汽車電子新技術(shù)

1、汽車電子新技術(shù)重慶大學(xué)汽車系 張偉 汽車電子新技術(shù)汽車電子新技術(shù) 重慶大學(xué) 機械學(xué)院汽車系 張偉 2010年5月10日 汽車電子新技術(shù)重慶大學(xué)汽車系 張偉 一、概述 n汽車的電子化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化是現(xiàn)代汽車 發(fā)展的重要標(biāo)志，隨著消費者對汽車功能和 性能要求的日益提高，汽車正在逐漸由機械 系統(tǒng)向電子系統(tǒng)轉(zhuǎn)換，目前全球汽車電子產(chǎn) 業(yè)面臨著高速增長的機遇。 汽車電子新技術(shù)重慶大學(xué)汽車系 張偉 汽車電子新技術(shù)一覽 已介紹待介紹 發(fā)動機 EFI,EGR,EVAP,VVT,TSI, 變速器 ECT(AMT,EAT),CVT DCT 車輛 ABS,ASR,LSD,CCS, EPS,4WS,TEMS DBW,

2、CAN,GPS,EBS,E BD,ESP,EHB,OPDS 汽車電子新技術(shù)重慶大學(xué)汽車系 張偉 線控技術(shù)DBW n汽車的各種操縱系統(tǒng)正向電子化、自動化方 向發(fā)展，在未來的5l0年里，傳統(tǒng)的汽車 機械操縱系統(tǒng)將變成通過高速容錯通信總線 與高性能CPU相連的電氣系統(tǒng)。 n如汽車將采用電氣馬達和電控信號來實現(xiàn)線 控駕駛、線控制動、線控油門和線控懸架等， 采用這些線控系統(tǒng)將完全取代現(xiàn)有系統(tǒng)中的 液壓和機械控制。在新一代雅閣V6轎車上 采用的DBW就是新技術(shù)之一。 汽車電子新技術(shù)重慶大學(xué)汽車系 張偉 如 電控油門 n傳統(tǒng)的節(jié)氣門由踏板拉索直接控制發(fā)動機節(jié)氣門的開度， 從而決定加速或減速，駕駛員的動作與節(jié)

3、氣門動作之間是 通過拉索的機械作用聯(lián)系的。而DBW將這種機械聯(lián)系改為 電子聯(lián)系。仍然通過加速踏板控制拉索，拉索連接到節(jié)氣 門位置傳感器，傳感器將拉索的位置變化轉(zhuǎn)化為電信號傳 送ECU，ECU將信號經(jīng)過處理后通過節(jié)氣門執(zhí)行器模塊控制 節(jié)氣門的開度。也就是說駕駛員的動作與油門的動作之間 是通過電子元件的電信號聯(lián)系的。 n雖然DBW比傳統(tǒng)節(jié)氣門控制方式復(fù)雜，但油門的控制卻比 傳統(tǒng)方式精確，發(fā)動機能夠根據(jù)汽車的各種行駛信息，精 確調(diào)節(jié)進入汽缸的可燃混合氣，改善燃燒狀況，從而大大 提高了動力性和經(jīng)濟性。 n使用線控技術(shù)的優(yōu)點很多，如線控制動無需制動液，保護 生態(tài)，減少維護；質(zhì)量輕；性能高(響應(yīng)快)；制動

4、磨損最小 (向輪胎施力更均勻)；安裝測試更簡單快捷(模塊結(jié)構(gòu))；更 穩(wěn)固的電子接口；隔板間無機械聯(lián)系；簡單布置就能增加 電子控制功能；踏板特性一致；比液壓系統(tǒng)的元件更少等。 汽車電子新技術(shù)重慶大學(xué)汽車系 張偉 2. CAN總線網(wǎng)絡(luò) nCAN總線即控制器局域網(wǎng)(CAN-Controller Area Network)，屬于多路傳輸系統(tǒng)的一種，它是一種有 效支持分布式控制或?qū)崟r控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。用 以解決現(xiàn)代汽車中眾多電子裝置之間繁忙的信息交 換問題。 n汽車總線系統(tǒng)是通過某種通訊協(xié)議將汽車中各種電 控單元.智能傳感器和智能儀表等連接起來而構(gòu)成 汽車內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。汽車總線是在借鑒計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 和現(xiàn)

5、場總線技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。 汽車電子新技術(shù)重慶大學(xué)汽車系 張偉 車輛上引入總線網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點：車輛上引入總線網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點： 減少了線束的數(shù)量和線束的容積，提高了電子系統(tǒng) 的可靠性、可維護性； 采用通用傳感器，達到數(shù)據(jù)共享的目的； 改善了系統(tǒng)的靈活性，通過系統(tǒng)的軟件可以實現(xiàn)系 統(tǒng)功能的變化。 n從總線所實現(xiàn)的功能角度分，可分為兩類： n一類是控制策略驅(qū)動的總線，如SAE的J1850、德 國大眾的ABUS、博世的CAN、美國商用機器的 AutoCAN、ISO的VAN、馬自達的ALMNET等。 n另一類是以大量數(shù)據(jù)傳輸為目的的多媒體總線，如， IDB-C、IDB-1394、MOST、AMIC-C等。

6、汽車電子新技術(shù)重慶大學(xué)汽車系 張偉 主要汽車通訊協(xié)議主要汽車通訊協(xié)議 汽車電子新技術(shù)重慶大學(xué)汽車系 張偉 3. 汽車導(dǎo)航系統(tǒng)GPS nGPS為全球定位系統(tǒng)，裝有導(dǎo)航系統(tǒng)的汽車，在駕駛室內(nèi)有 一顯示屏。上面顯示著某個城市的交通圖(稱為電子地圖)， 以及當(dāng)時汽車在圖上所處的位置。如果駕駛員輸人目的地的 地名、在圖上的位置，那么圖上就會顯示一條從汽車所處位 置到目的地的最佳路線和行駛方向，引導(dǎo)汽車行駛，起到導(dǎo) 航作用。這樣，駕駛員可以安心地駕車到達陌生地區(qū)以及在 夜間安全行車。此外，GPS還能夠隨時告訴駕駛員當(dāng)時的交 通狀況，指出什么地方交通擁擠，什么地方車流暢通，以及 什么地方有空缺位置可以停車。

7、使駕駛員能繞過擁擠路段， 較快到達目的地，避免交通阻塞，提高綜合行車效率。 n整個導(dǎo)航系統(tǒng)由GPS導(dǎo)航、自律導(dǎo)航、地圖匹配器、信號處 理單元、存貯器、顯示器、傳感器等幾部分組成。GPS導(dǎo)航 由GPS天線和GPS接收機組成。 汽車電子新技術(shù)重慶大學(xué)汽車系 張偉 nGPS衛(wèi)星發(fā)射出電波發(fā)射時刻信息，而接收機可根據(jù)電波到 達的時刻，算出電波行走的時間。將這時間乘以電波傳播 速度就可以知道衛(wèi)星與接收機的距離，即衛(wèi)星與裝有該接 收機的汽車的距離。同時，各GPS衛(wèi)星的軌道位置也被發(fā)射 出去。因此，接收點位置可由以三個衛(wèi)星為中心的三個球 面交點求出，即可確定該車在電子地圖上的位置。 n當(dāng)汽車行駛在地下隧道、

8、密集森林、高層建筑群等接收不 到GPS信號時，汽車會進行自律導(dǎo)航。 nGPS導(dǎo)航和自律導(dǎo)航得到的汽車狀態(tài)及位置的一些信號要經(jīng) 過地圖匹配器處理后才能準確無誤地在電子地圖上顯示出 來。 n電子地圖是這樣制成的：首先利用城市航空測量拍到的全 貌照片，經(jīng)過實際調(diào)查、標(biāo)記、補充形成一張精確的地形 圖，它包括各城市道路交通圖、公路網(wǎng)及沿線地名。然后 將地形圖通過數(shù)字化儀、掃描儀，送人PC機中，并用專門 軟件進行數(shù)據(jù)采集和編輯處理，生成數(shù)字地形模型。再經(jīng) 疊加、分類、標(biāo)記形成一張電子地圖并制成只讀光盤。 汽車電子新技術(shù)重慶大學(xué)汽車系 張偉 n汽車導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展非常迅速，目前已有一些系 統(tǒng)上采用32位的CP

9、U嵌人實時操作的微處理單元， 便于高速行駛的汽車進行快速處理數(shù)據(jù)。激光技 術(shù)的應(yīng)用，產(chǎn)生大容量數(shù)字化視盤可以存貯更多 的信息。使用薄膜晶體管有源液晶顯示器可使圖 像更加清晰。 n汽車導(dǎo)航系統(tǒng)能實時提供自身位置和目的位置坐 標(biāo)、全部行駛的直線距離、時間、速度、前進方 向等。當(dāng)遇到道路阻塞、路段施工或走錯路等情 況，GPS能夠及時進行檢索，提供新路線。此外， 為了讓駕駛員事先了解行駛中路面情況，GPS還能 進行語音提示。若將汽車導(dǎo)航系統(tǒng)與其它部門進 行聯(lián)網(wǎng)，駕駛員能夠隨時獲得交通狀況的最新信 息，從而使汽車避開阻塞和擁擠路段，實現(xiàn)自動 道路選擇和無阻擋行駛。汽車導(dǎo)航的普及使用， 將會給2l世紀的城

10、市交通帶來新的面貌。 汽車電子新技術(shù)重慶大學(xué)汽車系 張偉 4. 汽車電控制動系統(tǒng)EBS n汽車電控制動系統(tǒng)EBS是在ABS的基礎(chǔ)上，用電子控制取 代傳統(tǒng)的機械傳動來控制制動系統(tǒng)，以達到良好的制動效 果，增加汽車制動安全性。汽車制動時，車輪的制動力與 地面附著系數(shù)有關(guān)，當(dāng)車輪滑移率處于18%左右時，地面 附著系數(shù)可以達到最大，此時的側(cè)向穩(wěn)定性也較好。當(dāng)車 輪完全抱死時，地面附著力有所下降，而側(cè)向穩(wěn)定性為零。 極易出現(xiàn)側(cè)滑和甩尾現(xiàn)象，容易造成事故。 nABS防抱死制動系統(tǒng)就是在汽車制動時，使車輪滑移率處 于附著系數(shù)最高點，即保證汽車獲得最大的附著力，同時 又能保持相應(yīng)的側(cè)向穩(wěn)定性。當(dāng)車輪將要抱死時

11、，ABS系 統(tǒng)發(fā)一信號給壓力調(diào)節(jié)器，以控制制動器的制動力，使制 動力停止增加。這時制動器中的制動液少量回流減壓，然 后又增壓，制動力增長，如此連續(xù)幾次達到最佳的制動效 果，可以達到l020次秒。 汽車電子新技術(shù)重慶大學(xué)汽車系 張偉 nEBS系統(tǒng)比ABS系統(tǒng)增加了各種傳感器，包括三維力傳感 器、制動器摩擦片磨損傳感器等。制動時，制動踏板位置 信號傳給電控單元，同時各力傳感器把載荷、地面附著力 和制動氣壓信號傳給電控單元，由電控單元自動調(diào)節(jié)制動 壓力，形成閉環(huán)控制。 n該系統(tǒng)用電子控制取代機械傳動，減少制動系統(tǒng)機械傳動 的滯后時，縮短制動距離， n在低強度時，使摩擦片磨損最??； n中等強度時，利用

12、ABS達到最佳的附著系數(shù)利用率； n高強度時，施加最大的制動壓力，從而獲得最佳的控制制 動力。 n摩擦磨損傳感器可以監(jiān)測得各制動片的摩擦情況，控制各 制動器壓力分配延長使用壽命。 nEBS系統(tǒng)可以與其它電子控制系統(tǒng)一起由一個電控單元進 行集中統(tǒng)一控制。實現(xiàn)各種不同要求的控制功能。 汽車電子新技術(shù)重慶大學(xué)汽車系 張偉 5. 電子制動力分配（EBD） nEBD的英文全稱是“Electric Brakeforce Disitribution”，漢意 是“電子制動力分配”。汽車制動時，如果四只輪胎附著地 面的條件不同，比如，左側(cè)輪附著在濕滑路面，而右側(cè)輪附 著于干燥路面，四個輪子與地面的摩擦力同，在制

13、動時(四 個輪子的制動力相同)就容易產(chǎn)生打滑、傾斜和側(cè)翻等現(xiàn)象。 nEBD的功能就是在汽車制動的瞬間，高速計算出四個輪胎由 于附著不同而導(dǎo)致的摩擦力數(shù)值，然后調(diào)整制動裝置，使其 按照設(shè)定的程序在運動中高速調(diào)整，達到制動力與摩擦力 (牽引力)的匹配，以保證車輛的平穩(wěn)和安全當(dāng)緊急剎車車輪 抱死的情況下，EBD在ABS動作之前就已經(jīng)平衡了每一個輪 的有效地面抓地力，可以防止出現(xiàn)甩尾和側(cè)移，并縮短汽車 制動距離。 nEBD實際上是ABS的輔助功能，它可以改善提高ABS的功效。 所以在安全指標(biāo)上，汽車的性能又多了”ABS+EBD”。 汽車電子新技術(shù)重慶大學(xué)汽車系 張偉 汽車電子新技術(shù)重慶大學(xué)汽車系 張偉

14、 6. 電控行駛平穩(wěn)系統(tǒng)ESP nESP是英文“Electronic Stability Program”的縮寫，中 文譯成“電控行駛平穩(wěn)系統(tǒng)”。這一組系統(tǒng)通常是支 援ABS及ASR的功能，是這兩種系統(tǒng)功能上的延伸因 此，ESP稱得上是當(dāng)前汽車防滑裝置的最高級形式。 它通過對從各傳感器傳來的車輛行駛狀態(tài)信息進行分 析。然后向ABS、ASR發(fā)出糾偏指令來幫助車輛維 持動態(tài)平衡，ESP可以使車輛在各種狀況下保持最佳 的穩(wěn)定性，在轉(zhuǎn)向過度或轉(zhuǎn)向不足的情形下效果更加 明顯。 nESP一般需要安裝轉(zhuǎn)向傳感器、車輪傳感器、側(cè)滑傳 感器、橫向加速度傳感器等。ESP可以監(jiān)控汽車行駛 狀態(tài)并自動向一個或多個車輪

15、施加制動力。以保持 車子在正常的車道上運行，甚至在某些情況下可以進 行每秒150次的制動。 汽車電子新技術(shù)重慶大學(xué)汽車系 張偉 ESP的類型 n目前ESP有3種類型：能向4個車輪獨立施加制動力 的四通道或四輪系統(tǒng)；能對兩個前輪獨立施加制 動力的雙通道系統(tǒng)；能對兩個前輪獨立施加制動 力和對后輪同時施加制動力的三通道系統(tǒng)。 n有ESP與只有ABS或ASR的汽車之間的差別在于 ABS或ASR只能被動地作出反應(yīng)而ESP最重要的 特點就是它的主動性，ESP能夠探測和分析車況并 糾正駕駛的錯誤，防患于未然。ESP對過度轉(zhuǎn)向或 不足轉(zhuǎn)向特別敏感例如汽車在路滑時左拐過度 轉(zhuǎn)向太急時會產(chǎn)生向右側(cè)甩尾傳感器感覺到

16、滑 動就會迅速制動右前輪使其恢復(fù)附著力，產(chǎn)生一 種相反的轉(zhuǎn)矩而使汽車保持在原來的車道上。 汽車電子新技術(shù)重慶大學(xué)汽車系 張偉 7.電子液壓制動系統(tǒng)EHB n當(dāng)前車輛對制動性能的要求越來越高，傳統(tǒng)制動 系統(tǒng)由于結(jié)構(gòu)和原理的限制在提高制動性能方面 潛力有限，EHB作為一種新型的制動系統(tǒng)彌補了 傳統(tǒng)制動系統(tǒng)的不足，可以很大限度地提高車輛 制動性能。 nEHB是一種線控制動(brake-by-wire)系統(tǒng)，它以電 子元件替代了部分機械元件，制動踏板不再與制 動輪缸直接相連，駕駛員操作由傳感器采集作為 控制意圖，完全由液壓執(zhí)行器來完成制動操作， 彌補了傳統(tǒng)制動系統(tǒng)設(shè)計和原理所導(dǎo)致的不足， 使制動控制得

17、到最大的自由度，從而充分利用路 面附著，提高制動效率。 汽車電子新技術(shù)重慶大學(xué)汽車系 張偉 8. 可變配氣相位(VVT) n傳統(tǒng)發(fā)動機凸輪配氣相位是通過各種不同配氣相位 的試驗，從中選取某一固定配氣相位兼顧其他工 況是發(fā)動機性能的一種折衷方案。因為其配氣相 位是固定的，無法在運行過程中進行調(diào)節(jié)，所以發(fā) 動機性能難以在各種工況下都達到最佳。由于環(huán)境 保護和人類可持續(xù)發(fā)展的要求，低能耗和低污染已 成為汽車發(fā)動機的發(fā)展方向要求發(fā)動機既要保證 良好的動力性，又要降低油耗滿足排放法規(guī)的規(guī)定。 n可變配氣相位(Variable Valve Timing簡稱VVT機構(gòu)) 能使氣門正時、氣門開啟持續(xù)時間及氣門

18、升程等參 數(shù)中的一個或多個隨發(fā)動機的工況變化實時進行調(diào) 節(jié)，從而獲得更好的燃油經(jīng)濟性，更優(yōu)異的扭矩和 功率特性，提高怠速穩(wěn)定性和降低排放。 汽車電子新技術(shù)重慶大學(xué)汽車系 張偉 可變配氣相位機構(gòu)的類型 n按結(jié)構(gòu)特點和驅(qū)動方式的不同，可分為凸輪驅(qū)動 機構(gòu)和無凸輪驅(qū)動機構(gòu)兩大類。 n凸輪驅(qū)動可變配氣相位機構(gòu)研究時間相對較長， 機構(gòu)相對簡單可靠，在汽車上已有應(yīng)用。 改變凸輪軸相角的可變配氣相位機構(gòu)； 變換凸輪型線的可變配氣相位機構(gòu) ； 改變凸輪與氣門之間聯(lián)結(jié)的可變配氣相位機構(gòu)。 n無凸輪驅(qū)動可變配氣相位機構(gòu)。 電磁驅(qū)動可變配氣相位機構(gòu) ； 電液驅(qū)動可變配氣相位機構(gòu) ； 電氣驅(qū)動可變配氣相位機構(gòu) 。 汽

19、車電子新技術(shù)重慶大學(xué)汽車系 張偉 9.乘員感知系統(tǒng)OPDS n本田第7代雅閣V6轎車裝備了前排側(cè)氣囊，因此在前排乘客座 相應(yīng)地配備了乘員感知系統(tǒng)。乘員感知系統(tǒng)的作用是，當(dāng)前 排座椅上坐著小孩或者小孩側(cè)著頭打瞌睡時，乘客座椅側(cè)氣 囊將自動關(guān)閉，從而減小側(cè)撞事故發(fā)生時安全氣囊對兒童的 傷害。 n那么安全氣囊是怎么知道這一切的呢?原來在乘客座椅內(nèi)暗藏 了7個傳感器，座椅靠背內(nèi)的6個傳感器負責(zé)觀察乘員的坐姿 高度，來判斷坐著的是兒童還是大人，或者飲料瓶等其它東 西；靠背側(cè)邊的一個傳感器則專門檢查兒童是不是側(cè)著頭打 瞌睡，判斷兒童的頭部是不是處于側(cè)氣囊展開的范圍內(nèi)。 nOPDS傳感器是根據(jù)乘員的導(dǎo)電體量

20、來做出這些判斷的，如果 乘員導(dǎo)電體量低于系統(tǒng)設(shè)定的臨界值，則OPDS系統(tǒng)認為坐著 的是兒童或兒童的頭部處于側(cè)氣囊引爆的范圍中，從而自動 關(guān)閉安全氣囊，同時儀表板上的“SIDE AIR BAGOFF”黃色指 示燈亮起，告訴駕駛員側(cè)安全氣囊已經(jīng)關(guān)閉。兒童就可以在 旅途中盡情地享受自己的夢鄉(xiāng)了。 汽車電子新技術(shù)重慶大學(xué)汽車系 張偉 10.TSI發(fā)動機 n以雙增壓為其最主要的特點，機械+渦輪+分層直噴=TSI。 TSI是Twincharger（渦輪增壓和機械增壓）和Fuel Stratified Injection（燃油分層直噴）三個關(guān)鍵特色的首字母縮寫。這 是一款雙增壓的燃油分層直噴發(fā)動機。 nTS

21、I是Turbo FSI的縮寫，T即渦輪增壓、S指分層、I代表直 噴。簡單來說，TSI是帶渦輪增壓的FSI。從技術(shù)上講TSI與 FSI是同一家族，缸內(nèi)直噴的工作原理相同，由于加入了增 壓技術(shù)，TSI比FSI更先進，屬于大功率、低轉(zhuǎn)速大扭矩的發(fā) 動機。 n直噴發(fā)動機的一個好處在于隔絕了已燃混合氣向氣缸壁和氣 缸蓋的散熱，從而降低了發(fā)動機的熱損耗。從表面來看， TSI發(fā)動機與FSI相比減少了一個字母“F”，但名字的改變沒 有令其本質(zhì)發(fā)生變化，加入增壓器后與普通直噴技術(shù)相比， TSI發(fā)動機擁有更小的體積和更出色的動力表現(xiàn)和節(jié)油優(yōu)勢。 汽車電子新技術(shù)重慶大學(xué)汽車系 張偉 汽車電子新技術(shù)重慶大學(xué)汽車系 張

22、偉 技術(shù)要點及優(yōu)勢 n渦輪增壓的特性是利用排放廢氣，裝置本身基本不消耗發(fā)動機動力，增 加進氣效率提高動力；但是缺點是通常要發(fā)動機超過2000轉(zhuǎn)后才介入， 不利于起步加速，渦輪的慣性讓加速還有一個響應(yīng)時間的延遲。 n機械增壓優(yōu)點是發(fā)動起啟動運轉(zhuǎn)就開始介入，起步加速有力，沒有渦輪 的工作延遲，即時響應(yīng)。缺點是通過發(fā)動機的動力輸出來讓增壓器工作， 消耗部分發(fā)動機動力。 nTSI燃油直噴技術(shù)在同等排量下實現(xiàn)了發(fā)動機動力性和燃油經(jīng)濟性的完美 結(jié)合，是當(dāng)今汽車工業(yè)發(fā)動機技術(shù)中最為成熟、最先進的燃油直噴技術(shù)， 并引領(lǐng)了汽油發(fā)動機的發(fā)展趨勢。 n將燃油直接噴射入氣缸的TSI發(fā)動機相比將燃油噴射至進氣歧管的傳統(tǒng)

23、發(fā) 動機，其優(yōu)勢在于： n發(fā)動機控制策略采用基于扭矩控制； n增壓器在發(fā)動機停止后有獨立冷卻系統(tǒng)； n具有電子超速回流控制，防止增壓器； n連續(xù)可變進氣配氣相位（曲軸轉(zhuǎn)角60），令油耗降低，提高功率； n鏈條傳動。壽命長，終身免換，可靠性遠遠高于以前的齒帶傳動。 汽車電子新技術(shù)重慶大學(xué)汽車系 張偉 TSI發(fā)動機的關(guān)鍵組件 n為該技術(shù)專門設(shè)計的、單活塞高壓泵的共軌高壓 噴射系統(tǒng)，負責(zé)提供充足的燃料，保證系統(tǒng)達到 所需要的壓力狀態(tài)； n全新設(shè)計的每氣缸配有4氣門的新氣缸蓋，氣門由 凸輪滾子從動件驅(qū)動； n可持續(xù)控制進氣的燃燒進程； n排氣循環(huán)回收系統(tǒng)； n改進的排氣控制系統(tǒng)，帶有NOx存儲型催化式

24、排 氣凈化器和NOx感應(yīng)器，現(xiàn)在低硫汽油的供應(yīng)日 益普及，發(fā)動機全面節(jié)油的潛力逐漸得以實現(xiàn)。 汽車電子新技術(shù)重慶大學(xué)汽車系 張偉 TSI發(fā)動機與傳統(tǒng)發(fā)動機的區(qū)別 nTSI發(fā)動機配備了按需控制的燃油供給系統(tǒng)，每缸四氣門，可變進氣歧管 以及進排氣凸輪軸連續(xù)可調(diào)裝置，汽油被直接噴入燃燒室，單活塞高壓 泵的共軌高壓噴射系統(tǒng)負責(zé)提供精確的燃料，形成30到100bar之間的工 作壓力。同時，燃料室的幾何設(shè)計以及毫秒級精確計算注入汽油量的功 能大大提高了其壓縮比，這也是高效發(fā)動機的必要條件。在進氣道方面， 由電子系統(tǒng)控制所需的空氣流量，實現(xiàn)了無節(jié)流變質(zhì)調(diào)節(jié)，提高了充氣 效率，從而獲得更高的升功率，而發(fā)動機的

25、動態(tài)響應(yīng)也變得更為直接。 n推動這種進步的主要因素是部分負荷狀態(tài)下的分層進氣原理。直噴式汽 油發(fā)動機采用類似于柴油發(fā)動機的供油技術(shù)，通過一個活塞泵提供所需 的100bar以上的壓力，將汽油提供給位于氣缸內(nèi)的電磁噴射器。噴油嘴 將噴射時間控制在千分之一秒內(nèi)，將燃料在最恰當(dāng)?shù)臅r間直接注入燃燒 室，通過對燃燒室內(nèi)部形狀的設(shè)計，讓混合氣能產(chǎn)生較強的渦流使空氣 和汽油充分混合。然后使火花塞周圍區(qū)域能有較濃的混合氣，其他周邊 區(qū)域有較稀的混合氣，保證了在順利點火的情況下盡可能的實現(xiàn)稀薄燃 燒。這就是分層燃燒的精髓所在。 汽車電子新技術(shù)重慶大學(xué)汽車系 張偉 n兩者的結(jié)合改善了起步加速，也具有充足的 后勁，相

26、對來說動力損耗減低到最小。 n直噴發(fā)動機的一個好處在于隔絕了已燃混合 氣向氣缸壁和氣缸蓋的散熱，從而降低了發(fā) 動機的熱損耗。從表面來看，TSI發(fā)動機與 FSI相比減少了一個字母“F”，但名字的改 變沒有令其本質(zhì)發(fā)生變化，加入增壓器后與 普通直噴技術(shù)相比，TSI發(fā)動機擁有更小的 體積和更出色的動力表現(xiàn)和節(jié)油優(yōu)勢。 n但是TSI發(fā)動機因為油品質(zhì)量的原因在國內(nèi) 不適用,TSI發(fā)動機要有非常純凈的汽油才可 以發(fā)揮最大功效。 汽車電子新技術(shù)重慶大學(xué)汽車系 張偉 11. DCT雙離合器變速箱 n即雙離合器式自動變速傳動（Dual Clutch Transmission） 由于它既繼承了ATM和手動變速器的

27、結(jié)構(gòu)簡單、安裝空間 緊湊、重量輕、傳動效率高、制造成本低等許多優(yōu)點，又 融合AT不間斷動力、迅速平穩(wěn)換擋的良好特點，很快便成 了業(yè)界研究開發(fā)的新熱點。 nDCT中的兩付離合器與二根輸入軸相連，如果離合器1通過 實心軸與擋位1、3、5相連，那么離合器2則通過空心軸與 擋位2、4、6和倒擋相連。換擋和離合操作都是通過一集 成電子和液壓元件的機械電子模塊來實現(xiàn)。而不再通過離 合器踏板操作。駕駛員可以手動換擋或?qū)⒆兯贄U處于全自 動D擋（舒適型，在發(fā)動機低速運行時換擋）或S擋（任務(wù) 型，在發(fā)動機高速運行時換擋）模式。 汽車電子新技術(shù)重慶大學(xué)汽車系 張偉 汽車電子新技術(shù)重慶大學(xué)汽車系 張偉 汽車電子新技術(shù)

28、重慶大學(xué)汽車系 張偉 二、線控技術(shù) n線控技術(shù)已經(jīng)被廣泛用于航空業(yè)，用線控制系統(tǒng)來取代傳統(tǒng) 的液壓和機械系統(tǒng)已經(jīng)成為技術(shù)發(fā)展的趨勢，采用線控技術(shù) 的制動系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)有望在未來汽車上率先獲 得應(yīng)用。國外GM、DELPHI、KOYO、TRW、BENZ等公司已 運用線控技術(shù)開發(fā)了概念車。 n汽車電子中各種線控制系統(tǒng)或線驅(qū)動系統(tǒng)將迅速發(fā)展，汽車 用線控技術(shù)將在今后數(shù)年中大量出現(xiàn)，如線控制動(brake by-wire)、線控轉(zhuǎn)向(steer by-wire)、線控油門(throttle by- wire)、線控懸架(suspension by-wire)等正在加緊研究開發(fā)。 當(dāng)線控這一目標(biāo)

29、實現(xiàn)時，汽車將是一種完全的高新技術(shù)產(chǎn)品， 發(fā)動機、變速器、傳動軸、驅(qū)動橋、轉(zhuǎn)向機全都不見了。汽 車可以說是一臺裝在輪子上的計算機。 汽車電子新技術(shù)重慶大學(xué)汽車系 張偉 1. 線控技術(shù)簡介 n1.1線控技術(shù)的結(jié)構(gòu)原理 n線控技術(shù)(by-wire)，就是由“電線”或者電信號實現(xiàn)傳遞控 制，而不是通過機械連接裝置來操作的。 n線控技術(shù)是在控制單元和執(zhí)行器之間用電子裝置取代傳統(tǒng)的 機械連接裝置或液壓連接裝置，由電線取代機械傳動部件， 取消了機械結(jié)構(gòu)，賦予汽車設(shè)計新的空間。 n線控系統(tǒng)需要高性能的控制器，比如由Freescale半導(dǎo)體公司 提供的MPC500MPC5500系列微處理器。還需要有精確高 速

30、的通訊協(xié)議網(wǎng)絡(luò)、容錯技術(shù)和分配獨立處理功能的模塊。 n線控系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)原理是：駕駛員的操縱指令通過人機接 口轉(zhuǎn)換為電信號傳到執(zhí)行機構(gòu)，控制執(zhí)行機構(gòu)的動作；傳感 器感知功能裝置的狀態(tài)，通過電信號傳給人機接口，反饋給 駕駛員，如圖1所示。 汽車電子新技術(shù)重慶大學(xué)汽車系 張偉 線控系統(tǒng)在人機接口通訊、執(zhí)行機構(gòu)和傳感機構(gòu)之間，以及 與其他的系統(tǒng)之間要進行大量的信息傳輸，要求網(wǎng)絡(luò)的實時 性好、可靠性高，而且要求具有冗余的“功能實現(xiàn)”，以保 證在故障時仍可實現(xiàn)裝置的基本功能。 汽車電子新技術(shù)重慶大學(xué)汽車系 張偉 1.2 線控技術(shù)的特點 1.2.1線控技術(shù)的優(yōu)點線控技術(shù)的優(yōu)點 a省力，人們可以不用直接操作

31、機械力。 b由于操縱控制通過駕駛員的手完成，不需要轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向柱 和腳踏板，這樣就減少了正面碰撞時的潛在危險性，改善了 汽車的安全性和舒適性。并為汽車設(shè)計提供了更大的空間。 c便于實現(xiàn)個性化設(shè)計，由于駕駛特性如制動、轉(zhuǎn)向、加速等 過程都是程序設(shè)定的，設(shè)計師可設(shè)計不同的程序供用戶選擇。 d比質(zhì)量輕，性能高(響應(yīng)快)。線控系統(tǒng)取消了許多機械連接 裝置、液壓裝置和氣壓裝置，簡化了結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝，便于 實現(xiàn)汽車輕量化。 e維護用品可大大減小，減少維護費用。取消機械和液壓連接 可減少車身質(zhì)量并簡化維護工作，可能磨損的部件更少了。 f可以將汽車的車內(nèi)娛樂裝置也集成到網(wǎng)絡(luò)之中，使得汽車導(dǎo) 航和自動駕駛成為可

32、能，整個汽車就是一個完整的電路整體。 g安裝測試簡單快捷，更穩(wěn)固的電子接口(模塊結(jié)構(gòu))，隔板間 無機械連接，簡單布置就能增加電子控制功能。 汽車電子新技術(shù)重慶大學(xué)汽車系 張偉 1.2.2 線控技術(shù)的缺點 n電子設(shè)備還相當(dāng)?shù)牟豢煽侩姶鸥蓴_、器 件失效、軟件程序的設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)攻擊等等。 一旦電路失效而沒有機械冗余就會導(dǎo)致災(zāi)難 性的后果轉(zhuǎn)向失靈、油門難以控制和不 能制動,所以線控技術(shù)研究的重點應(yīng)該是系 統(tǒng)的可靠性和安全性。 汽車電子新技術(shù)重慶大學(xué)汽車系 張偉 2. 線控技術(shù)在汽車上的運用 2.1線控制動線控制動(brake bywire) n線控制動系統(tǒng)由實現(xiàn)電子化的供能裝置、控制裝置、傳動裝 置、制

33、動器4個部分組成。ECU(電控單元)對制動系統(tǒng)進行整 體控制，采用全新的電子制動器，每個制動器有各自的控制 單元。機械連接逐漸減少，制動踏板和制動器之間的動力傳 遞分離開，取而代之的是電線連接，電線傳遞能量，數(shù)據(jù)線 傳遞信號。線控制動是自ABS在汽車上得到廣泛應(yīng)用以來制 動系統(tǒng)的又一次飛躍式發(fā)展。 n目前線控制動系統(tǒng)分為2種類型：一種是電液制動系統(tǒng)EHB (Electronic-hydraulic Brake)，另一種是電子機械制動系統(tǒng) EMB (Electronic-Mechanical Brake)。 n電液制動系統(tǒng)是將電子與液壓系統(tǒng)相結(jié)合，由電子系統(tǒng)控制， 液壓系統(tǒng)提供動力；電子機械制動

34、系統(tǒng)則用電線取代傳統(tǒng)制 動系統(tǒng)中的空氣或制動液等傳力介質(zhì)，電制動器取代傳統(tǒng)制 動器，電子機械制動系統(tǒng)是未來制動系統(tǒng)的發(fā)展方向。 汽車電子新技術(shù)重慶大學(xué)汽車系 張偉 n線控制動系統(tǒng)的共同特 點是都具有踏板轉(zhuǎn)角與 踏板力可按比例調(diào)控的 電子踏板；具有控制制 動力矩與踏板轉(zhuǎn)角相對 應(yīng)的程序控制單元；程 序控制單元可基于其他 傳感器或控制器的輸入 信號實現(xiàn)主動制動及其 它功能。電子機械制動 系統(tǒng)與傳統(tǒng)制動系統(tǒng)的 對比如圖2所示。 汽車電子新技術(shù)重慶大學(xué)汽車系 張偉 2.1.1 線控制動的優(yōu)點 n線控制動目前處于向汽車領(lǐng)域應(yīng)用的研究和改進階段，隨著 技術(shù)進步，各種問題會逐步得到解決，線控制動系統(tǒng)最終會

35、取代傳統(tǒng)的以液壓為主的制動控制系統(tǒng)以及電液復(fù)合制動系 統(tǒng)。 a結(jié)構(gòu)簡單，系統(tǒng)質(zhì)量比傳統(tǒng)制動系統(tǒng)減少很多，從而減少了 整車質(zhì)量。 b制動響應(yīng)時間短，提高了制動性能，縮短了制動距離。 c系統(tǒng)不需要制動液，維護容易、簡單，采用電線連接，系統(tǒng) 的耐久性能良好。 d系統(tǒng)總成的制造、裝配、調(diào)試、標(biāo)定更快，易于采用模塊化 結(jié)構(gòu)。 e已經(jīng)開發(fā)出具有容錯功能的適用于汽車的網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議，如 TTPC，F(xiàn)lex Ray等通訊協(xié)議可以應(yīng)用到線控制動系統(tǒng)中。 f易于進行改進和增加功能，可以并入汽車CAN通訊網(wǎng)絡(luò)進行 集中管理和共享信息。 汽車電子新技術(shù)重慶大學(xué)汽車系 張偉 2.1.2 線控制動需面對的問題 n線控制動技

36、術(shù)為將來的智能化車輛提供了條件。基于現(xiàn)在的 技術(shù)條件，要全面應(yīng)用線控制動，還有很多問題需要面對。 a驅(qū)動能源問題。采用線控制動需要較多的電能，目前12V的 汽車電源無法提供足夠大的能量，未來的汽車電源系統(tǒng)需采 用高壓電源(如42V電源系統(tǒng))，加大能源供應(yīng)，以滿足各系統(tǒng) 能量的需求，同時需解決好高壓電源的安全問題。 b設(shè)計制動系統(tǒng)時必須考慮制動系統(tǒng)的失效問題。不論是ECU、 傳感器、制動器本身、線束失效，都應(yīng)能使制動系統(tǒng)保證制 動的基本性能，除了ECU可以采用冗余設(shè)計外，實現(xiàn)線控制 動的一個關(guān)鍵技術(shù)是制動系統(tǒng)失效時的信息通訊協(xié)議，如 TTPC等的研究應(yīng)用。 c實現(xiàn)線控制動系統(tǒng)和汽車底盤其他控制系

37、統(tǒng)的集成，仍有待 研究。 d成本比原有液壓制動系統(tǒng)高，提高線控制動系統(tǒng)的性價比也 是需要解決的問題。 汽車電子新技術(shù)重慶大學(xué)汽車系 張偉 2.1.3 線控制動的應(yīng)用 n隨著技術(shù)的進步，上述的各種問題會逐步得到解決。 n戴姆勒一克萊斯勒汽車公司已經(jīng)把一種線控制動系統(tǒng)測 控一體化制動系統(tǒng)安裝在奔馳乘用車上，它是一種功能強大 的機電一體化的系統(tǒng)。在汽車運行中，系統(tǒng)感知制動踏板的 動作，并把相關(guān)信息傳遞給控制單元，控制單元發(fā)出指令給 執(zhí)行器，執(zhí)行器控制各個車輪的制動，它可以根據(jù)制動踏板 的加速度來識別是否是緊急制動，并做出迅速反應(yīng)，縮短制 動距離，這種系統(tǒng)會增加駕駛員的安全感和舒適感，使停車 過程平順

38、。 n不久的將來會有更多的線控制動系統(tǒng)得到應(yīng)用，很多汽車和 零部件廠商都進行了線控制動系統(tǒng)的研究和推廣，博世、西 門子、特維斯等公司已經(jīng)研制出一些試驗成果，線控制動系 統(tǒng)必將取代傳統(tǒng)制動系統(tǒng)，汽車底盤進一步一體化、集成化， 制動系統(tǒng)性能也會發(fā)生質(zhì)的飛躍。 汽車電子新技術(shù)重慶大學(xué)汽車系 張偉 2.2 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng) n線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)簡稱SBW(Steering By Wire System)，它由具 有容錯功能的網(wǎng)絡(luò)相連接的控制單元、執(zhí)行器、傳感器和冗 余電控單元組成，如圖3所示，取消了轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向輪之間 的機械連接，完全由電實現(xiàn)轉(zhuǎn)向，擺脫了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的各 種限制。不但可以自由設(shè)計汽車轉(zhuǎn)向的力傳遞

39、特性，而且可 以設(shè)計汽車轉(zhuǎn)向的角傳遞特性，給汽車轉(zhuǎn)向特性的設(shè)計帶來 無限的空間。駕駛員操作轉(zhuǎn)向盤時，轉(zhuǎn)向盤傳感器檢測駕駛 員的轉(zhuǎn)向數(shù)據(jù)(橫擺角傳感器、攝像機等)，向轉(zhuǎn)向輔助系統(tǒng) ECU提供環(huán)境檢測數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)向數(shù)據(jù)和環(huán)境檢測數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò) 總線實時傳送給電子控制單元ECU，ECU按照駕駛員的轉(zhuǎn)向 數(shù)據(jù)和環(huán)境檢測數(shù)據(jù)，控制轉(zhuǎn)向執(zhí)行器動作實現(xiàn)轉(zhuǎn)向，并將 車輪的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)矩和路感等反饋給駕駛員。為確保轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 安全可靠，系統(tǒng)設(shè)置了冗余電控單元，在緊急情況下，系統(tǒng) 會忽略錯誤信息，使車輛安全平穩(wěn)地運行。 汽車電子新技術(shù)重慶大學(xué)汽車系 張偉 汽車電子新技術(shù)重慶大學(xué)汽車系 張偉 汽車電子新技術(shù)重慶大學(xué)汽車系 張偉

40、 2.2.1 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)優(yōu)點 n線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能滿足環(huán)保、節(jié)能和安全的汽車工業(yè)發(fā)展方向，是整個汽車智 能化和自動化的線控技術(shù)的一個分支，具有良好的商業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化的市場前 景。其優(yōu)點主要有以下幾點。 a改善了安全性。取消了轉(zhuǎn)向柱等機械連接，避免了撞車事故中轉(zhuǎn)向柱對駕駛 員的傷害；電控單元根據(jù)汽車的行駛狀態(tài)對駕駛員的操作做出相應(yīng)的調(diào)整， 當(dāng)汽車運行在非正常工況時，能夠自動對汽車進行穩(wěn)定控制。 b提高了舒適性。由于取消了機械結(jié)構(gòu)連接，駕駛員的腿部活動空間明顯增大， 而且地面的不平和轉(zhuǎn)向輪的不平衡不會傳遞到轉(zhuǎn)向軸上，從而減緩了駕駛員 的疲勞。 c經(jīng)濟性好。取消了轉(zhuǎn)向柱等機械連接，減輕了轉(zhuǎn)向機械結(jié)構(gòu)的質(zhì)

41、量，降低了 汽車零部件的制造成本，改善了整車燃油經(jīng)濟性。 d操縱穩(wěn)定性好。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)改善了傳統(tǒng)汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不能解決的汽車轉(zhuǎn)向 過程中轉(zhuǎn)向力和轉(zhuǎn)向響應(yīng)時間的矛盾，使得轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向盤同步工作，控 制更加靈敏；具有變傳動比特點的線控系統(tǒng)，克服了傳統(tǒng)的固定轉(zhuǎn)向角傳動 比所帶來的轉(zhuǎn)向特性隨著汽車行駛姿態(tài)的不同而變化的缺點；通過優(yōu)化控制 穩(wěn)定性因數(shù)，能提高整車的操縱穩(wěn)定性。 e個性化的設(shè)置?？梢愿鶕?jù)駕駛員的要求設(shè)置轉(zhuǎn)向傳動比和轉(zhuǎn)向盤反饋力矩H， 以滿足不同駕駛員的要求和適應(yīng)不同的駕駛環(huán)境，與轉(zhuǎn)向相關(guān)的駕駛行為都 可以通過軟件來設(shè)置與實現(xiàn)。 汽車電子新技術(shù)重慶大學(xué)汽車系 張偉 2.2.2 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)

42、用 n2005年12月6-9日，2005上海國際汽車零部件及 汽車用品展覽會在上海國際展覽中心舉行，同濟 大學(xué)自主研發(fā)的“春暉三號一嘉樂”微型電動轎 車在展會中亮相?！按簳熑栆患螛贰笨崴萍讱?蟲，其最大亮點就是采用了線控轉(zhuǎn)向技術(shù)。屬于 線控轉(zhuǎn)向四輪驅(qū)動的微型概念車。 n863計劃電動汽車專項首席科學(xué)家、同濟大學(xué)校長 萬鋼教授領(lǐng)銜研發(fā)了“線控轉(zhuǎn)向四輪驅(qū)動微電動 轎車技術(shù)”汽車。汽車的4個車輪邊上各有一個輪 轂電機，通過線傳電控技術(shù)控制車輪的轉(zhuǎn)向和車 速，提高了整車的主動安全性和操縱穩(wěn)定性。同 時，該車采用了高能蓄電池和小型氫燃料電池的 混合動力，凸顯出環(huán)保、節(jié)能的理念。 汽車電子新技術(shù)重慶大學(xué)

43、汽車系 張偉 2.3 線控油門(throttle by-wire) n線控油門，也稱為電控油門，即發(fā)動機的油門是通過電子 控制的。傳統(tǒng)的油門控制方式是駕駛員通過踩油門踏板， 由油門拉桿直接控制發(fā)動機油門的開合程度，從而決定加 速或減速，駕駛員的動作與油門動作之間是通過拉桿的機 械作用連接的。而線控油門用電子連接代替機械連接，駕 駛員仍然通過踩油門踏板控制拉桿，拉桿不是直接連接到 油門，而足連著一個油門踏板位置傳感器，傳感器將拉桿 的位置變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘杺魉椭疗嚨碾娮涌刂茊卧?，?子控制單元將采集到的相關(guān)傳感器信號經(jīng)過處理后發(fā)送指 令至油門執(zhí)行器控制模塊，油門執(zhí)行器控制模塊再發(fā)送信 號給油門執(zhí)

44、行器，從而控制油門的開合程度。也就是說駕 駛員的動作與油門的動作之閉足通過電子元件的電信號連 接的。線控油門比傳統(tǒng)油門控制方式精確，發(fā)動機能夠根 據(jù)汽車的各種行駛信息，精確調(diào)節(jié)進入氣缸的燃油空氣混 合氣，改善發(fā)動機的燃燒狀況，從而大大提高了汽車的動 力性和經(jīng)濟性。 汽車電子新技術(shù)重慶大學(xué)汽車系 張偉 汽車電子新技術(shù)重慶大學(xué)汽車系 張偉 汽車電子新技術(shù)重慶大學(xué)汽車系 張偉 汽車電子新技術(shù)重慶大學(xué)汽車系 張偉 n豐田在LS430上采用了全電子的線控油門系統(tǒng)，如圖4所示。 系統(tǒng)有2個加速踏板位置傳感器，都發(fā)送數(shù)據(jù)給發(fā)動機控制單 元ECM，如果其中一個沒有信號，汽車仍能行駛，同時發(fā)動 機報警燈點亮；如

45、果2個都沒有信號，則發(fā)動機工作在怠速狀 態(tài)。線控油門系統(tǒng)根據(jù)駕駛員的動作，分析駕駛員的意圖， 精確地控制油門，增加了駕駛穩(wěn)定性和動力經(jīng)濟性。 汽車電子新技術(shù)重慶大學(xué)汽車系 張偉 n在新一代雅閣V6轎車的2.4L和3.0L發(fā)動機上就采用 了線控油門的新技術(shù)。通過傳感器監(jiān)測油門踏板位 置，ECU對動力進行控制。其優(yōu)點是改善的平順性、 經(jīng)濟性，缺點是稍有滯后。此外由線控技術(shù)帶來的 另一個好處是巡航功能，其控制鍵被集成在轉(zhuǎn)向盤 上，攜作簡單便捷。 n本田汽車公司Civic系列采用了1臺1.8l i-VTEC 四氣缸發(fā)動機，能夠發(fā)出103kW的最大功率 峰值轉(zhuǎn)矩可以達到174Nm，幾乎超過了所有 自然趔

46、氣式同排量的國產(chǎn)車型。這臺發(fā)動機 應(yīng)用了本田埽新的i-VTEC技術(shù)，配以采用線 控技術(shù)的節(jié)氣門，夠非常有效地提高燃油經(jīng) 濟性，降低有害物的捌放。而且進氣效率和 壓縮比都進一步提高，造就了強大的輸出功 率。 汽車電子新技術(shù)重慶大學(xué)汽車系 張偉 2.4 燃料電池線控汽車通用HY nHY線控汽車一改傳統(tǒng)機械連桿的傳動方式采用 電子信號來操縱油門、制動和轉(zhuǎn)向機構(gòu)。取了傳 統(tǒng)的轉(zhuǎn)向盤、油門、制動踏板，所有的操作都集 中在一個手柄上，駕駛員可以用一只手完成所確 的操作。當(dāng)駕駛員要加速或減速時，可以向左或 者向右推動手柄；制動按鈕也安裝在這個手柄上， 要制動時按一下制動按鈕；當(dāng)轉(zhuǎn)彎時，駕駛員只 需向上或者向

47、下推動手柄。 n電子線控裝置構(gòu)成了一套操作靈活方便的控制單 元，這一套控制單元被稱為“X-drive”。它取代了 傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向盤等，使得駕駛員用一只手就可以完 成所有的加速、減速(制動)、轉(zhuǎn)彎等操作。 汽車電子新技術(shù)重慶大學(xué)汽車系 張偉 3. 汽車線控技術(shù)的應(yīng)用前景 n在國內(nèi)，除了同濟大學(xué)研究完成的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)外，由北京 理工大學(xué)完成的“一種電動車輛動力系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)產(chǎn)品及其 應(yīng)用”獲得了2004年度國家技術(shù)發(fā)明獎。其中的一項技術(shù)就 是利用線控同步換檔和行星傳動技術(shù)，取消了主離合器，簡 化了換檔機構(gòu)，研制了一種結(jié)構(gòu)簡單、性能匹配優(yōu)良的線控 行星變速器。 n線控技術(shù)研究的難點在于高性能控制器的研制，

48、要求在整個 系統(tǒng)中有精確高速的通訊協(xié)議網(wǎng)絡(luò)，使控制中心和執(zhí)行器之 間能完全協(xié)調(diào)、匹配工作；而且需要高效的容錯技術(shù)，使得 系統(tǒng)出現(xiàn)故障時能夠保障一定的安全，即系統(tǒng)有好的可靠性。 n目前線控技術(shù)在汽車中的應(yīng)用還不成熟。但隨著汽車各系統(tǒng) 的電子化、集成化的發(fā)展需要，線控技術(shù)發(fā)展迅速，作為一 種汽車高新電子技術(shù)，線控技術(shù)必將得到廣泛的應(yīng)用。但電 子化不可能完全取代機械化，機械系統(tǒng)的損壞通常都是有過 程的，而線控制系統(tǒng)的失效是瞬間的，造成的后果就可能非 常嚴重。 汽車電子新技術(shù)重慶大學(xué)汽車系 張偉 三、汽車導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用 n將各種先進技術(shù)運用到汽車上，以減少交通事故、提高運輸 效率、減輕駕駛員勞動

49、負荷的思想應(yīng)運而生，從而產(chǎn)生了一 門新興的交叉學(xué)科智能交通系統(tǒng)(ITS)。 nITS是一種實時、高效的交通運輸綜合管理和控制系統(tǒng)，它的 主要目標(biāo)是充分利用現(xiàn)有交通資源，達到現(xiàn)有交通資源的效 益最大化。它把車輛和道路綜合起來，不僅可以系統(tǒng)地解決 交通問題，而且對社會許多領(lǐng)域都將產(chǎn)生積極的影響。作為 實施ITS的重要內(nèi)容和項目之一，智能車輛定位、導(dǎo)航系統(tǒng)的 研制與生產(chǎn)正顯示出巨大的發(fā)展空間和市場潛力。 n衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)于20世紀80年代末引入我國，迄今已在大地測 量、海洋運輸及漁業(yè)、車輛定位監(jiān)控等領(lǐng)域得到了一定程度 的應(yīng)用，同時也有相當(dāng)一批企業(yè)將其介入到相關(guān)制造及運營 服務(wù)中。 汽車電子新技術(shù)重慶大

50、學(xué)汽車系 張偉 1. 汽車導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用技術(shù) n當(dāng)前的汽車導(dǎo)航系統(tǒng)包括兩部分，即全球定位系統(tǒng)和車輛自動導(dǎo)航系 統(tǒng)。汽車導(dǎo)航設(shè)備一般是由GPS天線、集成了顯示屏幕功能按鍵的主 機、語音輸出設(shè)備(一般利用汽車音響系統(tǒng)輸出語音提示信息)構(gòu)成。 受車內(nèi)安裝位置的限制，一般汽車導(dǎo)航設(shè)備均與汽車視像音響合成在 一起，可以播放CD和DVD碟片，其中DVD驅(qū)動器負責(zé)讀取電子地圖 DVD光盤，因此一些汽車導(dǎo)航系統(tǒng)又稱為DVD導(dǎo)航系統(tǒng)。 1 .1全球定位系統(tǒng)(GPS) n即GPS(Global Positioning System)，它是由空間衛(wèi)星、地面監(jiān)控裝置 和用戶接收裝置三大部分組成的。空間衛(wèi)星由24顆衛(wèi)星

51、組成一個分布 網(wǎng)絡(luò)，分別分布在6條離地面2萬公里、傾斜角為55的地球準同步軌 道上，每條軌道上有4顆衛(wèi)星。GPS衛(wèi)星每隔12小時繞地球一周，使地 球上任一地點都能同時接收79顆衛(wèi)星的信號。 n地面共有1個主控站和5個監(jiān)控站負責(zé)對衛(wèi)星的監(jiān)視、遙測、跟蹤和控 制。它們負責(zé)對每顆衛(wèi)星進行觀測，并向主控站提供觀測數(shù)據(jù)。主控 站收到數(shù)據(jù)后，計算出每顆衛(wèi)星在每一時刻的精確位置，并通過3個 注入站將它傳送到衛(wèi)星上去，衛(wèi)星再將這些數(shù)據(jù)通過無線電波向地面 發(fā)射。 汽車電子新技術(shù)重慶大學(xué)汽車系 張偉 汽車電子新技術(shù)重慶大學(xué)汽車系 張偉 1.2 汽車導(dǎo)航系統(tǒng)車載裝置 n汽車導(dǎo)航系統(tǒng)中的GPS信號接收器接收衛(wèi)星發(fā)送的

52、信號，根據(jù)衛(wèi)星信 號計算出地面接收機的當(dāng)前位置。如果地面接收機同時收到4顆以上 的衛(wèi)星信號，就能根據(jù)衛(wèi)星的精確位置及發(fā)送信號的時刻，通過計算 求得當(dāng)前地點的位置。 n汽車導(dǎo)航系統(tǒng)通過車輪轉(zhuǎn)速傳感器、地磁傳感器和偏航傳感器等三種 傳感器獲取數(shù)據(jù)，確定汽車的速度和位置。車輪轉(zhuǎn)速傳感器記錄車輪 的速度，產(chǎn)生的脈中信號用于定時計算行駛距離和方向的變化。地磁 傳感器通過勵磁繞組感應(yīng)出電壓脈沖，測量出沿途地磁場水平分量的 大小，并與起始點磁場比較，為車載電腦提供補償數(shù)據(jù)。電子地圖存 儲汽車運行區(qū)域的所有數(shù)據(jù)，車載電腦與存儲道路網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)不斷比較 判斷，更正定位誤差，從而確定最佳行駛路徑。 n目前，先進的汽車

53、導(dǎo)航系統(tǒng)多采用單片機結(jié)構(gòu)，嵌入式操作系統(tǒng)，軟 件代碼存儲于ROM中，ROM常在嵌入式系統(tǒng)中擔(dān)任存放作業(yè)系統(tǒng)的任 務(wù)，代碼簡潔，運行可靠，啟動及關(guān)閉迅速，具有幾乎完整的PC組件 和輸入、輸出端口，能適應(yīng)汽車惡劣的工作環(huán)境，在高溫或低溫以及 劇烈振動的環(huán)境下能可靠工作。 汽車電子新技術(shù)重慶大學(xué)汽車系 張偉 汽車電子新技術(shù)重慶大學(xué)汽車系 張偉 汽車電子新技術(shù)重慶大學(xué)汽車系 張偉 汽車電子新技術(shù)重慶大學(xué)汽車系 張偉 1.3 車輛自主導(dǎo)航系統(tǒng) n汽車自動導(dǎo)航系統(tǒng)的作用是根據(jù)GPS接收機提供的車輛當(dāng)前 位置和用戶輸入的行駛目的地，參照電子地圖計算的行駛路 線，在行駛中將信息提供給駕駛者。目前，世界上應(yīng)用較

54、多 的是自主導(dǎo)航，其主要特征是每套車載導(dǎo)航設(shè)備都自帶電子 地圖，定位和導(dǎo)航功能全部由車載設(shè)備完成。 n車輛自主導(dǎo)航系統(tǒng)的工作過程主要有以下步驟： 1)輸入數(shù)據(jù)信息 n出發(fā)前，車主將目的地輸入到導(dǎo)航設(shè)備中，在系統(tǒng)顯示的電 子地圖上直接點擊選取地點，或者借助某種輸入方法將目的 地名稱輸入到系統(tǒng)中。根據(jù)輸入設(shè)備的不同，可以有不同的 地名輸入方法，依靠按鍵或觸摸屏可以實現(xiàn)幾乎所有的操縱 功能。為了便利，目前人們還在開發(fā)語音識別技術(shù)的產(chǎn)品。 汽車電子新技術(shù)重慶大學(xué)汽車系 張偉 汽車電子新技術(shù)重慶大學(xué)汽車系 張偉 2)顯示電子地圖 n汽車導(dǎo)航系統(tǒng)中至關(guān)重要的一部分是存儲在光盤或內(nèi)置存 儲器(如硬盤)中的電

55、子地圖，電子地圖中存儲了范圍內(nèi) 的地理、道路和交通管制信息，與地點對應(yīng)存儲了相關(guān)的 經(jīng)緯度信息。汽車導(dǎo)航主機從GPS接收機得到經(jīng)過計算確 定的當(dāng)前點經(jīng)緯度，通過與電子地圖數(shù)據(jù)對比，就可以隨 時確定車輛當(dāng)前所在的地點。 3)確定最佳行駛路線 n一般汽車導(dǎo)航系統(tǒng)將車輛當(dāng)前位置默認為出發(fā)點，在用戶 輸入了目的地之后，導(dǎo)航系統(tǒng)根據(jù)電子地圖上存儲的地圖 信息，就可以自動計算出一條最合適的推薦路線。在有的 系統(tǒng)中，用戶還可以指定途中希望經(jīng)過的途經(jīng)點，或者指 定一定的路線選擇規(guī)則(如不允許經(jīng)過高速公路、按照行駛 路線最短的原則等)。推薦的路線將以醒目的方式顯示在屏 幕上的地圖中，同時屏幕上也時刻顯示車輛的當(dāng)

56、前位置， 以提供參考。如果行駛過程中車輛偏離了推薦的路線，系 統(tǒng)會自動刪除原有路線，并以車輛當(dāng)前點為出發(fā)點重新計 算路線，然后將修正的路線作為新的推薦路線。 汽車電子新技術(shù)重慶大學(xué)汽車系 張偉 1.4 輸出設(shè)備 n汽車自動導(dǎo)航系統(tǒng)的輸出設(shè)備包括顯示屏幕和語音輸出設(shè)備。 顯示屏幕一般是一個100150mm的液晶顯示屏，如果需要 手寫識別作為輸入，顯示屏表面還有一張透明的觸摸屏做保 護。它的屏幕可以由幾十萬個點陣組成，全屏幕有30多萬個 像素，常用的分辨率有640 x480和774x435，可以支持高清 晰度圖像和DVD放像功能。 n顯示屏的主要顯示內(nèi)容包括地圖(包括相應(yīng)的道路名稱、公 路編號、重

57、要地點名稱等)、車輛的當(dāng)前位置、推薦路線等， 根據(jù)用戶的設(shè)定，還可以顯示附近的維修站、加油站、停車 場，以及其它公共服務(wù)單位的名稱及地理位置等信息，以方 便用戶的使用需要。 n汽車導(dǎo)航系統(tǒng)操作的簡便性是設(shè)計者追求的目標(biāo)，實際上這 也涉及到一個安全的問題，因為不允許一邊開車一邊看電子 地圖。因此，設(shè)計者都考慮開發(fā)語音及語音識別技術(shù)。導(dǎo)航 系統(tǒng)通過語音代替圖象文字，向駕駛者發(fā)出信號或指令。 汽車電子新技術(shù)重慶大學(xué)汽車系 張偉 1.5 電子地圖 n汽車導(dǎo)航系統(tǒng)的推廣與應(yīng)用關(guān)鍵是電子地圖。用戶購買裝備 導(dǎo)航系統(tǒng)的車輛時，還能得到一張刻錄了電子地圖的 CD/DVD光盤。用戶在開啟車輛導(dǎo)航系統(tǒng)后，必須把這

58、張 CD/DVD光盤插入導(dǎo)航設(shè)備的光盤驅(qū)動器中，當(dāng)系統(tǒng)需要道 路信息時，就會到CD/DVD上去獲取。隨著城鄉(xiāng)建設(shè)的發(fā)展 及道路的變化，電子地圖光盤需要定期更換。 n但是，即使是最新版的電子地圖也不能保證準確無誤。針對 這種情況，汽車導(dǎo)航系統(tǒng)又需要增加一定的輔助支援系統(tǒng)。 目前，在應(yīng)用汽車導(dǎo)航系統(tǒng)比較廣泛的地區(qū)(如歐美和日本)， 由汽車公司或其它商業(yè)公司建立的呼叫中心或公共交通信息 電臺，通過GSM移動通訊形式發(fā)送短消息，或由電臺發(fā)送最 新的交通信息，提供給汽車上的導(dǎo)航設(shè)備，可以對汽車上電 子地圖的信息隨時進行修正。 汽車電子新技術(shù)重慶大學(xué)汽車系 張偉 四、汽車ESP控制技術(shù) n汽車電子穩(wěn)定程序

59、(Electronic Stability Program，簡稱ESP) 是車輛新型的主動安全系統(tǒng)，是汽車ABS和TCS功能的進一 步擴展，并在此基礎(chǔ)上，增加了車輛轉(zhuǎn)向行駛時橫擺率傳感 器、側(cè)向加速度傳感器和方向盤轉(zhuǎn)角傳感器，通過ECU控制 前后、左右車輪的驅(qū)動力和制動力，確保車輛行駛的側(cè)向穩(wěn) 定性。 1. ESP的組成 ESP由傳感器、電子控制單元(ECU)和執(zhí)行器3部分組成，在ECU 實時監(jiān)控汽車運行狀態(tài)的前提下，對發(fā)動機及制動系統(tǒng)進行 干預(yù)和調(diào)控。 典型的ESP包括傳統(tǒng)制動系統(tǒng)、傳感器(4個輪速傳感器、方向盤 轉(zhuǎn)角傳感器、側(cè)向加速度傳感器、橫擺角速度傳感器、制動 主缸壓力傳感器)、液壓調(diào)

60、節(jié)器、汽車穩(wěn)定性控制ECU和輔 助系統(tǒng)(發(fā)動機管理系統(tǒng))。 汽車電子新技術(shù)重慶大學(xué)汽車系 張偉 汽車電子新技術(shù)重慶大學(xué)汽車系 張偉 1)輪速傳感器用于檢測輪速信號。目前采用的輪速傳感器有 電磁感應(yīng)式和霍爾式2種。電磁感應(yīng)式輪速傳感器的低速 響應(yīng)比較差，而霍爾傳感器有較好的低速響應(yīng)特性。 2)方向盤轉(zhuǎn)角傳感器用于測量方向盤的轉(zhuǎn)角。方向盤轉(zhuǎn)角傳 感器通常分為編碼器和電位計式2種。光學(xué)編碼器式傳感 器的測量精度高，使用壽命長，但它通常測量相對位置， 因此需要對零點進行識別，而電位計可以直接測量絕對位 置，但其使用壽命較低。 3)側(cè)向加速度傳感器用于測量側(cè)向加速度。側(cè)向加速度傳感 器主要有2種：一種采