自1866年卡尔·奔驰发明汽车以来,人类社会飞快发展130多年。汽车的传统机械式零组件已无法适应政府法规的各项严格标准,汽车业者趋向采用电子技术提高汽车的各项性能以满足这些标准与消费者的需求。汽车电子化被认为是汽车技术发展进程中的一次革命,汽车电子化的程度被看作是衡量现代汽车水平的重要标志,是用来开发新车型,改进汽车性能最重要的技术措施。
尽管汽车电子经历过以分立电子元器件/组件加微处理器(Microprocessor)构筑各自独立的、专用的、半自动和自动的操控系统时代;但现在已经进入了采用各种高速网络/总线技术,统一交换汽车中各种电子装置/系统间的数据,实现综合、智能调控的新阶段。新型汽车电子系统由各个电子控制单元(ECU)组成,既可独立操控,又能进行交互以协调到整体运行最佳状态之智能一体化。汽车电子控制技术的采用随之带动其所需车用微控制器(MCU)、车用传感器与光纤电缆等电子零件的大量需求,因而汽车电子市场可说是方兴未艾。
广义上,汽车电子可以按照对汽车行驶性能作用的影响划分,把汽车电子产品归纳为两类:一类是汽车电子控制装置,汽车电子控制装置要和车上机械系统进行配合使用,即所谓“机电一体化”之汽车电子装置。汽车电子控制装置包括汽车动力传动系统、底盘电子控制系统、车身电子控制系统。另一类是车载汽车电子装置,它和汽车本身的性能并无直接关系,包括汽车信息系统、导航/巡航系统、汽车娱乐系统、车载通信系统、上网设备等。严格来说,只有那些与控制性能有关的产品才被称为真正的汽车电子,所以下面只介绍汽车电子控制相关的电子装置。
1. 汽车动力传动系统
汽车动力传动系统目的通过电子技术改善引擎性能、提高汽车动力效能。汽车动力传动系统包括电子控制喷油装置、电子点火装置(ESA)、电控自动变速器(ECAT)等。其中:
· 汽车的汽缸体、曲柄和活塞的基本功能没有变化,而燃油和点火系统则实现了电控。其结果是极大地改进了车辆的排放性能、燃油经济性和耐用性。
· 变速控制系统的根本任务是适时地协调引擎与传动系统的工作状况,充分地发挥动力传动系统的潜力,使其达到最佳的匹配。
· 而采用电子技术特别是微电子技术控制变速系统,已经成为当前汽车实现自动变速功能的主要方法。
2. 底盘/悬挂系统
底盘/悬挂系统是目前汽车电子应用最多的部分。它包括防抱死制动系统(ABS)、驱动防滑控制系统(ASR)、自适应巡航系统(ACC)、电子控制悬挂系统(ECS)、电子动力转向系统(EPS)、胎压检测系统(TPMS)等。其中:
· ABS是电子控制技术在汽车上最有突出成就的一项应用,可使汽车在制动时维持方向稳定性和缩短制动距离,有效地提高了行车的安全性。它可以通过车速传感器感知制动轮的运动状态,并相应地调节制动器制动力矩的大小,避免出现车轮的抱死现象。驱动防滑系统(ASR)也叫做牵引力控制系统(TCS/TRC),是ABS的完善和补充,它可以防止起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,又能改善其操作稳定性。
· 巡航控制(Cruise Control)是让驾驶员无需操作油门踏板就能保证汽车以某一固定的预选车速行驶的控制系统。ACC是巡航控制技术的延伸,ACC要求驾驶员设定所期望的巡航速度并针对不同的实时车间距离设定跟随距离。如果在设定的跟随距离内没有车辆,该系统会控制节流阀使汽车以一个恒定的速度行驶,从而给驾驶带来了很大的方便,同时也可以得到较好的燃油经济性。
· ECS的基本目的是通过控制调节悬挂的刚度和减振器阻尼,突破被动悬挂的局限区域;使汽车的悬架特性与行驶的道路状况相适应,保证平顺性和操纵稳定性两个相互排斥的性能要求都能得到满足。目前,采用电子控制的悬挂主要有主动和半主动悬挂两种,电子控制的半主动悬挂已经达到了商品化的程度,而主动悬挂系统的价格较高。
· EPS由转矩(转向)传感器、ECU、电动机、减速器、机械转向器、以及蓄电池电源构成,以协助驾驶员作汽车方向调整,为驾驶员减轻打方向盘时的用力强度。
· 通过在每一个轮胎安装高灵敏度的传感器,TPMS系统在行车状态下实时监视轮胎的各种数据,通过无线方式发射到接收器,并在显示器上显示各种数据,并对轮胎漏气、温度升高等情况向驾驶员进行报警。
3. 车身电子控制系统
车身电子控制系统包括有电子控制安全气囊、防撞警告系统、防盗系统、电子仪表、空调系统、电动座椅、电动车窗、中控锁、车门控制装置等等。目前汽车电子技术向集中综合控制的网络化发展,即将引擎管理系统和自动变速器控制系统集成为动力传动系统的综合控制(PCM);将ABS、牵引力控制系统(TCS)和ASR综合在一起进行制动控制;通过中央底盘控制器,将制动、悬挂、转向、动力传动等控制系统通过总线进行连接。控制器通过复杂的控制运算,对各子系统进行协调,将车辆行驶性能控制到最佳水平,形成一体化底盘控制系统(UCC)。