汽车电子控制系统概述

第1章汽车电子控制系统概述

第一节汽车电子技术的发展背景

汽车既可作为生产运输的生产用品，又可作为代步、休闲、旅游等消费用品，汽车技术的发展是人类文明史的见证。随着社会、经济的发展，汽车成为人类密不可分的伙伴。当然，汽车的发展也带来了一些负面的影响，如随着汽车保有量的增加，交通条件、安全、环境污染也成了日益严重的问题。汽车的安全、环保和节能是当今汽车技术发展的主要方向。

一、安全、环保和节能推动了汽车技术的发展

汽车的安全性是人类社会的一大祸害，车辆的制动安全性、驱动安全性与行驶安全性是道路交通安全事故的三大主要根源。全世界每年由于交通事故死亡约50万人，排在人类死亡原因的第10位；我国目前每年因交通事故死亡占全国总死亡人数的1.5%，约每年10万人。为此，科技人员从汽车的主动安全性和被动安全性两个方面着手，设计了防滑控制系统、车辆姿态控制系统、智能防撞预警与应急保护系统、碰撞后的保护系统等一系列电子控制装置。

HC和NOx 混合在一起，在强烈的阳光照射下，会发生一系列光化学反应，产生臭氧和各种化合物。臭氧（O3）具有很强的氧化性和毒性。1963年美国洛杉矶地区发生了光化学烟雾事件，促使各国对大气污染的重视研究。据统计，城市大气污染物一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）和氮氧化物（NOx）的主要污染源是汽车排气。因此，世界各国都相继制订了日益严格的汽车排放物限制法规。此外，随着汽车保有量的增加，汽车噪声也是环境保护的重点治理对象。于是，现代轿车普遍装有喷油与点火控制、废气再循环及三元催化等发动机尾气控制装置。人们还在降低机械噪声、隔振、隔音等方面进行了大量的实验与改进工作。

进入二十世纪70年代，全球的石油危机，使汽车节能问题受到世界各国高度重视，汽车耗油量被相应的法规限制，并成为汽车报废的一个主要标志。到二十世纪末，美国政府提出了耗油为3L/100km的“3升车”计划。传统的化油器等发动机部件虽然有了很大的改进，仍然满足不了排放和油耗两大法规的要求。可见，传统技术已无能为力，只有采用汽油喷射及电子点火等易于应用的电子控制新技术，才能有所突破。

二、电子信息技术的发展推进了汽车技术向集成与智能迈进

汽车技术特别是汽车电子控制技术在世界较发达国家发展迅猛，其先决条件是电子技术和计算机技术的迅猛发展。二十世纪物理学的革命，促使半导体技术的迅速发展，尤其是集成电路（IC）和大规模集成电路（LSI）及超大规模集成电路（VLSI）的发展，使电子元件过渡到了功能块和微型计算机，不仅功能极强，而且价格便宜，可靠性好，结构紧凑，响应敏捷，迅速推动了汽车电控技术的发展。

由于电子信息技术的发展，以及近年来嵌入式系统、局域网CAN（Controller Area Network）和数据总线DB（Data Bus）技术的成熟，汽车电子控制系统的集成成为汽车技术发展的必然趋势。原先单一项目控制的燃油喷射控制、点火控制、排放控制、自动变速控制等，发展成为多功能的集成控制系统。如：发动机的电子控制技术是从控制点火时刻开始的，上世纪九十年代初发展到汽油喷射、点火控制、排放控制等多项内容复合的发动机集中控制系统；上世纪末又将发动机控制、驱动防滑控制系统等复合,成为动力控制系统或牵引控制系统（TCS, Traction Control System）。又如：戴姆勒—克莱斯勒公司(Daimler—Chrysler)

的测控一体化制动系统（SBC，Sensotronic Brake Control），把制动踏板行程、转向角度、轮速、车速等信号集合，通过制动防抱死（ABS，Anti—Lock Brake System 或Antilock Braking System）或电子稳定控制程序（ESP，Electronic Stability Program)系统控制制动过程。

传感技术和计算机技术的发展，加快了汽车的智能化进程。日本丰田公司（Toyota）和德国德科电子公司（Delco）联合开发的智能车速控制系统，驾驶员可以选择滞后前车一定的时间（1.8s、2.0s、2.4s），通过前保险杠的雷达传感器测距来控制，并与前车保持一定的距离。德国德尔福电子系统公司（Delphi）的热管理系统，把信号送入系统中央控制器后，可以根据乘员的衣着和心理反应进行自动调节气流温度、流量、流动方向等，满足各个乘员的舒适性。智能汽车导航系统集合了嵌入式计算机、彩色显示器和卫星定位系统（GPS）等技术，由于“蓝牙技术”（Bluetooth）的应用，预计卫星定位这项技术将在我国得到迅速推广。

网络化是未来车辆的必然选择，集发动机控制、底盘控制、车身控制、以及安全、通讯、娱乐等于一体的网络汽车的出现也是指日可待。

三、汽车电子技术应用的优越性

由于电子技术、计算机技术和信息技术等新技术的发展和应用，汽车电子控制在控制的精度、范围、适应性和智能化等多方面有了较大发展，实现了汽车的全面优化运行。因此，在降低排放污染、减少燃油消耗、提高安全性和舒适性等方面，电子控制汽车有着明显的优势。

1．减少汽车修复时间

汽车电气设备的故障约占汽车总故障的1/3。由于汽车构造比较复杂，零部件比较多，工作环境不可控制（如道路条件，环境的温、湿度），加上人为的因素，所以汽车的可靠性差，无故障间隔时间短；随着电气设备在汽车零部件中比例的增加，电气设备的故障率还会提高。由于电子控制汽车均装有自诊断系统，提高了故障诊断的速度和准确性，从而缩短了汽车的修复时间，带来很好的社会效益和经济效益。

2．节油

汽车发动机采用电子综合优化控制，与传统的化油器式发动机相比，可以节约燃油消耗10%~15％左右。汽车是一个较复杂的多参数控制的机械，而且行驶条件随机变化。对其采用优化控制后，计算机可以对控制对象的有关参数（如温度、气体压力、转速、排气成分）进行适当采样，然后进行数据处理，最终控制汽车的执行机构，这样便可使汽车在最佳工况下工作，以达到节油目的。发动机各部件的优化控制主要有：电子控制点火装置、电子控制汽油喷射和混合气浓度控制装置等，此外还有发动机闭缸控制节油装置、怠速控制、废气再循环控制和爆震控制等优化控制。

3．减少空气污染

用传感器控制的发动机空燃比闭环控制系统，可以保证空燃比处于理论空燃比附近工作。若加装废气再循环和三元催化净化等装置，不但可以节约燃油，而且废气中碳氢化合物（HC）的体积分数可降低40％，氮氧化合物（NOx）的体积分数可降低60%左右。

4．减少交通事故

电子技术在汽车安全方面得到应用后，使整车的安全性能提高。交通事故主要由人的主观因素和客观因素所造成，减少人的主观因素造成事故的电子装置