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现代汽车电子技术的应用综述摘要：随着电子技术的迅速发展，能源、排放、安全法规的不断强化，以及对舒适、豪华、便利的不断追求，人们对汽车性能提出了越来越高的几乎是苛刻的要求，电子技术在汽车工业中得到了广泛的应用，使汽车性能进一步提高和改善成为可能。关键词：汽车；电子技术；控制系统；应用 正文 : 近年来，随着电子技术、计算机技术和信息技术的应用，汽车电子控制技术得到了迅猛的发展，汽车结构的改进与性能的不断提高，汽车上装用的传统电气设备正面临着巨大的冲击。汽车电子控制技术是汽车的重要组成部分，其性能的好坏直接影响到汽车的动力性、可靠性、安全性及舒适性。由于人们对汽车安全、舒适、便捷和豪华的追求，对汽车的性能提出了更高的要求。使用了大量的传感器、微处理器等电子元件，尤其在近年来，微电子技术的飞速发展，特别是微型计算机技术的巨大进步，将先进的电子技术知识与传统的机械相结合，使得汽车的环保、节能、安全、舒适、便捷和智能化等方面有了很大的进步。如今的汽车已经成为了集微电子技术和微型计算机一体的自动系统。汽车电子控制技术的应用 动力传动电子控制系统 主要包括发动机电子控制、自动变速器控制(ECT、CVT/ECVT等)以及动力传动总成的综合电子控制等。其主要是保证汽车在不同的工况下均能处在最佳状态下运行，并简化驾驶员的有关操作，从而降低油耗和排放，减少动力传动系统的冲击，减轻驾驶人员的劳动强度，提高汽车的动力性、经济性和舒适性。控制系统的功能是依据驾驶员的意图和车辆行驶环境的变化，自动调节基础传动部件的传动比和工作状态，以实现传动系效率的最佳和车辆整体性能的最优。一般来说，车辆控制系统主要由车辆数据采集系统（传感器部分）、电子控制单元和执行机构三大部分组成。（1）车辆数据采集系统（传感器部分）的组成。在整个控制系统中，传感器的部分作用等于人工操作换档车辆情况下驾驶员的视觉、听觉和触觉系统，将各种换档所需的参数信号采集并传送到电子控制单元。车辆按照驾驶员的意图行驶和工作，车辆控制系统必须能够正确识别和实现驾驶员的操纵。驾驶员意图的识别是通过传感器对车辆控制机构（例如加速踏板、制动踏板、方向盘转角等）的变化进行测试，并经过分析获得。在汽车上使用的传感器主要有以下几种：磁电式传感器、磁阻式传感器、光电式传感器、霍尔式传感器、热敏式传感器、变阻式传感器、压电晶体式传感器等。在动力传动系统中变速器部分使用的传感器主要有：发动机转速传感器、车速传感器、节气门开度传感器、离合器位移传感器等。其中发动机转速传感器、车速传感器使用磁电式传感器和霍尔传感器等利用磁电信号原理的传感器，节气门开度传感器和离合器位移传感器均使用变阻式传感器。除传感器以外，其他信号通过开关和控制器或其他方式进行信号传递。常用的开关有多功能开关、强制低档开关等。开关也是很重要的信号输入手段。（2）电子控制单元。电子控制单元（ECU）是整个控制系统的核心。其功能是依据驾驶员意图和车辆的运动状态参数检测与提供的信号，进行档位转换或工作状态改变。电子控制单元的主要功能有：信号采集和预处理、驾驶员操纵意图识别、车辆状态识别、换档决策（换档规律）、换档品质控制、故障诊断功能、输出和显示等功能。新一代的控制器功能很全面，控制性能也非常好，使用了高性能的16位或32位微处理器，有些甚至使用了定制的微处理器，包含了控制需要的大部分功能，简化了控制电路而且增强了电路的功能和可靠性。比如日本的JATC Q公司的产品均使用NEC和摩托罗拉16位和32位微处理器；德国的ZF公司使用摩托罗拉32位POWERPC微处理器开发了5档自动变速器SHP19的换档控制器。由于控制器的微处理器更新换代，使换档控制比较复杂，而且由于处理器的外围电路扩展，使输入输出功能更加强劲。为了使控制性能获得更大的提高，在这些控制器中不仅使用了控制程序，还使用了嵌入式实时操作系统。（3）执行机构。控制系统在采样获得输人信号以后，送到控制器进行数据处理，数据处理结束以后，电子控制单元的控制信一号将通过执行机构实现对动力传动系统工作状态的改变，保证对车辆性能的控制。同时执行机构保证换档品质的控制。实现档位切换的执行机构一般都使用电磁阀。 底盘电子控制系统 底盘电子控制系统GCC 本质上是目前电子稳定系统ESP（Electronic Stability Program）的逻辑功能扩展，其目的是在驾驶员正常的驾驶条件下，最大限度地提高车辆的主动安全性、乘坐平顺性和驾驶员的开车兴趣；它是使用车上已安装的配置电子控制底盘子系统来实现其功能的 9 。该系统能够使车辆在极度危险的情况下更容易控制，同时具有最好的乘坐舒适性，并能确保更灵敏的操纵性能。底盘综合控制系统包括电控自动变速器、防抱死制动系统（ABS）、驱动防滑系统（ASR）、电子转向助力系统(EPS)、自适应悬挂系统(ASS )、巡行控制系统（CCS）等。 1. 电控自动变速器（ECAT） 一般来说，汽车驱动轮所需的转速和转矩，与发动机所能提供的转速和转矩有较大差别，因而需要传动系统来改变从发动机到驱动轮之间的传动比，将发动机的动力传至驱动轮，以便能够适应外界负载与道路条件变化的需要 。此外，停车、倒车等也靠传动系统来实现，适时地协调发动机与传动系统的工作状况，充分地发挥动力传动系统的潜力，使其达到最佳的匹配，这是变速控制系统的根。ECAT 可以根据发动机的载荷、转速、车速、制动器工作状态及驾驶员所控制的各种参数，经计算、判断后自动地改变变速杆的位置，按照换档特性精确地控制变速比，从而实现变速器换挡的最佳控制，得到最佳挡位和最佳换挡时间。该装置具有传动效率高、低油耗、换档舒适性好、行驶平稳性好以及变速器使用寿命长等优点 。采用电子技术特别是微电子技术控制变速系统，已经成为当前汽车实现自动变速功能的主要方法。 2. 防抱死制动系统（ABS）汽车制动防抱死装置(ABS)可以感知制动轮每一瞬时的运动状态，并根据其运动状态相应地调节制动器制动力矩的大小，避免出现车轮的抱死现象，是闭环制动系统。它是电子控制技术在汽车上最有突出成就的一项应用，可使汽车在制动时维持方向稳定性和缩短制动距离，有效地提高了行车的安全性。它是应用在汽车安全上的最有价值的一项应用。 3.驱动防滑系统（ASR）驱动防滑系统是汽车制动防抱死系统功能的自然扩展。它的作用是维持汽车行驶的方向稳定性，并尽可能利用车轮-路面间的纵向附着能力，提供最大的驱动力，该系统利用驱动轮上的转速传感器感受驱动轮是否打滑，当打滑时，控制元件便通过制动或通过油门降低转速，使之不再打滑 。它实质上是一种速度调节器，可以在起步和弯道中速度发生急剧变化时，改善车轮与路面间的纵向附着力，提供最大的驱动力，提高其安全性，维持汽车行驶的方向稳定性。 ABS 是防止车轮在制动时抱死而滑移，ASR 系统则是防止驱动车轮原地不动地滑转。4. 电子转向助力系统 电子转向助力系统是用一部直流电机代替传统的液压助力缸、用蓄电池和电动机提供动力。这种微机控制的转向助力系统和传统的液压助力系统比起来具有部件少、体积小、重量轻的特点，最优化的转向作用力、转向回正特性，提高了汽车的转向能力和转向响应特性，增加了汽车低速时的机动性以及调整行驶时的稳定性。 5. 适时调节的自适应悬挂系统 自适应悬挂系统能根据悬挂装置的瞬时负荷，自动地适时调节悬架弹簧的刚度和减震器的阻尼特性，以适应当时的负荷，保持悬挂的既定高度。这样就能够极大地改进车辆行驶的稳定性、操纵性和乘坐的舒适性6. 巡行控制系统（CCS） 巡航控制(Cruise Control) 又称恒速行驶系统是让驾驶员无需操作油门踏板就能保证汽车以某一固定的预选车速行驶的控制系统。当汽车在高速公路上长时间行驶时，一打开巡航控制开关，系统就能够根据道路行驶阻力的变化，自动地增减发动机油门的开度，使汽车行驶速度保持一定，从而给驾驶带来了很大的方便，同时也可以得到较好的燃油经济性。 车身电子控制系统 车身电子控制系统包括车身系统内的电子设备，主要有自适应前照灯系统、汽车夜视系统、安全气囊、碰撞警示与预防系统、轮胎压力监测系统、自动调节座椅系统、安全带控制系统等，提高了驾驶人员和乘客乘坐的舒适和方便性。 1. 自适应前照灯系统（AFS） 自适应前照灯系统可在前照灯照明范围内，根据车身的动态变化、转向机构的动作特性等综合因素进行计算和判断，从而判定汽车当前的行驶状态并对前照灯近光进行相应的调整，并能在会车时自动启闭和防眩 。它能够有效地降低驾驶者在夜晚弯路上行车的疲劳程度，使驾驶者能够看清转弯处的实际路况，使驾驶者能够拥有充分的时间进行转向操纵和应付紧急情况，从而明显提高夜晚弯路上行车的安全性。在日本，一些汽车商在其高档轿车中已标配AFS 系统，如丰田汽车公司在猎犬上采用了可变式前灯“自适应性前照灯系统。 2. 安全气囊（SRS) 该系统是国内外汽车上一种常见的被动安全装置。在车辆相撞时，由电控元件用电流引爆安置在方向盘中央（有的在仪表盘板杂务箱后边也安装）等处气囊中的渗氮物，迅速燃烧产生氮气，瞬间充满气囊 16 。气囊的作用是在驾驶员与方向盘之间、前座乘员与仪表板间形成一个缓冲软垫，避免硬性撞击而受伤。此装置一定要与安全带配合使用，否则效果大为降低。 它的工作原理是：当汽车遭受前方一定角度范围内的碰撞时，安装在汽车前部和SRS ECU 内部的碰撞传感器都会检测到汽车突然减速的信号，并将信号输入 SRS ECU，以便判断是否发生碰撞 17 。当汽车遭受碰撞且减速度达到设定值时， SRS ECU 发出控制指令将气囊组件中的点火器(电雷管)电路接通，电雷管引爆使点火剂(引药)受热爆炸(即电热处通电发热引爆炸药) 点火剂引爆时，迅速产生大量热量，使充气剂(叠氮化钠固体药片)受热分解并释放出大量氦气充入气囊，气囊便冲开气囊组件上的装饰盖板鼓向驾驶员和乘员；使驾驶员和乘员面部和胸部压靠在充满气体的气囊上，在人体与车内构件之间铺垫一个气垫，将人体与车内构件之间的碰撞变为弹性碰撞 18 。通过气囊产生变形和排气节流来吸收人体碰撞产生的动能，从而达到保护人体之目的。 但需要注意的是在下列条件之一的情况下，安全气囊系统不会引爆点火剂，也不会给安全气囊充气： 1) 汽车遭受侧面碰撞超过斜前方30角时； 2) 汽车遭受横向碰撞时； 3) 汽车遭受后方碰撞时； 4) 汽车发生绕纵向轴线侧翻时； 5) 纵向减速度未达到设定阈值时： 6) 汽车正常行驶、正常制动或在路面不平的道路上行驶时。 3. 汽车夜视系统 夜视系统是全天候的电子眼，通过一个起摄影作用的传感器来探测前方物体热量，再集中可以通过各种红外线波长的探测器上，后将辐射依次变换为电信号和数字信号，转换成图像显示给驾驶者，使其视力范围达到近光灯照射距离的3到5倍，大大提高了汽车行驶的安全性。4、碰撞警示和预防系统 该系统有多种形式，有的在汽车行驶中，当两车的距离小到安全距离时，即自动报警，若继续行驶，则会在即将相撞的瞬间，自动控制汽车制动器将汽车停住；有的是在汽车倒车时，显示车后障碍物的距离，有效地防止倒车事故发生。 5、轮胎压力监测系统 轮胎压力监测系统通过连续地监测轮胎的压力、温度和车轮转速，能够自动地为驾驶员发出警告，以保持适宜的轮压，可以减小轮胎的磨损、降低油耗、保证汽车的行驶稳定和安全性。 6、自动调节座椅系统 该装置通过传感器感知乘坐人员的体态，并使座椅状态与之相适应，满足乘客的舒适性要求。是人体工程技术与电子控制技术相结合的产物。 信息通讯系统 主要包括车载多媒体系统、驾驶员信息系统、语音系统、智能交通系统(1TS)，车辆导航系统(GPS/DGPS等)、计算机网络系统、状态监测与故障诊断系统等。用于联结“人车外界环境信息”，以及协调整车各部分的电子控制功能。 信息通讯系统包括汽车导航与定位系统、语音系统、信息系统、通信系统等。1.汽车导航系统与定位系统（NTIS） 汽车导航系统被认为是汽车的“大脑”，并且在日益计算机化。它们是如此的便利，以至于一旦使用，便难以释手 19 。功能的进化是飞速的，包括数据的储存，从DVD 到移动硬盘的更新换代。众多的TDK 元件（包括显示器）被用于汽车导航系统。该系统可在城市或公路网范围内，定向选择最佳行驶路线，并能在屏幕上显示地图，表示汽车行驶中的位置，以及到达目的地的方向和距离。这实质是汽车行驶向智能化发展的方向，再进一步就可成为无人驾驶汽车。 2.语音系统（VS） 该系统包括语音报警和语音控制两类。语音报警是在汽车出现不正常情况，如燃油温度、冷却液温度、油压、充电、尾灯、前照灯、排气温度、制动液量、手制动、车门未关严等出现不正常现象或自诊断系统测出有故障时，计算机经过逻辑判断后输出信息至扬声器或警示器报警。语音控制是用驾驶员的声音来指挥和控制汽车的某个部件、设备进行动作。 3.信息系统（IS） 该系统可将发动机的工况和其它信息参数，通过微处理机处理后，输出对驾驶员有用的信息。显示的信息除冷却液温度、油压、车速、发动机转速等常见的内容外，还有瞬时耗油量、平均耗油量、平均车速、行驶里程、车外温度等，根据驾驶员的需要，可随时调出显示这些信息。 4.通讯系统（CS） 这方面真正使用且采用最多的是汽车电话，在美国、日本、欧洲等发达国家较普及，目前的水平在不断地提高，除车与路之间，车与车之间，车与飞机等交通工具之间的通话外，还可通过卫星与国际电话网相联，实现行驶过程中的国际间电话通信，实现网络信息交换，图像传输等。现在汽车由于有了支持无线电话网络、宽带数字信号、互联网络以及其它新兴的无线通信技术，使人们能够随时随地获取信息和服务。 结束语：可以预见到的将来，汽车装置自动导航和辅助驾驶系统，驾驶员可把行车的目的地输入到汽车电脑中，汽车就会沿着最佳行车路线行驶到达目的地。人们可以通过语言识别系统操纵着车内的各种设施，一边驾驶着汽车，一边欣赏着音乐电视，还可上网预定饭桌、机票等。以上介绍了部分汽车电子控制系统,其中有的已成为现代中高档汽车的标准配置,有的技术已经很成熟正处于推广使用阶段。电子技术在汽车各领域的应用,极大的改善了汽车综合性能。可以看出,电子技术在汽车上的应用已是大势所趋,更新、更先进、更实用的电子控制技术(装置)将会不断涌现。目前,汽车电控技术的最新动态正向自适应控制、模糊控制、神经网络控制、鲁棒控制、最优控制等方向发展,“智能化”、“人性化”在汽车上将体现得淋漓尽致,届时驾乘汽车简直就是一种乐趣和享受。1 乔俊珊，王子平；计算机在汽车上的应用J；机械管理开发；2004 年03 期 2 刘朝红;现代汽车电子控制技术的应用与展望J;本溪冶金高等专科学校学报;1999 年04 期 3 闫成福,聂建红;现代汽车电子控制技术的应用现状与发展趋势J; 汽车维修与保养;2004 年09 期 4 杨忠敏;现代汽车的电子控制J;中国机电工业;2003 年20 期 5 麻友良;汽车安全电子控制技术J;汽