未来汽车电子系统的发展趋势

车辆电子控制课程论文

题目：未来汽车电子系统的发展趋势

学校：北京理工大学

学院：机械与车辆学院

专业：车辆工程

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指导老师：***

未来汽车电子系统的发展趋势

摘要

安全性、节能、减排和舒适娱乐性是汽车电子未来发展的主要方向，全球各大汽车电子研发团队争相加大对这4 个方面的研发力度。本文介绍了全球最具影响力的来自欧洲、美洲和亚洲的6 个专业汽车电子研发公司的最新研究进展，主要集中在汽车安全、动力性、环保、车载通讯、信息娱乐、半导体技术和微控制器的开发上．分析结果表明，未来20 年内汽车电子工业发展的重点将转移到第三世界国家，汽车性能的提高更多地依赖于电子技术的提升，电动汽车将不可阻挡地占据重要地位。

关键字：汽车；电子系统；发展；

1，汽车电子控制系统的应用现状

近年来，汽车电子控制系统的大量增加，与之相关的动力、结构和功能方面对于工程上的要求，已经引起一系列的机遇和挑战。过去的三、四十年中交通工具中的电子控制系统成指数地增长，使汽车电子化成为现代汽车的重要标志之一。今天，在高档汽车中电子系统的成本已达到总生产成本的20—40％，如奥迪A6小汽车的电子系统成本占整车的28％。据有关分析表明，新型汽车的创新中有80％来自于电子工程学。机动车辆中大量使用了电子系统和半导体器件，比如说晶体管、微处理器和二极管等。美国的汽车电子系统总成本，在1977年的平均价格是$110，到2001年变成了$1，800，其平均价格发生了巨大变化，并呈快速增长趋势[1]。

电控系统在汽车上无处不在，大到发动机动力总成控制系统，小到车窗防夹、雨刮器控制系统，应该说汽车的各方面性能越来越依赖控制技术的发展。在这里, 我们不可能把如此复杂的汽车电控系统各个部分都进行细致的概括和总结，本文主要介绍汽车中控制问题比较集中且最为重要的四个控制系统的发展现状, 包括: 1) 发动机控制系统；2) 悬架控制系统；3) 主动安全控制系统；4) 自动变

速器控制系统；5）电控转向系统。

1.1 电子控制技术在传统发动机上的应用

传统发动机包括汽油机和柴油机，电子控制技术在传统发动机上的应用主要体现在电控燃油喷射系统、电控点火系统和其他辅助控制系统。这些电控制系统基本上都是由传感器、电子控制单元(ECU)和执行器3大部分组成[2]。

电控燃油喷射(EFI)系统最基本的功能是实现对燃油喷油量和喷射正时的控制。电控单元(ECU)依据目标空燃比和进气量确定基本喷油量，然后，再根据温度、节气门位置等传感器信号对基本喷油量进行修正，使发动机在各种运行工况下均能获得最佳浓度的混合气。确定出最佳喷油量后，电控单元依据曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器、发动机工作负荷等确定出最佳的喷油时刻，使喷油器在最佳时刻喷入最合适的燃油量，从而使发动机保持最佳的动力性、经济性和排放性．同时，电控燃油喷射系统还要实现断油控制和燃油泵工作控制等功能。

对于汽油机，还装配有电控点火系统(ESA)，该系统最基本的功能是实现对点火提前角进行控制．工作时，电控单元根据各相关传感器信号，判断发动机的运行工况，选择最佳的提前角点燃混合气，以改善发动机的燃烧过程和燃烧效率．同时，电控点火系统还要对点火能量和发动机爆燃进行控制[3]。

1.2 纯电动汽车

纯电动汽车(Battery Electric Vehicle)采用蓄电池取代传统汽车的发动机，单独依靠蓄电池供电，通过反应将电池的化学能转变为电能，再经电动机和控制器，把电能转化为驱动车轮的动能。与传统汽车相比，电动汽车具有容易操纵，结构简单，运转传动部件相对较少，维修保养少等优点。如电机可以带负载启动和正反转，所以电动汽车上无需离合器和变速器中的倒档；当电动机采用电子控制器实现无级调速控制时，电动汽车可以省略传统汽车的变速器；采用轮边电机电动轮驱动时，电动汽车又可以省略传统汽车传动系统的差速器等部件。

纯电动汽车控制系统主要由整车控制器、电机控制器、电池管理系统、通信系统、显示屏以及驾驶员操纵系统等构成，各个控制器件采用CAN总线实现之间的相互通信，这样可以大大提高控制的效率和稳定性，并且能实现数字控制．如驱动电机、电池等部件的状态信号被发送到CAN总线上，并在显示终端上提供给驾驶人员。

整车控制器根据当前工况和驾驶员的操作，确定最佳的工作模式，从而实现整车的最佳控制。

电子控制技术在电动车上的应用包括电池管理系统、各控制器件的开发和各个控制器件之间的通信与控制；电子控制技术、电力拖动技术、电池性能与技术问题是电动汽车开发的3个主要部分，也是制约电动车发展的3个核心问题，并且电子控制技术的发展有利于后2个问题的突破与解决[4]。

1.3 混合动力汽车

混合动力汽车(Hybrid Electric Vehicle)是同时采用了电动机和发动机作为其

动力装置，以发动机为主动力源，其产生的能量用于驱动汽车或由蓄电池储存．蓄

电池作为辅助动力源，单独或与主动力源共同驱动汽车。混合动力车辆的动力装置由发动机(包括发动机控制单元ECU)、发电机、能量储存系统(包括电池控制单元BCU)、电动机(包括电机控制单元MCU)、动力分配装置、逆变器和混合动力控制单元(HCU)等组成，在起动或低负荷时由电机驱动，发动机可保持在最佳的工况区域稳定运行，避免或减少了发动机在变工况下的不良运行，并可将发动机多余的能量供给蓄电池充电．在汽车减速或刹车时，利用发电机把动能转化成电能，贮存到蓄电池中，实现能量回收，达到节能的目的[5]。

1.4, 电控悬架系统

电子控制悬架系统能根据不同的路面状况、载重量、车速等控制悬架系统的刚度和减振器的阻尼,也可以调节车身高度以提高车辆的通过性。根据有无动力源,可以将电子控制悬架分为两大类:半主动悬架及主动悬架。

半主动悬架可以根据路面的激励和车身的响应对悬架的阻尼系数进行自适应调整,使车身的振动被控制在某个范围内。半主动悬架系统无动力源。因此,汽车在转向、起步、制动等工况时不能对刚度和阻尼进行有效控制。

主动悬架是一种有源控制,可以根据汽车行驶条件的变化,主动改变悬架的刚度和阻尼系数。在汽车行驶路面、速度变化以及在汽车起步、制动、转向等工况时,主动悬架都可以进行有效控制。此外,主动悬架还可以根据车速的变化控制车身的高度[6]。

1.5，电控转向系统

汽车的转向阻力随着车速的增大而不断减小，电控转向系统通过控制转向助力放大倍数，使汽车在行驶或低速行驶时转向轻便、灵活，在中’高速行驶转向时，又能够提供最优的助力放大倍数和稳定的手感，从而提高车辆高速行驶的操纵稳定性，确保高速行驶安全．转向盘转动时，转向电控单元通过转矩传感器和车速传感器采集转向转矩信号和车速信号，经过运算处理后输出助力电流信号，来驱动助力电机和助力离合器工作，从而获得最佳的转向助力。