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汽车电子新技术,重庆大学机械学院汽车系 张伟2010年5月10日,汽车电子新技术,重庆大学汽车系 张伟,一、概述,汽车的电子化、智能化、网络化是现代汽车发展的重要标志，随着消费者对汽车功能和性能要求的日益提高，汽车正在逐渐由机械系统向电子系统转换，目前全球汽车电子产业面临着高速增长的机遇。,汽车电子新技术,重庆大学汽车系 张伟,汽车电子新技术一览,汽车电子新技术,重庆大学汽车系 张伟,线控技术DBW,汽车的各种操纵系统正向电子化、自动化方向发展，在未来的5l0年里，传统的汽车机械操纵系统将变成通过高速容错通信总线与高性能CPU相连的电气系统。如汽车将采用电气马达和电控信号来实现线控驾驶、线控制动、线控油门和线控悬架等，采用这些线控系统将完全取代现有系统中的液压和机械控制。在新一代雅阁V6轿车上采用的DBW就是新技术之一。,汽车电子新技术,重庆大学汽车系 张伟,如 电控油门,传统的节气门由踏板拉索直接控制发动机节气门的开度，从而决定加速或减速，驾驶员的动作与节气门动作之间是通过拉索的机械作用联系的。而DBW将这种机械联系改为电子联系。仍然通过加速踏板控制拉索，拉索连接到节气门位置传感器，传感器将拉索的位置变化转化为电信号传送ECU，ECU将信号经过处理后通过节气门执行器模块控制节气门的开度。也就是说驾驶员的动作与油门的动作之间是通过电子元件的电信号联系的。虽然DBW比传统节气门控制方式复杂，但油门的控制却比传统方式精确，发动机能够根据汽车的各种行驶信息，精确调节进入汽缸的可燃混合气，改善燃烧状况，从而大大提高了动力性和经济性。使用线控技术的优点很多，如线控制动无需制动液，保护生态，减少维护；质量轻；性能高(响应快)；制动磨损最小(向轮胎施力更均匀)；安装测试更简单快捷(模块结构)；更稳固的电子接口；隔板间无机械联系；简单布置就能增加电子控制功能；踏板特性一致；比液压系统的元件更少等。,汽车电子新技术,重庆大学汽车系 张伟,2.CAN总线网络,CAN总线即控制器局域网(CAN-Controller Area Network)，属于多路传输系统的一种，它是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。用以解决现代汽车中众多电子装置之间繁忙的信息交换问题。汽车总线系统是通过某种通讯协议将汽车中各种电控单元.智能传感器和智能仪表等连接起来而构成汽车内部网络。汽车总线是在借鉴计算机网络技术和现场总线技术的基础上发展起来的。,汽车电子新技术,重庆大学汽车系 张伟,车辆上引入总线网络的优点：,减少了线束的数量和线束的容积，提高了电子系统的可靠性、可维护性；采用通用传感器，达到数据共享的目的；改善了系统的灵活性，通过系统的软件可以实现系统功能的变化。从总线所实现的功能角度分，可分为两类：一类是控制策略驱动的总线，如SAE的J1850、德国大众的ABUS、博世的CAN、美国商用机器的AutoCAN、ISO的VAN、马自达的ALMNET等。另一类是以大量数据传输为目的的多媒体总线，如，IDB-C、IDB-1394、MOST、AMIC-C等。,汽车电子新技术,重庆大学汽车系 张伟,主要汽车通讯协议,汽车电子新技术,重庆大学汽车系 张伟,3.汽车导航系统GPS,GPS为全球定位系统，装有导航系统的汽车，在驾驶室内有一显示屏。上面显示着某个城市的交通图(称为电子地图)，以及当时汽车在图上所处的位置。如果驾驶员输人目的地的地名、在图上的位置，那么图上就会显示一条从汽车所处位置到目的地的最佳路线和行驶方向，引导汽车行驶，起到导航作用。这样，驾驶员可以安心地驾车到达陌生地区以及在夜间安全行车。此外，GPS还能够随时告诉驾驶员当时的交通状况，指出什么地方交通拥挤，什么地方车流畅通，以及什么地方有空缺位置可以停车。使驾驶员能绕过拥挤路段，较快到达目的地，避免交通阻塞，提高综合行车效率。整个导航系统由GPS导航、自律导航、地图匹配器、信号处理单元、存贮器、显示器、传感器等几部分组成。GPS导航由GPS天线和GPS接收机组成。,汽车电子新技术,重庆大学汽车系 张伟,GPS卫星发射出电波发射时刻信息，而接收机可根据电波到达的时刻，算出电波行走的时间。将这时间乘以电波传播速度就可以知道卫星与接收机的距离，即卫星与装有该接收机的汽车的距离。同时，各GPS卫星的轨道位置也被发射出去。因此，接收点位置可由以三个卫星为中心的三个球面交点求出，即可确定该车在电子地图上的位置。当汽车行驶在地下隧道、密集森林、高层建筑群等接收不到GPS信号时，汽车会进行自律导航。GPS导航和自律导航得到的汽车状态及位置的一些信号要经过地图匹配器处理后才能准确无误地在电子地图上显示出来。电子地图是这样制成的：首先利用城市航空测量拍到的全貌照片，经过实际调查、标记、补充形成一张精确的地形图，它包括各城市道路交通图、公路网及沿线地名。然后将地形图通过数字化仪、扫描仪，送人PC机中，并用专门软件进行数据采集和编辑处理，生成数字地形模型。再经叠加、分类、标记形成一张电子地图并制成只读光盘。,汽车电子新技术,重庆大学汽车系 张伟,汽车导航系统的发展非常迅速，目前已有一些系统上采用32位的CPU嵌人实时操作的微处理单元，便于高速行驶的汽车进行快速处理数据。激光技术的应用，产生大容量数字化视盘可以存贮更多的信息。使用薄膜晶体管有源液晶显示器可使图像更加清晰。汽车导航系统能实时提供自身位置和目的位置坐标、全部行驶的直线距离、时间、速度、前进方向等。当遇到道路阻塞、路段施工或走错路等情况，GPS能够及时进行检索，提供新路线。此外，为了让驾驶员事先了解行驶中路面情况，GPS还能进行语音提示。若将汽车导航系统与其它部门进行联网，驾驶员能够随时获得交通状况的最新信息，从而使汽车避开阻塞和拥挤路段，实现自动道路选择和无阻挡行驶。汽车导航的普及使用，将会给2l世纪的城市交通带来新的面貌。,汽车电子新技术,重庆大学汽车系 张伟,4.汽车电控制动系统EBS,汽车电控制动系统EBS是在ABS的基础上，用电子控制取代传统的机械传动来控制制动系统，以达到良好的制动效果，增加汽车制动安全性。汽车制动时，车轮的制动力与地面附着系数有关，当车轮滑移率处于18%左右时，地面附着系数可以达到最大，此时的侧向稳定性也较好。当车轮完全抱死时，地面附着力有所下降，而侧向稳定性为零。极易出现侧滑和甩尾现象，容易造成事故。ABS防抱死制动系统就是在汽车制动时，使车轮滑移率处于附着系数最高点，即保证汽车获得最大的附着力，同时又能保持相应的侧向稳定性。当车轮将要抱死时，ABS系统发一信号给压力调节器，以控制制动器的制动力，使制动力停止增加。这时制动器中的制动液少量回流减压，然后又增压，制动力增长，如此连续几次达到最佳的制动效果，可以达到l020次秒。,汽车电子新技术,重庆大学汽车系 张伟,EBS系统比ABS系统增加了各种传感器，包括三维力传感器、制动器摩擦片磨损传感器等。制动时，制动踏板位置信号传给电控单元，同时各力传感器把载荷、地面附着力和制动气压信号传给电控单元，由电控单元自动调节制动压力，形成闭环控制。该系统用电子控制取代机械传动，减少制动系统机械传动的滞后时，缩短制动距离，在低强度时，使摩擦片磨损最小；中等强度时，利用ABS达到最佳的附着系数利用率；高强度时，施加最大的制动压力，从而获得最佳的控制制动力。摩擦磨损传感器可以监测得各制动片的摩擦情况，控制各制动器压力分配延长使用寿命。EBS系统可以与其它电子控制系统一起由一个电控单元进行集中统一控制。实现各种不同要求的控制功能。,汽车电子新技术,重庆大学汽车系 张伟,5.电子制动力分配（EBD）,EBD的英文全称是“Electric Brakeforce Disitribution”，汉意是“电子制动力分配”。汽车制动时，如果四只轮胎附着地面的条件不同，比如，左侧轮附着在湿滑路面，而右侧轮附着于干燥路面，四个轮子与地面的摩擦力同，在制动时(四个轮子的制动力相同)就容易产生打滑、倾斜和侧翻等现象。EBD的功能就是在汽车制动的瞬间，高速计算出四个轮胎由于附着不同而导致的摩擦力数值，然后调整制动装置，使其按照设定的程序在运动中高速调整，达到制动力与摩擦力(牵引力)的匹配，以保证车辆的平稳和安全当紧急刹车车轮抱死的情况下，EBD在ABS动作之前就已经平衡了每一个轮的有效地面抓地力，可以防止出现甩尾和侧移，并缩短汽车制动距离。EBD实际上是ABS的辅助功能，它可以改善提高ABS的功效。所以在安全指标上，汽车的性能又多了”ABS+EBD”。,汽车电子新技术,重庆大学汽车系 张伟,汽车电子新技术,重庆大学汽车系 张伟,6.电控行驶平稳系统ESP,ESP是英文“Electronic Stability Program”的缩写，中文译成“电控行驶平稳系统”。这一组系统通常是支援ABS及ASR的功能，是这两种系统功能上的延伸因此，ESP称得上是当前汽车防滑装置的最高级形式。它通过对从各传感器传来的车辆行驶状态信息进行分析。然后向ABS、ASR发出纠偏指令来帮助车辆维持动态平衡，ESP可以使车辆在各种状况下保持最佳的稳定性，在转向过度或转向不足的情形下效果更加明显。ESP一般需要安装转向传感器、车轮传感器、侧滑传感器、横向加速度传感器等。ESP可以监控汽车行驶状态并自动向一个或多个车轮施加制动力。以保持车子在正常的车道上运行，甚至在某些情况下可以进行每秒150次的制动。,汽车电子新技术,重庆大学汽车系 张伟,ESP的类型,目前ESP有3种类型：能向4个车轮独立施加制动力的四通道或四轮系统；能对两个前轮独立施加制动力的双通道系统；能对两个前轮独立施加制动力和对后轮同时施加制动力的三通道系统。有ESP与只有ABS或ASR的汽车之间的差别在于ABS或ASR只能被动地作出反应而ESP最重要的特点就是它的主动性，ESP能够探测和分析车况并纠正驾驶的错误，防患于未然。ESP对过度转向或不足转向特别敏感例如汽车在路滑时左拐过度转向太急时会产生向右侧甩尾传感器感觉到滑动就会迅速制动右前轮使其恢复附着力，产生一种相反的转矩而使汽车保持在原来的车道上。,汽车电子新技术,重庆大学汽车系 张伟,7.电子液压制动系统EHB,当前车辆对制动性能的要求越来越高，传统制动系统由于结构和原理的限制在提高制动性能方面潜力有限，EHB作为一种新型的制动系统弥补了传统制动系统的不足，可以很大限度地提高车辆制动性能。EHB是一种线控制动(brake-by-wire)系统，它以电子元件替代了部分机械元件，制动踏板不再与制动轮缸直接相连，驾驶员操作由传感器采集作为控制意图，完全由液压执行器来完成制动操作，弥补了传统制动系统设计和原理所导致的不足，使制动控制得到最大的自由度，从而充分利用路面附着，提高制动效率。,汽车电子新技术,重庆大学汽车系 张伟,8.可变配气相位(VVT),传统发动机凸轮配气相位是通过各种不同配气相位的试验，从中选取某一固定配气相位兼顾其他工况是发动机性能的一种折衷方案。因为其配气相位是固定的，无法在运行过程中进行调节，所以发动机性能难以在各种工况下都达到最佳。由于环境保护和人类可持续发展的要求，低能耗和低污染已成为汽车发动机的发展方向要求发动机既要保证良好的动力性，又要降低油耗满足排放法规的规定。可变配气相位(Variable Valve Timing简称VVT机构)能使气门正时、气门开启持续时间及气门升程等参数中的一个或多个随发动机的工况变化实时进行调节，从而获得更好的燃油经济性，更优异的扭矩和功率特性，提高怠速稳定性和降低排放。,汽车电子新技术,重庆大学汽车系 张伟,可变配气相位机构的类型,按结构特点和驱动方式的不同，可分为凸轮驱动机构和无凸轮驱动机构两大类。凸轮驱动可变配气相位机构研究时间相对较长，机构相对简单可靠，在汽车上已有应用。改变凸轮轴相角的可变配气相位机构；变换凸轮型线的可变配气相位机构；改变凸轮与气门之间联结的可变配气相位机构。无凸轮驱动可变配气相位机构。电磁驱动可变配气相位机构；电液驱动可变配气相位机构；电气驱动可变配气相位机构。,汽车电子新技术,重庆大学汽车系 张伟,9.乘员感知系统OPDS,本田第7代雅阁V6轿车装备了前排侧气囊，因此在前排乘客座相应地配备了乘员感知系统。乘员感知系统的作用是，当前排座椅上坐着小孩或者小孩侧着头打瞌睡时，乘客座椅侧气囊将自动关闭，从而减小侧撞事故发生时安全气囊对儿童的伤害。那么安全气囊是怎么知道这一切的呢?原来在乘客座椅内暗藏了7个传感器，座椅靠背内的6个传感器负责观察乘员的坐姿高度，来判断坐着的是儿童还是大人，或者饮料瓶等其它东西；靠背侧边的一个传感器则专门检查儿童是不是侧着头打瞌睡，判断儿童的头部是不是处于侧气囊展开的范围内。OPDS传感器是根据乘员的导电体量来做出这些判断的，如果乘员导电体量低于系统设定的临界值，则OPDS系统认为坐着的是儿童或儿童的头部处于侧气囊引爆的范围中，从而自动关闭安全气囊，同时仪表板上的“SIDE AIR BAGOFF”黄色指示灯亮起，告诉驾驶员侧安全气囊已经关闭。儿童就可以在旅途中尽情地享受自己的梦乡了。,汽车电子新技术,重庆大学汽车系 张伟,10.TSI发动机,以双增压为其最主要的特点，机械+涡轮+分层直喷=TSI。TSI是Twincharger（涡轮增压和机械增压）和Fuel Stratified Injection（燃油分层直喷）三个关键特色的首字母缩写。这是一款双增压的燃油分层直喷发动机。TSI是Turbo FSI的缩写，T即涡轮增压、S指分层、I代表直喷。简单来说，TSI是带涡轮增压的FSI。从技术上讲TSI与FSI是同一家族，缸内直喷的工作原理相同，由于加入了增压技术，TSI比FSI更先进，属于大功率、低转速大扭矩的发动机。直喷发动机的一个好处在于隔绝了已燃混合气向气缸壁和气缸盖的散热，从而降低了发动机的热损耗。从表面来看，TSI发动机与FSI相比减少了一个字母“F”，但名字的改变没有令其本质发生变化，加入增压器后与普通直喷技术相比，TSI发动机拥有更小的体积和更出色的动力表现和节油优势。,汽车电子新技术,重庆大学汽车系 张伟,汽车电子新技术,重庆大学汽车系 张伟,技术要点及优势,涡轮增压的特性是利用排放废气，装置本身基本不消耗发动机动力，增加进气效率提高动力；但是缺点是通常要发动机超过2000转后才介入，不利于起步加速，涡轮的惯性让加速还有一个响应时间的延迟。机械增压优点是发动起启动运转就开始介入，起步加速有力，没有涡轮的工作延迟，即时响应。缺点是通过发动机的动力输出来让增压器工作，消耗部分发动机动力。TSI燃油直喷技术在同等排量下实现了发动机动力性和燃油经济性的完美结合，是当今汽车工业发动机技术中最为成熟、最先进的燃油直喷技术，并引领了汽油发动机的发展趋势。将燃油直接喷射入气缸的TSI发动机相比将燃油喷射至进气歧管的传统发动机，其优势在于：发动机控制策略采用基于扭矩控制；增压器在发动机停止后有独立冷却系统；具有电子超速回流控制，防止增压器；连续可变进气配气相位（曲轴转角60），令油耗降低，提高功率；链条传动。寿命长，终身免换，可靠性远远高于以前的齿带传动。,汽车电子新技术,重庆大学汽车系 张伟,TSI发动机的关键组件,为该技术专门设计的、单活塞高压泵的共轨高压喷射系统，负责提供充足的燃料，保证系统达到所需要的压力状态；全新设计的每气缸配有4气门的新气缸盖，气门由凸轮滚子从动件驱动；可持续控制进气的燃烧进程；排气循环回收系统；改进的排气控制系统，带有NOx存储型催化式排气净化器和NOx感应器，现在低硫汽油的供应日益普及，发动机全面节油的潜力逐渐得以实现。,汽车电子新技术,重庆大学汽车系 张伟,TSI发动机与传统发动机的区别,TSI发动机配备了按需控制的燃油供给系统，每缸四气门，可变进气歧管以及进排气凸轮轴连续可调装置，汽油被直接喷入燃烧室，单活塞高压泵的共轨高压喷射系统负责提供精确的燃料，形成30到100bar之间的工作压力。同时，燃料室的几何设计以及毫秒级精确计算注入汽油量的功能大大提高了其压缩比，这也是高效发动机的必要条件。在进气道方面，由电子系统控制所需的空气流量，实现了无节流变质调节，提高了充气效率，从而获得更高的升功率，而发动机的动态响应也变得更为直接。推动这种进步的主要因素是部分负荷状态下的分层进气原理。直喷式汽油发动机采用类似于柴油发动机的供油技术，通过一个活塞泵提供所需的100bar以上的压力，将汽油提供给位于气缸内的电磁喷射器。喷油嘴将喷射时间控制在千分之一秒内，将燃料在最恰当的时间直接注入燃烧室，通过对燃烧室内部形状的设计，让混合气能产生较强的涡流使空气和汽油充分混合。然后使火花塞周围区域能有较浓的混合气，其他周边区域有较稀的混合气，保证了在顺利点火的情况下尽可能的实现稀薄燃烧。这就是分层燃烧的精髓所在。,汽车电子新技术,重庆大学汽车系 张伟,两者的结合改善了起步加速，也具有充足的后劲，相对来说动力损耗减低到最小。直喷发动机的一个好处在于隔绝了已燃混合气向气缸壁和气缸盖的散热，从而降低了发动机的热损耗。从表面来看，TSI发动机与FSI相比减少了一个字母“F”，但名字的改变没有令其本质发生变化，加入增压器后与普通直喷技术相比，TSI发动机拥有更小的体积和更出色的动力表现和节油优势。但是TSI发动机因为油品质量的原因在国内不适用,TSI发动机要有非常纯净的汽油才可以发挥最大功效。,汽车电子新技术,重庆大学汽车系 张伟,11.DCT双离合器变速箱,即双离合器式自动变速传动（Dual Clutch Transmission）由于它既继承了ATM和手动变速器的结构简单、安装空间紧凑、重量轻、传动效率高、制造成本低等许多优点，又融合AT不间断动力、迅速平稳换挡的良好特点，很快便成了业界研究开发的新热点。DCT中的两付离合器与二根输入轴相连，如果离合器1通过实心轴与挡位1、3、5相连，那么离合器2则通过空心轴与挡位2、4、6和倒挡相连。换挡和离合操作都是通过一集成电子和液压元件的机械电子模块来实现。而不再通过离合器踏板操作。驾驶员可以手动换挡或将变速杆处于全自动D挡（舒适型，在发动机低速运行时换挡）或S挡（任务型，在发动机高速运行时换挡）模式。,汽车电子新技术,重庆大学汽车系 张伟,汽车电子新技术,重庆大学汽车系 张伟,汽车电子新技术,重庆大学汽车系 张伟,二、线控技术,线控技术已经被广泛用于航空业，用线控制系统来取代传统的液压和机械系统已经成为技术发展的趋势，采用线控技术的制动系统、转向系统、传动系统有望在未来汽车上率先获得应用。国外GM、DELPHI、KOYO、TRW、BENZ等公司已运用线控技术开发了概念车。汽车电子中各种线控制系统或线驱动系统将迅速发展，汽车用线控技术将在今后数年中大量出现，如线控制动(brake by-wire)、线控转向(steer by-wire)、线控油门(throttle by-wire)、线控悬架(suspension by-wire)等正在加紧研究开发。当线控这一目标实现时，汽车将是一种完全的高新技术产品，发动机、变速器、传动轴、驱动桥、转向机全都不见了。汽车可以说是一台装在轮子上的计算机。,汽车电子新技术,重庆大学汽车系 张伟,1.线控技术简介,1.1线控技术的结构原理线控技术(by-wire)，就是由“电线”或者电信号实现传递控制，而不是通过机械连接装置来操作的。线控技术是在控制单元和执行器之间用电子装置取代传统的机械连接装置或液压连接装置，由电线取代机械传动部件，取消了机械结构，赋予汽车设计新的空间。线控系统需要高性能的控制器，比如由Freescale半导体公司提供的MPC500MPC5500系列微处理器。还需要有精确高速的通讯协议网络、容错技术和分配独立处理功能的模块。线控系统的基本结构原理是：驾驶员的操纵指令通过人机接口转换为电信号传到执行机构，控制执行机构的动作；传感器感知功能装置的状态，通过电信号传给人机接口，反馈给驾驶员，如图1所示。,汽车电子新技术,重庆大学汽车系 张伟,线控系统在人机接口通讯、执行机构和传感机构之间，以及与其他的系统之间要进行大量的信息传输，要求网络的实时性好、可靠性高，而且要求具有冗余的“功能实现”，以保证在故障时仍可实现装置的基本功能。,汽车电子新技术,重庆大学汽车系 张伟,1.2 线控技术的特点,线控技术的优点a省力，人们可以不用直接操作机械力。b由于操纵控制通过驾驶员的手完成，不需要转向盘、转向柱和脚踏板，这样就减少了正面碰撞时的潜在危险性，改善了汽车的安全性和舒适性。并为汽车设计提供了更大的空间。c便于实现个性化设计，由于驾驶特性如制动、转向、加速等过程都是程序设定的，设计师可设计不同的程序供用户选择。d比质量轻，性能高(响应快)。线控系统取消了许多机械连接装置、液压装置和气压装置，简化了结构和生产工艺，便于实现汽车轻量化。e维护用品可大大减小，减少维护费用。取消机械和液压连接可减少车身质量并简化维护工作，可能磨损的部件更少了。f可以将汽车的车内娱乐装置也集成到网络之中，使得汽车导航和自动驾驶成为可能，整个汽车就是一个完整的电路整体。g安装测试简单快捷，更稳固的电子接口(模块结构)，隔板间无机械连接，简单布置就能增加电子控制功能。,汽车电子新技术,重庆大学汽车系 张伟,1.2.2 线控技术的缺点,电子设备还相当的不可靠电磁干扰、器件失效、软件程序的设计、网络攻击等等。一旦电路失效而没有机械冗余就会导致灾难性的后果转向失灵、油门难以控制和不能制动,所以线控技术研究的重点应该是系统的可靠性和安全性。,汽车电子新技术,重庆大学汽车系 张伟,2.线控技术在汽车上的运用,2.1线控制动(brake bywire)线控制动系统由实现电子化的供能装置、控制装置、传动装置、制动器4个部分组成。ECU(电控单元)对制动系统进行整体控制，采用全新的电子制动器，每个制动器有各自的控制单元。机械连接逐渐减少，制动踏板和制动器之间的动力传递分离开，取而代之的是电线连接，电线传递能量，数据线传递信号。线控制动是自ABS在汽车上得到广泛应用以来制动系统的又一次飞跃式发展。目前线控制动系统分为2种类型：一种是电液制动系统EHB(Electronic-hydraulic Brake)，另一种是电子机械制动系统EMB(Electronic-Mechanical Brake)。电液制动系统是将电子与液压系统相结合，由电子系统控制，液压系统提供动力；电子机械制动系统则用电线取代传统制动系统中的空气或制动液等传力介质，电制动器取代传统制动器，电子机械制动系统是未来制动系统的发展方向。,汽车电子新技术,重庆大学汽车系 张伟,线控制动系统的共同特点是都具有踏板转角与踏板力可按比例调控的电子踏板；具有控制制动力矩与踏板转角相对应的程序控制单元；程序控制单元可基于其他传感器或控制器的输入信号实现主动制动及其它功能。电子机械制动系统与传统制动系统的对比如图2所示。,汽车电子新技术,重庆大学汽车系 张伟,2.1.1 线控制动的优点,线控制动目前处于向汽车领域应用的研究和改进阶段，随着技术进步，各种问题会逐步得到解决，线控制动系统最终会取代传统的以液压为主的制动控制系统以及电液复合制动系统。a结构简单，系统质量比传统制动系统减少很多，从而减少了整车质量。b制动响应时间短，提高了制动性能，缩短了制动距离。c系统不需要制动液，维护容易、简单，采用电线连接，系统的耐久性能良好。d系统总成的制造、装配、调试、标定更快，易于采用模块化结构。e已经开发出具有容错功能的适用于汽车的网络通讯协议，如TTPC，Flex Ray等通讯协议可以应用到线控制动系统中。f易于进行改进和增加功能，可以并入汽车CAN通讯网络进行集中管理和共享信息。,汽车电子新技术,重庆大学汽车系 张伟,2.1.2 线控制动需面对的问题,线控制动技术为将来的智能化车辆提供了条件。基于现在的技术条件，要全面应用线控制动，还有很多问题需要面对。a驱动能源问题。采用线控制动需要较多的电能，目前12V的汽车电源无法提供足够大的能量，未来的汽车电源系统需采用高压电源(如42V电源系统)，加大能源供应，以满足各系统能量的需求，同时需解决好高压电源的安全问题。b设计制动系统时必须考虑制动系统的失效问题。不论是ECU、传感器、制动器本身、线束失效，都应能使制动系统保证制动的基本性能，除了ECU可以采用冗余设计外，实现线控制动的一个关键技术是制动系统失效时的信息通讯协议，如TTPC等的研究应用。c实现线控制动系统和汽车底盘其他控制系统的集成，仍有待研究。d成本比原有液压制动系统高，提高线控制动系统的性价比也是需要解决的问题。,汽车电子新技术,重庆大学汽车系 张伟,2.1.3 线控制动的应用,随着技术的进步，上述的各种问题会逐步得到解决。戴姆勒一克莱斯勒汽车公司已经把一种线控制动系统测控一体化制动系统安装在奔驰乘用车上，它是一种功能强大的机电一体化的系统。在汽车运行中，系统感知制动踏板的动作，并把相关信息传递给控制单元，控制单元发出指令给执行器，执行器控制各个车轮的制动，它可以根据制动踏板的加速度来识别是否是紧急制动，并做出迅速反应，缩短制动距离，这种系统会增加驾驶员的安全感和舒适感，使停车过程平顺。不久的将来会有更多的线控制动系统得到应用，很多汽车和零部件厂商都进行了线控制动系统的研究和推广，博世、西门子、特维斯等公司已经研制出一些试验成果，线控制动系统必将取代传统制动系统，汽车底盘进一步一体化、集成化，制动系统性能也会发生质的飞跃。,汽车电子新技术,重庆大学汽车系 张伟,2.2 线控转向系统,线控转向系统简称SBW(Steering By Wire System)，它由具有容错功能的网络相连接的控制单元、执行器、传感器和冗余电控单元组成，如图3所示，取消了转向盘与转向轮之间的机械连接，完全由电实现转向，摆脱了传统转向系统的各种限制。不但可以自由设计汽车转向的力传递特性，而且可以设计汽车转向的角传递特性，给汽车转向特性的设计带来无限的空间。驾驶员操作转向盘时，转向盘传感器检测驾驶员的转向数据(横摆角传感器、摄像机等)，向转向辅助系统ECU提供环境检测数据，转向数据和环境检测数据通过网络总线实时传送给电子控制单元ECU，ECU按照驾驶员的转向数据和环境检测数据，控制转向执行器动作实现转向，并将车轮的转角、转矩和路感等反馈给驾驶员。为确保转向系统安全可靠，系统设置了冗余电控单元，在紧急情况下，系统会忽略错误信息，使车辆安全平稳地运行。,汽车电子新技术,重庆大学汽车系 张伟,汽车电子新技术,重庆大学汽车系 张伟,汽车电子新技术,重庆大学汽车系 张伟,2.2.1 线控转向系统优点,线控转向系统能满足环保、节能和安全的汽车工业发展方向，是整个汽车智能化和自动化的线控技术的一个分支，具有良好的商业化和产业化的市场前景。其优点主要有以下几点。a改善了安全性。取消了转向柱等机械连接，避免了撞车事故中转向柱对驾驶员的伤害；电控单元根据汽车的行驶状态对驾驶员的操作做出相应的调整，当汽车运行在非正常工况时，能够自动对汽车进行稳定控制。b提高了舒适性。由于取消了机械结构连接，驾驶员的腿部活动空间明显增大，而且地面的不平和转向轮的不平衡不会传递到转向轴上，从而减缓了驾驶员的疲劳。c经济性好。取消了转向柱等机械连接，减轻了转向机械结构的质量，降低了汽车零部件的制造成本，改善了整车燃油经济性。d操纵稳定性好。线控转向系统改善了传统汽车转向系统不能解决的汽车转向过程中转向力和转向响应时间的矛盾，使得转向系统和转向盘同步工作，控制更加灵敏；具有变传动比特点的线控系统，克服了传统的固定转向角传动比所带来的转向特性随着汽车行驶姿态的不同而变化的缺点；通过优化控制稳定性因数，能提高整车的操纵稳定性。e个性化的设置。可以根据驾驶员的要求设置转向传动比和转向盘反馈力矩H，以满足不同驾驶员的要求和适应不同的驾驶环境，与转向相关的驾驶行为都可以通过软件来设置与实现。,汽车电子新技术,重庆大学汽车系 张伟,2.2.2 线控转向系统应用,2005年12月6-9日，2005上海国际汽车零部件及汽车用品展览会在上海国际展览中心举行，同济大学自主研发的“春晖三号一嘉乐”微型电动轿车在展会中亮相。“春晖三号一嘉乐”酷似甲壳虫，其最大亮点就是采用了线控转向技术。属于线控转向四轮驱动的微型概念车。863计划电动汽车专项首席科学家、同济大学校长万钢教授领衔研发了“线控转向四轮驱动微电动轿车技术”汽车。汽车的4个车轮边上各有一个轮毂电机，通过线传电控技术控制车轮的转向和车速，提高了整车的主动安全性和操纵稳定性。同时，该车采用了高能蓄电池和小型氢燃料电池的混合动力，凸显出环保、节能的理念。,汽车电子新技术,重庆大学汽车系 张伟,2.3 线控油门(throttle by-wire),线控油门，也称为电控油门，即发动机的油门是通过电子控制的。传统的油门控制方式是驾驶员通过踩油门踏板，由油门拉杆直接控制发动机油门的开合程度，从而决定加速或减速，驾驶员的动作与油门动作之间是通过拉杆的机械作用连接的。而线控油门用电子连接代替机械连接，驾驶员仍然通过踩油门踏板控制拉杆，拉杆不是直接连接到油门，而足连着一个油门踏板位置传感器，传感器将拉杆的位置变化转变为电信号传送至汽车的电子控制单元，电子控制单元将采集到的相关传感器信号经过处理后发送指令至油门执行器控制模块，油门执行器控制模块再发送信号给油门执行器，从而控制油门的开合程度。也就是说驾驶员的动作与油门的动作之闭足通过电子元件的电信号连接的。线控油门比传统油门控制方式精确，发动机能够根据汽车的各种行驶信息，精确调节进入气缸的燃油空气混合气，改善发动机的燃烧状况，从而大大提高了汽车的动力性和经济性。,汽车电子新技术,重庆大学汽车系 张伟,汽车电子新技术,重庆大学汽车系 张伟,汽车电子新技术,重庆大学汽车系 张伟,汽车电子新技术,重庆大学汽车系 张伟,丰田在LS430上采用了全电子的线控油门系统，如图4所示。系统有2个加速踏板位置传感器，都发送数据给发动机控制单元ECM，如果其中一个没有信号，汽车仍能行驶，同时发动机报警灯点亮；如果2个都没有信号，则发动机工作在怠速状态。线控油门系统根据驾驶员的动作，分析驾驶员的意图，精确地控制油门，增加了驾驶稳定性和动力经济性。,汽车电子新技术,重庆大学汽车系 张伟,在新一代雅阁V6轿车的2.4L和3.0L发动机上就采用了线控油门的新技术。通过传感器监测油门踏板位置，ECU对动力进行控制。其优点是改善的平顺性、经济性，缺点是稍有滞后。此外由线控技术带来的另一个好处是巡航功能，其控制键被集成在转向盘上，携作简单便捷。本田汽车公司Civic系列采用了1台1.8l i-VTEC四气缸发动机，能够发出103kW的最大功率峰值转矩可以达到174Nm，几乎超过了所有自然趔气式同排量的国产车型。这台发动机应用了本田埽新的i-VTEC技术，配以采用线控技术的节气门，够非常有效地提高燃油经济性，降低有害物的捌放。而且进气效率和压缩比都进一步提高，造就了强大的输出功率。,汽车电子新技术,重庆大学汽车系 张伟,2.4 燃料电池线控汽车通用HY,HY线控汽车一改传统机械连杆的传动方式采用电子信号来操纵油门、制动和转向机构。取了传统的转向盘、油门、制动踏板，所有的操作都集中在一个手柄上，驾驶员可以用一只手完成所确的操作。当驾驶员要加速或减速时，可以向左或者向右推动手柄；制动按钮也安装在这个手柄上，要制动时按一下制动按钮；当转弯时，驾驶员只需向上或者向下推动手柄。电子线控装置构成了一套操作灵活方便的控制单元，这一套控制单元被称为“X-drive”。它取代了传统的转向盘等，使得驾驶员用一只手就可以完成所有的加速、减速(制动)、转弯等操作。,汽车电子新技术,重庆大学汽车系 张伟,3.汽车线控技术的应用前景,在国内，除了同济大学研究完成的线控转向系统外，由北京理工大学完成的“一种电动车辆动力系统关键技术产品及其应用”获得了2004年度国家技术发明奖。其中的一项技术就是利用线控同步换档和行星传动技术，取消了主离合器，简化了换档机构，研制了一种结构简单、性能匹配优良的线控行星变速器。线控技术研究的难点在于高性能控制器的研制，要求在整个系统中有精确高速的通讯协议网络，使控制中心和执行器之间能完全协调、匹配工作；而且需要高效的容错技术，使得系统出现故障时能够保障一定的安全，即系统有好的可靠性。目前线控技术在汽车中的应用还不成熟。但随着汽车各系统的电子化、集成化的发展需要，线控技术发展迅速，作为一种汽车高新电子技术，线控技术必将得到广泛的应用。但电子化不可能完全取代机械化，机械系统的损坏通常都是有过程的，而线控制系统的失效是瞬间的，造成的后果就可能非常严重。,汽车电子新技术,重庆大学汽车系 张伟,三、汽车导航系统的发展与应用,将各种先进技术运用到汽车上，以减少交通事故、提高运输效率、减轻驾驶员劳动负荷的思想应运而生，从而产生了一门新兴的交叉学科智能交通系统(ITS)。ITS是一种实时、高效的交通运输综合管理和控制系统，它的主要目标是充分利用现有交通资源，达到现有交通资源的效益最大化。它把车辆和道路综合起来，不仅可以系统地解决交通问题，而且对社会许多领域都将产生积极的影响。作为实施ITS的重要内容和项目之一，智能车辆定位、导航系统的研制与生产正显示出巨大的发展空间和市场潜力。卫星导航技术于20世纪80年代末引入我国，迄今已在大地测量、海洋运输及渔业、车辆定位监控等领域得到了一定程度的应用，同时也有相当一批企业将其介入到相关制造及运营服务中。,汽车电子新技术,重庆大学汽车系 张伟,1.汽车导航系统的应用技术,当前的汽车导航系统包括两部分，即全球定位系统和车辆自动导航系统。汽车导航设备一般是由GPS天线、集成了显示屏幕功能按键的主机、语音输出设备(一般利用汽车音响系统输出语音提示信息)构成。受车内安装位置的限制，一般汽车导航设备均与汽车视像音响合成在一起，可以播放CD和DVD碟片，其中DVD驱动器负责读取电子地图DVD光盘，因此一些汽车导航系统又称为DVD导航系统。1.1全球定位系统(GPS)即GPS(Global Positioning System)，它是由空间卫星、地面监控装置和用户接收装置三大部分组成的。空间卫星由24颗卫星组成一个分布网络，分别分布在6条离地面2万公里、倾斜角为55的地球准同步轨道上，每条轨道上有4颗卫星。GPS卫星每隔12小时绕地球一周，使地球上任一地点都能同时接收79颗卫星的信号。地面共有1个主控站和5个监控站负责对卫星的监视、遥测、跟踪和控制。它们负责对每颗卫星进行观测，并向主控站提供观测数据。主控站收到数据后，计算出每颗卫星在每一时刻的精确位置，并通过3个注入站将它传送到卫星上去，卫星再将这些数据通过无线电波向地面发射。,汽车电子新技术,重庆大学汽车系 张伟,汽车电子新技术,重庆大学汽车系 张伟,1.2 汽车导航系统车载装置,汽车导航系统中的GPS信号接收器接收卫星发送的信号，根据卫星信号计算出地面接收机的当前位置。如果地面接收机同时收到4颗以上的卫星信号，就能根据卫星的精确位置及发送信号的时刻，通过计算求得当前地点的位置。汽车导航系统通过车轮转速传感器、地磁传感器和偏航传感器等三种传感器获取数据，确定汽车的速度和位置。车轮转速传感器记录车轮的速度，产生的脉中信号用于定时计算行驶距离和方向的变化。地磁传感器通过励磁绕组感应出电压脉冲，测量出沿途地磁场水平分量的大小，并与起始点磁场比较，为车载电脑提供补偿数据。电子地图存储汽车运行区域的所有数据，车载电脑与存储道路网络数据不断比较判断，更正定位误差，从而确定最佳行驶路径。目前，先进的汽车导航系统多采用单片机结构，嵌入式操作系统，软件代码存储于ROM中，ROM常在嵌入式系统中担任存放作业系统的任务，代码简洁，运行可靠，启动及关闭迅速，具有几乎完整的PC组件和输入、输出端口，能适应汽车恶劣的工作环境，在高温或低温以及剧烈振动的环境下能可靠工作。,汽车电子新技术,重庆大学汽车系 张伟,汽车电子新技术,重庆大学汽车系 张伟,汽车电子新技术,重庆大学汽车系