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1、汽车基本电控单元简介汽车基本电控单元简介汽车电子技术是用来满足用户对汽车安全性、可靠性或实用性功能的期望和要求。就汽车制造商来说，关键是要通过技术创新将其发展的目标与用户的高要求一致起来，例如，BMW 公司就较好地把其发展目标与用户的需求结合起来，他们不断完善汽车行驶的动力性，提高发动机的功率，塑造人机工程学，追求一流的质量，最大限度地去满足用户的要求。许多汽车制造商加大了电子技术科技创新的投入，通过新技术、新产品，不断改变和完善汽车功能。今天的电子技术已完全实现了靠机械、液压手段所不能达到的目标和要求，并正在为实现用户更高的期望和要求向前发展。汽车的自动化程度越高，汽车中的电力电子驱动和变换
2、单元就越多，其控制单元就越复杂。汽车中电力电子驱动单元主要功能是电机驱动，线圈驱动和电磁离合器驱动。汽车中主要的控制单元是 ECU，TCU 和 ABS 等。除此之外具有广泛发展前景的混合动力汽车也与电力电子密切相关。 1 汽车上的电子控制单元 ECU ECU（Electronic Control Unit）由微机和外围电路组成。而微机就是在一块芯片上集成了微处理器（CPU） ，存储器和输入输出接口的单元。ECU 的主要部分是微机，而核心件是 CPU。ECU 将输入信号转化为数字形式，根据存储的参考数据进行对比加工，计算出输出值，输出信号再经功率驱动电路去控制若干个调节伺服元件，例如点火线圈和电
3、子开关等。因此，ECU 实际上是一个“电子控制单元” ，它是由输入电路、微机和功率驱动电路等三部分组成。输入电路接受传感器和其它装置输入的信号，对信号进行过滤处理和放大，然后转换成一定伏特的输入电平。从传感器送到 ECU 输入电路的信号既有模拟信号也有数字信号，输入电路中的模数转换器可以将模拟信号转换为数字信号，然后传递给微机。微机将上述已经预处理过的信号进行运算处理，并将处理数据送至输出电路。输出电路将数字信息的功率放大，有些还要还原为模拟信号，使其驱动被控的调节伺服元件工作。2 变速箱控制单元 TCU 现在许多轿车的自动变速器是电子控制的，自动变速器主要由无级变速器和变速箱控制器 TCU(
4、Electronic Control Unit)根据传感器输入信号和开关信号， 对电磁阀离合器和控制变比的电机进行控制，达到自动变速的目的。自动变速器的电子控制装置是由信号输入系统、计算系统和控制信号输出系统这三部分组成。信号输入系统有：变速器输入速度传感器、变速器输出速度传感器、发动机冷却温度传感器、节气门位置传感器、发动机曲轴转速传感器、润滑油温度传感器、制动开关等信号。这些信号输入到 TCU 后经过计算或查表然后输出控制信号，控制电磁离合器的电流，电磁离合器的电流取决于汽车的运行状态。TCU 根据汽车行驶状态来操纵电磁离合器通电电流的大小或关闭。汽车速度比较慢或停止时，TCU 不启动电磁
5、离合器，当汽车速度达到一定值时，TCU 启动电磁离合器。汽车变速箱变比的控制也是由TCU 完成的，TCU 根据汽车车速、发动机转速及节气门开度等输入信号参数控制变速箱变比调节电动机正转或反转及加速或减速。从而达到汽车的最佳运行状态。 3 防抱死制动系统 ABS 汽车制动防抱死系统简称 ABS(Antilock Braking System 或 Anti-skid Braking System)，是指在制动过程中，可自动调节制动力大小，防止车轮抱死，以获得最佳制动性能，包括最佳方向稳定性、正常转向能力和最小制动距离的装置。它是汽车制动系统的组成部分。在汽车上装用 ABS 可有效地减少交通事故，提
6、高行车安全性。在 20 世纪韧，ABS 就已被装在火车上，用来防止制动时车轮抱死造成局部摩擦，使车轮和钢轨早期损坏。50 年代，ABS 又被应用于波吉飞机上，用来防止飞机着陆后制动跑偏或前栽，并可缩短制动距离。 ”在汽车上使用 ABS 技术始于 60 年代。1965 年，在伦敦汽车博览会上出现了第一辆装有 ABS 的样车，但这时还只是纯机械式的防抱死装置。1965 年，Ford 公司与 Kelsey Hayes 公司合作研制成名为“SMTrack”的单通道后轮 ABS，并装在 1969 年的 Thunderbird车型上；Chrysler 公司与 Bendix 公司合作研制成 3 通道 4 轮
7、 ABS“SureBrake” ，装在 1971 年的 Imperical 车型上。他们采用的是当时最新的模拟电子技术，但都是分立元件，体积大，成本高，故障多，可靠性差。目前 ABS 技术和工艺都非常成熟，已广泛应用于轿车和重型汽车中。我关于 ABS 的研究开始于 80 年代初现刚刚进入产品试制和装车试验阶段。国内研制 ABS 的单位主要有二汽公司、交通部重庆公路研究所、重庆宏安 A 踢有限公司、陕西兴平 514 厂、西安公路学院等单位和部门。二汽公司从 80 年代初就开始研究ABS是较早研究 ABS 的厂家之一， 现研究工作的主要目标是对国外的产品进行消化吸收。重庆公路研究所相继开发出了两代
8、 ABS 产品，第一代 ABS 的 ECU 采用了 z80 芯片。第二代 ABS 产品为 FKxACl 型该装置的 ECU 中的 CPU 微处理器采用了美国 1NTEL 公司的MCS96 系列 8098 单片机。驱动电路主要采用功率 MOSFET。据美国统计，约有 40%的意外事故是因刹车时汽车滑行致刹车距离过长而造成的。采用 ABS 系统可以在制动过程中自动调节车轮制动力，防止车轮抱死以取得最佳制动效果。4 混合动力汽车 汽车发展的 100 年，是人类文明和经济发展迅猛的 100 年。如今，全世界汽车的保有量达到了 67 亿多辆，汽车已与人们的日常生活和生产密不可分。然而，众多燃油汽车排放所
9、造成空气质量的日益恶化和石油资源的渐趋匮乏，使开发低排放、低油耗的新型汽车成为当今汽车工业界的紧迫任务。人们越来越关注其它燃料的汽车和电动汽车的开发。使用电动汽车(Electric Vehicle 简称 EV)可实现无污染，并可利用煤碳、水力等其它非石油资源，因此，无疑是解决问题的最有效途径。但是，由于电动汽车的关键部件之一的电池其能量密度、寿命、价格等方面的问题，使得电动汽车的性价比无法与传统的内燃机汽车相抗衡。尽管目前具有世界先进水平的电动汽车的性能与内燃机汽车可不相上下，但过高的成本使其难以商品化。在这种环境下， 融合内燃机汽车和电动汽车优点的混合动力电动汽车(Hybrid Electr
10、ic Vehicle，简称 HEV)异军突起，在世界范围内成为新型汽车开发的热点。可以相信，在电动汽车的储能部件电池没有根本性突破以前，使用混合动力电动汽车是解决排污和能源问题最具现实意义的途径之一。 混合动力电动汽车(HEV)是在一辆汽车上同时配备电力驱动系统和辅助动力单元(Auxiliary Power Unit，简称 APU)，其中 APU 是燃烧某种燃料的原动机或由原动机驱动的发电机组，APU 由原动机和发电机组成，通常将这两个部件集成为一体。原动机带动发电机发电，其电能通过控制器直接输送到电动机，由电动机产生驱动力矩驱动汽车。电池实际上起平衡原动机输出功率和电动机输入功率的作用：当发
11、电机的发电功率大于电动机所需的功率时 (如汽车减速滑行、低速行驶或短时停车等工况)，控制器控制发电机向电池充电；当发电机发出的功率低于电动机所需的功率时(如汽车起步、加速、高速行驶、爬坡等工况)，电池则向电动机提供额外的电能。目前 HEV 所采用的原动机一般为柴油机、汽油机或燃汽轮机。混合动力电动汽车将原动机、电动机、能量储存装置(蓄电池)组合在一起，它们之间的良好匹配和优化控制，可充分发挥内燃机汽车和电动汽车的优点，避免各自的不足，是当今最具实际开发意义的低排放和低油耗汽车。 目前世界各国研究开发的混合动力电动汽车有不同的结构形式，根据其驱动系统的配置和组合方式不同，分为串联式、并联式和混联
12、式 3 种组合方式。混合动力电动汽车和电力电子有密切的联系，其电气系统核心部件： 电机-发电机/电动机/启动机；电力电子驱动/整流，含传感器及保护电路；直流电压变换器；蓄电池。图 2 所示的是一个 42V 电气系统实物的组成框图，图 3 为其电路框图。 图 3 42V 电气系统组成 图 4 42V 电气系统的电路组成 目前世界各国都致力于开发先进的混合动力电动汽车，在 1999 年北京举行的第 16 届国际电动车会议暨展览会(EVS16)上，混合动力电动汽车成为热点，展出的部分展品代表了世界混合动力汽车发展的现状。混合能源车开发各国都刚起步，其发展趋势如下： #8226;串行混合能源车是主流发
13、展方向，纯电动车燃料电池车将随之而来 #8226;混合能源车开发将拉动一大批工业发展：材料(化工，合金，钢铁)，电子，通讯，电机，电池，机械加工, 环保等 #8226;车载电压将升至 42V 以上, 但低电压将并存相当一段时间 #8226;皮带驱动集成起动机/发电机，曲轴驱动集成起动机/发电机将并行发展 #8226;电机设计将与控制方法开发同步进行 #8226;混合能源车已经并将继续促进专用电子模块的开发 #8226;宽速比，高效，可靠性是电气系统开发的挑战性问题 混合动力电动汽车是当今解决汽车节能与排污问题的有效途径，混合动力电动汽车虽然没有实现零排放，但它所能达到的动力性、经济性和排放指标是缓解汽车需求与环境污染及石油短缺矛盾日益尖锐的理想途径。因此，我们必须重视混合动力电动汽车在汽车发展过程中的作用，牢牢把握当前的发展契机，投入必要的人力物力，解决混合动力电动汽车存在的问题。 现代汽车与电子技术特别是电力电子技术密切相关，汽车中以单片机为核心的电子技术的含量在一定意义上决定汽车的自动化水平。汽车的自动化程度越高，汽车中的电力电子变换和驱动系统就越多，越复杂。因此变换和驱动系统的质量将直接影响整车的效率和性能。近几年来我国的汽车工业有了很大的发展，但是汽车中的电子装置特别是核心电子装置则主要依靠进口，因此开发高性能的电子装置具有广阔的市场。
