浅谈汽车电子技术的应用及发展趋势

浅谈汽车电子技术的应用及发展趋势

——吴德庆

在现代汽车上，电子技术的应用越来越广泛，动力传动电子控制系统、底盘电子控制系统、车身电子控制系统、音响和通信系统及其他控制系统，今天的汽车已经逐步进入了电脑控制的时代。

一、汽车电子技术应用现状

（一）动力传动电子控制系统

动力传动电子控制系统可使汽车在不同的工况下均能处在最佳状态下运行，提高汽车的动力性和经济性，并能使排气中污染物减到最低限度。控制系统由各种传感器、执行器、和计算机为核心的电控单元（ECU）组成。

传感器有发动机转数传感器、负荷传感器、进气温度传感器、冷却液温度传感器、氧传感器、车速传感器等。

执行器包括喷油器、点火器、怠速执行器和废气再循环等。

电子控制单元（ECU），又称“行车电脑”、“车载电脑”等。从用途上讲则是汽车专用微机控制器，也叫汽车专用单片机。电控单元的功用是根据其内存的程序和数据对空气流量计及各种传感器输入的信息进行运算、处理、判断，然后输出指令，向喷油器提供一定宽度的电脉冲信号以控制喷油量。电控单元由微型计算机、输入、输出及控制电路等组成。

1、发动机电子控制系统主要控制功能包括：空燃比控制、点火正时控制、怠速控制、废气再循环控制、海拔及温度补偿、爆燃控制、自诊断功能、巡航车速控制。利用电控汽油喷射技术，使发动机在各种工况下均能获得最佳的空燃比、点火正时、发动机冷起动和加速加浓的开环控制，在中小负荷使用空燃比的闭环控制上加上三元催化转换器；在大负荷时采用空燃比开环控制、废气再循环控制等技术，是当前改善发动机的动力性、经济性和排放性能得最有效措施。

2、自动变速器控制系统：把最省油的操作规范存入计算机，在汽车行驶过程中，根据车速传感器、节气门位置传感器和各种有关车辆行驶状态的信息，经计算机处理后控制变速器换挡，可减少换挡次数，使汽车在最经济车速下行驶；在需要大负荷时，能提供很好的动力性。

近年来有些车型已将发动机电子控制系统和自动变速器控制系统的控制集中在一个控制器中，提高了系统的可靠性和降低制造成本。

（二）底盘电子控制系统

1、防抱死刹车系统(ABS)。它是一种具有防滑、防锁死等优点的汽车安全控制系统。ABS是常规刹车装置基础上的改进型技术，可分机械式和电子式两种。它既有普通制动系统的制动功能，又能防止车轮锁死，使汽车在制动状态下仍能转向，保证汽车的制动方向稳定性，防止产生侧滑和跑偏。

2、牵引力控制系统(TCS)又称循迹控制系统。汽车在光滑路面制动时，车轮会打滑，甚至使方向失控。同样，汽车在起步或急加速时，驱动轮也有可能打滑，在冰雪等光滑路面上还会使方向失控而出危险。TCS就是针对此问题而设计的。 TCS依靠电子传感器探测到从动轮速度低于驱动轮时(这是打滑的特征)，就会发出一个信号，调节点火时间、减小气门开度、减小油门、降挡或制动车轮，从而使车轮不再打滑。TCS不但可以提高汽车行驶稳定性，而且能够提高加速性，提高爬坡能力。TCS如果和ABS相互配合使用，将进一步增强汽车的安全性能。TCS和ABS可共用车轴上的轮速传感器，并与行车电脑连接，不断监视各轮转速，当在低速发现打滑时，TCS会立刻通知ABS动作来减低此车轮的打滑。若在高速发现打滑时，TCS立即向行车电脑发出指令，指挥发动机降速或变速器降挡，使打滑车轮不再打滑，防止车辆失控甩尾。

3、电子稳定性控制程序（ESP）。ESP系统实际是一种牵引力控制系统，与其他牵引力控制系统比较，ESP不但控制驱动轮，而且可控制从动轮。如后轮驱动汽车常出现的转向过多情况，此时后轮失控而甩尾，ESP便会刹慢外侧的前轮来稳定车子；在转向过少时，为了校正循迹方向，ESP则会刹慢内后轮，从而校正行驶方向。

5、动力转向控制系统

计算机根据车速传感器输入的信号控制线性电磁阀，在车辆停驶摆放或低速行驶时，增大助力；高速行驶时，减少助力，使转向系统的操纵轻便，在各种情况下操纵转向盘时都可施加适中的转向操纵力。

6、悬架控制系统、

悬架控制系统可以改善车辆行驶的平顺性和稳定性。

7、轮胎监测系统(TPMS)、

8、巡航控制系统（CCS）、等

（三）车身电子控制系统

主要包括安全气囊（SRS）、自动座椅、自动空调控制、车内噪音控制、中央防盗门锁、视野照明控制、自动刮水器、自动门窗、自动防撞系统以及满足不同用电设备的电源管理系统。

（四）多媒体娱乐、通讯系统

主要包括车载多媒体系统、驾驶员信息系统、语音系统、智能交通系统(ITS)、车辆导航系统(GPS/DGPS等)、计算机网络系统、状态监侧与故障诊断系统等。

二、汽车电子技术发展趋势

随着更加先进的灵巧型传感器、快速响应的执行器、高性能ECU、先进的控制策略、计算机网络技术、雷达技术、及移动通讯技术在汽车上的广泛应用，现代汽车正朝着更加智能化、自动化和信息化的机电一体化产品方向发展

（一）传感器

随着汽车电子化发展，自动化越高，对传感器的依赖程度也就越大。汽车用传感器的种类多样化和使用数量的增加，使得传感器朝着多功能化、集成化、智能化和微型化方向发展。这些将使未来的智能化集成传感器不仅能提供用于模拟和处理的信号，而且还能对信号作放大等处理；同时它还能自动进行时漂、温漂和非线性的自校正，具有较强的抵抗外部电磁干扰的能力，保证传感器信号的质量不受影响，即使在特别严酷的使用条件下仍能保持较高的精度。

（二）微处理器（ECU）

随着汽车电子控制日趋集中化，微处理器需要处理的信息量不断增加，基于通用芯片开发出的微处理器已经很难满足汽车电子控制系统的要求，因此，开发出具有多路同步实时控制、自带A/D与D/A、自我诊断、高输人/输出等功能的汽车专用微处理器系统具有很高的现实意义。16位和32位微处理器将成为未来汽车用微处理器的首选，逐步成为车用微处理器（ECU）的主流。

（三）执行器

目前，汽车上所使用的执行器主要有电磁式、电动式和气动／液动式。电磁和电动式的执行器是以电为动力的操作机构，具有体积小、重量轻、响应速度快、耗能小的特点。但是，与气动／液动式执行器相比，输出驱动能力则不足；无法满足未来汽车控制领域大驱动输出的需要。但是，随着新材料、新工艺、新机构设计的采用，电磁和电动式执行器将逐渐取代气动／液动执行器，尤其是在未来汽车普遍更换42V新型电源系统之后，输出驱动能力将大幅度提升，完全可以取代传统的气动／液动系统。

（四）控制策略

目前在汽车电子控制系统中广泛采用的是PID控制理论，是一种使用于单输入/输出、线性定常系统的经典控制理论。但由于汽车中需要控制的对象往往具有很强的时变和非线性，控制系统的输入和输出参数也越来越多，采用以状态空间为基础、适用于多输入/输出、非线性时变系统的现代控制理论已成必然，如最优控制、自适应控制、模糊控制等。

（五）总线技术

利用总线技术将汽车中各种电控单元、智能传感器、智能仪表等联接起来，从而构成汽车内部局域网，实现各系统间的信息资源共享。其优点主要有：（1）大大减少线束数量、连接点及体积，提高系统的可靠性和可维护性；（2）采用通用传感器，达到数据信息共享的目的；（3）改善系统的灵活性，即通过系统的软件可实现系统功能的变化。根据侧重功能的不同，SAE将总线划分为A、B、C三大类：A类是面向传感器和执行器的一种低速网络，主要用于后视镜调整、灯光照明控制、电动车窗等控制等。B类是应用于独立模块间的数据共享中速网络，主要用于汽车舒适性、故障诊断、仪表显示及四门中央控制等。C类是面向高速、实时闭环控制的多路传输网络，主要用于发动机、ABS和自动变速器、安全气囊等的控制。在未来5~10年之内传统的汽车机械系统将变成通过高速容错通讯总线与高性能CPU相连的百分之百的电控系统，完全不需要后备机械系统的支持。另外，光纤凭借其高传输速率和抗干扰能力，越来越广泛的用作高速信号传输介质。

（六）新型42V供电电源

随着汽车电控技术的不断发展，使汽车电子装置在整车中所占比例和相应的耗电量不断提高，使现有的12V电源系统供电能力趋于饱和或不足，无法满足下一代汽车设计中新增电子设备的需求，如无凸轮轴电磁式电控配气相位机构、飞轮复合式起动一发电机系统、电加热三效催化转化器以及新型电力制动和电力转向系统等，它们在传统的12V电源系统中难于实现，而这些新技术又是公认的未来汽车技术发展的重要方向。因此，采用更高供电电压的电源系统成为必然趋势。

（七）安全技术

未来汽车电子控制的重要发展方向是汽车安全领域。主要有以下几个方向：（1）利用雷达技术和车载摄像技术开发各种自动避撞系统；（2）利用近红外技米开发各种能监测司机行为的安全系统；（3）高性能的轮胎综合监测系统；（4）自适应自动驾驶系统；（5）驾驶员身份识别系统；（6）安全气囊和ABS/ASR，以及车身动态控制系统将更加完善。

（八）、多媒体娱乐与智能通讯系统

随着移动通讯技术和计算机网络技术的不断发展，汽车正朝着移动办公室、家庭影院方向发展，为司机和乘客提供进行中的实时通讯和娱乐信息，并把汽车和道路及其它远程服务系统结合起来，构建未来的智能交通系统（ITS）。具体功能：（1）提供丰富的多媒体设施环境，利用GPS、GSM网络实现导航、行车指南、无线因特网以及汽车与家庭等外部环境的互动。（2）具备远程汽车诊断功能，紧急时能够引导救援服务机构赶到故障或事故地点。

电子技术在未来汽车工业中所起到的作用是不可替代的，将来的汽车发展仍然向着环保、节能、安全舒适和便捷的方向发展。

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/3774f3c358f5f61fb73666a7.html