技術管理汽車電子論文

時間：2021-06-11 15:37:21 論文我要投稿

技術管理汽車電子論文

　　隨著我國加入世貿組織，汽車工業既面臨機遇又面臨挑戰，但總體而言機遇大于挑戰。在本世紀初我國的汽車工業將以很高的速度向前發展。據有關資料介紹我國汽車工業產量的現狀與規劃如下：

技術管理汽車電子論文

　　2000年200萬輛（占全球產量3.3）

　　2005年300萬輛（占全球產量5）

　　2010年600萬輛（占全球產量10）

　　2015年1000萬輛

　　汽車工業的發展在帶動鋼鐵工業發展的同時必將帶動電子工業發展，特別是在現代汽車中電子/電器占汽車制造成本的比例越來越大，據國外一家公司（VDI）的分析和預測，電子/電器占汽車制造的成本從60年代起逐年增長。80年代后期，成本份額達到12左右。主要是電子控制燃油噴射，電子發動機控制和電子變速器控制等。到了90年代增幅達到25，其中主要是柴油噴射、導航裝置等電子系統。隨后，集成式汽車電子裝備占汽車制造總成本的份額始終保持穩定增長的態勢，預計到2010年可達到30。

　　汽車中傳統的電氣及驅動系統如圖1所示，圖2為現代汽車中電氣及驅動系統。汽車中最早的電器是電燈和發電機，1967年汽油電子噴射的出現，1979年發動機數字式電子裝置的出現以及隨后幾年中許多其它電子裝置的相繼開發，諸如爆震轉速調節、冷起動性能的改善、特性曲線控制等都是電子技術的應用成果。1986年人們終于采用了電子發動機控制和自動變速器控制，這為汽車技術的發展起到了極大的促進作用。發動機/傳動系統電子技術--包括底盤（行走機構）和輔助裝置的調節已從單獨的控制器向復合、一體化的傳動控制系統發展。單個的控制器可以通過CAN總線連接在一起相互交換數據，這種相互連接帶來的好處是傳感器信號可以供許多控制器同時使用，且所有控制器享有相同的信息。另一方面，通過此種連接可以在整個系統內開發更新的功能，并降低系統的成本。如今，發動機大多數功能均能達到實時控制，使燃燒過程更佳，從而增大了功率和扭矩，降低了排放和燃料消耗。當然在一系列新功能的開發中也使得汽車用電增大，特別是電磁離合器、電磁制動器等的使用給電能調節帶來了一定難度，這就需要高效率的發電機和高效率的電力電子變換器。

　　圖1傳統汽車電氣及驅動系統

　　圖2現代汽車電氣及驅動系統

　　汽車電子技術是用來滿足用戶對汽車安全性、可靠性或實用性功能的期望和要求。就汽車制造商來說，關鍵是要通過技術創新將其發展的目標與用戶的高要求一致起來，例如，BMW公司就較好地把其發展目標與用戶的需求結合起來，他們不斷完善汽車行駛的動力性，提高發動機的功率，塑造人機工程學，追求一流的質量，最大限度地去滿足用戶的要求。許多汽車制造商加大了電子技術科技創新的投入，通過新技術、新產品，不斷改變和完善汽車功能。今天的電子技術已完全實現了靠機械、液壓手段所不能達到的目標和要求，并正在為實現用戶更高的期望和要求向前發展。汽車的自動化程度越高，汽車中的電力電子驅動和變換單元就越多，其控制單元就越復雜。汽車中電力電子驅動單元主要功能是電機驅動，線圈驅動和電磁離合器驅動。汽車中主要的控制單元是ECU，TCU和ABS等。除此之外具有廣泛發展前景的混合動力汽車也與電力電子密切相關。

　　1汽車上的電子控制單元ECU

　　ECU（ElectronicControlUnit）由微機和外圍電路組成。而微機就是在一塊芯片上集成了微處理器（CPU），存儲器和輸入／輸出接口的單元。ECU的主要部分是微機，而核心件是CPU。ECU將輸入信號轉化為數字形式，根據存儲的參考數據進行對比加工，計算出輸出值，輸出信號再經功率驅動電路去控制若干個調節伺服元件，例如點火線圈和電子開關等。因此，ECU實際上是一個“電子控制單元”，它是由輸入電路、微機和功率驅動電路等三部分組成。

　　輸入電路接受傳感器和其它裝置輸入的信號，對信號進行過濾處理和放大，然后轉換成一定伏特的輸入電平。從傳感器送到ECU輸入電路的信號既有模擬信號也有數字信號，輸入電路中的模／數轉換器可以將模擬信號轉換為數字信號，然后傳遞給微機。微機將上述已經預處理過的信號進行運算處理，并將處理數據送至輸出電路。輸出電路將數字信息的功率放大，有些還要還原為模擬信號，使其驅動被控的調節伺服元件工作。

　　2變速箱控制單元TCU

　　現在許多轎車的自動變速器是電子控制的，自動變速器主要由無級變速器和變速箱控制器TCU(ElectronicControlUnit)根據傳感器輸入信號和開關信號，對電磁閥離合器和控制變比的電機進行控制，達到自動變速的目的。

　　自動變速器的電子控制裝置是由信號輸入系統、計算系統和控制信號輸出系統這三部分組成。信號輸入系統有：變速器輸入速度傳感器、變速器輸出速度傳感器、發動機冷卻溫度傳感器、節氣門位置傳感器、發動機曲軸轉速傳感器、潤滑油溫度傳感器、制動開關等信號。這些信號輸入到TCU后經過計算或查表然后輸出控制信號，控制電磁離合器的電流，電磁離合器的電流取決于汽車的運行狀態。TCU根據汽車行駛狀態來操縱電磁離合器通電電流的大小或關閉。汽車速度比較慢或停止時，TCU不啟動電磁離合器，當汽車速度達到一定值時，TCU啟動電磁離合器。汽車變速箱變比的控制也是由TCU完成的，TCU根據汽車車速、發動機轉速及節氣門開度等輸入信號參數控制變速箱變比調節電動機正轉或反轉及加速或減速。從而達到汽車的最佳運行狀態。

　　3防抱死制動系統ABS

　　汽車制動防抱死系統簡稱ABS(AntilockBrakingSystem或Anti-skidBrakingSystem)，是指在制動過程中，可自動調節制動力大小，防止車輪抱死，以獲得最佳制動性能，包括最佳方向穩定性、正常轉向能力和最小制動距離的裝置。它是汽車制動系統的組成部分。在汽車上裝用ABS可有效地減少交通事故，提高行車安全性。在20世紀韌，ABS就已被裝在火車上，用來防止制動時車輪抱死造成局部摩擦，使車輪和鋼軌早期損壞。50年代，ABS又被應用于波吉飛機上，用來防止飛機著陸后制動跑偏或前栽，并可縮短制動距離。”在汽車上使用ABS技術始于60年代。1965年，在倫敦汽車博覽會上出現了第一輛裝有ABS的樣車，但這時還只是純機械式的防抱死裝置。1965年，Ford公司與KelseyHayes公司合作研制成名為“SM—Track”的單通道后輪ABS，并裝在1969年的Thunderbird車型上；Chrysler公司與Bendix公司合作研制成3通道4輪ABS—“Sure—Brake”，裝在1971年的Imperical車型上。他們采用的是當時最新的模擬電子技術，但都是分立元件，體積大，成本高，故障多，可靠性差。目前ABS技術和工藝都非常成熟，已廣泛應用于轎車和重型汽車中。我關于ABS的研究開始于80年代初．現剛剛進入產品試制和裝車試驗階段。國內研制ABS的單位主要有二汽公司、交通部重慶公路研究所、重慶宏安A踢有限公司、陜西興平514廠、西安公路學院等單位和部門。二汽公司從80年代初就開始研究ABS．是較早研究ABS的廠家之一，現研究工作的主要目標是對國外的產品進行消化吸收。重慶公路研究所相繼開發出了兩代ABS產品，第一代ABS的ECU采用了z80芯片。第二代ABS產品為FKx—ACl型．該裝置的ECU中的CPU微處理器采用了美國1NTEL公司的MCS—96系列8098單片機。驅動電路主要采用功率MOSFET。

　　據美國統計，約有40的意外事故是因剎車時汽車滑行致剎車距離過長而造成的。采用ABS系統可以在制動過程中自動調節車輪制動力，防止車輪抱死以取得最佳制動效果。

　　4混合動力汽車

　　汽車發展的100年，是人類文明和經濟發展迅猛的100年。如今，全世界汽車的保有量達到了6．7億多輛，汽車已與人們的日常生活和生產密不可分。然而，眾多燃油汽車排放所造成空氣質量的日益惡化和石油資源的漸趨匱乏，使開發低排放、低油耗的新型汽車成為當今汽車工業界的緊迫任務。人們越來越關注其它燃料的汽車和電動汽車的'開發。使用電動汽車(ElectricVehicle簡稱EV)可實現無污染，并可利用煤碳、水力等其它非石油資源，因此，無疑是解決問題的最有效途徑。但是，由于電動汽車的關鍵部件之一的電池其能量密度、壽命、價格等方面的問題，使得電動汽車的性價比無法與傳統的內燃機汽車相抗衡。盡管目前具有世界先進水平的電動汽車的性能與內燃機汽車可不相上下，但過高的成本使其難以商品化。在這種環境下，融合內燃機汽車和電動汽車優點的混合動力電動汽車(HybridElectricVehicle，簡稱HEV)異軍突起，在世界范圍內成為新型汽車開發的熱點�？梢韵嘈牛陔妱悠嚨膬δ懿考姵貨]有根本性突破以前，使用混合動力電動汽車是解決排污和能源問題最具現實意義的途徑之一。

　　混合動力電動汽車(HEV)是在一輛汽車上同時配備電力驅動系統和輔助動力單元(AuxiliaryPowerUnit，簡稱APU)，其中APU是燃燒某種燃料的原動機或由原動機驅動的發電機組，APU由原動機和發電機組成，通常將這兩個部件集成為一體。原動機帶動發電機發電，其電能通過控制器直接輸送到電動機，由電動機產生驅動力矩驅動汽車。電池實際上起平衡原動機輸出功率和電動機輸入功率的作用：當發電機的發電功率大于電動機所需的功率時(如汽車減速滑行、低速行駛或短時停車等工況)，控制器控制發電機向電池充電；當發電機發出的功率低于電動機所需的功率時(如汽車起步、加速、高速行駛、爬坡等工況)，電池則向電動機提供額外的電能。目前HEV所采用的原動機一般為柴油機、汽油機或燃汽輪機。混合動力電動汽車將原動機、電動機、能量儲存裝置(蓄電池)組合在一起，它們之間的良好匹配和優化控制，可充分發揮內燃機汽車和電動汽車的優點，避免各自的不足，是當今最具實際開發意義的低排放和低油耗汽車。目前世界各國研究開發的混合動力電動汽車有不同的結構形式，根據其驅動系統的配置和組合方式不同，分為串聯式、并聯式和混聯式3種組合方式。混合動力電動汽車和電力電子有密切的聯系，其電氣系統核心部件：

　　電機--發電機/電動機/啟動機；電力電子驅動/整流，含傳感器及保護電路；直流電壓變換器；蓄電池。圖2所示的是一個42V電氣系統實物的組成框圖，圖3為其電路框圖。

　　圖342V電氣系統組成

　　圖442V電氣系統的電路組成

　　目前世界各國都致力于開發先進的混合動力電動汽車，在1999年北京舉行的第16屆國際電動車會議暨展覽會(EVS—16)上，混合動力電動汽車成為熱點，展出的部分展品代表了世界混合動力汽車發展的現狀�；旌夏茉窜囬_發各國都剛起步，其發展趨勢如下：

　　串行混合能源車是主流發展方向，純電動車燃料電池車將隨之而來

　　混合能源車開發將拉動一大批工業發展：材料(化工，合金，鋼鐵)，電子，通訊，電機，電池，機械加工,環保等

　　車載電壓將升至42V以上,但低電壓將并存相當一段時間

　　皮帶驅動集成起動機/發電機，曲軸驅動集成起動機/發電機將并行發展

　　電機設計將與控制方法開發同步進行

　　混合能源車已經并將繼續促進專用電子模塊的開發

　　寬速比，高效，可靠性是電氣系統開發的挑戰性問題

　　混合動力電動汽車是當今解決汽車節能與排污問題的有效途徑，混合動力電動汽車雖然沒有實現零排放，但它所能達到的動力性、經濟性和排放指標是緩解汽車需求與環境污染及石油短缺矛盾日益尖銳的理想途徑。因此，我們必須重視混合動力電動汽車在汽車發展過程中的作用，牢牢把握當前的發展契機，投入必要的人力物力，解決混合動力電動汽車存在的問題。

　　現代汽車與電子技術特別是電力電子技術密切相關，汽車中以單片機為核心的電子技術的含量在一定意義上決定汽車的自動化水平。汽車的自動化程度越高，汽車中的電力電子變換和驅動系統就越多，越復雜。因此變換和驅動系統的質量將直接影響整車的效率和性能。近幾年來我國的汽車工業有了很大的發展，但是汽車中的電子裝置特別是核心電子裝置則主要依靠進口，因此開發高性能的電子裝置具有廣闊的市場。

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