章节 | 第一章汽车电子控制技术概论 | 日期 | |
重点 | 汽车电子控制系统的分类 | ||
难点 | 汽车电子控制系统的组成 | ||
第一节 电子技术在汽车上的应用 日盲紫外探测器汽车是由发动机、底盘、车身和电气设备四部分组成。 汽车电气设备包括汽车电器系统与汽车电子控制系统两部分。 汽车电子控制系统由传感器、电器开关、电子控制单元和执行器等组成，包括发动机电子控制系统、底盘电子控制系统和车身电子控制系统等子系统。电子控制技术最早应用在发动机上，汽油机电子控制技术成为电子技术应在汽车上的主要标志。 第二节 通讯继电器汽车电子控制技术的发展 汽车电子控制技术发展的根本原因有两个方面：一是电子技术水平不断提高，这是汽车电子控制技术发展的基础；二是全球能源紧缺、环境保护和交通安全问题，促使汽车油耗法规、排放法规的不断提高。汽车油耗法规和排放法规促进了汽车发动机电子控制技术的发展，汽车安全法规促进了汽车底盘和车身电子控制技术的发展。 一、汽车电子控制技术发展历程 （一）发动机机电子控制技术的发展 汽油机电子控制技术的发展历程是伴随着汽油机燃油供给技术的发展而来的。为适应降低汽油机燃油消耗和有害物排放量的要求，汽油机燃油供给技术经历了从机械控制汽油喷射到现在的发动机集中管理系统，以及目前正在迅猛发展的缸内直喷技术。 1934年，德国怀特（Wright）兄弟发明了向发动机进气管内连续喷射汽油来配制混合气的技术，并研制成功第一架采用燃油喷射式发动机的军用战斗机。 1952年，德国Bosch公司研制成功了第一台机械控制缸内喷射汽油机，并成功地安装在戴姆勒—奔驰（Daimler—Benz）300 L型赛车上。 1958年，Bosch公司研制成功了机械控制进气管喷射汽油机，并成功地安装在梅赛德斯—奔驰（Mercedes—Benz）220S型轿车上。 从20世纪50年代开始，美国、欧洲和日本先后颁布了对汽车有害排放进行限制的各种法规，70年代的能源危机导致了对汽车燃油消耗进行限制的法规。这些法规的颁布，推动了以环保和节能为主要目标的电子控制汽油喷射技术的发展，同时也加快了汽车电子控制技术发展的进程。 1953年美国本迪克斯公司（Bendix）开始研制由真空管电子控制系统控制的汽油喷射装置，并在1957年研制成功。该系统根据进气压力，由设在各个节气门前的喷油器与进气行程同步喷油，遗憾的是该专利技术并未被推广应用。 1967年，德国博世（Bosch）公司根据美国本迪克斯公司的专利技术，开始批量生产利用进气歧管绝对压力信号和模拟式计算机来控制发动机空燃比A/F的D型燃油喷射系统（D-Jetronic），装备在德国大众（Voldswagen）汽车公司生产的VW-1600型和奔驰280SE型轿车上，率先达到了当时美国加利福尼亚州的排放法规要求，开创了汽油发动机电子控制燃油喷射技术的新时代。D型燃油喷射系统是用电子电路控制喷油器阀门的开启时刻与开启时间。 1973年，德国Bosch公司在D型燃油喷射系统（D-Jetronic）的基础上，改进发展成为L型燃油喷射系统（L-Jetronic）。L型喷射系统利用了翼片式空气流量传感器直接测量进气管内进入发动机的空气的体积流量，与利用进气歧管绝对压力来间接测量进气量的D型喷射系统相比，检测精度和控制精度大大提高。 在电控汽油喷射系统开发和不断完善的过程中，汽油机电控点火系统的研究开发也取得了重大进展。1973~1974年，美国通用（General）汽车公司生产的汽车装上了集成电路IC点火控制器，次年高能点火装置HIC点火控制器投入实际应用。 1976年，美国克莱斯勒（Chrysler）汽车公司研制成功微机控制点火系统，取名为“电子式稀混合气燃烧系统ELBS”。该系统由模拟计算机对点火进行控制，根据大气压力、进气温度、发动机冷却液温度、发动机负荷与转速等信号计算出最佳点火时刻，控制200多个参数，对实际点火提前角进行最佳控制。 1977年，美国通用汽车公司研制成功了数字式点火控制系统。该系统由中央处理器（CPU）、存储器（RAM，ROM）和模／数（A／D）转换器等组成，是一种真正的计算机控制系统。1978年，美国通用汽车公司研制成功了同时具有控制点火时刻控制、空燃比反馈控制、废气再循环控制、怠速转速控制、故障自诊断和带故障运行控制功能的电子控制系统。 1979年，德国Bosch公司在L-Jetronic系统的基础上，将电控点火系统和电控燃油喷射系统组合在一起，采用数字计算机进行控制，开发出了M—Motronic系统，即发动机集中管理系统。 1979年，日本日产（Nissan）汽车公司研制成功了集点火时刻控制、空燃比控制、废气再循环控制和怠速转速控制与一体的发动机集中控制系统ECCS，该系统具有自诊断功能，装备在公子Cedric牌和光荣Gloria牌轿车上。 1980年，日本丰田（TOYOTA）公司开发出了具有汽油喷射控制、点火控制、怠速转速和故障自诊断功能的丰田计算机控制系统TCCS。同年，三菱MITSUBISHI汽车公司研制成功了采用卡尔曼涡流式空气流星传感器的电子控制燃油喷射系统ECI。 1981年，Bosch公司在L-Jetronic系统基础上，开发出了LH-Jetronic系统，该系统采用新颖的热线式空气流量传感器，能直接测出进入发动机空气的质量流量。1987~1989年，Bosch公司又相继开发出了用于中小型乘用车的电控单点汽油喷射系统，即Mono-Jetronic系统和Mono-Motronic系统。 20世纪90年代，为了满足更加严格的排放指标和根据“京都议定书”确定的分阶段降低汽车CO排放量的要求，世界各主要汽车公司除了逐步增加发动机集中管理系统的控制功能，以满足当时排放法规的要求外，还加大了能满足未来法规要求的其他技术开发力度，尤其是缸内直喷技术。1995年，日本三菱（MITSUBISHl）汽车公司公布了电控缸内直喷汽油机（即GDI系统），采用汽油缸内直喷技术，可以实现汽油机的分层稀薄燃烧。然而由于当时技术并不成熟，因此也造成该系统的低速NOx排量相当惊人，而随即被许多注重环保的国家拒于门外。2001年，Volkswagen/Audi集团研制出独有的FSI（Fuel Stratified Injection）缸内直喷系统。另外，还有凯迪拉克的SIDI双模直喷发动机、奔驰的CGI直喷发动机、马自达的DISI直喷系统等。在此期间，Bosch公司也开发成功了具有节气门控制功能的ME-Motronic系统和采用缸内直喷技术的MED-Motronic系统。 我国在轿车汽油机电子控制技术应用方面起步较晚，1994年上海大众推出采用D-Jetronic电控汽油喷射系统的桑塔纳2000型轿车。2000年，我国政府规定：5人座以下的化油器式发动机汽车自2001年1月1日起停止生产，电控燃油喷射发动机得到快速发展。 （二）电子控制防抱死制动技术的发展 汽车防抱死制动系统（ABS）是汽车上的一种主动安全装置，其作用是在汽车制动时，防止车轮抱死在路面上滑拖，以提高汽车制动过程中的方向稳定性、转向控制能力和缩短制动距离。 早在20世纪30年代，制动防滑装置就运用在铁路机车的制动中，防止车轮抱死后在钢轨上滑行造成局部摩擦。 1920年，英国人霍纳摩尔研制成功了ABS技术，并于1932年申请了第一个防滑专利。 1947年，在美国飞机上开始采用ABS，并很快成为飞机上的标准装备。 1954年，美国福特（Ford）公司率先在林肯（Lincoln）轿车上采用ABS技术。 1958年，杜尔（Dunlop）轮胎公司研制成功四轮两通道低选控制式Maxa-ret ABS，并安装在载货汽车上。 1960年，哈理·福格森·雷斯（Harry Ferguson Reserch）公司将Maxa-ret ABS改造成四通道控制式ABS，并于1966年安装在野马V-8型汽车上，使汽车制动性能大幅度提高。 1970年，罗伯特·博世（Robert Bosch）公司开始研发ABS。到目前博世公司一直进行ABS的研发，是世界上最大的ABS生产公司。 1975年，美国联邦机动车安全标准对重型载货汽车和客车配备ABS提出了要求。 1978年，梅赛德斯-奔驰（Mercedes-Benz）和宝马（BMW）汽车公司首次在450SEL等轿车的部分产品中安装由博世公司生产的ABS-Ⅱ系统。ABS-Ⅱ系统采用数字计算机和电磁阀，其控制频率达到每秒10次以上，能够明显提高汽车的制动性能。 双面钟1985年，博世公司对ABS-Ⅱ系统进行了结构简化和系统优化，研制出了经济型防抱死制动系统ABS-ⅡE系统；1990年，德尔科（Delco）公司开发出更为经济的四轮防抱死制动系统ABS-Ⅵ系统。 进人90年代后， ABS的装车率大幅度提高，加之法规的推动作用，ABS已成为汽车上标准装备或选择装备。 除博世公司外，生产ABS的公司还有德国的瓦布克（WABCO）公司和戴维斯（TEVES）公司、美国的德尔科（Delco）公司和本迪克斯（Bendix）公司。 我国对ABS的研究始于80年代初，上海汽车制动系统有限公司引进并合资生产的ABS产品已于1997年2月投产。吉林大学、重庆公路研究所等单位也一直从事ABS的研制工作。 （三）电子控制自动变速器技术的发展 自动变速器是在机械式变速器、液力变矩器和电子控制技术的基础上发展而成的。 19世纪初在欧洲发明了液力传动技术，并应用在船舶上。1930年，液力变矩器应用在公共汽车上。 1938年，美国通用（General）公司研制了将行星齿轮变速器与液力耦合器结合在一起的液力自动变速器，这是现代轿车自动变速器的雏形。1939年安装在通用公司生产的奥兹莫比尔（Oldsmobile）轿车上。 1942年，美国通用公司研制的自动变速器上采用了双导轮、可闭锁的综合式变矩器。 1969年，雷诺（Renault）汽车装备了采用电子计算机控制的液力自动变速器，标志着电子控制自动变速器的出现。 1978年，美国克莱斯勒（Chrysler）公司生产了带锁止式液力变矩器的自动变速器。 自1981年起，美国、日本一些汽车公司相继开发出各种采用微处理机的微机控制自动变速系统，实现了自动变速器的智能控制。 1983年，德国博世（Bosch）公司研制成功发动机和自动变速器共用的电子控制单元，实现了对动力总成的联合控制。缘114 自20世纪80年代后期开始，丰田（TOYOTA）等汽车公司开发了AT智能控制系统，如丰田汽车公司的ECT-I（intelligent electronic system）。 电子控制自动变速器也存在结构复杂、零件精度要求高、制造难度大，传动效率低等缺点。 近年来，灭茬机>印刷制版机机械式自动变速器（AMT）、无级自动变速器（CVT）也得到快速发展。和液力自动变速器相比，机械式自动变速器具有更高的传动效率，无级自动变速器可以实现传动比的连续改变，从而实现传动系与发动机工况的最佳匹配。 二、汽车电子控制技术发展趋势 汽车采用车载局域网LAN技术是汽车电子控制技术发展的必然趋势。 | |||
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