汽车电子控制技术的应用与发展前途.docx

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汽车电子控制技术的应用与发展前途

摘要

2002年中国汽车工业面对加入WTO后的冲击，发展迅速。

但是，中国汽车工业从整体上看，仍然是一个国际竞争力较弱的产业。

在加入WTO后更加开放的市场环境中，中国汽车工业逐步从制造、研究开发、销售服务、汽车信贷等方面全面融入世界汽车工业体系。

通过使自身全面融入世界汽车工业体系，中国汽车工业将获得更加迅速的发展，并且逐步成为世界汽车工业的主要制造基地之一。

就长远来看，中国汽车工业也必将获得自主开发的能力，并且逐步提高其在世界汽车工业体系中的地位。

关键词：

汽车工业，发展趋势

Abstract

China’sautomobileindustryfastdevelopedin2002althoughshocksspreadfromitsentranceofWTO.However,onthewholeChina’sautomobileindustryisrelativelyweakininternational

competitiveness.Theindustrywillgraduallyentertheworldsystemintheaspectsofmanufacture,research&

development,sales&serviceandcreditafterentranceofWTOwithmoreopenmarket.Alongwithenteringthe

worldsystemofautomobileindustry,theindustrywillrapidlydevelopandgraduallybecomeoneofmanufacture

-basesofworldautomobileindustry.Fromlongpointofview,China’sautomobileindustrywillbeabletodo

self-researchanddevelopmentandtoincreaseitsroleintheworldautomobileindustry.

KeyWords:

automobileindustry;　developmenttrend

目录

摘要I

AbstractII

目录III

1概述1

1.1课题的来源1

1.2汽车电子控制技术的状况1

1.2.1电子控制技术的简介1

1.2.2汽车电子技术发展过程1

1.3课题讨论目的2

2国内外汽车电子技术的发展现状4

2.1国外汽车电子技术的现状4

2.1.1发动机电子控制系统4

2.1.2电子控制自动变速器4

2.2国内汽车电子产品市场的现状5

2.2.1汽车发展第一阶段5

2.2.2汽车发展第二阶段6

2.2.3汽车发展第三阶段6

2.2.4汽车发展第四阶段7

2.2.5汽车发展第五阶段7

3现代汽车电子技术的应用现状8

3.1发动机电子控制8

3.1.1电子控制喷油装置8

3.1.2电子点火的介绍10

3.1.3怠速控制系统10

3.1.4废气再循环系统11

3.1.5燃料蒸发排放控制11

3.1.6电控二次空气喷射系统11

3.1.7发动机可变气门正时技术12

3.1.8发动机系统自我诊断功能12

3.2底盘电子控制12

3.2.1电控自动变速器（ECAT）13

3.2.2防抱死制动系统（ABS）13

3.2.3电子转向助力系统16

3.2.4加速防滑控制系统18

3.2.5电子控制制动力分配系统18

3.2.6适时调节的自适应悬挂系统19

3.2.7常速巡航自动控制系统（CCS）19

3.3车身电子控制20

3.3.1汽车空调控制20

3.3.2信息显示系统20

3.3.3安全气囊控制系统21

3.3.4汽车电子灯光控制系统21

3.3.5信息传递装置21

4现代汽车电子技术应用的发展趋势23

4.1传感器技术23

4.2总线技术24

4.3安全技术25

5结论与展望28

5.1结论28

5.2存在的不足28

5.3展望28

致谢30

参考文献31

1概述

1.1课题的来源

本课题《汽车电子控制技术的应用与发展前途》来源于湖北汽车工业学院本科论文。

1.2中国汽车工业的发展趋势

1.2.1电子控制技术的简介

现代汽车电子控制技术是汽车技术与电子技术相结合的产物。

随着汽车工业与电子工业的不断发展，在现代汽车上，电子技术的应用越来越广泛，汽车电子化的程度越来越高。

20实际70年代中期，随着微型计算机开始在汽车上的应用，给汽车业带来了划时代的变化。

可以说，今天的汽车已进入微机控制的时代，且日趋成熟和可靠。

1.2.2汽车电子技术发展过程

汽车业与电子业是世界工业的两大金字塔。

近年来，汽车业与电子业的联系日趋密切。

从发动机的燃油喷射、点火控制、怠速控制、进气控制、排放控制、故障诊断到底盘的传动系统，行驶系、转向系、制动系和车身及辅助装置，普遍采用了电子控制一体化，这是现代汽车的显著特点。

在汽车零部件中，最初采用的电子装置是交流发电机的整流器。

通过使用硅二极管，车用发电机改直流为交流。

交流发电机结构紧凑、故障少、成本低。

1960年，美国克莱斯勒汽车公司和日本汽车公司开始采用硅二极管整流的交流发电机。

此后不久，交流发电机迅速推广到全世界。

我国适用于20世纪70年代，现已全部取代了直流发电机。

20世纪60年代以来，发动机周围零部件的电子化显得十分活跃，尤其是电压调节器和点火装置电子化，并得到快速发展。

1960年，美国通用汽车公司采用了IC调节器。

IC调节器是在硅半导体的表现和内部，把晶体管、电阻和电容封装子一起，即把固体电路集聚在半导体硅切片上制成。

这种电路结构紧凑、可靠性高、成本低、熬电少、反应敏捷、不需冷却，因而，迅速推动微机控制技术在汽车上的应用，并得到迅速发展。

1973年，美国通用公司开始采用IC点火装置，此后逐渐普及。

随着排放标准的日趋严格，强烈要求增大点火能量，提高点火时刻的精度。

IC点火控制能很好地满足这些要求，并使维护更简单。

1974年，美国通用汽车公司开始装备加大火花塞电极间隙、增强点火能量的HEI高能点火系统。

同时，在分电器内装上点火线圈和电子控制电路，力图将点火系统作成一体。

1976年，克莱斯勒汽车公司首创电子控制点火系统。

系统中使用了模拟计算机，根据输入的空气温度、进气温度、水温、转速和负荷，计算出最佳点火时刻。

1977年通用公司开始使用数字式点火时刻控制系统。

同年，福特公司将这种发动机上的电子控制系统扩展到同时控制排放再循环和二次空气喷射上。

继之，日本、欧洲一些国家也相继开发了自己的汽车电子控制系统。

之后，又经过多次改进，其控制功能不断增多，性能更加先进。

此后，化油器空燃比反馈、后备电路、自诊断功能相继被开发出来。

1978年，德国的波许（Bosch）公司研制成D型电子控制汽油喷射系统，随后由开发了L型电子控制喷射系统，后来这些技术不断改进、完善。

到1979年，发动机电子控制技术已达到相当高的程度。

在除发动机以外的其它汽车零部件上，最先应用电子技术的是福特公司。

1970年，福特公司开始应用电子防滑（防抱死）装置，随后有了电控变速器。

1982年以后，微型计算机在汽车上的应用日趋成熟，主要是数字或电子控制。

近年来，车用装置越来越向智能化方向发展，主要是提高电子微处理器的级别，同时，驾驶辅助装置、警报安全装置、提高舒适性的装置、通信娱乐装置等等，相继采用了电子技术装置。

这些装置的采用，对环保、节能、提高运行安全性和汽车综合性能具有重要的意义。

1.3课题讨论目的

深入了解国内外电子技术的发展，找出我国汽车电子技术于国外汽车电子技术的差距。

汽车电子化是汽车技术发展进程中的一次革命，汽车电子化的程度被看作是衡量现代汽车水平的重要标志，是用来开发新车型，改进汽车性能最重要的技术措施。

汽车制造商认为增加汽车电子设备的数量、促进汽车电子化是夺取未来汽车市场的重要的有效手段。

2国内外汽车电子技术的发展现状

2.1国外汽车电子技术的发展

国外汽车电子产品的研究开发始于50年代，由于电子元器件体积大、可靠性差，发展也很缓慢。

进入70年代，集成电路的发展和微处理器的广泛应用，汽车电子产品得到了飞速的发展。

目前，国外汽车电子产品大致可归纳为以下几类：

汽车发动机电子控制系统，汽车传动和行驶控制系统，汽车安全及故障诊断系统，汽车信息显示系统，汽车舒适娱乐类产品，汽车电子产品用元器件，汽车用多路传输总线，汽车环保类电子产品，电动汽车等，产品种类繁多，成龙配套，已经形成了自己独立的汽车电子产业。

2.1.1发动机电子控制系统

（1）汽油机电子控制

汽油机采用电子燃油喷射技术（EFI）是现代汽车提高功率、降低油耗、减少污染的有效措施之一。

EFI技术是一种高级的发动机电子管理系统，其基本工作原理是：

由传感器将汽油机的工作运行状况，如负荷大小、转速快慢、进气温度等数据送给计算机进行处理，然后由控制执行元件来确定供油量，从而保证发动机在各种工况下的正常运行。

当今的EFI已由单一控制发展到多项集中控制，根据汽车速度、环境温度和发动机转速等参数，自动对发动机的燃油喷射、空燃比、点火时间、怠速转速和废气再循环（EGR）等进行综合控制。

其效果为：

输出功率提高10％，油耗下降10％，尾气排放降低90％，起动时间缩短50％，加速时间缩短50％（0～100km/h）。

（2）柴油机电控技术

柴油机电控技术当前主要应用于柴油喷射、废气再循环、尾气催化转化等方面。

目前先进的柴油机电子技术是共轨式电控喷油系统。

它由电磁阀、传感器及中央处理单元组成。

与传统喷射系统不同，在共轨系统中，压力的产生和喷射互不关联。

在一定限度内，喷射压力的选择不受发动机转速和喷油量的影响。

2.1.2电子控制自动变速器

自动变速器电子控制通过动力传动控制模块（Power-transmissionControlModule，PCM）接收来自汽车上各种传感器的电信号输入，根据汽车的使用工况对这些信息处理来决定自动变速器运行工况。

按照这些工况，动力传动控制模块给执行机构发出指令，并实现下列功能：

变速器的升档和降档；一般通过操纵一对电子换档电磁阀在通／断两种状态中转换；通过电子控制压力控制电磁阀（PressureControlSolenoid，PCS）来调整管路油压；变矩器离合器（TorqueConverterClutch，TCC）用以控制电磁阀的结合和分离时间。

2.2国内汽车电子产品市场的现状

我国的汽车电子工业起步较晚。

20世纪90年代以前．除了汽车收音机等直接从家用电器移植过来的产品以外。

几乎没有汽车电子工业。

进入20世纪90年代以后．随着我国汽车工业的较快发展和国外的汽车电子化潮流，我国的汽车厂家如雨后春笋般涌现。

据CCID统计，我国涉及汽车电子生产的企业有1000多家，但其多数企业规模偏小，产品结构单一。

且技术含量低。

近几年，我国汽车产业发展迅猛。

特别是轿车产业．我国的巨大市场潜力吸引了全球知名汽车厂商的目光，纷纷来华投资，凭借这些跨国企业提供的技术、硬件、以及产能上的保障，我国在短短几年时间内成为全球知名的汽车生产国。

当前，汽车由单纯的机械产品逐步演变为一种高级的机电一体化产品．并向着电动汽车（含混合动力车）和智能汽车的方向。

使汽车电子市场进入了一个稳定且快速增长阶段；同时第三代移动通信、高清数字电视、卫星导航、移动网络等越来越多的IT技术被逐步移植到汽车上，电子装置占整车的价值比显著提高，汽车电子产业也随之蓬勃发展。

2.2.1汽车发展第一阶段

2003年我国市场上共销售汽车电子产品2488万套，销售金额达到300.4亿元，同比增长分别达到33.7％和41.5％，高于同一时期29.2％的全国汽车总销量增长率。

汽车电子产品的快速发展主要得益于中国汽车产业近两年的高速发展。

继2002年汽车产业的井喷之势后，2003年中国汽车产量依然保持着高速发展全年汽车产量突破了430万辆。

而在汽车价值构成中，轿车电子产品所占比例约为30％～40％，卡车电子产品所占比例约为10％～20％。

另一方面，电子信息技术的不断升级和应用使得机械系统与电子系统之间的转换加速以及动力总成方面性能提高，网络在车辆中的高速发展以及消费者消费标准与档次的提高（如对安全、先进性要求的提高）等使得汽车电子产品占整车中的比重在不断提高，从支出费用来看，2003年，平均每辆新车的汽车电子产品支出从2002年的1854美元提升至2025美元，增幅创出近几年来的新高，达到9.2％；从应用比例上看，1989～2000年，汽车电子产品的成本在整个汽车制造成本中所占的比例已由16％增至23％，而到了2003年，这一比例提升至26.2％。

从市场结构上看，高附加值汽车电子产品在整体汽车电子产品中所占比重乃至汽车整车中的应用比重有了显著的提升。

同时，这部分高附加值产品的国内产业供给还极为有限，多类产品大量依赖进口，导致这部分产品的价格在一段时期以内持续看涨。

2.2.2汽车发展第二阶段

2003年我国共生产汽车电子产品3559万套，产值达到3l3.5亿元，同比增长分别达到26.8％和37.2％，低于同一时期全国汽车电子产品市场增长率。

值得注意的是，产值增幅远大于产量增幅，“量价双增”特征比市场需求更为显著，这主要是由于国外企业在中国加大了对高附加值汽车电子产品的投入力度，产业结构快速升级所导致的。

在产业结构方面，按照增长速度可以划分为3大梯队：

2003年产值增长较快的产品依次为GPS导航系统、其他信息娱乐系统（主要是车载电视）、自动变速控制系统、发动机电子控制系统、防抱死制动系统、以及防盗系统等，它们的产值增长率均高于汽车电子产业37.2％的平均增长水平，而安全气囊、汽车空调、电动车窗、电子组合仪表等产品的产值增长率虽然均略低于汽车电子产业的平均增长水平，但增长速度也较快，均高于30％，仅有汽车音响和中控锁的产值增长率较低，不足20％。

在产业结构比重方面，发动机电子控制系统、汽车音响和汽车空调依然是汽车电子的主要产品，其中，发动机电子控制系统所占的比重大幅提升，比2002年增加1.2％，而汽车音响与汽车空调所占的比重却大幅下降，分别比2002年减少2.9％和0.5％。

这主要是由于后者的市场大多集中在国外，而全球汽车产品供过于求，汽车产业陷于低迷，制约了本国相关产业的发展；相反，发动机电子控制系统的目标市场则在国内，而国内市场远未饱和，仍有大量产品依赖进口，因此，其产业增长势头较好。

2.2.3汽车发展第三阶段

应用层次落后，与国外差距明显。

与国外汽车电子产品相比，我国汽车电子产品的应用层次十分落后。

国内平均每辆新车的汽车电子支出为885美元（折合人民币7237元），占整车价值的4.8％；而同期全球平均每辆新车的汽车电子产品支出为2025美元，占整车价值的26.2％，差距相当明显。

同时，在我国生产和应用的还只是一些技术含量较低的电子产品，而目前已经在国外普遍应用的汽车电喷系统、防抱死制动系统和安全气囊等电子产品在我国的生产和应用还才起步，刚刚列入我国汽车电子产业在“十五”期间的发展重点。

而且，即使是目前应用比例较高的汽车音响、汽车空调等产品，其产品档次与国外相比也较低。

2.2.4汽车发展第四阶段

自主开发刚刚起步，合资合作企业成为竞争的主体。

我国汽车电子企业正处于起步发展阶段，据统计，我国汽车电子企业或涉及汽车电子生产的企业有1000多家，但绝大部分企业规模都太小，产品单一并且技术含量低，与世界汽车电子业跨国公司的差距在不断拉大。

目前，国内在整车及大总成的电子控制系统方面有一些自主开发生产的产品，如重庆宏安ABS技术有限公司、维克交通高技术有限公司、西安国力博华机电公司等生产了商业化的ABS产品；重庆欧翔、深圳欣源展实业公司都自主开发生产了自动变速器；北京赫达、石家庄久乐、山西大恒通用都少量生产了安全气囊产品。

虽然我国企业也能自主开发出一些产品，但总体水平与国外相比差别很大，与国际先进水平相比，要落后10～15年。

主要差距是在电子控制单元的软硬件、系统的可靠性和控制精度方面；企业的技术主要来源于国外，而且虽然某些产品已形成一定的生产能力，但是规模化大生产还未形成。

2.2.5汽车发展第五阶段

配套体系相对封闭，行业进入壁垒较高。

尽管全球汽车电子产业分工体系呈现出日益专业化的趋势，但目前，我国汽车工业条块分割的封闭配套体系还没有根本性的转变，我国汽车电子企业产品销售渠道依旧单一、封闭，对整车厂依赖程度高。

而目前国内整车厂与外方合资已成主流，引进外国新车型，越来越多地采用原配套厂生产的进口零部件。

尽管国际汽车厂商在进入中国之前都承诺，零部件在中国生产，实行全球化采购。

但一旦进入，就把为其配套的零部件厂商带进来了，对于缺乏统一质量标准的国内零部件企业，要想进入它的配套体系甚至比插针还难。

事实上，汽车电子行业的一个显著特点是主机厂根据整车厂商的要求进行专门设计制造，产品要具有多样性和适应性，有专门为一个客户建设的生产线。

如上海联合电子和德尔福公司分别为东安发动机厂各提供一套系统，东安厂提供两套电喷发动机供整车厂选择。

因此，配套渠道体系一旦形成就会相当稳定。

正因为这样，为了获得广阔的市场空间，主机厂之间的渠道竞争必将成为企业竞争的制高点，渠道竞争将日趋激烈。

3现代汽车电子技术的应用现状

按对汽车行驶性能作用的影响，可把汽车电子产品归纳为两类：

（1）汽车电子控制装置；

（2）车载汽车电子装置。

目前较多见的成熟的汽车电子控制系统主要有：

发动机电子控制、底盘电子控制、车身电子控制、信息传递等。

3.1发动机电子控制

3.1.1电子控制喷油装置

现代汽车上，机械式或机电混合式燃油喷射系统趋于淘汰．电控燃油喷射装置因其性能优越而得到日益普及。

电控燃油喷射系统是20世纪60年代末开始发展起来的，与传统的化油器供油系统相比．而其突出优点在于空燃比的控制更为精确，可实现最佳空燃比；且电喷技术提高了汽油的雾化、蒸发性能，加速性能更好，发动机功率和转矩得以显著提高。

这样能使发动机一直处于最优工作条件下运行，并使发动机的综合性能得到提高。

汽油机采用电子燃油喷射技术（EFI）是现代汽车提高功率、降低油耗、减少污染的有效措施之一。

EFI技术是一种高级的发动机电子管理系统，其基本工作原理是：

由传感器将汽油机的工作运行状况，如负荷大小、转速快慢、进气温度等数据送给计算机进行处理，然后由控制执行元件来确定供油量，从而保证发动机在各种工况下的正常运行。

当今的EFI已由单一控制发展到多项集中控制，根据汽车速度、环境温度和发动机转速等参数，自动对发动机的燃油喷射、空燃比、点火时间、怠速转速和废气再循环（EGR）等进行综合控制。

其效果为：

输出功率提高10％，油耗下降10％，尾气排放降低90％，起动时间缩短50％，加速时间缩短50％（0～100km／h）。

目前柴油机燃油喷射系统的电子控制主要有几种方式：

有的采用共轨式电控喷油系统，有的采用电控单体泵或组合式电控单体泵，有的采用电控泵喷嘴，有的采用电控分配泵，过去极少数也有采用电控直列泵。

在商用车柴油机上用得多的是共轨式电控喷油系统、电控单体泵喷油系统和电控泵喷嘴喷油系统。

英国Ricard0公司预估到20l0年欧洲在12—13升车用柴油机燃油系统的构成中，共轨式电控喷油系统和电控单体泵喷油系统各占46％，电控泵喷嘴喷油系统约占8％左右。

燃油供给系统的主要构成是供油泵、共轨和喷油器。

燃油供给系统的基本工作原理是：

供油泵将燃油加压成高压，供人共轨内；共轨实际上是一种燃油分配管。

储存在共轨内的燃油在适当的时刻通过喷油器喷人发动机气缸内。

电控共轨系统中的喷油器是一种由电磁阀控制的喷油阀，电磁阀的开启和关闭由计算机控制。

（1）电控共轨系统的特点：

电控高压共轨系统的特点可以归纳为：

①自由调节喷油压力（共轨压力控制）通过控制共轨压力而控制喷油压力。

利用共轨压力传感器测量燃油压力，从而调整供油泵的供油量、调整共轨压力。

此外，还可以根据发动机转速、喷油量的大小与设定了的最佳值（指令值）始终一致地进行反馈控制。

②自由调节喷油量以发动机的转速及油门开度信号为基础，计算机计算出最佳喷油量，并控制喷油器的通断电时间。

③自由调节喷油率形状根据发动机用途的需要，设置并控制喷油率形状：

预喷射、后喷射、多段喷射等。

④自由调节喷油时间根据发动机的转速和喷油量等参数，计算出最佳喷油时间，并控制电控喷油器在适当的时刻开启，在适当的时刻关闭等，从而准确控制喷油时间。

在电控共轨系统中，由各种传感器–发动机转速传感器、油门开度传感器、各种温度传感器等–实时检测出发动机的实际运行状态，由微型计算机根据预先设计的计算程序进行计算后，定出适合于该运行状态的喷油量、喷油叶间、喷油率模型等参数，使发动机始终都能在最佳状态下工作。

计算机具有自我诊断功能，对系统的主要零部件进行技术诊断，如果某个零件产生了故障，则诊断系统会向驾驶员发出警报，并根据故障情况自动作出处理；或使发动机停止运行–即所谓故障应急功能，或切换控制方法，使车辆继续行驶到安全的地方。

传统的泵管嘴燃油系统中，喷油压力与发动机的转速和负荷有关，不是一个独立变量。

在高压电控共轨系统中，喷油压力（共轨压力）与发动机的转速和负荷无关，是可以独立控制的。

由共轨压力传感器测出燃油压力，并与设定的目标燃油压力进行比较后进行反馈控制。

（2）共轨式电控喷油系统与常规机械式燃料喷油系统相比，共轨式电控喷油系统具有如下一系列优点：

①可实现高压喷射，喷射压力比一般直列泵系统高出一倍，最高的已达200MPa，今后的技术还会向250MPa高压喷射的实用化方向发展。

②喷射压力独立于发动机转速，可以改变发动机低速、低负荷性能。

③可以实现多次喷射（每循环3—5次，甚至组合7次喷射，包括预喷、主喷和后喷），调节喷油速率形状，实现理想喷油规律。

通过预喷来降低噪声和NOX排放，通过后喷来降低颗粒和提高DPF及NOX的催化转换效率。

④喷射定时和喷油量可自由选定。

⑤具有良好的喷射特性，优化燃烧过程，使发动机油耗、烟度、噪声和排放等综合性能指标得到明显改善，并有利于改进发动机扭矩特性。

⑥结构简单，可靠性好，适用性强，对原有发动机设计和制造设备改动较少。

（3）电控泵喷嘴系统

可直接安装在发动机气缸盖上，它将喷油泵的压油机构与喷油器结合在一起，省去了高压油管。

所以高压系统的死容积可以最大限度地减小，具有较高的液压效率，更有利于实现高压化和喷油速率的控制，从而获得发动机的高功率、低油耗和低排放。

但该系统价格较高，而且气缸盖的设计改动比较大。

3.1.2电子点火的介绍

近年来，汽车发动机向着多缸、高转速、高压缩比的方向发展，人们还力图通过改善混合气的燃烧状况，以及燃用稀混合气，以达到减少排气污染和节约燃油的目的。

这些都要求汽车的点火系统能够提供足够高的次级电压、火花能量和最佳点火时刻。

传统点火系统已经不能满足这些要求。

因此，近几十年来各国都在积极探索改进途径，并研制了一系列的电子点火系统。

目前国内外汽车上使用的电子点火系统主要分为有触点的电子点火系统和无触点的电子点火系统两大类。

无论是哪一类电子点火系统，都是利用电子元件（晶体三极管）作为开关来接通或断开点火系统的初级电路，通过点火线圈