汽車電子技術(shù)(汽車電子技術(shù)應(yīng)用是什么專業(yè))

一、電子技術(shù)在汽車領(lǐng)域上的應(yīng)用歷程

在汽車上應(yīng)用最早的電器設(shè)備是第—輛奔馳汽車的發(fā)動機點火裝置，它主要由點火線圈和蓄電池所組成。隨后，在汽車上又增設(shè)了前照燈、起動機等電器設(shè)備。電子技術(shù)在汽車上的第一次應(yīng)用是1930年安裝在轎車上的真空電子管收音機，但是，真空電子管不抗振、體積大、耗電高，因此，沒能在汽車上推廣普及。

1、1948年發(fā)明了晶體管，晶體管制品最先在汽車上的應(yīng)用是交流發(fā)電機整流用的硅二極管；

2、1958年模擬數(shù)字集成電路(IC)誕生了，并在1967年首次將IC應(yīng)用在汽車上。在同一年代，德國的波許(Bosch)公司還開發(fā)出電子控制的燃油噴射系統(tǒng)；

3、1971年發(fā)明了微型電子計算機，微型電子計算機在汽車的首次應(yīng)用是1976年，它用于發(fā)動機的點火正時控制；

4、80年代是高科技迅速發(fā)展的年代、隨之而來的是用戶對汽車提出了各種各樣的需求。因此，世界上的各大汽車制造廠家競相開發(fā)了由微機控制的各種車用電子產(chǎn)品，如：懸掛控制系統(tǒng)、四輪轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)、電子控制變速器、自動空調(diào)、蜂窩移動電話、電子儀表系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、多路信息傳輸系統(tǒng)及多種安全裝置等，使汽車電子設(shè)備已經(jīng)占到了汽車總成本的1/4以上；

進入90年代，GPS導(dǎo)航系統(tǒng)、靈敏的飛機駕駛系統(tǒng)等也在汽車上得到了應(yīng)用。某些最新的轎車上已裝有30臺以上的微型電子計算機，每一臺微機都要完成特設(shè)的功能或控制任務(wù)，使汽車逐步向智能化方向發(fā)展。

二、汽車電子控制單元與傳感器

1、電子控制單元（ECU）

電子控制單元(ECU：英文Electronic Control Unit的縮寫)是以微型計算機為核心的電子控制裝置，它具有豐富的計算功能和邏輯判斷功能，是汽車電子控制系統(tǒng)的指揮中心。

電子控制單元ECU主要由輸入通道、微型計算機、輸出通道三部分組成，如圖1所示。

圖 1 ECU的組成

1.1、輸入通道

輸入通道主要由A／D轉(zhuǎn)換器和數(shù)字輸入緩沖器組成，共作用是將各傳感器傳輸來的信號轉(zhuǎn)為微機所要求的數(shù)字信號。A／D轉(zhuǎn)換器的功用就是將傳感器輸出的連續(xù)模擬信號轉(zhuǎn)換為離散數(shù)字信號，而數(shù)字輸入緩沖器的功用就是起到整形作用。

1.2、微型計算機

微型計算機由中央處理器(CPU)、存儲器、輸入接口、輸出接口四部分組成。微型計算機是ECU的核心，它是從事算術(shù)運算、邏輯運算的處理裝置。

微型計算機的組成如圖2所示，CPU是微型計算機的中樞，其作用是從存儲器讀取指令和完成指定的操作。

圖 2 微型計算機的組成

存儲器用來存放數(shù)據(jù)、表格和指令，它可分為隨機存儲器(RAM)和只讀存儲器(ROM)兩大類。RAM用來存放臨時性的工作程序和數(shù)據(jù)，如自診斷故障代碼，ROM用于存放預(yù)先編寫的控制程序。

輸入輸出接口〔I／O接口〕是用于與外部設(shè)備(傳感器／執(zhí)行元件)之間控制數(shù)據(jù)流動和數(shù)據(jù)格式的一種電路。

輸出通道是將微機輸出信號放大后使執(zhí)行元件工作的裝置。

2、傳感器

傳感器是將輸入的各種物理量轉(zhuǎn)換成電信號后輸出的變換器。

包括溫度傳感器、壓力傳感器、流量傳感器、角度與角速度傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、位移傳感器、爆燃傳感器、氧傳感器、碰撞加速度傳感器。

2.1、溫度傳感器

在汽車的電子控制系統(tǒng)中，溫度傳感器起到溫度檢測的作用。最常用的溫度傳感器就是熱敏電阻式溫度傳感器。

2.2、壓力傳感器

壓力傳感器主要用于檢測發(fā)動機的進氣真空度、電子燃油噴射系統(tǒng)中的燃油壓力、潤滑系的機油壓力、主動懸架控制系統(tǒng)中高壓油路壓力等。常用的壓力傳感器有半導(dǎo)體式壓力傳感器、壓電晶體式壓力傳感器、金屬膜片式傳感器等。

2.3、流量傳感器

流量傳感器用于檢測發(fā)動機吸入空氣的流量和燃油流量。常用的空氣流量傳感器有熱線式、卡爾曼旋渦式、葉片式等；常用燃油流量傳感器型式有水車式、循環(huán)球式和光電式。

2.4、角度與角速度傳感器

電控自動變速器的換檔控制和燃油噴射的噴油量控制均采用節(jié)氣門位置傳感器來檢測節(jié)氣門的開度。節(jié)氣門位置傳感器屬于角度傳感器，常用的節(jié)氣門位置傳感器有開關(guān)式和線性式。

轉(zhuǎn)問盤轉(zhuǎn)角傳感器，在懸架控制系統(tǒng)中．為了防止車身側(cè)傾，必須檢測轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)角及轉(zhuǎn)動方向。常用的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器有光電式和磁電式兩種。

2.5、轉(zhuǎn)速傳感器

在檢測汽車的行駛速度和發(fā)動機的運轉(zhuǎn)工況時都要用到轉(zhuǎn)速傳感器。常用的轉(zhuǎn)速傳感器型式有：磁電式轉(zhuǎn)速傳感器、磁阻式轉(zhuǎn)速傳感器、光電式轉(zhuǎn)速傳感器、霍爾轉(zhuǎn)速傳感器。

2.6、位移傳感器

位移傳感器主要用來測量車身高度的變化和液面高度的變化。

車身高度傳感器主要用于空氣懸架或主動懸梁架系統(tǒng)的控制，用于檢測車身與懸架下擺臂或減振器下支點之間垂直方向的相對位移變化。

液面高度傳感器用于燃油箱、冷卻水、潤滑油、制動液等液面高度（即液位）的監(jiān)測。

2.7、爆燃傳感器

爆燃是汽油機的一種異常燃燒現(xiàn)象。爆燃控制系統(tǒng)利用安裝在缸體上的爆燃傳感器對發(fā)動機缸體振動的測定來判斷發(fā)動機是否處于爆燃狀態(tài)。爆燃傳感器的型式有壓電式和磁致伸縮式。磁致伸縮式爆燃傳感器是利用鐵芯受振移動后導(dǎo)致磁通量發(fā)生變化，從而在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，此電動勢即為傳感器的輸出信號。磁致伸縮式爆燃傳感器現(xiàn)已被壓電式爆燃傳感器所取代。

2.8、氧傳感器

氧傳感器安裝在發(fā)動機排氣管內(nèi)，用來檢測廢氣中的氧氣濃度，并將測定的氧氣濃度信號送給ECU，以控制空燃比的調(diào)節(jié)。現(xiàn)在的氧傳感器的傳感元件大部分都是采用二氧化鋯。

2.9、碰撞加速度傳感器

碰撞加速度傳感器主要用來檢測汽車發(fā)生碰撞時的碰撞減速度。常用的碰撞加速度傳感器有：滾球式、滾軸式、水銀式、電阻應(yīng)變片式和壓電式等。

三、汽車電子技術(shù)應(yīng)用概況

汽車電子技術(shù)是汽車技術(shù)與電子技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。電子技術(shù)的應(yīng)用，改變了汽車的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使汽車的技術(shù)水平和性能有了很大的提高。隨著電子技術(shù)，特別是大規(guī)模集成電路和微型電子計算機技術(shù)的高速發(fā)展和應(yīng)用，汽車電子化程度也越來越高，進入了微機控制的時代，并且向智能化方向發(fā)展。

1、發(fā)動機方面

1.1、汽油機控制

對汽油機實行電子控制的目的是：提高動力性、降低油耗、減少排氣污染?？刂苾?nèi)容主要包括：燃油噴射系統(tǒng)控制、電子化油器控制、點火系統(tǒng)控制、怠速控制、爆燃控制、稀薄燃燒控制、廢氣再循環(huán)控制、可變進氣系統(tǒng)控制、可變排氣消聲器控制、多缸變排量控制、故障自診斷等。

1.2、柴油機控制

柴油機的電子控制也逐漸得到重視并取得迅速發(fā)展。柴油機的電子控制主要集中在燃油噴射量、噴射時間、進氣節(jié)流和電熱塞的電流控制方面。

2、底盤方面

電子技術(shù)在底盤上應(yīng)用是為了提高汽車動力性、安全性和舒適性等，較成熟的電子控制裝置主要有：傳動控制系統(tǒng)、制動和防滑與車輛動態(tài)性能控制系統(tǒng)、懸架控制系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)、巡航控制系統(tǒng)。

2.1 傳動控制系統(tǒng)

主要有電控自動變速器和電控四輪驅(qū)動。電控自動變速器有：電控液力自動變速器（EAT）、電控機械式自動變速器（EMT）、電控?zé)o極自動變速器（ECVT）等。

2.2制動和防滑與車輛動態(tài)性能控制系統(tǒng)

驅(qū)動防滑系統(tǒng)（ASR）是在制動防抱死系統(tǒng)（ABS）基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，ASR與ABS的控制參數(shù)基本相同，兩個系統(tǒng)有很多共用組件，通常將ASR與ABS做成一體，而車輛動態(tài)性能控制系統(tǒng)（VDC）則是保持并改善了ABS/ASR的基本作用，即保證在制動和驅(qū)動過程中對縱向動力學(xué)調(diào)節(jié)作用的基礎(chǔ)上，還增加了對橫向動力學(xué)的調(diào)節(jié)作用，從而保證汽車在所有汽車在所有行駛工況下，均可避免事故發(fā)生，實現(xiàn)汽車安全操縱。

2.2.1防抱死制動系統(tǒng)（ABS）介紹

概述：汽車是陸地行駛車輛中機動性極強的交通工具，它即可能行駛在高附著系數(shù)的干燥路面也可能行駛于雨、雪氣候條件下的濕滑路面。當(dāng)汽車行駛在后一種路面上，或為了躲避障礙，或為了防止追尾碰撞作應(yīng)急制動時，汽車有可能發(fā)生側(cè)滑甩尾。如果左右車輛分別行駛在雪后一側(cè)積雪路面和一側(cè)已經(jīng)清掃露出地面的路段上，或正行駛在彎道外，汽車有可能產(chǎn)生急轉(zhuǎn)調(diào)頭，或駛?cè)肽嫘熊嚨?，或滑移出路面，呈現(xiàn)不穩(wěn)定的失控狀態(tài)。

1）、防抱死制動的基本工作原理和控制技術(shù)

防抱死制動系統(tǒng)簡稱ABS，是基于汽車輪胎與路面之間的附著特性而開發(fā)的高技術(shù)制動系統(tǒng)。

2）、防抱死制動的基本工作原理

a、附著系數(shù)與滑移率特性

實驗證明，當(dāng)輪胎在路面上滑動時，將改變輪胎與路面之間的附著系數(shù)，因而也改變汽車的制動力。

路面附著力能跟隨汽車制動力矩的增加，提供足夠的地面制動力（矩），并且，此時的橫向附著系數(shù)也較大，具有足夠的抗側(cè)滑能力，故一般稱為穩(wěn)定區(qū)。

b、應(yīng)急制動時汽車車輪動力學(xué)、運動學(xué)簡析

應(yīng)急制動時的運動學(xué)分析

制動時汽車動力學(xué)簡析

c、防抱死控制的基本工作原理

3）、ABS控制邏輯與控制技術(shù)

a、ABS控制邏輯

邏輯門限值控制方法是當(dāng)今世界各國著名ABS公司采用的實用技術(shù)。

b、實現(xiàn)控制邏輯的幾個關(guān)鍵技術(shù)

為了實現(xiàn)ABS控制，得到最大的制動效能，車輪應(yīng)當(dāng)在峰值左右側(cè)工作，也就是應(yīng)當(dāng)識別車輪是在穩(wěn)定區(qū)間還是在非穩(wěn)定區(qū)間轉(zhuǎn)動。

實現(xiàn)控制邏輯的幾個關(guān)鍵技術(shù)分別是：

輪速的檢測與計算。

角加、減速度計算。

參考速度和滑移率計算。

路面附著狀態(tài)識別。

階梯形制動壓力脈沖控制技術(shù)。

4）、轎車用液壓ABS

a、 ABS系統(tǒng)在汽車上的配置

所謂ABS的配置，是指汽車車輪或車軸的制動力矩是否直接受控于防抱死制動系統(tǒng)和其控制方式，以及ABS輪速傳感器、電磁閥的安裝數(shù)量以及安裝部位的設(shè)計形式。

b、ABS液壓執(zhí)行機構(gòu)的構(gòu)成與基本工作原理

典型液壓執(zhí)行機構(gòu)由2×2的加壓和減壓電磁閥、液壓蓄能器、減振器、節(jié)流閥、單向閥和泵電機組成該系統(tǒng)共有四種工況

c、輪速傳感器和齒圈

齒圈安裝于車輪或驅(qū)動軸差速器輸入端，并跟隨車輪或驅(qū)動軸一起轉(zhuǎn)動。傳感器固定于制動底板或轉(zhuǎn)向節(jié)支架，以間隙方式對準齒圈，它相對于車輪和驅(qū)動軸靜止不動。當(dāng)齒圈轉(zhuǎn)動時，傳感器能產(chǎn)生正比于轉(zhuǎn)速的交流感應(yīng)信號。利用電磁效應(yīng)制作的被動式輪速傳感器，輸出信號為近似正弦波。

d、載貨汽車氣壓ABS

中噸位以上載貨汽車通常采用氣壓制動系統(tǒng)，因此與之相匹配需采用氣壓ABS或氣液混合型ABS。此時氣壓作為促動源，液壓機構(gòu)作為執(zhí)行機構(gòu)。氣壓ABS的基本工作原理與液壓ABS是同類的，同樣通過加壓、保壓和減壓完成對制動壓力的控制。

其控制方式可細分為以下三種：

獨立控制（IR）

修正的獨立控制（IRM）

低選控制（SL）