汽车电子现状及发展趋势课件

汽车电子技术现状汽车电子技术现状及发展趋势及发展趋势吴吴吴吴 锋锋锋锋浙江大学动力机械及车辆工程研究所浙江大学动力机械及车辆工程研究所浙江大学动力机械及车辆工程研究所浙江大学动力机械及车辆工程研究所汽车电子技术现状及发展趋势吴 锋1汽车汽车电子技术发展的背景汽车汽车电子技术发展的背景n现代汽车已不再仅仅是一个简单的代步工具，它现代汽车已不再仅仅是一个简单的代步工具，它已同时具备了交通、娱乐、办公和通讯等多种功已同时具备了交通、娱乐、办公和通讯等多种功能。汽车的电子化使汽车进入了数字化时代能。汽车的电子化使汽车进入了数字化时代n现代汽车设计要解决的问题仍还将是环保、节能、现代汽车设计要解决的问题仍还将是环保、节能、安全、便捷和舒适安全、便捷和舒适n电子技术的快速发展，为汽车向电子化、智能化、电子技术的快速发展，为汽车向电子化、智能化、网络化、多媒体的方向发展创造了条件网络化、多媒体的方向发展创造了条件汽车汽车电子技术发展的背景现代汽车已不再仅仅是一个简单的代步2推动汽车电子发展的动力推动汽车电子发展的动力 u汽车法规汽车法规:最早的主要针对安全问题，随后陆续最早的主要针对安全问题，随后陆续制订了排气污染与噪声控制、燃油经济性等一系制订了排气污染与噪声控制、燃油经济性等一系列日益严格的法规列日益严格的法规u2020世纪世纪8080年代，采用电子控制技术对汽车的机械年代，采用电子控制技术对汽车的机械系统进行改造，使汽车的动力性、经济性、操纵系统进行改造，使汽车的动力性、经济性、操纵性、平顺性、和安全性能等都得到了进一步的提性、平顺性、和安全性能等都得到了进一步的提高和改善高和改善u2020世纪世纪9090年代，随着人们对节能、环保、安全、年代，随着人们对节能、环保、安全、舒适、便捷和豪华的追求，半导体集成电路和计舒适、便捷和豪华的追求，半导体集成电路和计算机技术的进步，汽车上安装的电子装置急剧增算机技术的进步，汽车上安装的电子装置急剧增多，一些家用电器和计算机也逐渐地移上了汽车多，一些家用电器和计算机也逐渐地移上了汽车推动汽车电子发展的动力 3汽车电子发展历程汽车电子发展历程第一阶段：第一阶段：20 20世纪世纪5050年代初到年代初到7070年代初年代初 主要特点：应用分立元件和简单集成电路组成的电子装置主要特点：应用分立元件和简单集成电路组成的电子装置代替传统的机械部件代替传统的机械部件 u1953年美国年美国Bendix公司着手开发汽油电喷装置公司着手开发汽油电喷装置u1955年晶体管收音机成为汽车的标准部件年晶体管收音机成为汽车的标准部件u1960年起，克莱斯勒和日产开始采用二极管整流式交流发年起，克莱斯勒和日产开始采用二极管整流式交流发电机电机u60年代中期，汽车上开始采用晶体管电压调节器和晶体管年代中期，汽车上开始采用晶体管电压调节器和晶体管点火装置，点火装置，1967年德国Bosch公司公布了D-Jetronic系统 u1969年开始研制汽车变速器的电子控制装置，并于年开始研制汽车变速器的电子控制装置，并于1970年年装车使用装车使用汽车电子发展历程第一阶段：20世纪50年代初到70年代初4汽车电子发展历程（续）汽车电子发展历程（续）第二阶段：第二阶段：从从2020世纪世纪7070年代到年代到9090年代中期年代中期 主要特点：汽车电子控制技术初步开始形成。应用大规模主要特点：汽车电子控制技术初步开始形成。应用大规模集成电路减小电子产品的体积，应用微处理器提高电子系集成电路减小电子产品的体积，应用微处理器提高电子系统的可靠性和稳定性；应用电子装置解决机械装置所无法统的可靠性和稳定性；应用电子装置解决机械装置所无法解决的复杂的自动控制问题解决的复杂的自动控制问题u1970年：电子控制防滑装置年：电子控制防滑装置载货汽车防抱死制动装置载货汽车防抱死制动装置(ABS)u19721975年：年：BOSCH公司先后投产电子控制喷射系统公司先后投产电子控制喷射系统u1973年通用公司采用年通用公司采用IC 点火装置，随后逐渐普及。点火装置，随后逐渐普及。u1974年通用公司装备高能点火系统，点火系统一体化年通用公司装备高能点火系统，点火系统一体化汽车电子发展历程（续）5汽车电子发展历程（续）汽车电子发展历程（续）第二阶段：第二阶段：从从2020世纪世纪7070年代到年代到9090年代中期年代中期l1976年克莱斯勒公司开发出模拟计算机控制电子控制点火年克莱斯勒公司开发出模拟计算机控制电子控制点火系统系统l1977年美国通用公司开始采用数字式点火控制系统，是一年美国通用公司开始采用数字式点火控制系统，是一种真正的电子控制系统。同年，福特公司扩展到能同时控种真正的电子控制系统。同年，福特公司扩展到能同时控制点火、废气再循环和二次空气喷射的发动机电子控制系制点火、废气再循环和二次空气喷射的发动机电子控制系统。统。l1978年发动机电子控制系统具备空燃比反馈控制和怠速转年发动机电子控制系统具备空燃比反馈控制和怠速转速控制功能速控制功能l1980年丰用公司开发了能综台控制喷油、点火时刻和怠速年丰用公司开发了能综台控制喷油、点火时刻和怠速转速，并具有自我诊断功能的转速，并具有自我诊断功能的TCCS系统系统80年代，出现了微机控制的汽车仪表系统年代，出现了微机控制的汽车仪表系统90年代，电控燃油喷射系统普及年代，电控燃油喷射系统普及汽车电子发展历程（续）第二阶段：从20世纪70年代到90年6汽车电子发展历程（续）汽车电子发展历程（续）第三阶段第三阶段 从从9090年代中期年代中期l汽车电子控制技术作为工程技术已经成熟汽车电子控制技术作为工程技术已经成熟l广泛应用广泛应用16位或位或32位微处理器进行控制，控制技术向智能位微处理器进行控制，控制技术向智能化方向发展化方向发展l主要开发车辆智能控制技术，模拟人的思维和行为对车辆主要开发车辆智能控制技术，模拟人的思维和行为对车辆进行控制进行控制l主要产品有发动机管理系统、牵引力控制系统、控制器区主要产品有发动机管理系统、牵引力控制系统、控制器区域网络域网络CAN通讯系统、四轮转向控制系统、轮胎气压控制通讯系统、四轮转向控制系统、轮胎气压控制系统、声音合成与识别系统、自动防追尾碰撞系统、汽车系统、声音合成与识别系统、自动防追尾碰撞系统、汽车自动导航系统和自动驾驶系统等自动导航系统和自动驾驶系统等汽车电子发展历程（续）7汽车电子应用现状汽车电子应用现状n目前，国外汽车电子产品平均接近汽车制造成本的目前，国外汽车电子产品平均接近汽车制造成本的30，未来平均将达到未来平均将达到 4050 n目前，国内现生产的轿车中目前，国内现生产的轿车中 上海大众帕萨特轿车已达到上海大众帕萨特轿车已达到 18.7 上海通用别克轿车已达到上海通用别克轿车已达到 25 一汽奥迪一汽奥迪A6已达到了已达到了28%n中档轿车的电子控制系统，现已超过了当年用于阿波罗登中档轿车的电子控制系统，现已超过了当年用于阿波罗登月飞船上的电子控制系统。月飞船上的电子控制系统。n2007年，我国轿车电子产品平均占到整车成本的比例超过年，我国轿车电子产品平均占到整车成本的比例超过20 汽车电子应用现状目前，国外汽车电子产品平均接近汽车制造成本的8汽车电子应用现状（续）汽车电子应用现状（续）n汽车上汽车上70%70%的创新来源于汽车电子。国外每台汽车采用汽车电子装置的创新来源于汽车电子。国外每台汽车采用汽车电子装置的费用的费用19901990年为年为672672美元，美元，20002000年已达到年已达到20002000美元。在一些豪华轿车美元。在一些豪华轿车上，使用单片微型计算机的数量已经超过上，使用单片微型计算机的数量已经超过5050个，电子产品占到整车成个，电子产品占到整车成本的本的5050以上以上平均每辆新车汽车电子的成本平均每辆新车汽车电子的成本汽车电子产品占每辆新车价值的比例汽车电子产品占每辆新车价值的比例汽车电子所占成本比例的增长率汽车电子所占成本比例的增长率汽车电子应用现状（续）汽车上70%的创新来源于汽车电子。国外9汽车电子应用现状（续）汽车电子应用现状（续）n汽车电子增长速度的对比汽车电子增长速度的对比汽车电子应用现状（续）汽车电子增长速度的对比10汽车电子产品分类汽车电子产品分类汽车电子控制装置汽车电子控制装置 车载汽车车载汽车电子装置电子装置 动力传动总成控动力传动总成控制系统制系统 底盘电子控制系底盘电子控制系统统 车身电子控制车身电子控制系统系统 发动机管理系统自动变速器控制系统动力总成控制系统自动巡航控制系统 电控悬架系统电控动力转向系统四轮转向系统防抱死制动系统牵引力控制系统驱动防滑控制系统电子稳定程序轮胎压力监测系统碰撞警示与预防系统 电控安全带安全气囊电动门窗电动座椅电动后视镜自动照明系统自动空调系统自动雨刮系统智能防盗系统倒车雷达疲劳监视报警系统红外夜视系统 全球卫星定位系统汽车导航系统汽车音响车载收音机电子组合仪表抬头显示器车载TV/DVD/VCD车载通信系统车载计算机后座娱乐系统智能交通系统设备 汽车电子产品分类汽车电子控制装置 动力传动总成控制系统 底盘11主要汽车电子控制系统简介主要汽车电子控制系统简介u汽车电子控制系统的构成汽车电子控制系统的构成n汽车电子控制系统由传感器、执行器和电子控制单元汽车电子控制系统由传感器、执行器和电子控制单元组成组成n传感器和执行器是控制系统的重要组成部分，它们性传感器和执行器是控制系统的重要组成部分，它们性能的好坏直接会影响到发动机或汽车的性能。电子控能的好坏直接会影响到发动机或汽车的性能。电子控制单元（制单元（ECU）根据传感器采集的信息，按照一定的）根据传感器采集的信息，按照一定的控制策略输出信号，控制执行器工作控制策略输出信号，控制执行器工作传感器执行器电子控制单元ECU主要汽车电子控制系统简介汽车电子控制系统的构成传感器执行器电12主要汽车电子控制系统简介（续）主要汽车电子控制系统简介（续）u汽车总线技术汽车总线技术n汽车电子装置增多，使用导线的数量增加，线束变粗、汽车电子装置增多，使用导线的数量增加，线束变粗、变重，维修困难，促进了总线技术的推广应用。变重，维修困难，促进了总线技术的推广应用。n汽车总线的特点汽车总线的特点信息共享、容易扩展、便于维修信息共享、容易扩展、便于维修n汽车总线的分类汽车总线的分类CAN总线、总线、LIN总线、多媒体总线、故障诊断总线总线、多媒体总线、故障诊断总线长度(m)重量（公斤）成本典型传统线束200050100%车载网络(CAN）缩短50%以上减轻50以上下降25%以上主要汽车电子控制系统简介（续）汽车总线技术长度(m)重量（公13主要汽车电子控制系统简介（续）主要汽车电子控制系统简介（续）u汽车总线汽车总线主要汽车电子控制系统简介（续）汽车总线14主要汽车电子控制系统简介（续）主要汽车电子控制系统简介（续）u发动机管理系统发动机管理系统n汽油机燃油喷射系统汽油机燃油喷射系统主要汽车电子控制系统简介（续）发动机管理系统15主要汽车电子控制系统简介（续）主要汽车电子控制系统简介（续）n汽油机燃油喷射系统电子控制单元汽油机燃油喷射系统电子控制单元喷油器驱动电路转速信号处理主要汽车电子控制系统简介（续）汽油机燃油喷射系统电子控制单元16主要汽车电子控制系统简介（续）主要汽车电子控制系统简介（续）n汽油机燃油喷射系统主要元件汽油机燃油喷射系统主要元件主要汽车电子控制系统简介（续）汽油机燃油喷射系统主要元件17主要汽车电子控制系统简介（续）主要汽车电子控制系统简介（续）u变速器变速器n手动变速器手动变速器n机械自动变速器（机械自动变速器（AMT）n液力自动变速器（液力自动变速器（AT）n无级变速器（无级变速器（CVT）主要汽车电子控制系统简介（续）变速器18主要汽车电子控制系统简介（续）主要汽车电子控制系统简介（续）u变速器发展简史及现状变速器发展简史及现状n1939年通用公司开发出液力变矩器年通用公司开发出液力变矩器行星齿轮液力变行星齿轮液力变速器速器n20世纪世纪40年代末年代末50年代初，液力控制换挡自动变速器年代初，液力控制换挡自动变速器n1968年年Renault公司在自动变速器上使用了电子元件公司在自动变速器上使用了电子元件n丰田公司丰田公司1976年实现了批量生产电子控制变速装置年实现了批量生产电子控制变速装置n1982年丰田公司将微机技术应用于电子控制变速器系年丰田公司将微机技术应用于电子控制变速器系统统nBosch公司于公司于1983年研制成功发动机和自动变速器共用年研制成功发动机和自动变速器共用的电子控制单元的电子控制单元n目前，轿车自动变速器的装车率，日本超过目前，轿车自动变速器的装车率，日本超过80%，美，美国为国为70%，德国为，德国为62%，中国，中国30%左右左右主要汽车电子控制系统简介（续）变速器发展简史及现状19主要汽车电子控制系统简介（续）主要汽车电子控制系统简介（续）u防抱死制动系统防抱死制动系统（Antilock Braking System）n通过安装在各车轮或传动轴上的转速传感器检测各车轮的转速，通过安装在各车轮或传动轴上的转速传感器检测各车轮的转速，计算车轮滑移率，并与理想的滑移率相比较，做出增大或减小制计算车轮滑移率，并与理想的滑移率相比较，做出增大或减小制动器制动压力的决定，命令执行机构及时调整制动压力，以保持动器制动压力的决定，命令执行机构及时调整制动压力，以保持车轮处于理想的制动状态车轮处于理想的制动状态n能够使车轮始终维持在有微弱滑移的滚动状态下制动，不会抱死能够使车轮始终维持在有微弱滑移的滚动状态下制动，不会抱死 n目前小型载客汽车的标准配置目前小型载客汽车的标准配置主要汽车电子控制系统简介（续）防抱死制动系统（Antilo20主要汽车电子控制系统简介（续）主要汽车电子控制系统简介（续）nABS基本原理基本原理主要汽车电子控制系统简介（续）21主要汽车电子控制系统简介（续）主要汽车电子控制系统简介（续）u电子制动力分配系统（电子制动力分配系统（EBD）n汽车制动时，如果四只轮胎附着地面的条件不同，四汽车制动时，如果四只轮胎附着地面的条件不同，四轮与地面的摩擦力不同，在制动时（四个轮子的制动轮与地面的摩擦力不同，在制动时（四个轮子的制动力相同）就容易产生打滑、倾斜和侧翻等现象力相同）就容易产生打滑、倾斜和侧翻等现象n功能就是在汽车制动的瞬间，高速计算出四个轮胎由功能就是在汽车制动的瞬间，高速计算出四个轮胎由于附着不同而导致的摩擦力数值，然后调整制动装置，于附着不同而导致的摩擦力数值，然后调整制动装置，使其按照设定的程序在运动中高速调整，达到制动力使其按照设定的程序在运动中高速调整，达到制动力与摩擦力（牵引力）的匹配，以保证车辆的平稳和安与摩擦力（牵引力）的匹配，以保证车辆的平稳和安全全n与与ABS配合可大大提高制动性能配合可大大提高制动性能主要汽车电子控制系统简介（续）电子制动力分配系统（EBD）22主要汽车电子控制系统简介（续）主要汽车电子控制系统简介（续）u电动助力转向系统（电动助力转向系统（EPS）n当操纵转向盘时，装在转向轴上的扭矩传感器不断地测出转向轴当操纵转向盘时，装在转向轴上的扭矩传感器不断地测出转向轴上的扭矩信号，该信号与车速信号同时输入到电子控制单元上的扭矩信号，该信号与车速信号同时输入到电子控制单元(ECU)。电子控制单元根据这些输入信号，确定助力扭矩的大小。电子控制单元根据这些输入信号，确定助力扭矩的大小和方向，电动机的扭矩由电磁离合器通过减速机构减速增扭后，和方向，电动机的扭矩由电磁离合器通过减速机构减速增扭后，加在汽车的转向机构上，使之得到一个与汽车工况相适应的转向加在汽车的转向机构上，使之得到一个与汽车工况相适应的转向作用力作用力主要汽车电子控制系统简介（续）电动助力转向系统（EPS）23汽车电子的发展趋势汽车电子的发展趋势u总体趋势总体趋势 n保护环境：减少对大气的污染和节约能源保护环境：减少对大气的污染和节约能源n安全：主动安全和被动安全安全：主动安全和被动安全n架驶乘坐环境：满足架驶乘坐环境：满足“人体工程学人体工程学”的设计要求的设计要求n公共基础设施的建设：网络通讯基础设施的建设和智能交通系统公共基础设施的建设：网络通讯基础设施的建设和智能交通系统的建立的建立n节能节能n技术将集中于技术将集中于n信息网络化信息网络化集成通讯系统集成通讯系统互联网互联网智能导航系统智能导航系统集成通信系统集成通信系统智能驾驶系统智能驾驶系统汽车电子的发展趋势总体趋势 24汽车电子的发展趋势汽车电子的发展趋势u智能巡航控制智能巡航控制 n也称为自适应巡航控制也称为自适应巡航控制(ACC)n可自动完成驾驶、制动等操作可自动完成驾驶、制动等操作u智能安全保护系统智能安全保护系统n是将安全带、安全气囊、乘员感知系统和碰撞预测系是将安全带、安全气囊、乘员感知系统和碰撞预测系统集成在一起在实际碰撞发生之前，就能够预知碰统集成在一起在实际碰撞发生之前，就能够预知碰撞的发生，并采取保护措施撞的发生，并采取保护措施u集成控制系统集成控制系统n把多种控制功能集成在一起，减少把多种控制功能集成在一起，减少ECU的数量的数量汽车电子的发展趋势智能巡航控制 25汽车电子的发展趋势（续）汽车电子的发展趋势（续）u行人保护系统行人保护系统n主动式保护主动式保护传感器检测到车和行人发生了碰撞，立即触发保护传感器检测到车和行人发生了碰撞，立即触发保护系统，由执行器推动保护机构。例如，将高发动机系统，由执行器推动保护机构。例如，将高发动机罩升高，以减轻对行人的伤害程度罩升高，以减轻对行人的伤害程度n被动式保护被动式保护在车身结构的设计上采取措施，例如，车的前部采在车身结构的设计上采取措施，例如，车的前部采用柔软的材料，以及发动机与护罩间留有足够的变用柔软的材料，以及发动机与护罩间留有足够的变形空间，以减轻碰撞的伤害程度。欧盟和日本已强形空间，以减轻碰撞的伤害程度。欧盟和日本已强制新车安装行人保护系统制新车安装行人保护系统汽车电子的发展趋势（续）行人保护系统26汽车电子的发展趋势（续）汽车电子的发展趋势（续）u线控（线控（Xbywire）技术）技术汽车电子的发展趋势（续）线控（Xbywire）技术27 谢谢大家！汽车电子现状及发展趋势课件28