寶馬汽車的新技術發展與運用

◆文/江蘇　吳書龍

寶馬汽車的新技術發展與運用

◆文/江蘇吳書龍

隨著科技的不斷發展，汽車技術也發生了翻天覆地的變化，駕駛員輔助系統在汽車上的應用也越來越多。究竟這些新技術是什么，又能給我們的生活帶來什么變化？本文以寶馬(BMW)為例進行汽車新技術發展和運用的介紹，希望對讀者有所幫助。

一、全新車橋獨立驅動

插電式混合動力(全混合)汽車將成為主流技術路線。BMW i8(研發代碼I12)采用了全新開發的驅動裝置，如圖1所示。這種創新型驅動方案在車上組合使用了兩種高效的驅動裝置。由一個高效的3缸汽油發動機配合一個6擋自動變速器進行后橋驅動。由一個電機配合一個2擋手動變速器進行前橋驅動。兩個驅動裝置的巧妙配合使得I12同時兼具了跑車的動力性能和緊湊型轎車的效率。

圖1　i8驅動裝置布局

在 BMW 上首次采用的車橋混合動力形式，在沒有附加組件的情況下實現了可獨立調節的四輪驅動系統。前部和后部驅動力矩相互協調可確保傳動系統高效性能，可根據不同行駛情況進行具體調節。與其他混合動力系統不同，采用車橋混合動力時對車輛各車橋進行獨立驅動。路面是兩車橋間唯一的聯系。驅動車輛時可單獨也可同時使用兩種傳動系統。電蓄能器電量充足時可通過電動驅動裝置以零排放和低噪音方式行駛較長距離。采取相應設計的內燃機在配合電動驅動裝置使用的情況下也可實現較長可達里程并可在低油耗的情況下實現運動型駕駛方式。安裝兩個電機可針對運行策略設計確保最大靈活性。因此這種混合動力系統形式特別適于應對將來的城市環境挑戰。

二、 Drive 模塊

BMW i3是全球首款豪華電動汽車，由驅動系統、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、供電電子裝置以及高電壓蓄電池也均由BMW 集團自行研發而成。

圖2　i3純電動汽車的組成

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定基礎。此外，Drive 模塊還包括整個底盤和驅動組件。Drive 模塊中，根據部件要求例如強度和碰撞性能，使用不同的鋁合金。通過合金添加物例如鎂或硅，使鋁合金達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現了 50：50 的軸負荷分配。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

在節能、環保要求的驅使下，汽車正朝著小型化、輕量化方向發展。BMW i3為了平衡高電壓蓄電池的較大重量，采用了碳結構、鋁合金和塑料相結合的智能型輕量化結構。

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

圖3　BMW i3白車身

1. Life 模塊

BMW i3的乘員區即所謂的 Life 模塊，主要由碳纖維增強塑料(簡稱碳結構)制成。碳在工業中用于生產碳纖維。通過碳纖維與纖維周圍材料(例如環氧樹脂即熱固性塑料)的結合，形成碳纖維增強塑料(CFK)。在不犧牲安全性的前提下，碳纖維是車身生產所用材料中最輕的。此外，這種材料具有極強的耐侯性并且在極輕的重量下具有非常高的強度。使用碳的一大優點是可以有針對性地強化車身特定位置的強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。

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)。外部面板部件不會被腐蝕，而且比類似鋼制部件輕很多。另一個特點是行李廂蓋外部面板首次采用了玻璃材質。通過附加塑料固定條卡住外部面板部件并且通過連接元件與車身螺栓連接或粘接到一起。通過這種扣合或用螺栓固定的塑料外部面板結構，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導致腐蝕。

四、駕駛員輔助智能化

近5年來，汽車產業領域超過90%的創新都與汽車智能化系統相關，智能化是未來汽車發展的趨勢。汽車智能化被認為是汽車技術發展進程中的一次革命，是奪取未來汽車市場重要而有效的手段。汽車已經從傳統的代步工具逐漸向信息平臺、娛樂平臺轉化。在這個基礎上，車聯網的概念也應運而生，它幾乎涵蓋了已有和未來的關于汽車智能化的所有技術。由于車聯網技術尚未成熟，目前很多智能系統和預警系統也被作為主動安全系統使用，這些產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措施。這些駕駛員輔助系統大同小異，下面從換車道警告、駐車輔助系統、遠光燈輔助系統等幾個方面進行介紹。

1.換車道警告系統

BMW長期提供了多種多樣的駕駛員輔助系統。這些系統可以通過為駕駛員提供信息、為駕駛員提供操作建議或在行駛過程中進行自動干預等方式輔助駕駛員操控車輛。換車道警告系統是一個新型系統，BMW 首次將其應用于 F01/F02 車輛。換車道過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兩個雷達傳感器監控后方和側面路況，如圖4所示。

換車道警告系統可識別出本車換車道時可能存在危險的交通情況。隨后分兩個等級提醒和警告駕駛員。這種交通情況包括例如遠處車輛快速從后方駛近本車。這些車輛隨即進入圖4的“換車道區域”。駕駛員自己很難對這些情況做出判斷，特別是在光線陰暗的情況下。雷達傳感器工作時完全不依賴于光線強度。因此換車道警告系統可為駕駛員提供有效支持。其它車輛進入死角區域時也會存在危險。只有非常謹慎小心的駕駛員才會發現這些車輛。如果駕駛員疏忽大意，可能就會忽視此處的車輛。

圖4　使用換車道警告功能時的典型路況

換車道警告系統的雷達傳感器可在直至本車中間區域范圍內識別出相鄰車道上的其他車輛。在此換車道警告系統還能為駕駛員提供一項非常有益的幫助。只要系統已接通且處于準備工作狀態，就會在出現危險換車道情況時通過第一等級“提醒”駕駛員注意。信息通過控制車外后視鏡內的警告燈發出。如果在這種情況下駕駛員想要換車道且通過操作轉向信號燈做出指示，就會觸發第二個較嚴重的“警告”等級。相應警告燈隨即以高亮度閃爍且方向盤開始振動。以此提醒駕駛員注意必須使用哪些操作元件，以消除危險情況：駕駛員必須停止換道操作并在必要時返回初始車道。

2.駐車距離監控系統(主動 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位的情況下也會啟用駐車距離監控系統。另外在車速不超過約 5 km/h也會自動啟用PDC。駕駛員以約 50 km/h 車速沿道路行駛，長時間行駛后接近位于道路右側的大門入口。大門入口寬 2.8m，左右兩側各有一堵墻。此時車輛向右轉彎以便駛入大門入口。假設在上述示例中空間非常有限且由于轉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圍墻。在此情況下會在車輛接近圍墻時車速未超過約4 km/h 的情況下自動啟用駐車距離監控系統 PDC。

在中央信息顯示屏 CID 內自動啟用停車牌。駐車距離監控系統 PDC 的啟用距離根據具體情況而定，因此可變。將行駛擋位切換到空擋位置時，不會自動啟用駐車距離監控系統PDC，從而同樣避免例如在自動洗車設備內接通。

只有所識別目標(車輛前方或后方)直接位于車道內(有碰撞危險)時才會發出聲音。如果所識別目標不直接在車道內，僅在中央信息顯示屏 CID 內發出視覺反饋。

駐車距離監控系統無法替代駕駛員本人對停車入位過程負責。駕駛員需通過直接觀察來監控停車位和停車入位過程并在必要時進行干預，否則有發生事故的危險。

3.遙控駐車系統

全新BMW7系首次采用了遙控駐車功能。這種新型輔助系統可通過 BMW 顯示屏鑰匙遙控車輛駛入和駛出停車位。通過這種方式，系統可在無法實現駕駛員舒適上下車的狹窄正向停車位(例如車庫和停車樓內)為駕駛員提供支持，這樣可以避免上下車困難、避免上下車時撞到車門、更有效地利用停車空間，如圖5所示。

由駐車距離監控系統和駐車操作輔助系統的超聲波傳感器以及環視系統攝像機在其系統限制內監控整個駐車過程。在此過程中駕駛員位于車外。駕駛員負責通過直接觀察監督車輛周圍情況并能夠隨時通過顯示屏鑰匙終止駐車過程。如果駕駛員離開了操作范圍，車輛就會自動停止。

圖5　遙控駐車系統

在駐車過程中可通過 BMW 顯示屏鑰匙使車輛移動其車輛長度的 1.5 倍距離。在此過程中車速約為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。在通過遙控駐車功能駛出停車位過程中不進行轉向干預，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

遙控駛入和駛出停車位并非強制關聯。因此，駕駛員可自行駛入停車位，之后遙控駛出停車位，反之亦然，但只能向前遙控駛入停車位。

五、小結

隨著人們對駕乘體驗要求的提高，汽車新技術的發展，尤其是智能化方向的運用如互聯駕駛技術、實景實時導航與車載傳感技術、無人駕駛技術將會逐步應用在車輛上。通過智能化交通信息平臺，車與車、車與路之間能夠及時獲取有效信息，進而實現對行程的智能化管理，汽車擁堵與停車難現象將能夠得到有效解決，由此帶來的排放問題、能源消耗問題也可得到緩解。

(作者吳書龍單位：江蘇省無錫汽車工程中等專業學校)