汽車電子圖解

1、【汽車電子圖解】（一）汽車與電子技術(shù)的密切關(guān)系汽車的性能取決于電子技術(shù)。雖然這種說法由來已久，即便是現(xiàn)在各種各樣的技術(shù)仍不斷地配 備到汽車上，使得汽車在不斷地變化發(fā)展。與汽車電子化一道成長、不斷推出新型汽車電子技術(shù)的 日本電裝技術(shù)團(tuán)隊(duì)，將分多章回顧汽車電子技術(shù)，介紹關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)知識。本文將首先回顧汽車 與電子技術(shù)的發(fā)展史，并探討兩者的密切關(guān)系。要想理解汽車電子技術(shù)，就需要回顧一下汽車與電子兩大技術(shù)在 20 世紀(jì)的發(fā)展史。圖 1 為汽車與電子技術(shù)的發(fā)展歷史。世界首輛汽油 4 輪汽車是在 1886 年由戈特利布戴姆勒（Gottlieb 戴姆勒） 發(fā)明的。汽車圓了“隨時(shí)隨地自由移動(dòng)”這一人類多年來

2、的夢想。圖 1：汽車及汽車電子技術(shù)的歷史汽車的歷史始于 1886 年，其發(fā)展得到了電子技術(shù)技術(shù)的推動(dòng)。從那以后過了大約 20 年，美國福特汽車（Ford Motor）的“Model T”（通稱 T 型福特）將工藝品似的的汽車改變成了工業(yè)產(chǎn)品。生產(chǎn)線通過傳送帶方式提高了生產(chǎn)效率，這在當(dāng)時(shí)具有劃時(shí)代意義。始于 19 世紀(jì)末的汽車就這樣被 1908 年推出的 T 型福特帶入了全面普及期。這款 T 型福特在大約 20 年間生產(chǎn)了 1500 萬輛，然后，直到德國大眾汽車（Volkswagen AG）的“Type 1”（通稱甲殼蟲）生產(chǎn)了 2100 萬輛以上為止，T 型福特一直是單一車型中最熱銷的汽車。汽

3、車的實(shí)用化，是工業(yè)發(fā)展歷史的集大成。也就是說，是產(chǎn)業(yè)革命由外燃機(jī)開始進(jìn)一步引發(fā)能源革命，進(jìn)而催生了內(nèi)燃機(jī)。自 T 型福特以來，截至上世紀(jì) 60 年代為止，支撐汽車技術(shù)進(jìn)步的是機(jī)械技術(shù)及制造技術(shù)。在這一時(shí)期，汽車業(yè)界通過機(jī)械加工及內(nèi)燃機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)性能的提升， 而且，與“行駛、轉(zhuǎn)彎、停車”相關(guān)的性能全憑機(jī)械技術(shù)的進(jìn)步便可提供支持，這一點(diǎn)足以令人稱奇。電子技術(shù)是應(yīng)對尾氣排放規(guī)定的“救命稻草”另一大技術(shù)電子技術(shù)發(fā)端于 1947 年發(fā)明的晶體管，在此前不斷發(fā)展形成的固體物理學(xué)及量子力學(xué)的理論的支持下，上世紀(jì) 60 年代以后電子技術(shù)取得了長足發(fā)展。從晶體管到 IC（集成電路）， 再經(jīng)過微處理器，最

4、終促進(jìn)了軟件技術(shù)的發(fā)展。電子技術(shù)的應(yīng)用遍及所有產(chǎn)業(yè)，在汽車電子技術(shù)領(lǐng)域的推廣應(yīng)用也毫不遜色于其他領(lǐng)域。對于因?yàn)榭嘤趹?yīng)對尾氣排放規(guī)定而停滯不前的汽車產(chǎn)業(yè)而言，上世紀(jì) 70 年代后電子式燃料噴射裝置的實(shí)用化可以是成為了汽車產(chǎn)業(yè)的一棵“救命稻草”。借助電子技術(shù)，該裝置超越了此前機(jī)械控制的極限，在不犧牲輸出功率及燃效等性能的情況下成功地實(shí)現(xiàn)了尾氣凈化。汽車電子技術(shù)的發(fā)展帶來了機(jī)械技術(shù)的新進(jìn)展，汽車借助電子技術(shù)與機(jī)械技術(shù)的相乘效應(yīng)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了發(fā)展。電子技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域也開始不僅限于發(fā)動(dòng)機(jī)控制，而是向數(shù)字儀表、安全氣囊、ABS（Anti-lock Brake System）以及汽車導(dǎo)航系統(tǒng)等領(lǐng)域不斷擴(kuò)展。

5、就這樣，汽油 4 輪汽車發(fā)明以來已度過了大約 120 年的時(shí)光，晶體管度過了約 60 年、T 型福特度過了大約 100 年、微處理器度過了約 40 年的時(shí)光。且不說汽車電裝部件，汽車電子技術(shù)得以全面發(fā)展的時(shí)期是在上世紀(jì) 70 年代電子式燃料噴射技術(shù)面世以后。首先被應(yīng)用于以發(fā)動(dòng)機(jī)控制為代表的動(dòng)力傳動(dòng)控制領(lǐng)域，之后，汽車電子技術(shù)逐漸擴(kuò)大到車體系統(tǒng)、行駛安全系統(tǒng)以及信息系統(tǒng)（圖 2）。圖 2：汽車電子技術(shù)應(yīng)用產(chǎn)品的擴(kuò)大:從動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)向信息系統(tǒng)不斷擴(kuò)展動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)方面，從減少尾氣、節(jié)省燃耗的系統(tǒng)開始，目前發(fā)展到了混合動(dòng)力車及電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)控制。車體系統(tǒng)方面，車門鎖等旨在提高方便性的系統(tǒng)被開發(fā)出來，之

6、后，電子技術(shù)又為安全氣囊以及 ABS 之類安全性能的提升作出了貢獻(xiàn)。目前，由于汽車與外部之間的通信功能的進(jìn)步，緊急通報(bào)以及遠(yuǎn)程服務(wù)等已實(shí)現(xiàn)了實(shí)用化。在從上世紀(jì) 90 年代開始全面普及的汽車導(dǎo)航系統(tǒng)的技術(shù)進(jìn)步中，通信功能發(fā)揮了重要作用，近年來， 通信功能與 ETC（Electronic Toll Collection）系統(tǒng)等交通基礎(chǔ)設(shè)施的聯(lián)動(dòng)得到了強(qiáng)化。圖 2 僅作了一個(gè)簡介，汽車電子技術(shù)的詳細(xì)年表見本文末尾的表 1。今后，可進(jìn)一步提高燃效以及用于安全預(yù)防的技術(shù)的應(yīng)用產(chǎn)品將會越來越多。為了滿足汽車所要求的環(huán)保性能、安全性、方便性以及信息高速處理等各領(lǐng)域的要求，新產(chǎn)品將會不斷被開發(fā)出來。受益于半導(dǎo)

7、體的技術(shù)進(jìn)步電子技術(shù)的進(jìn)步，得益于半導(dǎo)體集成度的提高。圖 3 通過單個(gè) IC 中集成的元件數(shù)的逐年走勢展示了這種進(jìn)步，可以看出，其元件數(shù)呈幾何級數(shù)式增加。圖 3：半導(dǎo)體集成度提高的走勢:IC 的元件數(shù)一直在加速增長。在作為上世紀(jì) 20 年代以來的固體物理學(xué)研究成果、量子力學(xué)的實(shí)際應(yīng)用形成高潮是在 1947 年， William Shockley 等人發(fā)明了晶體管。單個(gè)的晶體管從點(diǎn)接觸式發(fā)展到平板式，再發(fā)展到開發(fā)出將多個(gè)晶體管集成在 1 個(gè)元件中的、以 Kilby 專利為代表的集成電路，進(jìn)而最終發(fā)明了微控制器。美國英特爾創(chuàng)始人之一的戈登摩爾（Gordon Moore）提出了摩爾定律：“半導(dǎo)體的集

8、成度每過1824 個(gè)月就會倍增”。集成電路應(yīng)用產(chǎn)品一直在按照摩爾定律向前發(fā)展。如圖 3 所示，雙極 IC、MOS（金屬氧化膜半導(dǎo)體）IC 以及內(nèi)存等元件被開發(fā)出來，這些元件組成了單芯片微控制器，由此迎來了半導(dǎo)體技術(shù)的更大飛躍。當(dāng)時(shí)正是全世界數(shù)量龐大的電子技術(shù)人員競相進(jìn)行技術(shù)開發(fā)的年代。微細(xì)化技術(shù)為上述微控制器的性能提升提供了支持，引領(lǐng)了軟件產(chǎn)業(yè)的崛起，并一直為目前電子技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供著支持。汽車也是從中受益的一個(gè)領(lǐng)域。ECU 的變遷汽車上采用的 ECU（電子控制單元）的發(fā)展進(jìn)程見圖 4。（a）為在微控制器實(shí)用化以前就率先付諸實(shí)用的、采用模擬電路的電子式燃料噴射裝置用 ECU。這種 ECU 采

9、用的是在 1973 年付諸實(shí)用的分立式（Discreet）元件實(shí)現(xiàn)的模擬方式。由此，發(fā)展出了如（b）所示的、由模擬 IC 構(gòu)成的 ECU。當(dāng)時(shí)的 IC 封裝處于 DIP（Dual In-line Package）時(shí)代。圖 4：ECU 的技術(shù)進(jìn)步:與其他設(shè)備及系統(tǒng)一樣，逐步從模擬方式向數(shù)字方式轉(zhuǎn)變。是以微控制器為主體構(gòu)成的數(shù)字式發(fā)動(dòng)機(jī) ECU。1978 年采用的定制微控制器為 12 位， 匯編語言方面采用了經(jīng)過編程的軟件。程序存儲器為掩模型只讀存儲器（MaskROM），采用在微控制器制程中以晶圓狀態(tài)進(jìn)行制造的方式。照片為 1983 年車型的當(dāng)時(shí)最為復(fù)雜的發(fā)動(dòng)機(jī) ECU。是由 2 個(gè) 32 位的微

10、控制器構(gòu)成的現(xiàn)有動(dòng)力傳動(dòng) ECU。2007 年采用的這種 ECU 上使用的部件，全部為表面封裝件。軟件采用 C 語言進(jìn)行編寫。程序存儲器為閃存，可從 ECU 的外部端子進(jìn)行寫入。如上所示，ECU 的規(guī)模、所采用的部件、封裝的形狀以及軟件編寫語言等都在與時(shí)俱進(jìn)。汽車電子技術(shù)隨著制造 ECU 的各種關(guān)鍵技術(shù)的進(jìn)步而不斷發(fā)展。這些關(guān)鍵技術(shù)具體是指：微控制器及 I/O（輸入輸出）的功能，傳感器、致動(dòng)器、軟件及 ECU 的測評方法等。圖 5：ECU 所需的關(guān)鍵技術(shù)噪聲及電壓過沖對策、散熱對策、控制算法以及多重通信等多種技術(shù)都不可或缺。今后，為了不斷滿足提高燃效、減少尾氣排放、提高安全性及便利性等多樣化需

11、求，以半導(dǎo)體為代表，封裝技術(shù)、軟件技術(shù)以及測評技術(shù)等多種關(guān)鍵技術(shù)的進(jìn)步必不可少。在這個(gè)意義上來說， 了解作為汽車電子技術(shù)基礎(chǔ)的關(guān)鍵技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，極為重要（圖 5）。即便說這些關(guān)鍵技術(shù)將決定我們能否滿足今后的系統(tǒng)需求也毫不為過。（未完待續(xù)，特約撰稿人：加藤光治，日本電裝技術(shù)監(jiān)督；中村克己，日本電裝研究開發(fā) 3 部主任；手操能彥，日本電裝技術(shù)策劃部室長）【汽車電子圖解】（二）解決了 EV 課題的 HEV，徹底剖析其系統(tǒng)和控制方式在 2009 年日本國內(nèi)新車銷量中，豐田“普銳斯（Prius）”以超過 20 萬輛的業(yè)績高居榜首，如今 HEV 已完全成為大眾型汽車。HEV 通過充分利用馬達(dá)，大大

12、改善了發(fā)動(dòng)機(jī)汽車起動(dòng)及減速時(shí)的能耗和尾氣排放等缺點(diǎn)，同時(shí)還解決了 EV 存在的行駛距離和充電時(shí)間等問題。本文將對 HEV 系統(tǒng)的種類及特點(diǎn)進(jìn)行介紹?；旌蟿?dòng)力車（HEV）系統(tǒng)完美融合了發(fā)動(dòng)機(jī)汽車和電動(dòng)汽車（EV）的技術(shù)，對 EV 采用的馬達(dá)及電池技術(shù)進(jìn)行了充分利用。EV 盡管從汽車?yán)杳髌诰鸵殉霈F(xiàn)，并在 1900 年以前達(dá)到了實(shí)用水平，但迄今為止一直未能實(shí)現(xiàn)全面普及。在第二次世界大戰(zhàn)后的汽油緊缺時(shí)期，EV 作為替代能源汽車開始在日本上市。1949 年日本國內(nèi) EV 產(chǎn)量達(dá)到 3299 輛，占到當(dāng)時(shí)日本汽車保有量的 3。但是，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)汽車的改進(jìn)以及加油站的普及，EV 的勢頭開始在日本逐漸衰退。之后

13、，汽車業(yè)界從 1971 年起將 EV 定位于環(huán)保汽車展開了開發(fā)。當(dāng)時(shí)日本的通商產(chǎn)業(yè)省工業(yè)技術(shù)院利用大型項(xiàng)目制度（由汽車、電機(jī)及電池廠商參加）啟動(dòng)了 EV 的研發(fā)，眾多汽車廠商及部件廠商投入了極大的精力。但在 1980 年以后，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)汽車尾氣凈化技術(shù)的進(jìn)步，EV 再次消失了蹤影。在 20 年過后的 1990 年，美國加利福尼亞州制定了尾氣排放規(guī)定“ZEV 法案”（零排放車輛法）。當(dāng)時(shí)，除了 EV 以外，沒有任何一種汽車能夠達(dá)到這一規(guī)定，因此 EV 的開發(fā)再一次被啟動(dòng)。ZEV 法案的實(shí)施時(shí)間為 1998 年，由于必須要銷售規(guī)定比例的 EV，因此各公司開始奮力開發(fā)。但是該規(guī)定并未按期實(shí)行，最終以

14、數(shù)年的限量生產(chǎn)而告終。采用 EV 要素技術(shù)的 HEV如上所述，EV 存在行駛距離、充電時(shí)間及成本方面的課題，迄今只在叉車等特定用途領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了普及。而解決了 EV 的上述課題，燃效比發(fā)動(dòng)機(jī)汽車出色且實(shí)現(xiàn)了低排放的汽車就是 1990 年下半年面市的 HEV。豐田于 1997 年上市了“普銳斯（Prius）”，本田也于 1999 年推出了“Insight”。這些 HEV 采用了為符合 ZEV 法案而開發(fā)的 EV 要素技術(shù)。尤其是鎳氫充電電池，在 1996 年實(shí)用化的豐田“RAV4EV”及本田“EV PLUS”上得到了采用。由于有助于延長 EV 的持續(xù)行駛距離，因此即使說 HEV 沒有鎳氫充電電池就無

15、法實(shí)現(xiàn)也不為過。另外，不僅是電池，為 EV 開發(fā)的使用稀土類磁鐵的永久磁鐵（PM）式同步馬達(dá)也為 HEV 性能的提高做出了貢獻(xiàn)。在介紹 HEV 的系統(tǒng)之前，先來談?wù)劄榉?ZEV 法案而開發(fā)的 EV。圖 1 列出了豐田 RAV4 EV 的系統(tǒng)構(gòu)成。該系統(tǒng)根據(jù)油門傳感器檢測的踩入量，由 EVECU（電子控制單元）控制逆變器，驅(qū)動(dòng)行駛馬達(dá)。馬達(dá)采用永久磁鐵式馬達(dá)。圖 1：豐田“RAV4 EV”的系統(tǒng)構(gòu)成:1996 年實(shí)用化的、配備鎳氫充電電池的 EV。驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的電池采用 288V 鎳氫充電電池，通過用電池 ECU 和 EVECU 監(jiān)測充放電狀態(tài)來隨時(shí)計(jì)算行駛時(shí)的剩余容量。為電池充電時(shí)利用車載充電器

16、通過交流 200V 商用電源進(jìn)行。以下將驅(qū)動(dòng)行駛馬達(dá)的高電壓充電電池稱為主電池，將輔助驅(qū)動(dòng)用充電電池稱為 12V 電池。在 EV 行駛控制中，根據(jù)油門開度、制動(dòng)信號、檔位及車速等信息，利用驅(qū)動(dòng)扭矩圖來決定所需要的車輛驅(qū)動(dòng)扭矩。由 EVECU 的車輛控制部向馬達(dá)控制部發(fā)出扭矩指令，通過 PWM（脈沖寬度調(diào)制）信號向逆變器傳輸指令。馬達(dá)控制采用加速或正常行駛時(shí)用作電動(dòng)機(jī)、減速時(shí)用作發(fā)電機(jī)的方式（圖 2）。（未完待續(xù)：特約撰稿人：山田好人，電裝 EHV 機(jī)器事業(yè)部 主席部員）圖 2：EV 的行駛控制:根據(jù)油門開度及制動(dòng)信號等，決定車輛驅(qū)動(dòng)扭矩?！酒囯娮訄D解】（三）解決了 EV 課題的 HEV，混合

17、動(dòng)力系統(tǒng)概要混合動(dòng)力系統(tǒng)的概要混合動(dòng)力系統(tǒng)的分類方法有二種。一種是根據(jù)可實(shí)現(xiàn)的功能的不同來進(jìn)行分類，另一種是以驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的方式來分類。首先，按功能來分類的話，就如同圖 3 所示。只有無空轉(zhuǎn)功能的稱為微HEV或ISS（Idling Stop System）。在該功能的基礎(chǔ)上增加加速輔助、能量再生及發(fā)動(dòng)機(jī)高效運(yùn)轉(zhuǎn)功能等的話，就稱為弱HEV， 而增加EV行駛功能的話則稱為強(qiáng)HEV。越接近強(qiáng)HEV，CO2排放量及尾氣就越少。而EV的排放全部 為零。另外，插電式HEV（PHEV）及通過運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)電用發(fā)動(dòng)機(jī)來延長行駛距離的增程器式EV被定位于強(qiáng)HEV和EV之間。圖 3：HEV 和EV 的 CO2 減排效果:按照

18、不同功能對混合動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行分類。以驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行分類時(shí)，主要分為串聯(lián)式 HEV、并聯(lián)式 HEV、串并聯(lián)式 HEV 三種方式。下面來依次介紹一下三者的構(gòu)成及特點(diǎn)。串聯(lián)式 HEV串聯(lián)式 HEV 配備為主電池充電的發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)，一邊始終充電一邊用馬達(dá)行駛（圖 4）。也可認(rèn)為是在 EV 的基礎(chǔ)上增加配備了發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)。在市售車中，與私人乘用車相比，該方式在公交車上采用得較多，豐田 1997 年上市的“Coaster HEV”以及三菱扶?？蛙?2004 年上市的“Aero Nostep HEV”就采用了該方式。圖 4：串聯(lián)式HEV 的構(gòu)成:僅靠馬達(dá)行駛。配備高功率大型馬達(dá)。串聯(lián)式 HEV 的特點(diǎn)如下

19、。僅靠馬達(dá)行駛，因此與其他方式相比，馬達(dá)及發(fā)電機(jī)為高功率大型產(chǎn)品。將發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力全部轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏Γ虼四茉葱事缘汀ｒ?qū)動(dòng)力控制及功率輸出控制較簡單。發(fā)動(dòng)機(jī)以穩(wěn)定狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)，因此比較容易實(shí)現(xiàn)尾氣凈化。并聯(lián)式 HEV并聯(lián)式 HEV 并聯(lián)配置發(fā)動(dòng)機(jī)和馬達(dá)，可由兩方供給行駛動(dòng)力（圖 5）。除本田作為“IMA（Intelligent Motor Assist）”進(jìn)行實(shí)用化之外，還得到了戴姆勒“Mercedes-Benz S400 HYBRID”及寶馬“ActiveHybrid 7”等的采用。在本田的 IMA 中，發(fā)動(dòng)機(jī)和馬達(dá)采用直接連接構(gòu)造，同時(shí)旋轉(zhuǎn)。而與此不同的是，還有很多廠商開發(fā)了在發(fā)動(dòng)機(jī)與馬達(dá)之間夾入離

20、合器，通過斷開離合器來實(shí)現(xiàn) EV 行駛的系統(tǒng)。圖 5：并聯(lián)式HEV（直接連接）的構(gòu)成:馬達(dá)只起輔助性作用，采用小型產(chǎn)品。并聯(lián)式 HEV（直接連接）的特點(diǎn)如下。只需在以往車型的發(fā)動(dòng)機(jī)與變速箱之間追加馬達(dá)，因此構(gòu)成簡單。馬達(dá)的功率輸出只起輔助作用。幾乎不進(jìn)行 EV 行駛，因此馬達(dá)為小型產(chǎn)品。馬達(dá)兼具發(fā)電機(jī)作用，因此再生電力只有儲存到電池中后才能用于行駛。通過在發(fā)動(dòng)機(jī)與馬達(dá)之間夾入離合器，可進(jìn)行 EV 行駛，但這時(shí)需要大輸功馬達(dá)。串并聯(lián)式 HEV串并聯(lián)式 HEV 的代表示例是豐田普銳斯等采用的“THS（Toyota Hybrid System ）”。該方式利用行星齒輪機(jī)構(gòu)綜合發(fā)動(dòng)機(jī)、MG1、MG2

21、三種動(dòng)力源，根據(jù)行駛狀態(tài)來組合這些動(dòng)力源，由此進(jìn)行驅(qū)動(dòng)（圖 6）。圖 6：串并聯(lián)式 HEV 的構(gòu)成:同時(shí)具備串聯(lián)方式和并聯(lián)方式兩者的優(yōu)點(diǎn)。這里的 MG 是指馬達(dá)兼發(fā)電機(jī)的縮略語。由于需要在馬達(dá)功能與發(fā)電機(jī)功能之間頻繁進(jìn)行切換， 因此將原來稱為馬達(dá)或發(fā)電機(jī)的部分稱為 MG。發(fā)動(dòng)機(jī)的作用是驅(qū)動(dòng)車輛和驅(qū)動(dòng) MG1。MG1 的作用除了為主電池充電外，還包括作為馬達(dá)起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)以及對車輛進(jìn)行驅(qū)動(dòng)輔助。MG2 的作用是實(shí)現(xiàn) EV 行駛、做加速輔助，以及作為發(fā)電機(jī)進(jìn)行能量再生。串并聯(lián)式 HEV 的特點(diǎn)如下。具備串聯(lián)方式和并聯(lián)方式兩者的優(yōu)點(diǎn)，兼顧燃效和行駛性。系統(tǒng)效率較高，因此燃效提高效果顯著。系統(tǒng)及控制較復(fù)雜

22、。（未完待續(xù)：特約撰稿人：山田好人，電裝 EHV 機(jī)器事業(yè)部 主席部員）【汽車電子圖解】（四）解決了 EV 課題的 HEV，串并聯(lián)式 HEV 的構(gòu)成和控制串并聯(lián)式 HEV 的構(gòu)成和控制下面拿串并聯(lián)式 HEV 來詳細(xì)介紹一下系統(tǒng)構(gòu)成和控制。普銳斯的示例配備有發(fā)動(dòng)機(jī)、MG1 和 MG2（圖 7）。為了最佳運(yùn)行兩套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，由 HEVECU 對它們進(jìn)行綜合控制。主電池為鎳氫充電電池，系統(tǒng)主繼電器及電流傳感器等電源類產(chǎn)品與 EV 相同。另外，還配備了 12V 電池充電用 DC-DC 轉(zhuǎn)換器，并采用了空調(diào)用電動(dòng)壓縮機(jī)，這些也與 EV 相同。不過并未配備 EV 所必需的充電器。HEV 的控制系統(tǒng)如圖 8

23、所示。HEVECU 根據(jù)駕駛員的要求、車輛的狀態(tài)以及主電池的充電狀態(tài)， 將要使發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的功率作為發(fā)動(dòng)機(jī)要求功率，向發(fā)動(dòng)機(jī) ECU 發(fā)出指令。然后由發(fā)動(dòng)機(jī) ECU 按照HEVECU 指示的發(fā)動(dòng)機(jī)要求功率來控制電子控制油門的開度。圖 7：HEV 的構(gòu)成（普銳斯的示例）配備發(fā)動(dòng)機(jī)和兩個(gè)馬達(dá)兼發(fā)電機(jī)（MG1、MG2）。圖 8：HEV 的控制系統(tǒng)HEVECU 為“司令部”，進(jìn)行多種控制。另外，HEVECU 還會計(jì)算出 MG1 的扭矩和 MG2 的扭矩，向 MGECU 發(fā)出扭矩指令值。在接到指令后，MGECU 就會通過逆變器來控制 MG1 和MG2，按照扭矩指令值來輸出驅(qū)動(dòng)力。同時(shí)，電池監(jiān)測單元還會獲取

24、主電池的信息（電流、電壓、溫度），發(fā)送給 HEVECU。HEVECU 根據(jù)這些信息計(jì)算出主電池的剩余容量（SOC：State Of Charge），為使系統(tǒng)達(dá)到最佳狀態(tài)而對充電狀態(tài)進(jìn)行控制。普銳斯這樣的 HEV 在減速時(shí)將馬達(dá)用作發(fā)電機(jī)，把運(yùn)動(dòng)能量轉(zhuǎn)變成電力存儲到主電池中。為了回收更多的運(yùn)動(dòng)能量，實(shí)施對使用摩擦力的機(jī)械式制動(dòng)以及基于發(fā)電的再生制動(dòng)進(jìn)行分配的控制（圖9）。在電力控制方面，始終監(jiān)測主電池的容量，根據(jù)電池的 SOC 對充電量及放電量進(jìn)行管理。主電池在 EV 行駛時(shí)那樣將馬達(dá)用于驅(qū)動(dòng)時(shí)進(jìn)行放電，在旋轉(zhuǎn)時(shí)那樣將馬達(dá)用作發(fā)電機(jī)時(shí)被充電（圖 10）。 SOC 高時(shí) EV 行駛的可能性更高，可

25、再生的能量變少。而 SOC 低時(shí)則與之相反。圖 11 展示了主電池的 SOC 是如何變化的。主電池的 SOC 過高的話存在過量充電的不良影響， 而過低的話則存在過度放電的不良影響。要想抑制主電池性能的降低，長期確?？煽啃?，需要限制SOC 的使用范圍。因此要利用電池傳感器始終掌握再生量和放電量，計(jì)算出 SOC。使用鎳氫充電電池的普通 HEV 一般將 SOC 的使用范圍限制在 2040左右（SOC 在 4060或 4080）。圖 9：HEV 的制動(dòng)同時(shí)使用機(jī)械式制動(dòng)和再生制動(dòng)。圖 10：電力控制的思路根據(jù)主電池的剩余容量來控制充放電量。圖 11：實(shí)際行駛時(shí)的 SOC展示了隨行駛時(shí)間變化的電池剩余容

26、量。運(yùn)用 EV/HEV 技術(shù)的系統(tǒng)運(yùn)用 EV/HEV 技術(shù)的汽車有增程器式 EV 及 PHEV。其中，增程器式 EV 采用與串聯(lián)式 HEV 的系統(tǒng)基本相同的構(gòu)成，但與串聯(lián)式 HEV 的主電池暫時(shí)存儲發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電產(chǎn)生的電力相比，卻配備有更大容量的主電池，以依靠主電池的電力進(jìn)行 EV 行駛為主。通用“Chevrolet Volt”就是其中的代表，Volt 配備容量 16kWh 的鋰離子充電電池，可實(shí)現(xiàn)約 64km 的 EV 行駛。另外，該車還通過用排量 1.4L 的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行發(fā)電，使持續(xù)行駛距離延長到了 480km。圖 12 展示了具有代表性的增程器式 EV 系統(tǒng)的構(gòu)成。而 PHEV 則通過增加強(qiáng)

27、HEV 所配主電池的容量，延長了 EV 走行模式的行駛距離。豐田“普銳斯插電混合動(dòng)力車”就是其中的代表。該車將鎳氫充電電池?fù)Q成了鋰離子充電電池，使容量擴(kuò)大到了原來的約 4 倍。同時(shí)還通過擴(kuò)大 SOC 使用范圍，使 EV 行駛的持續(xù)距離達(dá)到了 23.4km。圖 13 展示了PHEV 的系統(tǒng)構(gòu)成和能量流。（未完待續(xù)：特約撰稿人：山田好人，電裝 EHV 機(jī)器事業(yè)部 主席部員）圖 12：增程器式 EV 的構(gòu)成展示了代表性的系統(tǒng)構(gòu)成。圖 13：PHEV 的構(gòu)成延長了 EV 行駛模式的行駛距離?！酒囯娮訄D解】（五）探索 HEV 系統(tǒng)的主要部件：馬達(dá)與逆變器構(gòu)成 HEV 系統(tǒng)的主要部件包括馬達(dá)、逆變器、電

28、源系統(tǒng)、高電壓輔機(jī)系統(tǒng)等。其中，本文將 介紹馬達(dá)和逆變器（電源系統(tǒng)與高電壓輔機(jī)系統(tǒng)將在下次登載）。車載用馬達(dá)大多使用交流馬達(dá)， 對小型輕量化、高輸出功率、高轉(zhuǎn)速等方面要求嚴(yán)格。逆變器由功率元件、電容和控制電路組成。 本文將對二者的特征和性能要求等進(jìn)行講解?；旌蟿?dòng)力車（HEV）的驅(qū)動(dòng)心臟是馬達(dá)。首先來看馬達(dá)的特征。馬達(dá)是提供 HEV 及電動(dòng)汽車（EV）驅(qū)動(dòng)力的重要部件。乘用車行駛使用的馬達(dá)一般輸出功率為10k60kW 左右。由市售車輛改造而來的 EV 和小型 EV 雖然使用直流（DC）馬達(dá)，但交流（AC） 馬達(dá)仍占主流（表 1）。大量采用永久磁鐵型馬達(dá)對于 HEV 用馬達(dá)，可以列舉的性能要求有小

29、型化所需的高輸出功率化、高轉(zhuǎn)速化、高電壓化、提高燃效所需的高效率化、以及行駛系統(tǒng)的免維護(hù)化等。表 2 分別列出了 DC 馬達(dá)和 AC 馬達(dá)在要求項(xiàng)目上的利弊。在支持高電壓和維護(hù)方面 AC 馬達(dá)有利，其中，小型且高效率的永久磁鐵型馬達(dá)得到了大量采用。永久磁鐵通過使用釹等稀土類磁鐵，實(shí)現(xiàn)了大幅的小型化和高輸出功率化。永久磁鐵型馬達(dá)可以根據(jù)磁鐵安裝位置的不同分為表面磁鐵型（SPM）和內(nèi)置磁鐵型（IPM）（圖 1）。HEV 大多采用的是易于實(shí)現(xiàn)高速化，能夠利用磁阻轉(zhuǎn)矩的 IPM（圖 2）馬達(dá)。SPM 馬達(dá)則主要應(yīng)用于存在振動(dòng)音問題的電動(dòng)助力方向圖 1：SPM 與IPM 的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)盤等方面。但是，當(dāng)永久

30、磁鐵型馬達(dá)大量使用稀土類磁鐵時(shí)，根據(jù)磁鐵的配置可以分成表面磁鐵型（SPM）成本與穩(wěn)定供應(yīng)方面存在課題。圖 3 是 HEV 用馬達(dá)的實(shí)例。雖然在照片上無法判斷，但該馬達(dá)采用的是 IPM 轉(zhuǎn)子。逆變器的整體結(jié)構(gòu)與功能逆變器的作用是利用與主電池的直流電源橋接的 6 個(gè)功率元件，將直流電轉(zhuǎn)換為三相交流電，向馬達(dá)供電（圖 4）。在這里，功率元件是指 IGBT（絕緣柵型雙極晶體管）與二極管（續(xù)流二極管）的組合。其控制原理如下。首先，HEV 和 ECU 根據(jù)顯示駕駛員油門踏板操作量的油門開度指令計(jì)算出所需的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，發(fā)出 IGBT 的驅(qū)動(dòng)信號。此時(shí)，根據(jù)電壓相位與轉(zhuǎn)子位置的關(guān)系求出的轉(zhuǎn)矩不固定， 因此需要以

31、檢測轉(zhuǎn)子位置能夠獲得最大轉(zhuǎn)矩為前提，確定通電的時(shí)機(jī)。IGBT 的驅(qū)動(dòng)使用 PWM（脈寬調(diào)制）控制，工作方式是從功率元件輸出電壓可變的正弦波三相交流電，控制驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩。與內(nèi)置磁鐵型（IPM）。圖 2：磁阻轉(zhuǎn)矩的利用HEV 大多采用能夠使用磁阻轉(zhuǎn)矩的IPM。圖 3：HEV 用馬達(dá)采用IPM 轉(zhuǎn)子。3 相交流的生成原理下面來介紹形成可變電壓正弦波的 3 相交流原理。比較圖 5 中相差 120 度相位的正弦波的電壓指令和三角波，形成圖 4 所示的位于 U/V/W 各相的 2 個(gè) IGBT 的開/關(guān)信號后，相電壓 VU/VV/VW 會轉(zhuǎn)變?yōu)橄辔幌嗖?120 度的正弦波狀脈沖電壓（各脈沖的平均電壓變化為正弦

32、波狀）。由于電壓指令振幅的改變，脈沖的開/關(guān)比將發(fā)生變化，電壓值隨之改變。到此為止，電流只在開時(shí)流經(jīng)馬達(dá)，關(guān)時(shí)流經(jīng)并聯(lián)的二極管。這樣即可向馬達(dá)通入連續(xù)的正弦波電流。另外，提高三角波的頻率雖然可以抑制馬達(dá)電磁噪聲和電流紋波，但會增加功率元件的損耗，因此頻率通常設(shè)定為 5k10kHz。（未完待續(xù)：特約撰稿人：山田好人，電裝 EHV 機(jī)器事業(yè)部 主任部員）圖 4：逆變器的結(jié)構(gòu)由 6 個(gè)功率元件（IGBT 與二極管組合而成）和電容等構(gòu)成。圖 5：三相交流的生成原理首先比較相位相差 120 度的正弦波電壓指令與三角波，生成 IGBT 的開/關(guān)信號?！酒囯娮訄D解】（六）探索 HEV 系統(tǒng)的主要部件：功率

33、元件功率元件是最重要的部件就功能和成本而言，功率元件在逆變器中是最為重要的部件。要想降低成本，如何使用小型元件是重點(diǎn)所在。元件的小型化需要降低元件產(chǎn)生的損耗。如圖 6 所示，對于理想開關(guān)，無論有多少電流經(jīng)過也不會產(chǎn)生損耗，而半導(dǎo)體開關(guān)一旦通入電流便會在通態(tài)電壓的作用下產(chǎn)生通態(tài)損耗。圖 6：理想開關(guān)與半導(dǎo)體開關(guān):半導(dǎo)體開關(guān)一旦通入電流即產(chǎn)生損耗。而且，在開/關(guān)時(shí)不會瞬間完成切換，其產(chǎn)生的一段時(shí)間（開關(guān)時(shí)間）的延遲還會造成開關(guān)損耗。由圖 6 可知，降低損耗有三個(gè)手段：縮小電流；降低通態(tài)電壓；縮短開關(guān)時(shí)間。下面來分別進(jìn)行說明?？s小電流縮小功率元件電流使用的是升壓電路。以普銳斯（Prius）為例，逆變

34、器與主電池之間設(shè)置了升壓電路，其作用是將電壓提升至 650V 并向逆變器供電（圖 7）。由于馬達(dá)的電流與電壓成反比，因此，流經(jīng)功率元件的電流也能夠縮小。繼續(xù)提高電壓雖然能進(jìn)一步縮小電流，但以絕緣為主的諸多問題會造成逆變器和馬達(dá)等部件體積增加，因此，這一程度的電壓對于車載用途較為適宜。圖 7：升壓電路的結(jié)構(gòu):以“普銳斯”為例。下存管。圖 8：IGBT 與功率MOSFET 的特性比較池 芯片尺寸為 5mm 見方。最佳元件由要求耐壓決定。這種方式的優(yōu)點(diǎn)在于增加升壓電路的成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于縮小電流能夠減少的成本。在升壓電路中，打開方的 IGBT，電抗器開始儲能量，關(guān)閉 IGBT 后，電壓上升。使其經(jīng)上方的二

35、極儲存于電容后，升壓完成再生時(shí)，驅(qū)動(dòng)上方的 IGBT 與下方的二極管，向主電通入電流。降低通態(tài)電壓通態(tài)電壓由開關(guān)元件的特性決定，因此需要選擇最佳元件。如圖 8 所示，當(dāng)要求耐壓為 200V 以下時(shí)，功率 MOSFET（金屬氧化膜半導(dǎo)體電場效果型晶體管）比 IGBT 更佳。但無論是哪種元件， 耐壓越高，通態(tài)電壓也會增高，因此需要盡量選擇低耐壓元件。縮短開關(guān)時(shí)間降低開關(guān)損耗只需縮短開關(guān)時(shí)間即可。這可以借助柵電阻完成，電阻越小，時(shí)間越短。但是，鑒于電流變化率 di/dt 增加，浪涌電壓 V 隨之增加，這就需要提高元件耐壓。如此一來， 好不容易縮小了開關(guān)損耗，通態(tài)損耗又會增加。如圖 9 所示，由于浪涌

36、電壓由布線電感 L 產(chǎn)生，因此，怎樣縮小電感是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。具體方式是盡可能把 IGBT 配置在電容附近，縮短布線長度并加寬布線。因?yàn)榛ジ行?yīng)能夠降低 L，所以要采用使布線（實(shí)際為母線）盡可能接近等方法。圖 9：浪涌電壓的發(fā)生原理:浪涌電壓由布線電感產(chǎn)生。功率元件的小型化除了能夠降低損耗外，還能夠改善散熱性能，降低溫度。圖 10 給出了功率元件的安裝結(jié)構(gòu)和散熱路徑。冷卻一般為水冷方式，容量較小的元件有時(shí)也采用空冷方式。元件的溫度上升 T 是元件損耗 P 與熱電阻 R（散熱性能的倒數(shù)）之積，由于 R 縮小的倍數(shù)即為損耗允許增加的倍數(shù)，因此可以使用小型元件。利用電容穩(wěn)定電流如圖 11 所示，電容的作

37、用是穩(wěn)定主電池的電流。如果沒有電容，由于 IGBT 做開/關(guān)動(dòng)作，電流會呈現(xiàn)脈沖狀變化。當(dāng)電流關(guān)時(shí)，外部布線電感會產(chǎn)生過大的浪涌電壓，瞬間擊穿 IGBT。而使用電容可以平穩(wěn)縮小電流，抑制浪涌電壓。另外，當(dāng)電流呈現(xiàn)脈沖狀時(shí)，從主電池到逆變器的布線會發(fā)射出頻率成分復(fù)雜的噪音，干擾廣播等無線信號。穩(wěn)定電流對此也有抑制作用。控制電路為雙系統(tǒng)構(gòu)成圖 10：功率元件的安裝結(jié)構(gòu)與散熱路徑:一般的水冷方式。圖 11：電容的作用:電容的作用是穩(wěn)定主電池的電流。圖 12：控制電路的結(jié)構(gòu):由高壓系統(tǒng)與低壓系統(tǒng)雙系統(tǒng)構(gòu)成?？刂齐娐窞楦邏合到y(tǒng)和低壓系統(tǒng)構(gòu)成，高壓系統(tǒng)由驅(qū)動(dòng) IGBT 的驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù) IGBT 的保護(hù)電

38、路組成（圖 12）。出于安全考慮，低壓系統(tǒng)與高壓系統(tǒng)安全利用光耦合器和變壓器進(jìn)行了電絕緣。MGECU 通過向量控制形成驅(qū)動(dòng)信號。保護(hù)電路的作用通常是檢測 IGBT 的過電流、短路、過熱、驅(qū)動(dòng)電壓的下降，在出現(xiàn)異常時(shí)斷開 IGBT。（未完待續(xù)：特約撰稿人：山田好人，電裝 EHV 機(jī)器事業(yè)部 主任部員）【汽車電子圖解】（七）電源與高壓輔機(jī)本文將以構(gòu)成 HEV 系統(tǒng)的主要部件為對象，著重介紹電源系統(tǒng)和高壓輔機(jī)系統(tǒng)。電源系統(tǒng)方面主要講解電池和 DC-DC 轉(zhuǎn)換器等，高壓輔機(jī)系統(tǒng)方面講解電動(dòng)壓縮機(jī)和電動(dòng)水泵等。混合動(dòng)力車（HEV）的電源由主電池及其冷卻裝置、監(jiān)控電池的電池監(jiān)控單元、機(jī)械式接通切斷高壓的系

39、統(tǒng)主繼電器、防沖擊電流的預(yù)充電繼電器和寄存器、檢測電池的輸入輸出電流的電流傳感器等構(gòu)成（圖 1）。圖 1：HEV 的電源結(jié)構(gòu):由電池組、DC-DC 轉(zhuǎn)換器、升壓轉(zhuǎn)換器和逆變器等部件組成。主電池的必要條件當(dāng)上述所有部件被包含在一個(gè)箱體內(nèi)時(shí)，稱為電池組。而且，因?yàn)槭窍?12V 電池供電，所以使用 DC-DC 轉(zhuǎn)換器替代了傳統(tǒng)的交流發(fā)電機(jī)。HEV 配備的主電池大致有四個(gè)特點(diǎn)。一是循環(huán)壽命。HEV 會頻繁地重復(fù)充電/放電。由于鉛蓄電池的循環(huán)壽命短，因此，壽命較長的鎳氫充電電池和鋰離子充電電池占據(jù)了主流。二是能量密度。從燃效和行駛距離的角度出發(fā)，HEV 需要體積小但能量大的電池。從能量密度的角度來看，鋰

40、離子充電電池最佳（圖 2）。圖 2：各種電池的單位體積能量密度和功率密度:由此可知鋰離子充電電池最佳。三是功率密度。獲得更好的加速性能需要能夠?qū)崿F(xiàn)更大功率的電池。在這一點(diǎn)上，鋰離子充電電池依然優(yōu)秀，但鎳氫充電電池最近也實(shí)現(xiàn)了大幅度的性能提升。四是安全性。在偶發(fā)事故和過度充放電的情況下，電池不能著火。因此，車輛方面的封裝改進(jìn)和安裝控制保護(hù)系統(tǒng)十分重要。必須具備高安全性的高壓絕緣系統(tǒng)某些 HEV 的主電池電壓超過了 200V。這足以使人在接觸時(shí)觸電死亡。因而需要完善的絕緣構(gòu)造和處理。發(fā)動(dòng)機(jī)車的電池電壓為 1224V，即使觸電也不會造成問題。因此，采用的是可以簡化布線的本體地（Body Earth）

41、接地方式。但高壓系統(tǒng)若采用這種方式，則可能使人在誤接觸到高壓部位時(shí)觸電，或是在高壓機(jī)械發(fā)生絕緣不良時(shí)引發(fā)火災(zāi)。因此，在 HEV 中，高壓電路沒有采用本體地，而是把負(fù)線和正線都用實(shí)線連接， 使其浮動(dòng)接地（Earth Float）化。通過浮動(dòng)接地，人即使接觸高壓部位和車體也不會觸電。而且， 考慮到進(jìn)一步的安全性，有些情況下還會采用能夠檢測高壓機(jī)械和布線的絕緣不良并發(fā)布警報(bào)的系統(tǒng)。使用 DC-DC 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換電壓在發(fā)動(dòng)機(jī)車中，交流發(fā)電機(jī)負(fù)責(zé)為 12V 電池充電。另一方面，HEV 因?yàn)闀l繁關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，如果采用交流發(fā)電機(jī)方式，則電壓變化會造成車燈閃爍以及鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)量變化等問題。因此，HEV 采用的是轉(zhuǎn)換

42、主電池的電壓進(jìn)行充電的方法。DC-DC 轉(zhuǎn)換器的電壓轉(zhuǎn)換原理如圖 3 所示。主電池的直流高壓在功率 MOSFET 中經(jīng)高頻開關(guān)， 利用變壓器降壓。由二極管和平滑濾波器進(jìn)行整流及平滑化之后，使其變?yōu)橹绷鞯蛪海⑷?12V 電池。使用變壓器的原因是為了防止某些故障導(dǎo)致高壓施加到低壓一側(cè)時(shí)造成火災(zāi)和觸電。而且，借助開關(guān)頻率的高頻化，變壓器實(shí)現(xiàn)了大幅小型化。圖 4 是豐田“雷克薩斯 GS450h”使用的 DC-DC 轉(zhuǎn)換器。該轉(zhuǎn)換器利用雙變壓器結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了大幅的高效率化和小型化。圖 3：電力轉(zhuǎn)換的原理:經(jīng)多個(gè)過程轉(zhuǎn)換電力。圖 4：HEV 用DC-DC 轉(zhuǎn)換器:雷克薩斯GS450h 用品。HEV 的高壓輔

43、機(jī)系統(tǒng)下面來介紹高壓輔機(jī)系統(tǒng)。發(fā)動(dòng)機(jī)車使用發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)空調(diào)用壓縮機(jī)和水泵等輔機(jī)類。但是，HEV 的發(fā)動(dòng)機(jī)在電動(dòng)模式（EV）行駛時(shí)和停止時(shí)關(guān)閉，因此無法維持驅(qū)動(dòng)力。鑒于以上原因，為了在發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉時(shí)也能夠驅(qū)動(dòng)輔機(jī)類，電動(dòng)化勢在必行。而且，HEV 配備有高壓電池，大負(fù)荷系統(tǒng)通過采用高壓性能參數(shù)有望實(shí)現(xiàn)小型化。某些市售 HEV 已經(jīng)采用了這種方式。壓縮機(jī)和水泵HEV 采用的電動(dòng)壓縮機(jī)有發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)力和馬達(dá)驅(qū)動(dòng)力并用的混合動(dòng)力型，以及單獨(dú)利用馬達(dá)驅(qū)動(dòng)力的類型。單獨(dú)利用馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的類型中也有通過采用高壓性能參數(shù)實(shí)現(xiàn)小型化的種類。圖 5 是單獨(dú)利用馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)壓縮機(jī)范例。該范例通過壓縮機(jī)、馬達(dá)、逆變器、電子控制

44、單元（ECU）的一體化實(shí)現(xiàn)了小型化，配備的位置與發(fā)動(dòng)機(jī)車的壓縮機(jī)相同。而對于利用發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)，為了確保低轉(zhuǎn)速時(shí)的容量，壓縮機(jī)體積會相應(yīng)加大。圖 5：渦旋式電動(dòng)壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu):只利用馬達(dá)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的范例。而 HEV 用為馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，只需提高轉(zhuǎn)速便可縮小壓縮機(jī)體積，可以有效利用剩余空間。永久磁鐵式馬達(dá)采用 IPM 型，馬達(dá)線圈和逆變器的冷卻使用壓縮機(jī)冷媒。為了克服振動(dòng)、溫度和耐水性等環(huán)境條件，特別考慮了部件的固定方法、散熱性和防水結(jié)構(gòu)。電動(dòng)水泵在 2009 年上市的“普銳斯（Prius）”上得到了采用。具有降低發(fā)動(dòng)機(jī)輔機(jī)的驅(qū)動(dòng)損失， 提高燃效的作用。該水泵的負(fù)荷小，采用了低壓指標(biāo)，但在今后，考慮到

45、馬達(dá)、逆變器、主電池等主要部件的小型化，冷卻能力必須得到提升。在不久的將來，電動(dòng)水泵估計(jì)會采用高壓指標(biāo)。（未完待續(xù)：特約撰稿人：山田好人，電裝 EHV 機(jī)器事業(yè)部 主任部員；加藤光治，電裝技術(shù)監(jiān)督）【汽車電子圖解】（完）汽車電子未來動(dòng)向作為本連載的總結(jié)，本文將在指出混合動(dòng)力和系統(tǒng)控制存在的課題的基礎(chǔ)上，介紹汽車電子課題和未來動(dòng)向，同時(shí)對 21 世紀(jì)應(yīng)有的汽車形態(tài)做出展望?；旌蟿?dòng)力和系統(tǒng)控制的課題1997 年上市的 HEV 在這 10 年來逐漸獲得了市場。通過改進(jìn)其配備的主電池的配置位置，在維持艙室容量等參數(shù)不變的情況下實(shí)現(xiàn)節(jié)能的壯舉具有劃時(shí)代的意義?？梢哉f這改變了用戶的認(rèn)識， 指明了今后汽車發(fā)

46、展的方向。但 HEV 無論是單馬達(dá)式，還是雙馬達(dá)式，都是在發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上附加馬達(dá)，從本質(zhì)上來說增加了部件的數(shù)量。因此存在復(fù)雜程度增加，容易導(dǎo)致成本上升的問題。實(shí)現(xiàn) HEV 的最大課題是主電池?？梢哉f，正是因?yàn)殚_發(fā)出了需要重復(fù)隨時(shí)充放電的 HEV 需要的鎳氫充電電池，HEV 才得以成立?，F(xiàn)在，性能更高的鋰離子充電電池正在開發(fā)之中，大幅的小型化和高功率化值得期待。但是，對于 EV 和與之相近的插電式混合動(dòng)力車（PHEV）、增程發(fā)動(dòng)機(jī) EV 等車輛，由于配備的電池容量增加，因此，性能比現(xiàn)在更高的電池也有望得以實(shí)現(xiàn)。對于 HEV 和 EV 等電動(dòng)車輛的普及，電池以外的馬達(dá)和逆變器等部件的小型化和低成本

47、化同樣重要。馬達(dá)雖然歷史悠久，但包括繞線方法、磁鐵配置在內(nèi)，小型化研究依然火熱。逆變器方面， 新功率元件的開發(fā)值得期待，以冷卻技術(shù)改良為基礎(chǔ)的小型化也在推進(jìn)之中。此外，包括車輛控制在內(nèi)，通過馬達(dá)控制和電池控制等方式提高能量使用效率的研究也必須持續(xù)下去。與 10 年前相比，從事 HEV 和 EV 開發(fā)的技術(shù)人員數(shù)量激增。不用說汽車廠商和部件廠商，電機(jī)廠商、各種研究機(jī)構(gòu)也積極開始參與。不光是日本，這也成為了全世界的動(dòng)態(tài)。這一潮流不會停止， 今后還會繼續(xù)加速。展望未來的汽車電子那么，汽車電子在今后將走向何方呢？準(zhǔn)確預(yù)測未來并不容易。但我們可以思考未來的合理走向。在此，本文將探討 21 世紀(jì)汽車方向和

48、汽車電子應(yīng)有形態(tài)。汽車電子變遷和汽車發(fā)展的年表如圖 6 所示。對于誕生于 20 世紀(jì)上半期，擁有 120 年歷史的汽車產(chǎn)業(yè)，與電子的關(guān)聯(lián)只集中在近 30 年間，仍處于發(fā)展階段。圖 6：汽車電子的變遷:汽車與電子的關(guān)聯(lián)集中在最近 30 年，仍在發(fā)展之中。1900 年以后，以T型福特為代表的汽車進(jìn)入批量生產(chǎn)時(shí)代。但初期的汽車技術(shù)大部分是由機(jī)械技術(shù)和燃燒技術(shù)發(fā)展而來，是沒有電子干預(yù)的前電子時(shí)代。隨著晶體管和IC的開發(fā)，這一情況在上世紀(jì) 70 年代后出現(xiàn)了重大轉(zhuǎn)變。尤其是 1980 年以后，以發(fā)動(dòng)機(jī)控制為先鋒，電子技術(shù)開始投入使用，揭開了個(gè)別系統(tǒng)飛躍式發(fā)展的汽車電子第 1 幕。第 1 幕時(shí)代的汽車以“

49、更快，更安全，更舒適”為追求，在此基礎(chǔ)上還要求“盡量減少尾氣”?！案臁钡拇硎荈1 賽車，而競爭車輛性能也成為了 20 世紀(jì)的汽車文化之一。另一方面，如今，電子技術(shù)發(fā)展再次帶動(dòng)了機(jī)械技術(shù)和燃燒技術(shù)的進(jìn)步。今后，除了延續(xù)過去的方式，實(shí)現(xiàn)個(gè)別系統(tǒng)的高度化之外，對于圍繞汽車的環(huán)境變化也需要加以適應(yīng)。比方說，包括應(yīng)對新興國家市場需求加大的汽車低成本化，應(yīng)對原油枯竭，降低CO2排放，減少交通事故造成的死傷者數(shù)量在內(nèi)，此前的課題將愈發(fā)嚴(yán)重。對于這個(gè)時(shí)代，找到解決措施已經(jīng)成為了必須任務(wù)。而且，時(shí)至今日，面對“21 世紀(jì)的汽車是什么”這一根本性問題，人們已經(jīng)需要在社會系統(tǒng)中思考行駛性能、安全性、舒適和便利性

50、的發(fā)展?？梢灶A(yù)見的是，旨在與列車聯(lián)動(dòng)的多模方式和借助信息通信的ITS（高級道路交通系統(tǒng)）的實(shí)用化將全面展開。這就需要設(shè)想出汽車的新用途，預(yù)測各系統(tǒng)的需求，使進(jìn)化后的關(guān)鍵技術(shù)與之完美匹配。在這個(gè)意義上，今后可謂是汽車電子拉開第 2 幕的時(shí)代。以實(shí)現(xiàn)不相撞的汽車為目標(biāo)強(qiáng)化與外部的通信功能、以單個(gè)故障不導(dǎo)致實(shí)際危險(xiǎn)為目標(biāo)配備功能安全、實(shí)現(xiàn)超低燃耗、電動(dòng)化等有望成為今后的方向，車輛安全估計(jì)會得到進(jìn)一步發(fā)展。ECU的結(jié)構(gòu)與控制內(nèi)容的變化隨著時(shí)代轉(zhuǎn)入汽車電子的第二樂章，ECU 的結(jié)構(gòu)和控制內(nèi)容也可能發(fā)生變化。圖 7 顯示的是各 ECU 群今后的方向。此前主要分成動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)、車體、行駛安全、信息等四大群的 ECU 將通過深化聯(lián)動(dòng)發(fā)展網(wǎng)絡(luò)化，在另一方面還將發(fā)展綜合化。在動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)領(lǐng)域，HEV 和 EV