汽車應(yīng)用技術(shù)論文(2)
汽車應(yīng)用技術(shù)論文篇二
電子技術(shù)在汽車中應(yīng)用
【摘要】電子技術(shù)讓汽車節(jié)能、安全和智能。從汽車電子電氣架構(gòu)技術(shù)的應(yīng)用、汽車動力系統(tǒng)的電氣化、主動安全和被動安全等方面進(jìn)行綜述。列舉了博世車載安全系統(tǒng);以明銳乘用車為案例，對電子穩(wěn)定系統(tǒng)闡述。
【關(guān)鍵詞】汽車電子;節(jié)能減排;安全
中國已經(jīng)成為世界第一大汽車產(chǎn)銷國，隨著科技創(chuàng)新發(fā)展，必將推動中國成為汽車產(chǎn)業(yè)強(qiáng)國。汽車電子技術(shù)是影響汽車產(chǎn)業(yè)做強(qiáng)的重要因素，汽車電子使得汽車更節(jié)能、更環(huán)保、更安全、更智能、更舒適。
1.汽車電子趨勢
推動電子系統(tǒng)銷售變化的主要因素是：機(jī)械和液壓系統(tǒng)被取代，安全系統(tǒng)增多，降低燃油消耗，減少環(huán)境污染。
節(jié)省燃油的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)EPS如圖1—1所示。該系統(tǒng)通過車速傳感器和扭矩傳感器采集的信號，由電子控制單元ECU直接控制電機(jī)，省去了傳動帶驅(qū)動的液壓泵、高壓膠管以及各種轉(zhuǎn)向和液壓傳動裝置。EPS電機(jī)只在需要時運轉(zhuǎn)，而傳動帶驅(qū)動或電控液壓助力轉(zhuǎn)向EHPS系統(tǒng)卻一直運轉(zhuǎn)，消耗燃油。
2.汽車電子電氣架構(gòu)的技術(shù)應(yīng)用
電子電氣系統(tǒng)架構(gòu)整合了動力，駕駛員信息，娛樂，底盤，車身，乘客保護(hù)，舒適，方便性，診斷，容錯，能源管理，數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，動力及信號網(wǎng)絡(luò)，實體及功能劃分和暖風(fēng)空調(diào)。其特點是可擴(kuò)性增強(qiáng)，容納更多功能，診斷性能改善，電子及功能性整合，線路簡化，減少了連接器的數(shù)量，更小的電子器件，富有創(chuàng)新的布線方案，線束尺寸更小，設(shè)計的可制造性更強(qiáng)，更少的VAP作業(yè)，更少的對接件，可靠的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，改善了壓接、剪切的可靠性，更容易安裝。
電子電氣架構(gòu)的技術(shù)產(chǎn)品如表2—1所示。
3.汽車動力系統(tǒng)
能源儲備量的下降，國內(nèi)汽車保有量的迅速增長，汽車燃燒液體油料所造成的大氣污染嚴(yán)重，預(yù)計2020年我國汽車的CO2排放量會增加4倍，汽車動力系統(tǒng)面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，而CO2排放問題是我國汽車產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展所面臨的最大挑戰(zhàn)。
低碳化無疑將成為世界汽車動力總成技術(shù)發(fā)展的杠桿，世界主要汽車生產(chǎn)及消費大國都先后制定了CO2減排法規(guī)。汽車動力總成低碳化主要依靠傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)“高效化”實現(xiàn)，未來汽車動力總成低碳化依靠“電氣化”實現(xiàn)。汽車動力總成“高效化”依賴于內(nèi)燃機(jī)和變速器電子技術(shù)，汽車動力總成“電氣化”依賴于電機(jī)和電池電子控制技術(shù)，微處理器技術(shù)的巨大進(jìn)步使發(fā)動機(jī)已經(jīng)成為真正的數(shù)字化智能機(jī)械。
混合動力技術(shù)是高安全性、高可靠性和高智能的電子產(chǎn)品集成技術(shù)，其優(yōu)化了傳統(tǒng)型汽車，在安全性、控制策略、起停系統(tǒng)、電驅(qū)動、發(fā)電機(jī)等方面得到了改善。當(dāng)然，將混合動力系統(tǒng)整合到現(xiàn)有的車型中會提高電子電氣架構(gòu)的復(fù)雜性，但是混合動力的零部件、分系統(tǒng)、總成及現(xiàn)有的電子電氣架構(gòu)必須為提供優(yōu)化的解決方案而整合。
4.汽車安全性
車輛事故的數(shù)據(jù)是驚人的，絕大多數(shù)的碰撞事故發(fā)生在路況和天氣較好的條件下，而且駕駛員的錯誤時造成事故發(fā)生最主要的原因。被動安全能夠減少了碰撞所造成的傷亡，但是不能幫助減少碰撞事故的發(fā)生。
4.1 汽車安全趨勢
主動安全能夠幫助減少碰撞事故的發(fā)生，把防止碰撞發(fā)生放在第一位，所以汽車的安全趨勢從被動安全過渡到主動安全的集成。未來汽車強(qiáng)調(diào)：
安全：采用主動安全技術(shù)來減少和避免碰撞。
綠色：高效率和低排放的動力總成。
互聯(lián)：采用無線和有線通訊技術(shù)提供先進(jìn)的娛樂和通訊手段。
4.2 主動安全系統(tǒng)
(1)具備起停功能的自適應(yīng)巡航系統(tǒng)ACC。
(2)碰撞緩解系統(tǒng)，采用雷達(dá)傳感器來控制剎車輔助制動。
(3)具備自動剎車功能的碰撞緩解系統(tǒng)，雷達(dá)和視頻數(shù)據(jù)的融合，車輛和行人的檢測和分類，剎車輔助和自動剎車。
(4)集成的前視智能視頻系統(tǒng)IFV，車輛偏離預(yù)警系統(tǒng)LDW，主動夜視系統(tǒng)，基于視頻的前向碰撞預(yù)警系統(tǒng)FCW。
(5)側(cè)邊告警系統(tǒng)，盲區(qū)檢測，換道、并道輔助。
(6)倒車、泊車輔助系統(tǒng)，倒車攝像頭RVC，基于RVC的倒車、泊車輔助系統(tǒng)。
4.3 博世的安全、卓越和舒適理念
主動安全里程牌：安全制動ABS，加速時車輪不打滑TCS，防止側(cè)滑和側(cè)翻。
CAPS通過主動和被動系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)以及駕駛員輔助系統(tǒng)(先前已獨立運行)，幫助避免和減輕碰撞，是一種智能模塊化安全系統(tǒng)。
4.3.1 主動安全系統(tǒng)預(yù)防碰撞
早期，駕駛員在緊急制動時，通常會失去對車輛的控制。而1978年出現(xiàn)的防抱死制動系統(tǒng)ABS，可以監(jiān)控車輪轉(zhuǎn)速并防止由于車輪抱死而導(dǎo)致車輛在制動過程中發(fā)生的轉(zhuǎn)向。ABS原理隨后被運用于各種新功能中，如牽引力控制系統(tǒng)TCS，可防止加速過程中驅(qū)動輪打滑。
1995年，隨著電子穩(wěn)定性控制系統(tǒng)ESP的引入，主動駕駛安全發(fā)展到一個全新的階段。穩(wěn)定性控制系統(tǒng)ESP不但影響車輛的縱向運動，還影響其橫向運動。因而，其能識別所有來自不穩(wěn)定性的威脅，并采用目標(biāo)制動在瞬間對駕駛行為進(jìn)行干預(yù)。這樣，在任何駕駛條件下，車輛更加容易控制，并防止了車輛起動前打滑。
4.3.2 被動安全系統(tǒng)降低碰撞影響
在被動安全系統(tǒng)領(lǐng)域，博世運用其25年來積累的經(jīng)驗，開發(fā)出一種可靠乘員安全電子系統(tǒng)。這包括可在碰撞發(fā)生時觸發(fā)的氣囊和安全帶張緊裝置等系統(tǒng)，以對乘員提供最佳保護(hù)。博世開發(fā)并生產(chǎn)了在碰撞發(fā)生時對被動安全系統(tǒng)進(jìn)行精確控制的電子元件。中央氣囊控制裝置對傳感器信號進(jìn)行評估，確定碰撞中的力和方向，并在必要時觸發(fā)車輛的約束裝置。
4.3.3 從舒適到安全系統(tǒng)
駕駛員輔助系統(tǒng)最初定位為舒適性和方便性，現(xiàn)在，其正經(jīng)歷一個合理的深入發(fā)展過程，支持車輛防碰撞系統(tǒng)，因而其在交通安全方面越來越重要。在外部觀察傳感器的幫助下，車輛查看周圍發(fā)生的一切，對情況進(jìn)行分析，并識別危險情況。這個信息用于支持并警告駕駛員，甚至可以在緊急情況下自動干預(yù)駕駛行為。第一代系統(tǒng)已經(jīng)投入市場：如，自適應(yīng)巡航控制ACC。該系統(tǒng)可控制車速，甚至可自動在高速公路和二級公路上與前車保持一個安全距離。 4.3.4 聯(lián)網(wǎng)帶來的新安全功能
世界各地，公路交通的密度不斷增加，促使安全和保護(hù)系統(tǒng)方面的需求也不斷增加。系統(tǒng)已經(jīng)被用于防止碰撞和挽救生命，進(jìn)一步提升當(dāng)前已較高的安全標(biāo)準(zhǔn)，首先是將之前在CAPS結(jié)構(gòu)內(nèi)部獨立作用的車輛系統(tǒng)，如ESP、氣囊控制系統(tǒng)和ACC系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。
4.4 案例
上海大眾斯柯達(dá)明銳的電子穩(wěn)定系統(tǒng)ESP是在ABS和ASR等各種傳感器的基礎(chǔ)上，增加了汽車轉(zhuǎn)向行駛時偏轉(zhuǎn)率傳感器、橫向加速度傳感器和轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器等，電子穩(wěn)定系統(tǒng)連接示意圖如圖4—1所示。
該車的ESP系統(tǒng)中，偏轉(zhuǎn)率傳感器和橫向加速度傳感器集成在動態(tài)傳感器中，偏轉(zhuǎn)率傳感器監(jiān)測所有繞車輛垂直軸方向的轉(zhuǎn)動信息，橫向加速度傳感器監(jiān)測車輛轉(zhuǎn)彎時所產(chǎn)生的離力，這些信號傳遞給ABS控制單元;同時轉(zhuǎn)向角度傳感器監(jiān)測轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向角度，此信號傳遞給轉(zhuǎn)向柱電子控制單元，再通過CAN總線傳遞給ABS控制單元和動力總成控制單元;這些控制單元通過動力傳動系統(tǒng)CAN總線連接車載網(wǎng)路控制單元，如圖4—2所示。
當(dāng)傳感器監(jiān)測到汽車有發(fā)生翻轉(zhuǎn)或偏離駕駛員所需的行駛路線趨勢時，ESP系統(tǒng)能有選擇地對單個汽車前輪或后輪實施不同的制動，同時調(diào)整發(fā)動機(jī)的輸出扭矩，改變速度，修正車輛轉(zhuǎn)向角度，能使車輛安全行駛在正確的軌跡上并防止車輛側(cè)滑，主動保護(hù)行駛者安全。
4.5 胎壓監(jiān)測系統(tǒng)
有時，輪胎壓力不足甚至?xí)斐蓢?yán)重的交通事故，在高速公路或交通擁擠的情況下疾速更換輪胎是十分危險的，有必要保證輪胎壓力。
另外，正常輪胎可有效降低CO2排放量，其作出的貢獻(xiàn)有2%—5%。因為，滾動阻力主要取決于輪胎壓力和輪胎負(fù)載，而胎壓監(jiān)測系統(tǒng)TPMS可以降低滾動阻力，延長輪胎使用壽命，降低油耗，減少環(huán)境污染，被譽(yù)為CO2減排助手。其主要用于在汽車行駛時對輪胎氣壓和溫度進(jìn)行實時自動監(jiān)測，對輪胎漏氣和低氣壓狀況進(jìn)行報警，預(yù)防爆胎，以保證行駛安全;避免汽車部件的不正常磨損。目前奧迪、寶馬、奔馳、法拉利、保時捷、大眾和福特等的部分車型已安裝了輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)。
TPMS系統(tǒng)主要有安裝在汽車輪胎上的輪胎壓力監(jiān)測模塊和安裝在汽車駕駛臺上的中央監(jiān)視器兩個部分組成。輪胎壓力和溫度監(jiān)測模塊直接安裝在每個輪胎里，將測量得到的信號調(diào)制后通過高頻無線電波發(fā)射出去。中央監(jiān)視器接收TPMS監(jiān)測模塊發(fā)射的信號，將輪胎滾動損耗與非理想輪胎形狀之間的聯(lián)系以可視化的方式在顯示屏上顯示。如果輪胎的壓力或溫度出現(xiàn)異常，中央監(jiān)視器根據(jù)異常情況，發(fā)出報警信號，提醒駕駛員采取必要的措施。
5.總結(jié)
汽車產(chǎn)業(yè)呈電子化、智能化、自動化、網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展趨勢，未來汽車更安全、更節(jié)能、更環(huán)保、更舒適、更便捷。
參考文獻(xiàn)
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作者簡介：蔣紅楓(1966—)，女，江蘇無錫人，東南大學(xué)工學(xué)碩士，副教授，無錫汽車工程學(xué)校教研室主任，主要研究方向：汽車診斷技術(shù)。
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