电子控制技绪论

机械工程学院汽车系张伟13368252827;[e-mail]2011年4月18日汽车电子控制技术重庆大学机械学院汽车系张伟汽车电子控制技术绪论1.背景2.汽车电子技术的发展历程第一、二、三阶段3.现代汽车电子技术应用状况发动机、底盘部分、行驶安全方面的应用；乘坐舒适性有关的实用电子技术；车用信息系统中的新技术。4.汽车电子技术的发展趋势5.汽车电子技术的发展前景汽车电子控制技术重庆大学机械学院汽车系张伟1.背景(与汽车有关的课题)(1)问题的提出汽车在方便人们造福人类的同时，也带来了如下问题：A.环境问题全球性：地球温暖化、臭氧层破坏区域性：酸雨、大气污染、噪声、灰尘B.安全问题物质和生命财产的损失道路堵塞和浪费。C.能源问题能源短缺(石油还能开采45年)(2)问题的解决21世纪汽车发展趋势是：安全、节能、环保、舒适。汽车电子控制技术重庆大学机械学院汽车系张伟要求提高汽车的各种性能由于日益增强的安全、节能与净化要求和激烈的市场竞争。(3)机械结构的局限汽车经过100多年的发展，汽车产品在机械结构方面已经非常完善，靠改变传统的机械结构和有关结构参数来提高汽车的性能己临近极限。(4)技术措施及效果汽车工业还须不断研发新技术，特别是电子技术和计算机控制技术的不断发展，为汽车新技术发展提供了重要的技术手段。通过增加汽车电子设备的数量、促进汽车电子化已成为夺取未来汽车市场的重要的有效手段。汽车已经由单纯的机械产品发展成为高级的机电一体化产品。汽车电子技术的迅猛发展极大地改善了汽车的各项性能。汽车电子控制技术重庆大学机械学院汽车系张伟2.汽车电子技术的发展概况现代汽车——“架在四个车轮上的计算机控制系统”(1)汽车电子技术发展简史在现代汽车上，电子技术的应用越来越广泛，涉及到发动机控制技术、底盘控制技术、车身控制技术、车辆行驶控制技术及信息通讯技术等方面。它的发展大致经历了三个大的阶段：第一阶段(20世纪60~70年代末)——电子化时期主要开发单独性的电子零部件，从而改善单个机械部件的性能。如整流器、调节器、晶体管无触点点火、闪光器、电子时钟等。汽车电子控制技术重庆大学机械学院汽车系张伟第二阶段(20世纪70~90年代初)——独立控制时期由于大规模集成电路、计算机技术和控制技术的发展，开发一些独立的控制系统，如发动机控制系统、ABS控制系统、安全气囊、巡航控制系统等。该阶段是汽车电子化快速发展的时期，各个单独系统的控制技术逐渐成熟。第三阶段(20世纪90年代至现在)——协调控制时期由于32位、64位微机的出现和控制技术的日趋成熟，同时汽车电子技术多学科交叉的特点更加明显，汽车电子系统的设计更加从整体的角度来考虑。开始广泛应用计算机网络与信息技术，使汽车更加自动化、智能化、并向汽车与社会环境的联结方向转移。年代项目第一代第二代第三代第四代~19701980~1990~2000~开发概念AdaptiveVehicle(GM)OSC(三菱)IVHSVICS,ITSPROMETHEUS,Convoy,ZEVElectronicshigh-techintegrationintelligent研究车型ESV,CVTFXV2,NeoX,HSCEVASV(96)LotusActiveSusFr/RrWSPlatoon批量生产车辆采用EFI,巡航控制,发动机-传动系综合控制空气悬架主动悬架R&P动力转向4WSARS(INVECS)4ABS4WDVSTRC(85)VehicleStabilityControl(96)自动导航背景(社会、技术)模拟&IC/数字&微电子LSI多重通讯多媒体排放法规安全标准改订PL法规汽车电子控制技术重庆大学机械学院汽车系张伟3.汽车电子技术的应用现状控制系统可分成四类：发动机控制系统、底盘控制系统、车身控制系统及信息与通讯系统。各个系统采用的电子技术如表1-1所示。(1)电子技术在发动机部分的应用①电子控制喷油装置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。汽车电子控制技术重庆大学机械学院汽车系张伟②电子点火装置(ESA)它由微机、传感器及其接口、执行机构等几部分构成。该装置可根据传感器送来的发动机各种参数进行运算、判断，然后进行点火时刻的调节、这样可以节约燃料、减少空气污染。此外，新型发动机电子控制装置还有自适应控制、智能控制及自诊断操作等。一般认为，发动机电子控制装置的节能效果在15％以上，而效果更明显的则是在环境保护方面。除此之外，在发动机部分利用电子技术的内容还有：废气再循环(EGR)、怠速控制(ISC)、电动油泵、发电机输出、冷却风扇、发动机排量、节气门正时、二次空气喷射、发动机增压、油汽蒸发及系统自我诊断功能等，它们在不同的车型上都或多或少地被应用。汽车电子控制技术重庆大学机械学院汽车系张伟(2)电子技术在底盘部分的应用①电控自动变速器(ECAT)ECAT可以根据发动机的载荷、转速、车速、制动器工作状态及驾驶员所控制的各种参数、经过计算机的计算、判断后自动地改变变速杆的位置，从而实现变速器换挡的最佳控制，即可得到最佳挡位和最佳换挡时间。它的优点是加速性能好、灵敏度高、能准确地反映行驶负荷和道路条件等。货车传动系的电子控制装置，能自动适应瞬时工况变化，保持发动机以尽可能低的转速工作。电子气动换挡装置是利用电子装置取代机械换挡杆及其与变速机构间的连接。并通过电磁阀及气动伺服阀汽缸来执行。它不仅能明显地简化汽车操纵，而且能实现最佳的行驶动力性和安全性。汽车电子控制技术重庆大学机械学院汽车系张伟②防抱死制动系统(ABS)该系统是一种开发时间最长、推广应用最为迅速的重要的安全性部件。它通过控制防止汽车制动时车轮的抱死来保证车轮与地面达到最佳滑动率(15％—20％)，从而使汽车在各种路面上制动时，车轮与地面都能达到纵向的峰值附着系数和较大的侧向附着系数，以保证车辆制动时不发生抱死拖滑、失去转向能力等不安全的工况、提高汽车的操纵稳定性和安全性，减小制动距离。驱动防滑系统(ASR)也叫做牵引力控制系统(TCS或TRC)，是ABS的完善和补充，它可以防止起动和加速时的驱动轮打滑，既有助于提高汽车加速时的牵引性能，又能改善其操作稳定性。汽车电子控制技术重庆大学机械学院汽车系张伟③电子转向助力系统电子转向助力系统是用一部直流电机代替传统的液压助力缸、用蓄电池和电动机提供动力。这种微机控制的转向助力系统和传统的液压助力系统比起来具有部件少、体积小、重量轻的特点，且不会发生漏油等问题。目前应用的有电子控制前轮、后轮及前后四轮转向系统。使用电控转向系可以获得最优化的转向作用力特性，最优化的转向回正特性，提高汽车的转向能力和转向响应特性，可以提高汽车低速时的机动性以及高速行驶时的稳定性。汽车电子控制技术重庆大学机械学院汽车系张伟④适时调节的自适应悬挂系统当汽车的载荷发生变化时，一般汽车的悬挂装置高度就会改变，当制动时前悬挂的高度会降低。转弯时内侧悬挂的高度会升高。这不仅影响到乘客的舒适性，还会影响操纵稳定性等。装用自适应悬挂系统后，则根据悬挂装置的瞬时负荷，自动地适时调节悬架弹簧的刚度和减震器的阻尼特性，以适应当时的负荷，保持悬挂的既定高度。这样就能够极大地改进车辆行驶的稳定性、操纵性和乘坐的舒适性。汽车电子控制技术重庆大学机械学院汽车系张伟⑤巡航控制系统(CCS)当汽车以高速长途行驶时，可用事先预定的车速行驶。装用常速巡行自动控制系统后，恒速行驶装置将根据行车阻力自动调整节气门开度，驾驶员不必经常踏油门以调整车速。若遇爬坡，车速有下降趋势，微机控制系统则自动加大节气门开度；在下坡时，又自动关小节气门开度，以调节发动机功率达到一定的转速。当驾驶员换低速挡或制动时，这种控制系统则会自动断开。汽车电子控制技术重庆大学机械学院汽车系张伟(3)电子技术在行驶安全方面的应用①安全气囊系统如果说ABS是汽车最重要的主动安全性部件，那么安全气囊就是最重要的被动安全性部件。安全气囊系统由触发装置、气体发生器和气囊三部分所组成，触发装置包括传感器、电子控制装置、储备电源和监控装置。电子控制系统接受加速度传感器发来的信号，并进行分析，以制定是否发生碰撞事故，然后，对气体发生器发出指令，由电流点燃气囊中的“药物”并吹胀气囊，整个操作时间约需0．03秒。触发装置中的监控装置可连续自监控，确保整个气囊系统在任何时候都处于准备工作状态。汽车电子控制技术重庆大学机械学院汽车系张伟②行驶动力学调节系统(FDR或VDC)这是一种新型的主动行驶安全性系统。用以取代现在汽车装用的ABS和ABS／ASR。行驶动力学调节系统的基本特点在于它不仅保持并改进了ABS和ABS／ASR的基本作用，即在制动和驱动加速过程中调节纵向力，而且还可以进行横向动力学的调节，从而在汽车的所有行驶工况下(如全部或部分制动、自由滚动、驱动、各向滑移、载荷变化等)，都可避免故障发生，实现汽车的安全操纵。汽车电子控制技术重庆大学机械学院汽车系张伟③防撞系统在汽车行驶的过程中，当两车间的距离减小到一定程度时，该系统会自动报警，若汽车继续行驶，则会在即将相撞的瞬间，自动控制汽车的制动系统将车辆停止。在某些车辆上，还会自动显示车后障碍物的距离，从而有效地防止倒车时发生碰撞事故。④安全带控制该装置在汽车发生任何碰撞的情况下，可以瞬间束紧安全带。在现代的智能汽车上，当ECU确认驾驶员和乘客将安全带正确使用时，发动机才能被起动。汽车电子控制技术重庆大学机械学院汽车系张伟⑤照明控制该系统可以在汽车前照灯照明的范围内，随着方向盘的转动而转动，并能够在汽车通过隧道时自动开启，在夜间会车时自动转换远近光以达到防眩目；还有的车在前照灯突然失效时能自动启动应急照明等。除此之外，像自动门窗装置、车门自动闭锁装置、防盗装置、车钥匙忘拔报警装置、语音开门装置、倒车雷达等各种各样的安全装置也在现代汽车上得到了广泛的应用。汽车电子控制技术重庆大学机械学院汽车系张伟(4)与乘坐舒适性有关的实用电子技术①全自动空调系统利用电子控制自动空气调节装置可对车厢内的温度预选、左右侧的不同温度、局部温度、厢内气流控制等作自动调节，从而大大提高乘员的舒适性。②自动座椅该装置是人体工程技术与电子技术结合的产物，它能够使座椅适应乘客的不同体型，以满足乘客乘坐的舒适性。汽车电子控制技术重庆大学机械学院汽车系张伟(5)车用信息系统中的电子新技术随着汽车电子化的发展，车辆行驶所需的信息量越来越大，需要采集的信息已经远远超过了最初的诸如车速、里程、水温、油压、气压等最基本的项目范围，而逐渐向全面反映车辆工况和行驶动态等功能发展，因此车辆的信息系统也日惭成为电子技术应用最密集的领域。它不仅涵盖了车辆基本操纵功能，而且逐渐延伸到车辆安全性、人车智能交流及人车与外界环境信息交流等方面。而现在汽车领域电子技术应用的最新成果和技术也是最多地应用于车辆的各系统的电子控制和信息的处理方面。汽车电子控制技术重庆大学机械学院汽车系张伟①车用导航系统可以根据驾驶员提供的目标资料，提供距离最短而且能绕开车辆密度较高的最佳行驶路线。它装有电子地图，可以显示出前方道路、并采用卫星导航。现在汽车导航图示仪已逐步演变成一个集安全、娱乐、导航为一体的综合系统，包括车载计算机、GPS接收机和竖立在汽车仪表板上的一个小屏幕显示器。当输入目的地后，就会显示最佳行车路线。行驶过程中，计算机不断发出指令，指导驾驶员正确驾驶，并通过卫星接收机，从全球定位卫星获取沿途天气、车流量、交通事故、交通堵塞等各种情况，并