汽车电子新技术概论

1、汽车电子新技术概论汽车电子新技术概论重庆大学汽车学院 张伟2014年11月18车电子新技术重庆大学汽车系 张伟一、概述一、概述目前，汽车技术正在经历一次快速的演变，这种演变由四个大趋势推动:n为所有人提供移动性移动性n为所有人打造更洁净的世界更洁净的世界n为所有人提供安全性安全性n将所有人都连接起来连接起来n与以往的汽车相比，汽车正变得更安全、更高能效、并能提供更令人愉悦的驾驶体验，如今，汽车如今已经成为驾驶者个人生活空间的延伸。许多改进都得益于电子技术的创新。1.汽车电子技术的发展概况汽车电子技术的发展概况汽车电子技术发展简史汽车电子技术发展简史在现代汽车上，电子技

2、术的应用越来越广泛，涉及到发动机控制技术、底盘控制技术、车身控制技术、车辆行驶控制技术及信息通讯技术等方面。它的发展大致经历了三个大的阶段 ：第一阶段第一阶段(20世纪世纪6070年代末年代末)电子化时期电子化时期主要开发单独性的电子零部件，从而改善单个机械部件的性能。如整流器、调节器、晶体管无触点点火、闪光器、电子时钟等。汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟n第二阶段第二阶段(20世纪世纪7090年代初年代初)独立控制时期独立控制时期 由于大规模集成电路、计算机技术和控制技术的发展，开发一些独立的控制系统，如发动机控制系统、ABS控制系统、安全气囊、巡航控制系统等。该阶段是汽车电子化快速发展的

3、时期，各个单独系统的控制技术逐渐成熟。n第三阶段第三阶段(20世纪世纪90年代至现在年代至现在)协调控制时期协调控制时期 由于32位、64位微机的出现和控制技术的日趋成熟，同时汽车电子技术多学科交叉的特点更加明显，汽车电子系统的设计更加从整体的角度来考虑。开始广泛应用计算机网络与信息技术，使汽车更加自动化、智能化、并向汽车与社会环境的联结方向转移。汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟2.汽车电子新技术一览较普及待普及发动机EFI,ESA,EGR,EVAP,VVT,TSI,变速器 ECT(AMT,EAT),CVTDCT车辆ABS,ASR,LSD,CCS,EPS,4

4、WS,4WD,TEMSDBW,CAN,GPS,EBS,EBD,ESP,EHB,OPDS二、发动机控制系统二、发动机控制系统1.电子控制喷油装置电子控制喷油装置 电控燃油喷射装置因其性能优越而得到了日益普及。电子喷油装置可以自动地保证发动机始终工作在最佳状态，使其在输出一定功率的条件下最大限度地节油和净化空气。经过实验并修正得到发动机最佳工况时的供油控制规律、事先把这些客观规律编成程序存在微机的存储器中(脉谱表)，当发动机工作时，根据各传感器测得的空气流量、排气管中含氧量、进气温度、发动机转速及工作温度等参数，按预先编好的运算程序进行运算、然后和内存中的最佳工况的参数进行比较和判断再调整供油量。

5、这样就能够使发动机一直处于最优工作条件下运行，从而使发动机的综合性能得到提高。汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟1.1电控汽油喷射系统概述电控汽油喷射系统概述(一)电控汽油喷射系统的供油特性 n对燃油喷射进行精确控制，可使发动机在各种工况下获得合适浓度的混合气。混合气浓度的控制可采用氧传感器进行闭环控制，但对特殊的运行工况，如需加浓混合气时，采用开环控制。 (二)电控燃油喷射系统的优点1提高发动机输出功率和转矩；2降低燃油消耗； 3.减少排放污染 ；4改善使用性能 。汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟1.2 电控汽油喷射系统分类电控汽油喷射系统分类1）按喷油器

6、安装部位分类按喷油器安装部位分类 有缸内喷射（GDI）和缸外喷射 ，缸外喷射方式是目前普遍采用的喷射方式。根据喷油器和安装位置的不同可分为单点喷射方式和多点喷射方式。(1)多点喷射(MPI)； (2)单点喷射(SPI) 2）.按喷射油压分类按喷射油压分类有高压喷射(高于进气管压力200kPa以上)和低压喷射(低于进气管压力200kPa以下)。高压喷射多用于MPI系统中，低压喷射广泛用于SPI系统中。 汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟3).按进气量的检测方式分类按进气量的检测方式分类(1)流量型：流量型中又有L型(体积流量) 和LH型(质量流量) 两种。 (2)压力型(D型)：D型系统根据进气

7、管内绝对压力间接计量发动机进气量。4）.按按喷射定时分类喷射定时分类(1)连续喷射：燃油喷射的时间占有全循环的时间。连续喷射仅限于进气管喷射（SPI）的情况。(2)间歇喷射：可分为与发动机转动同步和异步两种喷射方式。与发动机转动同步的间歇喷射方式又可分为：同时喷射、分组喷射顺序三种。 汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟1.3电控汽油喷射系统的组成电控汽油喷射系统的组成主要由进气系统、燃油供给系统和电子控制系统三部分组成。1).进气系统：进气系统：其功用是为发动机提供必需的空气。2).燃油供给系统：燃油供给系统： 喷油器按发动机控制的喷油脉冲信号把汽油喷人进气道。当冷却水温度低时，冷起动喷油器将

8、汽油喷人进气总管，以改善发动机低温时的起动性能。3).电子电子控制系统控制系统：功用是根据各种传感器的信号，由计算机进行综合分析和处理，通过执行装置控制喷油量等，使发动机具有最佳性能。汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟1.4 工作原理工作原理nECU根据空气流量计(L型)或进气歧管压力传感器(D型)和转速传感器等的信号确定进入汽缸的空气量，根据其他传感器的信号判断发动机的工况，据此确定空燃比要求，也就可以确定每一个循环的基本供油量。然后根据各种传感器的信号进行点火提前角、温度、节气门开度、空燃比等各种工作参数的修正，最后确定某一工况下的最佳喷油量。汽车电子新技

9、术重庆大学汽车系 张伟2.2.电子点火装置电子点火装置(ESA)(ESA)n它由微机、传感器及其接口、执行机构等几部分构成。n该装置可根据传感器送来的发动机各种参数进行运算、判断，然后进行点火时刻的调节、这样可以节约燃料、减少空气污染。n此外，新型发动机电子控制装置还有自适应控制、智能控制及自诊断操作等。一般认为，发动机电子控制装置的节能效果在15以上，而效果更明显的则是在环境保护方面。汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟有分电器的点火系有分电器的点火系无分电器点火系无分电器点火系汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟3.发动机其他

10、控制系统发动机其他控制系统在发动机部分利用电子技术的内容还有：n废气再循环(EGR)、怠速控制(ISC)、n电动油泵、发电机输出、冷却风扇、n发动机排量、节气门正时、二次空气喷射、发动机增压、燃油蒸气收集系统（EVAP）n自我诊断功能等，它们在不同的车型上都或多或少地被应用。汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟4. 可变配气相位可变配气相位(VVT) n传统发动机凸轮配气相位是通过各种不同配气相位的试验，从中选取某一固定配气相位兼顾其他工况是发动机性能的一种折衷方案。因为其配气相位是固定的，无法在运行过程中进行调节，所以发动机性

11、能难以在各种工况下都达到最佳。由于环境保护和人类可持续发展的要求，低能耗和低污染已成为汽车发动机的发展方向要求发动机既要保证良好的动力性，又要降低油耗满足排放法规的规定。n可变配气相位(Variable Valve Timing简称VVT机构)能使气门正时、气门开启持续时间及气门升程等参数中的一个或多个随发动机的工况变化实时进行调节，从而获得更好的燃油经济性，更优异的扭矩和功率特性，提高怠速稳定性和降低排放。配气相位对发动机的影响汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟可变配气相位机构的类型可变配气相位机构的类型n按结构特点和驱动方式的不同，可分为凸轮驱动机构和无凸轮驱动机构两大类。n凸轮驱动可变配

12、气相位机构研究时间相对较长，机构相对简单可靠，在汽车上已有应用。 改变凸轮轴相角的可变配气相位机构； 变换凸轮型线的可变配气相位机构 ；改变凸轮与气门之间联结的可变配气相位机构。 n无凸轮驱动可变配气相位机构。 电磁驱动可变配气相位机构 ； 电液驱动可变配气相位机构 ； 电气驱动可变配气相位机构 。改变凸轮轴相角的可变配气相位机构n改变链轮相位工作原理改变凸轮与链轮间相位（螺旋花键）改变凸轮与链轮间相位（转子油缸）改变凸轮与气门之间联结工作原理改变杠杆支点位置变换凸轮型线的可变配气相位机构Fiat 机械液力式VVT汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟工作原理汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟汽车

13、电子新技术重庆大学汽车系 张伟5. TSI发动机发动机 n以双增压为其最主要的特点，机械+涡轮+分层直喷=TSI。TSI是Twincharger（涡轮增压和机械增压）和Fuel Stratified Injection（燃油分层直喷）三个关键特色的首字母缩写。这是一款双增压的燃油分层直喷发动机。 nTSI是Turbo FSI的缩写，T即涡轮增压、S指分层、I代表直喷。简单来说，TSI是带涡轮增压的FSI。从技术上讲TSI与FSI是同一家族，缸内直喷的工作原理相同，由于加入了增压技术，TSI比FSI更先进，属于大功率、低转速大扭矩的发动机。 n直喷发动机的一个好处在于隔绝了已燃混合气向气缸壁和气

14、缸盖的散热，从而降低了发动机的热损耗。从表面来看，TSI发动机与FSI相比减少了一个字母“F”，但名字的改变没有令其本质发生变化，加入增压器后与普通直喷技术相比，TSI发动机拥有更小的体积和更出色的动力表现和节油优势。 汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟5.1 技术要点及优势技术要点及优势 n涡轮增压的特性是利用排放废气，装置本身基本不消耗发动机动力，增加进气效率提高动力；但是缺点是通常要发动机超过2000转后才介入，不利于起步加速，涡轮的惯性让加速还有一个响应时间的延迟。 n机械增压优点是发动起启动运转就开始介入，起步加速有力，没有涡轮的工作延迟，即时响应。

15、缺点是通过发动机的动力输出来让增压器工作，消耗部分发动机动力。 nTSI燃油直喷技术在同等排量下实现了发动机动力性和燃油经济性的完美结合，是当今汽车工业发动机技术中最为成熟、最先进的燃油直喷技术，并引领了汽油发动机的发展趋势。 nTSI优势在于： n发动机控制策略采用基于扭矩控制； n增压器在发动机停止后有独立冷却系统； n具有电子超速回流控制，防止增压器过热； n连续可变配气相位（曲轴转角60），令油耗降低，提高功率； n链条传动，寿命长，终身免换。 汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟5.2 TSI发动机的关键组件发动机的关键组件n为该技术专门设计的、单活塞高压泵的共轨高压喷射系统，负责提供

16、充足的燃料，保证系统达到所需要的压力状态； n全新设计的每气缸配有4气门的新气缸盖，气门由凸轮滚子从动件驱动； n可持续控制进气的燃烧进程； n排气循环回收系统； n改进的排气控制系统，带有NOx存储型催化式排气净化器和NOx感应器，现在低硫汽油的供应日益普及，发动机全面节油的潜力逐渐得以实现。 汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟5.3 TSI发动机与传统发动机的区别发动机与传统发动机的区别nTSI发动机配备了按需控制的燃油供给系统，每缸四气门，可变进气歧管以及进排气凸轮轴连续可调装置，汽油被直接喷入燃烧室，共轨高压喷射系统负责提供精确的燃料，形成30到100bar之间的工作压力。同时，燃料室

17、的几何设计以及毫秒级精确计算注入汽油量的功能大大提高了其压缩比，这也是高效发动机的必要条件。在进气道方面，由电子系统控制所需的空气流量，实现了无节流变质调节，提高了充气效率，从而获得更高的升功率，而发动机的动态响应也变得更为直接。 n推动这种进步的主要因素是部分负荷状态下的分层进气原理。通过一个活塞泵提供所需的100bar以上的压力，喷油嘴将喷射时间控制在千分之一秒内，将燃料在最恰当的时间直接注入燃烧室，通过对燃烧室内部形状的设计，让混合气能产生较强的涡流使空气和汽油充分混合。然后使火花塞周围区域能有较浓的混合气，其他周边区域有较稀的混合气，保证了在顺利点火的情况下尽可能的实现稀薄燃烧。这就是

18、分层燃烧的精髓所在。 汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟n两者的结合改善了起步加速，也具有充足的后劲，相对来说动力损耗减低到最小。 n直喷发动机的一个好处在于隔绝了已燃混合气向气缸壁和气缸盖的散热，从而降低了发动机的热损耗。从表面来看，TSI发动机与FSI相比减少了一个字母“F”，但名字的改变没有令其本质发生变化，加入增压器后与普通直喷技术相比，TSI发动机拥有更小的体积和更出色的动力表现和节油优势。 n但是TSI发动机因为油品质量的原因在国内不适用,TSI发动机要有非常纯净的汽油才可以发挥最大功效。 三、电控自动变速器三、电控自动变速器nECAT可以根据发动机的载荷、转速、车速、制动器工作状

19、态及驾驶员所控制的各种参数、经过计算机的计算、判断后自动地改变变速器的速比，从而实现变速器换挡的最佳控制，即可得到最佳挡位和最佳换挡时间。它的优点是加速性能好、灵敏度高、能准确地反映行驶负荷和道路条件等。货车传动系的电子控制装置，能自动适应瞬时工况变化，保持发动机以尽可能低的转速工作。并通过电磁阀及气动伺服液压缸来执行。它不仅能明显地简化汽车操纵，而且能实现最佳的行驶动力性和安全性。汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟1.电控自动变速器组成与原理电控自动变速器组成与原理 1.1基本组成：基本组成：液力传动装置、辅助变速装置和自动变速控制系统 液力传动装置液力传动装置液力传动装置有液力耦合器和液力

20、变扭器，现代自动变速器液力传动装置都采用液力变扭器。变扭器安装于发动机飞轮上，它通过液力传递动力，并可在一定的范围内实现减速增扭和无级变速。 辅助变速装置辅助变速装置 有行星齿轮式和平行轴齿轮式两种，一般为4个前进挡、1个倒挡。齿轮变速器与液力变扭器相配合，就形成了更大范围内的无级变速。 汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟自动变速控制系统自动变速控制系统n液力控制式通过节气门阀和调速器，将自动变速控制信号节气门开度和车速转变为相对应的控制油压来控制换挡阀的动作，实现自动变速； n电子控制式则是将节气门传感器和车速传感器的电信号，输入到电脑，由电脑确定换挡时机，输出换挡电信号，控制换挡电磁阀动作

21、，再通过换挡阀和换挡执行机构实现自动换挡。 n电子控制自动变速器的控制过程如下图所示 汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟平行轴式自动变速器汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟行星轮式自动变速器汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟2.无级自动变速器无级自动变速器(CVT)nCVT是英文“Continuous Variety Transmission”的缩写，即连续变速器。下面介绍V带无级变速传动。 n无级变速传动的主要优点是：1)最好的燃油经济性和最低的排放污染 2)无级变速传动操作方便性和乘坐舒适性均好，其传动效率却远高于带有液力传动的有级式自动变速器。 3)无级

22、变速系统可使发动机工作稳定4)能最好地协调汽车的外界行驶条件与发动机负荷，充分发挥发动机的功率潜力。 汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟2.1 钢带式无级变速器工作原理钢带式无级变速器工作原理n变速原理：变速部分由主动带轮(也称初级轮)、V带和从动带轮(也称次级轮)所组成。当主动带轮的半径r1处于最小半径(两个半轮之间的轴向距离最大)，从动带轮的半径r2处于最大半径 (两个半轮间的轴向距离最小)时，传动系统所形成的传动比最大，相当于低档行驶状态 。结构如图24，变速过程见图25。n无级变速传动的关键部件V带主要是采用钢带(图26) 汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟汽车电子新技术重庆大学汽车系

23、 张伟汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟控制原理变速过程牵引式CVT锥环CVT工作原理汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟3. DCT双离合器变速箱双离合器变速箱 n即双离合器式自动变速传动（Dual Clutch Transmission）由于它既继承了ATM和手动变速器的结构简单、安装空间紧凑、重量轻、传动效率高、制造成本低等许多优点，又融合AT不间断动力、迅速平稳换挡的良好特点，很快便成了业界研究开发的新热点。nDCT中的两付离合器与二根输入轴相连，如果离合器1通过实心轴与挡位1、3、5相连，那么离合器2则通过空心轴与挡位2、4、6和倒挡相连。换挡和离合操

24、作都是通过一集成电子和液压元件的机械电子模块来实现。而不再通过离合器踏板操作。驾驶员可以手动换挡或将变速杆处于全自动D挡（舒适型，在发动机低速运行时换挡）或S挡（任务型，在发动机高速运行时换挡）模式。原理示意图汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟 DCT工作过程n当汽车挂上1档起步行驶时，控制奇数档输入的离合器1接通，使连接奇数档的实心输入轴转动，1档同步器自动与低速档输出轴上的1档齿轮啮合，实现与低速档输出轴联动。动力传递路线如图6（a）中实线和箭头所示。n在

25、1档同步器和1档齿轮相啮合的同时，2档同步器也在电控组件的控制下和2档齿轮相啮合，处于工作待命状态。此时，控制偶数挡位输入轴的离合器2是分离的，因而此时处于与发动机动力完全断开的状态，如图6（a）中虚线和箭头所示的路线，此时连接偶数档的空心输入轴虽然在2档齿轮的带动下也会转动，但其完全是在跟随着其他奇数档的齿轮转动，并没有任何动力的输出，仅是为接下来的升档做预先准备。因此偶数档位的输入轴也就不会对奇数档输入轴的动力造成干涉，高速档的输出轴也会跟随转动，但同样是处于空转状态，没有任何动力的输出，不会发生相互干涉。汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟n变速器进入2档

26、时，离合器1脱开的同时，离合器2连接，挂上2档如图6（b）中实线和箭头所示，与此同时，3档又预先结合如图6（b）中虚线和箭头所示，如此连续的进行工作，使得变速器在入档和摘档时完全没有间隙。n所以在DCT变速器的工作过程中总是有2个档位是结合的，一个正在工作，另一个则为下一步做好准备。控制偶数档的离合器在电控单元的控制下，与发动机的动力输出端结合，控制奇数档输入轴的离合器与发动机的输出端断开，就完成了输入轴的动力切换，这一过程中，两个离合器完全是同步进行的，而不再会像传统的单离合器变速器那样，在离合器与发动机的动力输出端断开时，会出现动力中断的现象。在完成了二档动力切换同时，控制三档的同步器也会

27、在电控部件的控制下，与三档变速齿轮箱啮合，使三档的传动齿轮处于待命状态。n除了升档时，DSG会使更高档位处于待命状态以外，在超速档时，同样可以为降档实现待命状态，加快降档时间。 四、行驶安全控制系统四、行驶安全控制系统1.防抱死制动系统防抱死制动系统(ABS) (ABS) 它通过控制汽车制动时车轮的制动力矩来保证车轮与地面达到最佳滑动率(1520)，从而使汽车在各种路面上制动时，车轮与地面都能达到纵向的峰值附着系数和较大的侧向附着系数，以保证车辆制动时不发生抱死拖滑、失去转向能力等不安全的工况、提高汽车的操纵稳定性和安全性，减小制动距离。驱动防滑系统(ASR)也叫做牵引力控制系统(TCS或TR

28、C)，是ABS的完善和补充，它可以防止起动和加速时的驱动轮打滑，既有助于提高汽车加速时的牵引性能，又能改善其操作稳定性。汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟车轮处于车轮处于“抱死抱死”状态的负效应状态的负效应 : :(l)由于车轮被抱死,车辆不能实现弯道转向,躲避障碍物或行人而造成交通事故。(2)在非对称附着系数的路面,车轮抱死将丧失直线行驶稳定性,易出现侧滑、甩尾及急转等危险现象。(3)车轮抱死时的附着力一般低于路面所能提供的最大附着力,车轮在全抱死状态的制动距离反而有所增加。(4)因为车轮被抱死导致轮胎局部急剧摩擦,降低了轮胎的使用寿命。 汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟汽车电子新技术重庆

29、大学汽车系 张伟用一个三位三通阀用2个两位两通阀2. 驱动防滑转系统（驱动防滑转系统（ASR）n驱动控制装置(Anti-Skidding Restraint，Traction Control,Acceleration Slip Regulation,简称ASR或TRC)的作用是防止汽车在加速、起步过程中的滑转,特别防止汽车在非对称路面或在转弯时驱动轮的空转,是保持方向稳定性、操纵性和最佳驱动力的装置。可以说在利用-曲线的性质,并把滑转/移率控制在某一范围,这两者是一致的。ABS控制的是车轮的滑移率,而ASR控制是车轮的滑转率。 汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟ASR控制方式(1)制动控制方式

30、。对将要空转的驱动轮施加制动力,把发动机输出的多余转矩在制动器上消耗掉,控制车轮的滑转率在期望的范围内。(2)发动机转矩控制方式。调节发动机输人到驱动轮上的转矩,使车轮的滑转率在合适的范围。n制动控制方式比发动机控制方式响应速度快,能有效地防止汽车起步时或者从高路面突然跃变到低路面时车轮的空转。制动控制方式还能对每个驱动轮进行独立控制,与差速器锁止装置具有同样的功能。发动机控制方式则是根据路面状况输人给驱动轮最佳的驱动力矩,具体方法有改变燃料喷射量、点火时间和节气门开度。n两种方法既可以单独使用,也可以组合起来使用。汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟汽车电子新

31、技术重庆大学汽车系 张伟3. 汽车电控制动系统汽车电控制动系统EBSn汽车电控制动系统EBS是在ABS的基础上，用电子控制取代传统的机械传动来控制制动系统，以达到良好的制动效果，增加汽车制动安全性。汽车制动时，车轮的制动力与地面附着系数有关，当车轮滑移率处于18%左右时，地面附着系数可以达到最大，此时的侧向稳定性也较好。当车轮完全抱死时，地面附着力有所下降，而侧向稳定性为零。极易出现侧滑和甩尾现象，容易造成事故。nABS防抱死制动系统就是在汽车制动时，使车轮滑移率处于附着系数最高点，即保证汽车获得最大的附着力，同时又能保持相应的侧向稳定性。当车轮将要抱死时，ABS系统发一信号给压力调节器，以控

32、制制动器的制动力，使制动力停止增加。这时制动器中的制动液少量回流减压，然后又增压，制动力增长，如此连续几次达到最佳的制动效果，可以达到1020次秒。汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟nEBS系统比ABS系统增加了各种传感器，包括三维力传感器、制动器摩擦片磨损传感器等。制动时，制动踏板位置信号传给电控单元，同时各力传感器把载荷、地面附着力和制动气压信号传给电控单元，由电控单元自动调节制动压力，形成闭环控制。n该系统用电子控制取代机械传动，减少制动系统机械传动的滞后时，缩短制动距离，n在低强度时，使摩擦片磨损最小；n中等强度时，利用ABS达到最佳的附着系数利用率；n高强度时，施加最大的制动压力，从

33、而获得最佳的控制制动力。n摩擦磨损传感器可以监测得各制动片的摩擦情况，控制各制动器压力分配延长使用寿命。nEBS系统可以与其它电子控制系统一起由一个电控单元进行集中统一控制。实现各种不同要求的控制功能。汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟4. 电子制动力分配（电子制动力分配（EBD）nEBD的英文全称是“Electric Brake force Distribution”，汉意是“电子制动力分配”。汽车制动时，如果四只轮胎附着地面的条件不同，比如，左侧轮附着在湿滑路面，而右侧轮附着于干燥路面，四个轮子与地面的摩擦力同，在制动时(四个轮子的制动力相同)就容易产生打滑、倾斜和侧翻等现象。nEBD的功

34、能就是在汽车制动的瞬间，高速计算出四个轮胎由于附着不同而导致的摩擦力数值，然后调整制动装置，使其按照设定的程序在运动中高速调整，达到制动力与摩擦力(牵引力)的匹配，以保证车辆的平稳和安全当紧急刹车车轮抱死的情况下，EBD在ABS动作之前就已经平衡了每一个轮的有效地面抓地力，可以防止出现甩尾和侧移，并缩短汽车制动距离。nEBD实际上是ABS的辅助功能，它可以改善提高ABS的功效。所以在安全指标上，汽车的性能又多了“ABS+EBD”。汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟5. 电控行驶平稳系统电控行驶平稳系统ESPnESP是英文“Electronic Stabilit

35、y Program”的缩写，中文译成“电控行驶平稳系统”。这一组系统通常是支援ABS及ASR的功能，是这两种系统功能上的延伸因此，ESP称得上是当前汽车防滑装置的最高级形式。它通过对从各传感器传来的车辆行驶状态信息进行分析。然后向ABS、ASR发出纠偏指令来帮助车辆维持动态平衡，ESP可以使车辆在各种状况下保持最佳的稳定性，在转向过度或转向不足的情形下效果更加明显。nESP一般需要安装转向传感器、车轮传感器、侧滑传感器、横向加速度传感器等。ESP可以监控汽车行驶状态并自动向一个或多个车轮施加制动力。以保持汽车在正常的车道上运行，甚至在某些情况下可以进行每秒150次的制动。汽车电子新技术重庆大学

36、汽车系 张伟汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟ESP的类型的类型n目前ESP有3种类型：能向4个车轮独立施加制动力的四通道或四轮系统；能对两个前轮独立施加制动力的双通道系统；能对两个前轮独立施加制动力和对后轮同时施加制动力的三通道系统。n有ESP与只有ABS或ASR的汽车之间的差别在于ABS或ASR只能被动地作出反应而ESP最重要的特点就是它的主动性，ESP能够探测和分析车况并纠正驾驶的错误，防患于未然。ESP对过度转向或不足转向特别敏感例如汽车在路滑时左拐过度转向太急时会产生向右侧甩尾传感器感觉到滑动就会迅速制动右前轮使其恢复附着力，产生一种相反的转矩而使汽车保持在原来的车道上。汽车电子新技

37、术重庆大学汽车系 张伟6.电子液压制动系统电子液压制动系统EHB n当前车辆对制动性能的要求越来越高，传统制动系统由于结构和原理的限制在提高制动性能方面潜力有限，EHB作为一种新型的制动系统弥补了传统制动系统的不足，可以很大限度地提高车辆制动性能。nEHB是一种线控制动(brake-by-wire)系统，它以电子元件替代了部分机械元件，制动踏板不再与制动轮缸直接相连，驾驶员操作由传感器采集作为控制意图，完全由液压执行器来完成制动操作，弥补了传统制动系统设计和原理所导致的不足，使制动控制得到最大的自由度，从而充分利用路面附着，提高制动效率。 汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟五、转向系电子控制系

38、统五、转向系电子控制系统1.电子控制电动助力转向系统电控电动助力转向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，且不会发生漏油等问题。目前应用的有电子控制前轮、后轮及前后四轮转向系统。使用电控转向系可以获得最优化的转向作用力特性，最优化的转向回正特性，提高汽车的转向能力和转向响应特性，可以提高汽车低速时的机动性以及高速行驶时的稳定性。 汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟电动助力转向系统主要特点 (1)电动机、减速机、转向柱和转向齿轮箱可以制成一个整体，管道、液压泵等不需单独占据空间，易

39、于装车。（2)增加了电动机和减速机，而取消了液压管道等部件，使整个系统趋于小型轻量化。(3)电机仅在必要时用来使电动机运转，故可以节能。(4)因为零件的数目少，不需要加油和抽空气，所以在生产线上的装配性好。由此，从发展的角度看，电动式动力转向系统将成为标准件装备在汽车上。汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟电动助力转向系统的组成及工作原理n电动式动力转向系统基本上是由转矩传感器、车速传感器、控制元件、电动机和减速机构组成的。 n在操纵转向盘时，系统根据输出信号检测出操纵力的大小，同时根据车速传感器产生的脉冲信号又可测出车速，再控制电动机的电流，形成适当的转向助力(见图)汽车电子新技术重庆大学汽车

40、系 张伟组成结构示意图汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟2. 线控转向系统线控转向系统n线控转向系统简称SBW(Steering By Wire System)，它由具有容错功能的网络相连接的控制单元、执行器、传感器和冗余电控单元组成，如图1所示，取消了转向盘与转向轮之间的机械连接，完全由电实现转向，摆脱了传统转向系统的各种限制。不但可以自由设计汽车转向的力传递特性，而且可以设计汽车转向的角传递特性，给汽车转向特性的设计带来无限的空间。驾驶员操作转向盘时，转向盘传感器检测驾驶员的转向数据(横摆角传感器、摄像机等)，向转向辅助系统ECU提供环境检测数据，转向数据

41、和环境检测数据通过网络总线实时传送给电子控制单元ECU，ECU按照驾驶员的转向数据和环境检测数据，控制转向执行器动作实现转向，并将车轮的转角、转矩和路感等反馈给驾驶员。为确保转向系统安全可靠，系统设置了冗余电控单元，在紧急情况下，系统会忽略错误信息，使车辆安全平稳地运行。 汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟2.1 线控转向系统优点线控转向系统优点n线控转向系统能满足环保、节能和安全的汽车工业发展方向，是整个汽车智能化和自动化的线控技术的一个分支，具有良好的商业化和产业化的市场前景。其优点主要有以下几点。a改善了安全性。取消了转

42、向柱等机械连接，避免了撞车事故中转向柱对驾驶员的伤害；电控单元根据汽车的行驶状态对驾驶员的操作做出相应的调整，当汽车运行在非正常工况时，能够自动对汽车进行稳定控制。b提高了舒适性。由于取消了机械结构连接，驾驶员的腿部活动空间明显增大，而且地面的不平和转向轮的不平衡不会传递到转向轴上，从而减缓了驾驶员的疲劳。c经济性好。取消了转向柱等机械连接，减轻了转向机械结构的质量，降低了汽车零部件的制造成本，改善了整车燃油经济性。d操纵稳定性好。线控转向系统改善了传统汽车转向系统不能解决的汽车转向过程中转向力和转向响应时间的矛盾，使得转向系统和转向盘同步工作，控制更加灵敏；具有变传动比特点的线控系统，克服了

43、传统的固定转向角传动比所带来的转向特性随着汽车行驶姿态的不同而变化的缺点；通过优化控制稳定性因数，能提高整车的操纵稳定性。e个性化的设置。可以根据驾驶员的要求设置转向传动比和转向盘反馈力矩H，以满足不同驾驶员的要求和适应不同的驾驶环境，与转向相关的驾驶行为都可以通过软件来设置与实现。 汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟2.2 线控转向系统应用线控转向系统应用n2005年12月6-9日，2005上海国际汽车零部件及汽车用品展览会在上海国际展览中心举行，同济大学自主研发的“春晖三号一嘉乐”微型电动轿车在展会中亮相。“春晖三号一嘉乐”酷似甲壳虫，其最大亮点就是采用了线控转向技术。属于线控转向四轮驱动

44、的微型概念车。n863计划电动汽车专项首席科学家、同济大学校长万钢教授领衔研发了“线控转向四轮驱动微电动轿车技术”汽车。汽车的4个车轮边上各有一个轮毂电机，通过线传电控技术控制车轮的转向和车速，提高了整车的主动安全性和操纵稳定性。同时，该车采用了高能蓄电池和小型氢燃料电池的混合动力，凸显出环保、节能的理念。3. 四轮转向四轮转向(4WS)3.1 工作原理工作原理n4WS汽车是其后轮与前轮一起共同完成转向运动。4WS汽车的目标就是在低速行驶时，依靠逆向转向(前、后轮的转角方向相反)，改善汽车的操纵性，获得较小的转向半径；在中、高速行驶时，依靠同向转向(前、后轮的转角方向相同)，减小汽车的横摆运动

45、，提高车道变更和曲线行驶的操纵稳定性。3.2 控制方式控制方式1）转向角的比例控制2）横摆角速度比例控制汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟1）转向角的比例控制）转向角的比例控制n所谓转向角的比例控制，就是后轮的转角与转向盘的转角成比例变化，并让其在低速转向时，使后轮与前轮反向转动；在中高速行驶时，与前轮同向转向。汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟2）横摆角速度比例控制横摆角速度比例控制n是一种根据检测出的车身横摆角速度来控制后轮转向量的控制方法。因为通过横摆角速度可直接检测出车身的自转运动，对后轮的转角也作相应的增减，就可能从转向初期开始，使车身方向与前进方向

46、之间的误差非常小。又由于它能直接感知到车辆的自转运动，因此，即使有转向以外的力(如横向风等)引起车身自转，也能马上感知到，并可迅速通过对后轮的转向控制来抑制自转运动。汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟4. 电子控制防滑差速器电子控制防滑差速器 汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟n能够防止车轮打滑的差速器即为防滑差速器，它是一种能自动控制汽车驱动轮打滑的差动装置，属于主动安全传动装置。防滑差速器的作用就是当汽车在好路面上行驶时，它具有正常的差速作用，当汽车在坏路面上行驶时，它的差速作用被锁止，从而能起到防止驱动车轮滑转的作用。装有防滑差速器的汽车，当某一车轮发生

47、滑转时，它能将驱动力矩的大部分或全部传给不滑转的驱动车轮，充分利用不滑转车轮同地面间的附着力，产生足够的牵引力，使汽车越过障碍，继续前进。 汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟六、主动悬架系统六、主动悬架系统n所谓主动悬架系统，是在悬架系统中采用有源或无源控制元件组成一个闭环控制系统。根据车辆的运动状况和路面状况主动作出反应，以抑制车身的振动和摆动，使悬架始终处于最佳的减振状态。理论研究表明主动悬架性能显著优越于被动悬架。特别是随着微型电路技术的发展，使主动悬架的发展前景更为广阔。汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟半主动悬架半主动悬架n半主动悬架的基本工作原理：

48、半主动悬架的基本工作原理：用可调弹簧或可调整减振器组成悬架，并根据簧载质量的速度响应等反馈信号，按照一定的控制规律，调节可调弹簧的刚度或可调减振器的阻尼力。n特点：特点：与主动悬架相比，半主动悬架控制系统消耗的能量很小，造价较低。因此，半主动悬架在商业上应用早于主动悬架。现在一些高档的轿车，已逐渐开始较多地采用了的主动悬架。 汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟主动悬架主动悬架全主动悬架简称主动悬架，它可以根据汽车行驶条件的变化，主动改变悬架的刚度和阻尼系数。在汽车行驶路面速度变化以及在汽车起步、转向、制动等工况时主动悬架都可进行有效的控制。此外，主动悬架还可以

49、根据车速的变化控制车身的高度(车高控制系统)，可改善汽车在坏路的行驶性能和高速操纵稳定性。根据悬架介质的不同，又可分为油气式主动悬架(液压式)和空气式主动悬架两种。 汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟七七. 车载网络车载网络nCAN总线即控制器局域网(CAN-Controller Area Network)，属于多路传输系统的一种，它是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。用以解决现代汽车中众多电子装置之间繁忙的信息交换问题。n汽车总线系统是通过某种通讯协议将汽车中各种电控单元.智能传感器和智能仪表等连接起来而构成汽

50、车内部网络。汽车总线是在借鉴计算机网络技术和现场总线技术的基础上发展起来的。汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟车辆上引入总线网络的优点：车辆上引入总线网络的优点：减少了线束的数量和线束的容积，提高了电子系统的可靠性、可维护性；采用通用传感器，达到数据共享的目的；改善了系统的灵活性，通过系统的软件可以实现系统功能的变化。n从总线所实现的功能角度分，可分为两类：n一类是控制策略驱动的总线，如SAE的J1850、德国大众的ABUS、博世的CAN、美国商用机器的AutoCAN、ISO的VAN、马自达的ALMNET等。n另一类是以大量数据传输为目的的多媒体总线，如，IDB-C、IDB-1394、MOST

51、、AMIC-C等。 汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟主要汽车通讯协议主要汽车通讯协议汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟八八. 汽车导航系统汽车导航系统GPSnGPS为全球定位系统，装有导航系统的汽车，在驾驶室内有一显示屏。上面显示着某个城市的交通图(称为电子地图)，以及当时汽车在图上所处的位置。如果驾驶员输人目的地的地名、在图上的位置，那么图上就会显示一条从汽车所处位置到目的地的最佳路线和行驶方向，引导汽车行驶，起到导航作用。这样，驾驶员可以安心地驾车到达陌生地区以及在夜间安全行车。此外，GPS还能够随时告诉驾驶员当时的交通状况，指出什么地方交通拥挤，什么地方车流畅通，以及什么地方有空缺位置

52、可以停车。使驾驶员能绕过拥挤路段，较快到达目的地，避免交通阻塞，提高综合行车效率。n整个导航系统由GPS导航、自律导航、地图匹配器、信号处理单元、存贮器、显示器、传感器等几部分组成。GPS导航由GPS天线和GPS接收机组成。汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟nGPS卫星发射出电波发射时刻信息，而接收机可根据电波到达的时刻，算出电波行走的时间。将这时间乘以电波传播速度就可以知道卫星与接收机的距离，即卫星与装有该接收机的汽车的距离。同时，各GPS卫星的轨道位置也被发射出去。因此，接收点位置可由以三个卫星为中心的三个球面交点求出，即可确定该车在电子地图上的位置。n当汽车行驶在地下隧道、密集森林、高层

53、建筑群等接收不到GPS信号时，汽车会进行自律导航。nGPS导航和自律导航得到的汽车状态及位置的一些信号要经过地图匹配器处理后才能准确无误地在电子地图上显示出来。n电子地图是这样制成的：首先利用城市航空测量拍到的全貌照片，经过实际调查、标记、补充形成一张精确的地形图，它包括各城市道路交通图、公路网及沿线地名。然后将地形图通过数字化仪、扫描仪，送人PC机中，并用专门软件进行数据采集和编辑处理，生成数字地形模型。再经叠加、分类、标记形成一张电子地图并制成只读光盘。汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟n汽车导航系统的发展非常迅速，目前已有一些系统上采用32位的CPU嵌人实时操作的微处理单元，便于高速行驶

54、的汽车进行快速处理数据。激光技术的应用，产生大容量数字化视盘可以存贮更多的信息。使用薄膜晶体管有源液晶显示器可使图像更加清晰。n汽车导航系统能实时提供自身位置和目的位置坐标、全部行驶的直线距离、时间、速度、前进方向等。当遇到道路阻塞、路段施工或走错路等情况，GPS能够及时进行检索，提供新路线。此外，为了让驾驶员事先了解行驶中路面情况，GPS还能进行语音提示。若将汽车导航系统与其它部门进行联网，驾驶员能够随时获得交通状况的最新信息，从而使汽车避开阻塞和拥挤路段，实现自动道路选择和无阻挡行驶。汽车导航的普及使用，将会给2l世纪的城市交通带来新的面貌。 汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟十、线控技术

55、十、线控技术n线控技术已经被广泛用于航空业，用线控制系统来取代传统的液压和机械系统已经成为技术发展的趋势，采用线控技术的制动系统、转向系统、传动系统有望在未来汽车上率先获得应用。国外GM、DELPHI、KOYO、TRW、BENZ等公司已运用线控技术开发了概念车。n汽车电子中各种线控制系统或线驱动系统将迅速发展，汽车用线控技术将在今后数年中大量出现，如线控制动(brake by-wire)、线控转向(steer by-wire)、线控油门(throttle by-wire)、线控悬架(suspension by-wire)等正在加紧研究开发。当线控这一目标实现时，汽车将是一种完全的高新技术产品，

56、发动机、变速器、传动轴、驱动桥、转向机全都不见了。汽车可以说是一台装在轮子上的计算机。汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟1. 线控技术简介线控技术简介n1.1线控技术的结构原理n线控技术(by-wire)，就是由“电线”或者电信号实现传递控制，而不是通过机械连接装置来操作的。n线控技术是在控制单元和执行器之间用电子装置取代传统的机械连接装置或液压连接装置，由电线取代机械传动部件，取消了机械结构，赋予汽车设计新的空间。n线控系统需要高性能的控制器，比如由Freescale半导体公司提供的MPC500MPC5500系列微处理器。还需要有精确高速的通讯协议网络、容错技术和分配独立处理功能的模块。n线

57、控系统的基本结构原理是：驾驶员的操纵指令通过人机接口转换为电信号传到执行机构，控制执行机构的动作；传感器感知功能装置的状态，通过电信号传给人机接口，反馈给驾驶员，如图1所示。 汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟线控系统在人机接口通讯、执行机构和传感机构之间，以及与其他的系统之间要进行大量的信息传输，要求网络的实时性好、可靠性高，而且要求具有冗余的“功能实现”，以保证在故障时仍可实现装置的基本功能。汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟1.2 线控技术的特点线控技术的特点1.2.1线控技术的优点线控技术的优点a省力，人们可以不用直接操作机械力。b由于操纵控制通过驾驶员的手完成，不需要转向盘、转向柱和

58、脚踏板，这样就减少了正面碰撞时的潜在危险性，改善了汽车的安全性和舒适性。并为汽车设计提供了更大的空间。c便于实现个性化设计，由于驾驶特性如制动、转向、加速等过程都是程序设定的，设计师可设计不同的程序供用户选择。d比质量轻，性能高(响应快)。线控系统取消了许多机械连接装置、液压装置和气压装置，简化了结构和生产工艺，便于实现汽车轻量化。e维护用品可大大减小，减少维护费用。取消机械和液压连接可减少车身质量并简化维护工作，可能磨损的部件更少了。f可以将汽车的车内娱乐装置也集成到网络之中，使得汽车导航和自动驾驶成为可能，整个汽车就是一个完整的电路整体。g安装测试简单快捷，更稳固的电子接口(模块结构)，隔

59、板间无机械连接，简单布置就能增加电子控制功能。汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟1.2.2 线控技术的缺点线控技术的缺点n电子设备还相当的不可靠电磁干扰、器件失效、软件程序的设计、网络攻击等等。一旦电路失效而没有机械冗余就会导致灾难性的后果转向失灵、油门难以控制和不能制动,所以线控技术研究的重点应该是系统的可靠性和安全性。 汽车电子新技术重庆大学汽车系 张伟2. 线控技术在汽车上的运用线控技术在汽车上的运用2.1线控制动线控制动(brake bywire)n线控制动系统由实现电子化的供能装置、控制装置、传动装置、制动器4个部分组成。ECU(电控单元)对制动系统进行整体控制，采用全新的电子制动器

60、，每个制动器有各自的控制单元。机械连接逐渐减少，制动踏板和制动器之间的动力传递分离开，取而代之的是电线连接，电线传递能量，数据线传递信号。线控制动是自ABS在汽车上得到广泛应用以来制动系统的又一次飞跃式发展。n目前线控制动系统分为2种类型：一种是电液制动系统EHB (Electronic-hydraulic Brake)，另一种是电子机械制动系统EMB (Electronic-Mechanical Brake)。n电液制动系统是将电子与液压系统相结合，由电子系统控制，液压系统提供动力；电子机械制动系统则用电线取代传统制动系统中的空气或制动液等传力介质，电制动器取代传统制动器，电子机械制动系统是