汽車電子控制技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)

1、.汽車電子控制技術(shù)的應(yīng)用與開展趨勢(shì) 夏建滿摘 要：本文系統(tǒng)地介紹了汽車電子控制技術(shù)的應(yīng)用及開展趨勢(shì)。 關(guān)鍵詞：電子控制技術(shù) 應(yīng)用 開展趨勢(shì) The application and development trend of auto electronic control technique Abstract：This paper introduced systemically the application and development trend of auto electronic control technique. Key words: Electronic control techn

2、ique Application Trend 1 概述 近年來，隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)的應(yīng)用，汽車電子控制技術(shù)得到了迅猛的開展，尤其在控制精度、控制X圍、智能化和網(wǎng)絡(luò)化等多方面有了較大突破。汽車電子控制技術(shù)已成為衡量現(xiàn)代汽車開展水平的重要標(biāo)志。 汽車電子控制系統(tǒng)根本由傳感器、電子控制器ECU、驅(qū)動(dòng)器和控制程序軟件等局部組成，與車上的機(jī)械系統(tǒng)配合使用通常與動(dòng)力系統(tǒng)、底盤系統(tǒng)和車身系統(tǒng)中的子系統(tǒng)融合，并利用電纜或無線電波互相傳輸訊息，即所謂的“機(jī)電整合，如電子燃油噴射系統(tǒng)、制動(dòng)防抱死控制系統(tǒng)、防滑控制系統(tǒng)、電子控制懸架系統(tǒng)、電子控制自動(dòng)變速器、電子助力轉(zhuǎn)向等。汽車電子控制系統(tǒng)大體可分為

3、四個(gè)局部：發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)，底盤綜合控制系統(tǒng)，車身電子平安系統(tǒng)，信息通訊系統(tǒng)。其中，前兩種系統(tǒng)與汽車的行駛性能有直接關(guān)系。 2 電子控制技術(shù)的應(yīng)用 2.1發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng) 發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)EECS)是通過對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火、噴油、空氣與燃油的比率、排放廢氣等進(jìn)展電子控制，使發(fā)動(dòng)機(jī)在最正確工況狀態(tài)下工作，以到達(dá)提高其整車性能、節(jié)約能源、降低廢氣排放的目的。 2.1.1電控點(diǎn)火裝置ESA 電控點(diǎn)火裝置由微處理機(jī)、傳感器及其接口、執(zhí)行器等構(gòu)成。該裝置根據(jù)傳感器測(cè)得的發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)進(jìn)展運(yùn)算、判斷，然后進(jìn)展點(diǎn)火時(shí)刻的調(diào)節(jié)，可使發(fā)動(dòng)機(jī)在不同轉(zhuǎn)速和進(jìn)氣量等條件下，保證在最正確點(diǎn)火提前角下工作，使發(fā)動(dòng)機(jī)輸出最大的

4、功率和轉(zhuǎn)矩，降低油耗和排放，節(jié)約燃料，減少空氣污染。 2.1.2電控燃油噴射(EFI) 電控燃油噴射裝置因其性能優(yōu)越而逐漸取代了機(jī)械式或機(jī)電混合式燃油噴射系統(tǒng)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，該裝置根據(jù)各傳感器測(cè)得的空氣流量、進(jìn)氣溫度、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及工作溫度等參數(shù)，按預(yù)先編制的程序進(jìn)展運(yùn)算后與內(nèi)存中預(yù)先存儲(chǔ)的最正確工況時(shí)的供油控制參數(shù)進(jìn)展比擬和判斷，適時(shí)調(diào)整供油量，保證發(fā)動(dòng)機(jī)始終在最正確狀態(tài)下工作，使其在輸出一定功率的條件下，發(fā)動(dòng)機(jī)的綜合性能得到提高。 2.1.3廢氣再循環(huán)控制EGR 廢氣再循環(huán)控制系統(tǒng)是目前用于降低廢氣中氧化氮排放的一種有效措施。其主要執(zhí)行元件是數(shù)控式EGR閥，作用是獨(dú)立地對(duì)再循環(huán)到發(fā)動(dòng)機(jī)的廢

5、氣量進(jìn)展準(zhǔn)確的控制。ECU根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的工況適時(shí)地調(diào)節(jié)參與再循環(huán)廢氣的循環(huán)率，發(fā)動(dòng)機(jī)在負(fù)荷下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，EGR閥開啟，將一局部排氣引入進(jìn)氣管與新混合氣混合后進(jìn)入氣缸燃燒，從而實(shí)現(xiàn)再循環(huán)，并對(duì)送入進(jìn)氣系統(tǒng)的排氣進(jìn)展最正確的控制，從而抑制有害氣體氧化氮的生成，降低其在廢氣中的排出量。但過度的廢氣參與再循環(huán)，將會(huì)影響混合氣的點(diǎn)火性能，從而影響發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性，特別是在發(fā)動(dòng)機(jī)怠速、低速、小負(fù)荷及冷機(jī)時(shí)，再循環(huán)的廢氣會(huì)明顯地影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能。 2.1.4怠速控制ISC 怠速控制系統(tǒng)是通過調(diào)節(jié)空氣通道面積以控制進(jìn)氣流量的方法來實(shí)現(xiàn)的。主要執(zhí)行元件是怠速控制閥ISC。ECU根據(jù)從各傳感器的輸入信號(hào)所決定的目標(biāo)轉(zhuǎn)速與發(fā)

6、動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速進(jìn)展比擬，根據(jù)比擬得出的差值，確定相當(dāng)于目標(biāo)轉(zhuǎn)速的控制量，去驅(qū)動(dòng)控制空氣量的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使怠速轉(zhuǎn)速保持在最正確狀態(tài)附近。 除以上控制裝置外，發(fā)動(dòng)機(jī)局部利用電子技術(shù)的還有：節(jié)氣門正時(shí)、二次空氣噴射、發(fā)動(dòng)機(jī)增壓、油汽蒸發(fā)、燒室的容積、壓縮比等方面，并已在局部車型上得到了應(yīng)用。 2.2底盤綜合控制系統(tǒng) 底盤綜合控制系統(tǒng)包括電控自動(dòng)變速器、防抱死制動(dòng)系統(tǒng)ABS與驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)ASR、電子轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)(EPS)、自適應(yīng)懸掛系統(tǒng)(ASS )、巡行控制系統(tǒng)CCS等。 2.2.1電控自動(dòng)變速器ECAT 一般來說，汽車驅(qū)動(dòng)輪所需的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，與發(fā)動(dòng)機(jī)所能提供的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩有較大差異，因而需要傳動(dòng)系統(tǒng)來改

7、變從發(fā)動(dòng)機(jī)到驅(qū)動(dòng)輪之間的傳動(dòng)比，將發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳至驅(qū)動(dòng)輪，以便能夠適應(yīng)外界負(fù)載與道路條件變化的需要。此外，停車、倒車等也靠傳動(dòng)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，適時(shí)地協(xié)調(diào)發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng)的工作狀況，充分地發(fā)揮動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的潛力，使其到達(dá)最正確的匹配，這是變速控制系統(tǒng)的根本任務(wù)。ECAT可以根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的載荷、轉(zhuǎn)速、車速、制動(dòng)器工作狀態(tài)及駕駛員所控制的各種參數(shù)，經(jīng)計(jì)算、判斷后自動(dòng)地改變變速桿的位置，按照換檔特性準(zhǔn)確地控制變速比，從而實(shí)現(xiàn)變速器換擋的最正確控制，得到最正確擋位和最正確換擋時(shí)間。該裝置具有傳動(dòng)效率高、低油耗、換檔舒適性好、行駛平穩(wěn)性好以及變速器使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。采用電子技術(shù)特別是微電子技術(shù)控制變速系統(tǒng)，已經(jīng)

8、成為當(dāng)前汽車實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變速功能的主要方法。 2.2.2防抱死制動(dòng)系統(tǒng)ABS與驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)ASR 汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)可以感知制動(dòng)輪每一瞬時(shí)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，通過控制防止汽車制動(dòng)時(shí)車輪的抱死來保證車輪與地面到達(dá)最正確滑動(dòng)率，從而使汽車在各種路面上制動(dòng)時(shí)，車輪與地面都能到達(dá)縱向的峰值附著系數(shù)和較大的側(cè)向附著系數(shù)，以保證車輛制動(dòng)時(shí)不發(fā)生抱死拖滑、失去轉(zhuǎn)向能力等不平安的因素，可使汽車在制動(dòng)時(shí)維持方向穩(wěn)定性和縮短制動(dòng)距離，有效地提高了行車的平安性。它是應(yīng)用在汽車平安上的最有價(jià)值的一項(xiàng)應(yīng)用。 汽車制動(dòng)防抱死系統(tǒng)的功能完善和擴(kuò)展那么是驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)ASR，兩系統(tǒng)有許多共同組件。該系統(tǒng)利用驅(qū)動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)速傳感器感受驅(qū)動(dòng)輪是

9、否打滑，當(dāng)打滑時(shí)，控制元件便通過制動(dòng)或通過油門降低轉(zhuǎn)速，使之不再打滑。它實(shí)質(zhì)上是一種速度調(diào)節(jié)器，可以在起步和彎道中速度發(fā)生急劇變化時(shí)，改善車輪與路面間的縱向附著力，提供最大的驅(qū)動(dòng)力，提高其平安性，維持汽車行駛的方向穩(wěn)定性。 2.2.3電子轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)(EPS) 電子轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)采用電動(dòng)機(jī)與電子控制技術(shù)對(duì)轉(zhuǎn)向進(jìn)展控制，利用電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的動(dòng)力協(xié)助駕車者進(jìn)展動(dòng)力轉(zhuǎn)向，系統(tǒng)不直接消耗發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力。EPS一般是由轉(zhuǎn)矩(轉(zhuǎn)向)傳感器、電子控制單元、電動(dòng)機(jī)、減速器、機(jī)械轉(zhuǎn)向器以及蓄電池電源等構(gòu)成。汽車在轉(zhuǎn)向時(shí)，轉(zhuǎn)矩(轉(zhuǎn)向)傳感器會(huì)感知轉(zhuǎn)向盤的力矩和擬轉(zhuǎn)動(dòng)的方向，這些信號(hào)會(huì)通過數(shù)據(jù)總線發(fā)給電控單元，電控單元會(huì)根

10、據(jù)傳動(dòng)力矩、擬轉(zhuǎn)的方向等數(shù)據(jù)信號(hào)，向電動(dòng)機(jī)控制器發(fā)出動(dòng)作指令，電動(dòng)機(jī)就會(huì)根據(jù)具體的需要輸出相應(yīng)大小的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，從而產(chǎn)生了助力轉(zhuǎn)向。如果不轉(zhuǎn)向，那么本套系統(tǒng)就不工作，處于待調(diào)用狀態(tài)。電子轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)提高了汽車的轉(zhuǎn)向能力和轉(zhuǎn)向響應(yīng)特性，增加了汽車低速時(shí)的機(jī)動(dòng)性以及調(diào)整行駛時(shí)的穩(wěn)定性。目前國(guó)內(nèi)中高檔轎車應(yīng)用助力轉(zhuǎn)向較多。 2.2.4自適應(yīng)懸掛系統(tǒng)(ASS ) 自適應(yīng)懸掛系統(tǒng)能根據(jù)懸掛裝置的瞬時(shí)負(fù)荷，自動(dòng)、適時(shí)地調(diào)整懸掛的阻尼特性及懸架彈簧的剛度，以適應(yīng)瞬時(shí)負(fù)荷，保持懸掛的既定高度，極大地提高了車輛行駛的穩(wěn)定性、操縱性和乘坐的舒適性。 2.2.5巡行控制系統(tǒng)CCS 巡航控制(Cruise Contro

11、l) 又稱恒速行駛系統(tǒng)是讓駕駛員無需操作油門踏板就能保證汽車以某一固定的預(yù)選車速行駛的控制系統(tǒng)。在長(zhǎng)途行駛時(shí)，可采用巡行控制系統(tǒng)，駕駛員不必經(jīng)常踏油門，恒速行駛裝置將根據(jù)行車阻力自動(dòng)調(diào)整節(jié)氣門開度以調(diào)整車速在恒速狀態(tài)附近。假設(shè)遇爬坡，車速有下降趨勢(shì)，微機(jī)控制系統(tǒng)那么自動(dòng)加大節(jié)氣門開度；在下坡時(shí)，又自動(dòng)關(guān)小節(jié)氣門開度，以調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)功率到達(dá)一定的轉(zhuǎn)速。當(dāng)駕駛員換低速擋或制動(dòng)時(shí)，這種控制系統(tǒng)那么會(huì)自動(dòng)斷開。該系統(tǒng)可以減輕駕駛員長(zhǎng)途駕駛之疲勞，給駕駛帶來了很大的方便，同時(shí)也可以得到較好的燃油經(jīng)濟(jì)性。 2.3車身電子平安系統(tǒng) 車身電子平安系統(tǒng)包括車身系統(tǒng)內(nèi)的電子設(shè)備，主要有自適應(yīng)前照燈系統(tǒng)、汽車夜視系統(tǒng)

12、、平安氣囊、碰撞警示與預(yù)防系統(tǒng)、輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、自動(dòng)調(diào)節(jié)座椅系統(tǒng)、平安帶控制系統(tǒng)等，提高了駕駛?cè)藛T和乘客乘坐的舒適和方便性。 2.3.1自適應(yīng)前照燈系統(tǒng)AFS 自適應(yīng)前照燈系統(tǒng)可在前照燈照明X圍內(nèi)，根據(jù)車身的動(dòng)態(tài)變化、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的動(dòng)作特性等綜合因素進(jìn)展計(jì)算和判斷，從而判定汽車當(dāng)前的行駛狀態(tài)并對(duì)前照燈近光進(jìn)展相應(yīng)的調(diào)整，并能在會(huì)車時(shí)自動(dòng)啟閉和防眩。它能夠有效地降低駕駛者在夜晚彎路上行車的疲勞程度，使駕駛者能夠看清轉(zhuǎn)彎處的實(shí)際路況，使駕駛者能夠擁有充分的時(shí)間進(jìn)展轉(zhuǎn)向操縱和應(yīng)付緊急情況，從而明顯提高夜晚彎路上行車的平安性。在日本，一些汽車商在其高檔轎車中已標(biāo)配AFS系統(tǒng)，如豐田汽車公司在獵犬上采用了

13、可變式前燈“自適應(yīng)性前照燈系統(tǒng)。 2.3.2汽車夜視系統(tǒng)N VS 夜視系統(tǒng)是全天候的電子眼，延伸了駕駛員的視力X圍，使其視力X圍到達(dá)近光燈照射距離的3到5倍，且能幫助駕駛員看到遠(yuǎn)處來車的燈光，在雨雪、濃霧天氣公路上的物體也能盡收眼底，大大提高了汽車行駛的平安性。車載夜視系統(tǒng)是根據(jù)紅外成像原理工作的，屬被動(dòng)式紅外成像技術(shù)。該系統(tǒng)本身不發(fā)出任何信號(hào)，而是通過一個(gè)起攝影作用的傳感器來探測(cè)前方物體熱量，熱能被集中到一個(gè)可以通過各種紅外線波長(zhǎng)的探測(cè)器，被探測(cè)器的紅外線敏感元件與溫度有關(guān)的電容器，其電容大小隨所接收紅外線的多少而變化吸收，而后將輻射依次變換為電信號(hào)和數(shù)字信號(hào)，再通過眼前顯示HUD或車內(nèi)顯示

14、屏將圖像顯示給駕駛者。目前，越來越多的汽車廠家開場(chǎng)開發(fā)和使用車載夜視系統(tǒng)，但由于價(jià)格原因，國(guó)外各大汽車生產(chǎn)廠家只是在其頂級(jí)豪華車型中使用了該系統(tǒng)，像悍馬H2SUT、寶馬七系列轎車、奔馳全新S級(jí)轎車、卡迪拉克帝威等。隨著科技的開展和夜視系統(tǒng)生產(chǎn)本錢的降低，車載夜視系統(tǒng)將會(huì)得到全面普及。 2.3.3平安氣囊SRS) 該系統(tǒng)是國(guó)內(nèi)外汽車上一種常見的被動(dòng)平安裝置。在車輛相撞時(shí)，由電控元件用電流引爆安置在方向盤中央有的在儀表盤板雜務(wù)箱后邊也安裝等處氣囊中的滲氮物，迅速燃燒產(chǎn)生氮?dú)猓查g充滿氣囊。氣囊的作用是在駕駛員與方向盤之間、前座乘員與儀表板間形成一個(gè)緩沖軟墊，防止硬性撞擊而受傷。此裝置一定要與平安帶

15、配合使用，否那么效果大為降低。 2.3.4碰撞警示和預(yù)防系統(tǒng)CWAS 該系統(tǒng)有多種形式，有的在汽車行駛中，當(dāng)兩車的距離小到平安距離時(shí)，即自動(dòng)報(bào)警，假設(shè)繼續(xù)行駛，那么會(huì)在即將相撞的瞬間，自動(dòng)控制汽車制動(dòng)器將汽車停??；有的是在汽車倒車時(shí)，顯示車后障礙物的距離，有效地防止倒車事故發(fā)生。 2.3.5輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)TPWS 汽車輪胎內(nèi)充氣壓力的上下，直接影響到整車行駛的舒適性和平安性。如果保持適宜的輪壓，那么可以減小輪胎的磨損、降低油耗、防止因輪壓缺乏而引起的輪胎損壞，并能保證汽車的行駛穩(wěn)定和平安性。輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過連續(xù)地監(jiān)測(cè)輪胎的壓力、溫度和車輪轉(zhuǎn)速，能夠自動(dòng)地為駕駛員發(fā)出警告。 2.3.6自動(dòng)

16、調(diào)節(jié)座椅系統(tǒng)AA S 該裝置是人體工程技術(shù)與電子控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它通過傳感器感知乘坐人員的體態(tài)，并使座椅狀態(tài)與之相適應(yīng)，滿足乘客的舒適性要求。 除以上控制系統(tǒng)外，平安帶控制系統(tǒng)、疲勞監(jiān)視系統(tǒng)、自動(dòng)雨刷系統(tǒng)、智能性型后視等系統(tǒng)在一些車型上也已得到應(yīng)用。 2.4信息通訊系統(tǒng) 信息通訊系統(tǒng)包括汽車導(dǎo)航與定位系統(tǒng)、語音系統(tǒng)、信息系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等。 2.4.1汽車導(dǎo)航系統(tǒng)與定位系統(tǒng)NTIS 該系統(tǒng)可在城市或公路網(wǎng)X圍內(nèi)，定向選擇最正確行駛路線，并能在屏幕上顯示地圖，表示汽車行駛中的位置，以及到達(dá)目的地的方向和距離。這實(shí)質(zhì)是汽車行駛向智能化開展的方向，再進(jìn)一步就可成為無人駕駛汽車。 2.4.2語音系

17、統(tǒng)VS 該系統(tǒng)包括語音報(bào)警和語音控制兩類。語音報(bào)警是在汽車出現(xiàn)不正常情況，如燃油溫度、冷卻液溫度、油壓、充電、尾燈、前照燈、排氣溫度、制動(dòng)液量、手制動(dòng)、車門未關(guān)嚴(yán)等出現(xiàn)不正?，F(xiàn)象或自診斷系統(tǒng)測(cè)出有故障時(shí)，計(jì)算機(jī)經(jīng)過邏輯判斷后輸出信息至揚(yáng)聲器或警示器報(bào)警。語音控制是用駕駛員的聲音來指揮和控制汽車的某個(gè)部件、設(shè)備進(jìn)展動(dòng)作。 2.4.3信息系統(tǒng)IS 該系統(tǒng)可將發(fā)動(dòng)機(jī)的工況和其它信息參數(shù)，通過微處理機(jī)處理后，輸出對(duì)駕駛員有用的信息。顯示的信息除冷卻液溫度、油壓、車速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等常見的內(nèi)容外，還有瞬時(shí)耗油量、平均耗油量、平均車速、行駛里程、車外溫度等，根據(jù)駕駛員的需要，可隨時(shí)調(diào)出顯示這些信息。 2.4

18、.4通訊系統(tǒng)CS 這方面真正使用且采用最多的是汽車，在美國(guó)、日本、歐洲等興旺國(guó)家較普及，目前的水平在不斷地提高，除車與路之間，車與車之間，車與飛機(jī)等交通工具之間的通話外，還可通過衛(wèi)星與國(guó)際網(wǎng)相聯(lián)，實(shí)現(xiàn)行駛過程中的國(guó)際間通信，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信息交換，圖像傳輸?shù)取，F(xiàn)在汽車由于有了支持無線網(wǎng)絡(luò)、寬帶數(shù)字信號(hào)、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)以及其它新興的無線通信技術(shù)，使人們能夠隨時(shí)隨地獲取信息和效勞。 3 汽車電子技術(shù)應(yīng)用的開展趨勢(shì) 隨著集成控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的開展，汽車電子技術(shù)已明顯向集成化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化三個(gè)主要方向開展。 3.1集成化 近年來嵌入式系統(tǒng)、局域網(wǎng)控制和數(shù)據(jù)總線技術(shù)的成熟，使汽車電子控制系統(tǒng)的集成成為汽車技術(shù)開展的必然趨勢(shì)。將發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)和自動(dòng)變速器控制系統(tǒng)，集成為動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合控制；將制動(dòng)防抱死控制系統(tǒng)、牽引力控制系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)防滑控制系統(tǒng)綜合在一起進(jìn)展制動(dòng)控制；通過中央底盤控制器，將制動(dòng)、懸架