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
