5西交讲座-汽车电子与电力电子技术在其中的应用

汽车电子与电力电子技术在其中的应用汽车电子与电力电子技术在其中的应用报告人:卓放2007年12月8日目录目录1.汽车电子概述2.汽车电子的分类3.汽车电子的发展前景4.电动汽车5.汽车电力电子技术6.汽车电力电子技术面临的问题1.汽车电子概述1.汽车电子概述l汽车电子技术在汽车发展中的地位Ø汽车电子化被认为是汽车技术发展进程中的一次革命;Ø汽车电子化的程度被看作是衡量现代汽车水平的重要标志;Ø是用来开发新车型，改进汽车性能最重要的技术措施;Ø汽车制造商认为增加汽车电子设备的数量、促进汽车电子化是夺取未来汽车市场的重要的有效手段。1.汽车电子概述1.汽车电子概述l未来汽车电子设备装备示意图1.汽车电子概述1.汽车电子概述l据统计，从1989年至2000年，平均每辆车上电子装置在整个汽车制造成本中所占的比例由16％增至23％以上。一些豪华轿车上，使用单片微型计算机的数量已经达到48个，电子产品占到整车成本的50％以上，目前电子技术的应用几乎已经深入到汽车所有的系统；l21世纪汽车产品发展的趋势是:安全、节能、环保、舒适。现代生活中，汽车不仅仅是一种简单的代步工具，而更是生活及工作范围的一种延伸。1.汽车电子概述1.汽车电子概述l汽车电气系统的组成电源和用电设备两大部分。用电设备指点火﹑起动﹑信号照明﹑仪表和辅助电气装置等1.汽车电子概述1.汽车电子概述l汽车电路的结构特点总体上看汽车电路实行单线制的并联电路，但局部电路中仍然有串联、并联与混联电路。每条电路有自己的负载导线与控制开关或保险丝盒相连接。1.汽车电子概述1.汽车电子概述汽车电气线路示意图1.汽车电子概述1.汽车电子概述主要线路简介Ø起动线路(粗双线)：将大电流送给起动机Ø充电线路(细双线)：从交流发电机供电流给蓄电池。Ø点火线路(细双线)：联接点火线圈和分电器﹐产生高电压火花﹐以点燃汽油混合气。Ø其它线路(单细线)：由点火开关控制，也控制起动线路和向喇叭﹑照明﹑仪表﹑刮水器﹑收音机及暖风机等供电的主要线路。2.汽车电子的分类2.汽车电子的分类2.汽车电子的分类l电子助力转向系统l电子悬架控制系统l电子燃油喷射系统2.汽车电子产品分类2.汽车电子产品分类汽车电子控制装置电子助力转向电子控制悬架电子燃油喷射系统牵引力控制制动防抱死控制电子控制自动变速器防滑控制车载汽车电子装置汽车信息系统导航系统汽车音响及电视娱乐系统车载通信系统上网设备2.1电子助力转向系统2.1电子助力转向系统l电动助力转向系统是一种直接依靠电动机(左图)提供助力的转向系统;l这种转向系统省去了复杂的液压管路和储液罐等液压部件;l不采用发动机的动力作为动力源，而是依靠蓄电池作为动力源。2.1电子助力转向系统2.1电子助力转向系统我国动力转向系统目前绝大部分采用机械转向或液压助力转向,EPS的研究开发目前还处于起步阶段,其产品在2002年才有国内企业进行研制开发。目前,只有南摩股份有限公司(生产转向柱式的EPS产品)能小批量生产用于汽车装配,在昌河公司产的爱迪尔轿车、南京菲亚特公司产的新雅途轿车上使用。2006年1月9日，科技创新重大成就展在北京隆重举办，吉利集团带来了三项产品：JL—Z自动变速箱、智能电动助力转向装置(EPS)和JL4G18发动机。2.2电子控制悬架系统2.2电子控制悬架系统l系统的功能：通过控制调节悬架的刚度和阻尼力，使汽车的悬架特性与道路状况和行驶状态相适应。–车高调整–减振器阻尼力控制–弹簧刚度控制l传统的汽车悬架系统已不能满足人们的要求,人们希望汽车车身的高度、悬架的刚度、减振器的阻尼大小能随汽车载荷、行驶速度，以及路面状况等行驶条件的变化而自动调节电子悬架系统2.2电子控制悬架系统2.2电子控制悬架系统传感器：车高传感器、车速传感器、加速度传感器、转向盘转角传感器、节气门位置传感器l基本组成开关：模式选择开关、制动灯开关、停车开关、车门开关电子控制单元：ECU执行机构：可调阻尼力的减振器、可调节弹簧高度和弹性大小的弹性元件等l工作原理：车身状态传感器（加速度、位移及其他目标参数）计算机控制装置放大推动调节悬架参数的执行器（电磁阀、步近电机等）2.3电子燃油喷射系统2.3电子燃油喷射系统l汽油发动机燃料供给系统的化油器逐渐被电子控制燃油喷射系统所取代。l电子燃油喷射系统(简称EFI)就是用计算机控制燃油供应量的装置。lEFI和化油器的目的是一样的,都是根据空气进气量的不同而供给相应的燃油,但两者实现的方法不同.l化油器与EFI的主要区别:Ø化油器的供给系统是通过驾驶员的主观意识机械地运行;Ø电子控制燃油喷射系统是通过各种传感器的信号输入给电脑,再经过电脑计算后按照设定的控制程序,通过各种执行器控制喷油量、进气量、点火提前角等,从而控制发动机的运行。2.3电子燃油喷射系统2.3电子燃油喷射系统lEFI系统各部分的具体工作情况：Ø电子控制系统：接收信号，决定发动机所需要的喷油量；电脑控制喷油器打开的时间，使喷油器喷出符合规定的喷油量，达到最佳的空气燃油混比。Ø燃油系统：将燃油从燃油箱中以一定的压力输到喷油器。Ø进气系统：将空气经过空气流量计之后，再经过节气门而进入进气歧管，两者在进气歧管中混合进入气缸燃烧。lEFI系统有三部分组成：电子控制系统、燃料系统及进气系统3汽车电子的发展前景3汽车电子的发展前景汽车电子发展的新动向主动定速巡航控制低速追踪模式LDW离线报警系统磁力避震系统停车自动启动装置自动泊车系统l基本原理利用车头雷达监测与前车的距离，由驾驶者设置一个合适的车速，和前车之间合适的距离；距离太过接近时，系统会自动减速，并利用轻微的刹车来提示驾驶员注意；当与前车距离拉远时，汽车再自动加速达到预先设定的速度。整个过程完全自动，驾驶员只需要掌握好方向盘。主动定速巡航控制3汽车电子的发展前景3汽车电子的发展前景通过检测前车的镭射感测器，在低速行驶中自动平滑控制刹车系统，安全的自动跟踪其他车辆行驶。本功能适用于公路堵车情况下走走停停，不断踩油门和刹车的情况。低速追踪模式3汽车电子的发展前景3汽车电子的发展前景通过汽车前方的摄像头，自动识别出车道分界线，并设置自己所在的车道为正确车道，当偏离正确车道时，系统会报警提示。LDW离线报警系统3汽车电子的发展前景3汽车电子的发展前景当汽车时速低于6km/h时，引擎会自动熄火以降低排放。再次踩油门时，发动机会马上启动，并结合电控离合器，让汽车平稳启步。停车自动启动装置3汽车电子的发展前景3汽车电子的发展前景把车子以20km/h的速度开过要停靠的位置，根据车前后装载的六个传感器感应车与邻车以及墙壁的距离。此时方向盘自动控制倒车方向，慢慢调整车的位置到达最合适的停车位。自动泊车系统3汽车电子的发展前景3汽车电子的发展前景这种电子控制的磁流即时抗震装置是世界上反应最快的悬挂控制系统。它是减震液中的磁微粒在通过电磁而被瞬间激活，从而使减震液浓度提高，改变了减震阻力。起到避震的效果。磁力避震系统3汽车电子的发展前景3汽车电子的发展前景l一是功能集成化：如车身控制模块，将取代诸如中控门锁、防盗、雨刮、空调、座椅调节等单项控制系统；l二是数字化：用数字控制取代模拟控制；l三是多微处理器协同工作，以实现既有独立运行、又有协同功能的数据共享和灵活组成的优势；l四是无线与有线技术相结合，实现车内车外信息传输智能化、高速化；l五是硬件通用化、高速化，软件专业化，以软件功能提升硬件功能；l六是在开发流程上，由“底层向上”模式演变为“由上向下”模式，整车厂将掌握更大的主动权。3汽车电子的发展前景3汽车电子的发展前景4电动汽车4电动汽车4.1电动汽车概述4.2燃料电池汽车4.3混合动力汽车经过100多年的持续努力，燃油汽车技术日臻完善，性能愈加优良，给人们提供了极大的方便，为人类的现代文明作出了重大贡献。然而今天，燃油汽车遇到了地球环境和资源危机的双重压力，不得不接受电动车（ElectricVehicle简称EV）强有力的挑战。汽车技术的重大变革，必将引起世界的深刻变化，也将引起中国和世界制造业的巨大变化。4.1电动汽车概述4.1电动汽车概述据分析统计：2000年天然铀可以持续63年；石油可以维持46年；天然气可以维持56年；煤炭可以维持328年全球能源结构4.1电动汽车概述4.1电动汽车概述4.1电动汽车概述4.1电动汽车概述4.1电动汽车概述4.1电动汽车概述4.1电动汽车概述4.1电动汽车概述l资源和环境的可持续发展l电动汽车由电力驱动，行驶零排放（或低排放），维护方便，噪声比内燃机汽车低得多。发展电动汽车的意义电动汽车的发展现状4.1电动汽车概述4.1电动汽车概述电动车能量转换效率比内燃机汽车高得多，且使能源利用更加合理化、广泛化。文献[4]中指出：采用原油发电形式，由原油开采至最终变为燃油车辆有效运动动能的能量利用效率为12%，而电动车则为19%。能量转换效率由于电动车的结构比燃油汽车简单，除定期更换蓄电池外，很多部件是免维护的。同时，电动车由于使用电力，车内更加清洁、安静和舒适。另外，电动车在未来的智能交通系统中（ITS）显然比传统汽车有更大的优越性。使用维护6~8$/month耗电费电动车50~60$/month汽油费燃油汽车使用价格（美国加州）1/1.0~2.0燃油汽车/电动车车体价格经济性方面电动车与燃油车的比较4.1电动汽车概述4.1电动汽车概述电动汽车的分类l燃料电池电动FuelCellElectricVehiclel纯电动汽车BatteryElectricVehiclel混合动力电动汽HybridElectricVehicle4.1电动汽车概述4.1电动汽车概述燃料电池电动汽车4.1电动汽车概述4.1电动汽车概述4.2燃料电池汽车4.2燃料电池汽车燃料电池汽车是由电池和燃料电池提供动力的电力车辆。燃料电池把氢气和氧气转化成电能，它所产生的副产品只有水和热。它摒弃了复杂的变速箱等动力传动装置，4台由燃料电池驱动的电机直接同车轮相连推动汽车行走。4.2燃料电池电动汽车4.2燃料电池电动汽车Ø燃料电池产生一个较低的电压，经过电力电子变换器变换后可用于发电机。Ø二级电池是在燃料电池工作前使用的，为过渡状态提供电压。Ø反馈速度、电机转矩信号和驱动命令通过牵引控制器向燃料电池、DC/DC变换器和DC/AC变换器提供控制信号。4.2燃料电池电动汽车4.2燃料电池电动汽车l设计燃料电池电动汽车动力系统的主要问题是要把燃料电池产生的电能转换为各个不同系统都适用的能量。——DC/DC和DC/ACØDC/DC变换器：–功率:30~150kw,电压:100~350V–目标:升压，隔离–问题:1.成本2.效率3.电流纹波4.根据负载的变化稳定运行4.2燃料电池电动汽车4.2燃料电池电动汽车燃料电池汽车投入市场还需解决很多问题：1.车用燃料的备置、储存和分配环节都存在问题。2.电池系统性能有待提高，有小型化和轻型化的要求。3.成本过高现有50KW质子交换膜燃料电池发动机的成本为300美分/KW，是内燃机的10倍。4.3混合动力汽车4.3混合动力汽车混合动力电动汽车是同时采用了电动机和发动机作为其动力装置，通过先进的控制系统使两种动力装置有机协调配合，实现最佳能量分配，达到低能耗、低污染和高度自动化的新型汽车。4.3混合动力汽车4.3混合动力汽车根据发动机与电动机的不同组合工作方式，分为：Ø串联式混合动力系统Ø并联式混合动力系统Ø混联式混合动力系统串联式混合动力系统串联式混合动力系统J由于发动机与驱动车轮之间没有直接的机械连接,发动机不受汽车行驶工况影响,始终在最佳工作区稳定运行。L能量转化损失大机电能量转换效率低燃油利用率比较低利用发动机和发电机提供电能,电动机是唯一的驱动源。并联式混合动力系统并联式混合动力系统并联系统采用的是发动机与电动机驱动车轮，根据情况来运用这两个动力源。J发动机和电机可分开工作也可一起协调工作，应用范围广。J发动机与车轮之间没有串联发电机,提高了能量转化效率，结构紧凑。L系统复杂、工作模式较多混联式混合动力系统混联式混合动力系统J混联式