技術(shù)管理汽車(chē)電子論文
隨著(zhù)我國加入世貿組織，汽車(chē)工業(yè)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(chē)工業(yè)將以很高的速度向前發(fā)展。據有關(guān)資料介紹我國汽車(chē)工業(yè)產(chǎn)量的現狀與規劃如下：
2000年200萬(wàn)輛（占全球產(chǎn)量3.3）
2005年300萬(wàn)輛（占全球產(chǎn)量5）
2010年600萬(wàn)輛（占全球產(chǎn)量10）
2015年1000萬(wàn)輛
汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展在帶動(dòng)鋼鐵工業(yè)發(fā)展的同時(shí)必將帶動(dòng)電子工業(yè)發(fā)展，特別是在現代汽車(chē)中電子/電器占汽車(chē)制造成本的比例越來(lái)越大，據國外一家公司（VDI）的分析和預測，電子/電器占汽車(chē)制造的成本從60年代起逐年增長(cháng)。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(fā)動(dòng)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(chē)電子裝備占汽車(chē)制造總成本的份額始終保持穩定增長(cháng)的態(tài)勢，預計到2010年可達到30。
汽車(chē)中傳統的電氣及驅動(dòng)系統如圖1所示，圖2為現代汽車(chē)中電氣及驅動(dòng)系統。汽車(chē)中最早的電器是電燈和發(fā)電機，1967年汽油電子噴射的出現，1979年發(fā)動(dòng)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(kāi)發(fā)，諸如爆震轉速調節、冷起動(dòng)性能的改善、特性曲線(xiàn)控制等都是電子技術(shù)的應用成果。1986年人們終于采用了電子發(fā)動(dòng)機控制和自動(dòng)變速器控制，這為汽車(chē)技術(shù)的發(fā)展起到了極大的促進(jìn)作用。發(fā)動(dòng)機/傳動(dòng)系統電子技術(shù)--包括底盤(pán)（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(dòng)控制系統發(fā)展。單個(gè)的控制器可以通過(guò)CAN總線(xiàn)連接在一起相互交換數據，這種相互連接帶來(lái)的好處是傳感器信號可以供許多控制器同時(shí)使用，且所有控制器享有相同的信息。另一方面，通過(guò)此種連接可以在整個(gè)系統內開(kāi)發(fā)更新的功能，并降低系統的成本。如今，發(fā)動(dòng)機大多數功能均能達到實(shí)時(shí)控制，使燃燒過(guò)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(kāi)發(fā)中也使得汽車(chē)用電增大，特別是電磁離合器、電磁制動(dòng)器等的使用給電能調節帶來(lái)了一定難度，這就需要高效率的發(fā)電機和高效率的電力電子變換器。
圖1傳統汽車(chē)電氣及驅動(dòng)系統
圖2現代汽車(chē)電氣及驅動(dòng)系統
汽車(chē)電子技術(shù)是用來(lái)滿(mǎn)足用戶(hù)對汽車(chē)安全性、可靠性或實(shí)用性功能的期望和要求。就汽車(chē)制造商來(lái)說(shuō)，關(guān)鍵是要通過(guò)技術(shù)創(chuàng )新將其發(fā)展的目標與用戶(hù)的高要求一致起來(lái)，例如，BMW公司就較好地把其發(fā)展目標與用戶(hù)的需求結合起來(lái)，他們不斷完善汽車(chē)行駛的動(dòng)力性，提高發(fā)動(dòng)機的功率，塑造人機工程學(xué)，追求一流的質(zhì)量，最大限度地去滿(mǎn)足用戶(hù)的要求。許多汽車(chē)制造商加大了電子技術(shù)科技創(chuàng )新的投入，通過(guò)新技術(shù)、新產(chǎn)品，不斷改變和完善汽車(chē)功能。今天的電子技術(shù)已完全實(shí)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(shí)現用戶(hù)更高的期望和要求向前發(fā)展。汽車(chē)的自動(dòng)化程度越高，汽車(chē)中的電力電子驅動(dòng)和變換單元就越多，其控制單元就越復雜。汽車(chē)中電力電子驅動(dòng)單元主要功能是電機驅動(dòng)，線(xiàn)圈驅動(dòng)和電磁離合器驅動(dòng)。汽車(chē)中主要的控制單元是ECU，TCU和ABS等。除此之外具有廣泛發(fā)展前景的混合動(dòng)力汽車(chē)也與電力電子密切相關(guān)。
1汽車(chē)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(jìn)行對比加工，計算出輸出值，輸出信號再經(jīng)功率驅動(dòng)電路去控制若干個(gè)調節伺服元件，例如點(diǎn)火線(xiàn)圈和電子開(kāi)關(guān)等。因此，ECU實(shí)際上是一個(gè)“電子控制單元”，它是由輸入電路、微機和功率驅動(dòng)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(jìn)行過(guò)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(jīng)預處理過(guò)的信號進(jìn)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(dòng)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(chē)的自動(dòng)變速器是電子控制的，自動(dòng)變速器主要由無(wú)級變速器和變速箱控制器TCU(ElectronicControlUnit)根據傳感器輸入信號和開(kāi)關(guān)信號，對電磁閥離合器和控制變比的電機進(jìn)行控制，達到自動(dòng)變速的目的。
自動(dòng)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(fā)動(dòng)機冷卻溫度傳感器、節氣門(mén)位置傳感器、發(fā)動(dòng)機曲軸轉速傳感器、潤滑油溫度傳感器、制動(dòng)開(kāi)關(guān)等信號。這些信號輸入到TCU后經(jīng)過(guò)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(chē)的運行狀態(tài)。TCU根據汽車(chē)行駛狀態(tài)來(lái)操縱電磁離合器通電電流的大小或關(guān)閉。汽車(chē)速度比較慢或停止時(shí)，TCU不啟動(dòng)電磁離合器，當汽車(chē)速度達到一定值時(shí)，TCU啟動(dòng)電磁離合器。汽車(chē)變速箱變比的控制也是由TCU完成的，TCU根據汽車(chē)車(chē)速、發(fā)動(dòng)機轉速及節氣門(mén)開(kāi)度等輸入信號參數控制變速箱變比調節電動(dòng)機正轉或反轉及加速或減速。從而達到汽車(chē)的最佳運行狀態(tài)。
3防抱死制動(dòng)系統ABS
汽車(chē)制動(dòng)防抱死系統簡(jiǎn)稱(chēng)ABS(AntilockBrakingSystem或Anti-skidBrakingSystem)，是指在制動(dòng)過(guò)程中，可自動(dòng)調節制動(dòng)力大小，防止車(chē)輪抱死，以獲得最佳制動(dòng)性能，包括最佳方向穩定性、正常轉向能力和最小制動(dòng)距離的裝置。它是汽車(chē)制動(dòng)系統的組成部分。在汽車(chē)上裝用ABS可有效地減少交通事故，提高行車(chē)安全性。在20世紀韌，ABS就已被裝在火車(chē)上，用來(lái)防止制動(dòng)時(shí)車(chē)輪抱死造成局部摩擦，使車(chē)輪和鋼軌早期損壞。50年代，ABS又被應用于波吉飛機上，用來(lái)防止飛機著(zhù)陸后制動(dòng)跑偏或前栽，并可縮短制動(dòng)距離�！痹谄�(chē)上使用ABS技術(shù)始于60年代。1965年，在倫敦汽車(chē)博覽會(huì )上出現了第一輛裝有ABS的樣車(chē)，但這時(shí)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(chē)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(chē)型上。他們采用的是當時(shí)最新的模擬電子技術(shù)，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(shù)和工藝都非常成熟，已廣泛應用于轎車(chē)和重型汽車(chē)中。我關(guān)于A(yíng)BS的研究開(kāi)始于80年代初．現剛剛進(jìn)入產(chǎn)品試制和裝車(chē)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(chǎng)、西安公路學(xué)院等單位和部門(mén)。二汽公司從80年代初就開(kāi)始研究ABS．是較早研究ABS的廠(chǎng)家之一，現研究工作的主要目標是對國外的產(chǎn)品進(jìn)行消化吸收。重慶公路研究所相繼開(kāi)發(fā)出了兩代ABS產(chǎn)品，第一代ABS的ECU采用了z80芯片。第二代ABS產(chǎn)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(dòng)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(chē)時(shí)汽車(chē)滑行致剎車(chē)距離過(guò)長(cháng)而造成的。采用ABS系統可以在制動(dòng)過(guò)程中自動(dòng)調節車(chē)輪制動(dòng)力，防止車(chē)輪抱死以取得最佳制動(dòng)效果。
4混合動(dòng)力汽車(chē)
汽車(chē)發(fā)展的100年，是人類(lèi)文明和經(jīng)濟發(fā)展迅猛的100年。如今，全世界汽車(chē)的保有量達到了6．7億多輛，汽車(chē)已與人們的日常生活和生產(chǎn)密不可分。然而，眾多燃油汽車(chē)排放所造成空氣質(zhì)量的日益惡化和石油資源的漸趨匱乏，使開(kāi)發(fā)低排放、低油耗的新型汽車(chē)成為當今汽車(chē)工業(yè)界的緊迫任務(wù)。人們越來(lái)越關(guān)注其它燃料的汽車(chē)和電動(dòng)汽車(chē)的'開(kāi)發(fā)。使用電動(dòng)汽車(chē)(ElectricVehicle簡(jiǎn)稱(chēng)EV)可實(shí)現無(wú)污染，并可利用煤碳、水力等其它非石油資源，因此，無(wú)疑是解決問(wèn)題的最有效途徑。但是，由于電動(dòng)汽車(chē)的關(guān)鍵部件之一的電池其能量密度、壽命、價(jià)格等方面的問(wèn)題，使得電動(dòng)汽車(chē)的性?xún)r(jià)比無(wú)法與傳統的內燃機汽車(chē)相抗衡。盡管目前具有世界先進(jìn)水平的電動(dòng)汽車(chē)的性能與內燃機汽車(chē)可不相上下，但過(guò)高的成本使其難以商品化。在這種環(huán)境下，融合內燃機汽車(chē)和電動(dòng)汽車(chē)優(yōu)點(diǎn)的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)(HybridElectricVehicle，簡(jiǎn)稱(chēng)HEV)異軍突起，在世界范圍內成為新型汽車(chē)開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)�？梢韵嘈�，在電動(dòng)汽車(chē)的儲能部件——電池沒(méi)有根本性突破以前，使用混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)是解決排污和能源問(wèn)題最具現實(shí)意義的途徑之一。
混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)(HEV)是在一輛汽車(chē)上同時(shí)配備電力驅動(dòng)系統和輔助動(dòng)力單元(AuxiliaryPowerUnit，簡(jiǎn)稱(chēng)APU)，其中APU是燃燒某種燃料的原動(dòng)機或由原動(dòng)機驅動(dòng)的發(fā)電機組，APU由原動(dòng)機和發(fā)電機組成，通常將這兩個(gè)部件集成為一體。原動(dòng)機帶動(dòng)發(fā)電機發(fā)電，其電能通過(guò)控制器直接輸送到電動(dòng)機，由電動(dòng)機產(chǎn)生驅動(dòng)力矩驅動(dòng)汽車(chē)。電池實(shí)際上起平衡原動(dòng)機輸出功率和電動(dòng)機輸入功率的作用：當發(fā)電機的發(fā)電功率大于電動(dòng)機所需的功率時(shí)(如汽車(chē)減速滑行、低速行駛或短時(shí)停車(chē)等工況)，控制器控制發(fā)電機向電池充電；當發(fā)電機發(fā)出的功率低于電動(dòng)機所需的功率時(shí)(如汽車(chē)起步、加速、高速行駛、爬坡等工況)，電池則向電動(dòng)機提供額外的電能。目前HEV所采用的原動(dòng)機一般為柴油機、汽油機或燃汽輪機�；旌蟿�(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)將原動(dòng)機、電動(dòng)機、能量?jì)Υ嫜b置(蓄電池)組合在一起，它們之間的良好匹配和優(yōu)化控制，可充分發(fā)揮內燃機汽車(chē)和電動(dòng)汽車(chē)的優(yōu)點(diǎn)，避免各自的不足，是當今最具實(shí)際開(kāi)發(fā)意義的低排放和低油耗汽車(chē)。目前世界各國研究開(kāi)發(fā)的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)有不同的結構形式，根據其驅動(dòng)系統的配置和組合方式不同，分為串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式3種組合方式�；旌蟿�(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)和電力電子有密切的聯(lián)系，其電氣系統核心部件：
電機--發(fā)電機/電動(dòng)機/啟動(dòng)機；電力電子驅動(dòng)/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(gè)42V電氣系統實(shí)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(kāi)發(fā)先進(jìn)的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)，在1999年北京舉行的第16屆國際電動(dòng)車(chē)會(huì )議暨展覽會(huì )(EVS—16)上，混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)成為熱點(diǎn)，展出的部分展品代表了世界混合動(dòng)力汽車(chē)發(fā)展的現狀�；旌夏茉窜�(chē)開(kāi)發(fā)各國都剛起步，其發(fā)展趨勢如下：
串行混合能源車(chē)是主流發(fā)展方向，純電動(dòng)車(chē)燃料電池車(chē)將隨之而來(lái)
混合能源車(chē)開(kāi)發(fā)將拉動(dòng)一大批工業(yè)發(fā)展：材料(化工，合金，鋼鐵)，電子，通訊，電機，電池，機械加工,環(huán)保等
車(chē)載電壓將升至42V以上,但低電壓將并存相當一段時(shí)間
皮帶驅動(dòng)集成起動(dòng)機/發(fā)電機，曲軸驅動(dòng)集成起動(dòng)機/發(fā)電機將并行發(fā)展
電機設計將與控制方法開(kāi)發(fā)同步進(jìn)行
混合能源車(chē)已經(jīng)并將繼續促進(jìn)專(zhuān)用電子模塊的開(kāi)發(fā)
寬速比，高效，可靠性是電氣系統開(kāi)發(fā)的挑戰性問(wèn)題
混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)是當今解決汽車(chē)節能與排污問(wèn)題的有效途徑，混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)雖然沒(méi)有實(shí)現零排放，但它所能達到的動(dòng)力性、經(jīng)濟性和排放指標是緩解汽車(chē)需求與環(huán)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(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)在汽車(chē)發(fā)展過(guò)程中的作用，牢牢把握當前的發(fā)展契機，投入必要的人力物力，解決混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)存在的問(wèn)題。
現代汽車(chē)與電子技術(shù)特別是電力電子技術(shù)密切相關(guān)，汽車(chē)中以單片機為核心的電子技術(shù)的含量在一定意義上決定汽車(chē)的自動(dòng)化水平。汽車(chē)的自動(dòng)化程度越高，汽車(chē)中的電力電子變換和驅動(dòng)系統就越多，越復雜。因此變換和驅動(dòng)系統的質(zhì)量將直接影響整車(chē)的效率和性能。近幾年來(lái)我國的汽車(chē)工業(yè)有了很大的發(fā)展，但是汽車(chē)中的電子裝置特別是核心電子裝置則主要依靠進(jìn)口，因此開(kāi)發(fā)高性能的電子裝置具有廣闊的市場(chǎng)。
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