浅谈电子技术在汽车上的应用
摘要 随着汽车工业和电子技术的迅速发展，电子技术在汽车上的应用日益广泛，汽车电子化程度不断提高，汽车已经不再是简单的交通工具，而成为现代科技的载体和结晶。当前世界汽车工业约70%的技术创新来源于电子技术的应用。可以说，今天的汽车已经进入电子控制的时代。
关键字：汽车电子技术 电子控制系统
Abstract
With the rapid development of automobile industry and electronic technology electronic technology application is becoming more and more widely in the car, automobile electronic degree enhances unceasingly。 car is no longer a simple means of transportation, and become the carrier of modern science and technology and crystallization。About 70% of world auto industry technological innovation comes from the application of electronic technology。It is obviously that today's car has entered the era of electronic control。
Keywords：auto electronic technology electronic control system
目 录
摘要（中文） ……………………………………………………………………………Ⅰ
摘要（英文） ……………………………………………………………………………Ⅱ
引言 ……………………………………………………………………………………… 1
第1章 汽车电子技术概述…………………………………………………………… 1
1.1 汽车电子技术的背景………………………………………………………………1
1.2 汽车电子技术的发展历程…………………………………………………………2
第二章 电子技术在汽车上的应用状况…………………………………………… 2
2.1 发动机的电子控制系统 ………………………………………………………… 2
2.1.1 电控点火装置（ESA） …………………………………………………………2
2.1.2 电控燃油喷射（EFI） …………………………………………………………3
2.1.2 废气再循环控制（EGR）……………………………………………………… 3
2.2 底盘综合控制系统 ……………………………………………………………… 3
2.2.1 电控自动变速器（ECAT）………………………………………………………3
2.2.2 防抱死制动系统（ABS）与驱动防滑系统（ASR）……………………………4
2.2.3 电子转向助力系统(EPS)……………………………………………………… 4
2.3 车身电子安全系统 ………………………………………………………………4
2.3.1 自适应前照灯系统（AFS）…………………………………………………… 4
2.3.2 汽车夜视系统（NVS）………………………………………………………… 5
2.3.3 安全气囊（SRS）……………………………………………………………… 5
2.4 信息通讯系统………………………………………………………………………5
2.4.1 汽车导航系统与定位系统（NTIS）……………………………………………5
2.4.2 语音系统（VS）…………………………………………………………………5
2.4.3 信息系统（IS）…………………………………………………………………6
2.4.4 通讯系统（CS）…………………………………………………………………6
第三章 汽车电子技术应用的发展趋势……………………………………………6
3.1 微处理器(ECU)…………………………………………………………………… 6
3.2 控制策略……………………………………………………………………………6
3.3 总线技术……………………………………………………………………………7
3.4 数据传输方面的电子新技术应用…………………………………………………7
3.5 集成电控技术………………………………………………………………………7
3.6 智能汽车及智能交通系统(ITS)………………………………………………… 8
结论………………………………………………………………………………………… 8
致谢………………………………………………………………………………………… 9
参考文献……………………………………………………………………………………10
引言
随着科学的发展和社会的进步，汽车已成为人类生活、现代物质文明不可缺少的部分，汽车技术是衡量一个国家工业化水平的重要标志。从世界上第一辆汽车诞生至今，汽车面临着市场竞争、能源短缺、环境污染和安全性、舒适性、方便性等一系列问题与需求的挑战。解决和满足这些需求，很大程度上取决于先进技术，特别是电子技术在汽车上的应用。汽车设计、制造、检测、运输管理到汽车故障诊断也都采用了先进的电子技术。
本论文一共分为三章，第一章主要介绍了汽车电子技术同时概括了现代电子技术的发展历程。第二章概述了汽车电子控制系统的基本组成以及电子技术在汽车上的具体应用。第三章对未来电子技术在汽车上的发展趋势做出了概括性的论述。
第1章 汽车电子技术概述
1.1 汽车电子技术的背景
从1886世界上第一汽车诞生直至20世纪中叶，可以说汽车还只是一种纯机械的产品，惟一带“电”的成份只有蓄电池及其点火系统。汽车科学家及工程师们从来就没有停止过对汽车性能提高的研究与努力，但用传统的机械方法提高汽车的性能可以说是已经到了“山穷水尽疑无路”的境界，比如提高汽车的动力性，降低汽车的排放污染等，因此迫切需要一种新方法新技术去改善汽车的性能。到了20世纪中叶，电子技术以燎原之势发展，并且跨入了汽车这一领域。汽车上最初采用的电子设备是收音机，在20世纪50年代初还是电子管收音机，到了1955年晶体管收音机的装车率就在不断提高了„„
随着世界汽车保有量的迅猛增长，在20世纪60年代末，汽车排气对大气造成的污染成为一种严重的社会公害，引起了世界各国的关注；进入20世纪70年代初，两次世界性的石油危机，又迫使人们对汽车提出了更高的节能要求；每天都在发生的惨不忍睹、触目惊心的交通事故，迫使人们对汽车行驶的安全性能提出了更高的要求，这一切用传统的方法去解决已经无能为力了，而进入20世纪60年代，半导体集成电路技术的进步，带来了微电子技术特别是微机技术的蓬勃发展，与此同时，传感器技术也得到了长足的发展，也迫
切需要在各种领域大显身手。
正是在这种内在需求与外在力量两种势力的推动下，电子技术在汽车领域得到了愈来愈广泛的应用。计算机技术、传感器技术、信息技术等在汽车上的应用，使汽车的性能得到了前所未有的提高与改善，大大提高了汽车的动力性、燃油经济性、安全性、可靠性、操纵稳定性、舒适性及使用方便性，从根本上控制了汽车排气对大气的污染等。电子技术和传统的机械产品汽车的结合——汽车机电一体化被认为是近年来汽车技术发展的重大突破，汽车电子化程度的高低已成为衡量该国汽车现代化水平的重要标志。
1.2 汽车电子技术的发展历程
汽车电子技术的发展历程可以划分为四个阶段：
第一阶段，从20世纪50年代初到70年代初，主要是开发由分立元件和集成电路组成的汽车电子产品，应用电子装置代替传统的机械部件，如集成电路调节器，电子点火器等。
第二阶段，从70年代中期到80年代中期，主要是发展专用的独立系统，电子装置被应用在某些机械装置所无法解决的复杂控制功能方面，如电子控制汽油喷射系统，制动防抱死系统等。
第三阶段，从80年代中期到90年代中期，主要是开发可完成各种功能的综合系统及各种汽车整体系统的微机控制，如集发动机控制与自动变速器控制为一体的动力传动系统控制，制动防抱死与防滑转控制系统等。
第四阶段，从90年代中期开始，主要是研究发展汽车的智能控制技术与网络控制技术，更好地实现控制的实时性、可靠性以及各控制系统之间的资源共享和协调控制。
第2章 电子技术在汽车上的应用状况
电子技术在汽车上的应用主要体现在汽车电子控制系统上，其大体可分为四个部分：发动机电子控制系统、底盘综合控制系统、车身电子安全系统、信息通讯系统。
2.1 发动机的电子控制系统
发动机电子控制系统（EECS）是通过对发动机点火、喷油、空气与燃油的比率、排放废气等进行电子控制，使发动机在最佳工况状态下工作，以达到提高其整车性能、节约能源、降低废气排放的目的。
2.1.1 电控点火装置（ESA）
电控点火装置由微处理机、传感器及其接口、执行器等构成。该装置根据传感器测得的发动机参数进行运算、判断，然后进行点火时刻的调节，可使发动机在不同转速和进气量等条件下，保证在最佳点火提前角下工作，使发动机输出最大的功率和转矩，降低油耗和排放，节约燃料，减少空气污染。
2.1.2 电控燃油喷射（EFI）
控燃油喷射装置因其性能优越而逐渐取代了机械式或机电混合式燃油喷射系统。当发动机工作时，该装置根据各传感器测得的空气流量、进气温度、发动机转速及工作温度等参数，按预先编制的程序进行运算后与内存中预先存储的最佳工况时的供油控制参数进行比较和判断，适时调整供油量，保证发动机始终在最佳状态下工作，使其在输出一定功率的条件下，发动机的综合性能得到提高。
2.1.3 废气再循环控制（EGR）
废气再循环控制系统是目前用于降低废气中氧化氮排放的一种有效措施。其主要执行元件是数控式EGR阀，作用是独立地对再循环到发动机的废气量进行准确的控制。ECU根据发动机的工况适时地调节参与再循环废气的循环率，发动机在负荷下运转时，EGR阀开启，将一部分排气引入进气管与新混合气混合后进入气缸燃烧，从而实现再循环，并对送入进气系统的排气进行最佳的控制，从而抑制有害气体氧化氮的生成，降低其在废气中的排出量。但过度的废气参与再循环，将会影响混合气的点火性能，从而影响发动机的动力性，特别是在发动机怠速、低速、小负荷及冷机时，再循环的废气会明显地影响发动机性能。
除以上控制装置外，发动机部分利用电子技术的还有：怠速控制（ISC）、节气门正时、二次空气喷射、发动机增压、油汽蒸发、烧室的容积、压缩比等方面，并已在部分车型上得到了应用。
2.2 底盘综合控制系统
底盘综合控制系统包括电控自动变速器、防抱死制动系统（ABS）与驱动防滑系统（ASR）、电子转向助力系统（EPS）、自适应悬挂系统（ASS）、巡行控制系统（CCS）等。
2.2.1 电控自动变速器（ECAT）
一般来说，汽车驱动轮所需的转速和转矩，与发动机所能提供的转速和转矩有较大差别，因而需要传动系统来改变从发动机到驱动轮之间的传动比，将发动机的动力传至驱动轮，以便能够适应外界负载与道路条件变化的需要。此外，停车、倒车等也靠传动系统来实现，适时地协调发动机与传动系统的工作状况，充分地发挥动力传动系统的潜力，使其达到最佳的匹配，这是变速控制系统的根本任务。ECAT可以根据发动机的载荷、转速、车速、制动器工作状态及驾驶员所控制的各种参数，经计算、判断后自动地改变变速杆的位置，按照换档特性精确地控制变速比，从而实现变速器换挡的最佳控制，得到最佳挡位和最佳换挡时间。该装置具有传动效率高、低油耗、换档舒适性好、行驶平稳性好以及变速器使用寿命长等优点。采用电子技术特别是微电子技术控制变速系统，已经成为当前汽车实现自动变速功能的主要方法。
2.2.2 防抱死制动系统（ABS）与驱动防滑系统（ASR）
汽车防抱死制动系统可以感知制动轮每一瞬时的运动状态，通过控制防止汽车制动时车轮的抱死来保证车轮与地面达到最佳滑动率，从而使汽车在各种路面上制动时，车轮与地面都能达到纵向的峰值附着系数和较大的侧向附着系数，以保证车辆制动时不发生抱死拖滑、失去转向能力等不安全的因素，可使汽车在制动时维持方向稳定性和缩短制动距离，有效地提高了行车的安全性。它是应用在汽车安全上的最有价值的一项应用。汽车制动防抱死系统的功能完善和扩展则是驱动防滑系统（ASR），两系统有许多共同组件。该系统利用驱动轮上的转速传感器感受驱动轮是否打滑，当打滑时，控制元件便通过制动或通过油门降低转速，使之不再打滑。它实质上是一种速度调节器，可以在起步和弯道中速度发生急剧变化时，改善车轮与路面间的纵向附着力，提供最大的驱动力，提高其安全性，维持汽车行驶的方向稳定性。
2.2.3 电子转向助力系统(EPS)
电子转向助力系统采用电动机与电子控制技术对转向进行控制，利用电动机产生的动力协助驾车者进行动力转向，系统不直接消耗发动机的动力。EPS一般是由转矩（转向）传感器、电子控制单元、电动机、减速器、机械转向器以及蓄电池电源等构成。汽车在转向时，转矩（转向）传感器会感知转向盘的力矩和拟转动的方向，这些信号会通过数据总线发给电控单元，电控单元会根据传动力矩、拟转的方向等数据信号，向电动机控制器发出动作指令，电动机就会根据具体的需要输出相应大小的转动力矩，从而产生了助力转向。如果不转向，则本套系统就不工作，处于待调用状态。电子转向助力系统提高了汽车的转向能力和转向响应特性，增加了汽车低速时的机动性以及调整行驶时的稳定性。
2.3 车身电子安全系统
车身电子安全系统包括车身系统内的电子设备，主要有自适应前照灯系统、汽车夜视系统、安全气囊、碰撞警示与预防系统、轮胎压力监测系统、自动调节座椅系统、安全带控制系统等，提高了驾驶人员和乘客乘坐的舒适和方便性。
2.3.1 自适应前照灯系统（AFS）
自适应前照灯系统可在前照灯照明范围内，根据车身的动态变化、转向机构的动作特性等综合因素进行计算和判断，从而判定汽车当前的行驶状态并对前照灯近光进行相应的调整，并能在会车时自动启闭和防眩。它能够有效地降低驾驶者在夜晚弯路上行车的疲劳程度，使驾驶者能够看清转弯处的实际路况，使驾驶者能够拥有充分的时间进行转向操纵和应付紧急情况，从而明显提高夜晚弯路上行车的安全性。
2.3.2 汽车夜视系统（NVS）
夜视系统是全天候的电子眼，延伸了驾驶员的视力范围，使其视力范围达到近光灯照射距离的3到5倍，且能帮助驾驶员看到远处来车的灯光，在雨雪、浓雾天气公路上的物体也能尽收眼底，大大提高了汽车行驶的安全性。车载夜视系统是根据红外成像原理工作的，属被动式红外成像技术。该系统本身不发出任何信号，而是通过一个起摄影作用的传感器来探测前方物体热量，热能被集中到一个可以通过各种红外线波长的探测器，被探测器的红外线敏感元件（与温度有关的电容器，其电容大小随所接收红外线的多少而变化）吸收，而后将辐射依次变换为电信号和数字信号，再通过眼前显示（HUD）或车内显示屏将图像显示给驾驶者。
2.3.3 安全气囊（SRS）
该系统是国内外汽车上一种常见的被动安全装置。在车辆相撞时，由电控元件用电流引爆安置在方向盘中央（有的在仪表盘板杂务箱后边也安装）等处气囊中的渗氮物，迅速燃烧产生氮气，瞬间充满气囊。气囊的作用是在驾驶员与方向盘之间、前座乘员与仪表板间形成一个缓冲软垫，避免硬性撞击而受伤。此装置一定要与安全带配合使用，否则效果大为降低。
除以上控制系统外，还有碰撞警示和预防系统（CWAS）、轮胎压力监测系统（TPWS）、自动调节座椅系统（AAS）、安全带控制系统、疲劳监视系统、自动雨刷系统、智能性型后视等系统。
2.4 信息通讯系统
信息通讯系统包括汽车导航与定位系统、语音系统、信息系统、通信系统等。
2.4.1 汽车导航系统与定位系统（NTIS）
该系统可在城市或公路网范围内，定向选择最佳行驶路线，并能在屏幕上显示地图，表示汽车行驶中的位置，以及到达目的地的方向和距离。这实质是汽车行驶向智能化发展的方向，再进一步就可成为无人驾驶汽车。
2.4.2 语音系统（VS）
该系统包括语音报警和语音控制两类。语音报警是在汽车出现不正常情况，如燃油温度、冷却液温度、油压、充电、尾灯、前照灯、排气温度、制动液量、手制动、车门未关严等出现不正常现象或自诊断系统测出有故障时，计算机经过逻辑判断后输出信息至扬声器或警示器报警。语音控制是用驾驶员的声音来指挥和控制汽车的某个部件、设备进行动作。
2.4.3 信息系统（IS）
该系统可将发动机的工况和其它信息参数，通过微处理机处理后，输出对驾驶员有用的信息。显示的信息除冷却液温度、油压、车速、发动机转速等常见的内容外，还有瞬时耗油量、平均耗油量、平均车速、行驶里程、车外温度等，根据驾驶员的需要，可随时调出显示这些信息。
2.4.4 通讯系统（CS）
这方面真正使用且采用最多的是汽车电话，在美国、日本、欧洲等发达国家较普及，目前的水平在不断地提高，除车与路之间，车与车之间，车与飞机等交通工具之间的通话外，还可通过卫星与国际电话网相联，实现行驶过程中的国际间电话通信，实现网络信息交换，图像传输等。现在汽车由于有了支持无线电话网络、宽带数字信号、互联网络以及其它新兴的无线通信技术，使人们能够随时随地获取信息和服务。
第3章 汽车电子技术应用的发展趋势
随着更加先进的灵巧型传感器、快速响应的执行器、高性能ECU、先进的控制策略、计算机网络技术、雷达技术、第三代移动通讯技术在汽车上的广泛应用，现代汽车正朝着更加智能化、自动化和信息化的机电一体化产品方向发展，以达到“人—汽车—环境”的完美协调。
3.1 微处理器(ECU)
自从1976年美国通用汽车公司成功的将ECU应用到汽车发动机的控制系统中后，汽车电子控制系统进入到了新的高速发展阶段，随后ECU被应用到动力传动、车身、安全等控制系统中。由于汽车用ECU对可靠性、信息处理能力、实时控制能力及成本上的特殊要求，基于通用芯片开发出的ECU已经很难满足汽车电子控制系统的要求，因此，开发出具有多路同步实时控制、自带A/D与D/A、自我诊断、高输入/输出等功能的汽车专用ECU系统具有很高的现实意义。随着汽车电子控制日趋集中化，ECU需要处理的信息量不断增加，因此，16位和32位ECU将成为未来汽车用ECU的首选。预计在今后几年需求量将增加５０％以上、逐步成为车用ECU的主流。
3.2 控制策略
目前在汽车电子控制系统中广泛采用的是PID控制理论，是一种使用于单输入/输出、线性定常系统的经典控制理论。但由于汽车中需要控制的对象往往具有很强的时变和非线性，控制系统的输入和输出参数也越来越多，采用以状态空间为基础、适用于多输入/输出、非线性时变系统的现代控制理论已成必然，如最优控制、自适应控制、模糊控制等。
3.3 总线技术
利用总线技术将汽车中各种电控单元、智能传感器、智能仪表等联接起来，从而构成汽车内部局域网，实现各系统间的信息资源共享。其优点主要有:(１)大大减少线束数量、连接点及体积，提高系统的可靠性和可维护性；(２)采用通用传感器，达到数据信息共享的目的；(３)改善系统的灵活性，即通过系统的软件可实现系统功能的变化。根据侧重功能的不同，SAE将总线划分为A、B、C三大类:A类是面向传感器和执行器的一种低速网络，主要用于后视镜调整、灯光照明控制、电动车窗等控制等。目前，A类的主流是LIN；B类是应用于独立模块间的数据共享中速网络，主要用于汽车舒适性、故障诊断、仪表显示及四门中央控制等，其目前主流是低速CAN(又称称身CAN)；C类是面向高速、实时闭环控制的多路传输网络，主要用于发动机、ABS和自动变速器、安全气囊等的控制，目前C类主流是高速CAN(又称动力CAN)，但是随着下一代高速、具有容错能力的时间触发方式的“X－by－Wire”线控技术的发展，将逐渐代替高速CAN在C类网中的位置，力求在未来５~10年之内使传统的汽车机械系统变成通过高速容错通讯总线与高性能CPU相连的百分之百的电控系统，完全不需要后备机械系统的支持，其主要代表有TTP/C和FlexRayo而在多媒体与通讯系统中，MOST、IDB－1394和“蓝牙”技术成为了今后的发展主流。另外，光纤凭借其高传输速率和抗干扰能力，越来越广泛的用作高速信号传输介质。
3.4 数据传输方面的电子新技术应用
在过去汽车通常采用点对点的通信方式，将电子控制单元及负载设备连接起来，随着电子设备的不断增加，势必造成导线数量的不断增多，汽车电子技术使各系统控制走向集中，形成整车控制系统。这一系统除了中心电脑外，甚至包括多达几十个微处理器以及大量传感器和执行部件，控制系统变成一个庞大而复杂的信息交换系统，由于汽车用计算机控制系统的数量日益增多，采用光导纤维高速数据传输网络日益显得必要。同时光导纤维可为此传输网络提供传输介质，以解决电子控制系统防电磁干扰且随着光导纤维的成本不断降低，它的应用也将降低汽车各有关方面的成本。
3.5 集成电控技术
汽车电控的发展方向是向集成控制发展，将发动机管理系统和自动变速器集成为动力传动系统的综合控制系统，以及前述的车辆动态集合管理系统和集成安全系统等。它们均通过微处理器复杂的控制运算，对各子系统进行协调，将车辆的动力、操控、行驶和安全性能控制在最佳水平。
3.6 智能汽车及智能交通系统(ITS)
计算机技术的不断完善和进步将让汽车在人们生活中的代步作用而变成为尽情享受并休闲、舒适的驾驶过程，几十年来，汽车智能化相关的技术问题一直受到汽车制造商们的高度重视。“智能交通系统(ITS)”发展依赖于电子技术和计算机技术的不断完善和进步。“智能交通系统(rrs)”是一个系统工程，其仍需跨过许多技术性障碍，但可以肯定将来路上行驶的汽车都会是由计算机控制的智能汽车。
结论
随着电子技术的迅速发展，电子技术和汽车工业达到了空前的紧密结合，汽车电子控制趋于集中化、智能化。电子技术的应用对于改进汽车性能、提高行驶安全、降低污染、节约能源有着非常重要的作用。纵观近几十年来汽车技术方面的重大成就，几乎无一例外地是应用电子技术的结果，多年来，汽车工业的长足进步，都是以电子技术为动力而实现的。采用电子技术是解决汽车所面临的诸多技术问题的最佳方案。因此，一个国家电子产业的水平及其在汽车工业领域的应用情况如何，就决定了它在未来的世界汽车行业竞争中能否掌握主动权。
致谢
在本次论文设计过程中，秦文老师对该论文从选题，构思到最后定稿的各个环节给予细心指引与教导,使我得以最终完成毕业论文设计。在学习中,老师严谨的治学态度、丰富渊博的知识、敏锐的学术思维、精益求精的工作态度以及侮人不倦的师者风范是我终生学习的楷模，导师们的高深精湛的造诣与严谨求实的治学精神，将永远激励着我。这三年中还得到众多老师的关心支持和帮助。在此，谨向老师们致以衷心的感谢和崇高的敬意！
最后，我要向百忙之中抽时间对本文进行审阅，评议和参与本人论文答辩的各位老师表示感谢。
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