汽车的工作原理

【专家解说】：一、电控技术在汽车上的应用1．汽油发动机    电控技术在汽油发动机上得到广泛应用，包括点火装置、汽油喷射、排气再循环、电动油泵、发动机增压、废气后处理和系统自我诊断等方面。其中电子燃油喷射（EFI）最为典型，它以ECU（电控单元）为控制中心，根据传感器测得的发动机各种参数，按照预先设置的程序，精确计算出进入气缸的空气量，通过控制喷油器调整供油量，使发动机在各种工况下都能获得最佳浓度的混合气，保证发动机处于最佳的工作状况。    现代汽油发动机已从单项的点火电控开始，逐步发展为综合控制，即发动机管理系统。它包括喷油喷射控制（EFI或GDI直喷）、点火时刻控制（ESA）、爆震控制、电控节气门（ETCS）、怠速控制（ISC）、可变气门／升程控制、进气控制、炭罐净化控制、燃油泵控制、氧传感器加热元件控制、可变气缸排量控制和自诊断系统等。2．柴油发动机    柴油机的电控技术主要应用于高压喷射，废气再循环，废气后处理装置等。在高压喷射系统中采用先进技术是泵喷嘴和共轨燃油喷射系统。    其共轨燃油喷射系统由高压油泵，电磁阀、压力传感器和电控装置所组成，它与泵喷嘴等喷油系统不同，是将燃油压力的产生和喷油过程彼此完全分开的一种供油方式。共轨系统中燃油压力由高压泵产生，储存在共轨内，时刻准备喷射。其压力的大小与发动机转速无关，共轨中的燃油压力由电磁阀控制，电控单元则作用于喷油器电磁阀上的脉冲信号控制喷油全。    共轨燃油喷射集计算机控制，现代传感技术和先进喷油器于一身，它不仅能达到较高的喷油压力，头现喷油压力和喷油量的控制，还能买现预喷，后喷多次喷射从而优化了喷油特征，降低了柴油机的噪声，减少了废气排放。3．变速器    变速器中采用电控装置的有手／自一体变速器、自动变速器和无级变速器多种，以电控自动变速器为例，其自动换档系统由计算机或微处理器控制。电子控制装置是控制系统的核心，它通过检测节气门位置、车速、输入轴转速等传感器直接传输的信号。以及发动转速、发动机水温、进气温度等参考信号，操纵液压系统中各个控制阀的动作，实现自动换档，自动控制离合器及油门开度。并能自动选择最佳换档控制，得到最佳档位和换档时间。它具有加速性能好，灵敏度高，能准确地反映行驶负荷和道路条件等优点。4．转向系统    当今，采用电控技术的转向系统由电控液压动力转向、电动动力转向和线控转向三种。典型的电控（电动）动力转向系统由机械转向装置、助力电机、电磁离合器、减速器、扭矩传感器、车速传感器和电控单元（ECU）等组成。系统以电动机取代传统的液压助力缸为动力源，转向盘转动时，扭矩传感器将检测到转向盘上的扭矩信号和专项信号传递给电控单元，电控单元又同时接受来自车速传感器的车速信号，经数据分析，由电控单元向助力电机发出指令，使其产生适当的扭矩带动转向轮进行转向。    电控动力转向系统能自动改变转向盘的操纵手感，使手操纵力能根据车速的变化随时自动进行调节，低速行驶时转向灵活，变轻；加速和高速行驶转向变重。5．制动系统    ABS（制动防抱系统）是制动系统中典型的使用电控技术的装置。它由车轮转速传感器，液压调节器和电控单元所组成。在汽车制动过程中，电控单元检测各车轮车速传感器输入的信号，按特定的程序和计算方法，判断出哪一个车轮有抱死的趋势，并转变为控制信号，通过调节液压调节器中电磁阀的电流速度，改变滑阀的位置和制动液的流向，调节将要抱死车轮制动器的制动力，以防止车轮抱死。    与制动系统相关的，采用电控技术的还有电子制动力分配系统（EBD）、牵引力控制系统（TCS）和电子稳定程序（ESP）等。    这些系统的最新发展是车辆动态集成管理系统（VDIM），它是在车辆稳定控制系统（VSC）基础上，对ABS、TCS、EPS（电动助力转向）、ESP和EBD等进行集中管理系统。VSC是在接近极限状态时才实现实时控制，而VDIM能在接近极限前有一个准备阶段，然后实施控制，因而能较VSC以更快速度识别车辆的行驶状态，并进行控制，进一步提高车辆的安全性能。    在VDIM中，多个执行器是同时工作的，其发动机、制动器和转向器的执行器通过互相协调，使车辆获得行驶和操纵稳定性。6．悬架    它主要是以计算机控制悬架刚度、减振器阻尼力和车身高度调节的电控主动悬架系统，其由信号输入装置、悬架刚度及减振器阻尼力调节装置、车身高度调节装置及悬架电控单元所组成。    该系统将车速、车辆振动加速度、车身距路面的高度、转向轮角速度等参数通过传感器传递给电控单元，电控单元综合处理后输出控制信号，主动调节悬架刚度，减振器阻尼系数和车身高度，从而有效地抑制转向时车辆侧倾，制动时前部点头和加速行驶时后部下沉等汽车姿态的变化，能明显提高乘坐舒适性，行驶平顺性和操纵稳定性。7．安全气囊    安全气囊是一种乘员辅助保护装置。在汽车发生碰撞时，它辅助安全带对驾乘人员进行保护。安全气囊一般由传感器、电控单元、气体发生器、气囊等所组成。传感器感受汽车碰撞程度，并将信号传递给电控单元。电控单元接受信号并进行处理。当它判断有必要打开气囊时，立即发出点火信号从触发气体发生器，迅速点火并产生大量气体给气囊充气。    为了对驾乘人员进行全面保护，当今在众多高档轿车及SUV上不但标准装备了正侧面安全气囊，还配备了侧面安全气帘等。    目前安全气囊技术正朝着智能化、小型轻型化、环保型方向发展。在智能化安全气囊系统中集成了先进的传感器技术和信息处理系统。它比传统安全气囊具有更多传感器，装备了多级气体发生器，能在事故发生的短暂时间里可靠提供汽车碰撞剧烈程度，碰撞形式（正面或侧面）。驾乘人员的身材、体重、乘坐位置和姿态，是否系有安全带等信息，通过电控系统计算分析，决定安全气囊何时及以何种程度展开，从而对成员提供最优化的保护。    集成安全系统则是当今汽车厂商和汽车电子零部件制造商的开发趋势。奔驰按集成安全理念将安全防护分成七个阶段。    当检测到汽车处于临界驾驶状态时，会给出报警信号；接着ABS、BA（制动辅助）和ESP开始在互动干预，前座安全带开始收紧，后座自动调整姿势防止撞击；当传感器检测到明显的碰撞以外事故时，切断燃料供应，碰撞缓冲和吸能装置开始发挥作用，安全带被锁定，根据情况判断打开安全气囊；事故后，根据预先设定的报警电话自动报警。    除了安全气囊，电控技术在汽车车身上的应用还有自适应空调，中央防盗门锁，自动刮水器，防撞系统等方面。    二、汽车电控技术的发展趋势    随着电子工业和信息产业的飞速发展，为汽车集成控制和信息交换提供了先进的技术平台，也为优化人-车-环境的和谐发展奠定了基础。1．传感器技术    随着汽车电控系统的普遍采用和多样化，将使其所需的传感器种类和数量不断增加。除要求传感器小型化有更高的精度和稳定性外，也将促使以新材料和敏感元件组成的智能集成传感器的发展和应用。2．微处理器技术    由于现代车辆的信息不断增加，以及集成电控系统的发展，要求微处理器体积小、集成度高，并能实现复杂控制。目前微处理器芯片的已由16位发展到32位。其发展趋势为：要在同一时间实现多路同步实时控制，建立高级专用编程语言，软件实现多项功能和测试数据共享，以满足汽车的多参数变化。3．多路传输技术    由于汽车电子技术的发展和电控装置的多样化，大量传感器、微处理器和执行元件组成了一个复杂的信息交换和处理系统，致使传输导线大量增加，也增加了电磁干扰，降低了信号传输的质量和系统可靠性。开发和使用具有抗故障性和数据交换准确性的多路传输技术，能有效地解决传输信息量和电磁干扰的影响。4．集成电控技术    汽车电控的发展方向是向集成控制发展，将发动机管理系统和自动变速器集成为动力传动系统的综合控制系统，以及前述的车辆动态集合管理系统和集成安全系统等。它们均通过微处理器复杂的控制运算，对各子系统进行协调，将车辆的动力、操控、行驶和安全性能控制在最佳水平。5．42V供电系统    随着汽车电子装置的广泛采用，现有的12V动力源已满足不了车上电气系统的需要。今后将采用集成起动机-发电机的42V供电系统，42V汽车电气系统的实施，将会使汽车电器零部件的设计和结构发生重大的变革。此外，42V系统还有利于提高燃油经济性和降低废气排放。6．线控技术    线控技术的采用将使汽车的机械结构发生重大的变革，使汽车的操控系统向电子化和电动化发展。它将导线代替原来的机械传动机构，例“线控转向”、“线控制动”、“电子油门”等。在线控系统中，操纵装置与执行器之间是靠电信号联系而非机械连接，驾驶员的操纵力由传感器转换成一个电信号，并将此信号传递给ECU，再由ECU结合其它数据向执行机构发出指令完成操作。