【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ............................................................................................................................................................ 27 湖 北 汽 車 工 業(yè) 學(xué) 院 畢 業(yè) 論 文 1 1 設(shè)計(jì)總則 課題的來源 本課題《淺談電子技術(shù)在汽車上的應(yīng)用》來源于湖北汽車工業(yè)學(xué)院汽車工程系汽車教研室。 設(shè)計(jì)背景 汽車電子 的介紹 汽車電子是車體汽車電子控制裝置和車載汽車電子控制裝置的總稱。車體汽車電子控制裝置，包括發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)、底盤控制系統(tǒng)和車身電子 控制系統(tǒng)（車身電子 ECU）。汽車電子最重要的作用是提高汽車的安全性、舒適性、經(jīng)濟(jì)性和娛樂性。用 傳感器 、微處理器 CPU、執(zhí)行器、數(shù)十甚至上百個(gè)電子元器件及其零部件組成的電控系統(tǒng)。 汽車電子化被認(rèn)為是汽車技術(shù)發(fā)展進(jìn)程中的一次革命，汽車電子化的程度被看作是衡量現(xiàn)代汽車 水平的重要標(biāo)志，是用來開發(fā)新車型，改進(jìn)汽車性能最重要的技術(shù)措施。 汽車制造商認(rèn)為增加汽車電子設(shè)備的數(shù)量、促進(jìn)汽車電子化是奪取未來汽車市場(chǎng)的重要的有效手段。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，從 1989 年至 2021 年，平均每輛車上電子裝置在整個(gè)汽車制造成本中所占的比例由 16％ 增至 23％ 以上。一些豪華轎車上，使用 單片微型計(jì)算機(jī) 的數(shù)量已經(jīng)達(dá)到48 個(gè)，電子產(chǎn)品占到整車成本的 50％ 以上，目前電子技術(shù)的應(yīng)用幾乎已經(jīng)深入到汽車所有的系統(tǒng)。 湖 北 汽 車 工 業(yè) 學(xué) 院 畢 業(yè) 論 文 2 類別 按照對(duì)汽車行駛性能作 用的影響劃分，可以把汽車電子產(chǎn)品歸納為兩類：一類是汽車電子控制裝置，汽車電子控制裝置要和車上 機(jī)械系統(tǒng) 進(jìn)行配合使用，即所謂 “ 機(jī)電結(jié)合 ” 的汽車電子裝置；它們包括發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤、車身電子控制。例如電子 燃油噴射系統(tǒng) 、制動(dòng)防抱死控制、防滑控制、牽引力控制、電子 控制懸架、電子控制自動(dòng)變速器、電子動(dòng)力轉(zhuǎn)向等，另一類是車載汽車電子裝置，車載汽車電子裝置是在汽車環(huán)境下能夠獨(dú)立使用的電子裝置，它和汽車本身的性能并無直接關(guān)系。它們包括汽車信息系統(tǒng)（行車電腦）、導(dǎo)航系統(tǒng)、汽車音響及電視娛樂系統(tǒng)、車載通信系統(tǒng)、上網(wǎng)設(shè)備等。 目前電子技術(shù)發(fā)展的方向 集中綜合控制發(fā)展：將 發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng) 和自動(dòng)變速器控制系統(tǒng)，集成為動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合控制（ PCM） ；將制動(dòng)防 抱死控制系統(tǒng)（ ABS）、 牽引力控制系統(tǒng) （ TCS）和驅(qū)動(dòng)防滑控制系統(tǒng)（ ASR）綜合在一起進(jìn)行制動(dòng)控制；通過中央底盤控制器，將制動(dòng)、懸架、轉(zhuǎn)向、動(dòng)力傳動(dòng)等控制系統(tǒng)通過總線進(jìn)行連接。控制器通過復(fù)雜的控制運(yùn)算，對(duì)各子系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)，將車輛行駛性能控制到最佳水平，形成一體化底盤控制系統(tǒng)（ UCC） 。 由于汽車上的電子電器裝置數(shù)量的急劇增多，為了減少連接導(dǎo)線的數(shù)量和重量，網(wǎng)絡(luò)、總線技術(shù)在此期間 有了很大的發(fā)展?？偩€技術(shù)是將各種汽車電子裝置連接成為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，通過數(shù)據(jù)總線發(fā)送和接收信息。電子裝置除了獨(dú)立完成各自的控制功能外，還可以為其它控制裝置提供數(shù)據(jù)服務(wù)。由于使用了網(wǎng)絡(luò)化的設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化了布線，減少了電氣節(jié)點(diǎn)的數(shù)量和導(dǎo)線的用量，使裝配工作更為簡(jiǎn)化，同時(shí)也增加了信息傳送的可靠性。通過數(shù)據(jù)總線可以訪問任何一個(gè)電子控制裝置，讀取故障碼對(duì)其進(jìn)行故障診斷，使整車維修工作變得更為簡(jiǎn)單。 變化 湖 北 汽 車 工 業(yè) 學(xué) 院 畢 業(yè) 論 文 3 汽車電子技術(shù) 的應(yīng)用將使汽車發(fā)生以下主要變化： 一、汽車的機(jī)械結(jié)構(gòu)還將發(fā)生重大的變化，汽車的各種操縱系統(tǒng)向電子化和電動(dòng)化發(fā)展，實(shí)現(xiàn) “ 線操控 ” 。用導(dǎo)線代替原來的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，例如 “ 導(dǎo)線制動(dòng) ” 、 “ 導(dǎo)線轉(zhuǎn)向 ” 、 “ 電子油門 ” 等。 二、汽車 12 伏 供電系統(tǒng) 向 42 伏轉(zhuǎn)化。 隨著汽車電子裝置越來越多，消耗的電能正在大幅度地增加?，F(xiàn)有的 12 伏動(dòng)力電源，已滿足不了汽車上所 有電氣系統(tǒng)的需要。今后將采用集成起動(dòng)機(jī)－發(fā)電機(jī) 42伏供電系統(tǒng)，發(fā)電機(jī) 最大輸出功率 將會(huì)由目前的 1 千瓦提高到 8 千瓦左右，發(fā)電效率將會(huì)達(dá)到 80％ 以上。 42 伏汽車電氣系統(tǒng)新標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，將會(huì)使汽車電器零部件的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)發(fā)生重大的變革，機(jī)械式的繼電器、熔絲式保護(hù)電路將被淘汰。 三、 汽車電子技術(shù)的應(yīng)用將使汽車更加智能化。智能汽車裝備有多種 傳感器 ，能夠充分感知駕車者和乘客的狀況，交通設(shè)施和周邊環(huán)境的信息，判斷乘員是否處于最佳狀態(tài)，車輛和人是否會(huì)發(fā)生危險(xiǎn)，并及時(shí)采取對(duì)應(yīng)措施。 今天，社會(huì)進(jìn)入了信息網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，人們希望汽車不僅僅是一種代步工具，更希望在汽車是生活及工作范圍的一種延伸，在汽車上就像呆在自己的辦公室和家里一樣，可以收聽廣播，打電話，上互聯(lián)網(wǎng)，處理工作。隨著數(shù)字技術(shù)的進(jìn)步，汽車也將步入多媒體時(shí)代。利用 windows 操作系統(tǒng) 開發(fā)的車載計(jì)算機(jī) 多媒體系統(tǒng) ，具有信息處理、通訊、導(dǎo)航、防盜、語言識(shí)別、圖像顯示和娛樂等功能?？梢灶A(yù)見到的將來，汽車裝置自動(dòng)導(dǎo)航和輔助駕駛系統(tǒng)，駕駛員可把行車的目的地輸入到 汽車電腦 中，汽車就會(huì)沿著最佳行車路線行駛到達(dá)目的地。人們可以通過語言識(shí)別系統(tǒng)操縱著車內(nèi)的各種設(shè)施，一邊駕駛著汽車，一邊欣賞著音樂電視，還可上網(wǎng)預(yù)定飯桌、機(jī)票等 。 湖 北 汽 車 工 業(yè) 學(xué) 院 畢 業(yè) 論 文 4 2 我國(guó)汽車電子行業(yè)呈現(xiàn)的七大特點(diǎn)分析 汽車電子信息產(chǎn)品是一大市場(chǎng)，市場(chǎng)將年增 7%，車載 遠(yuǎn)程信息處理系統(tǒng) 市場(chǎng)達(dá)到200 億美元。據(jù) 汽車用品之家 社區(qū)，專家介紹隨著我國(guó)汽車業(yè)發(fā)展迅速，目前我國(guó)汽車電子業(yè)呈現(xiàn)出七大發(fā)展特點(diǎn)： 一、汽車工業(yè)正處于科技創(chuàng)新時(shí)代，傳統(tǒng)機(jī)電產(chǎn)品成為 高新技術(shù)產(chǎn)品 ，汽車產(chǎn)業(yè)已成為高新技術(shù)裝備起來的產(chǎn)業(yè)。 二、法規(guī)和市場(chǎng)推動(dòng)著汽車電子 信息技術(shù) 的發(fā)展，能源、排放、噪聲、安全法規(guī)日趨嚴(yán)格，客戶對(duì)舒適性的要求不斷提高，推動(dòng)著汽車電子信息技術(shù)的發(fā)展。我國(guó)也將實(shí)施歐 Ⅲ 排放標(biāo)準(zhǔn)， 歐洲 將實(shí)施歐 Ⅳ 排放標(biāo)準(zhǔn)， 德國(guó) 已開發(fā)出百公里油耗一升的汽車。提升 汽車安全 性的安全帶、 安全氣囊 、 ABS、 ASR 等都已智能化。 三、汽車和發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)微處理器的規(guī)模越來越大。汽車微處理器越來越多，有的車型達(dá) 60 個(gè)，并采用 LIN、 CAN 網(wǎng)絡(luò)控制 ，汽車電子產(chǎn)品已占汽車總成本的 1/3， 軟件 部分占 4%，這一兩年預(yù)計(jì)將超過 10%。 IC 也將不斷趨于集成化，如今的一個(gè) IC 可實(shí)現(xiàn)相當(dāng)于以前多個(gè) IC 的功能。為適應(yīng) 電子系統(tǒng) 發(fā)展需求，汽車供電系統(tǒng)將從 12V 發(fā)展到 42V。 四、將普及電控 電噴系統(tǒng)，提高動(dòng)力系統(tǒng)效率，可以看出所有發(fā)動(dòng)機(jī)已采用了電子技術(shù)，廠商也正在普及和提高：電控高壓共軛柴油機(jī)正大量研究，電力電子模塊混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)成驅(qū)動(dòng)主力，氫燃料電池 混合動(dòng)力汽車 商業(yè)化取得新進(jìn)展，電控復(fù)合火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)迅速普及，高級(jí)電控均勻充氣壓燃發(fā)動(dòng)機(jī)正加緊研究。 五、線控或驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)迅速發(fā)展，線控轉(zhuǎn)向、線控制動(dòng)正加緊研究，線控將取代機(jī)械系統(tǒng)，汽車底盤將發(fā)生革命性變化。 六、 ITS 正迅速興起，包括汽車的智能化、公路的自動(dòng)化和導(dǎo)航系統(tǒng)等。 七、綜合控制成為汽車電子信息技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，包括動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)、底盤與 安全系統(tǒng) 、車身與防盜系統(tǒng)等，遠(yuǎn)程信息處理系統(tǒng)將使藍(lán)牙技術(shù)廣泛應(yīng)用于汽車，汽車智能化將不斷升級(jí)。 湖 北 汽 車 工 業(yè) 學(xué) 院 畢 業(yè) 論 文 5 3 汽車電子系統(tǒng) 開發(fā)方案的介紹 車控電子產(chǎn)品是軟硬件結(jié)合的 嵌入式系統(tǒng) 。為了節(jié)約資源，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，一般應(yīng)采取軟硬件同步開發(fā)的方案。 車控電子產(chǎn)品的開發(fā)流程 車控電子產(chǎn)品是軟硬件結(jié)合的嵌入式系統(tǒng)。為了節(jié)約資源，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，一般應(yīng)采取軟硬件同步開發(fā)的方案。車控電子產(chǎn)品的開發(fā)工具對(duì)軟硬件的同步開發(fā)、調(diào)試提供了很好的支持。車控電子產(chǎn)品的軟件開發(fā)分為功能描述、軟件設(shè)計(jì)、代碼生成、操作系統(tǒng)環(huán)境下高級(jí)調(diào)試等步驟。車控電子產(chǎn)品的硬件開發(fā)分為硬件描述、硬件設(shè)計(jì)、硬件調(diào)試等步驟。當(dāng)軟件設(shè)計(jì)完成后，通過使用相應(yīng)的工具，完成在虛擬 ECU 平臺(tái)上的驗(yàn)證。當(dāng)硬件設(shè)計(jì)完成后，與硬件一起進(jìn)行軟硬件集成調(diào)試。通過這種開發(fā)方式，縮短了產(chǎn)品上市的時(shí)間。 車控電子產(chǎn)品軟件開發(fā)流程 汽車車控電子產(chǎn)品 軟件開發(fā)流程 是 “ V” 形開發(fā)流程。 “ V” 形開發(fā)流程分為五個(gè)階段，即功能設(shè)計(jì)、原型仿真、代碼生成、硬件在回路仿真－ HIL、標(biāo)定。 湖 北 汽 車 工 業(yè) 學(xué) 院 畢 業(yè) 論 文 6 在功能設(shè)計(jì)階段使用的主要工具是 MATLAB。通過使用 MATLAB 提供的 Simulink、Stateflow 等工具，完成控制方案的設(shè)計(jì)、功能模塊的設(shè)計(jì)、控制算法的設(shè)計(jì)等任務(wù)，并進(jìn)工行初步的仿真模擬工作。在原型仿真階段使用的主要工具是 DSPACE。使用 DSPACE提供的快速控制原型－ RCP工具完成離線的仿真工作。在開始該階段之前，需要使用 Real Time Workshop、 Targetlink 等工具完成由 Simulink、 Stateflow 等產(chǎn)生的代碼向標(biāo)準(zhǔn) C 代碼的轉(zhuǎn)換工作。 車控電子產(chǎn)品代碼生成過程 在進(jìn)行向標(biāo)準(zhǔn) C 代碼的轉(zhuǎn)換的過程中，可以根據(jù)需要加入符合 OSEK 規(guī)范的 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) 。在代碼生產(chǎn)階段使用的主要工具是 CodeWarrior。通過使用 CodeWarrior提供的 編譯器 、調(diào)試器等工具，完成從標(biāo)準(zhǔn) C 代碼向目標(biāo)硬件平臺(tái)上的產(chǎn)品代碼的轉(zhuǎn)換工作。下圖表示了車控電子產(chǎn)品的代碼生成過程。 湖 北 汽 車 工 業(yè) 學(xué) 院 畢 業(yè) 論 文 7 汽車電子系統(tǒng)劃分 汽車電子產(chǎn)品可分為兩大類： 1. 汽車電子控制裝置，包括動(dòng)力總成控制、底盤和車身電子控制、舒適和防盜系統(tǒng)。 2. 車載汽車電子裝置，包括汽車信息系統(tǒng) (車載電腦 )、汽車胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、汽車視聽娛樂系統(tǒng)、車載通信系統(tǒng)、車載網(wǎng)絡(luò)等。 下圖所示為 汽車電子系統(tǒng) 的劃分示意圖。 。 湖 北 汽 車 工 業(yè) 學(xué) 院 畢 業(yè) 論 文 8 4 現(xiàn)在汽車電子技術(shù)在汽車上的應(yīng)用狀況 在發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用： 電子控制噴油裝置 在現(xiàn)代汽車上，機(jī)械式或機(jī)電混合式燃油噴射系統(tǒng)已趨于淘汰，電控燃油噴射裝置因其性能優(yōu)越而得到了日益普及。電子噴油裝置可以自動(dòng)地保證發(fā)動(dòng)機(jī)始終工作在最佳狀態(tài)，使其在輸出一定功率的條件下最大限度地節(jié)油和凈化空氣。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)并修正得到發(fā)動(dòng)機(jī)最佳工況時(shí)的供油控制規(guī)律、事先把這些客觀規(guī)律編成程序存在微機(jī)的存儲(chǔ)器中，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，根據(jù)各傳感器測(cè)得的 空氣流量、排氣管中含氧量、進(jìn)氣溫度、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及工作溫度等參數(shù)，按預(yù)先編好的運(yùn)算程序進(jìn)行運(yùn)算、然后和內(nèi)存中的最佳工況的參數(shù)進(jìn)行比較和判斷再調(diào)整供油量。這樣就能夠使發(fā)動(dòng)機(jī)一直處于最優(yōu)工作條件下運(yùn)行，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)的綜合性能得到提高。 電子點(diǎn)火裝置（ ESA） 它由微機(jī)、傳感器及其接口、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等幾部分構(gòu)成。該裝置可根據(jù)傳感器送來的發(fā)動(dòng)機(jī)各種參數(shù)進(jìn)行運(yùn)算、判斷，然后進(jìn)行點(diǎn)火時(shí)刻的調(diào)節(jié)，這樣可以節(jié)約燃料，減少空氣污染。此外，新型發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制裝置還有自適應(yīng)控制、智能控制及自診斷操作等。一般認(rèn)為，發(fā)動(dòng)機(jī) 電子控制裝置的節(jié)能效果在 15%以上，而效果更明顯的則是在環(huán)境保護(hù)方面。 動(dòng)力傳動(dòng)電子控制系統(tǒng) 湖 北 汽 車 工 業(yè) 學(xué) 院 畢 業(yè) 論 文 9 主要包括發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制（包括汽油機(jī)和柴油機(jī)）、自動(dòng)變速器控制（ ECT、 CVT/ECVT等）以及動(dòng)力傳動(dòng)總成的綜合電子控制等?？刂葡到y(tǒng)主要由各種傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和電控單元（ ECU）組成。其主要是保證汽車在不同的工況下均能處在最佳狀態(tài)下運(yùn)行，并簡(jiǎn)化駕駛員的有關(guān)操作，從而降低油耗和排放，減少動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的沖擊，減輕駕駛?cè)藛T的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高汽車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和舒適性。 車身電子控制系統(tǒng) 主要 包括安全氣囊（ SRS）、自動(dòng)座椅、自動(dòng)空調(diào)控制、車內(nèi)噪音控制、中央防盜門鎖、視野照明控制、自動(dòng)刮水器、自動(dòng)門窗、自動(dòng)防撞系統(tǒng)以及滿足不同用電設(shè)備的電源管理系統(tǒng)。主要是用來增強(qiáng)汽車的安全性、舒適性和方便性。 多媒體娛樂、通訊系統(tǒng) 主要包括車載多媒體系統(tǒng)、駕駛員信息系統(tǒng)、語音系統(tǒng)、智能交通系統(tǒng) (ITS)、車輛導(dǎo)航系統(tǒng) (GPS/DGPS等 )、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、狀態(tài)監(jiān)測(cè) 與故障診斷系統(tǒng)等。用于聯(lián)結(jié)“人 — 車 — 外界環(huán)境信息”，以及協(xié)調(diào)整車各部分的電子控制功能。 除此之外，在發(fā)動(dòng)機(jī)部分利用電子技術(shù)的內(nèi)容還 有：廢氣再循環(huán)（ EGR）、怠速控制（ ISC）、電動(dòng)油泵、發(fā)電機(jī)輸出、冷卻風(fēng)扇、發(fā)動(dòng)機(jī)排量、節(jié)氣門正時(shí)、二次空氣噴射、發(fā)動(dòng)機(jī)增壓、油汽蒸發(fā)及系統(tǒng)自我診斷功能等，它們?cè)诓煌能囆蜕隙蓟蚨嗷蛏俚乇粦?yīng)用 。 電子技術(shù)在底盤上的應(yīng)用： 電