电子技术在汽车上的应用与发展(正文)

全言随着科学的发展和社会的进步汽车已经成为人类生活现代物质文明不可缺少的一部分汽车技术是衡量一个国家工业化水平的重要标志世界上第一辆汽车诞生以来，汽车面临着市场竞争、能源不足、环境污染和安全、方便、方便等一类问题和需求问题。解决和满足这些要求在很大程度上取决于高科技，尤其是汽车上应用电子技术。电子技术应用于汽车设计、制造、测试、运输管理到汽车故障诊断。汽车技术和电子技术的结合形成了汽车电子技术这一新的科学技术。这篇论文分为四章。第一章主要总结了20世纪60年代以来我国汽车电子技术的发展和现代电子技术应用的优越性。第二章介绍了汽车电子技术的基本组成部分、各传感器和基本工作原理。电子技术在汽车中的具体应用在第三章中强调，最后概述了电子技术在汽车中的发展趋势。第一章线程理论1.1中国汽车电子技术发展现状随着汽车尾气排放法规要求的不断提高，电子技术、计算机技术和信息技术的发展，电子技术在汽车研究中的应用领域也越来越广，汽车电子化的程度也越来越高，汽车电子技术的发展可以大致分为三个阶段。第一阶段，20世纪60年代以前在这个阶段，主要开发单个电子部件，研究设计是局部的，没有系统的概念，只有汽车部分独立机械部件的性能得到改善。该阶段表示的电子设备包括整流器、调节器、晶体管非接触点火装置、盘片、电子时钟等。第二阶段，从20世纪60年代末到90年代随着规模集成电路的快速发展和计算机技术在控制技术中的应用，汽车电子技术得到了迅速发展。此阶段将重点放在每个汽车系统的单独控制部分，进一步完成发动机控制系统、ABS控制系统、车身控制系统、安全气囊控制系统、巡航控制系统等单独控制系统的控制技术。第三阶段从20世纪90年代到现在随着计算机计算速度的提高和存储位数的增加，汽车电子控制系统的设计可以从整体角度考虑。汽车本身是一个具有多科学、多系统交叉特征的复杂系统，因此电子技术整体控制的优点越来越大。现在应用了广泛的计算机网络和信息技术，汽车更加自动化和智能化，向人、车、路、环境的整体关联方向发展。国内汽车电子企业的现状是起步晚，规模小，水平低，配套困难，国内汽车电子企业起步晚，产品技术成熟度低，质量不稳定，汽车企业没有采用。即使技术满足要求，也要经过外国企业严格的实验演示，长期的等待，国内汽车电子企业错过了好时机。拷问的包装起始级别只能通过市场销售产品，而不能通过OEM供应商销售，并且几乎不能将产品的规模扩大一半。另外，开发系统不完善，核心技术的不足也不能满足车辆企业同时开发的要求和产品竞争力的要求。1.2汽车现代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开发和应用，汽车电子控制在控制精度、范围、适应性和智能等方面有了很大发展，实现了汽车的完全优化。因此，在减少排放污染、减少燃料消耗、提高安全性和舒适度等方面，配备电子控制系统的汽车具有明显的优点。特别是提高可靠性、缩短维修时间、准确控制、重要燃油经济性、闭环控制、减少空气污染、提高驾驶稳定性、舒适性和安全性、减少交通事故等效果。第二章汽车电子控制2.1汽车电子控制的组成和原理汽车电子控制系统通常由信号输入装置、电子控制装置ECU和执行器三部分组成。如图2-1所示，按照信号输入、信息处理和控制输出的步骤3执行。信号输入设备电子控制装置致动器受控机械装置图2-1汽车电控系统的基本配置其中，信号输入设备由完成检测信号预处理的传感器和具有相关功能的电路组成。信号输入设备可以根据检测参数信号分为模拟和数字音量输入设备。模拟器通常具有气流、冷却水温度、进气温度、燃料压力等，通过传感器转换为模拟信号，通过A/D转换器将数字体积转换为ECU。数字量输入设备主要是生成和处理高水位和低水平等离散信号。输入信号使用各种传感器，如节气门位置、水温、进气温度、爆震、进气压力(或进气压力)、曲轴角度、氧传感器等，根据汽车的各个部分进行不同的分类。该传感器可以随时检测引擎运行条件的参数，并替换为电信号输入ECU。主要安装在变速器控制系统上的传感器包括速度、节气门位置、发动机速度、控制液压、油温、变速杠杆位置传感器等。制动控制系统主要由速度、车轮速度、制动踏板位置传感器组成。剩下的转向、悬挂、空调、仪表报警、诊断等控制系统也包含很多传感器。电子控制装置也称为汽车计算机，主要由输入电路、微处理器(CPU)、内存、输入/输出接口和输出电路组成。(如图2-2所示)通过输入接口电路，对各种波信号进行放大、整形、电压转换、过滤等，例如从传感器采集的速度、油门位置、冷却液温度等各种引擎信号。实现可以为CPU准确提供引擎的各种参数，从而监视CPU。以单片机为核心的系统电路，利用单片机丰富的接口资源采集引擎的各种条件和状态参数，然后进行转换处理。根据输出回路部分、系统处理后获得的信息，根据信号输出放大收集的系统参数，根据工作条件实现燃油喷射控制和时序控制等。图2-2电子控制单元ECU内部结构框架执行器也称为执行元件执行机制或执行装置。汽车执行装置是汽车电子控制系统的输出装置，它将来自ECU的信号转换为机械运动。执行器通过电力、发动机真空、气压或这三者的组合作用对外工作。典型的执行器主要有电磁阀、电动机、继电器、电子开关等。2.2汽车使用的主要电子控制2.2.1发动机电子控制系统该系统主要包括电子燃油喷射、电子控制式点火装置、空转控制(ISC)、排放控制、进气控制、增压控制、警告提示、自我诊断和报警系统、备用控制系统和故障保护等。用于实现低年费、低公害，提高动力和经济性。2.2.2变速器电子系统该系统主要包括具有自动变速器和传动装置的集成电子管理系统。用于减少动力传动系统的冲击，减少驾驶疲劳，提高汽车的动力和舒适度。2.2.3机箱电子控制系统该系统主要包括电子控制悬挂、电子控制动力转向系统、电子控制防滑系统(ASR)和电子控制制动防抱死系统(ABS)。用于提高汽车的舒适性、安全性和推力。2.2.4车体系统的电子控制该系统主要包括安全气囊、安全带、中央防盗锁、自适应空调、室内噪声控制、座椅控制、自动雨刷、自动窗户、满足各种电气设备要求的电源管理系统等。用于提高汽车的安全、舒适和方便性。2.2.5信息和通信系统该系统主要用于与社会的联系以及各部分电子控制功能的调整。驾驶员信息系统、导航系统(GPS)计算机网络系统、状态检测和故障诊断系统等与众多计算机、传感器和交通管理服务系统相连的综合显示系统，是未来汽车电子技术发展的主要方向。第三章汽车电子技术的应用3.1汽车发动机电子技术当前环境保护已成为人类社会可持续发展战略的核心问题。环境保护问题是影响各国能源决策和科学技术取向的关键因素，也是促进能源科学技术发展的巨大动力。引擎电子(EECS)通过发动机点火、燃油喷射、空气对燃料比率、排放废气等电子控制，在最佳条件下运行，以提高车辆性能、节约资源和提高车辆性能。3.1.1发动机电控系统的组成和分类空燃比和点火瞬间的精确控制主要是发动机电子控制的主要内容，它由供气系统、燃油供给系统、控制系统和点火系统组成。此外，还有多种类型的车辆中应用的辅助控制，例如怠速、排气再循环、发电机、冷却风扇、二次空气喷射、进气增压、极限速度、系统自诊断等。20世纪60年代以后，美国、德国、日本等产业发达国家相继开发了汽车上具有不同种类和等级的汽油喷射系统，每个系统的名字都不同。简要分类如下：(1)根据控制原理，主要是机械控制、机电控制、电子控制。(2)喷油器安装位置的一点燃油喷射SPFI或SPI系统，多点燃油喷射MPFI或MPI系统。(3)根据喷油器喷射部分，有缸内喷射、进气歧管喷射。(4)按喷油器的工作时间连续喷射、间歇喷射(同时、顺序、数据包喷射)。(5)根据供应气体测量方法进行直接和间接测量。3.1.2电子点火系统微机控制点火系统(MIC)实现了最佳点火提前角控制，可以提高发动机的动力性，减少汽油消耗和有害气体排放。MIC基本控制原理、气流传感器(AFS)和节流位置传感器(TPS)向ECU提供引擎负载信号，用于确定点火提前角的计算。曲轴位置传感器(CPS)为ECU提供引擎速度、曲轴拐角信号，速度信号用于确定点火提前角，拐角信号用于控制点火瞬间(点火提前角)。凸轮轴位置传感器(CIS)相当于检测活塞上司点位置以标识圆柱序列。提供修改点火提前角的信号，如冷却液温度传感器(CTS)、进气温度传感器(IATS)、速度传感器(VSS)、空调开关(A/C)和爆炸传感器(DS)。根据SAE标准，无电点火系统始终是电子点火(EI)系统，分配器点火控制系统始终是分配器点火(DI)系统。在电子点火(EI)系统中，曲轴前面有触发点火系统的曲轴传感器。在DI系统中，分配器驱动齿轮、轴和衬套容易磨损。磨损的分配器部件会引起不稳定的点火正时，从而降低经济性和动力，增加废气排放。3.1.3燃油喷射系统电子燃油喷射系统(EFI)系统使用多种传感器检测引擎的运行状态，并通过ECU计算过程在各种条件下获得最佳空燃比，从而有效提高和提高引擎的动力和经济性。多亏了20世纪30年代的军用飞机，1954年德国奔驰在奔驰300SL上安装了机械汽油喷射系统(k型)。20世纪60年代以k型为基础开发了机电耦合汽油喷射系统(KE型)。20世纪60年代末，随着电子技术的发展，德国博施开发了电子燃油喷射系统(EFI)。燃料喷射是将燃料直接喷射到发动机的节气门主体或进气阀上，与化油器用进气真空通过节气门吸入燃料的方式相比，提高了在所有工作条件下对燃料流入的控制能力，从而提高了燃油的燃比，减少了排放污染，提高了发动机的效率和功率。通过控制电磁喷油器(喷油器)燃油喷射脉冲宽度和脉冲启动时间，可以控制燃油喷射量和燃油喷射时间。最近公布的燃油喷射系统是由缸内直接燃油喷射系统(GDI)缸内直接喷射技术伴随着稀薄燃烧技术的产生而产生的。今天，引擎主要面向环境保护和节能。除了最大限度地减少NOx、CO和HC等有害气体外，还必须最大限度地减少可能产生温室效应的CO2，并将能源浪费降至最低。FSI引擎也在=3下运行，因此环境友好，燃油经济性最高可达20%。图3-1比较了缸内直接喷射技术的燃油经济性和其他燃油经济性技术，图中的黄色区域表明使用燃油经济性技术后可以达到最基本的燃油经济性效果。蓝色区域表示不同引擎、不同工作条件等造成的差异。图3-1缸直接喷射技术的燃油经济性与其他燃油经济性技术的比较3.1.4进气控制系统对于汽油发动机，进气控制系统起到了在发动机中引入、调节和检测风量的作用。风量检测信号是ECU将燃油喷射脉冲宽度输出到喷油器的重要依据，人们不断调整风量以获得发动机转矩和速度。提高膨胀效率也是进气系统的重要任务。特别是对于汽车发动机，在一定体积和质量条件下，提高发动机动力性的主要方法之一。(1)进气控制系统的怠速控制通常意味着油门处于自然状态，变速杠杆处于自由空间或停车空间。对于发动机，通常是指节流完全关闭或在指定的开放范围内没有变速器的动力输出的发动机稳定运行的状态。这主要用于引擎启动后快速加热器和负载变化，在空转速度高的情况下自动增加或减少进气空气，以保持发动机在目标空闲状态下的稳定运行。汽车的标准空闲值通常显示在发动机舱盖上。空转速度应考虑冷却水温度、电气负荷、空调压缩机接入、液力变矩器负荷、电力转向接入等。空转速度过高会增加燃料消耗。但是如果太低，有害物的排放可能会增加。(2)电子节气门控制系统的组成和功能直接进气空转控制机制只有在空转范围内和大众公司巡航控制系统组合的情况下，才由节流马达驱动。电子节气门控制系统的节气门在整个调节范围内由电动机控制。司机根据所需的发动机动力踩油门，根据油门下方的踏板位置传感器记录油门的位置，将该信号传送到发动机控制装置。发动机控制单元在处理后将输出控制信号计算到节流定位器(电动机和驱动齿轮组)，定位器将节流旋转到该角度。发动机控制装置也可以直接调节节流开口，以分析安全、油耗、废气排放因素，而不管油门在哪里。(3)进气阀可变凸轮控制我们知道，在阀门间隙恒定的情况下，发动机的气门正时和进气阀升程取决于入口凸轮的形状，在典型的发动机运行过程中，阀正时和阀升程不协调，而实际上，发动机的气门正时不仅与发动机速度有关，还与发动机的载荷、速度和冷却液温度有关。输入可变凸轮控制(VTEC)设置两个或多个具有不同升程的输入凸轮，ECU在引擎运行期间随时根据传感器信号转换这些凸轮，更改进气生成和分配计时以实现最佳空气分配，从而提高汽车的功率和燃油经济性。(4)排气涡轮增压器系统常用的排气涡轮增压器系统主要由空气滤清器、排气涡轮增压器、中冷器等组成。排气涡轮增压器主要由涡轮和压缩机叶轮安装在同一轴上的压缩机两部分组成。涡轮的进气口与发动机排气管连接，排气口与排气消声器连接。压缩机进气口前端装有空气过滤器，排气口通过中冷器连接