汽车电子新技术概论

汽车电子新技术概论重庆大学汽车学院张伟2014年11月18日13368252827汽车电子新技术重庆大学汽车系张伟一、概述目前，汽车技术正在经历一次快速的演变，这种演变由四个大趋势推动:为所有人提供移动性为所有人打造更洁净的世界为所有人提供安全性将所有人都连接起来与以往的汽车相比，汽车正变得更安全、更高能效、并能提供更令人愉悦的驾驶体验，如今，汽车如今已经成为驾驶者个人生活空间的延伸。许多改进都得益于电子技术的创新。1.汽车电子技术的发展概况汽车电子技术发展简史在现代汽车上，电子技术的应用越来越广泛，涉及到发动机控制技术、底盘控制技术、车身控制技术、车辆行驶控制技术及信息通讯技术等方面。它的发展大致经历了三个大的阶段：第一阶段(20世纪60~70年代末)——电子化时期主要开发单独性的电子零部件，从而改善单个机械部件的性能。如整流器、调节器、晶体管无触点点火、闪光器、电子时钟等。汽车电子新技术重庆大学汽车系张伟第二阶段(20世纪70~90年代初)——独立控制时期由于大规模集成电路、计算机技术和控制技术的发展，开发一些独立的控制系统，如发动机控制系统、ABS控制系统、安全气囊、巡航控制系统等。该阶段是汽车电子化快速发展的时期，各个单独系统的控制技术逐渐成熟。第三阶段(20世纪90年代至现在)——协调控制时期由于32位、64位微机的出现和控制技术的日趋成熟，同时汽车电子技术多学科交叉的特点更加明显，汽车电子系统的设计更加从整体的角度来考虑。开始广泛应用计算机网络与信息技术，使汽车更加自动化、智能化、并向汽车与社会环境的联结方向转移。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.汽车电子新技术一览较普及待普及发动机EFI,ESA,EGR,EVAP,VVT,TSI,变速器ECT(AMT,EAT),CVTDCT车辆ABS,ASR,LSD,CCS,EPS,4WS,4WD,TEMSDBW,CAN,GPS,EBS,EBD,ESP,EHB,OPDS二、发动机控制系统1.电子控制喷油装置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(脉谱表)，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。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1.1电控汽油喷射系统概述(一)电控汽油喷射系统的供油特性对燃油喷射进行精确控制，可使发动机在各种工况下获得合适浓度的混合气。混合气浓度的控制可采用氧传感器进行闭环控制，但对特殊的运行工况，如需加浓混合气时，采用开环控制。(二)电控燃油喷射系统的优点1．提高发动机输出功率和转矩；2．降低燃油消耗；3.减少排放污染；4．改善使用性能。汽车电子新技术重庆大学汽车系张伟1.2电控汽油喷射系统分类1）．按喷油器安装部位分类有缸内喷射（GDI）和缸外喷射，缸外喷射方式是目前普遍采用的喷射方式。根据喷油器和安装位置的不同可分为单点喷射方式和多点喷射方式。(1)多点喷射(MPI)；(2)单点喷射(SPI)2）.按喷射油压分类有高压喷射(高于进气管压力200kPa以上)和低压喷射(低于进气管压力200kPa以下)。高压喷射多用于MPI系统中，低压喷射广泛用于SPI系统中。汽车电子新技术重庆大学汽车系张伟3).按进气量的检测方式分类(1)流量型：流量型中又有L型(体积流量)和LH型(质量流量)两种。(2)压力型(D型)：D型系统根据进气管内绝对压力间接计量发动机进气量。4）.按喷射定时分类(1)连续喷射：燃油喷射的时间占有全循环的时间。连续喷射仅限于进气管喷射（SPI）的情况。(2)间歇喷射：可分为与发动机转动同步和异步两种喷射方式。与发动机转动同步的间歇喷射方式又可分为：同时喷射、分组喷射顺序三种。汽车电子新技术重庆大学汽车系张伟1.3电控汽油喷射系统的组成主要由进气系统、燃油供给系统和电子控制系统三部分组成。1).进气系统：其功用是为发动机提供必需的空气。2).燃油供给系统：喷油器按发动机控制的喷油脉冲信号把汽油喷人进气道。当冷却水温度低时，冷起动喷油器将汽油喷人进气总管，以改善发动机低温时的起动性能。3).电子控制系统：功用是根据各种传感器的信号，由计算机进行综合分析和处理，通过执行装置控制喷油量等，使发动机具有最佳性能。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1.4工作原理ECU根据空气流量计(L型)或进气歧管压力传感器(D型)和转速传感器等的信号确定进入汽缸的空气量，根据其他传感器的信号判断发动机的工况，据此确定空燃比要求，也就可以确定每一个循环的基本供油量。然后根据各种传感器的信号进行点火提前角、温度、节气门开度、空燃比等各种工作参数的修正，最后确定某一工况下的最佳喷油量。汽车电子新技术重庆大学汽车系张伟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。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有分电器的点火系无分电器点火系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3.发动机其他控制系统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、燃油蒸气收集系统（EVAP）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。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4.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(VariableValveTiming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。配气相位对发动机的影响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。改变凸轮轴相角的可变配气相位机构改变链轮相位工作原理改变凸轮与链轮间相位（螺旋花键）改变凸轮与链轮间相位（转子油缸）改变凸轮与气门之间联结工作原理改变杠杆支点位置变换凸轮型线的可变配气相位机构Fiat机械液力式VVT汽车电子新技术重庆大学汽车系张伟工作原理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5.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FuelStratifiedInjection（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TurboFSI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5.1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。TSI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，防止增压器过热；连续可变配气相位（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。汽车电子新技术重庆大学汽车系张伟5.2TSI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5.3TSI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，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。通过一个活塞泵提供所需的100bar以上的压力，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。三、电控自动变速器EC