汽车电子技术概述

46-1,第一讲 汽车电子技术概述,46-2,主要内容 一、汽车电子的技术特点 二、汽车电子发展的三个阶段 三、国内汽车电子的现状 四、发展国内汽车电子的基本思路 五、汽车电子未来的发展趋势 六、微电子技术在汽车上的应用,46-3,一. 汽车电子控制系统的特点,和传统家用消费电子、军用的航空和航天电子横向比较，汽车电子具有较强的独立性。 （1）汽车上有的控制系统的实时性要求非常高，以满足车辆高速移动时的安全性和发动机精确控制的需要。 例：对发动机的点火正时和喷油脉宽的控制误差在0.1CA的数值范围内，在发动机3000r/min工作转速下，该曲轴转角对应5.56s 对比：速度为1000km/h的飞机，在5.56 s内飞行距离只有1.54mm。,46-4,（2）汽车上的控制系统必须能够满足苛刻和剧烈变化的环境要求； 温度、海拔高度、盐雾、湿度、振动、光照、辐射、腐蚀性气体或液体。 例：汽车的工作温度范围分为3个级别： -4085 -40105 -40125（该级别和军用电子很相似）,46-5,（3）汽车上的控制系统具有高度灵活性、可靠性； 灵活性：满足各种客户的不同偏好和需求，适应不同产品定位要求、多变外部环境和驾驶员操作输入。 可靠性：诊断、容错、失效安全。 （4）较强的机电结合性；软硬件结合；控制算法和MAP图数据相结合； 知识高度密集、学科交叉程度大，投入开发周期长、需要投入的人力和物力多。,46-8,（1）第一阶段：器件层次 时间：20世纪50年代中期到70年代末期 特点：主要从技术革新着眼，应用电子装置改善部分机械部件的性能。 主要事件： a、收音机是汽车上最早应用的电子装置 1948年发明了晶体管收音机；1955年，安装在汽车上的晶体管收音机数量迅速增加。 b、汽车采用了硅二级管整流的交流发电机 1960年，美国克莱斯勒（Chrysler）和日本日产（Nissan）首先在汽车上采用了硅二级管整流的交流发电机。 c、晶体管电子电压调节器的应用和普及 1960年，美国通用（GM）最先使用了晶体管电子电压调节器。 d、晶体管点火装置的应用 1962年，通用开发了晶体管点火装置。 e、电控燃油喷射 1967年，BOSCH制造了一系列简单的电子燃油喷射控制系统。,二. 汽车电子发展的三个阶段,46-9,（2）第二阶段：部件层次 时间：20世纪70年代末期到90年代中期 特点：汽车电子技术的雏形开始形成。在汽车大部件乃至总成的设计和生产中，重视“机电一体化”思想与技术。大规模集成电路和4位、8位、16位微处理器及单片机用来开发汽车专用的电子系统。包括发动机控制系统、自动变速箱控制系统、汽车防抱死制动系统、电子悬架控制系统、音响控制系统、空调控制系统等。主要的编程手段为汇编和C语言。 主要事件：第一个在汽车上应用微处理器的是通用，于1976年将其应用在MISAR点火定时控制系统上。,46-10,（3）第三阶段：整车集成 时间：20世纪90年代中期至今 特点：汽车电子作为工程技术已经成熟，“汽车电子学”诞生。采用智能功率器件、智能传感器、大容量EEPROM或者FLASHROM、专用集成电路等加入到汽车电子中，进一步形成了规范化、专业化的开发、生产和设计体系。 形成了动力系统（Power-train)综合控制，集成了发动机和变速箱的综合控制(Drive by Wire)；驾驶和悬架综合控制系统(Steering by Wire)；主被动安全系统（ABS和Airbag)控制系统；,46-11,数字音响系统；智能交通系统；通讯导航和远程诊断；直到整车综合控制系统。形成以网络为基础的多CPU的分布式控制系统。 在软件的开发手段上，采用了MATLAB/ Simulink /Stateflow作为仿真和调试手段，dSPACE作为ECU的快速原型开发，以图形化界面编程为主的手段，以嵌入式实时操作系统RTOS为框架，采用Hiware等基于Windows的集成开发环境，形成OSEK/VDX的统一标准和规范。,46-12,该规范从实时操作系统、软件接口、通讯功能和网络管理方面对未来的以分布式控制为特征的汽车电子控制软件的开发平台技术作了全面、实际、细致的定义与规定。,46-13,OSEK/VDX: 汽车电子的分布式开放系统及其接口标准,46-14,BMW （宝马） Fiat （菲亚特） Denso （电装） Cummins（康明斯） Delco （德科） Hewlett Packard （惠普） ITT （国际电话电报） Lucas （卢卡斯） Robert Bosch（博世）SGS Thomson（汤姆逊） Siemens（西门子） Texas Instruments（德州仪器） Daimler-Benz Volkswagen Volvo Motorola， National， NEC， Philips,加入OSEK/VDX的部分著名企业,46-15,目前还处于第2个初级阶段： （1）分散和重复：实力，技术，人员，产品 （2）水平低：设计、开发能力弱； （3）没有自主的知识产权，受控于人；产品升级换代慢，代价高； （4）汽油机电子控制系统已经大规模产业化,但是柴油机电子控制系统则没有规模化。而且全部是国外的东西。,三. 国内汽车电子的现状,46-16,（1）培养新型机电复合型人才； 这是因为汽车电子控制系统是软件和硬件的完美结合：必须掌握汽车各个部件的工作过程和原理，同时要具备控制和电子设计知识才能胜任。 国内厂家已开始意识到机电复合人才重要性，加强了复合型人才的培养和使用。,四. 发展国内汽车电子的基本思路,46-17,（2）体制上和管理上建立发展汽车电子的组织和体系。 首先从观念上彻底改变汽车属于机械行业的观念，因为从汽车各部件的结构设计到性能测试到匹配标定到生产和组装，电子系统都已经成为不可分割的一部分。,46-18,（3）解决我国汽车电子发展的根本途经 硬件基础： 半导体产业国际化，如同当今的IT 软件平台： 是汽车电子的核心技术和高附加值的部分，是我们的特长和 切入点； 传感器和执行器： 技术引进，将机械制造与电子技术有机结合，边生产边消化 边开发，最终形成独立的开发生产能力； 匹配和标定： 我国已经兴建了一批设备齐全、功能完善的实验室，可以满 足汽车电子的研发和匹配的要求；,46-19,（1）环保、节能 减少汽车排放的二氧化碳和其他有害污染物。 措施： A、提高发动机效率，安装催化转化器，电子点火、电控燃油喷射； B、使用“代用燃料”，采用油电混合动力系统，氢燃料电池； C、减轻汽车自重、轿车轻量化。,五. 汽车电子未来的发展趋势,46-20,（2）安全 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； 我国目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。,46-21,汽车安全性可以分为主动安全和被动安全： A、主动安全：协助驾驶员避免意外事故的发生和提高驾驶的安全性。防抱死制动系统、牵引力控制系统、碰撞检测系统、驾驶员检测系统。 B、被动安全：一旦不可避免地发生了碰撞事故，可以保护车上乘员的安全。安全带、安全气囊。,46-22,（3）驾驶乘坐环境（舒适性） 乘坐舒适，易驾驶，驾驶信息醒目、易读。 例：转向助力系统、车速巡航控制系统、平视显示系统（HUD）,46-23,（4）公共基础设施的建设 A、将来的在板通信系统（on-board communication systems）：道路情况、停车位、商店等地理位置。 B、AM/FM收音机：提供娱乐、收听交通信息。 C、大屏幕液晶显示屏：车辆位置、最佳行驶路线、到达目的地所需最少时间。,46-24,六.微电子技术在汽车上的应用,微电子技术在汽车上的应用大致主要有哪几个方面？,思考,围绕改善汽车的动力性、经济性、安全性、舒适性等性能指标。,1. 发动机电子控制 2. 底盘电子控制 3. 车身系统电子控制 4. 信息通信系统,46-25,1、发动机电子控制,发动机电子控制用于降低油耗、减少污染，提高车辆的动力性和经济性，主要有发动机供油控制、点火控制、供气控制、排气控制等，是目前乘用车所配备的基本电子控制系统。微电子技术在发动机上的主要应用见表1-1。,25,46-26,表1-1 微电子技术在发动机上的应用,46-27,EGR,46-28,46-29,46-30,46-31,46-32,2、底盘电子控制,目的：提高车辆的动力性、舒适性、安全性和动力性等。,主要包括：离合器控制、变速器控制、差速器控制、主动/半主动悬架及车高自动控制、制动控制、驱动防滑控制、车身稳定性控制、转向控制(如4WS),驱动控制(如4WD)和巡航控制等。,微电子技术在汽车底盘上的主要应用见表1-2,46-33,表1-2 微电子技术在汽车底盘上的主要应用,46-34,46-35,46-36,46-37,46-38,46-39,3、车身系统电子控制,目的：增强车辆的安全性、舒适性和方便性。,主要包括：安全气囊、安全带、防盗系统、自动空调、车内噪声控制、电动座椅、电控刮水器、电动车窗、灯光自动调节控制和满足多种用电设备需求的电源管理系统等。,微电子技术在汽车车身上的主要应用见