關(guān)于汽車電子系統(tǒng)中控制技術(shù)的解析
汽車電子控制技術(shù)的快速發(fā)展主要取決于以下三個因素:一是得益于晶體管技術(shù)、大規(guī)模集成電路技術(shù)、計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展,成本不斷降低,控制功能越來越強大,為汽車電子控制技術(shù)的發(fā)展提供良好的條件;二是由于各國政府制定了越來越嚴格的法規(guī),迫使汽車制造商必須采用先進的電子控制技術(shù),以滿足在燃油經(jīng)濟性、安全性和排放性能方面的法規(guī)要求;三是用戶對汽車安全性、舒適性、動力性、經(jīng)濟性等越來越高的需求,促使汽車制造商更多地采用電子控制技術(shù),增強其產(chǎn)品在市場上的競爭能力。
汽車電子控制技術(shù)的發(fā)展過程,大致可分為電子電路控制、微型計算機控制和車載局域網(wǎng)控制三個階段。第一階段(1953~1975年):模擬電子電路控制階段,即采用分立電子元件或集成電路組成電子控制器進行控制。汽車電子設(shè)備主要采用分立電子元件組成電子控制器,從而揭開了汽車電子時代的序幕。
第二階段(1976~1999年):微型計算機控制階段,即采用模擬計算機或數(shù)字計算機進行控制,控制技術(shù)向智能化方向發(fā)展。汽車電子設(shè)備普遍采用8位、16位或32位字長的微處理器進行控制,主要開發(fā)研制專用的獨立控制系統(tǒng)和綜合控制系統(tǒng)。第三階段(2000年至今):車載局域網(wǎng)控制階段,即采用車載局域網(wǎng)(LAN,Local Area Network)對汽車電器與電子控制系統(tǒng)進行控制。國內(nèi)外中高檔轎車目前都已開始采用車載局域網(wǎng)技術(shù)。
現(xiàn)代汽車越來越多地將單一控制系統(tǒng)集成為集中控制系統(tǒng),控制系統(tǒng)集成可以使整個系統(tǒng)簡化,有利于對復雜系統(tǒng)多變量、多目標的綜合協(xié)調(diào)控制。但控制系統(tǒng)的集成需要運算能力更強、速度更快的微處理器,因此微處理器也從8位、16位、32位發(fā)展至64位。
由于汽車上電子裝置數(shù)量急劇增多,汽車電路越來越復雜,為了減少連接導線的數(shù)量,現(xiàn)代汽車廣泛采用車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù),將過去一線一用的專線制改為一線多用制。利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以將汽車中各種電控單元、智能傳感器、智能儀表等連接起來,從而構(gòu)成汽車內(nèi)部的控制器局域網(wǎng),實現(xiàn)各系統(tǒng)間的信息資源共享。這樣不僅簡化了布線,減少了電氣節(jié)點的數(shù)量和導線的用量,同時也增加了信息傳送的可靠性。
智能汽車是一個集環(huán)境感知、規(guī)劃決策、多等級輔助駕駛等功能于一體的綜合系統(tǒng),它集中運用了計算機、智能傳感器、信息融合、通信、人工智能及自動控制等技術(shù),是典型的高新技術(shù)綜合體。
智能交通系統(tǒng)(Intelligent Transportation System,ITS)是將先進的信息技術(shù)、通信技術(shù)、傳感技術(shù)、控制技術(shù)以及計算機技術(shù)等有效地集成運用于整個交通運輸管理體系,而建立起的實時、準確、高效的綜合運輸和管理系統(tǒng)。智能交通技術(shù)與智能汽車技術(shù)的結(jié)合,就可以實現(xiàn)汽車最佳行駛路線的自動選擇和汽車的自動駕駛。汽車和交通智能化代表著未來汽車和未來交通的發(fā)展方向。
所謂模塊化設(shè)計,是指為開發(fā)具有多種功能的不同產(chǎn)品,不需要對每種產(chǎn)品實施單獨設(shè)計,而是精心設(shè)計出多種模塊,將其經(jīng)過不同方式的組合來構(gòu)成不同的產(chǎn)品,以解決產(chǎn)品品種、規(guī)格、制造周期和成本之間的矛盾。隨著汽車市場競爭的日趨激烈,為了滿足用戶個性化需求,汽車制造商需要推出更多的新車型,新車型的開發(fā)周期越來越短,采用電控系統(tǒng)模塊化設(shè)計技術(shù),能夠縮短開發(fā)周期,提高開發(fā)產(chǎn)品的質(zhì)量,降低開發(fā)成本,有效提高汽車電子控制系統(tǒng)乃至汽車整車的可靠性。
汽車上每一個電子控制系統(tǒng)都是由傳感器與開關(guān)裝置、電控單元和執(zhí)行器(執(zhí)行元件)三部分組成,這三部分通過導線進行連接,就組成了一個電控系統(tǒng)。檢測被測氣體和液體等流體的流量,例如用于發(fā)動機電控燃油噴射系統(tǒng)的空氣流量傳感器;用于自動空調(diào)系統(tǒng)的制冷劑流量傳感器等。
檢測被測回轉(zhuǎn)物體的轉(zhuǎn)角或移動物體的位移,例如用于發(fā)動機電控燃油噴射和微機控制點火系統(tǒng)的曲軸位置傳感器、凸輪軸位置傳感器、節(jié)氣門位置傳感器;用于電子穩(wěn)定程序的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器;用于電子控制懸架系統(tǒng)的車身高度傳感器;用于廢氣再循環(huán)系統(tǒng)的EGR閥位置傳感器等。
檢測被測介質(zhì)壓力,例如用于發(fā)動機電控燃油噴射系統(tǒng)的進氣歧管壓力傳感器、大氣壓力傳感器、排氣壓力傳感器;用于驅(qū)動防滑轉(zhuǎn)系統(tǒng)中的油壓傳感器等。檢測被測介質(zhì)溫度,例如用于發(fā)動機電控燃油噴射和微機控制點火系統(tǒng)的發(fā)動機冷卻液溫度傳感器、進氣溫度傳感器、排氣溫度傳感器、燃油溫度傳感器;用于自動空調(diào)控制系統(tǒng)采用的車內(nèi)溫度傳感器等。
檢測被測介質(zhì)濃度,例如用于發(fā)動機電控燃油噴射系統(tǒng)的氧傳感器;用于安全控制系統(tǒng)的酒精濃度傳感器等。檢測被測轉(zhuǎn)動物體的轉(zhuǎn)速或移動物體的速度,例如用于發(fā)動機電控燃油噴射和微機控制點火系統(tǒng)的發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器;用于防抱死制動系統(tǒng)的車輪速度傳感器、用于電控自動變速器的車速傳感器等。
檢測被測物體的加速度,例如用于電子穩(wěn)定程序的汽車縱向和橫向加速度傳感器;用于電控懸架系統(tǒng)的車身垂直加速度傳感器等。汽車電子控制單元簡稱電控單元,又稱為汽車電子控制器或汽車電子控制組件,俗稱“汽車電腦”。電控單元是以單片機為核心所組成的電子控制裝置,具有強大的數(shù)學運算、邏輯判斷、數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)管理等功能。
電控單元是汽車電子控制系統(tǒng)的控制中心,其主要功用是分析、處理傳感器采集的各種信息,并向受控裝置(即執(zhí)行器或執(zhí)行元件)發(fā)出控制指令。執(zhí)行器又稱為執(zhí)行元件,是電子控制系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)。執(zhí)行器的功用是接受電控單元(ECU)發(fā)出的指令,完成具體的執(zhí)行動作。汽車電控系統(tǒng)的執(zhí)行器通常是電動機、電磁閥等。汽車電控系統(tǒng)不同,采用執(zhí)行器的數(shù)量和種類也不相同。
發(fā)動機電控燃油噴射系統(tǒng)的執(zhí)行器有電動燃油泵和電磁噴油器;發(fā)動機怠速控制系統(tǒng)的執(zhí)行器是怠速控制閥;汽油蒸發(fā)污染控制系統(tǒng)蒸氣回收系統(tǒng)的執(zhí)行器是活性炭罐電磁閥;微機控制點火系統(tǒng)的執(zhí)行器有點火控制器和點火線圈;防抱死制動系統(tǒng)的執(zhí)行器有兩位兩通電磁閥或三位三通電磁閥、回油泵電動機;安全氣囊系統(tǒng)的執(zhí)行器是氣囊點火器;電控自動變速器的執(zhí)行器有換擋電磁閥、油壓控制電磁閥和鎖止電磁閥;汽車電控懸架系統(tǒng)的執(zhí)行器是空氣壓縮機、減振器阻尼和彈簧剛度調(diào)節(jié)電動機以及高度控制電磁閥等。