现代汽车电子技术概述.docx

1、现代汽车电子技术概述现代汽车电子技术 一、 引言 电子技术在汽车技术中广泛应用使汽车的控制正在快速地向电气化、智能化和网络化方向发展。从而出现了许多汽车电子控制系统。特别是像ABS、TCS和ESP这些技术十分成熟，功效显著，成本低廉的电子控制系统在汽车中的安装率逐年上升。汽车技术不仅代表着社会物质生活发展水平，而且代表着科学技术发展水平。近40年来汽车发展的事实证明，提高汽车性能、节约能源和保护环境主要取决于电子控制技术。汽车电子技术已广泛应用于汽车发动机控制、底盘控制、车身控制、故障诊断以及音响、通信、导航等方面。 二、汽车电子控制系统的结构、功能和分类 根据汽车总体结构，汽车电子控制系统可

2、分为发动机电子控制系统、底盘电子控制系统、车身电子控制系统和综合控制系统四大类。根据控制功能的不同，汽车电子控制系统可分为动力性、经济与排放性、安全性、舒适性、操纵性、通过性、娱乐与信息控制系统。 汽车电子控制系统的功用是提高汽车的整体性能，包括动力性、经济性、安全性、舒适性、操纵性、通过性以及排放性能等，还有节约能源和保护环境。虽然汽车车型不同、档次不同，采用电子控制系统的功能和多少也不尽相同，但是，汽车电子控制系统的基本结构如图1所示，都是由传感器（传感元件）与开关信号、电控单元（ECU，Electronic Control Unit）和执行器（执行元件）三部分组成，这是电子控制系统的共同

3、特点。 三、汽车电子控制系统的介绍 （一）发动机电子控制系统发动机爆震控制系统（Engine DetonationControl System）简称EDCS。汽油发动机获得最大功率和最佳燃油经济性的有效方法之一就是增大点火提前角，但是点火提前角过大又会引起发动机爆震。尤其在发动机大负荷状态下工作时，这种可能性更大。消除爆震最有效的方法就是推迟点火提前角。实践证明：剧烈的爆震会使发动机的动力性和经济性严重恶化，而当发动机工作在爆震的临界点或有轻微的爆震时，发动机热效率最高，动力性和经济性最好。发动机爆震控制系统能够有效的控制点火提前角，从而使发动机工作在爆震的临界状态。发动机可变气门正时技术(V

4、VT，Variable Valve Timing)原理是根据发动机的运行情况，调整进气（排气）的量，和气门开合时间，角度。使进入的空气量达到最佳，提高燃烧效率。优点是省油，功升比大。缺点是中段转速扭矩不足。巡航控制系统（Cruise Control System）简称CCS。汽车巡航控制系统又称车辆速度控制系统，是指在一定的车速范围内，驾驶员不用控制加速踏板而能使汽车保持以设定的速度行驶的控制装置。采用了这种控制系统的汽车，在高速公路上长时间行驶时，驾驶员不用控制加速踏板，从而降低了驾驶疲劳，提高了行驶安全性，同时减少了不必要的车速变化，提高了乘坐舒适性，并且节省燃料消耗，提高燃油经济性和排放

5、性能。速踏板控制系统EAP（Electronic Control Accelerator Pedal System）车速传感器连接到具有预定形状的杆的加速踏板;产生对应于至少一个预定的速度极限和多个预定模式中所选择的模式的信号的开关;来自车速传感器和开关接收信号的发动机管理系统;其检测加速器踏板的工作位置，并产生一个相应的信号的加速器踏板位置传感器;接收车辆速度信号和来自发动机管理系统的开关信号，并输出当车辆速度超过速度极限的控制信号的踏板控制部;和设置于加速器踏板的上部，并且，响应于所述踏板控制单元的控制信号的反应装置，产生依赖于所选择的模式的反作用力，并将所产生的反作用力施加于加速器踏板。

6、动机进气控制系统IACS ( Engine Intake Air Control System）一种用于控制由发动机的空气量的系统，包括一个风道管，它绕过一个进气管的节流阀，用于将空气供给到汽车发动机上，多个阀用于调节空气通过风道管的量，以及控制装置的数量。旁通中的空气量是根据发动机的温度和转速和节流阀下游的进气压力来控制的。在发动机怠速时，进气控制系统产生一个信号，表示标准发动机怠速转速与发动机温度，比较了实际发动机转速与参考，并调节空气流动的量在旁路的比较，从而使实际发动机转速相同的参考。在加载的发动机操作期间，通过对比，旁通空气的量是如此的控制，以保持在预定的恒定值的节流阀下游的空气进气

7、压力。蒸汽回收系统FECS(Fuel Evaporative Emission Control System)主要利用活性炭罐吸附燃油箱、曲轴箱、气门室以及管路中挥发的燃油蒸汽，待发动机启动后，再将活性炭吸附的燃油送回到燃烧室燃烧。废气再循环控制系统（Exhaust GasRecirculation Control）简称EGRC ECU。根据发动机的转速、负荷（节气门开度）、温度、进气流量、排气温度控制电磁阀适时地打开，进气管真空度经电磁阀进入EGR阀真空膜室，膜片拉杆将EGR阀门打开，排气中的少部分废气经EGR阀进入进气系统，与混合气混合后进入气缸参与燃烧。少部分废气进入气缸参与混合气的燃烧

8、，降低了燃烧时气缸中的温度，因NOX是在高温富氧的条件下生成的，故抑制了NOX的生成，从而降低了废气中的NOx的含量。但过度的废气参与再循环，将会影响混合气的着火、性能，从而影响发动机的动力性，特别是在发动机怠速、低速、小负荷及冷机时，再循环的废气会明显地影响发动机性能。所以，当发动机在怠速、低速、小负荷及冷机时，ECU控制废气不参与再循环，避免发动机性能受到影响；当发动机超过一定的转速、负荷及达到一定的温.度时，ECU控制小部分废气参与再循环，而且，参与再循环的废气量.根据发动机转速、负荷、温度及废气温度的不同而不同，以达到废气中的NOX最低。 微机控制点火系统（Microcomputer

9、ControlIgnition System）简称MCIS。汽油发动机采用微机控制点火系统 （MCIS）能将点火提前角控制在最佳.状态，使可燃混合气燃烧后产生的温度和压力达到最大值，从而提高发动机的动力性，同时还能降低燃油消耗量和减少有害气体的排放量。微机控制点火系统主要由凸轮轴位置（上止点位置）传感器（CIS）、曲轴位置（曲轴转速与转角）传感器（CPS）、空气流量（负荷）传感器（AFS）、节气门位置（负荷）传感器（TPS）、冷却液温度传感器（CTS）、进气温度传感器（IATS）、车速传感器（VSS）、爆震传感器（EDS）、各种控制开关、电控单元（ECU）、点火控制器、点火线圈以及火花塞等组成

10、。 电子控制发动机燃油喷射系统（Engine FuelInjection System）简称EH。汽车发动机电子控制燃油喷射技术是借鉴飞机发动机汽油喷射技术而诞生的，汽车发动机采用燃油喷射技术的主要目的是：降低燃油消耗量和减少有害气体的排放量。汽车发动机燃油喷射系统（EFI）是由空气供给系统（供气系统）、燃油供给系统（供油系统）和燃油喷射电子控制系统三个子系统组成。（二）底盘电子控制系统ABS刹车防抱死系统（Anti-LockBrake System）。在没有ABS时，如果紧急刹车一般会使轮胎抱死，由于抱死之后轮胎与地面是滑动摩擦，所以刹车的距离会变长。如果前轮锁死，车子失去侧向转向力，容易跑

11、偏；如果后轮锁死，后轮将失去侧向抓地力，容易发生甩尾。特别是在积雪路面，当紧急制动时，更容易发生上述的情况。ABS是通过控制刹车油压的收放，来达到对车轮抱死的控制。其工作过程实际上是抱死松开抱死松开的循环工作过程，使车辆始终处于临界抱死的间隙滚动状态。但是在一些电影特技场景中，有的车子是不装ABS的，所以我们才能看到它们侧滑、甩尾等多种高难度的刺激场面。对于一些想追求驾驶刺激的高级赛车手，他们同样不喜欢给汽车装上ABS。终究一点，ABS不是给特级演员和高级赛车手设计的，而是针对一般驾驶者，以保证他们驾车的安全。上世纪90年代汽车配置中最受关注的要属ABS了，就是当时的捷达、桑塔纳也不敢说是每车

12、必备，而到了现在，ABS已是新车的标准配备。 自动制动差速器（Anti-lock BrakingDifferential）简称ABD。自动制动差速器是制动力系统的一个新产品，它的主要作用是缩短制动距离，和ABS、EBD等配合适用。当紧急制动时，车会向下点头，车的重量前移，而相应的车的后轮所承担的重量就会减少，严重时可以使后轮失去附着力，这时相当于只有前轮在制动，会造成制动距离过长。而ABD可以有效防止这种情况，它可以通过检测全部车轮的转速发现这一情况，相应的减少后轮制动力，以使其与地面保持有效的摩擦力，同时将前轮制动力加至最大，以达到缩短制动距离的目的。ABD与ABS的区别在于，ABS是保证在

13、紧急制动时车轮不被抱死，以达到安全操控的目的，并不能有效的缩短制动距离。而ABD则是通过EBD在保证车辆不发生侧滑的情况下，允许将制动力加至最大，以有效的缩短制动距离。电子控制制动辅助系统（ElectronicBrake Assist System）简称EBA。这个系统可以感应驾驶员对制动踏板的作动需求程度，当电脑从制动踏板所侦的制动动作来判断驾驶员此次刹车的意图。如果是属于非常紧急、急迫的刹车，EBA此时将会指示制动系统产生更高的油压使ABS发挥作用，而使制动力更快的产生减少制动距离。电子控制制动辅助系统尤其是对于脚力较差的妇女以及高龄驾驶者在避免紧急危险的制动时有很大的帮助。电子控制悬架系

14、统（Electronic ControlledSuspension System）简称ECSS。ECSS又称为电子调节悬架系统（EMS，Electronic ModulatedSuspension System）。在汽车行驶路面、行驶速度和载荷变化时，该系统自动调节车身高度、悬架刚度和减振器阻尼的大小，从而改善汽车的行驶平顺性（即乘坐舒适性）。当汽车急转弯、急加速或紧急制动时，乘坐人员能够感到悬架较为坚硬，而在正常行驶时能够感到悬架比较柔软，电控悬架还能平衡地面反力，使其对车身的影响减小到最低程度。电子控制悬架系统主要由传感器、控制开关、电子调节悬架电控单元（EMS ECU）和执行器组成。传感

15、器和控制开关向EMS ECU输入车身以及汽车行驶的状态信息，EMS ECU接收传感器和控制开关输入的电信号，并向执行元件发出控制指令，执行元件产生一定的机械动作，从而改变车身高度、空气弹簧的刚度或减振器的阻尼。可调减震系统（Adaptive Damping System）简称ADS。此套系统可依据各人的喜好，路面的状况及使用的条件，由驾驶员来调整减震器的软硬度，以适合不同的需求，例如驾驶者想享受驾驭的乐趣时，可选择较硬的模式享受跑车式的驾驶乐趣，当然也可以选择较软的模式，享受舒适的乘坐感觉。ADS系统由变化减震器的阻尼减震力来达到较硬模式有较大的阻尼减震力，加强激烈驾驶的减震力，较软的模式则提

16、供较低的阻尼减震力，提供较柔合的乘坐感。先进的可调避震系统采用电子式无级可调减震系统，更可根据不同的路况以及操作条件主动自动的调整最适合减震阻尼力，由于此套系统由于价格较昂贵，通常只在高级豪华房车上才会配备，可调减震系统除可提高舒适性外也有助于行车操控安全性。ASR加速防滑控制系统（Accelerate Slip Regulation）, 或加速稳定保持系统（Acceleration Stability Retainer）。 顾名思义就是防止驱动轮加速打滑的控制系统, 其目的就是要防止车辆尤其是大马力的车子, 在起步、再加速驱动轮打滑的现象, 以维持车辆行驶方向的稳定性,保持好的操控性及最适当

17、的驱动力, 达到有好的行车安全。它的原理并不复杂：当电脑检测到某个驱动轮打滑时，就会自降低发动机的输出功率，并对打滑的车轮施加制动，直到车轮恢复正常的转动。不管多么高级的轿车，它和地面抵触的都只有几十个平方厘米大的面积，也就是4条轮胎的接地面积，如果车轮打滑得不到控制，车子就会失控。别以为只有刹车时车轮抱死会出危险，起步时车轮打滑一样会出问题。EBD电子制动力分配（Electric Brakeforce Dis-tribution）。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不同，在制动时（四个轮子的制动力相同）就容易

18、产生打滑、倾斜和侧翻等现象。EBD的功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。EBD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”。目前国内车型中广本奥德赛、派力奥、西耶那等，都在制动中说明是“ABS+EBD”。 （三）车身电子控制系统 车身主动控制系统（Ac

19、tive Body Control）简称ABC。车身主动控制系统使汽车对侧倾、俯仰、横摆、跳动和车身高度的控制都能更加迅速、精确。车身的侧倾小，车轮外倾角度变化也小，轮胎就能较好地保持与地面垂直接触，使轮胎对地面的附着力提高，以充分发挥轮胎的驱动制动作用。而ABC的出现克服了悬挂设定舒适性和操控性之间的矛盾，最大限度地接近消费者对车辆在这两方面的要求。 动态稳定控制系统（Dynamic StabilityControl System）简称DSC。动态稳定控制系统，是为加速防滑控制或循迹控制系统的进一步延伸，能确保车子在转弯时仍能拥有最佳的循迹性，以确保行车的稳定性。DSC系统为了要：使车子在转

20、弯时仍有好的循迹性，配有更先进的侦测及控制配备，如有能侦测车轮转速外，还有侦测方向盘转动的幅度、车速、以及车子的侧向加速度，根据以上所侦测到的信息来判断车轮在转弯过程中是否有打滑的危险，如果会有打滑的危险或已经打滑，则电脑马上会通过制动油压控制系统将打滑的车轮进行适当的制动作用，或者是通过减少喷油量、延迟点火的方式来降低引擎的输出，达到了轮胎在各种行驶条件下防止打滑的现象，从而使车辆无论在起动加速、超车加速、转弯等过程都能获得好的循迹性。车辆稳定性控制系统（ Vehicle StabilityControl）简称VSC。这个系统是以ABS为基础发展而成的。系统主要在大侧向加速度，大侧偏角的极限

21、工况下工作，它利用左右两侧制动力之差产生的横摆力偶矩来防止出现难以控制的侧滑现象，如在弯道行驶中因前轴侧滑而失去路径跟踪能力的驶出现象以及后轴侧滑甩尾而失去稳定性的急转现象等危险工况。ABS制动系统是用来确保紧急刹车的稳定性，TCS则是控制车辆急加速时之循迹性，而VSC则是控制车辆转弯过程的循迹稳定性。VSC系统能快速的将车辆转弯过程中转向过度或转向不足的现象修正到原有正常路径的循迹行驶，此套系统是由方向盘转角传感器、减速度传感器、车身偏摆角速度传感器、刹车油压传感器以及轮速传感器所组成的系统，可控制当车辆在转弯过程中当车辆处于转向过度的情形下，会降低引擎的输出力外，而且执行前面外侧轮的刹车作

22、用来产生一向外的力量使车身行驶的方向回复到正常的轨迹，而当车辆在转弯过程中处于转向不足的情形下，除了仍会降低引擎的动力输出外，而且后两轮会根据转向不足的程度施与不同的刹车力，其目的也是要产生回复至正常行驶路径的力量，而使车辆在转弯的行驶过程中有好的行驶方向稳定性。 安全带张紧控制系统（Seat-Belt TensionerRoll Bar Triggering System）简称STTS。座椅安全带控制系统是在安全气囊系统的基础上，增设防护传感器和左、右座椅安全带收紧器组成。其中，前碰撞传感器、电控单元SRS ECU与安全气囊系统共用。安全带收紧器为座椅安全带控制系统的执行机构，防护传感器设在

23、SRS ECU内部，用于接通安全带收紧器的电源电路。座椅安全带控制系统的功用是在汽车遭受碰撞时，迅速收紧安全带，缩短驾驶员和乘员身体向前移动的距离，防止身体受到伤害。辅助防护安全气囊系统SRS(Supplemental Restraint System Air Bag);安全气囊是指撞车时在乘员产生二次碰撞前，使气囊膨胀保护乘员的装置。安全气囊作为座椅安全带的乘员约束装置的辅助装置，被称为安全气囊系统（Supplemental Restraint System,SRS）。安全气囊系统是由气囊与充气机构（气体发生器）组成整体式安全气囊模块、感知碰撞并向安全气囊模块发出展开指令的碰撞传感器系统以及

24、传送由传感器发出的信号的线束构成。当撞击感知器检测到撞击时，相关控制系统会判断撞车程度决定是否触发充气装置，通常由汽油或炸药等气体发生剂配合点火装置组成充气模块。为了废弃处理上的安全，通常只高温引爆气囊。由于撞击过程时间非常短，一般气囊由触发至完成充气过程约2535毫秒。充气时间过长便会失去其效用。座椅位置调节系统SAMS(Seat Adjustment Position Memory System)汽车座椅在单片机的控制下，可实现多自由度、多运动方向的调节控制功能，例如座椅的前后、头枕的升降、坐垫的前后、靠背的抚养、前部的升降以及后部的升降运动的控制，系统具备作业各调节方向的位置信息的识别以

25、及记忆功能，可以存储多个座椅位置状态，通过调节记忆位置案件，可以使座椅自动调节到指定的记忆状态。倒车报警系统RVAS(Reverse Vehicle Alarm System);用倒车操作的作业车辆，其中前向和反向行驶操作杆是在操作性良好且稳定地检测装置检测操作杆的反向操作以能够发出汽车倒车报警。一种非接触式传感器检测的正向和反向行驶操作杆的反向操作。检测到的链路被提供给在向前执行相对摆动运动和反向指示，分别操作杆的向前摆动以下和反方向，并且所检测的链路的反向摆动相交的非接触型传感器，用于检测的反向操作。所检测的链路是由一个互锁杠杆与向前联锁的和反向摆动操作杆摆动的轴，以及一个跷跷板运动杠杆执

26、行运动跟随互锁杠杆的摆动在相反方向接近的一个检测面非接触型传感器致动非接触型传感器和跟随连动杆的摆动在向前的方向从传感器的检测表面分离，以使传感器处于非活动状态的运动。防盗报警系统GATA(Guard Against Theft and Alarm System) （四）综合控制系统 控制器区域网络通信系统（Control AreaNetwork）简称CAN。汽车控制器局域网CAN又称为控制器通信网，是分布在汽车上的多个控制器（即电控单元ECU）在物理上相互连接，并按照网络协议相互进行通信，以共享硬件、软件和信息等资源为目的的控制器系统。CAN是由中央控制电子组件CEM、控制器局域网总线（CA

27、N总线）和若干个电子控制器构成，其中CEM由微处理器、CAN控制器和CAN收发器构成。CAN总线具有共享信息、支持的通信速率高达1 Mb/s的特点。CAN总线既可用于动力及传动系统网络的连接，也可用于车身控制系统网络的连接。CAN总线与CPU之间的接口电路通常包括CAN控制器和CAN收发器。 多媒体定向系统传输网（Media OrientedSystem Transport）简称MOST。多媒体定向系统传输网是将音响装置、车载电视、全球定位系统及车载电话等设备相互连接组成的局域网。MOST协议是采用塑料光缆通信的网络协议。在MOST协议中，不仅对通信协议给出了定义，而且提出了分散系统的构筑方法

28、、遥控操作与集中管理方案等。采用MOST协议进行通信，不仅可以实现各种设备的集中控制，而且可以减轻系统开发人员的负担、减轻连接各部件线束的质量和降低噪声。MOST协议的显著优点是：可以传输同步数据、非同步数据和控制数据三种数据；抗干扰能力强；连接多媒体设备多。 第二代车载故障诊断系统（On BoardDiagnosis System-II）简称OBD-。自诊断测试是指利用专用故障检测仪与车载电控单元（ECU）进行通信，或按照特定的操作方式触发车载ECU的控制程序运行，以便读取故障代码、清除故障代码、读取车载ECU内部的控制参数、检测各种传感器和执行器的工作状态及其控制电路是否正常等。故障诊断仪

29、主要由显示屏、键盘、打印机、测试线束插孔、程序卡安装槽（位于仪器后上部）和交叉线束连接插孔（位于仪器背面）组成。汽车各种电子控制系统有无故障，可以通过自诊断测试进行诊断。 四、总结 汽车电子化程度高低已经成为当今世界衡量汽车先进水平的重要标志。目前，在工业发达国家生产的汽车上，每辆车上电子装置的平均成本已经占整车成本的30%50%。在一些豪华轿车上，电子产品的成本己经占整车成本的50%以上。除了以上的汽车电子控制系统外，一些汽车公司还在其生产的高档汽车上安装了专用的电子控制系统，例如丰田汽车公司的VVT-i智能正时可变节气门控制系统、MSP马莎拉蒂稳定程序、PSM保时捷行车稳定管理系统、PTM保时捷牵引力管理系统和PASM保时捷主动悬架管理系统等等。随着电子技术的不断发展，更多更新的汽车电子控制系统也在不断出现，它们的目的都是为了提高汽车、的各种性能，为了最终实现汽车的全自动驾驶。