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领先一步的摩托车电子技术
作者:Lindsay Brooke
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沙滩摩托车, 电动自行车, 折叠自行车, ...
摩托车领域中,电子技术已成为品牌推广、产品销售甚至赢得比赛的一大重要因素。线控油门、多路传输、强大的新型ECU、先进的传感器以及巧妙的系统布局,可以帮助摩托车研发团队实现优异的骑乘动力,满足客户需求,同时还能满足新出台的严格的全球温室气体排放和安全要求。

现在,在电子燃油喷射领域,普遍使用体积在250立方厘米以下的单缸机。类似的还有自适应防抱死系统(ABS)。体积减小,使系统成本也相应地减少了,所以本田能够在其2011 CBR250R车型(一款售价4500美元的通勤车)上安装此系统。

两轮车的“电子革命”,还将牵引、底盘控制、电动可调悬架、带蓝牙的电子娱乐设备、无钥匙点火及其他便利设备集成于一体。其中,六缸豪华旅游摩托车,还配备了氙气自适应大灯(比如宝马的新K1600GTL车型)和可选的安全气囊(比如本田的Gold Wing车型)。

现在还出现了新兴的电动摩托车行业,其中,以美国的Zero Motorcycles公司、Brammo Powercycles公司、Mission Motors公司、MotoCzysz公司以及加拿大的Amarok公司为首的极具创新意识的OEM公司正在起着关键的作用。著名的“日本四大制造商”,已与KTM车队、比亚乔集团、宝马、标致等公司一起,制定了电池驱动摩托车及踏板车的生产计划。
而据摩托车市场观察(MarketWatch)报道:中国的十多家OEM公司,在2010年已生产了各类型电动摩托车超过2100万辆。这一数字预计到2015年将增加近一倍。Mission Motors公司和MotoCzysz公司还将设立新公司,以研发用于汽车及其他行业的牵引电机和电源控制器。MotoCzysz公司还和雷米国际设立了一家合资企业。

跨越线束障碍

绝大多数的电子技术都是从汽车行业研发中推广而来的。“所以,汽车电子技术很有可能同样潜移默化地应用到摩托车行业中,”The Hansen Report(汽车电子领域)出版人兼分析师Paul Hansen说。Hansen认为:未来新型摩托车的成本清单上,电子和电动零部件的成本将占到20-25%,这反映了当前汽车电气化的前进步伐。

“在摩托车生产领域,降低成本的挑战和产量挑战息息相关。因为摩托车的全球量产化情况无法与汽车领域相比,所以降低摩托车成本比降低汽车成本困难得多。而且,我们还要面对设计更紧凑可靠、在野外条件下更耐用的系统的挑战。这些问题都无法视而不见。”

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在摩托车中增加电子产品,面临的主要障碍就是需要减小线束数量。摩托车旗舰赛车和旅游型摩托车,采用了CAN(控制器局域网)总线架构,以减少布线量,同时提高装配生产线的效率——这正是摩托车制造商杜卡迪公司从2003年起开始采用两线CAN架构的原因。

Hansen说 :“无论多路传输的程度如何,都会存在如何将所有线路安装在摩托车这个狭小空间的问题。所以电子工程团队一直不断地进行零部件集成、大力巩固ECU。”

牵引控制引发新功能

在几年前《国际汽车工程》杂志的一次采访中,杜卡迪公司产品开发部总监Claudio Domenicali提到他们正在将电子控制集成投入量产。该系统可谓MotoGP及世界超级摩托车赛车史上一个了不起的创举。

Domenicali说:现有赛车能够产生170-200马力(127-149千瓦)的动力,对于不同骑乘水平的车手来说,电子干预方案是帮助他们将此动力发挥至极致的“最有效手段”。

杜卡迪的DTC控制系统,可实现8种骑乘控制方法,每种方法都能输出一个最适合当时路面和骑乘风格的主动防空转力。DTC系统将每个因素都考虑到了,包括发动机转速、油门位置、齿轮选择、车辆加速率以及前后轮速度增量,以此决定后轮滑移多长距离才合适。

系统的延缓/中断点火以及降低喷油器输出的性能,能调整发动机扭矩20%。还有一个加速度计,可测量倾斜角度和加速度率。通过配备32位数码处理器,OEM商可以添加输入源,提高整体性能。

有些公司(包括杜卡迪)还在其ABS + TC基础上,集成了悬吊系统和快速换挡变速箱

宝马准备在2012年实现电子驾驶控制。其动态阻尼控制(DDC)是一个半主动的电子感应悬吊系统,通过CAN总线与牵引力控制系统和ABS控制器相连。DDC系统专为自动调整悬吊阻尼而设计,可以在制动、转弯、踩油门和道路表面状况要求的情况下,基本实时地发挥作用。DDC系统使用弹簧行程传感器和电动比例阻尼阀,同时与其他主要子系统相连,控制并调整弹簧的压缩,并实现单独回弹阻尼。

不同OEM出品的电子控制系统架构各有不同。例如宝马S1000RR上的前/后轮速度比较系统,是由一个角度传感器、两个安装在紧靠摩托车重心中部的座椅模块内的压电陀螺仪组成的。

这两个压电陀螺仪,监控与摩托车行进姿态有关的三个轴以及摩托车转弯时的姿态变化率,然后按照特定的倾斜角度阈值,将摩托车的骑乘模式(共四个)调整成任意一个——倾角38°的雨中行进模式、垂直模式、倾角53°的不费力模式、硬油门下的最大倾斜角模式,自如又灵活。

当达到每种模式下的阈值时,博世MS5.0引擎控制器会发出一个表示峰值输出在逐渐减少的信号。当系统检测到车轮打滑时,就会执行ECU的第一次阻碍。如需更多干预,只要稍微关闭蝶形节流阀、调整喷油嘴的燃料喂进量即可。

在赛道体验日时,车手可完全关闭该系统。这款高度集成的系统还拥有前轮控制功能。宝马Motorrad美国公司副总裁Pieter de Waal告诉《国际汽车工程》记者说:“这项技术还处于起步阶段。”

S1000RR车型的最大竞争对手川崎ZX-10R车型,则采用了川崎运动牵引力控制系统(S-KTRC)。骑手可以切换选择三种发动机动力,包括三级牵引控制。究竟应选用哪级牵引,取决于特定情况下需要多大的马力功耗。举例来说,低功耗模式可以在整个转速范围、各种节气门位置下,通过向四个汽缸交替火花点火来降低发动机输出功率,最高可降低功率60%。

川崎公司称S-KTRC系统不仅限制了后轮打滑,还能实现“预测性”,能将现有未达到理想状态的牵引条件与系统存储的一组参数比较,使系统主动干预,防止打滑的出现。

同样,S-KTRC系统也会通过前轮减速,检查是否出现了不是骑手故意产生的前轮离地现象。川崎公司的通信协议系统,连接着这款车型的ABS控制单元(博世公司专为摩托车而设计的ABS-9)和发动机ECU,开行业之先河。

电动摩托车

2011年,电动摩托车平均每10英里(16公里)里程需要充电一个小时。因为电池容量不同,每次充满电后,每辆摩托车平均可行驶20-35英里(32-56公里)。这样的里程限制,你当然没法骑着它去斯特吉斯过夏天。

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“请给我一辆外观仍是摩托车、但一次充电4小时能行驶100公里里程、售价不超过1万美元、重量低于400磅的摩托车吧,”一名网友在电动摩托车网站上这样写道:“作为一个买家,我的这些要求已经做出了严重的妥协哦。”

零排放摩托车的市场空间是很明朗的,比如在城市中心、摩托车越野赛、甚至越野骑乘上,它们都会大有可为的。但是很容易与当地的噪音法规起冲突。

为了使电动摩托车成为一个可持续产业,OEM们必须使产品符合主流需求。其中,他们所采用的基于锂电池的电池化学技术,能量密度更高,可减少包装,降低车重及售价。

波士顿咨询集团发布的关于未来汽车驱动力的2011年研究报告称:到2020年,一千瓦时的电池能量价格有可能下降至400美元,与2009年超过1000美元的价格相比,会降低大约64%。

使用这一价格水平的电子器件,2011 Zero S摩托车型上的4.5千瓦时电池包,能够实现45英里(72公里)的通勤里程。到2020年,这款电池包可能需要花费1800元左右。对比那些传统内燃机车,这样的摩托车没有燃料价格的驱动或奖励刺激,销售状况堪忧。目前Zero S型售价9995美元(如再付595元,还能得到一个快速充电器)。这款摩托车的近一半成本、整体重量295磅(134公斤)中的大部分,都来自此电池包。

在所附的图片上,可以清楚地看到电动摩托车的电池包和牵引电机占据了大部分空间,这是其必须解决的最大技术挑战之一。“噪音是一个大问题,重量是第二大问题,”专门从事摩托车创新研究的工程师James Parker表示。他的工业设计公司位于新墨西哥圣达菲。

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Parker为Mission R摩托赛车设计了底盘,这款车在电动摩托车的TTXGP系列赛上大出风头。Parker告诉《国际汽车工程》的记者:他“很荣幸能与Misson系列车的电子工程师们一起工作,因为在此过程中,我们很早就将电池容量达到一个较合理的水平了,所以很清楚地知道我们究竟要达到一个怎样的目标。”他说,一般“人们总希望电动产品的电池容量能够更大点儿。他们对此容量目标的预期会不断向上攀升。不过这次,我们确立了一个固定目标。”

Mission R车型“重量相当集中,电池、电机、电子器件、悬吊系统、车身结构等,围绕着重量中心,紧密整合成了一个整体包。这就是我们一开始就确立的目标,现在看来是起作用了。因为车手们反映说 :骑着这款摩托车的感觉,比声称的250公斤更轻。”

Mission R的这种集中设计,使得它尽管比传统的内燃机摩托车重了150榜(68公斤)左右,但性能却达到了每小时150英里。

电池专家们说,每增加一千瓦时的供电量,会使电池增加约15磅(6.8公斤)。而要实现一定的设计性能,最后的成品重量会在300-450磅(136 - 204公斤)的范围内高居不下。这个问题很严重。

“每个研发阶段,我们都会改善它的性能,”Mission系列车的市场经理David Salguero说 :“这对我们的OEM客户来说,就意味着更可靠、更高效。”

带着变速箱一起上路

虽然在电动车工程领域,关于到底要不要在车上配置变速箱的讨论,此起彼伏。但现在看来,摩托车设计师们很可能会是首批真正执行这个理念的。

Brammo公司最近推出了四款新车原型,均配备了手动离合器和六速变速箱。公司首席执行官Craig Bramscher解释说,此举旨在满足客户希望摩托车能换挡、提高起步速度以及增加扭矩倍增性能的种种需求(这些车型的峰值速度,据称提高了10-15%)。

这款新型变速箱,已成为电子驱动模块的一部分,与一个液压离合器组、牵引电机和控制器集成在一起。为了将它很好地整合到摩托车上,Brammo公司还与S.M.R.E.工程公司(一家制造自动化工具系统的意大利厂商)进行了合作。该系统的发明者、S.M.R.E. 公司总裁Samuele Mazzini将它称为IET(集成电气输送)。公司致力于使LET满足各种应用方式,甚至包括用在汽车(升级版)上。

目前,关于此六速变速箱的内部机制细节尚未透露。但Brammo公司相信它一定会有助于下一代电动摩托车的性能提高,还能带来其他技术优势,比如优化电池使用时间。它还有可能提高制动再生性能,进一步推动两轮车电气化的技术进展。(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (4/11/2013)
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