汽车电子控制系统
概述
第四章汽车电子控制系统概述
第一节汽车电子技术的发展背景
汽车既可作为生产运输的生产用品, 又可作为代步、休闲、旅游等消费用品, 汽车技术的发展是人类文明史的见证。

随着社会、经济的发展, 汽车成为人类密不可分的伙伴。

当然, 汽车的发展也带来了一些负面的影响, 如随着汽车保有量的增加, 交通条件、安全、环境污染也成了日益严重的问题。

汽车的安全、环保和节能是当今汽车技术发展的主要方向。

一、安全、环保和节能推动了汽车技术的发展
汽车的安全性是人类社会的一大祸害, 车辆的制动安全性、驱动安全性与行驶安全性是道路交通安全事故的三大主要根源。

全世界每年由于交通事故死亡约50万人, 排在人类死亡原因的第10位; 中国当前每年因交通事故死亡占全国总死亡人数的1.5%, 约每年10万人。

为此, 科技人员从汽车的主动安全性和被动安全性两个方面着手, 设计了防滑控制系统、车辆姿态控制系统、智能防撞预警与应急保护系统、碰撞后的保护系统等一系列电子控制装置。

HC和NOx 混合在一起, 在强烈的阳光照射下, 会发生一系列光化学反应, 产生臭氧和各种化合物。

臭氧( O3) 具有很强的氧化性和毒性。

1963年美国洛杉矶地区发生了光化学烟雾事件, 促使各国对大气污染的重视研究。

据统计, 城市大气污染物一氧化碳( CO) 、碳氢化合物( HC) 和氮氧化物( NOx) 的主要污染源是汽车排气。

因此, 世界各国都相继制订了日益严格的汽车排放物限制法规。

另外, 随着汽车保有量的增加, 汽车噪声也是环境保护的重点治理对象。

于是, 现代轿车普遍装有喷油与点火控制、废气再循环及三元催化等发动机尾气控制装置。

人们还在降低机械噪声、隔振、隔音等方面进行了大量的实验与改进工作。

进入二十世纪70年代, 全球的石油危机, 使汽车节能问题受到
世界各国高度重视, 汽车耗油量被相应的法规限制, 并成为汽车报废的一个主要标志。

到二十世纪末, 美国政府提出了耗油为3L/100km的”3升车”计划。

传统的化油器等发动机部件虽然有了很大的改进, 依然满足不了排放和油耗两大法规的要求。

可见, 传统技术已无能为力, 只有采用汽油喷射及电子点火等易于应用的电子控制新技术, 才能有所突破。

二、电子信息技术的发展推进了汽车技术向集成与智能迈进
汽车技术特别是汽车电子控制技术在世界较发达国家发展迅猛, 其先决条件是电子技术和计算机技术的迅猛发展。

二十世纪物理学的革命, 促使半导体技术的迅速发展, 特别是集成电路( IC) 和大规模集成电路( LSI) 及超大规模集成电路( VLSI) 的发展, 使电子元件过渡到了功能块和微型计算机, 不但功能极强, 而且价格便宜, 可靠性好, 结构紧凑, 响应敏捷, 迅速推动了汽车电控技术的发展。

由于电子信息技术的发展, 以及近年来嵌入式系统、局域网CAN( Controller Area Network) 和数据总线DB( Data Bus) 技术的
成熟, 汽车电子控制系统的集成成为汽车技术发展的必然趋势。

原先单一项目控制的燃油喷射控制、点火控制、排放控制、自动
变速控制等, 发展成为多功能的集成控制系统。

如: 发动机的电子控制技术是从控制点火时刻开始的, 上世纪九十年代初发展到汽油喷射、点火控制、排放控制等多项内容复合的发动机集中控制系统; 上世纪末又将发动机控制、驱动防滑控制系统等复合,成为动力控制系统或牵引控制系统( TCS,
Traction Control System) 。

又如: 戴姆勒—克莱斯勒公司(Daimler—Chrysler)的测控一体化制动系统( SBC, Sensotronic Brake Control) , 把制动踏板行程、转向角度、轮速、车速等信号集合, 经过制动防抱死( ABS, Anti—Lock Brake System 或Antilock Braking System) 或电子稳定控制程序( ESP, Electronic Stability Program)系统控制制动过程。

传感技术和计算机技术的发展, 加快了汽车的智能化进程。

日本丰田公司( Toyota) 和德国德科电子公司( Delco) 联合开发的智能车速控制系统, 驾驶员能够选择滞后前车一定的时间( 1.8s、 2.0s、2.4s) , 经过前保险杠的雷达传感器测距来控制, 并与前车保持一定的距离。

德国德尔福电子系统公司( Delphi) 的热管理系统, 把信号送入系统中央控制器后, 能够根据乘员的衣着和心理反应进行自动调节气流温度、流量、流动方向等, 满足各个乘员的舒适性。

智能汽车导航系统集合了嵌入式计算机、彩色显示器和卫星定位系统( GPS) 等技术, 由于”蓝牙技术”( Bluetooth) 的应用, 预计卫星定位这项技术将在中国得到迅速推广。

网络化是未来车辆的必然选择, 集发动机控制、底盘控制、车身控制、以及安全、通讯、娱乐等于一体的网络汽车的出现也是指日可待。

图4-1、图4-2为近期构建的车辆网络系统。

三、汽车电子技术应用的优越性
由于电子技术、计算机技术和信息技术等新技术的发展和应用, 汽车电子控制在控制的精度、范围、适应性和智能化等多方面有了较大发展, 实现了汽车的全面优化运行。

因此, 在降低排放污染、减少燃油消耗、提高安全性和舒适性等方面, 电子控制汽车有着明显的优势。

1．减少汽车修复时间
汽车电气设备的故障约占汽车总故障的1/3。

由于汽车构造比较复杂, 零部件比较多, 工作环境不可控制( 如道路条件, 环境的温、湿度) , 加上人为的因素, 因此汽车的可靠性差, 无故障间隔时
间短; 随着电气设备在汽车零部件中比例的增加, 电气设备的故障率还会提高。

由于电子控制汽车均装有自诊断系统, 提高了故障诊断的速度和准确性, 从而缩短了汽车的修复时间, 带来很好的社会效益和经济效益。

2．节油
汽车发动机采用电子综合优化控制, 与传统的化油器式发动机相比, 能够节约燃油消耗10%~15％左右。

汽车是一个较复杂的多参数控制的机械, 而且行驶条件随机变化。

对其采用优化控制后, 计算机能够对控制对象的有关参数( 如温度、气体压力、转速、排气成分) 进行适当采样, 然后进行数据处理, 最终控制汽车的执行机构, 这样便可使汽车在最佳工况下工作, 以达到节油目的。

发动机各部件的优化控制主要有: 电子控制点火装置、电子控制汽油喷射和混合气浓度控制装置等, 另外还有发动机闭缸控制节油装置、怠速控制、废气再循环控制和爆震控制等优化控制。

3．减少空气污染
用传感器控制的发动机空燃比闭环控制系统, 能够保证空燃比处于理论空燃比附近工作。

若加装废气再循环和三元催化净化等装置, 不但能够节约燃油, 而且废气中碳氢化合物( HC) 的体积分数可降低40％, 氮氧化合物( NOx) 的体积分数可降低60%左右。

4．减少交通事故
电子技术在汽车安全方面得到应用后, 使整车的安全性能提高。

交通事故主要由人的主观因素和客观因素所造成, 减少人的主观因素造成事故的电子装置有: 防止酒后驾车和驾驶员磕睡的电子装置、检查人的心理状态和反应时间的电子装置等; 减少由于客观原因造成事故的电子装置有: 电子控制防滑装置、智能驾驶信息系统、汽车主要参数报警装置和安全气囊等。

5．提高乘坐舒适性
汽车的舒适性包括平顺性、噪声控制、空气温度和湿度调节。