汽车电子在汽车上的应用

汽车电子在汽车上的应用1．引言1.1课题提出的背景和意义近年来，随着电子技术、计算机技术和信息技术的应用，汽车电子控制技术得到了迅猛的发展，汽车结构的改进与性能的不断提高，汽车上装用的传统电气设备正面临着巨大的冲击。汽车电子控制技术是汽车的重要组成部分，其性能的好坏直接影响到汽车的动力性、经济性、可靠性、安全性、排气净化及舒适性。例如：为使汽车发动机获得最高的经济性，需靠点火系统才能在最适当的时间点火；为使汽车在制动过程中有良好的操纵性能，需采用电子控制防抱死制动装置；为保证汽车工作可靠、行驶安全，则有赖于各种其他电子控制系统的正常工作。由于人们对汽车节能、安全、舒适、便捷和豪华的追求，对汽车的性能提出了更高的要求。使用了大量的传感器、微处理器等电子元件，尤其在近年来，微电子技术的飞速发展，特别是微型计算机技术的巨大进步，将先进的电子技术知识与传统的机械相结合，使得汽车的环保、节能、安全、舒适、便捷和智能化等方面有了很大的进步。如今的汽车已经成为了集微电子技术和微型计算机一体的自动系统。其中汽车电子化、智能化、网络化的程度是衡量现代汽车水平的重要标志，是用来开发新车型，改进汽车性能最重要的技术措施。现在人们驾驶汽车的时候，相信都会一眼就发现车上增加了很多诸如油耗显示、ABS、ASR、EBA、ESP、安全气囊、侧气帘、车内温湿度控制、CD/DVD播放机、GPS导航仪、电动门窗、电动后视镜、电动座椅记忆调节、LED车灯、自适应巡航，以及其他很多以前只在军用、航空上使用，而价格只是现在民用消费类水平的汽车电子产品。电子产品目前在整车成本中所占比例普遍为23%～30％，在高档豪华轿车上更是占到50％～60%。今后汽车的发展将更多地由汽车电子技术驱动，可能人们驾驶汽车的感觉就像在操作一台复杂的电子设备。这，就是与人们的生活息息相关的汽车电子1.2我国汽车电子发展现状目前汽车，特别是轿车上的电子零部件，包括控制、驱动、安全、显示、通信、娱乐等各种设备，占汽车总成本的1/3甚至更多，汽车电子技术涉及软件、计算机、电子控制、系统集成、通信、消费类电子等诸多领域。汽车上70％的革新来源于汽车电子，半导体器件的大量应用是汽车革新的关键技术之一。近年来汽车电子技术取得了前所未有的成就和空前的市场规模，成为市场关注的焦点。从1989年到现在，平均每辆车上安装的电子装置在整个汽车制造成本中所占的比例由16%增至30%以上。在一些豪华轿车上，使用单片微型计算机的数量已达到48个，电子产品则占到整车成本的50％～60%。汽车中传统产品升级很慢，而电子产品5年基本就要升级，今后汽车升级主要就是由电子技术驱动，70%的汽车创新来源于汽车电子。同时，汽车市场竞争激烈，汽车厂商除了降价以外，增配是最有效的竞争手段，而增配过程中，汽车电子的配备率将大幅度提升。据iSuppli预测，在政府刺激措施、在国内拓展新的市场以及轿车功能更加先进等因素的推动下，中国汽车电子市场预计将在2012年超过美国。届时中国汽车电子销售额将从2009年的160亿美元增长到206亿美元。而2012年美国汽车电子市场将为205亿美元1.3汽车电子控制技术应用概况就最近20年汽车电子技术的发展过程而论，日益激烈的世界汽车市场的竞争，以及排放、节油和安全性方面的挑战成为当代汽车技术革命巨大的动力。同时，随着计算机技术越来越多地应用于汽车上，各种车用电控系统应运而生，许多新技术、新设备也层出不穷。目前在汽车上已经使用的电子装置品种已发展到了几十种，它们由品种繁多的传感器、电子控制单元(ECU)、微处理器、存储器、输入/输出接口、执行机构、显示器和设计软件集合而成，完成了极为复杂的多元控制过程，以改进汽车技术性能来满足现行法规的要求。目前，国外汽车上应用较多、较为成熟的电子控制装置大致可分为四个方面：1.仪表通信仪表通信类的应用主要有电子钟、电子油耗表、电子温度计、电子车速里程表、电子转速表、旅程计算器、燃料消耗计、电子定时、电子化图示仪表盘、电话及其通信装置、各种报警(灯丝切断，排气温度，水面，液面，未关门，未系安全带等)。仪表通信类即将采用的新技术主要有大型电子化薄式仪表盘、多路信息传输、光纤通信传输、惯性导航、卫星导航、屏幕显示街道图及交通阻塞状况图、多功能综合屏幕显示等。2.发动机及传动系发动机及传动系已经采用的技术主要有交流发电机的整流及集成调节器、电子点火(全晶体管式，集成式，无触点分电器式，一体化点火线圈式)、点火正时控制、废气再循环控制(氧传感器)、燃油喷射电子控制、电子控制化油器、柴油机最佳参数电子控制(喷射，进气，正时等)、发动机最佳参数电子控制(空燃比，点火，废气再循环，怠速，爆燃控制，喷射控制等)、车速自动控制、柴油机启动控制、增压器自动控制、变速器电子控制、离合器电子控制、却系电子控制、冷启动控制、换挡提示器、发动机停缸控制、车速感应的动力转向装置等。发动机及传动系即将采用的新技术主要有发动机气缸电子控制、发动机和传动系综合控制、无级变速和自适应速度控制、热电变换、蓄电池容量余值显示、自动巡航系统、电子控制消声器、电子控制动力转向等。3.安全方面安全方面已经采用的技术主要有电子防抱制动控制、驱动防滑控制装置、电子主动悬架控制、电子控制四轮转向系统、安全气囊自控装置、刮水器自动控制、速度控制(限速与恒速)、车窗自动控制、轮胎气压报警、防盗报警、防撞车间距报警、未系安全带报警、安全带自动锁紧控制、明暗灯光控制、冲撞记录仪、前大灯控制、后视镜控制、电子门锁等。安全方面即将采用的技术主要有路面状态显示、防碰撞自动控制、死角处障碍物报警、安全雷达、制动管路故障应急制动、睡眠检测报警、司机突病时自控、电子操纵紧急制动、酒醉检测安全自控、后视摄像及屏幕显示、声音合成报警系统、故障预警提示系统、倒车测距系统等。4.舒适性方面舒适性方面已经采用的技术主要有空调自动控制、座椅自动调整、自动照明、红外线控制车门开关、车窗及车门自动开关(声控)、高级立体音响、无线电调谐自动预选、无钥匙开车、车用电视机及音响等。舒适性方面即将采用的技术主要有全自动空调(温度、湿度、清洁度、含氧量)系统、道路交通信息指示表、行驶路线最优化选择控制、声控驾驶等。1.4本章小结随机汽车电子技术的不断发展，汽车上所使用的电子设备将会与日俱增，电子设备的作用也将会被不断的放大。2.汽车电子控制系统2.1汽车电子控制系统的概述汽车发动机电子控制系统技术属于汽车电子领域的关键技术并占据汽车电子市场的主要份额。随着环保政策、能源政策限制力度的加大，大力应用电子控制技术，开发汽车发动机电子控制系统产品是未来汽车领域的必然所趋。发动机电子控制系统（EECS)是通过对发动机点火、喷油、空气与燃油的比率、排放废气等进行电子控制，使发动机在最佳工况状态下工作，以达到提高其整车性能、节约能源、降低废气排放的目的。汽车电子控制系统基本由传感器、电子控制器（ECU）、驱动器和控制程序软件等部分组成，与车上的机械系统相配合使用（通常与动力传动控制总成系统、底盘控制系统和车身控制系统中的子系统融合），并利用电缆或无线电波互相传输讯息，即所谓的“机电整合”，如电子燃油喷射系统、制动防抱死控制系统、防滑控制系统、电子控制悬架系统、电子控制自动变速器、电子助力转向等。汽车电子控制系统大体可分为四个部分：发动机电子控制系统，底盘综合控制系统，车身电子安全系统，信息通讯系统。其中，前两种系统与汽车的行驶性能有直接关系2.2汽车电子控制技术的应用2.2.1发动机电子控制系统汽车发动机电子控制系统技术属于汽车电子领域的关键技术并占据汽车电子市场的主要份额。随着环保政策、能源政策限制力度的加大，大力应用电子控制技术，开发汽车发动机管理系统产品是未来汽车领域的一个必然选择。1.电子控制喷油装置在现代汽车上，机械式或机电混合式燃油喷射系统已趋于淘汰，电控燃油喷射装置因其性能优越而得到了日益普及。电子喷油装置可以自动地保证发动机始终工作在最佳状态，使其在输出一定功率的条件下最大限度地节油和净化空气。经过实验并修正得到发动机最佳工况时的供油控制规律、事先把这些客观规律编成程序存在微机的存储器中，当发动机工作时，根据各传感器测得的空气流量、排气管中含氧量、进气温度、发动机转速及工作温度等参数，按预先编好的运算程序进行运算、然后和内存中的最佳工况的参数进行比较和判断再调整供油量。这样就能够使发动机一直处于最优工作条件下运行，从而使发动机的综合性能得到提高。2.电控点火装置（ESA）电控点火装置由微处理机、传感器及其接口、执行器等构成。该装置根据传感器测得的发动机参数进行运算、判断，然后进行点火时刻的调节，可使发动机在不同转速和进气量等条件下，保证在最佳点火提前角下工作，使发动机输出最大的功率和转矩，降低油耗和排放，节约燃料，减少空气污染。3.废气再循环控制（EGR）废气再循环控制系统是目前用于降低废气中氧化氮排放的一种有效措施。其主要执行元件是数控式EGR阀，作用是独立地对再循环到发动机的废气量进行准确的控制。ECU根据发动机的工况适时地调节参与再循环废气的循环率，发动机在负荷下运转时，EGR阀开启，将一部分排气引入进气管与新混合气混合后进入气缸燃烧，从而实现再循环，并对送入进气系统的排气进行最佳的控制，从而抑制有害气体氧化氮的生成，降低其在废气中的排出量。但过度的废气参与再循环，将会影响混合气的点火性能，从而影响发动机的动力性，特别是在发动机怠速、低速、小负荷及冷机时，再循环的废气会明显地影响发动机性能。4.怠速控制（ISC）怠速控制系统是通过调节空气通道面积以控制进气流量的方法来实现的。主要执行元件是怠速控制阀（ISC）。ECU根据从各传感器的输入信号所决定的目标转速与发动机的实际转速进行比较，根据比较得出的差值，确定相当于目标转速的控制量，去驱动控制空气量的执行机构，使怠速转速保持在最佳状态附近。5、增压电控系统发动机中增压系统的安装目的是为了提高进气效率。电控增压系统的研制开发使增压技术又跨上了一个新台阶。目前，应用较普遍的是电控废气涡轮增压系统。增压技术所带来的一个不可忽视的负面影响就是燃烧爆震倾向增加了，为此，专门用爆震传感器对点火系统进行反馈控制（即爆震控制）。6、故障自诊断系统现代轿车发动机电控系统的ECU中的故障自诊断系统，可自行监测、诊断发动机控制系统各部分的故障。当各控制系统出现故障时，仪表板上的故障指示灯闪烁报警，同时将故障信息以代码的形式保存在微机的存储器中，维修时可以通过故障指示灯间断闪烁来显示，也可以通过专用的检测仪器以数字的形式显示故障代码，通过手册可查出故障原因。7、故障保险系统及故障备用控制系统当自诊断系统检测出传感器及其电路故障后，ECU中的故障保险系统自动启动，用程序设定的数据取代故障部分输入的非正常信号直接控制。而当微机或主要传感器出现故障时，ECU立即将主控权由微机切换至故障备用系统中，由其代替微机工作，保证轿车“缓慢回家”以便修理。9、进气涡流电控系统电控进气涡流技术在某些轿车（特别是采用稀燃技术的轿车）上应用较多。其结构是在进气口附近增设一涡流控制阀，通过ECU采集转速、节气门开度、冷却水温等信号，并加以处理后控制其旋转角度，引导气流偏转产生涡流，调节涡流比，实现涡流控制，促进汽油蒸发以及与空气的均匀混合，提高燃烧效率。10、可变进气控制系统可变进气控制系统从增加进气量、提高进气效率的角度出发提高发动机动力性和经济性。有两种类型：可变流通面积控制方式通过ECU控制安装在进气管道中的控制阀的旋转角度来改变其进气流通截面，满足不同工况对进气量的需求；可变流通长度控制方式由ECU控制进气管道中的控制阀来调整进气管的长度。11、进气温度预热控制系统进气温度预热控制系统通过调节低温起动时的进气温度来促进汽油蒸发，改善排放性能。预热方式主要有排气管预热、水温预热和正温度元件（PTC）预热3种型式。12、燃油蒸发电控系统广泛应用的是活性炭罐蒸发电控装置。停车期间，利用活性炭罐吸收汽油蒸气，防止向大气扩散；发动机运行后，ECU控制