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1、汽车电子新技术 重庆大学机械学院汽车系张伟2010年5月10日 汽车电子新技术 重庆大学汽车系张伟 一 概述 汽车的电子化 智能化 网络化是现代汽车发展的重要标志 随着消费者对汽车功能和性能要求的日益提高 汽车正在逐渐由机械系统向电子系统转换 目前全球汽车电子产业面临着高速增长的机遇 汽车电子新技术 重庆大学汽车系张伟 汽车电子新技术一览 汽车电子新技术 重庆大学汽车系张伟 线控技术DBW 汽车的各种操纵系统正向电子化 自动化方向发展 在未来的5 l0年里 传统的汽车机械操纵系统将变成通过高速容错通信总线与高性能CPU相连的电气系统 如汽车将采用电气马达和电控信号来实现线控驾驶 线控制动 线控
2、油门和线控悬架等 采用这些线控系统将完全取代现有系统中的液压和机械控制 在新一代雅阁V6轿车上采用的DBW就是新技术之一 汽车电子新技术 重庆大学汽车系张伟 如电控油门 传统的节气门由踏板拉索直接控制发动机节气门的开度 从而决定加速或减速 驾驶员的动作与节气门动作之间是通过拉索的机械作用联系的 而DBW将这种机械联系改为电子联系 仍然通过加速踏板控制拉索 拉索连接到节气门位置传感器 传感器将拉索的位置变化转化为电信号传送ECU ECU将信号经过处理后通过节气门执行器模块控制节气门的开度 也就是说驾驶员的动作与油门的动作之间是通过电子元件的电信号联系的 虽然DBW比传统节气门控制方式复杂 但油门
3、的控制却比传统方式精确 发动机能够根据汽车的各种行驶信息 精确调节进入汽缸的可燃混合气 改善燃烧状况 从而大大提高了动力性和经济性 使用线控技术的优点很多 如线控制动无需制动液 保护生态 减少维护 质量轻 性能高 响应快 制动磨损最小 向轮胎施力更均匀 安装测试更简单快捷 模块结构 更稳固的电子接口 隔板间无机械联系 简单布置就能增加电子控制功能 踏板特性一致 比液压系统的元件更少等 汽车电子新技术 重庆大学汽车系张伟 2 CAN总线网络 CAN总线即控制器局域网 CAN ControllerAreaNetwork 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
4、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 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 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 从总线所实现的功能角度分 可分为两类 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VA
5、N 马自达的ALMNET等 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 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 汽车电子新技术 重庆大学汽车系张伟 3 汽车导航系统GPS GPS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
6、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 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 GPS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
7、交点求出 即可确定该车在电子地图上的位置 当汽车行驶在地下隧道 密集森林 高层建筑群等接收不到GPS信号时 汽车会进行自律导航 GPS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 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 汽车导航系统的发展非常迅速
8、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 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
9、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 4 汽车电控制动系统EBS 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 ABS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
10、压力调节器 以控制制动器的制动力 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l0 20次 秒 汽车电子新技术 重庆大学汽车系张伟 EBS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 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 在低强度时 使摩擦片磨损最小 中等强度时 利用ABS达到最佳的附着系数利用率 高强度时 施加最大的
11、制动压力 从而获得最佳的控制制动力 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 EBS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 5 电子制动力分配 EBD EBD的英文全称是 ElectricBrakeforceDisitribution 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 EBD的功能就是在汽车制动的瞬
12、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 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 6 电控行驶平稳系统ESP ESP是英文 ElectronicStabilityProgram 的缩写 中文译成 电控
13、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 ESP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 以保持车子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 重庆大学汽车系张伟 ESP的类型 目前ESP有3
14、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 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 汽车电子新技术 重庆大学汽车系张伟 7 电子液压制动系统EHB 当前车辆对制动性能的要求
15、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 EHB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 8 可变配气相位 VVT 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
16、 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 可变配气相位 VariableValveTiming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 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 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 凸轮驱动可变配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 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 汽车电子新技术 重庆大学汽车系张伟 9 乘员感知系统OPDS 本田第7代雅阁V
