現(xiàn)代汽車中的電子技術(shù)

[汽車電子金典]現(xiàn)代汽車中的電子技術(shù)摘要:本文簡(jiǎn)要介紹了我國(guó)汽車進(jìn)展的現(xiàn)狀及規(guī)劃，爭(zhēng)論了現(xiàn)代汽車中電子技術(shù)的進(jìn)展趨勢(shì)以及電力電子技術(shù)在現(xiàn)代汽車中的重要作用。介紹了汽車中的ECU，ABSTCU的根本原理、構(gòu)造。最終介紹了當(dāng)今汽車的重要進(jìn)展方向——混合動(dòng)力汽車。隨著我國(guó)參加世貿(mào)組織，汽車工業(yè)既面臨機(jī)遇又面臨挑戰(zhàn)，但總體而言機(jī)遇大于挑戰(zhàn)。在本世紀(jì)下：2022年 200萬(wàn)輛〔占全球產(chǎn)量3.3%〕2022年 300萬(wàn)輛〔占全球產(chǎn)量5%〕2022年 600萬(wàn)輛〔占全球產(chǎn)量10%〕2022年 1000萬(wàn)輛汽車工業(yè)的進(jìn)展在帶動(dòng)鋼鐵工業(yè)進(jìn)展的同時(shí)必將帶動(dòng)電子工業(yè)進(jìn)展，特別是在現(xiàn)代汽車中電子/〔VDI〕的分析和推測(cè)，電子/電器占汽車60年月起逐年增長(zhǎng)。8012%左右。主要是電子掌握燃油噴射，電子發(fā)動(dòng)機(jī)掌握和電子變速器掌握等。到了9025%，其中主要是柴油噴射、導(dǎo)航裝置等電子系統(tǒng)。隨后，集成式汽車電子裝備占汽車制造總本錢的份額始終保持穩(wěn)定增202230%。12為現(xiàn)代汽車中電氣及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。汽車中最早的電器是電燈和發(fā)電機(jī)，1967年汽油電子噴射的消滅，1979年發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)字式電子裝置的消滅以及隨后幾年中很多其它電子裝置的相繼開(kāi)發(fā)，諸如爆震轉(zhuǎn)速調(diào)整、冷起動(dòng)性能的改善、特性曲線控制等都是電子技術(shù)的應(yīng)用成果。1986年人們最終承受了電子發(fā)動(dòng)機(jī)掌握和自動(dòng)變速器掌握，這CAN總線連接在一起相互交換數(shù)據(jù)，這種相互連接帶來(lái)的好處是傳感器信號(hào)可以供很多掌握器同時(shí)使用，且全部掌握器享有一樣的信息。另一方面，通過(guò)此種連接可以在整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)開(kāi)發(fā)更增大，特別是電磁離合器、電磁制動(dòng)器等的使用給電能調(diào)整帶來(lái)了肯定難度，這就需要高效率的發(fā)電機(jī)和高效率的電力電子變換器。圖1 傳統(tǒng)汽車電氣及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)圖2 現(xiàn)代汽車電氣及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，關(guān)鍵是要通過(guò)技術(shù)創(chuàng)將其進(jìn)展的目標(biāo)與用戶的高要求全都起來(lái)，例如，BMW公司就較。汽車的自動(dòng)化程度越高，汽車中的電力電子驅(qū)動(dòng)和變換單元就越多，其掌握單元就越簡(jiǎn)單。ECU，TCUABS等。除此之外具有廣泛進(jìn)展前景的混合動(dòng)力汽車也與電力電子親熱相關(guān)。汽車上的電子掌握單元ECUECU〔Electronic Control Unit〕由微機(jī)和外圍電路組成。而微機(jī)就是在一塊芯片上集成了微處理器〔CPU〕，存儲(chǔ)器和輸入／輸出接口的單元。ECUCPU。ECU將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字形式，依據(jù)存儲(chǔ)的參考數(shù)據(jù)進(jìn)展比照加工，計(jì)算出輸出值，輸出信號(hào)ECU實(shí)際上是一個(gè)“電子掌握單元”，它是由輸入電路、微機(jī)和功率驅(qū)動(dòng)電路等三局部組成。ECU輸入電路的信號(hào)既有模擬信號(hào)也有數(shù)字信號(hào)，輸入電路中的模進(jìn)展運(yùn)算處理，并將處理數(shù)據(jù)送至輸出電路。輸出電路將數(shù)字信息的功率放大，有些還要復(fù)原為模擬信號(hào)，使其驅(qū)動(dòng)被控的調(diào)整伺服元件工作。變速箱掌握單元TCU現(xiàn)在很多轎車的自動(dòng)變速器是電子掌握的，自動(dòng)變速器主要由無(wú)級(jí)變速器和變速箱掌握器TCU(ElectronicControlUnit)依據(jù)傳感器輸入信號(hào)和開(kāi)關(guān)信號(hào)，對(duì)電磁閥離合器和掌握變比的電機(jī)進(jìn)展掌握，到達(dá)自動(dòng)變速的目的。TCU后經(jīng)過(guò)計(jì)算或查表然后輸出掌握信號(hào)，掌握電磁離合器的電流，電磁離合器的電流取決于汽車的運(yùn)行狀態(tài)。TCU依據(jù)汽車行駛狀態(tài)來(lái)操縱電磁離合器通電電流的大小或關(guān)閉。汽車速度比較慢或停頓時(shí)，TCU不啟動(dòng)電磁離合器，當(dāng)汽車速度到達(dá)肯定值時(shí)，TCU啟動(dòng)電磁離合器。入信號(hào)參數(shù)掌握變速箱變比調(diào)整電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)及加速或減速。從而到達(dá)汽車的最正確運(yùn)行狀態(tài)。ABS汽車制動(dòng)防抱死系統(tǒng)簡(jiǎn)稱ABS(Antilock Braking System 或Anti-skid Braking System)，是指在制動(dòng)過(guò)程中，可自動(dòng)調(diào)整制動(dòng)力大小，防止車輪抱死，以獲得最正確制動(dòng)性能包括最正確方向穩(wěn)定性、正常轉(zhuǎn)向力量和最小制動(dòng)距離的裝置。它是汽車制動(dòng)系統(tǒng)的組成局部。在汽車上裝用ABS可有效地削減交通事故，提高行車安全性。在20世紀(jì)韌，ABS就已被裝在火車上，用來(lái)防止制動(dòng)時(shí)車輪抱死造成局部摩擦，使車輪和鋼軌早期損壞。50年月，ABS又被應(yīng)用于波吉飛機(jī)上，用來(lái)防止飛機(jī)著陸后制動(dòng)跑偏或前栽，并可縮短制動(dòng)距離”在汽車上使用ABS技術(shù)始于60年月。1965年，在倫敦汽車博覽會(huì)上消滅了第一輛裝有ABS的樣車，但這時(shí)還只是純機(jī)械式的防抱死裝置。1965年，F(xiàn)ord公司與KelseyHayes公司合作研制成名為“SM—Track”的單通道后輪ABS，并裝在1969年的Thunderbird車型上；Chrysler公司與Bendix公司合作研制成3通道4輪ABS—“Sure—Brake”，裝在1971年的Imperical車型上。他們承受的是當(dāng)時(shí)最的模擬電子技術(shù)，但都是分立元件，體積大，本錢高，故障多，牢靠性差。目前ABS技術(shù)和工藝都格外成熟，已廣泛應(yīng)用于轎車和重型汽車中。我關(guān)于ABS的爭(zhēng)論開(kāi)頭于80年月初．現(xiàn)剛剛進(jìn)入產(chǎn)品試制和裝車試驗(yàn)階段。國(guó)內(nèi)研制ABS的單位主要有二汽公司、交通部重慶大路爭(zhēng)論所、重慶宏安A踢、陜西興平514廠、西安大路學(xué)院等單位和部門。二汽公司從80年月初就開(kāi)頭爭(zhēng)論ABS．是較早爭(zhēng)論ABS的廠家之一，現(xiàn)爭(zhēng)論工作的主要目標(biāo)是對(duì)國(guó)外的產(chǎn)品進(jìn)展消化吸取。重慶大路爭(zhēng)論所相繼開(kāi)發(fā)出了兩代ABS產(chǎn)品，第一代ABS的ECU承受了z80芯片。其次代ABS產(chǎn)品為FKx—ACl型．該裝置的ECU中的CPU微處理器承受了美國(guó)1NTEL公司的MCS—96系列8098單片機(jī)。驅(qū)動(dòng)電路主要承受功率MOSFET。據(jù)美國(guó)統(tǒng)計(jì)，約有40%ABS系統(tǒng)可以在制動(dòng)過(guò)程中自動(dòng)調(diào)整車輪制動(dòng)力，防止車輪抱死以取得最正確制動(dòng)效果?；旌蟿?dòng)力汽車汽車進(jìn)展的100年，是人類文明和經(jīng)濟(jì)進(jìn)展迅猛的100年。如今，全世界汽車的保有量到達(dá)了6．7億多輛，汽車已與人們的日常生活和生產(chǎn)密不行分。然而，眾多燃油汽車排放所造成空氣的緊迫任務(wù)。人們?cè)絹?lái)越關(guān)注其它燃料的汽車和電動(dòng)汽車的開(kāi)發(fā)。使用電動(dòng)汽車(ElectricVehicleEV)可實(shí)現(xiàn)無(wú)污染，并可利用煤碳、水力等其它非石油資源，因此，無(wú)疑是解決問(wèn)題的最有效途徑。但是，由于電動(dòng)汽車的關(guān)鍵部件之一的電池其能量密度、壽命、價(jià)格等方面的問(wèn)題，的性能與內(nèi)燃機(jī)汽車可不相上下，但過(guò)高的本錢使其難以商品化。在這種環(huán)境下，融合內(nèi)燃機(jī)汽車和電動(dòng)汽車優(yōu)點(diǎn)的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(HybridElectricVehicle，簡(jiǎn)稱HEV)異軍突起，在世——電池沒(méi)有根本性突破以前，使用混合動(dòng)力電動(dòng)汽車是解決排污和能源問(wèn)題最具現(xiàn)實(shí)意義的途徑之一?；旌蟿?dòng)力電動(dòng)汽車(HEV)是在一輛汽車上同時(shí)配備電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和關(guān)心動(dòng)力單元(AuxiliaryPowerUnit，簡(jiǎn)稱APU)，其中APU是燃燒某種燃料的原動(dòng)機(jī)或由原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)組，APU由(如汽車減速滑行、低速行駛或短時(shí)停車等工況)，掌握器掌握發(fā)電機(jī)向電池充電；當(dāng)發(fā)電機(jī)發(fā)出的功率低于電動(dòng)機(jī)所需的功率時(shí)(如汽車起步、加速、高速行駛、爬坡等工況)，電池則向電動(dòng)機(jī)供給額外的電能。目前HEV所承受的原動(dòng)機(jī)一般為柴油機(jī)、汽油機(jī)或燃汽輪機(jī)?；旌蟿?dòng)力電動(dòng)汽車將原動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)、能量?jī)?chǔ)存裝置(蓄電池)組合在一起，它們之間的良好匹配和優(yōu)化掌握，可充分發(fā)揮內(nèi)燃機(jī)汽車和電動(dòng)汽車的優(yōu)點(diǎn)，避開(kāi)各自的缺乏，是當(dāng)今最具實(shí)際開(kāi)發(fā)意義的低排放和低油耗汽車。目前世界各國(guó)爭(zhēng)論開(kāi)發(fā)的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車有不同的構(gòu)造形式，依據(jù)其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的配置和組合方式不同，分為串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式3種組合方式?；旌蟿?dòng)力電動(dòng)汽車和電力電子有親熱的聯(lián)系，其電氣系統(tǒng)核心部件：電機(jī)--發(fā)電機(jī)/電動(dòng)機(jī)/啟動(dòng)機(jī)；電力電子驅(qū)動(dòng)/整流，含傳感器及保護(hù)電路；直流電壓變換器；蓄242V3為其電路框圖。圖3 42V電氣系統(tǒng)組成442V電氣系統(tǒng)的電路組成199916屆國(guó)際電動(dòng)車會(huì)議暨展覽會(huì)(EVS—16)力汽車進(jìn)展的現(xiàn)狀?；旌夏茉窜囬_(kāi)發(fā)各國(guó)都剛起步，其進(jìn)展趨勢(shì)如下：串行混合能源車是主流進(jìn)展方向，純電動(dòng)車燃料電池車將隨之而來(lái)混合能源車開(kāi)發(fā)將拉動(dòng)一大批工業(yè)進(jìn)展：材料(化工，合金，鋼鐵)，電子，通訊，電機(jī)，電池，機(jī)械加工,環(huán)保等42V以上,但低電壓將并存相當(dāng)一段時(shí)間皮帶驅(qū)動(dòng)集成起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)，曲軸驅(qū)動(dòng)集成起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)將并行進(jìn)展電機(jī)設(shè)計(jì)將與掌握方法開(kāi)發(fā)同步進(jìn)展混合