“酷战”越热,压力越大

“酷战”越热,压力越大

可持续汽车空调已经成为过去几年激烈争论的主题:绰号“酷战”的辩论侧重于用于汽车空调的下一代制冷剂。

二氧化碳解决方案联盟及其支持者,科学家,非政府组织和企业领导人主张,汽车工业要用天然制冷剂,二氧化碳(CO2,R744 / R-744)代替全球变暖化学物质,如R134a。

他们认为,这种变化将使车辆污染物减少10%,并使全球温室气体排放总量减少1%。 如果CO2技术应用于其他行业,如商业和工业制冷,热水泵等,它甚至可以消除世界上3%的温室气体。

然而,反对者列举优点:制冷剂,如绿色和平发展的“绿色冷冻”,基于纯化的丁烷/丙烷混合物,是完全“自然的”,由于提高效率超过制冷剂如R134a,允许微量 制冷剂使用。

并且,使用与早期氟利昂(R-12)汽车空调系统“向后兼容”的纯烃制冷剂将使得这些系统容易地被转化,提高它们的效率,并防止有害的R-134a的进一步释放 和R-12进入大气。

与基于绿色冷冻剂和碳氢化合物的空调不同,在R744上运行的机动车空调系统需要完全重新设计,以应对超过100bar的压力。 现有的系统部件,例如密封件,软管,阀门甚至压缩机无法在这些条件下操作。 更糟糕的是,欧盟规定R134a将于2017年1月停止生产和使用。

幸运的是,还有另一种选择:杜邦和霍尼韦尔已经开发了氢氟烯烃(HFO)-1234yf,以应对2006年欧盟指令:要求欧盟销售的所有新车辆都配备低全球变暖潜能值(GWP)制冷剂。 极限设置在GWP值150,这个条件使用R1234yf容易满足。 此外,其在大气中分解约11天,并且生命周期气候性能计算是由美国环境保护局认证的模型进行的,其确认其是“全世界使用的最可持续的制冷剂”之一。

然而,人们对R1234yf的可燃性越来越关注; 甚至提示梅赛德斯 – 奔驰在发生可能导致A / C系统撤离的事故的情况下安装专用的“冷却系统”以对发动机热点进行调节。

除了E和S系列以外,所有新的梅赛德斯 – 奔驰汽车将于2017年1月转换为R1234yz制冷剂:E和S系列将是第一批配备CO2 空调系统的生产车辆。

这些顶级车型首先配备CO2充气空调的原因是为了重新设计整个系统并有效测试它们的开发时间和成本。

极高的系统压力和优化的组件包装需要大量的测试。 特别关注的是冷凝器、蒸发器、管道、软管以及密封件在更高的操作压力下的性能。

在开发过程中,在空调制造关键处使用压力变送器精确测量管道压力对于确保系统的完整性至关重要; 压力下降将是诸如密封件失效的早期指示,因此需要重新设计。 精确测量蒸发器上的压降对于验证设计参数和提高部件的效率也是重要的。

然而,由于系统中的大多数元件“收缩”尺寸,将压力传感器精确地放置在需要的地方困难重重。 然而,通过在开发期间使用高质压阻式压力传感器,该问题就能被迅速克服,从而及时完成项目,部件得以于2017年1月推出使用。

制动系统在压力下性能最好

制动系统在压力下性能最好

虽然一些高端车辆正从液压致动制动系统转变为混合制动线控型,但大多数驾驶员仍然依靠液压压力来使车辆停止运行。

尽管车辆已经配备了液压制动系统数十年,开发一个系统,既能向驾驶员提供反馈,又能同时保持有效的延迟在任何时候和在任何情况下都是极具挑战性的。

在系统运行期间,有几个变量都会影响性能:

  • 当重量从后轴传递到前轴,这需要将压力逐渐调节到负载的车轮
  • “拐点”1) ,在该点处伺服减小辅助以及辅助与踏板力的比率
  • 由于施加的压力,管道和软管倾向于膨胀并且降低给定踏板行程的管线压力(在极端情况下,驾驶员可以将其描述为“海绵踏板”)。

1) 伺服或制动助力器提供逐渐辅助直到接收到最大真空辅助的拐点,并且超过该点的输出压力的任何上升情况仅仅是由于增加的踏板力。 如果在这个阶段没有减少辅助,则将发生车轮锁定。

还应注意的是,随着多通道ABS的引入,围绕车轮旋转和动态与静态摩擦的许多动态问题已经被处理,包括由于在制动下的重量传递的压力调制。

然而,在接合ABS的情况下的快速节奏制动可能产生极大的抖动,有时,还需要确定极高的管线压力,所以在开发期间要策略性地将高质量压力变送器放置在关键管线中。

当操作管线压力在100bar的范围内时,所有部件,包括管道和软管,都必须要经过设计以满足这些压力要求; 并且系统不超过这些指定值。

然而,这也不是那么简单,当考虑横截面积不同、壁厚度不同的管和软管都可以产生相似的制动性能时,但是一些已经达到爆裂强度。

可以验证的唯一方法是通过在系统完全加压时精确测量管线压力。显然,这些测量值必须合乎管道和管道供应商规范。

此外,测量管路压力以确认,踏板杠杆比可在严苛的制动条件下将系统加压至约80巴,这也是很重要的。 如果不能容易地获得期望的压力,则必须增加踏板比直到达到该压力。

当工程系统工程师还需要选择正确的主缸膛时:最常见的误解之一是较大的主缸会产生更大的压力。 虽然较大的主缸产生较大的位移,但与较小的孔相比,产生相同的压力需要更多的力。

虽然较大的主缸将采用较少的踏板冲程来承受系统松弛,但是将产生更大的力以产生相同的系统压力。 添加更大的主缸之后的结果是踏板更硬,其需要更多的踏板压力以产生相同量的制动力。 例如,从3/4“主缸移动到1”需要在推杆上多77.7%的力。

优化制动性能的目标只能通过平衡整个系统来实现:踏板力,系统压力和杠杆行程都需要考虑,在设计和开发阶段,制造商已经依靠高精度的压力变送器专门用于优化这些应用程序。

自动变速箱:压力即动力

自动变速箱:压力即动力

虽然有人曾尝试设计自动变档的齿轮,但是直到1939年,通用汽车的工程师才提出了令人满意的解决方案; 该设备被称为HydraMatic,它是第一个被生产的全自动客车变速器,约25,000辆装备该齿轮的Oldsmobiles被出售。

在将近二十五年后的1963年,开发HydraMatic的通用工程师团队的团队负责人Earl A. Thompson获得了Sperry奖,以表彰“他杰出的机械工程贡献,该设备通过实际应用在海陆空三个方面提升了运输这项艺术”。

在接下来的75年中,自动变速器(A / T)增加了另外五个(甚至六个)速度,且由电子控制,尺寸也逐渐缩小。 但是在此之后,A / T仍然依赖于液压管线压力来发挥作用。

液压管路压力控制自动变速器的行动

阀体是自动变速器的控制中心。 它包括通道和通道的迷宫,其将液压流体引导到多个阀,然后这些阀致动适当的离合器组件或带式伺服器以平稳地转换到档位。

阀体中的许多阀中的每一个具有特定的目的并且被命名用于该功能。 例如,2-3换档阀启动二档至三档升档,或者确定何时应发生降档的3-2换档正时阀。

最重要的阀是手动阀,其直接连接到变速杆,并且根据变速器所处的位置覆盖和打开各种通道。例如,当在驱动中时,手动阀将流体引导到离合器组件 (s)激活1档。 它还被设置为监测车辆速度和节气门位置,使得它可以确定1 – 2换档的最佳时间和力(取决于发动机负载和速度)。在计算机控制的变速器上,电磁阀安装在阀体上,在计算机控制下将流体引导到适当的离合器组件或带,以更精确地控制换档点。

由油泵产生的压力被引导到主管线、调速器和节气门压力阀以控制和润滑变速器。 其中一些已被更换或与电子控制一起工作。

  • 调速器压力随车速增加。 较旧的变速器采用机械调速器,其由弹簧,离心重块和用于控制该压力的滑阀组成。 调速器压力决定变速器升档,而节气门压力决定降档。 今天的变速器使用电磁阀来换档定时。
  • 节气门压力表示发动机负载。一些变速器使用真空调节器或节气门连杆机构来控制节气门阀。 后期模型车辆使用电磁阀来实现相同的结果。

变速箱通过移动换档阀来换档。 调速器压力作用在阀的一端,节气门压力由弹簧辅助作用在另一端。 当车辆首先从停止加速时,节气门压力高于调速器压力,因此轿厢停留在一档。 随着车辆速度增加,调速器压力(受车辆速度的影响)增加,直到其大于节气门压力并导致升档。

当节气门压力克服调节器压力时发生降档。 这是因为增加了发动机负荷。 这两个压力控制换挡阀的运动。 换档阀控制驱动和夹紧行星齿轮组的构件的反作用装置(离合器和带)。

为了实现平稳的换挡而没有过多的“滑移”并不是一个意思:压力,锁定一组带和释放另一个带,不仅必须正确计时,而且必须以给出稳定换挡的方式施加且无震动。 这都是通过液压管路压力来控制的。

在开发A / T端口管线期间,实时测量压力并与设计规范进行比较以确认设计参数得到满足。 同时,测量换档时间和质量,并进行主观评估,以确保实现驾驶性能和性能目标。 这只能通过高度精确的压力变送器来完成,例如STS生产的压力变送器。

在开发期间记录的这些测量结果是关键的,不仅用于建立质量变化,而且用于开发与特定变速器有关的独特规格。 这些用于维修店的故障诊断。

与时俱进

随着排放法规在现代车辆的发展中发挥重要作用,制造商继续重新思考设计,注意提高效率而不降低性能。

在韩国制造商KIA开发的一个这样的研发工作中,143个新技术在紧凑型8AT的设计中获得专利。 与具有较少齿轮的自动变速器相比,这种新型变速器能够实现从静止状态的平稳加速,以及更高的燃油效率,更高的NVH特性,以及更高的速度下更加决定性的加速。

为了提高八速自动变速器的燃油经济性,KIA工程师大幅减小了油泵的尺寸(自动变速器中的主要动力损失源)并简化了阀体的结构。 拥有同类中任何生产传动装置最小的油泵,8AT能够更有效地使用液压油,在任何时候都均匀分布在整个单元。

KIA的开发团队还包括一个直接控制阀体,以允许直接电磁控制离合器,而不是通过几个控制阀。 这使得起亚将控制阀的数量从20个减少到12个,从而实现更快的换档,更直接的机械连接到发动机和改包装的改进。

这种革命性方法的挑战是:确保较小的泵能够向A / T操作所需的各种部件提供足够体积的、压力高达约20巴的液压流体。

在开发测试期间,在怠速和全开节流条件下测量主管线压力,其中单元处于操作温度,以确保较小的泵完成任务。同样,由于从这些测试获得的结果非常关键,仅使用高质量的实验室认证的压力变送器

比滚轴更平滑,比赛车更好:主动悬挂技术已经成熟

比滚轴更平滑,比赛车更好:主动悬挂技术已经成熟

科林查普曼被视为赛车界的汽车梦想家:他在技术平流层中被称为F1赛车的两个值得注意的成就是“地面效应”和“主动悬架”的发展,这两个都随后在F2赛事中被禁止,但是应用于研发公路汽车。

即使是早期查普曼的主动制导悬架系统的道路行驶迭代也显示出相较于半主动系统的先进性。

然而,早期的Lotus系统,使用液压油缸来移动车轮,需要花费数千美元,添加150公斤,需要约四千瓦驱动系统的140巴液压泵。 此外,系统不能足够快地响应以消除困扰大多数道路驾驶的小障碍。

主动悬架依赖于开发过程中的精确压力测量

在开发液压互联悬架中,当技术人员师徒平缓颠簸时,发现系统的优化很明显取决于调节车轮运动的致动器的控制和响应。这些部件不仅需要产生力量支撑汽车,穿越崎岖的地形和控制转弯,但他们也必须反应极快:快速反应的关键是系统的操作压力和如何控制这种压力。

为了实现性能、达成目标,工程师必须克服几个挑战,包括:

  • 用于驱动系统的液压流体不能在恒定的温度和粘度下操作,从而影响输送压力。
  • 适当压力的精确控制依赖于极为精确的实时管线压力测量,并带有温度补偿。

在开发过程中使用的压力传感器必须具有实验室质量,并且对压力变化有非常快的响应。 即使在今天,只有少数制造商能够制造这些高品质组件且达到行业要求的标准。

虽然水力机械HIS主动悬架的指数级增长,实现响应时间的成本是惊人的,限制了系统装配至几款顶级运动车型和豪华车型。

最后,智能控制引领智能悬架

不久之后,制造商开始转向电子处理器和控制单元,以对控制致动器的液压系统进行精确控制。 这最终使工程师能够精确地控制传送到各个致动器的压力,从而改善在大跨度的操作条件下的响应时间和性能。

这正是梅赛德斯奔驰的魔法身体控制(MBC)所做的。 位于挡风玻璃顶部的摄像头扫描前方的道路,分析其缺陷和瑕疵,并将该数据直接馈送到主动车身控制(ABC)系统的控制单元。 相机扫描汽车前面4.5至13.5米的区域,可以检测和测量小至10mm的缺陷。 在这样做时,在事件之前的一秒的几分之一系统准确地知道轮胎将会遇到什么。这争取了主动时间用于准备适当的行驶控制的悬架。

使用来自摄像机的输入,MBC甚至可以在与坑洼碰撞之前“收回”车轮,从而防止车轮陷入坑洼。这显然极大地减轻了路面影响,并提高了乘坐质量。

即使主动悬架已经集成到较大的ADAS(高级驾驶员辅助系统)架构中,但是许多系统仍然依赖于液压管路压力的精确控制以实现期望的行驶和操纵。 这是一个高品质的压力传感器,为开发工程师提供准确的数据,根据这些数据,他们可以控制现代主动悬架系统的算法。

重新思考发动机冷却的时机已成熟

重新思考发动机冷却的时机已成熟

由于化学能转化为热和随后的动能效率较低,所有内燃机经历显着的能量“损失”。 即使是现代F1发动机在将自燃料/空气混合物的功率转换为在后轮处的功率时也是存在浪费现象的。 这是根据“热效率”测量的,通常在30%的范围内:也就是说,如果典型的F1 发动机在动力条件下产生略微低于650KW的功率,要推动汽车前行将浪费另外1500KW的功率。

那么它去了哪里呢?其中一小部分变成F1赛车的独特声音。 然而,绝大多数是多个区域的热量消散:例如,油驱散约120KW,水系统驱动160KW。 齿轮箱的低效率意味着它必须消耗大约15KW,而液压代表另外3KW。

在这些高性能发动机中,冷却剂系统通常被加压至3.75巴并具有120℃左右的沸点。

在现代客车中,冷却剂系统压力的特征在于0.9至1.1巴的数量级,将沸点提高约22℃,导致发动机冷却剂工作温度为约100℃。

同时,典型的水泵每小时可以移动最多约28,000升的冷却剂,或者使发动机中的冷却剂每分钟再循环20次,同时以寄生损失抽取高达2KW。

这些数字是众所周知的,并且已经被汽车工程师用作100多年的经验:但是为了满足日益严格的排放要求而缩小尺寸,混合动力电动车辆的扩散正在改变规则。

使用电力节省动力,但要小心压力

制造商正在深入研究所有寄生损耗,以提高当前和未来动力系的效率。 这包括对冷却剂系统,特别是机械水泵的观察。

虽然水泵与发动机的分离实现了显着的节省,但是它基本上需要重新确定整个冷却系统的性能; 包括在变化的温度下的操作压力和发动机速度。

逐渐地,电动机的输送不再与发动机速度成正比,而是取决于发动机的要求,重要的是,在开发期间,始终监控冷却系统压力。 这确保了诸如散热器和水软管的部件保持在安全操作区域中。

在开发尤其是新技术的过程中,映射系统的压力需要极佳质量和精度的压力传感器。有一些专业的压力变送器制造商满足所有这些要求。

虽然这些传感器必须准确地记录数据,但它们的功能和质量也需要很强大:操作环境要求它们在大跨度温度范围内无故障运行,并且能经受振动和暴露于化学介质。

虽然该技术目前主要适用于高端车型如宝马和梅赛德斯奔驰,未来这项技术将推广到其他车型,因为新车型要源源不断地上市。 所有这些都将经历相同的严格的冷却系统资格认证,以确保其耐用性同时保护非常昂贵的发动机。