乘體驗(yàn)要求的提高，汽車新技術(shù)的發(fā)展，尤其是智能化方向的運(yùn)用如互聯(lián)駕駛技術(shù)、實(shí)景實(shí)時(shí)導(dǎo)航與車載傳感技術(shù)、無(wú)人駕駛技術(shù)將會(huì)逐步應(yīng)用在車輛上。通過(guò)智能化交通信息平臺(tái)，車與車、車與路之間能夠及時(shí)獲取有效信息，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)行程的智能化管理，汽車擁堵與停車難現(xiàn)象將能夠得到有效解決，由此帶來(lái)的排放問(wèn)題、能源消耗問(wèn)題也可得到緩解。

(作者吳書龍單位：江蘇省無(wú)錫汽車工程中等專業(yè)學(xué)校)