第15章汽车新技术

第15章汽车新技术2/3/20231武汉大学动力与机械学院国外汽车电子技术最新发展高度集成的芯片：32/64位微处理器、专用集成芯片，提供系统级功能解决方案。发动机、动力传动：汽油机缸内直喷、智能气门电控技术；柴油机高压共轨喷射电控系统及EGR、氧化催化器、微粒捕捉电控技术。动力传动一体化集成控制达到最优的动力性和燃油经济性。2/3/20232武汉大学动力与机械学院综合集成控制：

动力传动一体化；动力、转向、制动等集成控制技术；被动、主动安全集成技术。全面提高动力性、平顺性和安全稳定性。2/3/20233武汉大学动力与机械学院网络总线：利于信息共享、故障诊断、模块化，解决整车内部通讯的CAN、LIN、MOST整车网络系统。线控技术：包括线控油门、换挡；线控转向；线控制动等，将彻底改变和简化底盘结构，是一场革命。车用42V系统：将采用42V供电系统，以满足不断增长的用电功率的需要和利于电动执行装置的优化设计。智能化：包括智能化的汽车和智能化的交通系统。信息化：包括网络信息技术应用，导航定位、移动通讯、多媒体技术智能化的传感器和电动执行器2/3/20234武汉大学动力与机械学院国内汽车电子发展动态

—国家汽车计算平台工程人们经常提到的“汽车电子”，通常可分为与汽车结构、性能、匹配有紧密关联的电控系统和相对独立的车载电子装置。随着汽车技术的发展以及人们对汽车安全、节能、环保的日益严格要求和对智能化、信息化的需求，数字技术、信息网络技术在汽车上逐步应用，因而使传统的“汽车电子”扩展、延伸到“汽车计算平台”这个概念层面。

汽车计算平台是面向汽车所有控制、计算、管理，集电控技术、信息技术、网络技术于一体的集成大系统。2/3/20235武汉大学动力与机械学院

“国家汽车计算平台”是根据一批院士提出的建议而立项的项目，它的目标是促进电子信息产业和汽车产业的结合，建立一个拥有汽车核心技术和自主知识产权的研发平台，加快中国汽车电子产业的发展，以解决汽车“空心化”问题。国家汽车计算平台正在由国家信息产业部具体组织规划。该项目起点很高，是系统性的解决方案。实施该项目不但在技术上是个很大的挑战，而且在项目的组织实施和管理上也有很大的难度，是一个复杂的系统工程。武汉有可能成为国家汽车计算平台工程基地之一。东风和武汉正在东湖开发区联手策划武汉汽车电子产业基地工程。2/3/20236武汉大学动力与机械学院1.芯片平台

高性能控制计算CPU数字信号处理芯片接口芯片移动网络通讯芯片2.软件平台

实时操作系统移动信息安全系统3.控制平台

动力传动控制底盘控制车身控制4.安全驾驶平台

自适应巡航/安全辅助驾驶

车辆自动驾驶系统2/3/20237武汉大学动力与机械学院5.信息平台

网络通讯系统（语音、数据、流媒体）数据系统信息显示故障诊断移动办公娱乐系统语音控制/识别6.智能交通平台

车载导航车辆、交通、道路管理7.传感、执行平台

MEMS传感器机、电、液一体化执行器2/3/20238武汉大学动力与机械学院

8.配套设计平台

建立分类的汽车模型和数据库，搭建配套的设计平台，协调和优化汽车计算平台各系统，使之与汽车的功能要求相匹配，做出最佳性价比的资源配置方案设计。通过结构设计CAD，利用优化仿真CAE使汽车计算平台各系统性能结构和汽车整车及相关总成系统的性能结构协调匹配，并为相关电控产品提供结构接口。2/3/20239武汉大学动力与机械学院汽车电子技术

—总体结构2/3/202310武汉大学动力与机械学院汽车电子技术

—电控技术层

发动机电控技术

汽油发动机：电控喷射、电子点火、怠速控制、排气再循环最新有可变进气和配气相位控制、稀燃控制、缸内直喷。

柴油发动机：从位置控制、时间控制到高压共轨燃油喷射控制还有可变截面涡轮增压、排气再循环控制和排放后处理系统。2/3/202311武汉大学动力与机械学院汽车电子技术

—电控技术层

变速器电控技术

变速器分为手动机械变速器(MT)，电控机械自动变速器(AMT)，电控液力自动变速器（AT）和电控无级变速器（CVT）。电控机械自动变速器(AMT)，是在手动机械变速器基础上增加自动变速操纵系统组成的。由电子控制驱动机构，来代替人力完成换档、离合器的操纵，从而实现手动变速器的自动变速操纵。目前国外均已经开始批量生产AMT产品。奔驰、沃尔沃和雷诺汽车公司的新的中重型商用车上均装备了AMT系统，在中重型商用车中，越来越多装备AMT已经成为事实。2/3/202312武汉大学动力与机械学院汽车电子技术

—电控技术层转向系统电控技术电动助力转向（EPS）是继液压动力转向之后，汽车转向系统的又一重大技术进步。汽车电动助力转向技术在国外已趋完善，并且在轿车上得到的广泛的采用，在国内应用还处在开始阶段。电动助力转向系统一般由转矩传感器、电控单元、电动机、减速器、机械转向器组成。随着42V电源的应用，EPS将在商用车上推广应用。2/3/202313武汉大学动力与机械学院汽车电子技术

—电控技术层

悬架系统电控技术

悬架系统的发展经历了钢板弹簧悬架→复合悬架→被动空气悬架→（半）主动空气悬架（电控空气悬架）。目前在发达国家，大客车几乎全部使用电控空气悬架，重型载货车使用比例也非常高。国内电控空气悬架产品处在开发起步阶段。

电控空气悬架系统是靠调节弹簧刚度和减振器阻尼来实现悬架的控制，同时可以控制调节车辆高度。电控悬架由电子控制模块（ECU）、传感器、执行(电磁阀)、空气悬架系统等组成。以阻尼连续可调电磁流变减振器的半主动悬架系统是一个全新概念的可控悬架系统，具有广阔的应用前景。2/3/202314武汉大学动力与机械学院汽车电子技术

—电控技术层

防滑制动系统电控技术

防滑制动系统电控技术有防抱死制动系统（ABS）、驱动防滑系统（ASR）（也叫牵引力控制TCS)。

车辆稳定性控制亦称电子稳定性程序（ESP）是世界上最先进的主动安全技术之一，ESP是ABS/ASR技术发展的整合和扩展。也是今后防滑制动系统发展的方向。

ESP系统由中央控制单元（ECU）及转向传感器、车轮传感器、压力传感器、侧滑传感器、横向加速度传感器和执行器组成。现在欧美国家几乎所有的高中档轿车都已安装或正在安装ESP产品。ESP已在向商用车及重型卡车普及。如德国奔驰公司在Actros牌载货车上装用ESP作为标准配置，沃尔沃的牵引车系列也开始装备ESP系统。

2/3/202315武汉大学动力与机械学院汽车电子技术

—电控技术层车身电控技术显示仪表安全气囊温度调控门窗门锁电动座椅灯光照明胎压监测BCM2/3/202316武汉大学动力与机械学院汽车电子技术

—电控技术层传感器和执行器MEMS传感器

包括：温度传感器压力传感器流量传感器多功能集成式传感器。还有位移加速度等各种传感器。执行器

包括：微电机各类阀机、电、液一体化执行器2/3/202317武汉大学动力与机械学院汽车电子技术

—人、车、环境交互层

信息系统平台基于嵌入式硬件平台和嵌入式操作系统，提供包括多媒体移动视频、音频系统、GPS定位导航系统、移动通信、移动办公、远程诊断、辅助驾驶。人性化人机界面，信息显示，语音识别和语音控制。信息显示系统要为车上多媒体视频、故障诊断、驾驶车况、导航系统等提供综合显示功能。

2/3/202318武汉大学动力与机械学院一汽车电子技术

—人、车、环境交互层

智能交通系统基于视频技术的车辆检测和车牌识别城市交通管理与诱导车辆导航与定位车辆运输调度物流管理高速公路通讯、监控、收费2/3/202319武汉大学动力与机械学院汽车电子技术

—人、车、环境交互层

辅助驾驶（安全）系统

利用车载红外视觉传感器、毫米波雷达、车速传感器、陀螺仪等传感器，采集车辆运行道路环境信息以及车速、车辆姿态信息，并运用图像处理、信息融合、模式识别、人工智能技术，实时实现周边车辆检测与跟踪、道路标志识别、道路环境场景实时显示、驾驶安全语音提示预警、安全车距保持,驾驶疲劳监控等。并实现自适应巡航运行控制。2/3/202320武汉大学动力与机械学院汽车电子技术

—整车网络总线系统2/3/202321武汉大学动力与机械学院汽车电子技术

—整车网络总线系统2/3/202322武汉大学动力与机械学院安全气囊SRS(SupplementRestrainSystem)ESP转子发动机（马自达）发动机缸内直喷技术车载网络系统混合动力（丰田）

半球形CVT2/3/202323武汉大学动力与机械学院1安全气囊的分类1.按碰撞类型分正面碰撞防护安全气囊系统、侧面碰撞防护安全气囊系统和顶部碰撞防护安全气囊系统。2.按照安全气囊安装数目分单气囊系统(只装在驾驶员侧)和双气囊系统(驾驶员侧和副驾驶员侧各有一个安全气囊)两种。3.按照安全气囊的触发机构分按照安全气囊的触发机构可分为电子式和机电式两种。2/3/202324武汉大学动力与机械学院安全气囊工作过程安全气囊系统的基本组成

2/3/202325武汉大学动力与机械学院安全气囊系统工作原理

当汽车遭受前方一定角度范围内的碰撞时，安装在汽车前部和SRSECU内部的碰撞传感器都会检测到汽车突然减速的信号，并将信号输入SRSECU，以便判断是否发生碰撞。当汽车遭受碰撞且减速度达到设定值时，SRSECU发出控制指令将气囊组件中的点火器(电雷管)电路接通，电雷管引爆使点火剂(引药)受热爆炸(即电热处通电发热引爆炸药)。点火剂引爆时，迅速产生大量热量，使充气剂(叠氮化钠固体药片)受热分解并释放出大量氦气充入气囊，气囊便冲开气囊组件上的装饰盖板鼓向驾驶员和乘员；2/3/202326武汉大学动力与机械学院气囊引爆过程

(a)撞车10ms后，达到引爆系统引爆极限，点火器点燃气体发生器产生氮气，驾驶员仍然直坐着。(b)40ms后，气囊已完全充胀，驾驶员向前移动，安全带斜系在驾驶员身上并被拉长，部分冲击能量已被吸收。(c)80ms后，驾驶员的头及身体上部沉向气囊，气囊后面的排气孔将氮气在一定压力下匀速逸出。(d)110ms后，驾驶员向后移动回到座椅上，大部分气体从气囊中逸出，前方恢复清晰视野。2/3/202327武汉大学动力与机械学院气体发生器

2/3/202328武汉大学动力与机械学院2/3/202329武汉大学动力与机械学院2/3/202330武汉大学动力与机械学院2ESP－电子稳定系统

防滑制动系统电控技术有防抱死制动系统（ABS）、驱动防滑系统（ASR）（也叫牵引力控制TCS)。

车辆稳定性控制亦称电子稳定性程序（ESP）是世界上最先进的主动安全技术之一，ESP是ABS/ASR技术发展的整合和扩展。也是今后防滑制动系统发展的方向。ESP（ElectronicStabilityProgram

）系统由控制单元及转向传感器(监测方向盘的转向角度)、车轮传感器(监测各个车轮的速度转动)、侧滑传感器(监测车体绕垂直轴线转动的状态)、横向加速度传感器(监测汽车转弯时的离心力)等组成。控制单元通过这些传感器的信号对车辆的运行状态进行判断，进而发出控制指令。ESP则能够探测和分析车况并纠正驾驶的错误，防患于未然。ESP对过度转向或不足转向特别敏感。

2/3/202331武汉大学动力与机械学院电脑能在一秒钟之间对车轮进行几百次的检测，并同时对制动系统进行数十次的操纵，在“抱死-松开-抱死-松开”的循环工作过程中，使车辆始终处于临界抱死的间隙滚动状态。安装了ABS的汽车能显著改善汽车的制动性，具备一定的转向避让能力。

工作原理2/3/202332武汉大学动力与机械学院（1）防止转向过度的后轮侧滑

在弯道上，一辆具有转向过度特性的车会在后轮上产生向外拉的效果而跑离弯道；此时，通过在右前轮上施加制动力，ESP会相应产生一个具有稳定作用的顺时针扭矩，从而将车辆拉回到正确的行驶轨迹上来。

2/3/202333武汉大学动力与机械学院（2）防止转向不足的前轮侧滑

在弯道上，一辆具有转向不足特性的车，在左转向时，会在前轮上产生向外拉的效果；而通过ESP在左后轮上施加制动力，车辆将被拉回到正确的行驶轨道上来。

2/3/202334武汉大学动力与机械学院EDS－电子差速锁

EDS（ElectronicDifferentialSystem），又称为EDL(ElectronicDifferentialLockingTractionControl)。它是ABS的一种扩展功能，用于鉴别汽车的轮子是不是失去着地摩擦力，从而对汽车的加速打滑进行控制。

EDS的工作原理：在汽车加速过程中，当电子控制单元根据轮速信号判断出某一侧驱动轮打滑时，EDS就自动开始工作，通过液压控制单元对该车轮进行适当强度的制动，从而提高另一侧驱动轮的附着利用率，提高车辆的通过能力。当车辆的行驶状况恢复正常后，电子差速锁即停止工作。同普通车辆相比，带有EDS的车辆可以更好地利用地面附着力，来提高车辆的运行性。

2/3/202335武汉大学动力与机械学院3转子发动机：马自达汽车公司的核心

1961年，被转子发动机的潜在优势深深吸引，马自达的工程师决定积极大力地进行转子发动机的不断开发。六年过去了，经过无数个小时的努力奋斗，终于在1967年，工程师们自豪地在CosmoSports上安装了世界上第一台双转子发动机。今天，马自达是世界上唯一生产和销售转子发动机汽车的公司。

2/3/202336武汉大学动力与机械学院

排量/L

1.308

6挡手动模式下

最大功率/kW

176（8500r/min）

最大扭矩/N·m

211（5500r/min）马自达1.3LRenesis转子发动机参数2/3/202337武汉大学动力与机械学院汪克尔转子发动机工作冲程

2/3/202338武汉大学动力与机械学院对于转子发动机，膨胀压力作用在转子的侧面。从而将三角形转子的三个面之一推向偏心轴的中心（见图中力PG）。这一运动在两个分力的力作用下进行。一个是指向输出轴中心（见图中的Pb）的向心力，另一个是使输出轴转动的切线力（Ft）。

2/3/202339武汉大学动力与机械学院体积小重量轻精简结构

均匀的扭矩特性运行更安静，噪音更小可靠性和耐久性汪克尔型转子发动机的特点2/3/202340武汉大学动力与机械学院4发动机缸内直喷技术FSI

普通多点喷射发动机的喷油器是装在进气歧管上的，汽油在歧管内开始混合，然后再进入到汽缸中燃烧。而空气跟汽油的最佳混合比是14.7/1（也叫理论空燃比）。由于汽油跟空气是在进气歧管内混合，那么他们只能均匀的混合在一起，所以必须达到理论空燃比才能获得较好的动力性和经济性。FSI缸内直喷发动机，应用了稀薄燃烧技术，就是说它在正常工作情况下的空燃比要大于理论空燃比，混合气浓度比普通电喷发动机更低。混合气浓度降低了，那么经济性也随之提高，跑同样的路，应用稀燃技术的发动机就会更省油。

2/3/202341武汉大学动力与机械学院当空燃比大于理论空燃比时，由于混合气浓度降低，那么汽油的发火性也会降低。通俗的说汽油就不那么容易被点燃。要获得更好的点火和燃烧条件，就必须把燃油直接喷射到汽缸中去。通过对燃烧室内部形状的设计，让混合气能产生较强的涡流使空气和汽油充分混合。然后使火花塞周围区域能有较浓的混合气，其他周边区域有较稀的混合气。这样才能在保证在顺利点火的情况下尽可能的实现稀薄燃烧。而这种在不同区域拥有不同混合气浓度的燃烧技术叫做分层燃烧技术。2/3/202342武汉大学动力与机械学院2/3/202343武汉大学动力与机械学院

系统在一个运转周期内使用了两次喷射。第一次喷射是在吸气行程的时候喷入部分汽油，让汽油跟空气能有充分的时间混合；第二次喷射，是在压缩终了时活塞接近上止点的时候喷入部分汽油，让火花塞周围形成较浓的区域，利于点火。而在整个压缩过程中，活塞顶部都在形成强烈的涡流，这样空气跟汽油就能混合得更均匀，燃烧更充分。

2/3/202344武汉大学动力与机械学院首先，FIS与普通发动机显著的区别就是它的喷油器安装在燃烧室上的，汽油直接喷注到汽缸当中去。而它的第二次喷射，是在压缩终了时进行的。此时汽缸内的压力非常高，油路必须具备比缸内更高的压力才能把汽油有效的喷注到汽缸当中去。这就对整个燃油供给系统提出了更高的要求。首先要使用高压汽油泵，燃油管道内的压力提高以后，管道的各个接头的密封处的强度也要随之提高，这样才能保证在正常使用时不会发生燃油泄露。这样，对喷油器的设计和制造工艺也提出了更高的要求。由于喷油器是直接安装在燃烧室上的，那么必须需要喷油器有耐高温的能力，而且供油压力提高以后对喷油嘴的精度也提出了更高的要求，因为喷油嘴要在高温高压的状态下保证良好的密封性能。

2/3/202345武汉大学动力与机械学院车载电子装置按照通信的数据类型和性能需求被划归为四类：动力传动系统车身电子系统故障诊断系统信息娱乐系统5车载网络系统2/3/202346武汉大学动力与机械学院网络化汽车的优点①采用网络式结构，只需一根通信电缆连接，减少了线束连接，减轻车体质量；②无须配电柜，部件数量减少，可靠性能提高；③可实现实时诊断、测试和报警，实现集中显示、历史查询和自诊断等功能，使汽车具有准黑匣子功能；④电气信号传递性质发生了变化，由功率型转变为“逻辑”型；⑤系统的扩展性强等。2/3/202347武汉大学动力与机械学院与其他控制现场相比，汽车内温度变化范围大(-45℃到100℃)，电磁干扰和其他电子噪声强，环境恶劣，使得网络在车内的运行可靠性显得尤为重要。北美汽车制造商和汽车工程师协会(SAE)开发了J1850，这是一个汽车网络的专用协议。CAN(ControllerAreaNetwork）总线最早是德国博世公司开发的，是一种最高数据速率可达到1Mb/s的实时控制总线。目前，CAN在世界范围得到了广泛的认可和支持。CAN(ControllerAreaNetwork）总线2/3/202348武汉大学动力与机械学院POLO轿车CAN总线的连接形式

2/3/202349武汉大学动力与机械学院汽车通信和多媒体总线结构

针对多媒体数字化技术的日益普及，世界范围内的汽车制造商已就光纤数据总线技术在汽车上的应用进行了长期的研究，以满足汽车对多媒体数字化技术应用方面的需求。1394b以IEEE1394-1995和1394a为基础，目的是在新型应用中普及多媒体标准规格，用来支持车内多媒体娱乐的应用，如后座娱乐和其他完整的音视频解决方案。德州仪器公司(TI)率先推出了业界第一套车用1394b总线解决方案。车用的IDB-1394技术可在10m塑料光纤(POF)或非屏蔽双绞五类线(UTP5)上以100Mb/s的速率支持1394b协议。

2/3/202350武汉大学动力与机械学院IDB-1394其结构2/3/202351武汉大学动力与机械学院6混合动力混合动力系统，简要说来就是采用电动机和传统的内燃机作为动力源，通过混合使用热能和电力两套系统开动汽车，达到节省燃料和降低排气污染的目的。大致上分为：串联式、并联式和混联式三种。

2/3/202352武汉大学动力与机械学院2/3/202353武汉大学动力与机械学院2/3/202354武汉大学动力与机械学院2/3/202355武汉大学动力与机械学院2/3/202356武汉大学动力与机械学院LEXUSRX40