1、汽車電子新技術重慶大學汽車系 張偉 汽車電子新技術汽車電子新技術 重慶大學 機械學院汽車系 張偉 2010年5月10日 汽車電子新技術重慶大學汽車系 張偉 一、概述 n汽車的電子化、智能化、網絡化是現代汽車 發展的重要標志，隨著消費者對汽車功能和 性能要求的日益提高，汽車正在逐漸由機械 系統向電子系統轉換，目前全球汽車電子產 業面臨著高速增長的機遇。 汽車電子新技術重慶大學汽車系 張偉 汽車電子新技術一覽 已介紹待介紹 發動機 EFI,EGR,EVAP,VVT,TSI, 變速器 ECT(AMT,EAT),CVT DCT 車輛 ABS,ASR,LSD,CCS, EPS,4WS,TEMS DBW,

2、CAN,GPS,EBS,E BD,ESP,EHB,OPDS 汽車電子新技術重慶大學汽車系 張偉 線控技術DBW n汽車的各種操縱系統正向電子化、自動化方 向發展，在未來的5l0年里，傳統的汽車 機械操縱系統將變成通過高速容錯通信總線 與高性能CPU相連的電氣系統。 n如汽車將采用電氣馬達和電控信號來實現線 控駕駛、線控制動、線控油門和線控懸架等， 采用這些線控系統將完全取代現有系統中的 液壓和機械控制。在新一代雅閣V6轎車上 采用的DBW就是新技術之一。 汽車電子新技術重慶大學汽車系 張偉 如 電控油門 n傳統的節氣門由踏板拉索直接控制發動機節氣門的開度， 從而決定加速或減速，駕駛員的動作與節

3、氣門動作之間是 通過拉索的機械作用聯系的。而DBW將這種機械聯系改為 電子聯系。仍然通過加速踏板控制拉索，拉索連接到節氣 門位置傳感器，傳感器將拉索的位置變化轉化為電信號傳 送ECU，ECU將信號經過處理后通過節氣門執行器模塊控制 節氣門的開度。也就是說駕駛員的動作與油門的動作之間 是通過電子元件的電信號聯系的。 n雖然DBW比傳統節氣門控制方式復雜，但油門的控制卻比 傳統方式精確，發動機能夠根據汽車的各種行駛信息，精 確調節進入汽缸的可燃混合氣，改善燃燒狀況，從而大大 提高了動力性和經濟性。 n使用線控技術的優點很多，如線控制動無需制動液，保護 生態，減少維護；質量輕；性能高(響應快)；制動

4、磨損最小 (向輪胎施力更均勻)；安裝測試更簡單快捷(模塊結構)；更 穩固的電子接口；隔板間無機械聯系；簡單布置就能增加 電子控制功能；踏板特性一致；比液壓系統的元件更少等。 汽車電子新技術重慶大學汽車系 張偉 2. CAN總線網絡 nCAN總線即控制器局域網(CAN-Controller Area Network)，屬于多路傳輸系統的一種，它是一種有 效支持分布式控制或實時控制的串行通信網絡。用 以解決現代汽車中眾多電子裝置之間繁忙的信息交 換問題。 n汽車總線系統是通過某種通訊協議將汽車中各種電 控單元.智能傳感器和智能儀表等連接起來而構成 汽車內部網絡。汽車總線是在借鑒計算機網絡技術 和現

5、場總線技術的基礎上發展起來的。 汽車電子新技術重慶大學汽車系 張偉 車輛上引入總線網絡的優點：車輛上引入總線網絡的優點： 減少了線束的數量和線束的容積，提高了電子系統 的可靠性、可維護性； 采用通用傳感器，達到數據共享的目的； 改善了系統的靈活性，通過系統的軟件可以實現系 統功能的變化。 n從總線所實現的功能角度分，可分為兩類： n一類是控制策略驅動的總線，如SAE的J1850、德 國大眾的ABUS、博世的CAN、美國商用機器的 AutoCAN、ISO的VAN、馬自達的ALMNET等。 n另一類是以大量數據傳輸為目的的多媒體總線，如， IDB-C、IDB-1394、MOST、AMIC-C等。

6、汽車電子新技術重慶大學汽車系 張偉 主要汽車通訊協議主要汽車通訊協議 汽車電子新技術重慶大學汽車系 張偉 3. 汽車導航系統GPS nGPS為全球定位系統，裝有導航系統的汽車，在駕駛室內有 一顯示屏。上面顯示著某個城市的交通圖(稱為電子地圖)， 以及當時汽車在圖上所處的位置。如果駕駛員輸人目的地的 地名、在圖上的位置，那么圖上就會顯示一條從汽車所處位 置到目的地的最佳路線和行駛方向，引導汽車行駛，起到導 航作用。這樣，駕駛員可以安心地駕車到達陌生地區以及在 夜間安全行車。此外，GPS還能夠隨時告訴駕駛員當時的交 通狀況，指出什么地方交通擁擠，什么地方車流暢通，以及 什么地方有空缺位置可以停車。

7、使駕駛員能繞過擁擠路段， 較快到達目的地，避免交通阻塞，提高綜合行車效率。 n整個導航系統由GPS導航、自律導航、地圖匹配器、信號處 理單元、存貯器、顯示器、傳感器等幾部分組成。GPS導航 由GPS天線和GPS接收機組成。 汽車電子新技術重慶大學汽車系 張偉 nGPS衛星發射出電波發射時刻信息，而接收機可根據電波到 達的時刻，算出電波行走的時間。將這時間乘以電波傳播 速度就可以知道衛星與接收機的距離，即衛星與裝有該接 收機的汽車的距離。同時，各GPS衛星的軌道位置也被發射 出去。因此，接收點位置可由以三個衛星為中心的三個球 面交點求出，即可確定該車在電子地圖上的位置。 n當汽車行駛在地下隧道、

8、密集森林、高層建筑群等接收不 到GPS信號時，汽車會進行自律導航。 nGPS導航和自律導航得到的汽車狀態及位置的一些信號要經 過地圖匹配器處理后才能準確無誤地在電子地圖上顯示出 來。 n電子地圖是這樣制成的：首先利用城市航空測量拍到的全 貌照片，經過實際調查、標記、補充形成一張精確的地形 圖，它包括各城市道路交通圖、公路網及沿線地名。然后 將地形圖通過數字化儀、掃描儀，送人PC機中，并用專門 軟件進行數據采集和編輯處理，生成數字地形模型。再經 疊加、分類、標記形成一張電子地圖并制成只讀光盤。 汽車電子新技術重慶大學汽車系 張偉 n汽車導航系統的發展非常迅速，目前已有一些系 統上采用32位的CP

9、U嵌人實時操作的微處理單元， 便于高速行駛的汽車進行快速處理數據。激光技 術的應用，產生大容量數字化視盤可以存貯更多 的信息。使用薄膜晶體管有源液晶顯示器可使圖 像更加清晰。 n汽車導航系統能實時提供自身位置和目的位置坐 標、全部行駛的直線距離、時間、速度、前進方 向等。當遇到道路阻塞、路段施工或走錯路等情 況，GPS能夠及時進行檢索，提供新路線。此外， 為了讓駕駛員事先了解行駛中路面情況，GPS還能 進行語音提示。若將汽車導航系統與其它部門進 行聯網，駕駛員能夠隨時獲得交通狀況的最新信 息，從而使汽車避開阻塞和擁擠路段，實現自動 道路選擇和無阻擋行駛。汽車導航的普及使用， 將會給2l世紀的城

10、市交通帶來新的面貌。 汽車電子新技術重慶大學汽車系 張偉 4. 汽車電控制動系統EBS n汽車電控制動系統EBS是在ABS的基礎上，用電子控制取 代傳統的機械傳動來控制制動系統，以達到良好的制動效 果，增加汽車制動安全性。汽車制動時，車輪的制動力與 地面附著系數有關，當車輪滑移率處于18%左右時，地面 附著系數可以達到最大，此時的側向穩定性也較好。當車 輪完全抱死時，地面附著力有所下降，而側向穩定性為零。 極易出現側滑和甩尾現象，容易造成事故。 nABS防抱死制動系統就是在汽車制動時，使車輪滑移率處 于附著系數最高點，即保證汽車獲得最大的附著力，同時 又能保持相應的側向穩定性。當車輪將要抱死時

11、，ABS系 統發一信號給壓力調節器，以控制制動器的制動力，使制 動力停止增加。這時制動器中的制動液少量回流減壓，然 后又增壓，制動力增長，如此連續幾次達到最佳的制動效 果，可以達到l020次秒。 汽車電子新技術重慶大學汽車系 張偉 nEBS系統比ABS系統增加了各種傳感器，包括三維力傳感 器、制動器摩擦片磨損傳感器等。制動時，制動踏板位置 信號傳給電控單元，同時各力傳感器把載荷、地面附著力 和制動氣壓信號傳給電控單元，由電控單元自動調節制動 壓力，形成閉環控制。 n該系統用電子控制取代機械傳動，減少制動系統機械傳動 的滯后時，縮短制動距離， n在低強度時，使摩擦片磨損最小； n中等強度時，利用

12、ABS達到最佳的附著系數利用率； n高強度時，施加最大的制動壓力，從而獲得最佳的控制制 動力。 n摩擦磨損傳感器可以監測得各制動片的摩擦情況，控制各 制動器壓力分配延長使用壽命。 nEBS系統可以與其它電子控制系統一起由一個電控單元進 行集中統一控制。實現各種不同要求的控制功能。 汽車電子新技術重慶大學汽車系 張偉 5. 電子制動力分配（EBD） nEBD的英文全稱是“Electric Brakeforce Disitribution”，漢意 是“電子制動力分配”。汽車制動時，如果四只輪胎附著地 面的條件不同，比如，左側輪附著在濕滑路面，而右側輪附 著于干燥路面，四個輪子與地面的摩擦力同，在制

13、動時(四 個輪子的制動力相同)就容易產生打滑、傾斜和側翻等現象。 nEBD的功能就是在汽車制動的瞬間，高速計算出四個輪胎由 于附著不同而導致的摩擦力數值，然后調整制動裝置，使其 按照設定的程序在運動中高速調整，達到制動力與摩擦力 (牽引力)的匹配，以保證車輛的平穩和安全當緊急剎車車輪 抱死的情況下，EBD在ABS動作之前就已經平衡了每一個輪 的有效地面抓地力，可以防止出現甩尾和側移，并縮短汽車 制動距離。 nEBD實際上是ABS的輔助功能，它可以改善提高ABS的功效。 所以在安全指標上，汽車的性能又多了”ABS+EBD”。 汽車電子新技術重慶大學汽車系 張偉 汽車電子新技術重慶大學汽車系 張偉

14、 6. 電控行駛平穩系統ESP nESP是英文“Electronic Stability Program”的縮寫，中 文譯成“電控行駛平穩系統”。這一組系統通常是支 援ABS及ASR的功能，是這兩種系統功能上的延伸因 此，ESP稱得上是當前汽車防滑裝置的最高級形式。 它通過對從各傳感器傳來的車輛行駛狀態信息進行分 析。然后向ABS、ASR發出糾偏指令來幫助車輛維 持動態平衡，ESP可以使車輛在各種狀況下保持最佳 的穩定性，在轉向過度或轉向不足的情形下效果更加 明顯。 nESP一般需要安裝轉向傳感器、車輪傳感器、側滑傳 感器、橫向加速度傳感器等。ESP可以監控汽車行駛 狀態并自動向一個或多個車輪

15、施加制動力。以保持 車子在正常的車道上運行，甚至在某些情況下可以進 行每秒150次的制動。 汽車電子新技術重慶大學汽車系 張偉 ESP的類型 n目前ESP有3種類型：能向4個車輪獨立施加制動力 的四通道或四輪系統；能對兩個前輪獨立施加制 動力的雙通道系統；能對兩個前輪獨立施加制動 力和對后輪同時施加制動力的三通道系統。 n有ESP與只有ABS或ASR的汽車之間的差別在于 ABS或ASR只能被動地作出反應而ESP最重要的 特點就是它的主動性，ESP能夠探測和分析車況并 糾正駕駛的錯誤，防患于未然。ESP對過度轉向或 不足轉向特別敏感例如汽車在路滑時左拐過度 轉向太急時會產生向右側甩尾傳感器感覺到

16、滑 動就會迅速制動右前輪使其恢復附著力，產生一 種相反的轉矩而使汽車保持在原來的車道上。 汽車電子新技術重慶大學汽車系 張偉 7.電子液壓制動系統EHB n當前車輛對制動性能的要求越來越高，傳統制動 系統由于結構和原理的限制在提高制動性能方面 潛力有限，EHB作為一種新型的制動系統彌補了 傳統制動系統的不足，可以很大限度地提高車輛 制動性能。 nEHB是一種線控制動(brake-by-wire)系統，它以電 子元件替代了部分機械元件，制動踏板不再與制 動輪缸直接相連，駕駛員操作由傳感器采集作為 控制意圖，完全由液壓執行器來完成制動操作， 彌補了傳統制動系統設計和原理所導致的不足， 使制動控制得

17、到最大的自由度，從而充分利用路 面附著，提高制動效率。 汽車電子新技術重慶大學汽車系 張偉 8. 可變配氣相位(VVT) n傳統發動機凸輪配氣相位是通過各種不同配氣相位 的試驗，從中選取某一固定配氣相位兼顧其他工 況是發動機性能的一種折衷方案。因為其配氣相 位是固定的，無法在運行過程中進行調節，所以發 動機性能難以在各種工況下都達到最佳。由于環境 保護和人類可持續發展的要求，低能耗和低污染已 成為汽車發動機的發展方向要求發動機既要保證 良好的動力性，又要降低油耗滿足排放法規的規定。 n可變配氣相位(Variable Valve Timing簡稱VVT機構) 能使氣門正時、氣門開啟持續時間及氣門

18、升程等參 數中的一個或多個隨發動機的工況變化實時進行調 節，從而獲得更好的燃油經濟性，更優異的扭矩和 功率特性，提高怠速穩定性和降低排放。 汽車電子新技術重慶大學汽車系 張偉 可變配氣相位機構的類型 n按結構特點和驅動方式的不同，可分為凸輪驅動 機構和無凸輪驅動機構兩大類。 n凸輪驅動可變配氣相位機構研究時間相對較長， 機構相對簡單可靠，在汽車上已有應用。 改變凸輪軸相角的可變配氣相位機構； 變換凸輪型線的可變配氣相位機構 ； 改變凸輪與氣門之間聯結的可變配氣相位機構。 n無凸輪驅動可變配氣相位機構。 電磁驅動可變配氣相位機構 ； 電液驅動可變配氣相位機構 ； 電氣驅動可變配氣相位機構 。 汽

19、車電子新技術重慶大學汽車系 張偉 9.乘員感知系統OPDS n本田第7代雅閣V6轎車裝備了前排側氣囊，因此在前排乘客座 相應地配備了乘員感知系統。乘員感知系統的作用是，當前 排座椅上坐著小孩或者小孩側著頭打瞌睡時，乘客座椅側氣 囊將自動關閉，從而減小側撞事故發生時安全氣囊對兒童的 傷害。 n那么安全氣囊是怎么知道這一切的呢?原來在乘客座椅內暗藏 了7個傳感器，座椅靠背內的6個傳感器負責觀察乘員的坐姿 高度，來判斷坐著的是兒童還是大人，或者飲料瓶等其它東 西；靠背側邊的一個傳感器則專門檢查兒童是不是側著頭打 瞌睡，判斷兒童的頭部是不是處于側氣囊展開的范圍內。 nOPDS傳感器是根據乘員的導電體量

20、來做出這些判斷的，如果 乘員導電體量低于系統設定的臨界值，則OPDS系統認為坐著 的是兒童或兒童的頭部處于側氣囊引爆的范圍中，從而自動 關閉安全氣囊，同時儀表板上的“SIDE AIR BAGOFF”黃色指 示燈亮起，告訴駕駛員側安全氣囊已經關閉。兒童就可以在 旅途中盡情地享受自己的夢鄉了。 汽車電子新技術重慶大學汽車系 張偉 10.TSI發動機 n以雙增壓為其最主要的特點，機械+渦輪+分層直噴=TSI。 TSI是Twincharger（渦輪增壓和機械增壓）和Fuel Stratified Injection（燃油分層直噴）三個關鍵特色的首字母縮寫。這 是一款雙增壓的燃油分層直噴發動機。 nTS

21、I是Turbo FSI的縮寫，T即渦輪增壓、S指分層、I代表直 噴。簡單來說，TSI是帶渦輪增壓的FSI。從技術上講TSI與 FSI是同一家族，缸內直噴的工作原理相同，由于加入了增 壓技術，TSI比FSI更先進，屬于大功率、低轉速大扭矩的發 動機。 n直噴發動機的一個好處在于隔絕了已燃混合氣向氣缸壁和氣 缸蓋的散熱，從而降低了發動機的熱損耗。從表面來看， TSI發動機與FSI相比減少了一個字母“F”，但名字的改變沒 有令其本質發生變化，加入增壓器后與普通直噴技術相比， TSI發動機擁有更小的體積和更出色的動力表現和節油優勢。 汽車電子新技術重慶大學汽車系 張偉 汽車電子新技術重慶大學汽車系 張

22、偉 技術要點及優勢 n渦輪增壓的特性是利用排放廢氣，裝置本身基本不消耗發動機動力，增 加進氣效率提高動力；但是缺點是通常要發動機超過2000轉后才介入， 不利于起步加速，渦輪的慣性讓加速還有一個響應時間的延遲。 n機械增壓優點是發動起啟動運轉就開始介入，起步加速有力，沒有渦輪 的工作延遲，即時響應。缺點是通過發動機的動力輸出來讓增壓器工作， 消耗部分發動機動力。 nTSI燃油直噴技術在同等排量下實現了發動機動力性和燃油經濟性的完美 結合，是當今汽車工業發動機技術中最為成熟、最先進的燃油直噴技術， 并引領了汽油發動機的發展趨勢。 n將燃油直接噴射入氣缸的TSI發動機相比將燃油噴射至進氣歧管的傳統

23、發 動機，其優勢在于： n發動機控制策略采用基于扭矩控制； n增壓器在發動機停止后有獨立冷卻系統； n具有電子超速回流控制，防止增壓器； n連續可變進氣配氣相位（曲軸轉角60），令油耗降低，提高功率； n鏈條傳動。壽命長，終身免換，可靠性遠遠高于以前的齒帶傳動。 汽車電子新技術重慶大學汽車系 張偉 TSI發動機的關鍵組件 n為該技術專門設計的、單活塞高壓泵的共軌高壓 噴射系統，負責提供充足的燃料，保證系統達到 所需要的壓力狀態； n全新設計的每氣缸配有4氣門的新氣缸蓋，氣門由 凸輪滾子從動件驅動； n可持續控制進氣的燃燒進程； n排氣循環回收系統； n改進的排氣控制系統，帶有NOx存儲型催化式

24、排 氣凈化器和NOx感應器，現在低硫汽油的供應日 益普及，發動機全面節油的潛力逐漸得以實現。 汽車電子新技術重慶大學汽車系 張偉 TSI發動機與傳統發動機的區別 nTSI發動機配備了按需控制的燃油供給系統，每缸四氣門，可變進氣歧管 以及進排氣凸輪軸連續可調裝置，汽油被直接噴入燃燒室，單活塞高壓 泵的共軌高壓噴射系統負責提供精確的燃料，形成30到100bar之間的工 作壓力。同時，燃料室的幾何設計以及毫秒級精確計算注入汽油量的功 能大大提高了其壓縮比，這也是高效發動機的必要條件。在進氣道方面， 由電子系統控制所需的空氣流量，實現了無節流變質調節，提高了充氣 效率，從而獲得更高的升功率，而發動機的

25、動態響應也變得更為直接。 n推動這種進步的主要因素是部分負荷狀態下的分層進氣原理。直噴式汽 油發動機采用類似于柴油發動機的供油技術，通過一個活塞泵提供所需 的100bar以上的壓力，將汽油提供給位于氣缸內的電磁噴射器。噴油嘴 將噴射時間控制在千分之一秒內，將燃料在最恰當的時間直接注入燃燒 室，通過對燃燒室內部形狀的設計，讓混合氣能產生較強的渦流使空氣 和汽油充分混合。然后使火花塞周圍區域能有較濃的混合氣，其他周邊 區域有較稀的混合氣，保證了在順利點火的情況下盡可能的實現稀薄燃 燒。這就是分層燃燒的精髓所在。 汽車電子新技術重慶大學汽車系 張偉 n兩者的結合改善了起步加速，也具有充足的 后勁，相

26、對來說動力損耗減低到最小。 n直噴發動機的一個好處在于隔絕了已燃混合 氣向氣缸壁和氣缸蓋的散熱，從而降低了發 動機的熱損耗。從表面來看，TSI發動機與 FSI相比減少了一個字母“F”，但名字的改 變沒有令其本質發生變化，加入增壓器后與 普通直噴技術相比，TSI發動機擁有更小的 體積和更出色的動力表現和節油優勢。 n但是TSI發動機因為油品質量的原因在國內 不適用,TSI發動機要有非常純凈的汽油才可 以發揮最大功效。 汽車電子新技術重慶大學汽車系 張偉 11. DCT雙離合器變速箱 n即雙離合器式自動變速傳動（Dual Clutch Transmission） 由于它既繼承了ATM和手動變速器的

27、結構簡單、安裝空間 緊湊、重量輕、傳動效率高、制造成本低等許多優點，又 融合AT不間斷動力、迅速平穩換擋的良好特點，很快便成 了業界研究開發的新熱點。 nDCT中的兩付離合器與二根輸入軸相連，如果離合器1通過 實心軸與擋位1、3、5相連，那么離合器2則通過空心軸與 擋位2、4、6和倒擋相連。換擋和離合操作都是通過一集 成電子和液壓元件的機械電子模塊來實現。而不再通過離 合器踏板操作。駕駛員可以手動換擋或將變速桿處于全自 動D擋（舒適型，在發動機低速運行時換擋）或S擋（任務 型，在發動機高速運行時換擋）模式。 汽車電子新技術重慶大學汽車系 張偉 汽車電子新技術重慶大學汽車系 張偉 汽車電子新技術

28、重慶大學汽車系 張偉 二、線控技術 n線控技術已經被廣泛用于航空業，用線控制系統來取代傳統 的液壓和機械系統已經成為技術發展的趨勢，采用線控技術 的制動系統、轉向系統、傳動系統有望在未來汽車上率先獲 得應用。國外GM、DELPHI、KOYO、TRW、BENZ等公司已 運用線控技術開發了概念車。 n汽車電子中各種線控制系統或線驅動系統將迅速發展，汽車 用線控技術將在今后數年中大量出現，如線控制動(brake by-wire)、線控轉向(steer by-wire)、線控油門(throttle by- wire)、線控懸架(suspension by-wire)等正在加緊研究開發。 當線控這一目標

29、實現時，汽車將是一種完全的高新技術產品， 發動機、變速器、傳動軸、驅動橋、轉向機全都不見了。汽 車可以說是一臺裝在輪子上的計算機。 汽車電子新技術重慶大學汽車系 張偉 1. 線控技術簡介 n1.1線控技術的結構原理 n線控技術(by-wire)，就是由“電線”或者電信號實現傳遞控 制，而不是通過機械連接裝置來操作的。 n線控技術是在控制單元和執行器之間用電子裝置取代傳統的 機械連接裝置或液壓連接裝置，由電線取代機械傳動部件， 取消了機械結構，賦予汽車設計新的空間。 n線控系統需要高性能的控制器，比如由Freescale半導體公司 提供的MPC500MPC5500系列微處理器。還需要有精確高 速

30、的通訊協議網絡、容錯技術和分配獨立處理功能的模塊。 n線控系統的基本結構原理是：駕駛員的操縱指令通過人機接 口轉換為電信號傳到執行機構，控制執行機構的動作；傳感 器感知功能裝置的狀態，通過電信號傳給人機接口，反饋給 駕駛員，如圖1所示。 汽車電子新技術重慶大學汽車系 張偉 線控系統在人機接口通訊、執行機構和傳感機構之間，以及 與其他的系統之間要進行大量的信息傳輸，要求網絡的實時 性好、可靠性高，而且要求具有冗余的“功能實現”，以保 證在故障時仍可實現裝置的基本功能。 汽車電子新技術重慶大學汽車系 張偉 1.2 線控技術的特點 1.2.1線控技術的優點線控技術的優點 a省力，人們可以不用直接操作

31、機械力。 b由于操縱控制通過駕駛員的手完成，不需要轉向盤、轉向柱 和腳踏板，這樣就減少了正面碰撞時的潛在危險性，改善了 汽車的安全性和舒適性。并為汽車設計提供了更大的空間。 c便于實現個性化設計，由于駕駛特性如制動、轉向、加速等 過程都是程序設定的，設計師可設計不同的程序供用戶選擇。 d比質量輕，性能高(響應快)。線控系統取消了許多機械連接 裝置、液壓裝置和氣壓裝置，簡化了結構和生產工藝，便于 實現汽車輕量化。 e維護用品可大大減小，減少維護費用。取消機械和液壓連接 可減少車身質量并簡化維護工作，可能磨損的部件更少了。 f可以將汽車的車內娛樂裝置也集成到網絡之中，使得汽車導 航和自動駕駛成為可

32、能，整個汽車就是一個完整的電路整體。 g安裝測試簡單快捷，更穩固的電子接口(模塊結構)，隔板間 無機械連接，簡單布置就能增加電子控制功能。 汽車電子新技術重慶大學汽車系 張偉 1.2.2 線控技術的缺點 n電子設備還相當的不可靠電磁干擾、器 件失效、軟件程序的設計、網絡攻擊等等。 一旦電路失效而沒有機械冗余就會導致災難 性的后果轉向失靈、油門難以控制和不 能制動,所以線控技術研究的重點應該是系 統的可靠性和安全性。 汽車電子新技術重慶大學汽車系 張偉 2. 線控技術在汽車上的運用 2.1線控制動線控制動(brake bywire) n線控制動系統由實現電子化的供能裝置、控制裝置、傳動裝 置、制

33、動器4個部分組成。ECU(電控單元)對制動系統進行整 體控制，采用全新的電子制動器，每個制動器有各自的控制 單元。機械連接逐漸減少，制動踏板和制動器之間的動力傳 遞分離開，取而代之的是電線連接，電線傳遞能量，數據線 傳遞信號。線控制動是自ABS在汽車上得到廣泛應用以來制 動系統的又一次飛躍式發展。 n目前線控制動系統分為2種類型：一種是電液制動系統EHB (Electronic-hydraulic Brake)，另一種是電子機械制動系統 EMB (Electronic-Mechanical Brake)。 n電液制動系統是將電子與液壓系統相結合，由電子系統控制， 液壓系統提供動力；電子機械制動

34、系統則用電線取代傳統制 動系統中的空氣或制動液等傳力介質，電制動器取代傳統制 動器，電子機械制動系統是未來制動系統的發展方向。 汽車電子新技術重慶大學汽車系 張偉 n線控制動系統的共同特 點是都具有踏板轉角與 踏板力可按比例調控的 電子踏板；具有控制制 動力矩與踏板轉角相對 應的程序控制單元；程 序控制單元可基于其他 傳感器或控制器的輸入 信號實現主動制動及其 它功能。電子機械制動 系統與傳統制動系統的 對比如圖2所示。 汽車電子新技術重慶大學汽車系 張偉 2.1.1 線控制動的優點 n線控制動目前處于向汽車領域應用的研究和改進階段，隨著 技術進步，各種問題會逐步得到解決，線控制動系統最終會

35、取代傳統的以液壓為主的制動控制系統以及電液復合制動系 統。 a結構簡單，系統質量比傳統制動系統減少很多，從而減少了 整車質量。 b制動響應時間短，提高了制動性能，縮短了制動距離。 c系統不需要制動液，維護容易、簡單，采用電線連接，系統 的耐久性能良好。 d系統總成的制造、裝配、調試、標定更快，易于采用模塊化 結構。 e已經開發出具有容錯功能的適用于汽車的網絡通訊協議，如 TTPC，Flex Ray等通訊協議可以應用到線控制動系統中。 f易于進行改進和增加功能，可以并入汽車CAN通訊網絡進行 集中管理和共享信息。 汽車電子新技術重慶大學汽車系 張偉 2.1.2 線控制動需面對的問題 n線控制動技

36、術為將來的智能化車輛提供了條件。基于現在的 技術條件，要全面應用線控制動，還有很多問題需要面對。 a驅動能源問題。采用線控制動需要較多的電能，目前12V的 汽車電源無法提供足夠大的能量，未來的汽車電源系統需采 用高壓電源(如42V電源系統)，加大能源供應，以滿足各系統 能量的需求，同時需解決好高壓電源的安全問題。 b設計制動系統時必須考慮制動系統的失效問題。不論是ECU、 傳感器、制動器本身、線束失效，都應能使制動系統保證制 動的基本性能，除了ECU可以采用冗余設計外，實現線控制 動的一個關鍵技術是制動系統失效時的信息通訊協議，如 TTPC等的研究應用。 c實現線控制動系統和汽車底盤其他控制系

37、統的集成，仍有待 研究。 d成本比原有液壓制動系統高，提高線控制動系統的性價比也 是需要解決的問題。 汽車電子新技術重慶大學汽車系 張偉 2.1.3 線控制動的應用 n隨著技術的進步，上述的各種問題會逐步得到解決。 n戴姆勒一克萊斯勒汽車公司已經把一種線控制動系統測 控一體化制動系統安裝在奔馳乘用車上，它是一種功能強大 的機電一體化的系統。在汽車運行中，系統感知制動踏板的 動作，并把相關信息傳遞給控制單元，控制單元發出指令給 執行器，執行器控制各個車輪的制動，它可以根據制動踏板 的加速度來識別是否是緊急制動，并做出迅速反應，縮短制 動距離，這種系統會增加駕駛員的安全感和舒適感，使停車 過程平順

38、。 n不久的將來會有更多的線控制動系統得到應用，很多汽車和 零部件廠商都進行了線控制動系統的研究和推廣，博世、西 門子、特維斯等公司已經研制出一些試驗成果，線控制動系 統必將取代傳統制動系統，汽車底盤進一步一體化、集成化， 制動系統性能也會發生質的飛躍。 汽車電子新技術重慶大學汽車系 張偉 2.2 線控轉向系統 n線控轉向系統簡稱SBW(Steering By Wire System)，它由具 有容錯功能的網絡相連接的控制單元、執行器、傳感器和冗 余電控單元組成，如圖3所示，取消了轉向盤與轉向輪之間 的機械連接，完全由電實現轉向，擺脫了傳統轉向系統的各 種限制。不但可以自由設計汽車轉向的力傳遞

39、特性，而且可 以設計汽車轉向的角傳遞特性，給汽車轉向特性的設計帶來 無限的空間。駕駛員操作轉向盤時，轉向盤傳感器檢測駕駛 員的轉向數據(橫擺角傳感器、攝像機等)，向轉向輔助系統 ECU提供環境檢測數據，轉向數據和環境檢測數據通過網絡 總線實時傳送給電子控制單元ECU，ECU按照駕駛員的轉向 數據和環境檢測數據，控制轉向執行器動作實現轉向，并將 車輪的轉角、轉矩和路感等反饋給駕駛員。為確保轉向系統 安全可靠，系統設置了冗余電控單元，在緊急情況下，系統 會忽略錯誤信息，使車輛安全平穩地運行。 汽車電子新技術重慶大學汽車系 張偉 汽車電子新技術重慶大學汽車系 張偉 汽車電子新技術重慶大學汽車系 張偉

40、 2.2.1 線控轉向系統優點 n線控轉向系統能滿足環保、節能和安全的汽車工業發展方向，是整個汽車智 能化和自動化的線控技術的一個分支，具有良好的商業化和產業化的市場前 景。其優點主要有以下幾點。 a改善了安全性。取消了轉向柱等機械連接，避免了撞車事故中轉向柱對駕駛 員的傷害；電控單元根據汽車的行駛狀態對駕駛員的操作做出相應的調整， 當汽車運行在非正常工況時，能夠自動對汽車進行穩定控制。 b提高了舒適性。由于取消了機械結構連接，駕駛員的腿部活動空間明顯增大， 而且地面的不平和轉向輪的不平衡不會傳遞到轉向軸上，從而減緩了駕駛員 的疲勞。 c經濟性好。取消了轉向柱等機械連接，減輕了轉向機械結構的質

41、量，降低了 汽車零部件的制造成本，改善了整車燃油經濟性。 d操縱穩定性好。線控轉向系統改善了傳統汽車轉向系統不能解決的汽車轉向 過程中轉向力和轉向響應時間的矛盾，使得轉向系統和轉向盤同步工作，控 制更加靈敏；具有變傳動比特點的線控系統，克服了傳統的固定轉向角傳動 比所帶來的轉向特性隨著汽車行駛姿態的不同而變化的缺點；通過優化控制 穩定性因數，能提高整車的操縱穩定性。 e個性化的設置。可以根據駕駛員的要求設置轉向傳動比和轉向盤反饋力矩H， 以滿足不同駕駛員的要求和適應不同的駕駛環境，與轉向相關的駕駛行為都 可以通過軟件來設置與實現。 汽車電子新技術重慶大學汽車系 張偉 2.2.2 線控轉向系統應

42、用 n2005年12月6-9日，2005上海國際汽車零部件及 汽車用品展覽會在上海國際展覽中心舉行，同濟 大學自主研發的“春暉三號一嘉樂”微型電動轎 車在展會中亮相。“春暉三號一嘉樂”酷似甲殼 蟲，其最大亮點就是采用了線控轉向技術。屬于 線控轉向四輪驅動的微型概念車。 n863計劃電動汽車專項首席科學家、同濟大學校長 萬鋼教授領銜研發了“線控轉向四輪驅動微電動 轎車技術”汽車。汽車的4個車輪邊上各有一個輪 轂電機，通過線傳電控技術控制車輪的轉向和車 速，提高了整車的主動安全性和操縱穩定性。同 時，該車采用了高能蓄電池和小型氫燃料電池的 混合動力，凸顯出環保、節能的理念。 汽車電子新技術重慶大學

43、汽車系 張偉 2.3 線控油門(throttle by-wire) n線控油門，也稱為電控油門，即發動機的油門是通過電子 控制的。傳統的油門控制方式是駕駛員通過踩油門踏板， 由油門拉桿直接控制發動機油門的開合程度，從而決定加 速或減速，駕駛員的動作與油門動作之間是通過拉桿的機 械作用連接的。而線控油門用電子連接代替機械連接，駕 駛員仍然通過踩油門踏板控制拉桿，拉桿不是直接連接到 油門，而足連著一個油門踏板位置傳感器，傳感器將拉桿 的位置變化轉變為電信號傳送至汽車的電子控制單元，電 子控制單元將采集到的相關傳感器信號經過處理后發送指 令至油門執行器控制模塊，油門執行器控制模塊再發送信 號給油門執

44、行器，從而控制油門的開合程度。也就是說駕 駛員的動作與油門的動作之閉足通過電子元件的電信號連 接的。線控油門比傳統油門控制方式精確，發動機能夠根 據汽車的各種行駛信息，精確調節進入氣缸的燃油空氣混 合氣，改善發動機的燃燒狀況，從而大大提高了汽車的動 力性和經濟性。 汽車電子新技術重慶大學汽車系 張偉 汽車電子新技術重慶大學汽車系 張偉 汽車電子新技術重慶大學汽車系 張偉 汽車電子新技術重慶大學汽車系 張偉 n豐田在LS430上采用了全電子的線控油門系統，如圖4所示。 系統有2個加速踏板位置傳感器，都發送數據給發動機控制單 元ECM，如果其中一個沒有信號，汽車仍能行駛，同時發動 機報警燈點亮；如

45、果2個都沒有信號，則發動機工作在怠速狀 態。線控油門系統根據駕駛員的動作，分析駕駛員的意圖， 精確地控制油門，增加了駕駛穩定性和動力經濟性。 汽車電子新技術重慶大學汽車系 張偉 n在新一代雅閣V6轎車的2.4L和3.0L發動機上就采用 了線控油門的新技術。通過傳感器監測油門踏板位 置，ECU對動力進行控制。其優點是改善的平順性、 經濟性，缺點是稍有滯后。此外由線控技術帶來的 另一個好處是巡航功能，其控制鍵被集成在轉向盤 上，攜作簡單便捷。 n本田汽車公司Civic系列采用了1臺1.8l i-VTEC 四氣缸發動機，能夠發出103kW的最大功率 峰值轉矩可以達到174Nm，幾乎超過了所有 自然趔

46、氣式同排量的國產車型。這臺發動機 應用了本田埽新的i-VTEC技術，配以采用線 控技術的節氣門，夠非常有效地提高燃油經 濟性，降低有害物的捌放。而且進氣效率和 壓縮比都進一步提高，造就了強大的輸出功 率。 汽車電子新技術重慶大學汽車系 張偉 2.4 燃料電池線控汽車通用HY nHY線控汽車一改傳統機械連桿的傳動方式采用 電子信號來操縱油門、制動和轉向機構。取了傳 統的轉向盤、油門、制動踏板，所有的操作都集 中在一個手柄上，駕駛員可以用一只手完成所確 的操作。當駕駛員要加速或減速時，可以向左或 者向右推動手柄；制動按鈕也安裝在這個手柄上， 要制動時按一下制動按鈕；當轉彎時，駕駛員只 需向上或者向

47、下推動手柄。 n電子線控裝置構成了一套操作靈活方便的控制單 元，這一套控制單元被稱為“X-drive”。它取代了 傳統的轉向盤等，使得駕駛員用一只手就可以完 成所有的加速、減速(制動)、轉彎等操作。 汽車電子新技術重慶大學汽車系 張偉 3. 汽車線控技術的應用前景 n在國內，除了同濟大學研究完成的線控轉向系統外，由北京 理工大學完成的“一種電動車輛動力系統關鍵技術產品及其 應用”獲得了2004年度國家技術發明獎。其中的一項技術就 是利用線控同步換檔和行星傳動技術，取消了主離合器，簡 化了換檔機構，研制了一種結構簡單、性能匹配優良的線控 行星變速器。 n線控技術研究的難點在于高性能控制器的研制，

48、要求在整個 系統中有精確高速的通訊協議網絡，使控制中心和執行器之 間能完全協調、匹配工作；而且需要高效的容錯技術，使得 系統出現故障時能夠保障一定的安全，即系統有好的可靠性。 n目前線控技術在汽車中的應用還不成熟。但隨著汽車各系統 的電子化、集成化的發展需要，線控技術發展迅速，作為一 種汽車高新電子技術，線控技術必將得到廣泛的應用。但電 子化不可能完全取代機械化，機械系統的損壞通常都是有過 程的，而線控制系統的失效是瞬間的，造成的后果就可能非 常嚴重。 汽車電子新技術重慶大學汽車系 張偉 三、汽車導航系統的發展與應用 n將各種先進技術運用到汽車上，以減少交通事故、提高運輸 效率、減輕駕駛員勞動

49、負荷的思想應運而生，從而產生了一 門新興的交叉學科智能交通系統(ITS)。 nITS是一種實時、高效的交通運輸綜合管理和控制系統，它的 主要目標是充分利用現有交通資源，達到現有交通資源的效 益最大化。它把車輛和道路綜合起來，不僅可以系統地解決 交通問題，而且對社會許多領域都將產生積極的影響。作為 實施ITS的重要內容和項目之一，智能車輛定位、導航系統的 研制與生產正顯示出巨大的發展空間和市場潛力。 n衛星導航技術于20世紀80年代末引入我國，迄今已在大地測 量、海洋運輸及漁業、車輛定位監控等領域得到了一定程度 的應用，同時也有相當一批企業將其介入到相關制造及運營 服務中。 汽車電子新技術重慶大

50、學汽車系 張偉 1. 汽車導航系統的應用技術 n當前的汽車導航系統包括兩部分，即全球定位系統和車輛自動導航系 統。汽車導航設備一般是由GPS天線、集成了顯示屏幕功能按鍵的主 機、語音輸出設備(一般利用汽車音響系統輸出語音提示信息)構成。 受車內安裝位置的限制，一般汽車導航設備均與汽車視像音響合成在 一起，可以播放CD和DVD碟片，其中DVD驅動器負責讀取電子地圖 DVD光盤，因此一些汽車導航系統又稱為DVD導航系統。 1 .1全球定位系統(GPS) n即GPS(Global Positioning System)，它是由空間衛星、地面監控裝置 和用戶接收裝置三大部分組成的。空間衛星由24顆衛星

51、組成一個分布 網絡，分別分布在6條離地面2萬公里、傾斜角為55的地球準同步軌 道上，每條軌道上有4顆衛星。GPS衛星每隔12小時繞地球一周，使地 球上任一地點都能同時接收79顆衛星的信號。 n地面共有1個主控站和5個監控站負責對衛星的監視、遙測、跟蹤和控 制。它們負責對每顆衛星進行觀測，并向主控站提供觀測數據。主控 站收到數據后，計算出每顆衛星在每一時刻的精確位置，并通過3個 注入站將它傳送到衛星上去，衛星再將這些數據通過無線電波向地面 發射。 汽車電子新技術重慶大學汽車系 張偉 汽車電子新技術重慶大學汽車系 張偉 1.2 汽車導航系統車載裝置 n汽車導航系統中的GPS信號接收器接收衛星發送的

52、信號，根據衛星信 號計算出地面接收機的當前位置。如果地面接收機同時收到4顆以上 的衛星信號，就能根據衛星的精確位置及發送信號的時刻，通過計算 求得當前地點的位置。 n汽車導航系統通過車輪轉速傳感器、地磁傳感器和偏航傳感器等三種 傳感器獲取數據，確定汽車的速度和位置。車輪轉速傳感器記錄車輪 的速度，產生的脈中信號用于定時計算行駛距離和方向的變化。地磁 傳感器通過勵磁繞組感應出電壓脈沖，測量出沿途地磁場水平分量的 大小，并與起始點磁場比較，為車載電腦提供補償數據。電子地圖存 儲汽車運行區域的所有數據，車載電腦與存儲道路網絡數據不斷比較 判斷，更正定位誤差，從而確定最佳行駛路徑。 n目前，先進的汽車

53、導航系統多采用單片機結構，嵌入式操作系統，軟 件代碼存儲于ROM中，ROM常在嵌入式系統中擔任存放作業系統的任 務，代碼簡潔，運行可靠，啟動及關閉迅速，具有幾乎完整的PC組件 和輸入、輸出端口，能適應汽車惡劣的工作環境，在高溫或低溫以及 劇烈振動的環境下能可靠工作。 汽車電子新技術重慶大學汽車系 張偉 汽車電子新技術重慶大學汽車系 張偉 汽車電子新技術重慶大學汽車系 張偉 汽車電子新技術重慶大學汽車系 張偉 1.3 車輛自主導航系統 n汽車自動導航系統的作用是根據GPS接收機提供的車輛當前 位置和用戶輸入的行駛目的地，參照電子地圖計算的行駛路 線，在行駛中將信息提供給駕駛者。目前，世界上應用較

54、多 的是自主導航，其主要特征是每套車載導航設備都自帶電子 地圖，定位和導航功能全部由車載設備完成。 n車輛自主導航系統的工作過程主要有以下步驟： 1)輸入數據信息 n出發前，車主將目的地輸入到導航設備中，在系統顯示的電 子地圖上直接點擊選取地點，或者借助某種輸入方法將目的 地名稱輸入到系統中。根據輸入設備的不同，可以有不同的 地名輸入方法，依靠按鍵或觸摸屏可以實現幾乎所有的操縱 功能。為了便利，目前人們還在開發語音識別技術的產品。 汽車電子新技術重慶大學汽車系 張偉 汽車電子新技術重慶大學汽車系 張偉 2)顯示電子地圖 n汽車導航系統中至關重要的一部分是存儲在光盤或內置存 儲器(如硬盤)中的電

55、子地圖，電子地圖中存儲了范圍內 的地理、道路和交通管制信息，與地點對應存儲了相關的 經緯度信息。汽車導航主機從GPS接收機得到經過計算確 定的當前點經緯度，通過與電子地圖數據對比，就可以隨 時確定車輛當前所在的地點。 3)確定最佳行駛路線 n一般汽車導航系統將車輛當前位置默認為出發點，在用戶 輸入了目的地之后，導航系統根據電子地圖上存儲的地圖 信息，就可以自動計算出一條最合適的推薦路線。在有的 系統中，用戶還可以指定途中希望經過的途經點，或者指 定一定的路線選擇規則(如不允許經過高速公路、按照行駛 路線最短的原則等)。推薦的路線將以醒目的方式顯示在屏 幕上的地圖中，同時屏幕上也時刻顯示車輛的當

56、前位置， 以提供參考。如果行駛過程中車輛偏離了推薦的路線，系 統會自動刪除原有路線，并以車輛當前點為出發點重新計 算路線，然后將修正的路線作為新的推薦路線。 汽車電子新技術重慶大學汽車系 張偉 1.4 輸出設備 n汽車自動導航系統的輸出設備包括顯示屏幕和語音輸出設備。 顯示屏幕一般是一個100150mm的液晶顯示屏，如果需要 手寫識別作為輸入，顯示屏表面還有一張透明的觸摸屏做保 護。它的屏幕可以由幾十萬個點陣組成，全屏幕有30多萬個 像素，常用的分辨率有640 x480和774x435，可以支持高清 晰度圖像和DVD放像功能。 n顯示屏的主要顯示內容包括地圖(包括相應的道路名稱、公 路編號、重

57、要地點名稱等)、車輛的當前位置、推薦路線等， 根據用戶的設定，還可以顯示附近的維修站、加油站、停車 場，以及其它公共服務單位的名稱及地理位置等信息，以方 便用戶的使用需要。 n汽車導航系統操作的簡便性是設計者追求的目標，實際上這 也涉及到一個安全的問題，因為不允許一邊開車一邊看電子 地圖。因此，設計者都考慮開發語音及語音識別技術。導航 系統通過語音代替圖象文字，向駕駛者發出信號或指令。 汽車電子新技術重慶大學汽車系 張偉 1.5 電子地圖 n汽車導航系統的推廣與應用關鍵是電子地圖。用戶購買裝備 導航系統的車輛時，還能得到一張刻錄了電子地圖的 CD/DVD光盤。用戶在開啟車輛導航系統后，必須把這

58、張 CD/DVD光盤插入導航設備的光盤驅動器中，當系統需要道 路信息時，就會到CD/DVD上去獲取。隨著城鄉建設的發展 及道路的變化，電子地圖光盤需要定期更換。 n但是，即使是最新版的電子地圖也不能保證準確無誤。針對 這種情況，汽車導航系統又需要增加一定的輔助支援系統。 目前，在應用汽車導航系統比較廣泛的地區(如歐美和日本)， 由汽車公司或其它商業公司建立的呼叫中心或公共交通信息 電臺，通過GSM移動通訊形式發送短消息，或由電臺發送最 新的交通信息，提供給汽車上的導航設備，可以對汽車上電 子地圖的信息隨時進行修正。 汽車電子新技術重慶大學汽車系 張偉 四、汽車ESP控制技術 n汽車電子穩定程序

59、(Electronic Stability Program，簡稱ESP) 是車輛新型的主動安全系統，是汽車ABS和TCS功能的進一 步擴展，并在此基礎上，增加了車輛轉向行駛時橫擺率傳感 器、側向加速度傳感器和方向盤轉角傳感器，通過ECU控制 前后、左右車輪的驅動力和制動力，確保車輛行駛的側向穩 定性。 1. ESP的組成 ESP由傳感器、電子控制單元(ECU)和執行器3部分組成，在ECU 實時監控汽車運行狀態的前提下，對發動機及制動系統進行 干預和調控。 典型的ESP包括傳統制動系統、傳感器(4個輪速傳感器、方向盤 轉角傳感器、側向加速度傳感器、橫擺角速度傳感器、制動 主缸壓力傳感器)、液壓調

60、節器、汽車穩定性控制ECU和輔 助系統(發動機管理系統)。 汽車電子新技術重慶大學汽車系 張偉 汽車電子新技術重慶大學汽車系 張偉 1)輪速傳感器用于檢測輪速信號。目前采用的輪速傳感器有 電磁感應式和霍爾式2種。電磁感應式輪速傳感器的低速 響應比較差，而霍爾傳感器有較好的低速響應特性。 2)方向盤轉角傳感器用于測量方向盤的轉角。方向盤轉角傳 感器通常分為編碼器和電位計式2種。光學編碼器式傳感 器的測量精度高，使用壽命長，但它通常測量相對位置， 因此需要對零點進行識別，而電位計可以直接測量絕對位 置，但其使用壽命較低。 3)側向加速度傳感器用于測量側向加速度。側向加速度傳感 器主要有2種：一種采