电子技术在汽车上的应用

第1章绪论
在现代汽车上，电子技术的应用越来越广泛。

随着汽车工业与电子工业的不断发展，今天的汽车已经逐步进入了电脑控制的时代。

车身电器与电子设备是汽车的重要组成部分，其性能的好坏将直接影响到汽车的动力性、经济性、可靠性、安全性、排气净化及舒适性。

计算机技术与电子技术广泛地应用于汽车，几乎已经深入到汽车所有的系统，大大推动了汽车工业的发展。

目前，国际汽车巨头纷纷将更多的电子信息技术设备装备到其整车中，在国外，中高档轿车采用的电子信息设备已经达到30%～50%，在一些高档车上，这个比率还要高。

在电子信息技术设备供应商方面，也纷纷将下一个经济增长点定位在汽车电子产业上。

摩托罗拉、英特尔、微软、德州仪器、飞利浦、西门子等这些过去为其他行业和产品提供技术支持的厂商，早已经做好了准备，有些产品已经为汽车提供了新的“动力”。

汽车电子技术是一宽口径的新专业。

电子技术在汽车上的应用是现代汽车的特色之一。

本专业学生除了学习必要的基本理论知识外，着重电控系统和电子电器设备模拟和数字电路等职业技能的实践、实训和创新能力的培养，突出电子技术的实用性和先进性，本专业培养熟悉汽车电子电器、电控系统故障诊断和维修的高级应用型技术人才。

汽车电子技术在汽车上作用越来越大，从一开始的转向闪光器、电子发电机调节器到电子仪表以及ECU电子燃油喷射系统无处不在。

在安全方面ABS刹车系统和安全气囊也离不开电子技术，辅助驾驶方面，倒车雷达、海拔测量、电子指南针、GPS卫星定位都离不开电子。

现在比较高级的汽车电子部分占用的成本比例已经超过20%。

未来的汽车朝低能耗、热机电动混合动力发展，这些方案的关键技术还是电子，
所以电子技术必然会成为汽车行业的重头戏。

第2章电子技术的应用
2.1电子技术在发动机上的应用
发动机电控技术可分为电控汽油喷射、电子点火、怠速控制、废气再循环控制、增压控制、故障自诊断、安全保险、备用控制以及其他控制技术。

2.1.1电子控制喷油装置
在现代汽车上，机械式或机电混合式燃油喷射系统已趋于淘汰，电控燃油喷射装置因其性能优越而得到了日益普及。

电子控制燃油喷射系统是以空燃比作为主要的控制目标。

通过电子控制器对各种不同传感器送来的数据进行判断和计算来控制喷油器以一定的油压，正确、迅速地把汽油直接喷入发动机汽缸。

电子控制器主要是根据进气量的多少来控制喷油量的。

电子控制燃油喷射系统按喷油器的喷射位置不同可以分为单点喷射系统（SPI）和多点喷射系统（MPI）两种。

多点喷射系统是每个汽缸安装一个喷油器，而单点喷射系统是整个系统中只有一个或两个喷油器，安装在节气门的上方。

与传统的化油器相比，电子控制燃油喷射装置的最大特点是，在获得最大功率的同时，最大限度地节油和净化排气，因此是节约能源，降低排污的有效措施。

2.1.2电子点火装置
微机控制的电子点火系统主要由与点火有关的各种传感器、电子控制器（ECU）、点火电子组件、点火线圈、配电器、火花塞等组成。

其中传感器用来不断地收集与点火有关的发动机工作状况信息，并将收集到的数据输入电子控制器，作为运算和控制点火时刻的依据。

电子点火系统中所用的传感器主要有曲轴转角传感器、曲轴转速传感器、曲轴基准位置传感器、进气管负压传感器、爆震传感器、空气流量及进气温度传感器等。

其中前两种传感器是用来检
测发动机转速信号的，而发动机转速信号是微机用来确定点火提前角的最主要依据。

由其他传感器检测得到的数据主要用于对点火提前角和点火时刻进行修正。

电子控制器也叫微机控制器，它是电子点火系统的中枢，用来接收传感器收集到的信号，并且在按照一定的程序进行判断、计算后，给电子点火组件输出最佳点火时
刻和初级电路导通时间的控制信号。

微机控制的电子点火系统则可使发动机在任何工况下都处于最佳的点火时刻，从而更进一步改善发动机的动力性和经济性，降低排气污染。

2.1.
3.怠速控制装置
怠速控制均采用发动机转速反馈法的闭环控制方式,即发动机转速传感器将发动机的实际转速和目标转速进行比较,根据比较的差值确定使发动机达到目标值的控制量,并通过执行机构对发动机怠速转速进行校正。

车速传感器信号和节气门位置传感器信号用于判断发动机是否处于怠速工况,ECU便确认发动机处于怠速工况,并启动怠速控制系统实施怠速控制。

冷却液温度传感器信号,空调压缩机接通信号,自动变速器档位信号,蓄电池电压等信号用来确定发动机怠速时的目标转速.不同怠速条件下的目标转速值已预先存储在ECU的存储器中.发动机转速信号作为怠速控制系统反馈信号,用来计算控制量的大小。

ECU 一般不单独设置,是由燃油喷射系统,点火系统等共用一个,这使系统简单化,提高控制精度。

执行机构的作用是调节发动机进气量,实现怠速控制.
2.1.4废气再循环控制装置
汽车发动机作为一个大气污染源，应该采取各种有效措施予以治理和改造。

关于汽车发动机排气的控制和净化问题，各国都进行了大量研究工作，研制了不少的技术措施。

这些方法大致可分为发动机本身的改进和增加排放净化装置。

而由于发
动机本身的改进，较难满足日益严格的排放法规和降低成本的要求，因此现代汽车采取了多种排放控制措施来减少汽车的排气污染，如三元催化转换、废气在循环（EGR）、活性碳罐蒸发控制系统等。

废气在循环简称为EGR（Exhaust Gas Recirculation）系统，是目前用于降低NOx排放的一种有效措施。

它是将一部分排气引入近期关于新混合气混合后进入汽缸燃烧，从而实现在循环，并对送入进气系统的排气进行最佳控制。

普通电子式废气在循环（EGR）控制系统由废气再循环电磁阀、节气们位置传感器、废气再循环控制阀、曲轴位置传感器、发动机ECU、冷却液温度传感器、启动信号等组成。

2.1.5增压控制装置
发动机中增压系统的安装日渐增多，其目的是为了提高进气效率。

电控增压系统的研制开发是增压技术又跨上一个台阶。

目前，应用较普遍的是电控废气涡轮增压系统，其由切换阀、动作器、空气冷却器、空气滤清器、ECU、释压电磁阀组成。

通常增压器是为了与发动机的低速小负荷工况相匹配的而设计的，当发动机大负荷运行时容易导致增压器超速运行而损坏，为此电控废气涡轮增压系统专门在排气管中废气涡轮使出增加了一旁通气道，由ECU对切换阀的开度大小进行调整。

2.1.6故障自诊断系统
现代轿车发动机的电控系统中，ECU一般都带有故障自诊断系统，自行检测、诊
断发动机控制系统各部分的故障。

对于传感器，可通过检测器信号是否超出规定范围来直接进行判断；对于执行器，则在起初是电路中增设专门回路来实现监测，对于ECU本身，也有专用程序进行诊断。

故障自诊断系统一般由电子控制器（ECU）中的识别故障及故障运行控制软件、故障监测电路和故障运行后被电路等组成。

2.1.7安全保险装置
如果ECM的输入信号不正常，他将按照内存中存储的固定喷油持续时间和固定点火提前角控制发动机，使发动机能够继续维持工作。

ECM本身出故障时，装有备用控制系统的发动机能继续对喷油和点火进行控制，使车辆继续行驶。

2.1.8发动机传感器
发动机传感器是指在发动机上使用的传感器。

由于电子技术特别是微型计算机的发展，促进了传感器在发动机上的应用，从而也使发动机的整机性能有了极大的提高。

发动机电子控制用传感器主要有空气流量传感器、曲轴位置/凸轮轴位置传感器、发动机转速传感器、爆震传感器进气温度传感器、冷却液温度传感器、氧传感器等。

发动机电子控制技术的发展与传感器技术的发展是密不可分的。

目前发动机传感器的种类越来越多，可靠性和净度不断提高，并向集成化、数字化和智能化方向发展。

2.2电子技术在底盘上的应用
2.2.1电控自动变速器
电控自动变速器可以根据发动机的载荷、转速、车速、制动器工作状态及驾驶员所控制的各种参数，经过计算机的计算、判断后自动改变变速杆的位置，从而实现变速器换档的最佳控，即可得到最佳挡位和最佳换挡时间。

奥迪A4自动变速器
它的优点是加速性能好、灵敏度高、能准确反映行驶负荷和道路条件等。

传动系统的电子控制装置，能自动适应瞬时工况变化，保持发动机以尽可能低的转速工作。

电子气动换挡装置是利用电子装置取代机械换挡杆及其与变速机构间的连接，并通过电磁阀及气动伺服阀汽缸来执行。

它不仅能明显地简化汽车操纵，而且能实现最佳的行驶动力性和安全性。

2.2.2防抱死制动系统(ABS)
该系统是一种开发时间最早、推广应用最为迅速的重要安全性部件。

它通过控制防止汽车制动时车轮的抱死来保证车轮与地面达到最佳滑移(15%~20%)，从而使汽车在各种路面上制动时，车轮与地面都能达到纵向的峰值附着系数和较大的侧向附着系统，以保证车辆制动时不发生抱死拖滑、失去转向能力等不安全状况，提高汽车的操纵稳定性和安全性，减小制动距离。

驱动防滑系统(ARS)也叫牵引力控制系统(TCS或TRC)是ABS的完善和补充，它可以防止启动和加速时的驱动轮打滑，既有助于提高汽车加速时的牵引性能，又能改善其操纵稳定性。

现代ABS尽管采用的控制方式、方法以及结构形式各不相同，但除原有的传统的常规制动装置外，一般ABS都是由传感器、电子控制器和执行器三大部分组成。

其中传感器主要是车轮转速传感器，执行器主要指制动压力调节器。

1. 车轮转速传感器
车轮转速传感器是ABS中最主要的一个传感器。

车轮转速传感器常简称为轮速传感器，其作用是对车轮的运动状态进行检测，获得车轮转速（速度）信号。

2．电子控制器
ABS的电子控制器（Electronic Control Unit），常用ECU表示，简称ABS电脑。

它的主要作用是接收轮速传感器等输入信号，计算出轮速、参考车速、车轮减速度功、滑移率等，并进行判断、输出控制指令，控制制动压力调节器等进行工作。

另外，ABS电脑还有监测等功能，如有故障时会使ABS停止工作并将ABS警示灯点亮。

3．制动压力调节器
制动压力调节器是ABS中的主要执行器。

其作用是接受ABS电脑的指令，驱动调节器中的电磁阀动作（或电机转动等），调节制动系的压力，使之增大、保持或减小，实现制动系压力的控制功能。

由于ABS是在原来传统制动系统基础上增加一套控制装置形成的，因此ABS 也是建立在传统的常规制动过程的基础上进行工作的。

在制动过程中，车轮还没有趋于拖死时，其制动过程与常规制动过程完全相同；只有车轮趋于抱死时，ABS才会对趋于抱死的车轮的制动压力进行调节。

通常，ABS只有在汽车速度达到一定程度（如5 km／h或8 km／h）时，才会对制动过程中趋于抱死的车轮的制动压力进行调节。

当汽车速度降到一定程度时，因为车速很低，车轮制动抱死对汽车制动性能的不利影响很小，为了使汽车尽快制动停车，ABS就会自动终止防抱死制动压力调节，其车轮仍可能被制动抱死。

在制动过程中，如果常规制动系统发生故障，ABS会随之失去控制作用。

若只是ABS发生故障、常规制动系统正常时，汽车制动过程仍像常规制动过程一样照常进行，只是失去防抱死控制作用。

现代ABS一般都能对系统的工作情况进行监测，具有失效保护和自诊断功能，一旦发现影响ABS正常工作的故障时，将自动关掉ABS，恢复常规制动，并将ABS警示灯点亮，向驾驶员发出警示信号，提醒驾驶员及时进行修理。

ABS系统制动过程中，ABS电控单元(ECU)3不断地从传感器1和5获取车轮速度信号，并加以处理，分析是否有车轮即将抱死拖滑。

如果没有车轮即将抱死拖滑，制动压力调节装置2不参与工作，制动主缸7和各制动轮缸9相通，制动轮缸中的压力继续增大，此即ABS制动过程中的增压状态。

如果电控单元判断出某个车轮(假设为左前轮)即将抱死拖滑，它即向制动压力调节装置发出命令，关闭制动主缸与左前制动轮缸的通道，使左前制动轮缸的压力不再增大，此即ABS制动过程中的保压状态。

若电控单元判断出左前轮仍趋于抱死拖滑状态，它即向制动压力调节装置发出命令，打开左前制动轮缸与储液室或储能器(图中未画出)的通道，使左前制动轮缸中的油压降低，此即ABS制动过程中的减压状态。

ABS系统就是如此循环进行制动的.
2.2.3电子转向助力系统
电子转向助力系统是用一部直流电机代替传统的液压助力缸，用蓄电池和电动机提供动力。

这种微机控制的转向助力系统和传统的液压助力系比起来具有部件少、体积小、质量轻的特点，最优化的转向作用力、转向回正特性，提高了汽车的转向能力和转向响应特性，增加了汽车低速时的机动性以及调整行驶时的稳定性。

2.2.4自适应悬挂系统
自适应悬挂系统能根据悬挂装置的瞬时负荷，自动适时调节悬架弹簧的刚度和减震器的阻尼特性，以适应当时的负荷，保持悬挂的既定高度。

这样就能够极大地改进车辆行驶的稳定性、操纵性和乘坐的舒适性。

奥迪A4自适应悬挂系统
在自适应悬挂控制系统配置中，悬架置于车轮和车体之间。

此系统不采用气动膜
盒，而代之以盘簧和液压缸。

液压系统由电子装置控制，该装置对传感器在汽车运转过程中产生的各种信号进行分析。

主动悬挂控制系统配有一个能自动测量高度及根据速度调整的装置，当汽车以高速行驶时能缓慢地减低其速度。

汽车的水平高度也可通过按钮分两次手动调节。

2.2.5定速巡航自动控制系统
在高速长途行驶时，可采用定速巡航自动控制系统，恒速行驶装置将根据行车阻力自动调整节气门开度，驾驶员不必经常踏油门已调整车速。

若遇爬坡，车速有下降趋势，微机控制系统则自动加大节气门开度;在下坡时，又自动关小节气门开度，以调节发动机功率达到一定的转速。

当驾驶员换低速档或制动时，这种控制系统则会自动断开。

2.2.6.驱动防滑/牵引力控制系统（ASR/TCS）
目前安装ABS的轿车已经相当普遍，但随着对汽车安全性能的要求越来越高，出现了驱动防滑系统（ASR，Acceleration Slip Regulation），驱动防滑系统又称牵引力控制系统（TCS，Traction Control System）,它的作用是当汽车加速时将滑动率控制在一定的范围内，从而防止驱动轮快速滑动。

汽车“打滑”可分为两种情况：一是汽车制动时车轮的滑移，前面已经分析过；二是汽车驱动时车轮的滑转。

所谓汽车驱动时车轮的滑转，就当是汽车起步时，尽管驱动轮不停转动，汽车却原地不动的现象。

驱动轮滑转有可能引起汽车的侧滑，且损失了发动机的转矩。

为了防止驱动轮的滑转，人们在职动防抱死的基础上研制了驱动防滑系统。

他的功能为：一是提高牵引力；二是保持汽车的行驶稳定。

2.2.7减震适应系统
减震适应系统是一种全自控系统，可随每个车轮的减震动进行自动调整，以达到各种行驶状态下调顺车身的运动。

路面状况、汽车本身，以及驾驶方式等都在监控之下，以随时独立调节各个车轮的减震器设置值，保证最高的舒适性。

驾驶人可通过按钮手动选择以舒适为主或以跑车操纵性为主。

另一种作为选项的减震适应系统带有电子自动测量高度的悬挂功能，可在高速状态下把汽车自动调低15毫米。

控制开关则允许驾驶人以手动方式分两级调低车身水平。

减震适应系统的使用，保证开车过程中获得最大的稳定性和安全性，提供最高驾驶舒适性并改善驾驶动感，最大程度减少翻车和侧倾危险，作为选项的自动找平系统可在恶劣路面开车时减少对车身下部的损伤危险，提高稳定性，减少燃耗。

2.3 车身电子控制技术
2.3.1.电动座椅
现代轿车的驾驶者和前部乘员座椅多是电动可调的，所以又称电动座椅。

座椅是与人接触最密切的部件，人们对轿车平顺性的评价多是通过座椅的感受作出的。

因此电动座椅也是直接影响轿车质量的关键部件之一。

轿车电动座椅以驾驶者的座椅为主。

从服务对象出发电动座椅必须要满足便利性和舒适性两大要求，也就是说驾驶者通过键钮操纵，既可以将座椅调整到最佳的位置上，使得驾驶者获得最好的视野，得到易于操纵方向盘、踏板、变速杆等操纵件的便利，还可以获得最舒适和最习惯的乘坐角度。

奥迪A4电动座椅
现代轿车的电动座椅是由坐垫、坐背、坐枕、骨架、悬挂和调节机构等组成。

其
中调节机构由控制器、可逆性直流电动机和传动部件组成，是电动座椅中最复杂和最
关键的部分。

自动座椅电子控制系统由座椅位置传感器、电子控制器ECU和执行机构的驱动电机三大部分组成。

位置传感器部分包括座椅位置传感器、后视镜位置传感器、安全带扣环传感器以及方向盘倾斜传感器等；ECU包括输入接口、微机CPU和输出处理电路等；执行机构主要包括执行座椅调整、后视镜调整、安全带扣环以及方向盘倾斜调整等微电机，而且这些电机均可灵活进行正、反转，以执行各种装置的调整功能。

另外，该系统还备有手动开关，当手动操作此开关时，各驱动电机电路也可接通，输出转矩而进行各种调整动作。

2.3.2安全气囊
安全气囊系统称为SRS，相对于安全带，安全气囊只是一个辅助保护设备。

奥迪A4安全气囊系统
安全气囊是用带橡胶衬里的特种织物尼龙制成，工作时用无害的氦气填充。

此系统由一个传感器激活，该传感器用于监视碰撞中汽车速度减小的程度。

在碰撞发
生的早期，安全气囊开始充气，安全充气大约需要0.03秒。

安全气囊可以非常快的速度充气十分重要，这能确保当乘客的身体被安全带束缚不动而头部仍然向前行进时，安全气囊能及时到位。

在头部碰到安全气囊时，安全气囊通过气囊表面的气孔开始排气。

气体的排出有一定的速率，确保让人的身体部位缓慢地减速。

由于安全气囊弹开充气的速度可高达320公里/小时，碰撞时如果人的乘坐姿势不正确，将给人带来严重的伤害。

2.3.3电动门窗
电动门窗是指以电为动力是门窗玻璃自动升降的门窗。

它是由驾驶员或乘员操纵开关接通门窗升降电动机的电路，电动机产生动力通过一系列的机械传动，使门窗玻璃按要求进行升降。

其优点是操作简便，有利于行车安全。

电动门窗主要有升降控制开关、电动机（双向转动永磁电动机）、升降器、继电器等组成，其中电动机一般采用双向转动永磁电动机，通过控制电流方向，使其正反向转动，达到车窗升降功能。

2.3.4辅助关门系统
辅助关门系统由气动装置、车门传感器组成。

装在每个车门锁的传感器会监察车门开合运动的方向。

当某个车门手动关闭到车门锁的第一卡合位或稍微超出时，气动辅助关闭装置即被触发，自动将车门拉合到锁定位。

减少车门关闭所需的力量，减少车门关闭时产生的噪音，保证车门始终关紧（即使此车门只被关合到门锁的第一卡合位）。

2.3.5自动恒温控制系统 / 空调
自动恒温控制系统/ 空调由压缩机、冷凝器、辅助电风扇或入口风扇蒸发器、温度传感器、不含氯氟烃的冷却剂、储蓄罐、温度控制装置、空气内循环开关、循环泵、余热开关等组成。

在发动机运转及空调系统工作时，冷却空气由鼓风机以选
定的速度和温度送入。

与加热系统一样，左侧和右侧的温度可分别调节。

如果空调和加热系统同时打开，由于输入的空气已经过除湿并冷却，车窗上不会产生水雾。

在这种再加热模式下，空气首先经过冷却（因此成为干燥空气），然后再加热。

在发动机关闭后，发动机余热利用系统（REST）启动，把热发动机的冷却剂抽入热交换器，从而自动控制空气流动和分配。

余热利用系统在约30分钟后自动关闭，或者在蓄电池充电量过低时关闭。

空调系统降低车内温度并减少湿度，从而提供舒适的车内环境，又能防止车窗水雾，提高驾驶安全。

如果拨到空气循环工作模式，系统可防止有味气体进入车内。

动机余热利用系统允许加热过程中不含发动机噪音和废排气，因此不消耗燃料并可在发动机关闭后继续工作。

2.3.6电子防盗系统
电子防盗系统是为了防止汽车本身火车上的物品被盗所设的系统，它有电子控制的遥控器或钥匙、电子控制电路、报警装置和执行机构等组成。

奥迪A4防盗装置
汽车防盗装置按其发展过程可分为机械锁防盗装置、机电式防盗装置和电子防盗装置三个阶段。

电子式防盗报警器是目前使用较为广泛。

它主要靠锁定点火或启动来达到防盗的目的，同时具有防盗和声音报警功能。

电子防盗报警器共有四种功能：一
是服务功能，包括遥控车门、遥控启动、阻和等；二是警惕提示功能，能触发报警记录（提示车辆从被人打开过车门）;三是报警提示功能，即当有人动车时发出警报;四是防盗功能，即当防盗器处于警戒状态时，切断汽车上的启动电路。

2.3.7汽车卫星导航系统
汽车电子导航系统是在全球定位系统（GPS）的基础上发展起来的新型汽车
驾驶辅助设备，是为了解决道路交通的堵塞和拥挤问题而产生的，是一种能接收定。