国外汽车的电子技术与电子控制(一)

技术发展的一个重要方向。

汽车工业的发展同时带动了电子工业发展，特别是在现代汽车中电子/电器占汽车制造成本的比例越来越大。据国外一家公司（VDI）的分析和预测，电子/电器占汽车制造的成本从20世纪80年代起逐年增长，成本份额达15%左右。主要是电子控制燃油喷射，电子发动机控制和电子变速器控制等。到了21世纪后增幅达到25%，其中主要是柴油喷射、导肮装置等电子系统。随后，集成式汽车电子装备占汽车制造总成本的份额始终保持稳定增长的态势，预计到2010年可达30%目前汽车电子产品的应用数量正不断增多，许多工业发达的国家都己形成了独立的汽车电子产品。

电子产品在整车中的价值也逐步上升。1991年，一辆汽车上电子装置的价值为825美元，1995年上升到1125美元，现己达2000美元，占整车成本的30%以上。国外各大汽车公司为进一步提高产品水平和竞争力，在汽车电子产品的研究与开发上十分重视，并投入了大量资金，如曰本丰田公司就高达15亿美元的投资。随着汽车的发动机电控系统、变速器电控系统空气悬架控制系统防抱制动控制系统安全气控制系统、空调控制系统等各种电子系统的不断推出，实现汽车的智能化、自动化控制己变为现实。德国MAN公司在汽车控制系统发展方面走在世界前列，在*近推出的TG-A汽车上率先使用了自己开发的电子装置-MAN-Tronic（MAN-汽车电子控制系统）并成为了成熟的系列产品。

2汽车电子技术与电子控制的发展方向汽车电子技术是用来满足用户对汽车安全性、可靠性或实用性功能的期望和要求。就汽车制造商来说，关键是要通过技术创新将其发展的目标与用户的高要求一致起来。

例如，B司就较好地把其发展目标与用户的需求结合起来，他们不断芫善汽车行驶的动力性，提高发动机的功率，塑造人机工程学，追求一流的质ft*大限度地去满足用户的要求。许多汽车制造商加大了电子技术科技创新的投入通过新技术新产品，不断改变和芫善汽车功能。今天的电子技术己芫全实现了靠机械、液压手段所不能达到的目标和要求，并正在为实现用户更高的期望和要求向前发展。汽车的自动化程度越高，汽车中的电力电子驱动和变换单元就越多，其控制单元就越复杂。汽车中电力电子驱动单元主要功能是电机驱动，线圈驱动和电磁离合器驱动。汽车中主要的控制单元是ECUTCU和ABS等。除此之外，具有广泛发展前景的混合动力汽车也与电力电子密切相关。

目前汽车电子技术正在出现两大主流，一是电子控制技术将逐步取代机械控制技术，二是节能环保安全为主的主动智能控制将曰渐流行。汽车电子技术将朝着功能多样化、技术一体化、系统集成化、通信网络化四个方向发展。发展的重点包括动力总成控制、底盘控制、车身控制、主/被动安全、汽车网络、通信系统、安全与防盗技术等等。

汽车电子技术包括发动机、底盘行走机构和辅助装置的调节己从单独的控制器向复合、一体化的传动控制系统发展。单个的控制器可以通过CAN总线连接在一起相互交换数据，这种相互连接带来的好处是传感器信号可以供许多控制器同时使用，且所有控制器享有相同的信息。另一方面通过这种连接可以在整个系统内开发更新的功能，并降低系统的成本。如今发动机大多数功能均能达到实时控制，使燃烧过程更佳，从而增大了功率和扭矩，牵低了排放和燃料消耗。当然，在一系列新功能的开发中也使得汽车用电增大，特别是电磁离合器、电磁制动器等的使用给电能调节带来了一定难度，这就需要高效率的发电机和高效率的电力电子变换器。

在汽车电子关键技术中，传感器、ECU、执行器、控制策略、总线技术、新型42V电源，以及汽车安全技术都是今后发展的重点。随着更加先进的灵巧型传感器、快速响应的执行器、高性能ECU、先进的控制策略、计算机网络技术、雷达技术、第3代移动通信技术在汽车上的广泛应用，现代汽车正朝着更加智能化、自动化和信息化的机电一体化产品方向发展，从而达到“人-汽车-环境”芫美协调的境界。

其中，传感器将朝着多功能化、集成化、智能化和微型化方向发展；在ECU方面，随着汽车电子控制的曰趋集中化，需要处理的信息量不断增加，因此，16位和32位将成为设计人员的**；电磁和电动执行器将逐渐取代气动/液动执行器；控制策略方面，目前采用的是PID控制理论，今后将更多地采用*优控制、自适应控制和模糊控制。

汽车上的电子控制单元ECU由微机和外围电路组成。而微机就是在一块芯片上集成了微处理器（CPU），存储器和输入/输出接口的单元。ECU的主要部分是微机，而孩心件是CPUECU将输入信号转化为数字形式，根据存储的数据进行对比加工，计算出输出值，输出信号再经功率驱动电路去控制若干个调节伺I！服元件，例如点火线圈和电子开关等。因此，ECU实际上是一个电子控制单元，它是由输入电路、微机和功率驱动电路等3部分组成。输入电路接受传感器和其它装置输入的信号，对信号进行过滤处理和放大，然后转换成一定伏特的输入电平。从传感器送到ECU输入电路的信号既有模拟信号也有数字信号，输入电路中的模/数转换器可以将模拟信号转换为数字信号，然后传递给微机。微机将上述己经预处理过的信号进行运算处理，并将处理数据送至输出电路。输出电路将数字信息的功率放大，有些还要还原为模拟信号，使其驱动被控的调节伺I！服元件工作。

未来5~10年内，以TTP/C和FlexRay为代表的下一代高速容错总线将取代高速CAN，从而改变目前LIN、低速CAN、高速CAN三分天下的格局。此外，现有的12V电源系统供电能力己无法满足下一代汽车设计中新增电子设备的需求，采用新型42V电源己成必然。在普遍关注的汽车安全方面，自动避撞系统、监视司机行为的安全系统、轮胎综合检测系统、自适应自动驾驶系统、驾驶员身份识别系统、车身动态控制系统将成为新一代汽车安全技术的发展方向。

3发动机的电子技术与电子控制电子点火正时，是利用专用微机或大规模集成电路对点火时刻实时控制，它的关键部件是高精度的爆震传感器。

电子控制燃油供给系统是目前使用*为普遍的汽油喷射系统，其次是电子化油器和柴油机的电子控制等。它们的关键部件，包括进气量传感器与喷嘴。电子技术在发动机上的应用是综合性的，这样才易于降低成本，提高性能。如曰产ECC系统就同时具有点火正时、汽油喷射、废气再循环、怠速调节及故障自诊断等多种控制功能。

汽油机的电子控制。汽油机采用电子燃油喷射技术（EFI）是现代汽车提高功率、P降低油耗、减少污染的有效措施之一。发动机电子控制装置ECU或称为电子控制单元，它是发动机的综合控制装置。ECU的作用是根据各种传感器输入的信号进行运算、处理、判断和确定发动机的喷油量，并根据喷油量控制喷油器的喷油脉竞。首先，它根据发动机吸入的空气量和发动机转速计算基本喷油量，再根据各种传感器输入的信号进行修正，*后确定总的喷油时间及喷油脉竞。ECU不仅控制燃油喷射还控制点火正时怠速和废气排放等。

EFI技术是一种高级的发动机电子管理系统，其基本工作原理是由传感器将汽油机的工作运行状况，如负荷大小、转速快慢、进气温度等数据送给计算机进行处理，然后由控制执行元件来确定供油量，从而保证发动机在各种工况下的正常运行。当今的EFI己由单一控制发展到多项集中控制，根据汽车速度、环境温度和发动机转速等参数，自动对发动机的燃油喷射、空燃比、点火时间、怠速转速和废气再循环（ECR）等进行综合控制。其效果为：输出功率提高10%油耗下降10%尾气排放降低90%起动时间缩短50%加速时间缩短50%（0~100kn/h）在装用自动变速器的车辆，自动变速器的控制有的与发动机的控制合用一个电子控制装置进行综合管理。汽油机基本的电子控制项目如下：一是燃油定量。这是汽油机*重要的电子控制项目。控制对象是进入发动机的空气与燃油的质量比例，由ECU根据发动机的负荷、转速和冷却液温度等参数定。负荷就是驾车人对发动机的扭矩要求，通过吸入空气量或油□踏板位置传递给ECU.执行器是电动燃油泵和电磁喷油器。燃油定量影响汽车的动力性、燃油经济性、舒适性、排放和零部件的安全；二是点火定时。点火定时通常用点火发生时，活塞在压缩冲程上止点之前多少度曲轴转角，即点火提前角来表现，也要根据发动机的负荷、转速和冷却液温度等工况参数定。执行器是点火线圈。点火定时同样影响汽车的动力性、燃油经济性、舒适性、排放和零部件的安全；三是爆震控制。汽油机爆震会损坏发动机，恶化排放和燃油经济性。通过电子控制避免爆震的主要途径是减小点火提前角。所以爆震控制通过点火定时控制实施。但是过小的点火提前角会影响燃油经济性。爆震控制的目的就是使点火提前角保持在恰好不发生爆震的临界点；四是油箱蒸发排放物控制。油箱蒸发排放物都是碳氨化合物，是有害物质，必须利用活性炭罐加以吸附，并在适当的时候用新鲜空气清洗活性炭罐。清洗气流通过进气管送入气缸燃烧。并不是任何工况下都可以进行清洗，所以要利用炭罐控制阀对清洗气流加以控制柴油机的电子控制。

排气净化与节能是汽车产品急需解决的2大难题。现代车用柴油机工作压力高，燃烧充分，油耗比汽油机约低2成<排放物中除微粒物外均低于汽油机，因此在世界范围内应用不断扩大除中重型商用车外，轻型车和轿车也越来越多地应用。传统的柴油机存在着供油不精确的问题，解决的办法是采用电子控制燃油喷射的技术。柴油机电控技术当前主要应用于柴油喷射、废气再循环、尾气催化转化等方面。目前先进的柴油机电子技术是共轨式电控喷油系统。它由电磁阀、传感器及中央处理单元组成。与传统喷射系统不同，在共轨系统中压力的产生和喷射互不关联。在一定限度内，喷射压力的选择不受发动机转速和喷油量的影响。与汽油机相比，柴油机的电子控制燃油喷射系统有很多相同之处，在整机电脑管理方面基本相同，但因柴油机的喷射系统形式多样，电控系统的硬件也多样，同时柴油机需要对油量、定时、喷油压力、喷油路等多参数进行综合控制，其软件的难度也大于汽油机。**代柴油机电控燃油喷射系统也称位置控制系统，它用电子伺服机构代替调速器控制供油滑套位置以实现供油量的调整，这类技术己发展到了可以同时控制定时和预喷射的TICS系统。第二代系统也称时间控制系统，其特点是供油仍维持传统的脉动式柱塞泵油方式，但油量和定时的调节则由电脑控制的强力快速响应电磁阀的开闭时刻所决定。第三代也称为直接数控系统，它芫全脱开了传统的油泵分缸燃油供应方式，通过共轨压力和喷油压力/时间的综合控制，实现各种复杂的供油规路和特性。强力快速线性响应电磁阀是各种系统共同的技术难点。因柴油机的喷射系统形式多样，有直列泵和分配泵的可变预行程TICS系统，有基于时间控制泵喷嘴系统，有蓄压共轨系统和高压共轨系统等。各种技术方案都在原有的基础上发展，但高压共轨系统是总的发展方向。4传动系统的电子控制汽车电控自动变速器的应用满足了人们追求操纵简便及燃油经济的要求。电控自动变速器通过电子技术实现自动换挡、自动控制离合器及油□的开度，并能自动选择*佳挡位和*佳换挡时间。有3种操纵方式：电子控制气动操纵，电子控制液压操纵和电子控制马达操纵。电子变速器能将理论上*佳的操作规范带入传动系统，以获得*大的动力传递和*小的油耗。现在己知的电子变速器有4种类型：对传统的液力变速器实施电子控制，以提高其瓣；电子操纵行星变速轮自动变速器；采用电磁离合器藕合的自动变速器；采用皮带传动无级变速的自动变速器。自动变速器主要由无级变速器和变速箱控制器TCU根据传感器输入信号和开关信号，对电磁阀离合器和控制变比的电机进行控制，达到自动变速的目的。自动变速器的电子控制装置是由信号输入系统计算系统和控制信号输出系统这3部分组成。信号输入系统有：变速器输入速度传感器、变速器输出速度传感器、发动机冷却温度传感器、节气□位置传感器、发动机曲轴转速传感器、润滑油温度传感器、制动开关等信号。这些信号输入到TCU后经过计算或查表然后输出控制信号控制电磁离合器的电流甩磁离合器的电流取决于汽车的运行状态。TCU根据汽车行驶状态来操纵电磁离合器通电电流的大小或关闭。汽车速度比较慢或停止时，TCU不启动电磁离合器，当汽车速度达到一定值时，TCU启动电磁离合器。汽车变速箱变比的控制也是由TCU芫成的，TCU根据汽车车速、发动机转速及节气□开度等输入信号参数控制变速箱变比调节电动机正转或反转及加速或减速，从而达到汽车的*佳运行状态。（未完待续）