婁　潔徐圣倫

（1.蕪湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車工程學(xué)院　安徽蕪湖　241006；2.鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院　河南鄭州　450006）

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汽車電子化與發(fā)動(dòng)機(jī)電控技術(shù)的發(fā)展研究

婁潔1徐圣倫2

（1.蕪湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車工程學(xué)院安徽蕪湖241006；2.鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院河南鄭州450006）

摘要：車是工業(yè)時(shí)代的標(biāo)志性產(chǎn)物，也是現(xiàn)代消費(fèi)的必需品。隨著數(shù)字時(shí)代的加速發(fā)展，電子化技術(shù)在汽車上的運(yùn)用也變得更為重要，把汽車行業(yè)的發(fā)展引入了一個(gè)全新的信息時(shí)代。文章通過(guò)研究汽車電子化和發(fā)動(dòng)機(jī)電控技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，更進(jìn)一步的探討現(xiàn)代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電控技術(shù)的運(yùn)用和發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：汽車電子化；發(fā)動(dòng)機(jī)；電控技術(shù)；控制系統(tǒng)

在20世紀(jì)50年代至80年代，前人擴(kuò)展了世界對(duì)汽車電子技術(shù)的運(yùn)用范圍，把單純的汽油發(fā)動(dòng)轉(zhuǎn)化為電子化發(fā)動(dòng)，改變了單一的控制重心，以便更好的實(shí)現(xiàn)特定的控制程序。在1995年之后，汽車電子化已經(jīng)開(kāi)始實(shí)現(xiàn)了用計(jì)算機(jī)作為控制中心，并且能夠?qū)崿F(xiàn)多功能的集中管理程序。伴隨著CAN總技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的融合，電子控制技術(shù)開(kāi)始進(jìn)入全能化的控制管理。直至今日，汽車行業(yè)的發(fā)展勢(shì)不可擋，要想更好的提高汽車行業(yè)的發(fā)展進(jìn)度，理應(yīng)更好的去研究汽車電子化的控制核心：汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的電控技術(shù)研究。正常進(jìn)行。21世紀(jì)里，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電子智能化技術(shù)研究已經(jīng)有了新的階段性跨越，新的技術(shù)工藝主要對(duì)象是當(dāng)前汽車工業(yè)的程序性發(fā)展有較大影響力。精微型磁體和智能線路集結(jié)板以及高驅(qū)動(dòng)能力的發(fā)電機(jī)的微型化，很大程度上對(duì)汽車中樞控制的控制力度進(jìn)一步加強(qiáng)。而如今汽車電子技術(shù)已發(fā)展到第四代，即發(fā)動(dòng)機(jī)的電控技術(shù)已包括含微機(jī)技術(shù)和傳感器技術(shù)和優(yōu)化控制技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)還有機(jī)電一體化耦合交叉技術(shù)等綜合技術(shù)的小系統(tǒng)，且從科研階段進(jìn)入了商品生產(chǎn)的成熟階段，進(jìn)一步加大了汽車行業(yè)的發(fā)展[1]。

一、汽車電子化的發(fā)展?fàn)顩r二、汽車電控技術(shù)的運(yùn)用

汽車的電子化的發(fā)展并不是單一的計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展，它還包含著智能操控、科技信息、能源新工藝技術(shù)、車體智能化等。而這些技術(shù)的發(fā)展又需要多種技術(shù)的綜合運(yùn)用才能得以

汽車要想更好地實(shí)現(xiàn)電子化全面發(fā)展，就要更好地去改善發(fā)動(dòng)機(jī)的電控技術(shù)。而電控技術(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車保證可靠性的前提，一般越繁瑣的系統(tǒng)，可用性就會(huì)更好。

（一）動(dòng)力控制原理。電控發(fā)動(dòng)機(jī)主要包括智能電子操控、自動(dòng)變速調(diào)節(jié)還有能源傳輸集成的復(fù)合智能電子操控系統(tǒng)等，整個(gè)操控結(jié)構(gòu)多數(shù)是由傳感器、執(zhí)行器和電控單元(ECU)組成，如圖1所示。以保證汽車能夠在許多不同的情況下處于最佳狀態(tài)下進(jìn)行的前提，還能夠方便使用者的操作，進(jìn)一步降低油耗和尾氣的排放量，減輕質(zhì)量傳輸系統(tǒng)的沖擊和碰撞，減緩使用者的疲勞等級(jí)，進(jìn)一步提升汽車的驅(qū)動(dòng)能力、性價(jià)比和整體感。

圖1　電控系統(tǒng)組成

（二）電控系統(tǒng)的底盤。電源調(diào)控系統(tǒng)的底盤是由制動(dòng)非靜態(tài)和Elevatedbody控制系統(tǒng)、自動(dòng)尋路調(diào)控系統(tǒng)、車輪監(jiān)測(cè)以及輪胎溫度傳感系統(tǒng)TPMS、自動(dòng)調(diào)節(jié)車體平衡程序(ABS/ASR、ESP/VDC)、拉力控制系統(tǒng)、逆行控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)操控系統(tǒng)等組成。汽車的安全性、柔軟性和驅(qū)動(dòng)能力等都是利用它來(lái)提高的。最近幾年，普通轎車上也已普遍使用此類型的電源調(diào)控系統(tǒng)程序。

（三）車身的電控系統(tǒng)。防護(hù)氣罩(SRS)、傳感識(shí)別座椅、自動(dòng)冷暖氣調(diào)控、自動(dòng)降噪、中央防竊設(shè)置、安全照明控制、智能刮水器、智能門窗、智能防撞系統(tǒng)以及許多適用于多種用電設(shè)備的電源控制系統(tǒng)都屬于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的電控系統(tǒng)配置。這些系統(tǒng)配置的運(yùn)行增加了汽車的使用的安全性以及使用者的個(gè)體感受[2]。

（四）休閑便捷系統(tǒng)。車載多媒體系統(tǒng)、語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)、駕駛員信息確認(rèn)系統(tǒng)、自動(dòng)交通系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)等車輛導(dǎo)航系統(tǒng)、GPS/DGPS等都屬于汽車的娛樂(lè)設(shè)施系統(tǒng)，主要是由多媒體娛樂(lè)系統(tǒng)和通信系統(tǒng)組成。這些通常是用來(lái)實(shí)現(xiàn)“人、車、外界環(huán)境信息”的理念的，能夠更好地安排汽車各個(gè)系統(tǒng)的電子控制功能，提高汽車的行駛效率。

三、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電控技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

從20世紀(jì)末開(kāi)始到如今的飛速發(fā)展，汽車行業(yè)可謂是跨越了多個(gè)轉(zhuǎn)折性的時(shí)代才有了今天的成就，汽車電子化的發(fā)展離不開(kāi)其技術(shù)的不斷改善和創(chuàng)新，還有各種處理器和系統(tǒng)的融合，其中最為重要和基礎(chǔ)的是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電控技術(shù)的發(fā)展。

（一）驅(qū)動(dòng)能力。汽車上所使用的發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器一般有電磁式、電動(dòng)式和氣動(dòng)或液動(dòng)式。電磁和電動(dòng)式的執(zhí)行器是以電做為主要能源驅(qū)使操作機(jī)構(gòu)工作，其空間占位小、質(zhì)量低、處理速率塊、節(jié)能減排是其主要的設(shè)計(jì)核心，若是與氣動(dòng)/液動(dòng)式執(zhí)行器相對(duì)比，輸出驅(qū)動(dòng)能力就相對(duì)較弱，在電控系統(tǒng)中進(jìn)行大驅(qū)動(dòng)輸出時(shí)，不能完全滿足其運(yùn)行的需求。然而，伴隨著新能源工藝（新材料）新材質(zhì)設(shè)計(jì)的制作，使得電磁和電動(dòng)式這兩種執(zhí)行器的驅(qū)動(dòng)能力大大提升，從而逐漸代替了液動(dòng)/氣動(dòng)執(zhí)行器，尤其在新汽車能源工藝中將42V新電源系統(tǒng)運(yùn)用其中后，輸出的驅(qū)動(dòng)能力將會(huì)再進(jìn)一步的提升，其反映速率也會(huì)隨之相應(yīng)增加。

隨著汽車電控技術(shù)的飛速發(fā)展，智能電子自動(dòng)化逐步加快，智能傳感器在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上使用的類型和數(shù)量的增加，使其向著多元化、復(fù)合化、自動(dòng)化和微型化方向發(fā)展。它能夠使自動(dòng)化集成傳感器不僅能用于模擬和處理相互關(guān)聯(lián)以及外界傳輸進(jìn)來(lái)的信息，還能指定性進(jìn)行信號(hào)發(fā)射和信號(hào)搜尋等的處理;與此同時(shí)，它能自行進(jìn)行時(shí)漂、溫漂和非線性的自我修正，擁有很強(qiáng)的抵御外界電磁干擾的性能，為智能傳感器信號(hào)的運(yùn)行營(yíng)造一個(gè)良好的環(huán)境，即便在非常嚴(yán)酷的使用條件下仍然能夠保證較強(qiáng)的精度；它還擁有結(jié)構(gòu)緊密、便捷安裝的特點(diǎn)，進(jìn)而免受機(jī)械特性的不良影響。目前，第三代奔馳發(fā)動(dòng)機(jī)采用BlueDIRECT（缸內(nèi)直噴）技術(shù)，如圖2所示，不僅加快了其驅(qū)動(dòng)能力，降低了耗油量，并通過(guò)運(yùn)動(dòng)化的調(diào)?？稍诘娃D(zhuǎn)速下實(shí)現(xiàn)超高扭矩，為駕駛者提供愉悅的駕駛感[3]。

圖2　Blue DIRECT（缸內(nèi)直噴）技術(shù)

（二）智能操控系統(tǒng)。當(dāng)前在汽車智能操控系統(tǒng)中，普遍將PID控制作為其運(yùn)行的基礎(chǔ)理念，這不僅僅是一種單純的通過(guò)利用單輸入/輸出、線性定常系統(tǒng)的經(jīng)典控制理念，還考慮了多數(shù)汽車中常常需要進(jìn)行控制的對(duì)象，因而會(huì)存在較為強(qiáng)大的時(shí)變性和非線性。因此，控制系統(tǒng)中的線路的輸入和輸出參數(shù)也越來(lái)越復(fù)雜、繁瑣和精細(xì)，通常利用以狀態(tài)空間為主，適用于多輸入/輸出、非線性時(shí)變系統(tǒng)的現(xiàn)代控制理論為輔，調(diào)整其控制力、智能性、模糊控制系數(shù)等，增添其發(fā)展價(jià)值[4]。

（三）ECU處理器。微處理器在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電控技術(shù)中的運(yùn)用，使得汽車電子化進(jìn)入到了新的發(fā)展階段，隨后，ECU被廣泛在汽車能源傳動(dòng)裝置、汽車本體、安全配置等電控系統(tǒng)中使用。其電子控制組件主要是以微機(jī)為核心，因?yàn)槠囈蕾嘐CU高驅(qū)動(dòng)、高效率的信息處理能力，可對(duì)某些車體特定部位進(jìn)行即時(shí)監(jiān)控，并且通過(guò)芯片反饋至中樞管理中心，但普通的芯片開(kāi)發(fā)出來(lái)的卻不會(huì)具備此種功能。所以說(shuō)，開(kāi)發(fā)出具有自帶A/D與D/A、自我診斷、多路同步進(jìn)行即使監(jiān)控、高輸入/輸出等功能的汽車專用ECU系統(tǒng)具有很好的現(xiàn)實(shí)意義。然而伴隨著汽車電子控制國(guó)際復(fù)合化，ECU需要在微調(diào)的控制力上的需求量大幅度上升，因此，32位和64位ECU將會(huì)是未來(lái)汽車用ECU的發(fā)展方向，高驅(qū)動(dòng)、高效率的ECU處理器將成為車用微處理器的主流[5]。

（四）發(fā)動(dòng)機(jī)再循環(huán)自控系統(tǒng)。國(guó)外先進(jìn)技術(shù)研究顯示，把少數(shù)的排氣再一次重復(fù)放入氣缸中和新鮮可燃?xì)怏w焚燒后，能夠控制一定量的NOx的產(chǎn)生，采取用氣門重疊發(fā)生排氣回放內(nèi)部再循環(huán)方法外，更多的是利用合適的管道將少數(shù)氣體引進(jìn)氣管，把ECU控制的再循環(huán)開(kāi)關(guān)改變流通載面來(lái)管理排氣量，完成再循環(huán)排氣的作用，提高發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行功率。再循環(huán)電控系統(tǒng)主要先是由ECU依據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度、節(jié)氣門打開(kāi)程度、水溫冷卻程度等，算出最好的再循環(huán)排氣效率，再經(jīng)過(guò)再循環(huán)閥門的打開(kāi)程度來(lái)完成自控過(guò)程。另外，ECU對(duì)再循環(huán)控制系統(tǒng)的掌控是通過(guò)對(duì)真空調(diào)節(jié)閥門來(lái)完成的，真空調(diào)節(jié)閥主要是電磁式的，用來(lái)把ECU輸出的信號(hào)變?yōu)闅鈮焊淖儯M(jìn)一步完成對(duì)氣式再循環(huán)控制系統(tǒng)的改善，這也是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率運(yùn)行效率的一種反饋，提升了自控系統(tǒng)的精準(zhǔn)性。

（五）發(fā)動(dòng)機(jī)故障智能處理系統(tǒng)。現(xiàn)在一般的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)都會(huì)有一套自我診斷系統(tǒng)進(jìn)行自我檢測(cè)，檢查各個(gè)部件以及系統(tǒng)的損壞。例如像傳感器，可以查看其信號(hào)的好壞程度來(lái)判斷其是否出現(xiàn)故障；執(zhí)行器，可在電路上重復(fù)檢查其回路是否正常運(yùn)行，一旦出現(xiàn)事故，發(fā)動(dòng)機(jī)則會(huì)通過(guò)自控處理系統(tǒng)關(guān)閉其系統(tǒng)或者自我診斷。故障智能處理系統(tǒng)定時(shí)監(jiān)視每個(gè)自控系統(tǒng)的工作運(yùn)行情況，一旦出現(xiàn)事故，汽車的儀表盤上會(huì)有報(bào)警燈指示，更好的電控系統(tǒng)還會(huì)閃爍不同的燈表示不同的故障原因，然后把某次的故障原因通過(guò)智能處理器記錄下來(lái)以避免下次重復(fù)出現(xiàn)這種情況。電動(dòng)機(jī)故障智能處理系統(tǒng)的出現(xiàn)，進(jìn)一步解決了長(zhǎng)久以來(lái)繁瑣的自控系統(tǒng)無(wú)法準(zhǔn)確判斷故障的難題[6]。

四、總結(jié)

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的電控技術(shù)整合了機(jī)械、電子以及計(jì)算機(jī)信息控制技術(shù)的綜合應(yīng)用，每個(gè)環(huán)節(jié)都有著不可或缺的作用，缺少任何一個(gè)步驟都可能導(dǎo)致全部系統(tǒng)的混亂甚至癱瘓。就我國(guó)目前的汽車行業(yè)發(fā)展而言，解決發(fā)動(dòng)機(jī)電控技術(shù)的缺陷是關(guān)鍵，只有能更好的運(yùn)用發(fā)電機(jī)電控技術(shù)才能更好的去完善汽車裝置，降低汽車中有害物質(zhì)尾氣的排放量、完善發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行程序、提升發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)性能，將汽車行業(yè)推向一個(gè)全新的領(lǐng)域。

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[責(zé)任編輯鄭麗娟]

中圖分類號(hào)：U464.9

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：2095- 0438（2015）06- 0151- 03

收稿日期：2015-02-20

作者簡(jiǎn)介：婁潔（1973-），女，山東臨沂人，蕪湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院副教授，碩士，研究方向：汽車及其零部件制造和新能源汽車；徐圣倫（1995-），男，黑龍江綏化人，鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院2013級(jí)學(xué)生。

基金項(xiàng)目：安徽省教育廳自然科學(xué)研究重點(diǎn)項(xiàng)目（KJ2014A282）。