摘 要：隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用及其相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，電氣控制的方法來控制汽車的功能成為可能。文章針對(duì)汽車電氣與電子控制系統(tǒng)做了詳細(xì)分析，分析了系統(tǒng)的工作原理及特點(diǎn)、闡述了汽車電子控制系統(tǒng)的相關(guān)先進(jìn)技術(shù)。

關(guān)鍵詞：汽車；電子控制；電氣系統(tǒng)

汽車電氣設(shè)備汽車應(yīng)用上的發(fā)展經(jīng)過了大約100多年的歷史。從20世紀(jì)初磁電機(jī)應(yīng)用到汽車的電點(diǎn)火上，經(jīng)過了感應(yīng)線圈點(diǎn)火裝置、照明裝置、起動(dòng)機(jī)、交流電動(dòng)機(jī)等一系列電氣裝置的研發(fā)應(yīng)用，汽車電氣與電子控制系統(tǒng)逐漸走向成熟。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及電子信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，電子功率開關(guān)技術(shù)、先進(jìn)的控制策略、總線技術(shù)及智能電器技術(shù)在汽車電氣與電子控制系統(tǒng)應(yīng)用越來越廣泛，使得汽車的電氣裝置更加安全可靠，電氣系統(tǒng)更加穩(wěn)定。大多數(shù)汽車制造商都在對(duì)當(dāng)前的技術(shù)進(jìn)行不斷的改進(jìn)，電子控制技術(shù)將被應(yīng)用到汽車更多的領(lǐng)域。在不久的將來，汽車電子控制系統(tǒng)主要的變化是將12V系統(tǒng)改為42V系統(tǒng)，這將為其他系統(tǒng)的發(fā)展打開希望之門。42V系統(tǒng)對(duì)汽車的主要改變是使汽車可以采用更多的線控系統(tǒng)，遠(yuǎn)程信息處理也將進(jìn)一步發(fā)展。

1 概述

汽車上許多復(fù)雜的電子控制系統(tǒng)都可以從輸入和輸出進(jìn)行分析。將電子控制單元作為系統(tǒng)的控制元件，考慮其輸入和輸出，是對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析通常使用的方法。

汽車的電氣系統(tǒng)可以分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。開環(huán)控制系統(tǒng)是一個(gè)只要給定輸入就可以得到需要的輸出的系統(tǒng)。例如汽車的前照燈就是一個(gè)開環(huán)控制系統(tǒng)，在給定輸入、開關(guān)接通的情況下，得到需要的輸出-前照燈被點(diǎn)亮。要確定一個(gè)系統(tǒng)是否為開環(huán)控制系統(tǒng)，只要看該系統(tǒng)工作時(shí)是否需要反饋，如果不需要反饋，即為開環(huán)控制系統(tǒng)。存在反饋的系統(tǒng)為閉環(huán)控制系統(tǒng)。反饋的作用是如果輸出結(jié)果偏出希望值時(shí)，可以對(duì)其進(jìn)行矯正。汽車的自動(dòng)溫度控制系統(tǒng)就是一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，車內(nèi)的溫度由暖風(fēng)加熱器的輸出決定，暖風(fēng)加熱器的開關(guān)取決于來自汽車乘坐艙內(nèi)溫度傳感器的信號(hào)。反饋來自系統(tǒng)的輸出，即溫度信號(hào)，該信號(hào)也作為系統(tǒng)的輸入信號(hào)。

根據(jù)汽車不同功能系統(tǒng)的劃分，汽車的電氣與電子控制系統(tǒng)包括充電系統(tǒng)、起動(dòng)系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)、電氣控制燃油噴射系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、底盤電子控制系統(tǒng)及舒適性與安全系統(tǒng)等。

充電系統(tǒng)內(nèi)的主要部件是交流發(fā)電機(jī)，在許多現(xiàn)代汽車上，除了與其相連的導(dǎo)線外，交流發(fā)電機(jī)是充電系統(tǒng)唯一的部件。充電系統(tǒng)必須滿足能提供所有負(fù)載所需要的電流、在所有工況下都能提供恒定的電壓、具有較高的功率重量比及維護(hù)需求少等要求。

起動(dòng)系統(tǒng)需要滿足的要求是使用壽命長、勿需維護(hù)、可隨時(shí)工作、能經(jīng)受啟動(dòng)應(yīng)力及震動(dòng)等方面的影響、結(jié)構(gòu)緊湊及重量輕等。設(shè)計(jì)起動(dòng)系統(tǒng)需要考慮的問題：起動(dòng)機(jī)位置的確定需要考慮蓄電池的位置，根據(jù)汽車不同的用途，需要對(duì)起動(dòng)機(jī)采取不一樣的密封措施。

點(diǎn)火系統(tǒng)的基本功能是在接近壓縮行程上止點(diǎn)時(shí)，在氣缸內(nèi)產(chǎn)生電火花，點(diǎn)燃?jí)嚎s的可燃性混合氣。點(diǎn)火系統(tǒng)的工作原理是在點(diǎn)火線圈中的一個(gè)繞組中反復(fù)通電、斷電，在另一個(gè)繞組中感應(yīng)出高電壓。點(diǎn)火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要考慮的因素：燃燒室的結(jié)構(gòu)、空燃比、發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍、發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷、發(fā)動(dòng)機(jī)的用途及排放法規(guī)等。

發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)包括點(diǎn)火與燃油組合管理系統(tǒng)、廢氣排放控制及車輛控制系統(tǒng)等。涉及到的控制方式包括閉環(huán)控制、爆燃控制及怠速控制。綜合控制系統(tǒng)采用一個(gè)或多個(gè)控制單元（ECU），這些ECU之間通過控制器局域網(wǎng)（CAN）數(shù)據(jù)總線能夠互相通信，采用集中控制的方式控制每個(gè)單元中作到它的最佳狀態(tài)。實(shí)現(xiàn)全面的集中控制的優(yōu)點(diǎn)可以使車載診斷（OBD）擴(kuò)展到整車，節(jié)省修理時(shí)間和運(yùn)行費(fèi)用。隨著科技的發(fā)展，人工智能和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也應(yīng)用到發(fā)電機(jī)管理系統(tǒng)中。

底盤電子控制系統(tǒng)包括防抱死制動(dòng)器、牽引力控制、自動(dòng)變速器、電氣控制動(dòng)力轉(zhuǎn)向、電氣控制防滑差速器及制動(dòng)輔助系統(tǒng)等。防抱死控制系統(tǒng)就是在汽車制動(dòng)過程中，當(dāng)車輪滑移率低于穩(wěn)定界限時(shí)，又自動(dòng)增加制動(dòng)壓力，以增大車輪制動(dòng)器制動(dòng)力，從而增大車輪滑移率。保證汽車的制動(dòng)方向穩(wěn)定性，防止產(chǎn)生側(cè)滑和跑偏。牽引力控制系統(tǒng)的作用是保持操作的穩(wěn)定性，減輕橫擺力矩的影響、在所有轉(zhuǎn)速下提供最佳驅(qū)動(dòng)力及減輕駕駛員勞動(dòng)程度。自動(dòng)變速器的主要作用是降低燃油消耗、提高變速器使用壽命及可靠性。

2 先進(jìn)技術(shù)在汽車電子控制系統(tǒng)的應(yīng)用

2.1 電子功率開關(guān)在電氣系統(tǒng)的應(yīng)用

電子功率開關(guān)器件包括晶閘管、大功率晶體管、功率場效應(yīng)管、絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）等器件?？梢愿鶕?jù)不同的工作參數(shù)和用途區(qū)分不同的器件及規(guī)格型號(hào)。在汽車電子控制系統(tǒng)的應(yīng)用中，需要考慮電子功率器件的極限參數(shù)、工作參數(shù)、控制方式及性能特點(diǎn)等綜合目標(biāo)。目前的電子半導(dǎo)體器件朝集成化方向發(fā)展，一般一個(gè)電子半導(dǎo)體模塊是把兩個(gè)或者兩個(gè)以上的電力電子功率開關(guān)器件及需要的輔助電路集成在一起。這種集成模塊化電子功率器件大大提高了電力電子裝置的可靠性和效率，減小了電力電子裝置的體積和重量，使得綜合性能指標(biāo)得到進(jìn)一步的提高和完善。

電子功率開關(guān)器件是汽車電子控制系統(tǒng)中不可缺少的重要部件。開關(guān)器件的作用主要是用來控制汽車的各種電氣設(shè)備，這就需要開關(guān)器件達(dá)到安全、可靠、耐用及便于操縱的性能要求。隨著電子功率開關(guān)器件集成化程度的發(fā)展，混合封裝形式的智能電力電子功率模塊（IPEM）應(yīng)用越來越廣泛，它的性能優(yōu)勢主要體現(xiàn)在技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性方面。

2.2 總線技術(shù)在電氣系統(tǒng)的應(yīng)用

隨著電子控制系統(tǒng)的數(shù)量的持續(xù)增加，傳統(tǒng)的線路傳輸系統(tǒng)已不能滿足信號(hào)傳輸?shù)囊蟆，F(xiàn)代總線技術(shù)包括CAN總線技術(shù)、LIN總線技術(shù)、MOST總線技術(shù)及FlexRay總線技術(shù)，其中CAN總線技術(shù)在汽車電子控制系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛。

針對(duì)不同總線技術(shù)的特點(diǎn)，汽車制造商根據(jù)所需連接的電子控制單元的不同而選擇合適的總線技術(shù)。一般控制器局域網(wǎng)絡(luò)（CAN）總線技術(shù)多用于傳動(dòng)系統(tǒng)和制動(dòng)系統(tǒng)控制單元的連接。由于局域互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)（LIN）總線技術(shù)適用在通信不太密集的情況，所以這種總線技術(shù)一般應(yīng)用在汽車的控制車鏡和車窗升降裝置上。MOST總線技術(shù)多用于汽車的多媒體娛樂系統(tǒng)，除此之外的控制系統(tǒng)的連接可以用FlexRay總線技術(shù)作為補(bǔ)充。

2.3 智能電器在電氣系統(tǒng)中的應(yīng)用

隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，未來汽車電子控制系統(tǒng)的智能化器件的基本特征就是數(shù)字化通信功能。汽車智能電器的應(yīng)用包括汽車智能傳感器、智能執(zhí)行器及數(shù)字信號(hào)傳輸技術(shù)等。

一般由轉(zhuǎn)換器、信號(hào)調(diào)理、模數(shù)轉(zhuǎn)換、微處理器、通訊控制器和存儲(chǔ)器等組成的智能傳感器在電氣系統(tǒng)應(yīng)用越來越廣泛。它可以完成采集量的數(shù)字方式的傳輸、提高傳感器的線性度和準(zhǔn)確度、調(diào)整傳感器的零點(diǎn)及適用范圍等。智能傳感器也可以檢測和傳輸模擬量。

智能執(zhí)行器在原有的執(zhí)行裝置上增添了自我控制和自我調(diào)節(jié)等復(fù)雜的功能。其中代表性的包括智能雨刮器、智能輪胎及智能汽車前照燈等裝置。

3 結(jié)束語

文章針對(duì)汽車電氣與電子控制系統(tǒng)的組成和原理做了詳細(xì)闡述，介紹了幾種先進(jìn)技術(shù)在汽車電子控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。隨著電動(dòng)汽車及新能源汽車的發(fā)展，汽車電氣電子控制系統(tǒng)越來越復(fù)雜化，智能化，集成化。

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作者簡介：賈峰（1986，11-）男、山東菏澤人，助理工程師，工學(xué)學(xué)士；研究方向：電氣工程。endprint