汽車電子技術現(xiàn)狀

及發(fā)展趨勢吳鋒浙江大學動力機械及車輛工程研究所汽車汽車電子技術發(fā)展的背景現(xiàn)代汽車已不再僅僅是一個簡單的代步工具，它已同時具備了交通、娛樂、辦公和通訊等多種功能。汽車的電子化使汽車進入了數字化時代現(xiàn)代汽車設計要解決的問題仍還將是環(huán)保、節(jié)能、安全、便捷和舒適電子技術的快速發(fā)展，為汽車向電子化、智能化、網絡化、多媒體的方向發(fā)展創(chuàng)造了條件推動汽車電子發(fā)展的動力

汽車法規(guī):最早的主要針對安全問題，隨后陸續(xù)制訂了排氣污染與噪聲控制、燃油經濟性等一系列日益嚴格的法規(guī)20世紀80年代，采用電子控制技術對汽車的機械系統(tǒng)進行改造，使汽車的動力性、經濟性、操縱性、平順性、和安全性能等都得到了進一步的提高和改善20世紀90年代，隨著人們對節(jié)能、環(huán)保、安全、舒適、便捷和豪華的追求，半導體集成電路和計算機技術的進步，汽車上安裝的電子裝置急劇增多，一些家用電器和計算機也逐漸地移上了汽車汽車電子發(fā)展歷程第一階段：20世紀50年代初到70年代初

主要特點：應用分立元件和簡單集成電路組成的電子裝置代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機械部件

1953年美國Bendix公司著手開發(fā)汽油電噴裝置1955年晶體管收音機成為汽車的標準部件1960年起，克萊斯勒和日產開始采用二極管整流式交流發(fā)電機60年代中期，汽車上開始采用晶體管電壓調節(jié)器和晶體管點火裝置，1967年德國Bosch公司公布了D-Jetronic系統(tǒng)

1969年開始研制汽車變速器的電子控制裝置，并于1970年裝車使用汽車電子發(fā)展歷程（續(xù)）第二階段：從20世紀70年代到90年代中期

主要特點：汽車電子控制技術初步開始形成。應用大規(guī)模集成電路減小電子產品的體積，應用微處理器提高電子系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性；應用電子裝置解決機械裝置所無法解決的復雜的自動控制問題1970年：電子控制防滑裝置——載貨汽車防抱死制動裝置(ABS)1972－1975年：BOSCH公司先后投產電子控制噴射系統(tǒng)1973年通用公司采用IC點火裝置，隨后逐漸普及。1974年通用公司裝備高能點火系統(tǒng)，點火系統(tǒng)一體化汽車電子發(fā)展歷程（續(xù)）第二階段：從20世紀70年代到90年代中期1976年克萊斯勒公司開發(fā)出模擬計算機控制電子控制點火系統(tǒng)1977年美國通用公司開始采用數字式點火控制系統(tǒng)，是一種真正的電子控制系統(tǒng)。同年，福特公司擴展到能同時控制點火、廢氣再循環(huán)和二次空氣噴射的發(fā)動機電子控制系統(tǒng)。1978年發(fā)動機電子控制系統(tǒng)具備空燃比反饋控制和怠速轉速控制功能1980年豐用公司開發(fā)了能綜臺控制噴油、點火時刻和怠速轉速，并具有自我診斷功能的TCCS系統(tǒng)80年代，出現(xiàn)了微機控制的汽車儀表系統(tǒng)90年代，電控燃油噴射系統(tǒng)普及汽車電子發(fā)展歷程（續(xù)）第三階段從90年代中期－汽車電子控制技術作為工程技術已經成熟廣泛應用16位或32位微處理器進行控制，控制技術向智能化方向發(fā)展主要開發(fā)車輛智能控制技術，模擬人的思維和行為對車輛進行控制主要產品有發(fā)動機管理系統(tǒng)、牽引力控制系統(tǒng)、控制器區(qū)域網絡CAN通訊系統(tǒng)、四輪轉向控制系統(tǒng)、輪胎氣壓控制系統(tǒng)、聲音合成與識別系統(tǒng)、自動防追尾碰撞系統(tǒng)、汽車自動導航系統(tǒng)和自動駕駛系統(tǒng)等汽車電子應用現(xiàn)狀目前，國外汽車電子產品平均接近汽車制造成本的30％，未來平均將達到40％～50％目前，國內現(xiàn)生產的轎車中

—上海大眾帕薩特轎車已達到18.7％

—上海通用別克轎車已達到25％

—一汽奧迪A6已達到了28%中檔轎車的電子控制系統(tǒng)，現(xiàn)已超過了當年用于阿波羅登月飛船上的電子控制系統(tǒng)。2007年，我國轎車電子產品平均占到整車成本的比例超過20％汽車電子應用現(xiàn)狀（續(xù)）汽車上70%的創(chuàng)新來源于汽車電子。國外每臺汽車采用汽車電子裝置的費用1990年為672美元，2000年已達到2000美元。在一些豪華轎車上，使用單片微型計算機的數量已經超過50個，電子產品占到整車成本的50％以上平均每輛新車汽車電子的成本汽車電子產品占每輛新車價值的比例汽車電子所占成本比例的增長率汽車電子應用現(xiàn)狀（續(xù)）汽車電子增長速度的對比汽車電子產品分類汽車電子控制裝置

車載汽車電子裝置

動力傳動總成控制系統(tǒng)

底盤電子控制系統(tǒng)

車身電子控制系統(tǒng)發(fā)動機管理系統(tǒng)自動變速器控制系統(tǒng)動力總成控制系統(tǒng)自動巡航控制系統(tǒng)電控懸架系統(tǒng)電控動力轉向系統(tǒng)四輪轉向系統(tǒng)防抱死制動系統(tǒng)牽引力控制系統(tǒng)驅動防滑控制系統(tǒng)電子穩(wěn)定程序輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)碰撞警示與預防系統(tǒng)電控安全帶安全氣囊電動門窗電動座椅電動后視鏡自動照明系統(tǒng)自動空調系統(tǒng)自動雨刮系統(tǒng)智能防盜系統(tǒng)倒車雷達疲勞監(jiān)視報警系統(tǒng)紅外夜視系統(tǒng)全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)汽車導航系統(tǒng)汽車音響車載收音機電子組合儀表抬頭顯示器車載TV/DVD/VCD車載通信系統(tǒng)車載計算機后座娛樂系統(tǒng)智能交通系統(tǒng)設備主要汽車電子控制系統(tǒng)簡介汽車電子控制系統(tǒng)的構成汽車電子控制系統(tǒng)由傳感器、執(zhí)行器和電子控制單元組成傳感器和執(zhí)行器是控制系統(tǒng)的重要組成部分，它們性能的好壞直接會影響到發(fā)動機或汽車的性能。電子控制單元（ECU）根據傳感器采集的信息，按照一定的控制策略輸出信號，控制執(zhí)行器工作傳感器執(zhí)行器電子控制單元ECU主要汽車電子控制系統(tǒng)簡介（續(xù)）汽車總線技術汽車電子裝置增多，使用導線的數量增加，線束變粗、變重，維修困難，促進了總線技術的推廣應用。汽車總線的特點信息共享、容易擴展、便于維修汽車總線的分類CAN總線、LIN總線、多媒體總線、故障診斷總線長度(m)重量（公斤）成本典型傳統(tǒng)線束>200050100%車載網絡(CAN）縮短50%以上減輕50％以上下降25%以上主要汽車電子控制系統(tǒng)簡介（續(xù)）汽車總線主要汽車電子控制系統(tǒng)簡介（續(xù)）發(fā)動機管理系統(tǒng)汽油機燃油噴射系統(tǒng)主要汽車電子控制系統(tǒng)簡介（續(xù)）汽油機燃油噴射系統(tǒng)電子控制單元噴油器驅動電路轉速信號處理主要汽車電子控制系統(tǒng)簡介（續(xù)）汽油機燃油噴射系統(tǒng)主要元件主要汽車電子控制系統(tǒng)簡介（續(xù)）變速器手動變速器機械自動變速器（AMT）液力自動變速器（AT）無級變速器（CVT）主要汽車電子控制系統(tǒng)簡介（續(xù)）變速器發(fā)展簡史及現(xiàn)狀1939年通用公司開發(fā)出液力變矩器—行星齒輪液力變速器20世紀40年代末50年代初，液力控制換擋自動變速器1968年Renault公司在自動變速器上使用了電子元件豐田公司1976年實現(xiàn)了批量生產電子控制變速裝置1982年豐田公司將微機技術應用于電子控制變速器系統(tǒng)Bosch公司于1983年研制成功發(fā)動機和自動變速器共用的電子控制單元目前，轎車自動變速器的裝車率，日本超過80%，美國為70%，德國為62%，中國30%左右主要汽車電子控制系統(tǒng)簡介（續(xù)）防抱死制動系統(tǒng)（Anti－lockBrakingSystem）

通過安裝在各車輪或傳動軸上的轉速傳感器檢測各車輪的轉速，計算車輪滑移率，并與理想的滑移率相比較，做出增大或減小制動器制動壓力的決定，命令執(zhí)行機構及時調整制動壓力，以保持車輪處于理想的制動狀態(tài)能夠使車輪始終維持在有微弱滑移的滾動狀態(tài)下制動，不會抱死目前小型載客汽車的標準配置主要汽車電子控制系統(tǒng)簡介（續(xù)）ABS基本原理主要汽車電子控制系統(tǒng)簡介（續(xù)）電子制動力分配系統(tǒng)（EBD）

汽車制動時，如果四只輪胎附著地面的條件不同，四輪與地面的摩擦力不同，在制動時（四個輪子的制動力相同）就容易產生打滑、傾斜和側翻等現(xiàn)象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致的摩擦力數值，然后調整制動裝置，使其按照設定的程序在運動中高速調整，達到制動力與摩擦力（牽引力）的匹配，以保證車輛的平穩(wěn)和安全與ABS配合可大大提高制動性能主要汽車電子控制系統(tǒng)簡介（續(xù)）電動助力轉向系統(tǒng)（EPS）當操縱轉向盤時，裝在轉向軸上的扭矩傳感器不斷地測出轉向軸上的扭矩信號，該信號與車速信號同時輸入到電子控制單元(ECU)。電子控制單元根據這些輸入信號，確定助力扭矩的大小和方向，電動機的扭矩由電磁離合器通過減速機構減速增扭后，加在汽車的轉向機構上，使之得到一個與汽車工況相適應的轉向作用力汽車電子的發(fā)展趨勢總體趨勢保護環(huán)境：減少對大氣的污染和節(jié)約能源安全：主動安全和被動安全架駛乘坐環(huán)境：滿足“人體工程學”的設計要求公共基礎設施的建設：網絡通訊基礎設施的建設和智能交通系統(tǒng)的建立節(jié)能技術將集中于信息網絡化集成通訊系統(tǒng)互聯(lián)網智能導航系統(tǒng)集成通信系統(tǒng)智能駕駛系統(tǒng)汽車電子的發(fā)展趨勢智能巡航控制也稱為自適應巡航控制(ACC)可自動完成駕駛、制動等操作智能安全保護系統(tǒng)是將安全帶、安全氣囊、乘員感知系統(tǒng)和碰撞預測系統(tǒng)集成在一起．在實際碰撞發(fā)生之前，就能夠預知碰撞的發(fā)生，并采取保護措施集成控制系統(tǒng)把多種控制功能集成在一起，減少ECU的數量汽車電子的發(fā)