科技进步带来的巨变 汽车电子技术发展史

2009-02-20 21:47:06来源: 呼啸而来

      汽车本来是主要偏向于机械配合的一项技术,可就在近几十年随着电子技术的迅猛发展,各行各业都开始提倡机电一体化。汽车也不例外,如今的汽车技工如果还停留在以前的纯经验积累式修车,那也只能证明他从事汽车行业的时间很久了而已。如今的汽车上都是动辄数百个电子元件,数以捆计的汽车线路控制着汽车多个部门的协调工作,汽车电子技术已经全面覆盖汽车行业。如今的汽车先进的技术都于电子技术挂钩:电喷发动机,电动车窗,电动座椅,电控车身稳定系统,电子显示屏,电控悬架等等。而如今的汽车都配备了一个电脑—ECU来调节整个汽车的运行,汽车电子技术已经成了汽车技术进步的最大源泉。国外专家预测未来3-5年内汽车上装用的电子装置成本将占汽车整车成本的25%以上,汽车将由单纯的机械产品向高级的机电一体化产品方向发展,成为所谓的“电子汽车”。 

      当然汽车并不是以前跟电路豪无关系,归结起来,早期的汽车电路主要是能量的转换,如今的电子技术主要在于汽车整体的控制。

点火系统

      回顾一下汽车上最早的电路非汽油机的点火系统莫属。要点燃汽缸里的汽油,就必须不停的产生火花,于是那时侯的科学家利用了电磁感应原理在汽车内用线圈制造了一个小型变压器使火花塞瞬间能产生极高的电压而点火。这项技术在现代的汽车上依然通用!

起动系统

      另外一项早期的汽车与电路相关的非起动机莫属,早期的汽车都是用手摇式起动(就像如今的部分拖拉机),但手摇式对于女性很不方便。于是就又了起动机的发明,据传,起动机的发明是由于一起事故的发生。一位英国绅士帮一位半路熄火的凯迪拉克姑娘起动汽车时,起动杆反打导致这位绅士死亡,而这位绅士正是当时通用老总的好朋友,于是一场技术攻坚战在老总的下令下开始展开,起动机通过电能转化为推动飞轮旋转的机械能的工作形式也确立了下来。如今的起动机依然是这样的工作原理,只是做工和耐久度上更加完善了而已。

      在很长的一段时间内,汽车上的电子技术也仅仅局限于电机带动的工作方面,可以说很长一段时间内,汽车仅仅是一个带了几个电路的“纯”机械怪兽而已。但随着科学家对电子技术的突破发展,汽车电子技术也迎来了春天。

汽车电子技术在发动机上的应用:

  1.电子控制喷油装置(EFI)

      在现代汽车上,机械式或机电混合式燃油喷射系统已趋于淘汰,电控燃油喷射装置因其性能优越而得到了日益普及。电子喷油装置可以自动地保证发动机始终工作在最佳状态,使其在输出一定功率的条件下最大限度地节油和净化空气。经过实验并修正得到发动机最佳工况时的供油控制规律、事先把这些客观规律编成程序存在微机的存储器中,当发动机工作时,根据各传感器测得的空气流量、排气管中含氧量、进气温度、发动机转速及工作温度等参数,按预先编好的运算程序进行运算、然后和内存中的最佳工况的参数进行比较和判断再调整供油量。这样就能够使发动机一直处于最优工作条件下运行,从而使发动机的综合性能得到提高。

      2.电子点火装置(ESA)

      它由微机、传感器及其接口、执行机构等几部分构成。该装置可根据传感器送来的发动机各种参数进行运算、判断,然后进行点火时刻的调节,这样可以节约燃料,减少空气污染。此外,新型发动机电子控制装置还有自适应控制、智能控制及自诊断操作等。一般认为,发动机电子控制装置的节能效果在15%以上,而效果更明显的则是在环境保护方面。

      除此之外,在发动机部分利用电子技术的内容还有:废气再循环(EGR)、怠速控制(ISC)、电动油泵、发电机输出、冷却风扇、发动机排量、节气门正时、二次空气喷射、发动机增压、油汽蒸发及系统自我诊断功能等,它们在不同的车型上都或多或少地被应用。

      3,智能可变气门正时技术(VVT-I)

      为了使发动机获得最佳的空然比,使发动机在不同转速能得到不同的燃油供应,丰田的智能可变气门正时技术相当又代表性。

       VVT-i系统由传感器、ECU和凸轮轴液压控制阀、控制器等部分组成。ECU储存了最佳气门正时参数值,曲轴位置传感器、进气歧管空气压力传感器、节气门位置传感器、水温传感器和凸轮轴位置传感器等反馈信息汇集到ECU并与预定参数值进行对比计算,计算出修正参数并发出指令到控制凸轮轴正时液压控制阀,控制阀根据ECU指令控制机油槽阀的位置,也就是改变液压流量,把提前、滞后、保持不变等信号指令选择输送至VVT-i控制器的不同油道上。

电子技术在底盘上的应用:

      1.电控自动变速器(ECT)

      ECT可以根据发动机的载荷、转速、车速、制动器工作状态及驾驶员所控制的各种参数,经过计算机的计算、判断后自动地改变变速杆的位置,从而实现变速器换挡的最佳控制,即可得到最佳挡位和最佳换挡时间。它的优点是加速性能好、灵敏度高、能准确地反映行驶负荷和道路条件等。传动系统的电子控制装置,能自动适应瞬时工况变化,保持发动机以尽可能低的转速工作。电子气动换挡装置是利用电子装置取代机械换挡杆及其与变速机构间的连接,并通过电磁阀及气动伺服阀汽缸来执行。它不仅能明显地简化汽车操纵,而且能实现最佳的行驶动力性和安全性。

      2.防抱死制动系统(ABS)

      该系统是一种开发时间最长、推广应用最为迅速的重要的安全性部件。它通过控制防止汽车制动时车轮的抱死来保证车轮与地面达到最佳滑动率(15-20%),从而使汽车在各种路面上制动时,车轮与地面都能达到纵向的峰值附着系数和较大的侧向附着系数,以保证车辆制动时不发生抱死拖滑、失去转向能力等不安全的工况,提高汽车的操纵稳定性和安全性,减小制动距离。驱动防滑系统(ASR)也叫做牵引力控制系统(TCS或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。

      3.电子转向助力系统(EPS)

    电子转向助力系统是用一部直流电机代替传统的液压助力缸、用蓄电池和电动机提供动力。这种微机控制的转向助力系统和传统的液压助力系统比起来具有部件少、体积小、重量轻的特点,最优化的转向作用力、转向回正特性,提高了汽车的转向能力和转向响应特性,增加了汽车低速时的机动性以及调整行驶时的稳定性。

      4.适时调节的自适应悬挂系统

      自适应悬挂系统能根据悬挂装置的瞬时负荷,自动地适时调节悬架弹簧的刚度和减震器的阻尼特性,以适应当时的负荷,保持悬挂的既定高度。这样就能够极大地改进车辆行驶的稳定性、操纵性和乘坐的舒适性。

      5.定速巡行自动控制系统(CCS)

      在高速长途行驶时,可采用常速巡行自动控制系统,恒速行驶装置将根据行车阻力自动调整节气门开度,驾驶员不必经常踏油门以调整车速。若遇爬坡,车速有下降趋势,微机控制系统则自动加大节气门开度;在下坡时,又自动关小节气门开度,以调节发动机功率达到一定的转速。当驾驶员换低速挡或制动时,这种控制系统则会自动断开。

      随着世界各大汽车产家对汽车安全问题的高度重视,安全气囊系统、行驶动力学调节系统(FDR或VDC)、防撞系统、安全带控制、照相控制等方面已大量采用了电子新技术。

汽车电子技术发展趋势

      当前,汽车电子技术进入了优化人-汽车-环境的整体关系的阶段,它向着超微型磁体、超高效电机以及集成电路的微型化方向发展,并为汽车上的集中控制提供了基础(例如制动、转向和悬架的集中控制以及发动机和变速器的集中控制)。汽车电子技术成就汽车工业的未来,未来汽车电子技术应在以下几方面进行突破。

      1.传感器技术

      由于汽车电子控制系统的多样化,使其所需要的传感器种类和数量不断增加。为此,研制新型、高精度、高可靠性和低成本的传感器是十分必要的。未来的智能化集成传感器,不仅要能提供用于模拟和处理的信号,而且还能对信号作放大和处理。同时,它还能自动进行时漂、温漂和非线性的自校正,具有较强的抵抗外部电磁干扰的能力,保证传感器信号的质量不受影响,即使在特别严酷的使用条件下仍能保持较高的精度。它还具有结构紧凑、安装方便的优点,从而免受机械特性的影响。

      2.微处理机技术

      微处理机的出现给汽车仪表带来了革命性的变化,世界汽车工业的微处理机用量激增,由从前单一的仪器逐步发展为多用途、智能化仪表,不但可以很精确地把汽车上所有的待测量都检测出来,分别显示和打印需要的结果,而且还有运算、判断、预测和引导等功能。如可监视汽车各大部件的工作情况,还可以对蓄电池电压、轮胎气压、车速等检测量的高低限量进行报警。微处理机将更广泛地应用于安全、环保、发动机、传动系、速度控制和故障诊断中。

      3.软件新技术应用

      随着汽车电子技术应用的增加,对有关控制软件的需求也将会增加,并可能要求进一步计算机联网。因此,要求使用多种软件,并开发出通用的高水平语言,以满足多种硬件的要求。轿车上多通道传输网络将大大地依赖于软件,软件总数的增加及其功能的提高,将能够使计算机能完成越来越复杂的任务。

      4.智能汽车及智能交通系统(ITS)的研究及应用

    汽车智能化相关的技术问题已受到汽车制造商们的高度重视。其主要技术中“自动驾驶仪”的构想必将依赖于电子技术实现。智能交通系统(ITS)的开发将与电子、卫星定位等多个交叉学科相结合,它能根据驾驶员提供的目标资料,向驾驶员提供距离最短而且能绕开车辆密度相对集中处的最佳行驶路线。它装有电子地图,可以显示出前方道路、并采用卫星导航。从全球定位卫星获取沿途天气、车流量、交通事故、交通堵塞等各种情况,自动筛选出最佳行车路线。未来的某天,路上行驶的都会是由计算机控制的智能汽车。

      5.多通道传输技术

    多通道传输技术由试验室将逐步进入实用阶段。采用这种技术后,使各个数据线成为一个网络,以便分离汽车中心计算机的信息。微处理机可通过网络接收其它单元的信号。传感器和执行机构之间要有一个新式接口,以便与多通道传输系统相联系。

      6.数据传输载体方面的电子新技术应用

    汽车电子技术未来将实现整车控制系统。这一系统要求有一个庞大而复杂的信息交换与控制系统,车用计算机的容量要求更大,计算速度则要求更高。由于汽车用计算机控制系统的数量日益增多,采用高速数据传输网络日益显得必要。光导纤维可为此传输网络提供传输介质,以解决电子控制系统防电磁干扰的问题。

      7.汽车车载电子网络

    随着电控器件在汽车上越来越多的应用,车载电子设备间的数据通信变得越来越重要。以分布式控制系统为基础构造汽车车载电子网络系统是很有必要的。大量数据的快速交换、高可靠性及价廉是对汽车电子网络系统的要求。在该系统中,各从处理机独立运行,控制改善汽车某一方面的性能。同时在其它处理机需要时提供数据服务。主处理机收集整理各从处理机的数据,并生成车况显示。通信控制器保证数据的正常流动。

总结:

      汽车电子技术的发展及其大规模地应用是从20世纪70年代末开始的,从20世纪70年代到80年代,大致经历了3个发展阶段。

      第一个发展阶段为1971年以前,开始生产技术起点较低的交流发电机、电压调节器、电子闪光器、电子喇叭、间歇刮水装置、汽车收音机、电子点火装置和数字钟等。

      第二个发展阶段为1974~1982年,以集成电路和16位以下的微处理器在汽车上的应用为标志。主要包括电子燃油喷射、自动门锁、程控驾驶、高速警告系统、自动灯光系统、自动除霜控制、防抱死系统、车辆导向、撞车预警传感器、电子正时、电子变速器、闭环排气控制、自动巡航控制、防盗系统、实车故障诊断等电子产品。这期间最具代表性的是电子汽油喷射技术的发展和防抱死(ABS)技术的成熟,使汽车的主要机械功能用电子技术来控制。但是,在此阶段机械与电器的联接并不十分理想。

      第三个发展阶段为1982~1990年,微电脑在汽车上的应用日趋可靠和成熟,并向智能化方向发展。开发的产品有胎压控制、数字式油压计、防睡器、牵引力控制、全轮转向控制、直视仪表板、声音合成与识别器、电子负荷调节器、电子道路监视器、蜂窝式电话、可热式挡风玻璃、倒车示警、高速限制器、自动后视镜系统、道路状况指示器、电子冷却控制和寄生功率控制等。

      从2005年开始,可以说进入了汽车电子技术的第四个发展阶段。微波系统、多路传输系统、ASKS-32位微处理器、数字信号处理方式的应用,使通讯与导向协调系统、自动防撞系统、动力最优化系统、自动驾驶与电子地图技术得到发展,特别是智能化汽车的出现。当然目前第三代技术有些我们都还没办法实现。

      汽车电子化是现代汽车发展的重要标志。从现代汽车上所使用的电子设备的价格比例看,欧美汽车上所用的电子设备的价格已占到整车价格的15%~20%,而我国生产的汽车,目前所用的电子设备的价格只占到整车价格的2.5%。从世界汽车电子市场的销售来看,1991年,每辆汽车平均消耗电子产品的费用只占到整车的10%,1998年则接近15%,而2003年已经提高到20%,某些车型则更高。现代汽车电子技术的应用不仅提高了汽车的动力性、经济性和安全性,改善了汽车行驶的稳定性和舒适性,推动了汽车产业的发展,而且还为电子产品开拓了更加广阔的市场,从而推动了电子产业的发展。作为汽车产业和电子产业结合的产物,汽车电子产业的发展已经驶上了快车道。
 

关键字:汽车  电子技术  传感器  系统  控制  技术

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qcdz/2009/0220/article_748.html
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