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摩托车技术改进之需要与对策

来源:摩托车信息 作者: 时间:2016-7-28点击:33536
【导读】
   

[提要] 摩托车作为传统交通工具之一,伴随着汽车技术的发展而进步,同时也具备自身独特的技术发展方式,特别是近年随着国内外法规的逐步趋严,摩托车技术也面临或急或缓的技术进步需要。

  摩托车作为传统交通工具之一,伴随着汽车技术的发展而进步,同时也具备自身独特的技术发展方式,特别是近年随着国内外法规的逐步趋严,摩托车技术也面临或急或缓的技术进步需要。作为世界先进的技术法规体系,欧盟于2013年1月15日正式发布(EU)No.168/2013《摩托车认证框架性法规》,这是新的欧盟摩托车技术法规体系的核心和基础法规,对摩托车技术发展影响较大。而欧盟法规作为世界各国和地区,包括国内主要标准体系的对标对象,(EU)No.168/2013的发布也成为中国摩托车标准采标的依据,并对我国摩托车技术进步起到直接推动作用,作为摩托车进出口大国需要尽快开展相关技术研发及应用工作。本文结合(EU)No.168/2013法规要求对摩托车制动、排放及灯光等须采取的主要技术改进需要及对策进行阐述,仅供各方参考。

  一、 摩托车制动要求及技术对策

  (EU)No.168/2013明确规定L3e-A1类摩托车必须安装防抱死制动系统(Anti-lock Braking System,简称ABS)或者联合制动系统(Combined Braking System,简称CBS),L3e-A2和L3e-A3类摩托车必须安装ABS。新车型实施日期为2016年1月1日,在产车型实施日期为2017年1月1日。ABS是在传统车辆制动系统基础上采用电子控制技术,防止车轮抱死的一种制动辅助系统;CBS是制动过程中前、后轮联动一起制动的系统,相对ABS而言,CBS结构简单,具有明显的成本优势。

  这里需要了解欧盟法规关于L3e摩托车分类,与国内依据排量、重量等划分车辆类型不同,相关部分可以起到借鉴作用;欧盟关于L3e摩托车分类是与2006/126/EC规定驾驶证制度结合的,根据驾驶许可年龄将L3e摩托车分为以下3类:

  A1类车:驾驶许可最低年龄16岁,对应车型为排量125mL以下、输出功率11kW以下、输出重量比0.1kW/kg以下的摩托车;要求ABS、CBS可选;

  A2类车:驾驶许可最低年龄18岁,对应车型为输出功率35 kW以下、输出重量比0.2 kW/kg以下、动力不超过原型车2倍的摩托车及派生车;要求新车强制安装ABS;

  A3类车:驾驶许可最低年龄20岁、最少具备取得A2车驾驶照后2年的摩托车驾驶经验,对应车型为输出功率35kW以上、输出重量比0.2kW/kg以上的摩托车及派生车;要求新车强制安装ABS。

  摩托车安装或改装ABS不是简单的加装而是全新的技术升级,需要一定的研发周期与投入。

  首先是总成结构上的改变,ABS组件布置、管线布置、蓄电池大型化等都直接导致车身整体布局的变化,车架也需要随之变更,因此车身需要全新开发设计。为了实现ABS控制,若后轮制动器为机械鼓式需要改为液压盘式,其相关总成的零部件强度也需要增强。根据基础车型的制动形式,即使安装CBS也需要进行同样的结构改变。

  其次是不同用途的车型对抱死制动力的要求会有很大差别,因此针对不同车型,ABS方案也不相同。如越野摩托车和大型摩托车等前后轮分配负荷会有变化,制动力也受摩托车驾驶员、乘员、货物搭载的位置等因素影响,还要结合不同特性轮胎进行合理的匹配,这一点也很重要。

  摩托车现有车型安装ABS的对策,仅仅简单增加ABS组件和液压管等不可行,安装ABS没有普遍适用性,需要对每款车型进行单独开发,不同车身形式(车重、骑乘位置)、悬挂形式(减震长度、轮胎、有无CBS)的ABS设置和组件的安装位置均不同,需要对各车型单独研发与设置,可以说相当于全新车型研发。

  摩托车安装ABS主要关注点示意图

  但是与汽车相比,摩托车安装ABS也存在明显的效果差异。装有ABS的摩托车相比未装ABS的摩托车,在直行紧急制动时稳定性更高,优点在于可减少因轮胎抱死等无法控制车辆所造成的冲撞。但摩托车的ABS功能仅在直行制动时发挥作用,即使安装了ABS,也无法在制动的同时操作方向把来控制车辆。在ABS发挥功效的紧急制动状态下操作方向把转向,车辆会立即倾倒,特别是在低附着路面上这种趋势更加明显,因此在进行摩托车ABS制动性能试验中需要制作特定的保护性支架以防止车辆倾倒。ABS和CBS都是制动辅助装置,不是提高制动本身的性能,也不是在所有情况下都可有效发挥的功能。

  ABS试验保护性支架示意图

  现阶段国外大排量摩托车ABS技术已得到广泛应用,技术相对成熟,小排量摩托车CBS等应用也在普及推广中,不多作说明。相对而言,国内摩托车ABS技术应用启动较晚,个别企业如春风、钱江已有车型研发成功并通过测试,同时摩托车ABS部件及系统集成商也在加紧技术研 究,相信我国摩托车ABS技术也会得到快速普及。

  二、摩托车排放要求及技术对策

  随着世界对于环境保护的重视,各国包括我国摩托车排放法规不断趋于严格,(EU)No.168/2013发布后明确规定欧洲四阶段排放法规自2016年1月1日起实施。从目前的摩托车技术发展状况和汽车的排放控制技术发展历程来看,现有化油器技术因为固有局限性已经很难满足更加严格的排放标准要求。虽然目前国际上尚未限定摩托车采取的技术路线,但普遍共识是采用摩托车电子控制燃油喷射系统(Electronic Control Fuel-injection System for MC,简称MEFI)以技术换代的形式提供更佳的排放控制效果,MEFI将成为今后摩托车技术发展的必然选择。国家摩托车质检中心牵头制定的QC/T 902-2013《摩托车电子控制燃油喷射系统技术条件》标准已于2013年4月25日发布,同年9月1日实施,全面、系统地提供了摩托车EFI的技术要求和试验方法,可供各方面参考。

  需要说明的是,解决摩托车排放的技术是多方面的,包括机内控制与机外控制两方面的措施,主要的技术措施包括:

  1.发动机结构优化设计:通过发动机的结构改进,达到降低污染物排放的目的。主要措施包括:提升机加工和装配质量、优化燃烧室形状、采用多气门及可变气门技术,采用水/油冷技术等,这是目前国内企业主要的工作内容。

  2.混合气空燃比控制:通过对混合气空燃比的精细化控制,提升燃烧充分性,达到降低污染物排放的目的。主要措施包括化油器的结构改进,化油器电控调节、精确调节等,这是前期应对国三阶段排放的主要技术措施。

  3.电子控制燃油喷射(EFI)技术:采用电子控制燃油喷射系统,精确控制发动机空燃比,实现燃烧精确控制,使发动机的排放特性达到最佳,这是目前国内外认可的主流排放应对技术策略。

  4.排气催化转化技术:采用触媒等介质对尾气进行催化转化,可明显降低排气污染物的排放,这项技术与前述技术结合,已广泛应用。

  5.二次补气技术:在排气管前端安装补气装置增加氧含量,使废气在高温下继续进行氧化反应,从而降低污染物排放,该技术与前述技术结合,已广泛应用。

  作为今后改进摩托车排放控制措施,实现精确控制燃烧,提高燃烧效率,控制排放气组分,配合触媒催化转化器、二次补气等措施,使催化转化效能最大化、持久化,这是MEFI的技术优势,也是技术的发展方向。多种技术措施的结合应用,可以达到最佳的排放控制效果。

  我国MEFI基本是建立在小排量(50mL~250mL为主)、单缸、风冷发动机基础上,而发动机具有体积小、结构紧凑、高转速、升功率大、相对负荷高、运转工况不稳定等特点,大部分机型仍以CG、CB、GY6等为主,为日本早期同类产品的引进或仿制品,或在其基础上进行了技术改进,相较国外同类型、同排量机型而言,技术含量及性能指标均偏低。我国摩托车企业对大排量发动机(250mL以上)逐步引进、开发及应用,为MEFI技术的应用推广提供了更好的平台,最终实现技术进步、排放下降的目的。

  MEFI按照工作原理及功能划分由进气系统、燃油喷射系统、电子控制系统等组成,MEFI结构示意图如图所示)。

  MEFI结构示意图

  对于摩托车应用电喷技术而言,无论是新研制还是对现有技术进行改进,MEFI及子系统组成、关键部件、元器件等(如下图所示)各项术语定义、技术要求、试验方法等,作为产品技术标准QC/T902-2013均提供了系统、详细的规范,可作为研发、选型、品质考核等的参考,这里不再详述。

  摩托车应用电喷技术使其与排放辅助装置(如催化器转化、排气再循环等)的匹配成为可能,从而达到理想的排放控制效果,也就是MEFI需要形成闭环控制(加装氧传感器等见上图〔注1〕),构成三元催化转化系统,通过反馈信号等即时改变喷油时间、喷油量、点火提前角等促使λ(实际空燃比与理论空燃比的比值)维持1,实现燃烧均衡,以达到最佳排放净化效果。

  作为MEFI必要组成部分,需要同时开发摩托车故障诊断系统(OBD)对MEFI系统及部件进行监管,尤其是采用闭环电喷系统+三元催化转化装置时,以有效侦测到尾气排放超标。另外当发生故障时,具有故障及时识别、安全保护功能。OBD应具备故障信息储存和读取功能,并通过外接故障诊断仪进行识别和读取。当OBD系统检测到系统(如排放超标等)或零部件有问题时,应使电子控制系统进入“初始基本模式”(跛行功能)以保证车辆能继续行驶一段时间,以便维修维护。

  较汽车产品已相对成熟的电喷技术应用而言,摩托车应用电喷技术有很大的不同。如载体差异、布局、防护能力、小型化、成本比重、匹配标定方式等,不能等同转化汽车电喷技术成品,需要切实从基本理论、方案论证、技术整合、性能验证、品质提升、可靠性耐久性、实用性等多方进行全新研究,这也是目前我国摩托车产品电喷化整体进展缓慢的原因之一。到现在为止,国内摩托车制造企业、研究机构正在加大摩托车电喷技术的研究及应用,形成批量产品投放市场,并通过不断改进完善,推动我国摩托车技术发展与提升。

  三、摩托车灯光要求及技术对策

  (EU)No.168/2013要求摩托车具备大灯常亮或者装有日间行车灯

   (Daytime Running Light,简称DRL),它的功效不是为了使驾驶员能看清路面,而是为了让行人知道有一辆摩托车开过来了,因此这种灯具从功能上讲不是照明灯,而是一种信号灯(或具备类似功能)。大灯常亮或者DRL需要与发动机运转进行关联,对于摩托车而言主要是对车型设计,特别是灯具及相关电路部分设计有一定影响,从技术实施角度应该不具备难点,这里不作过多解释。

  摩托车DRL示意图