2020年06月01日 | 汽车电子系统中电子控制技术的解析

汽车电子控制技术的快速发展主要取决于以下三个因素：一是得益于晶体管技术、大规模集成电路技术、计算机技术和网络技术的飞速发展，成本不断降低，控制功能越来越强大，为汽车电子控制技术的发展提供良好的条件；二是由于各国政府制定了越来越严格的法规，迫使汽车制造商必须采用先进的电子控制技术，以满足在燃油经济性、安全性和排放性能方面的法规要求；三是用户对汽车安全性、舒适性、动力性、经济性等越来越高的需求，促使汽车制造商更多地采用电子控制技术，增强其产品在市场上的竞争能力。

汽车电子控制技术的发展过程，大致可分为电子电路控制、微型计算机控制和车载局域网控制三个阶段。第一阶段（1953～1975年）：模拟电子电路控制阶段，即采用分立电子元件或集成电路组成电子控制器进行控制。汽车电子设备主要采用分立电子元件组成电子控制器，从而揭开了汽车电子时代的序幕。

第二阶段（1976～1999年）：微型计算机控制阶段，即采用模拟计算机或数字计算机进行控制，控制技术向智能化方向发展。汽车电子设备普遍采用8位、16位或32位字长的微处理器进行控制，主要开发研制专用的独立控制系统和综合控制系统。第三阶段（2000年至今）：车载局域网控制阶段，即采用车载局域网（LAN，Local Area Network）对汽车电器与电子控制系统进行控制。国内外中高档轿车目前都已开始采用车载局域网技术。

现代汽车越来越多地将单一控制系统集成为集中控制系统，控制系统集成可以使整个系统简化，有利于对复杂系统多变量、多目标的综合协调控制。但控制系统的集成需要运算能力更强、速度更快的微处理器，因此微处理器也从8位、16位、32位发展至64位。

由于汽车上电子装置数量急剧增多，汽车电路越来越复杂，为了减少连接导线的数量，现代汽车广泛采用车载网络技术，将过去一线一用的专线制改为一线多用制。利用网络技术可以将汽车中各种电控单元、智能传感器、智能仪表等连接起来，从而构成汽车内部的控制器局域网，实现各系统间的信息资源共享。这样不仅简化了布线，减少了电气节点的数量和导线的用量，同时也增加了信息传送的可靠性。

智能汽车是一个集环境感知、规划决策、多等级辅助驾驶等功能于一体的综合系统，它集中运用了计算机、智能传感器、信息融合、通信、人工智能及自动控制等技术，是典型的高新技术综合体。

智能交通系统（Intelligent Transportation System，ITS）是将先进的信息技术、通信技术、传感技术、控制技术以及计算机技术等有效地集成运用于整个交通运输管理体系，而建立起的实时、准确、高效的综合运输和管理系统。智能交通技术与智能汽车技术的结合，就可以实现汽车最佳行驶路线的自动选择和汽车的自动驾驶。汽车和交通智能化代表着未来汽车和未来交通的发展方向。

所谓模块化设计，是指为开发具有多种功能的不同产品，不需要对每种产品实施单独设计，而是精心设计出多种模块，将其经过不同方式的组合来构成不同的产品，以解决产品品种、规格、制造周期和成本之间的矛盾。随着汽车市场竞争的日趋激烈，为了满足用户个性化需求，汽车制造商需要推出更多的新车型，新车型的开发周期越来越短，采用电控系统模块化设计技术，能够缩短开发周期，提高开发产品的质量，降低开发成本，有效提高汽车电子控制系统乃至汽车整车的可靠性。

汽车上每一个电子控制系统都是由传感器与开关装置、电控单元和执行器（执行元件）三部分组成，这三部分通过导线进行连接，就组成了一个电控系统。检测被测气体和液体等流体的流量，例如用于发动机电控燃油喷射系统的空气流量传感器；用于自动空调系统的制冷剂流量传感器等。

检测被测回转物体的转角或移动物体的位移，例如用于发动机电控燃油喷射和微机控制点火系统的曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器、节气门位置传感器；用于电子稳定程序的转向盘转角传感器；用于电子控制悬架系统的车身高度传感器；用于废气再循环系统的EGR阀位置传感器等。

检测被测介质压力，例如用于发动机电控燃油喷射系统的进气歧管压力传感器、大气压力传感器、排气压力传感器；用于驱动防滑转系统中的油压传感器等。检测被测介质温度，例如用于发动机电控燃油喷射和微机控制点火系统的发动机冷却液温度传感器、进气温度传感器、排气温度传感器、燃油温度传感器；用于自动空调控制系统采用的车内温度传感器等。

检测被测介质浓度，例如用于发动机电控燃油喷射系统的氧传感器；用于安全控制系统的酒精浓度传感器等。检测被测转动物体的转速或移动物体的速度，例如用于发动机电控燃油喷射和微机控制点火系统的发动机转速传感器；用于防抱死制动系统的车轮速度传感器、用于电控自动变速器的车速传感器等。

检测被测物体的加速度，例如用于电子稳定程序的汽车纵向和横向加速度传感器；用于电控悬架系统的车身垂直加速度传感器等。汽车电子控制单元简称电控单元，又称为汽车电子控制器或汽车电子控制组件，俗称“汽车电脑”。电控单元是以单片机为核心所组成的电子控制装置，具有强大的数学运算、逻辑判断、数据处理与数据管理等功能。

电控单元是汽车电子控制系统的控制中心，其主要功用是分析、处理传感器采集的各种信息，并向受控装置（即执行器或执行元件）发出控制指令。执行器又称为执行元件，是电子控制系统的执行机构。执行器的功用是接受电控单元（ECU）发出的指令，完成具体的执行动作。汽车电控系统的执行器通常是电动机、电磁阀等。汽车电控系统不同，采用执行器的数量和种类也不相同。

发动机电控燃油喷射系统的执行器有电动燃油泵和电磁喷油器；发动机怠速控制系统的执行器是怠速控制阀；汽油蒸发污染控制系统蒸气回收系统的执行器是活性炭罐电磁阀；微机控制点火系统的执行器有点火控制器和点火线圈；防抱死制动系统的执行器有两位两通电磁阀或三位三通电磁阀、回油泵电动机；安全气囊系统的执行器是气囊点火器；电控自动变速器的执行器有换挡电磁阀、油压控制电磁阀和锁止电磁阀；汽车电控悬架系统的执行器是空气压缩机、减振器阻尼和弹簧刚度调节电动机以及高度控制电磁阀等。