汽车工程概论第6章课件

第6章汽车电子控制技术与新能源汽车6.1汽车电子技术的现状6.2汽车电子控制系统6.3汽车发动机电子控制技术6.4汽车底盘电子控制技术6.5汽车辅助装置的电子控制技术6.6新能源汽车6.1汽车电子技术的现状随着现代科学技术的发展，汽车工业也发生了巨大的变化，新技术、新结构、新工艺、新材料、新能源在汽车上得到广泛应用。汽车已由过去的以机为主、以电为辅的传统运输设备，发展到机械、液压、电气及电子并重，高度电气化及自动化的新型交通工具，汽车工业已进入了电子技术广泛应用于汽车的电子时代。汽车电子化是现代汽车工业的重要标志。汽车电子最早实际应用的是德国Bosch公司1967年研制成功的电子燃料喷射装置，它代替传统的机械式化油器，而后该系统进一步发展成为发动机管理系统，开始了计算机在汽车上的应用。从20世纪60年代至70年代末，汽车的电子化主要应用在发动机周围的零部件上;从20世纪80年代开始，汽车电子化已全面深入到汽车各个方面，并呈现逐渐加速的趋势。下一页返回6.1汽车电子技术的现状现代汽车已由计算机对其实现全面的电子控制，汽车电子技术的应用从大的方面来分大致有以下五部分:1.发动机及传动系的电子装置(1)汽油机的最佳电子控制(空燃比、点火、废气再循环、怠速、爆震控制、喷嘴控制等);(2)柴油机的最佳电子控制(喷油、排气、增压控制等);(3)变速箱和离合器的电子控制;(4)发动机和传动系联合程序控制;(5)无级变速器电子控制(CVT)等。上一页下一页返回6.1汽车电子技术的现状3.仪表及通信方面的电子装置(1)电子车速里程表和转速表;(2)车载电话;(3)卫星导航;(4)车载网络技术;(5)智能交通系统等。4.舒适性方面的电子装置(1)全自动空调(湿度、温度、清洁度、含氧量自控系统);(2)门窗自动控制系统;上一页下一页返回6.1汽车电子技术的现状(3)座椅自动调节系统;(4)高级立体声音响;(5)无人驾驶等。5.新能源方面的电子装置(1)代用燃料及其控制;(2)蓄电池电动汽车控制;(3)燃料电池电动汽车控制;(4)混合动力汽车控制等。上一页返回6.2汽车电子控制系统汽车的电子控制系统一般由传感器、电控单元ECU和执行元件三大部分组成，如图6-1所示。传感器将外部运行信号、汽车的状态信号、驾驶员操作信号等转换成电信号，并将其送入电控单元;电控单元对输入的信号进行处理，并产生一定的控制信号;执行元件接收电控单元输出的控制信号，并输出相应的物理量控制汽车。下一页返回6.2汽车电子控制系统

(3)制动系统主要有车速、车轮转速、车辆加速度、滑动率、制动踏板力、制动踏板位置等传感器。

(4)车令向控制系统主要有转向、车辆加速度、车速等传感器。

(5)悬架控制系统主要有车速、车高、转向角、节气门开度、制动力等传感器。

(6)空调控制系统主要有外界气温、车内温度、日照量、冷却水温、冷媒压力、冷媒温度等传感器。

(7)仪表、报警、诊断系统主要有燃油余量、冷却水温、机油压力、机油质量、进气压力、风窗洗涤剂液位、蓄电池液位、门开关、制动液量等传感器。上一页下一页返回6.2汽车电子控制系统6.2.2电控单元(ECU)电子控制单元(ElectronicControlUnit,ECU)，又称“行车电脑”、“车载电脑”等，其用途是汽车专用微机控制器，也叫汽车专用单片机。它和普通单片机一样，由输入电路、模数转换器(A/D)、微处理器(CPU)、存储器(ROM,RAM)以及输出电路等组成，如图6-2所示。

(1)输入电路。输入电路接收传感器和其他装置输入的信号，对信号进行过滤处理和放大，然后转换成一定电压的输入电平。由传感器送到ECU输入电路的信号既有数字信号又有模拟信号，若是数字信号，则直接输入微机;若是模拟信号，则由A/D转换器将其转换成数字信号后输入微机。(2)模数转换器(A/D)。模数转换器可以将传感器输入的模拟信号转换成数字信号，然后传递给微机。上一页下一页返回6.2汽车电子控制系统(3)微处理器(CPU)。微处理器，也称微机，将上述已经预处理过的信号进行运算处理，并将处理数据送至输出电路。

(4)存储器。存储器有只读存储器（ROM)和随机存储器(RAM)两种:ROM中存储的数据是由制造厂写入的，不会因断电而消失;RAM中存储的数据是在机件运行中存入的，断电后消失，不留任何记忆。

(5)输出电路。输出电路输出的是弱电流，不可能直接驱动执行元件，因此将数字信息的功率放大，有些还要还原为模拟信号。上一页下一页返回6.3汽车发动机电子控制技术对于汽车发动机而言，应尽可能降低汽车尾气中有害物质的排放量，尽可能改善发动机运行的经济性，尽可能提高发动机的动力性。采用机械控制的传统发动机，要同时满足以上三项目标是不可能的，只有采用电子控制技术才能同时达到这三项目标。汽车发动机电子控制系统通过电子控制手段，对发动机点火、喷油、空燃比、排放废气等进行优化控制，使发动机工作在最佳工况，达到提高性能、安全、节能、降低废气排放的目标。下一页返回6.3汽车发动机电子控制技术6.3.1汽油机电子控制技术进入20世纪90年代，已有100多年应用历史的化油器式汽油机逐渐退出汽车领域，取而代之的是电控多点汽油喷射(Multi-PointInjection,MPI)汽油机，到了90年代的中后期，现了以分层稀燃为主要特征的汽油缸内直喷技术(GasolineDirectInjection,GDI)

化油器式、MPI,GDI三种不同类型汽油机的供油方式比较如图6-3所示。化油器式发动机是在进气管道的化油器位置上吸出汽油，与空气混合，雾化形成混合气，经气门进入气缸[图6-3(a)];MPI电控汽油喷射发动机是在进气歧管，气门之前的位置上喷射汽油，再经气门进入气缸[图6-3(b)];GDI直喷式汽油发动机则是汽油直接喷入气缸[图6-3(c)]。上一页下一页返回6.3汽车发动机电子控制技术6.3.2柴油机电子控制技术柴油机电子控制技术与汽油机电子控制技术有许多相似之处，整个系统都是由传感器、电控单元和执行器三大部分组成。电控柴油机所用的传感器，如转速、压力、温度等传感器以及节气门位置传感器，与电控汽油机是相似的。处于机械控制时代的柴油机，就已经有直列泵、分配泵、单体泵等不同的系统，每个系统又有多种不同的结构，因此形成了柴油喷射系统的多样化。在传统喷射系统的基础上，已经发展了三代柴油机电控喷射系统，第一代为位置控制系统，第二代为时间控制系统，第三代为高压共轨控制系统，这三代技术在柴油机上都有应用。上一页下一页返回6.3汽车发动机电子控制技术柴油机高压共轨燃油喷射系统被世界内燃机行业公认为20世纪三大突破之一，它改变了传统的柱塞脉动供油原理，通过液力增压、共轨蓄压或高压共轨等形式形成高压，采用压力时间式燃油计量原理，用电磁阀控制喷射过程，实现对喷射油量和喷射正时的灵活控制。柴油机高压共轨系统与传统的柴油机燃油喷射系统相比，喷射压力高而且可以控制，喷油速率也可以灵活控制;与传统泵--喷嘴系统柴油机相比，高压共轨系统对传统柴油机结构改造工作量小，应用比较方便。因此，高压共轨系统近年来得到积极发展，德国Bosch公司、日本Denso公司和英国Lucas公司等都研制出了柴油机电控高压共轨系统。可以预见，高压共轨系统将成为21世纪柴油机燃油系统的主流。上一页下一页返回6.3汽车发动机电子控制技术典型的柴油机高压共轨系统如图6-4所示，主要由五个部分组成，即油泵总成、共轨管总成、喷油器总成、电控单元(ECU)以及各类传感器。输油泵从油箱将低压柴油泵入高压油泵的进油口，由发动机驱动的高压油泵将柴油增压后送入共轨管内。共轨管将增压后的柴油蓄积起来，并消除高压柴油中的压力波动，然后再输送给各个喷油器，通过控制喷油器上的电磁阀实现在相应时刻燃油喷射的开始和终止。上一页返回6.4汽车底盘电子控制技术6.4.1汽车自动变速技术汽车自动变速技术实现汽车变速器传动比的自动变化，与传统的机械变速器相比，具有操纵简单、行车安全、驾驶平顺舒适、改善汽车排放、提高汽车动力性和燃油经济性等优点。实现汽车自动变速的方法有多种，但目前在汽车上应用较多的主要有三种，即液力自动变速器(AutomaticTransmission,AT)、机械自动变速器(AutomaticMechanicalTransmission,AMT)和机械无级变速器(ContinuouslyVariableTransmission,CVT)。下一页返回6.4汽车底盘电子控制技术液力变矩器是一种以油液为介质进行可控转矩传输的液力装置，它既能实现类似离合器的中断和传递动力、过载保护以及缓和冲击功能，又能在传递转矩时使输出转矩在一定范围内连续变化。液压控制系统是由一系列的阀体组成的，其主要任务有:在汽车行驶过程中接受换挡信号，控制油泵的泵油压力，满足自动变速器各系统的工作需要;根据换挡杆的位置和汽车的行驶状态，控制液力变矩器及行星齿轮系统的工作，实现自动换挡;控制液力变矩器中油液的循环和冷却;控制液力变矩器中锁止离合器的工作状态。在电控液力自动变速器的电子控制系统中，相关的传感器和开关主要有节气门位置传感器、车速传感器、空挡启动开关、制动灯开关、换挡模式选择开关、发动机冷却液温度传感器、O/D(超速挡)开关等。传感器将信号传给电子控制单元ECU,ECU控制执行器工作，在自动变速器中的执行器主要是电磁阀。上一页下一页返回6.4汽车底盘电子控制技术

2.机械自动变速器(AMT)机械自动变速器是在现有的机械变速器的基础上发展起来的一类变速器，保留了机械变速器绝大部分总成部件，既具有液力自动变速器自动变速的优点，又保留了机械变速器传动效率高、成本低、结构简单、制造容易等特点，是目前性价比最高的一种自动变速器。电控机械式自动变速器是一个电子控制的发动机、干式离合器和机械变速器组成的系统。它保持原发动机、离合器和变速器总成，仅少量改变了变速器的操纵系统。电控单元ECU代替了驾驶员的大脑，传感器代替人的感觉神经，执行机构代替驾驶员的手和脚的换挡动作，使车辆始终处于最佳挡位下行驶，系统原理框图如图6-6所示。上一页下一页返回6.4汽车底盘电子控制技术机械式自动变速器根据当前汽车运行状态、路面状况以及驾驶员的意图等进行自动换挡控制。驾驶员通过加速踏板和选择器(包括选挡范围、换挡规律、巡航控制等)向ECU表达意图，发动机转速、输入轴转速、车速、挡位、节气门开度等传感器实时监测发动机工况和车辆的运行状况，并将相应的电信号输入ECU,ECU按存储在其中的预先设定的由模拟熟练驾驶员的驾驶规律(最佳换挡规律、离合器最佳结合规律、发动机节气门的自适应调节规律等)对节气门开度、离合器结合以及换挡三者进行控制，以实现发动机、离合器和变速器最佳匹配，从而获得优良的行驶性能、平稳起步性能和迅速换挡的能力。上一页下一页返回6.4汽车底盘电子控制技术汽车前进时，前进离合器接合，倒挡离合器松开，动力从输入轴传到行星架，再传到与其相连的右行星架，经前进离合器传至太阳轮，通过太阳轮带动主动带轮，再由V形金属传动带将动力传递到从动工作带轮，带轮的可动部分和不可动部分形成的V形槽与V形金属带啮合。当主、从动工作带轮的可动部分在油缸内液压力作用下作轴向移动时，连续改变了金属传动带的工作半径，从而改变了传动比。然后动力经中间减速器、主减速器与差速器传递到车轮。汽车倒退时，前进离合器松开，倒挡离合器接合使行星齿圈固定，内行星齿轮与太阳轮啮合，外行星齿轮与行星齿圈进行内啮合，经这一双星行星排的行星齿轮机构，传递到太阳轮的力矩方向发生改变，后面的力矩传递路线与前进时一样。上一页下一页返回6.4汽车底盘电子控制技术6.4.2汽车悬架电子控制技术随着汽车技术的发展和汽车速度的提高，人们对汽车悬架的性能提出了越来越高的要求。传统的机械式悬架的结构和主要参数不能随汽车行驶速度和路面条件的变化而自动调节，通过改善机械结构和优化参数来改善悬架的性能已近极限，于是电子控制的悬架系统的开发研究越来越受到重视。电子控制悬架系统可以根据汽车的工作状况和路面的不平度，对悬架的阻尼、刚度及车体高度进行自动调节根据电子悬架工作方式的不同，可分为半主动悬架和主动悬架两大类。上一页下一页返回6.4汽车底盘电子控制技术半主动悬架根据路面的冲击、车轮与车体的加速度、速度与位移信号实时调节悬架的阻尼系数，消耗来自不平路面的冲击能量，而不需要提供能量，以改善悬架缓冲性能。这种电控悬架结构简单、成本较低、能量消耗小，是目前轿车上普遍采用的一种形式。典型的半主动悬架结构简图如图6-8所示，在结构上与机械悬架接近，但其对振动的控制效果在一定程度上却可以接近主动悬架，远远优于被动悬架。电控减振器的执行器一般采用置于减振器上方的步进电机，步进电机的旋转带动空心活塞杆内部的转子阀旋转，从而改变转子阀节流孔与活塞节流孔的相对位置，进而改变活塞两侧腔室之间的节流面积以调节悬架的阻尼特性。上一页下一页返回6.4汽车底盘电子控制技术主动悬架在其结构中植入了可人工或自动控制发力的调节机构，并能根据路面情况自动调节减振器刚度和阻尼，以获得良好的行驶舒适性。从这种悬架的组成种类来看，大致又可以分为两大类:一类是电子控制式主动液压悬架，它能通过车载电脑计算出悬架受力大小和加速度，利用液压减振器的伸缩来保持车身平衡;另一类则是电子控制式空气悬架，它也是通过车载电脑计算悬架的受力及感应路面情况，适时调整空气减振器的刚度和阻尼系数，使车身的振动始终保持在一定范围内。这两类电控主动悬架都能实现车身高度调节，能通过改变减振器阻尼来抑制车身姿态变化，不过在性能表现上却是各有千秋:电控主动液压悬架在舒适性上稍差一些，对于复杂路况的反应也比较吃力，甚至还会导致油压过高影响寿命;电控主动空气悬架所要求的悬架结构要复杂一些，成本高昂、维护保养成本高。上一页下一页返回6.4汽车底盘电子控制技术6.4.3汽车转向电子控制技术汽车转向性能是汽车的主要性能之一，转向系统的性能直接影响到汽车的操纵稳定性，它对于确保车辆的安全行驶、减少交通事故以及保护驾驶员的人身安全、改善驾驶员的工作条件起着重要的作用。为了提高转向性能，目前普遍采用了动力转向系统。液压助力转向系统是最早采用的动力转向系统形式，电子技术和电气技术的应用使得转向系统发生了革命性的变化，出现了电液助力转向系统、电动助力转向系统(ElectricPowerSteering,EPS)和线控电动转向系统(Steering-By-Wire,SBW)。

电液助力转向系统虽然在一定程度上克服了液压助力转向系统的缺点，降低了油耗，改善了助力特性，但仍然没有摆脱液压油泄漏所造成的环境污染问题，这便推动了电动助力转向系统的发展。上一页下一页返回6.4汽车底盘电子控制技术1.电动助力转向系统(EPS)电动助力转向系统在1985年首次被日本丰田克雷西达采用，它完全抛弃了液压助力转向系统的助力执行机构，是在传统机械转向系统的基础上增加了助力电机、传感器和电子控制单元等装置。

EPS是一种直接依靠电力提供辅助转矩的动力转向系统，它用电动机提供助力，助力大小由电控单元(ECU)控制，系统主要由转矩传感器、车速传感器、电动机、电磁离合器、减速机构和电子控制单元ECU等组成，如图6-10所示。上一页下一页返回6.4汽车底盘电子控制技术EPS的基本工作原理是:当汽车处于启动或者低速行驶状态时，操纵转向盘转向，装在转向柱上的转矩传感器不断检测作用于转向柱扭杆上的转矩，并将此信号与车速信号同时输入ECU，处理器对输入信号进行运算处理，确定助力转矩的大小和方向，从而控制电动机的电流和转向，电动机经离合器及减速机构将转矩传递给转向柱输出轴，为驾驶人员提供辅助转向力。当车速超过一定的临界值或者出现故障时，为保持汽车高速时的操控稳定性，EPS系统退出助力工作模式，转向系统转入手动转向模式不转向的情况下，电动机不工作。上一页下一页返回6.4汽车底盘电子控制技术

2.线控电动转向系统(SBW)

线控转向系统是在电动助力转向系统的基础上发展而来的，两者都是用电机作为执行器，但两者的本质区别是:在电动助力转向系统中，转向盘和转向车轮之间有转向柱等机械连接;而在线控转向系统中，转向盘和转向车轮之间没有任何机械连接线控电动转向系统又称为电子转向系统，主要由转向盘总成、转向执行总成、主控制单元(ECU)和容错控制单元(RECU)组成，如图6-11所示。上一页下一页返回6.4汽车底盘电子控制技术

SBW系统工作时，装在转向拉杆上的拉压力传感器和线位移传感器实时地反映出路面状况，即可得出路感信息，再将这些信息转换为电信号传给ECU,ECU依据车速传感器传来的电信号以及路感电机上反馈来的电流信号来控制路感电机的转动方向和输出转矩大小，从而完成对路感电机的实时控制。当转向盘转动时，装在转向轴上的转矩传感器开始工作，将在转向轴上产生的转矩信号和转向信号转换为电信号传给ECU;同时，ECU再依据车速传感器传来的电信号、拉杆上两传感器的路感信号以及转向电机上反馈来的电流信号来决定转向电机的转向方向和转矩大小，从而完成对转向执行电机的实时控制。在对转向电机和路感电机控制的同时，容错控制单元RECU又对ECU进行实时监控，在ECU发生故障时对系统进行弥补控制。上一页下一页返回6.4汽车底盘电子控制技术6.4.4汽车制动电子控制技术制动系统是汽车安全行驶的重要保障，利用电子控制技术来提高汽车制动系统的性能并打一展其功能已受到越来越广泛的重视。制动防抱死系统(Anti-lockBrakingSystem,ABS)目前已非常成熟，在轿车上已成为一种标准配置，同时一些新型的电子制动控制系统还在不断推出,如电子制动力分配系统(ElectronicBraking-forceDistribution,EBD)、制动辅助系统(BrakingAssistantSystem,BAS),驱动防滑系统(AccelerationSlipRegulation,ASR)以及电子稳定性程序(ElectronicStabilityProgram,ESP)等，这些电子控制技术的使用，大大提高了汽车的主动安全性。上一页下一页返回6.4汽车底盘电子控制技术1.制动防抱死系统(ABS)电子控制制动防抱死系统实质上是实现制动器制动力的自动调节，这种装置使汽车制动系统结构发生了质的变化，它可充分发挥制动器的制动效能，提高制动减速度和缩短制动距离，并能有效地提高车辆制动时的方向稳定性，从而大大提高了汽车行驶的安全性，所以发展迅速。

ABS系统主要由传感器、控制器和压力调节器三部分组成，图6-12是以车轮角减速度作比较量的ABS调节系统简图。上一页下一页返回6.4汽车底盘电子控制技术在汽车正常制动时，液力蓄能器的高压油将球阀4推开，高压油作用在减压活塞上方，使球阀9处于常开状态，制动分泵与制动总泵直接相通制动过程中，控制器不断分析传感器送来的信息。当减速度达到某一门限值时，控制器发出指令，电磁线圈5通电产生吸力，铁芯连同推杆6向右移动，使球阀4液力蓄能器关闭高压油道，同时使减压活塞8上方与低压泄油道相通而上移，球阀9关闭，分泵油压与低压泄油道相通，油压降低，制动器制动力下降。松开制动器后，车轮转速增加。当其角加速度达到设定的门限值时，控制器又发出指令，切断电磁线圈电流，在液力蓄能器高压油的作用下，铁芯左移，球阀4关闭减压活塞8上方与低压泄油道2的通道，蓄能器中的高压油迫使减压活塞8下移，顶开球阀9，分泵压力重新上升，又开始制动，如此循环，直至停车。上一页下一页返回6.4汽车底盘电子控制技术

2.电子制动力分配系统(EBD)汽车制动时，如果四只轮胎附着地面的条件不同或与地面的摩擦力不同，在四个轮子的制动力相同的情况下汽车就容易产生打滑、倾斜和侧翻等现象。电子制动力分配系统的功能就是自动调节前、后轴的制动力分配比例，在一定程度上可以缩短制动距离，提高制动效能，并配合ABS提高制动时的方向稳定性。当发生紧急制动时，EBD系统在ABS起作用之前，可依据车辆的重量和路面条件来控制制动过程，自动调整汽车制动液压系统，使前、后轮的液压接近理想制动力的分布。因此，EBD实际上是ABS的辅助功能，它可以改善并提高ABS的功效。上一页下一页返回6.4汽车底盘电子控制技术3.制动辅助系统(BAS)有研究表明，在出现紧急情况而实施紧急制动时，90%左右的驾驶员缺乏果断，不能将制动踏板完全踩到底，使得制动系统的制动能力不能充分发挥，导致制动距离延长，引发交通事故。制动辅助系统就是为解决这一问题而研制的。BAS系统一般是在ABS的基础上，增加一个制动踏板位移传感器或者制动主缸油压传感器及一套液压助力系统。当制动踏板移动的速率或制动主缸油压的增长速率过快时，ECU判断出此时驾驶员正在实施紧急制动，于是BAS起作用，助力油泵向制动主缸油路提供较高的制动油压，使制动系统的反应时间缩短，从而减小制动距离。上一页下一页返回6.4汽车底盘电子控制技术4.驱动防滑控制系统(ASR车辆行驶时不仅要求制动时的安全、高效与稳定，而且要求车辆在加(减)速、转向状态下仍然具备行驶时的方向稳定性与可操纵性。当车辆在驱动状况下运行时，一旦车轮滑动率处于非稳定范围时，会使车辆丧失稳定性与操纵性。采用驱动防滑控制ASR技术对驱动轮进行控制，当汽车加速时将滑动控制在一定的范围内，从而防止驱动轮快速滑动，保证行驶安全。

ASR是在ABS的基础上的打一充。ASR与ABS共用车轮转速传感器和电子控制单元，只是在通往驱动车轮制动轮缸的制动管路中增设了一个防滑转制动压力调节器，在由加速踏板控制的主节气门上方增设了一个由步进电动机控制的副节气门，并在主、副节气门处各设置了一个节气门开度传感器。典型的ABS/ASR系统的组成如图6-13所示。上一页下一页返回6.4汽车底盘电子控制技术5.电子稳定性程序(ESP)在汽车行驶过程中，汽车不断受到横向和纵向的作用力，当横向力(侧向力)超过车轮的侧向抓地力时，汽车的操纵能力将大大降低，甚至失控，从而影响行车安全。在ABS和ASR系统基础上研制的电子稳定性程序(ElectronicStabilityProgram,ESP)，可以实现对汽车纵向和横向滑移的控制，从而大大提高汽车的行驶稳定性和安全性。ESP系统集成了ABS,ASR和BAS三个系统的基本功能，主要由转向角传感器、轮速传感器、横向加速度传感器、侧滑传感器、发动机管理系统ECU以及ESP液压调节器等组成，如图6-14所示。上一页下一页返回6.4汽车底盘电子控制技术ESP通过传感器向车载电脑传递有关信息，车载电脑通过对这些信息的分析、计算，辨别驾驶员的行驶意图，一旦发现车身出现摆动趋势，系统将瞬间采取修正措施，使汽车达到最佳的行驶状态和操纵性能，实现或接近驾驶员的理想行车轨迹。当汽车发生转向不足时，前轮偏向轨迹外侧，ESP系统通过对轨迹内侧的后轮制动来产生一个补偿力矩将车轮带回期望的行驶轨迹，如图6-15(a)所示;而当汽车发生转向过多时，汽车尾部横向摆动，此时ESP系统则通过对轨迹外侧的前轮制动产生一个补偿力矩将车轮带回期望的行驶轨迹，如图6-15(b)所示。上一页返回6.5汽车辅助装置的电子控制技术6.5.1安全气囊系统汽车安全气囊系统(SupplementRestraintSystem,SRS)又称辅助乘员保护系统，是一种当汽车遭到碰撞而急剧减速时能很快膨胀的缓冲气囊，是一种被动安全装置。当汽车发生正面碰撞事故时，安全气囊控制系统检测到冲击力(减速度)超过设定值时，安全气囊电脑立即接通充气元件中的电爆管电路，点燃电爆管内的点火介质，火焰引燃点火药粉和气体发生剂，产生大量气体，在0.03s的时间内即将气囊充气，使气囊急剧膨胀，冲破转向盘上装饰盖板鼓向驾驶员和乘员，使驾驶员和乘员的头部和胸部压在充满气体的气囊上，缓冲对驾驶员和乘员的冲击，随后又将气囊中的气体放出。下一页返回6.5汽车辅助装置的电子控制技术安全气囊系统主要由碰撞传感器、SRS电脑、SRS指示灯和气囊组件四部分组成。车辆发生碰撞时，碰撞冲击力使碰撞传感器和触发传感器接通，SRS电脑接通引爆电路，使电流流过电爆管，使其发热将电爆管内的点火介质引燃，火焰随即打一散到点火药粉和气体发生剂，产生大量气体，如图6-16所示。气体经滤网冷却后进入气囊内，气囊急剧膨胀，冲破转向盘上的装饰盖板，缓冲对驾驶员和乘员的冲击。充气元件与气囊安装在转向盘上，与转向盘一起转动，电爆管与SRS电脑之间的导线是靠螺旋导线(游丝)来连接的。上一页下一页返回6.5汽车辅助装置的电子控制技术6.5.2汽车自动空调系统汽车空调系统随着电子技术和汽车技术的发展而不断完善，目前大部分高级轿车采用了自动空调系统。自动空调系统将制冷、采暖(包括除霜)、通风三个功能一体化，以微机控制为核心，结合各种传感器对发动机的有关运行参数(如冷却液温度、转速)、车厢内外的条件(如气温、空气湿度、日照强度)以及制冷压缩机的开停状况等多种参数进行实时检测，并与设定参数相比较，进行综合运算，求出一个目标值，并与微机中预先设定的性能曲线进行比较，给各个执行元件发出工作指令，通过控制气源门、温度门、出风分配门、热水阀开度及鼓风机转速等，自动控制出风的风量、分配方式、速度和湿度，以实现对车厢内空气环境进行全方位、多功能的调节和控制。上一页下一页返回6.5汽车辅助装置的电子控制技术自动空调系统主要由传感器、空调电子控制单元(ECU)和执行机构组成.典型的汽车全自动空调系统的传感器主要有室内温度传感器、室外温度传感器、太阳辐射传感器、空气湿度传感器、蒸发器温度传感器、发动机水温传感器等，如图6-17所示。空调ECU对接收到的各种输入信号进行比较、判断并发出工作指令，让执行机构实施相应动作。空调ECU主要进行空气流量控制、通风孔选择、温度控制以及压缩机离合器控制等。不同品牌和不同类型的汽车自动空调系统的执行元件可能不尽相同，但这些执行元件一般都是伺服电机或电磁机构。自动空调系统中的伺服电机一般有进风控制伺服电机、空气混合伺服电机和送风控制伺服电机等，进风控制伺服电机控制送风方式，空气混合伺服电机可以改变冷暖空气的混合比例，送风控制伺服电机控制送风的方式。上一页下一页返回6.5汽车辅助装置的电子控制技术6.5.3汽车电子导航系统全球卫星定位系统(GlohalPositioningSystem,GPS)别是美国国防部为满足军事部门对海上、陆地和空中设施进行高精度导航和定位的需要而建立的一套利用导航卫星检测位置的系统。1994年GPS转为民用以来，它在汽车上的应用获得迅猛进展。汽车电子导航系统就是在全球卫星定位系统的基础上发展起来的一门新型技术，其典型组成如图6-18所示。

GPS系统利用环绕在地球周围的24颗GPS卫星进行定位，汽车根据接收到的其中3颗卫星的信号计算汽车所在位置的经纬坐标，汽车所在地位置以及行驶路线就会显示在汽车荧光屏的电子地图上。如果利用通信卫星将汽车的位置信息传送给监控中心，汽车所在地位置以及行驶路线也会显示在监控中心荧光屏的电子地图上。上一页下一页返回6.5汽车辅助装置的电子控制技术汽车电子导航系统具有非常强大的功能，主要如下:(1)给汽车提供出行路线规划和进行导航。提供出行路线规划是汽车电子导航系统的一项重要功能，它包括自动线路规划和人工线路设计。驾驶者确定起点和目标地，由计算机软件按要求自动设计最佳行驶路线，包括最快的路线、最简单的路线、通过高速公路路段次数最少的路线等的计算。人工线路设计是由驾驶者根据自己的目标地设计起点、终点和途经点等，自动建立线路数据库。线路规划完毕后，显示器能够在电子地图上显示设计线路，并同时显示汽车运行路径和运行方法。

(2)车辆监控。利用GPS系统和电子地图可以实时显示出车辆的实际位置，并任意放大、缩小;可以随目标移动，使目标始终保持在屏幕上;还可实现多窗口、多车辆、多屏幕同时监控。上一页下一页返回6.5汽车辅助装置的电子控制技术

(3)对车辆实行调度指挥和紧急援助。监控中心可以监测区域内车辆运行状况，对被监控车辆进行合理调度，监控中心也可随时与跟踪目标通话，实行管理;通过GPS定位和监控管理系统可以对遇有险情或发生事故的车辆进行紧急援助。监控台的电子地图显示求助信息和报警目标，规划最优援助方案，并以报警声光提醒值班人员进行应急处理。

(4)在车上进行信息查询。为用户提供主要地理位置标记，如旅游景点、宾馆、医院等在系统中都建立有数据库，用户能够在电子地图上根据需要进行查询，查询资料可以文字、语言及图像的形式显示，并在电子地图上显示其位置。同时，监测中心可以利用监测控制台对区域内的任意目标所在位置进行查询。上一页返回6.6新能源汽车在20世纪的最后几十年，环境和能源对人类生活和社会发展的影响越来越大，节能、环保、新能源等字眼越来越紧密地与汽车联系在一起。研制开发更节能、更环保、使用替代能源的新型汽车，成为各大汽车公司的当务之急。经过对各种新燃料、新能源和新动力的探索，电动汽车成为最主要的选择之一。电动汽车包括纯电动汽车(ElectricVehicle,EV),混合动力电动汽车(HybridElectricVehicle,HEV)和燃料电池电动汽车(FuelCellElectricVehicle,FCEV)三种形式下一页返回6.6新能源汽车6.6.1纯电动汽车(EV)由于电动汽车采用电动机驱动，蓄电池作为动力，因此其结构和燃油汽车明显不同，其系统布置如图6-19所示。电动汽车和燃油汽车在原动机和动力传动装置上是不同的。用电动机代替内燃机及其附属装置(即润滑、冷却、进排气系统等)，使其结构简单;在动力传动装置上，取消了燃料箱和燃料控制系统，代之以电源系统、速度控制系统等，反而使整个装置的重量及体积近10倍于内燃机系统。几年前，几乎所有的车辆牵引电机均为直流电机，这是因为牵引直流电机具有起步加速牵引力大、控制系统较简单等优点。近年来，交流电机驱动系统得到发展和应用，其突出优点是体积小、重量轻、效率高、基本免维护、调速范围宽。上一页下一页返回6.6新能源汽车在交流电机驱动系统中，动力电池的电流经动力分配单元送入系统控制器，系统控制器将直流电逆变成交流电驱动交流电机，电机输出的转矩经定速比减速器后，通过万向传动轴、主减速器、差速器和半轴驱动车轮，使汽车前进或倒退。当汽车制动减速时，车轮带动电机转动，通过矢量控制使感应电机成为交流发电机产生电能，经系统控制器逆变变换后给电池组充电，这一过程称为再生制动。具有再生制动的电动汽车使一次充电后的续驶里程增加10%-15%。由于交流感应电机体积小、重量轻，而动力电源逆变器均使用IGBT大功率管，所以动力驱动控制系统应有专门的冷却装置。系统控制器除了有主逆变器驱动牵引电机外，还有几个小功率DC/AC逆变器，逆变器产生的交流电用来驱动空调压缩泵电机、动力转向泵电机、制动泵电机和冷却泵电机。上一页下一页返回6.6新能源汽车在电动汽车中，储能元件起着向电动机提供能量的作用，另外还可接收制动能量并将其储存起来。为使储能装置不致过大和过重，储能元件应具有较高的比功率和比能量。目前，在纯电动汽车上应用的储能元件有飞轮电池、超级电容器、电化学电池(铅酸电池、镍氢电池、锉离子电池)等。虽然纯电动汽车与传统内燃机汽车相比具有很多优点，但其发展目前仍存在一定的困难，电动汽车的发展瓶颈体现在电池技术方面，一是电池能量密度低，二是充电时间长。另外，电动汽车系统的可靠性和高昂的价格也是阻碍电动汽车普及的主要原因。上一页下一页返回6.6新能源汽车6.6.2混合动力电动汽车(HEV)所谓混合动力电动汽车，是车上装有内燃机和电动机两种动力源。将产生动力的部件与电能储存元件以不同的方式结合起来，可以形成不同类型的HEV。简而言之，HEV就是将传统的内燃机(又称辅助动力装置(APU)、电力驱动和储能装置结合在一起。与常规的内燃机动力相比，混合动力的主要优点是，采用了高功率的能量储存装置(飞轮、超级电容器或蓄电池)向汽车提供瞬时能量，可以减小发动机尺寸、提高效率、降低排放。另外，混合电动汽车基本上不改变现有的汽车产业结构，不改变现有能源(石油燃料)的体系，不改变用户对汽车的使用习惯，这是它能够迅速实现产业化的重要因素。上一页下一页返回6.6新能源汽车1.串联式混合驱动系统串联式混合驱动系统由电动机驱动汽车行驶，发动机与发电机集成为辅助动力单元(APU)，如图6-20所示。发动机在最佳工况点附近驱动发电机以相对稳定的工况运行。当发电机发出的功率无法满足汽车行驶时对功率的需求时(如启动、高速行驶、爬坡等)，电池组可以向电动机提供额外的电能;当发电机发出的功率超过汽车行驶时对功率的需求时(如低速、滑行、停车等)，发电机向电池组充电。该系统APU与电动机无机械连接，整车布置的自由度较大，控制系统也简单，但能量转换次数多，效率不高，续驶里程有限，仍需设置充电站。上一页下一页返回6.6新能源汽车

2.并联式混合动力系统并联式混合动力系统是指发动机与电动机可以分别独立地驱动车轮，如图6-21所示，该系统适合于城市间公路行驶的车辆。当汽车进入市区行驶时，关闭发动机，进入电动状态;当汽车在市郊公路行驶时，关闭电动机，由发动机直接驱动。3.混联式混合动力系统在该系统中，发动机和电动机既可以分别驱动汽车也可以同时驱动汽车，如图6-22所示，发动机与电动机的工作状态是由计算机控制的。该系统适合各种行驶条件，且不需外界充电，续驶里程与内燃机汽车相当，是最理想的混合电动方案，但技术含量高，控制复杂。上一页下一页返回6.6新能源汽车混合动力汽车与传统汽车发动机相比使用了一些新技术，除发动机、电动机、蓄电池等各种单元技术外，重要的技术是各系统的电子控制技术和整车的动力系统优化与控制技术。根据车辆的类型、使用工况和设计目标，合理地选择发动机、发电机、电动机和混合动力驱动形式，充分发挥其各自的优势是混合电动汽车开发的核心，其中整车控制为研究重点。整车控制的主要任务有:根据司机踏板位置、挡位、制动踏板力和蓄电池状态，整车ECU计算出发动机的输出功率、电动机转矩和发电机转速用于控制不同的汽车总成;在制动时，整车ECU给电动机发出能量回收再生发电控制命令。混合动力汽车整车控制系统的原理如图6-23所示。上一页下一页返回6.6新能源汽车6.6.3燃料电池电动汽车(FCEV)采用燃料电池作为能源的电动汽车称为燃料电池电动汽车。目前的燃料电池主要以氢燃料电池为主。氢燃料电池是一种电化学发电装置，把化学能直接转化为电能，其基本原理是电解水的逆反应:把加注的氢和空气中的氧分别供给阴极和阳极，氢通过阴极向外打一散和电解质发生反应后，分解为氢离子和电子，产生电流的同时氢离子通过外部负载到达阳极，与氧结合生成水。图6-24所示为氢燃料电池电动汽车的结构示意图。上一页下一页返回6.6新能源汽车与传统内燃机汽车相比，燃料电池电动汽车具有以下优点:(1)能量直接转换，转换效率高，理论上可达100%，实际上已达60%-80%;(2)能量应用效率高，排放污染低，几乎可以达到零排放，具备使用替代燃料的可能性;(3)低噪声，无振动，安静舒适;(4)燃料补充容易，