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編者按：本文主要從電子技術在現(xiàn)代汽車中的應用；電子技術在現(xiàn)代汽車中的發(fā)展趨勢；結(jié)束語進行論述。其中，主要包括：隨著微電子技術的不斷發(fā)展,車輛中的電子自動化程度越來越高、汽車電子技術主要包括硬件和軟件方面的內(nèi)容、把汽車電子產(chǎn)品歸納為兩類、在發(fā)動機上的應用、現(xiàn)代汽車發(fā)動機的基本功能沒有根本變化、噴油泵在同一時間射出所有燃油、在底盤上的應用、自動變速器主要由液力變矩器和行星齒輪變速器組成、通用、福特、豐田等等大廠商采用的自動變速器電子控制系統(tǒng)、整車控制技術、集中綜合控制、目前汽車電子技術向集中綜合控制方向發(fā)展、網(wǎng)絡化、汽車上的電子電器裝置數(shù)量急劇增多等，具體請詳見。

[摘要]電子技術在現(xiàn)代汽車上應用越來越廣泛,電子技術的應用對于改進汽車性能、提高行駛安全、降低污染、節(jié)約能源有著非常重要的作用。文章就現(xiàn)代汽車電子技術的應用、發(fā)展趨勢及應用前景進行了綜述。

[關鍵詞]電子技術微處理器電子控制裝置汽車傳感器

隨著微電子技術的不斷發(fā)展,車輛中的電子自動化程度越來越高。可以說,機械技術構(gòu)成了現(xiàn)代車輛的筋骨,電子技術則構(gòu)成了現(xiàn)代車輛的神經(jīng)中樞。汽車電子化的程度被看作是衡量現(xiàn)代汽車水平的重要標志,是用來開發(fā)新車型,改進汽車性能最重要的技術措施。增加汽車電子設備的數(shù)量、促進汽車電子化是汽車制造商奪取未來汽車市場的重要的有效手段。

汽車電子技術主要包括硬件和軟件方面的內(nèi)容:硬件包括微處理器及其接口、執(zhí)行部件、傳感器等;軟件主要是以匯編語言及其他高級語言編制的各種數(shù)據(jù)采集、計算判斷、報警、程控、優(yōu)化控制、監(jiān)控、自診斷系統(tǒng)等程序。

特別是微處理器的出現(xiàn)給汽車的電子自動化程度帶來了革命性的變化,車輛上微處理器的使用數(shù)量激增,電子裝置在整個汽車制造成本中所占的比例越來越大。例如,一些豪華轎車上,使用單片微型計算機的數(shù)量已經(jīng)達到50個左右,電子產(chǎn)品占到整車成本的50%以上,微處理機將更廣泛地應用于汽車安全、環(huán)保、發(fā)動機、傳動系統(tǒng)、速度控制和故障診斷中,目前電子技術的應用幾乎已經(jīng)深入到汽車所有的系統(tǒng)。

一、電子技術在現(xiàn)代汽車中的應用

按照對汽車行駛性能作用的影響劃分,可以把汽車電子產(chǎn)品歸納為兩類:一類是汽車電子控制裝置,汽車電子控制裝置要和車上機械系統(tǒng)進行配合使用,即所謂“機電結(jié)合”的汽車電子裝置;它們包括發(fā)動機、底盤、車身電子控制。例如電子燃油噴射系統(tǒng)、制動防抱死控制、防滑控制、牽引力控制、電子控制懸架、電子控制自動變速器、電子動力轉(zhuǎn)向等,另一類是車載汽車電子裝置,車載汽車電子裝置是在汽車環(huán)境下能夠獨立使用的電子裝置,它和汽車本身的性能并無直接關系。它們包括汽車信息系統(tǒng)(行車電腦)、導航系統(tǒng)、汽車音響及電視娛樂系統(tǒng)、車載通信系統(tǒng)、上網(wǎng)設備等。

1.在發(fā)動機上的應用

現(xiàn)代汽車發(fā)動機的基本功能沒有根本變化,但引入了大量的電子控制裝置,極大地改進了車輛的排放性能、燃油經(jīng)濟性和耐用性。發(fā)動機電子控制系統(tǒng)包括很多電子控制裝置,電子燃油噴射和點火裝置是其重要組成部分,除此外,還有自適應控制裝置、智能控制裝置及自診斷操作裝置等。

現(xiàn)代汽車上,電子控制燃油噴射裝置,因其優(yōu)越的性能,已得到普及。這種新型燃油噴射裝置可以自動保證發(fā)動機始終工作在最佳狀態(tài);電子點火裝置(ElectronicSparkAdvance,ESA)由計算機、傳感器及其接口、執(zhí)行機構(gòu)等部分構(gòu)成。該裝置可根據(jù)傳感器送來的發(fā)動機各種參數(shù)進行運算、判斷,然后進行點火時刻調(diào)節(jié)。在輸出一定功率的條件下最大限度地節(jié)約燃油和凈化空氣。

各公司相繼研制成功了多種新技術,并且投入了使用,取得了很好的效果。例如,由RobertBosch公司制造的計算機控制系統(tǒng)使用嵌入式微處理器技術實時監(jiān)測發(fā)動機運轉(zhuǎn)情況,確保噴射燃油量恰到好處,使燃油噴射量剛好滿足要求,對清潔這些發(fā)動機大有幫助。

特別是電控直接噴射和共軌燃油系統(tǒng)兩項技術的突破,催生了具有優(yōu)良性能的新型柴油機的出現(xiàn)。這些新型柴油機電控、加速性良好、氣味不濃也不產(chǎn)生煙塵、行程大并且耐用。

在通常的柴油機中,噴油泵在同一時間射出所有燃油,其結(jié)果就是產(chǎn)生柴油機標志性的乓乓的敲擊聲。在直接噴射時,燃料射入之前先有一小部分先行射入,這樣當燃料射入時產(chǎn)生的敲擊聲會變得柔和。與此同時也可以降低燃燒溫度,減少NOx(氮氧化物)的排放量。

共軌燃油系統(tǒng)的作用則在于它可以更好地控制燃油數(shù)量和噴射定時。共軌系統(tǒng)有一個高壓泵,當噴油嘴開啟時,高壓使燃油產(chǎn)生很好的薄霧使得燃燒更加充分,同時還減少了尾氣排放。

現(xiàn)代汽車的各種性能(燃油經(jīng)濟性、排放、駕駛性能和功率等)越來越好,而使這一切成為現(xiàn)實的正是電子技術與計算機輔助設計的結(jié)合。

2.在底盤上的應用

底盤電子控制系統(tǒng)包括很多電子控制裝置,電子控制自動變速器(Electronic-C0ntrolledAutomaticTransmission,ECAT)是其重要組成部分?，F(xiàn)在許多轎車的自動變速器是電子控制的,電子控制也就是微處理器控制。

自動變速器主要由液力變矩器和行星齒輪變速器組成,微處理器根據(jù)傳感器輸入信號和開關信號,通過電磁閥控制換檔和變矩器鎖止這兩個工作過程,達到自動變檔的最佳控制精度。發(fā)動機曲軸與變矩器渦輪之間通過離合器接合的裝置也稱為變矩器鎖止,其作用是減輕變矩器渦輪與葉輪之間的打滑現(xiàn)象,改善燃油經(jīng)濟性。ECAT優(yōu)點是加速性能好、靈敏度高、能準確地反映車輛行駛負荷和道路條件等。

自動變速器的電子控制裝置是由信號輸入系統(tǒng)、計算系統(tǒng)和控制信號輸出系統(tǒng)這三部分組成。信號輸入系統(tǒng)有:變速器輸入速度傳感器、變速器輸出速度傳感器、發(fā)動機冷卻溫度傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、發(fā)動機曲軸轉(zhuǎn)速傳感器、潤滑油溫度傳感器、歧管壓力開關、制動開關等信號。這些信號反饋到ECU(在通用汽車上稱為PCM-動力傳動控制組件),在ECU進行計算然后輸出控制信號,通過換檔電磁閥、離合器電磁閥等控制換檔和鎖止動作。微處理器接到傳感器反饋信號后,根據(jù)程序計算的結(jié)果發(fā)出控制信號接通變矩器的離合器電磁閥電源,驅(qū)使電磁閥啟動,使離合器接合;如果切斷離合器電磁閥電源則離合器分離。ECU是根據(jù)汽車行駛狀態(tài)來操縱電磁閥通電開關開啟或關閉的。當汽車速度比較慢或停止時,ECU不啟動電磁閥,當汽車速度達到一定值時,ECU就會啟動電磁閥使離合器接合。微處理器接到傳感器反饋信號后,根據(jù)汽車車速、發(fā)動機轉(zhuǎn)速及工作溫度、節(jié)氣門位置、歧管真空度、選檔位置等輸入信號參數(shù)選擇換檔。ECU根據(jù)即時變速桿的位置,對照參數(shù)計算選擇最佳的檔位位置,發(fā)出控制信號驅(qū)動換檔電磁閥,令變速器換檔。

通用、福特、豐田等等大廠商采用的自動變速器電子控制系統(tǒng),根據(jù)與其連接的變速器和發(fā)動機的不同型號而不同,每個系統(tǒng)中的元件和系統(tǒng)的工作過程也隨著不同的變速器而有所變化,但其基本的工作方式及基本部件還是一樣的。

除此外,還有電子穩(wěn)定智能控制裝置(ElectronicStabilitvPro-gram,ESP)、電控懸架操作裝置等。ESP將多種功能整合在一起,并在此基礎上進行了擴展。與其他牽引力控制系統(tǒng)比較,電子穩(wěn)定控制程序不但控制汽車驅(qū)動輪,而且可控制從動輪。通過安裝在車輛上的輪速傳感器、側(cè)向加速度傳感器和橫擺角速度傳感器,電子穩(wěn)定控制程序能對車輛的狀態(tài)進行實時監(jiān)控,當感應到輪胎與地面失去附著力,車輛存在側(cè)滑危險時,電子穩(wěn)定控制程序會快速而有選擇地對需要制動的車輪實施獨立操作或降低發(fā)動機輸出,以使車輛行駛方向盡可能保持與駕駛員的預期相一致,從而提升車輛在各種工況下的方向穩(wěn)定性及可控性。

目前電控懸架,汽車的懸架系統(tǒng)一般是彈簧剛度和減振器阻尼特性不能改變的被動懸架,它不能根據(jù)使用工況和路面輸入的變化進行控制和調(diào)整,故難以滿足平順性和操縱穩(wěn)定性的更高要求5近年來,隨著電控和隨動液壓技術的發(fā)展,彈簧剛度和減振器阻尼特性參數(shù)可調(diào)的電控主動和半主動懸架,在汽車上逐步得到應用和發(fā)展。

3.整車控制技術

整車控制技術包括車身電子控制、駕駛電子控制等系統(tǒng)。汽車車身電子控制技術所涉及的內(nèi)容很多,主要包括對汽車照明燈和轉(zhuǎn)向信號燈的電子控制、對電動座椅、電動門窗、電動門鎖、自動雨刮等的電子控制以及多媒體系統(tǒng)等。目的是保證視野性、方便性、舒適性、娛樂性、通信功能等。目前車身電控技術呈現(xiàn)如下的發(fā)展趨勢:進一步滿足用戶個性化的需求;先進的駕駛和乘坐信息系統(tǒng),如車輛遙控檢測、智能型防盜、乘座適應性控制、42V電子系統(tǒng)、環(huán)保設計系統(tǒng)等等。

傳統(tǒng)的機械和液力駕駛控制系統(tǒng)由于結(jié)構(gòu)的原因(間隙、運動慣量等),從控制指令發(fā)出到指令執(zhí)行會有一定的延遲,這在極限情況下是不能允許的。電控駕駛控制系統(tǒng)是沒有機械和液力后備系統(tǒng)的,電控駕駛控制系統(tǒng)主要由三部分組成:控制系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)的功能是根據(jù)駕駛員的意圖和車輛行駛狀況,對執(zhí)行器給出執(zhí)行的設定值。執(zhí)行系統(tǒng)的功能是在控制系統(tǒng)的控制下,完成具體的執(zhí)行動作(轉(zhuǎn)向、制動等)。駕駛電子控制技術在現(xiàn)代汽車中,已大量使用,完全取代傳統(tǒng)的機械和液力駕駛控制系統(tǒng)是必然趨勢。

4.主被動安全系統(tǒng)

汽車的操縱穩(wěn)定性和安全性是衡量汽車性能的重要指標。電子控制技術的引入為汽車的穩(wěn)定性和安全性提供了保障。

提高汽車的操縱穩(wěn)定性,過去一直局限于通過改進輪胎、懸架、轉(zhuǎn)向與傳動系的性能來實現(xiàn)。隨著計算機、傳感器和執(zhí)行機構(gòu)的迅速發(fā)展,研發(fā)了各種顯著改善操縱穩(wěn)定性和安全性的電子控制系統(tǒng)如防抱死制動系統(tǒng)(Anti-LockBrakingSystem,簡稱ABS)、牽引力控制系統(tǒng)(TractionControlSystem,簡稱TCS,也稱ASR)、四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(4WS)、車輛動力學控制系統(tǒng)(VehicleDynamicControl,簡稱VDC,也稱VSC、ESP)。其中,VDC是在ABS和TCS的基礎上,增加轉(zhuǎn)向行駛時橫擺運動的角速度傳感器,通過ECU控制各個車輪的驅(qū)動力和制動力,確保汽車行駛的橫向穩(wěn)定性,防止轉(zhuǎn)向時車輛被推離彎道或從彎道甩出。

輪胎壓力檢測系統(tǒng)(TirePressureM0nit0ringSystem,簡稱TPMS)是在每一個輪眙上安裝高靈敏度的傳感器,在行車狀態(tài)下實時監(jiān)視輪胎的各種數(shù)據(jù),通過無線方式發(fā)射到接收器,并在顯示器上顯示各種數(shù)據(jù),任何原因(如鐵針扎入輪胎、氣門芯漏氣)等導致的輪胎漏氣、溫度升高,系統(tǒng)都會自動報警,從而確保行駛中的安全,延長輪胎的使用壽命。

為了保證行車安全,安全氣囊和座椅安全帶控制系統(tǒng)是必不可少的。安全氣囊的合理觸發(fā)以及座椅安全帶的及時束緊,需要安全系統(tǒng)對行駛狀況的及時監(jiān)測和判斷。安全氣囊和座椅安全帶控制系統(tǒng)將采用越來越多的先進電子傳感器、控制芯片以及電子控制裝置。

二、電子技術在現(xiàn)代汽車中的發(fā)展趨勢

隨著高性能傳感器、微處理器的研制成功以及網(wǎng)絡、總線技術的完善,汽車電子技術將向集中綜合控制和網(wǎng)絡化方向發(fā)展。

1.集中綜合控制

目前汽車電子技術向集中綜合控制方向發(fā)展。例如,將發(fā)動機管理系統(tǒng)和自動變速器控制系統(tǒng),集成為動力傳動系統(tǒng)的綜合控制(PCM);將制動防抱死控制系統(tǒng)(ABS)、牽引力控制系統(tǒng)(TCS)和驅(qū)動防滑控制系統(tǒng)(ASR)綜合在一起進行制動控制;通過中央底盤控制器,將制動、懸架、轉(zhuǎn)向、動力傳動等控制系統(tǒng)通過總線進行連接?？刂破魍ㄟ^復雜的控制運算,對各子系統(tǒng)進行協(xié)調(diào),將車輛行駛性能控制到最佳水平,形成一體化底盤控制系統(tǒng)(UCC)。汽車的機械結(jié)構(gòu)還將發(fā)生重大的變化,汽車的各種操縱系統(tǒng)向電子化和電動化發(fā)展,實現(xiàn)“線操控”。用導線代替原來的機械傳動機構(gòu),例如“導線制動”、“導線轉(zhuǎn)向”、“電子油門”等。

隨著汽車電子裝置越來越多,消耗的電能正在大幅度地增加?，F(xiàn)有的12伏動力電源,已滿足不了汽車上所有電氣系統(tǒng)的需要,汽車12伏供電系統(tǒng)需向42伏轉(zhuǎn)化。今后將采用集成起動機-發(fā)電機42伏供電系統(tǒng),發(fā)電機最大輸出功率將會由目前的1千瓦提高到8千瓦左右,發(fā)電效率將會達到80%以上。42伏汽車電氣系統(tǒng)新標準的實施,將會使汽車電器零部件的設計和結(jié)構(gòu)發(fā)生重大的變革,機械式的繼電器、熔絲式保護電路將被淘汰。

2.網(wǎng)絡化

汽車上的電子電器裝置數(shù)量急劇增多,為了減少連接導線的數(shù)量和重量,網(wǎng)絡、總線技術十分重要。集中綜合控制要求有一個龐大而復雜的信息交換與控制系統(tǒng),車用計算機的容量要求更大,計算速度要求更高。采用高速數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡日益顯得必要。光導纖維可為此傳輸網(wǎng)絡提供傳輸介質(zhì),以解決電子控制系統(tǒng)防電磁干擾的問題。通訊線將各種汽車電子裝置連接成為一個網(wǎng)絡,通過數(shù)據(jù)總線發(fā)送和接收信息。電子裝置除了獨立完成各自的控制功能外,還可以為其他控制裝置提供數(shù)據(jù)服務。由于使用了網(wǎng)絡化的設計,簡化了布線,減少了電氣節(jié)點的數(shù)量和導線的用量,使裝配工作更為簡化,同時也增加了信息傳送的可靠性。通過數(shù)據(jù)總線可以訪問任何一個電子控制裝置,讀取故障碼對其進行故障診斷,使整車維修工作變得更為簡單。

三、結(jié)束語

汽車電子技術的應用將使汽車更加智能化和舒適。智能汽車裝備有多種傳感器,能夠充分感知駕車者和乘客的狀況,交通設施和周邊環(huán)境的信息,判斷乘員是否處于最佳狀態(tài),車輛和人是否會發(fā)生危險,并及時采取對應措施。今天,社會進入了信息網(wǎng)絡時代,汽車已不僅僅是一種代步工具,人們已可以在汽車上收聽廣播,打電話,上互聯(lián)網(wǎng),處理工作。隨著數(shù)字技術的進步,具有信息處理、通訊、導航、防盜、語言識別、圖像顯示和娛樂等功能的車載計算機多媒體系統(tǒng)的開發(fā),汽車也將步入多媒體時代?？梢灶A見到的將來,汽車裝置自動導航和輔助駕駛系統(tǒng),駕駛員可把行車的目的地輸入到汽車電腦中,汽車就會沿著最佳行車路線行駛到達目的地。人們可以通過語言識別系統(tǒng)操縱著車內(nèi)的各種設施,一邊駕駛著汽車,一邊欣賞著音樂電視,還可上網(wǎng)預定飯桌、機票等。

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