计算机控制系统在汽车上的应用_李小青 (2).docx

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1、使用。而且，不仅有通用型微机和单片机，专用的汽车微 机也已研制出来。正是微机技术突飞猛进的发展促进了 汽车电控技术的不断完善。可以说，当前 ECU发展的总 趋势是从单系统单机控制向多系统集中控制过渡。不久， 汽车电控系统将采用计算机网络技术，把发动机电控系 统、车身电控系统、底盘电控系统及信息与通信系统等各 系统的 ECU相联结，形成机内分布式计算机网络，实现 汽车电子综合控制。 1.2传感器 汽车传感器的工作条件极为恶劣。因此，传感器能否 精确可靠地工作至关重要。近年来，在该领域中，理论研 宄及材料应用发展较为迅速，半导体和金属膜技术、陶瓷 烧结技术等迅猛发展。毋庸置疑，智能化、集成化和数字

2、 化将是传感器的未来发展趋势。 1.3执行器 执行器用来精确无误地执行 ECU发出的命令信号。 因此，执行器工作的精确与否将最终影响电控的成败。正 因如此，其工作可靠性和精确性一直作为研宄重点而倍 受关注。目前，汽车电控系统的执行器类型繁多，有电磁 阀、电动机、压电元件、点火器、电磁继电器、热电偶等，结 构与功能不尽相同。执行器的发展方向是智能化执行器 和固态智能动力装置。 2汽车计算机控制系统技术及其应用 随着汽车工业与电子工业的不断发展，现代汽车上 的电子技术应用也越来越广泛。如今的汽车已经逐步进入 了电脑控制的时代。国外专家预测，未来 3 5年内汽车上 装备的电子装置成本将占汽车整车成本

3、的 253以上，汽 车将由单纯的机械产品向高级的机电一体化产品方向发 展，成为所谓的电子汽车。在现代汽车中，汽车微机控制 系统可分为 7部分，如图 2所示。 2.1电控燃油喷射系统 (EFIS) 电控燃料喷射系统 (EFIS)实现燃料完全燃烧，是汽车 发动机高经济性及低排放的关键所在。中国目前生产的各 一 49 一 随着世界汽车保有量 的迅猛增长，环境污染日趋严 重，石油危机不断发生，从而迫使人们对汽车进行严格的 排放控制和提出更高的节能要求。世界各地频频发生的 交通肇事，给人们的生命和财产带来极大的威胁。这不但 要求人们提高自身的安全意识，更对汽车行驶的安全性 能提出了高要求。计算机技术的迅

4、速发展为汽车技术的 改善提供了条件，各种车用电控系统应运而生，并逐步发 展成为微机集中控制系统。 1 汽车计算机控制系统原理 现代汽车微机控制技术的理论基础是现代控制理 论。从早期的经典控制到目前的智能控制，控制理论在汽 车电控中得到了广泛的应用。其中主要有 PID控制、最优 控制、自适应控制、滑模控制、模糊控制、神经网络控制以 及预测控制等。现代控制理论的发展使得电控系统更能 适应复杂的多变量系统、时变系统和非线性系统，甚至对 于数学模型不甚精确的系统也能实施精确有效的控制， 而这正是汽车电控得以实现的前提。就其结构而言，微机 控制系统主要由传感器、电子控制组件 (ECU)、 执行器 3 个

5、部分组成，如图 1所 图 1汽车微机控制系统的基本组成 示。传感器作为输入部 分，用于测量物理信号， 包括温度、压力等，将其 转换为电信号； ECU的作 用是接收传感器的输入 信号，并按设定的程序进 行计算处理，输出处理结 果；执行器则根据 ECU 输出的电信号驱动执行机构，使之按要求变化。 1.1电子控制组件 (ECU) ECU以微机为中心，包括前置的 A/D转换器、数字 信号缓冲器以及后置的信号放大器等。微机运算速度快、 精度高、能实时控制，并具备多中断响应等功能。目前除 了 8位、 16位微机外， 32位特别是 64位微机已逐步开始 微型机与应用 2003年第 7期 应用奇葩 计算机控制

6、系统在汽车上的应用 宁波浙江万里学院 （ 315100) 李小青 摘要：简述目前国内外汽车上应用计算机指令实行控制的主要系统和内容，介绍电控汽车的 发展现状与主要成果及汽车技术的发展趋向。 关 键 词 ： 计 算 机 汽 车 系 统 控 制 71994-2015 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, http:/ 2.4防抱死制动系统 (ABS) 该系统是一种开发时间最长、推广应用最为迅速的 重要的安全性部件。如图 4所示，它通过控制防止汽车制 动时车轮的抱死，以保证车轮与地面达到最佳

7、滑动率 (15#+20#)，从而使汽车在各种路面上制动时，车轮与地 面都能达到纵向的峰值附着系数和较大的侧向附着系数， 确保车辆制动时不发生抱死拖滑、失去转向能力等不安 全的工况，提高汽车的操纵稳定性和安全性，减小制动距 离。驱动防滑系统 (ASR)即牵引力控制系统 (TCS或 TRC)， 是 ABS的完善和补充。它可以防止起动和加速时的驱动 轮打滑，既有助于提高汽车加速时的牵引性能，又能改善 其操作稳定性。 种轿车也在紧跟时代的步伐，自己研制开发的电喷系统 已进入市场。电控燃油喷射系统可以自动地保证发动机 始终工作在最佳状态，使其在输出一定功率的条件下最 大限度地节油和净化空气。经过实验并修

8、正得到发动机 最佳工况时的供油控制规律，事先把这些客观规律编成 程序存在微机的存储器中，当发动机工作时，根据各传感 器测得的空气 流量、排气管中含氧量、进气温度、发动机 转速及工作温度等参数，按预先编好的运算程序进行运 算，然后和内存中的最佳工况的参数进行比较和判断，再 调整供油量。这样就能够使发动机一直处于最优工作状 态，从而使发动机的综合性能得到提高。 2.2电子点火装置 (ESA) 它由微机、传感器及其接口、执行机构等几部分构 成。该装置可根据传感器送来的发动机各种参数进行运 算、判断，然后进行点火时刻的调节。这样可以节约燃料， 减少空气污染。 此外，新型发动机电子控制装置还有自适应控制

9、、智能 控制及自诊断操作等。一般认为，发动机电子控制装置的节 能效果在 15#以上，而效果更明显的则是在环境保护方面。 一 50 一 图 4 ABS系统 ECU的结构示意图 应用奇葩 - 2.3电控自动变速器 (ECAT) 如图 3所示， ECAT可以根据发动机的载荷、转速、车 速、制动器工作状态及驾驶员所控制的各种参数，经过计 算机的计算、判断后自动地改变变速杆的位置，从而实现 变速器换挡的最佳控制，即可得到最佳挡位和最佳换挡 时间。它的优点是加速性能好、灵敏度高、能准确地反映 行驶负荷和道路条件等。传动系统的电子控制装置，能自 动适应瞬时工况变化，保持发动机以尽可能低的转速工 作。电子气动

10、换挡装置是利用电子装置取代机械换挡杆 及其与变速机构间的连接，并通过电磁阀及气动伺服阀 汽缸来执行。它不仅能明显地简化汽车操纵，而且能实现 最佳的行驶动力性和安全性。 图 2 汽车微机控制系统 71994-2015 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, http:/ 技术与方法 1 2 3 4 参考文献 曾隆杰 .船舶 CAD.北京：人民交通出 版社， 1998 马哲树，陈宁 .船舶管段物性数据库的 开发与应用 .江苏船舶， 2002; (2) 童辛 .管路实用手册 .北京：国防工业 出

11、版社， 1989 清源计算机工作室 .Visual Basic 6.0 开发宝典 .北京：机械工业出版社， 1999 阁 5 it立示属件 图 6建立 违接后数据在 AuluCAr)中的品 /J 据库技术是 CAD系统进行集成的核心技术，而网络环 境下的 OLE技术则尤为重要。普及型的图形系统 Au- 6 toCAD也已具备较强的数据库链接能力，完全可以作为 $ 5 赵致铭，殷人昆 .实用工程数据库技术 . 北京：机械工业出版社， 1997 罗晓沛 .数据库技术（中级 ).北京：清华大学出版社， 1999 MicKael.Access for windows95实用教程 .北京：机械工业 CA

12、D系统的图形系统，也可融入基于高端图形系统（如 出版社， 1996 PRO/E或 UG II)的 CAD系统中。 （收稿日期 ： 2003-02-25) 上接第 50页） 2.5电子转向助力系统 电子转向助力系统是用一部直流电机代替传统的液 压助力缸，用蓄电池和电动机提供动力。这种微机控制的 转向助力系统和传统的液压助力系统相比具有部件少、 体积小、重量轻的特点，以及最优化的转向作用力、转向 回正特性，提高了汽车的转向能力和转向响应特性，增加 了汽车低速时的机动性以及调整行驶时的稳定性。 2.6适时调节的自适应悬挂系统 自适应悬挂系统能根据悬挂装置的瞬时负荷，自动 地适时调节悬架弹簧的刚度和减

13、震器的阻尼特性，以适 应当时的负荷，保持悬挂的既定高度。这样就能够极大地 改进车辆行驶的稳定性、操纵性和乘坐的舒适性。 2.7常速巡行自动控制系统 (CCS) 在高速长途行驶时，可采用常速巡行自动控制系统，恒 速行驶装置将根据行车阻力自动调整节气门开度，驾驶员 不必经常踏油门以调整车速。若遇爬坡，车速有下降趋势， 微机控制系统则自动加大节气门开度。在下坡时，又自动关 小节气门开度，以调节发动机功率达到一定的转速。当驾驶 员换低速挡或制动时，这种控制系统则会自动断开。 3 未来汽车计算机控制技术展望 伴随着数字技术、信息产业及许多新兴学科的出现 和发展，汽车事业的发展和变化也将会令人目不睱接。自

14、 从20世纪 70年代中期汽车引入微处理系统以来，汽车 的微机控制已由发动机排放与油耗控制发展到提高安全 性、机动性和舒适性整车控制。燃料电池将使电动汽车具 有更大的生命力。高能电子系统将促进汽车进一步电动 化，各种电动汽车的使用以及新的发动机技术（如 DISI、 无凸轮发动机 )、超洁净柴油机等，可能在达到新的节油和 排放目标中起重要的作 用。 ABS与 TCS已是屡见不鲜的 一 58 一 汽车交互控制系统。而先进的汽车稳定性系统将对汽车 6 个自由度运动进行全面控制，以便在各种驾驶条件下提 高汽车的可控性与安全性。智能汽车装置与 ITS与交通 信息技术的相结合组成主动安全系统将使汽车能够感

15、知 环境的变化、延伸驾驶员的能力，以避免交通事故。 随着汽车电子控制系统复杂化与多样化，其故障所造 成的后果严重性也在增加。因此，冗余测控系统以及系统 监测与故障诊断技术已有巨大进步。各种容错的 导线驾 驶 ” 系统正在发展中，不同的基于模型的车载诊断系统也 在开发与应用中。计算机硅芯片的处理能力一直在按摩尔 法则发展，即数据处理能力每 18个月翻一番，而价格以 每年 352的速度下降。今天，一辆中档的福特 Taurus汽车 上的计算能力比当年用于阿波罗航天计划的价值几百万 美元的大型计算机还要强。据预测，摩尔法则还将在相当长 的时间内起作用。到 2010年计算机的计算速度将比现在 的计算速度

16、高出几百倍，而汽车将成为计算机和信息技术 的最重要用户 ， 智能化的汽车将为用户所欢迎 ， 并进一步 促进汽车产业和信息产业乃至整个社会的可持续发展。 参考文献 1 边明远 .汽车电子技术的应用现状及发展趋势 .汽车维护与 保养 ， 2000;11) 2 李华 .戴姆勒未来客车技术 .世界汽车， 2000; (3) 3 庚晋，子荫 .安全行车智能技术一览 .世界汽车， 2000; (2) 4 王锦俞 .英汉汽车工程词典 .北京：机械工业出版社， 2000 5 王太成，郭传福 .汽车电子点火系统结构与维修 .北京：国防 工业出版社， 2000 6 李宏才 .现代汽车制动控制系统的发展与展望 .世界汽车， 2001; (2) 7 顾立文 .世界汽车工业发展趋势综览 .世界汽车， 2001 ;1) (收稿日期 ： 2003-01-22) 微型机与应用 2003年第 7期 71994-2015 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, http:/