汽車電子化與發動機電控技術的發展研究

婁　潔徐圣倫

（1.蕪湖職業技術學院汽車工程學院　安徽蕪湖　241006；2.鄭州大學機械工程學院　河南鄭州　450006）

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汽車電子化與發動機電控技術的發展研究

婁潔1徐圣倫2

（1.蕪湖職業技術學院汽車工程學院安徽蕪湖241006；2.鄭州大學機械工程學院河南鄭州450006）

摘要：車是工業時代的標志性產物，也是現代消費的必需品。隨著數字時代的加速發展，電子化技術在汽車上的運用也變得更為重要，把汽車行業的發展引入了一個全新的信息時代。文章通過研究汽車電子化和發動機電控技術的發展現狀，更進一步的探討現代汽車發動機電控技術的運用和發展趨勢。

關鍵詞：汽車電子化；發動機；電控技術；控制系統

在20世紀50年代至80年代，前人擴展了世界對汽車電子技術的運用范圍，把單純的汽油發動轉化為電子化發動，改變了單一的控制重心，以便更好的實現特定的控制程序。在1995年之后，汽車電子化已經開始實現了用計算機作為控制中心，并且能夠實現多功能的集中管理程序。伴隨著CAN總技術和計算機技術的融合，電子控制技術開始進入全能化的控制管理。直至今日，汽車行業的發展勢不可擋，要想更好的提高汽車行業的發展進度，理應更好的去研究汽車電子化的控制核心：汽車發動機的電控技術研究。正常進行。21世紀里，汽車發動機電子智能化技術研究已經有了新的階段性跨越，新的技術工藝主要對象是當前汽車工業的程序性發展有較大影響力。精微型磁體和智能線路集結板以及高驅動能力的發電機的微型化，很大程度上對汽車中樞控制的控制力度進一步加強。而如今汽車電子技術已發展到第四代，即發動機的電控技術已包括含微機技術和傳感器技術和優化控制技術以及網絡技術還有機電一體化耦合交叉技術等綜合技術的小系統，且從科研階段進入了商品生產的成熟階段，進一步加大了汽車行業的發展[1]。

一、汽車電子化的發展狀況二、汽車電控技術的運用

汽車的電子化的發展并不是單一的計算機技術發展，它還包含著智能操控、科技信息、能源新工藝技術、車體智能化等。而這些技術的發展又需要多種技術的綜合運用才能得以

汽車要想更好地實現電子化全面發展，就要更好地去改善發動機的電控技術。而電控技術發動機是汽車保證可靠性的前提，一般越繁瑣的系統，可用性就會更好。

（一）動力控制原理。電控發動機主要包括智能電子操控、自動變速調節還有能源傳輸集成的復合智能電子操控系統等，整個操控結構多數是由傳感器、執行器和電控單元(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下進行的前提，還能夠方便使用者的操作，進一步降低油耗和尾氣的排放量，減輕質量傳輸系統的沖擊和碰撞，減緩使用者的疲勞等級，進一步提升汽車的驅動能力、性價比和整體感。

圖1　電控系統組成

（二）電控系統的底盤。電源調控系統的底盤是由制動非靜態和Elevatedbody控制系統、自動尋路調控系統、車輪監測以及輪胎溫度傳感系統TPMS、自動調節車體平衡程序(ABS/ASR、ESP/VDC)、拉力控制系統、逆行控制系統、驅動操控系統等組成。汽車的安全性、柔軟性和驅動能力等都是利用它來提高的。最近幾年，普通轎車上也已普遍使用此類型的電源調控系統程序。

（三）車身的電控系統。防護氣罩(SRS)、傳感識別座椅、自動冷暖氣調控、自動降噪、中央防竊設置、安全照明控制、智能刮水器、智能門窗、智能防撞系統以及許多適用于多種用電設備的電源控制系統都屬于汽車發動機的電控系統配置。這些系統配置的運行增加了汽車的使用的安全性以及使用者的個體感受[2]。

（四）休閑便捷系統。車載多媒體系統、語音識別系統、駕駛員信息確認系統、自動交通系統、計算機網絡系統、狀態監測與故障診斷系統等車輛導航系統、GPS/DGPS等都屬于汽車的娛樂設施系統，主要是由多媒體娛樂系統和通信系統組成。這些通常是用來實現“人、車、外界環境信息”的理念的，能夠更好地安排汽車各個系統的電子控制功能，提高汽車的行駛效率。

三、汽車發動機電控技術發展趨勢

從20世紀末開始到如今的飛速發展，汽車行業可謂是跨越了多個轉折性的時代才有了今天的成就，汽車電子化的發展離不開其技術的不斷改善和創新，還有各種處理器和系統的融合，其中最為重要和基礎的是汽車發動機電控技術的發展。

（一）驅動能力。汽車上所使用的發動機驅動執行器一般有電磁式、電動式和氣動或液動式。電磁和電動式的執行器是以電做為主要能源驅使操作機構工作，其空間占位小、質量低、處理速率塊、節能減排是其主要的設計核心，若是與氣動/液動式執行器相對比，輸出驅動能力就相對較弱，在電控系統中進行大驅動輸出時，不能完全滿足其運行的需求。然而，伴隨著新能源工藝（新材料）新材質設計的制作，使得電磁和電動式這兩種執行器的驅動能力大大提升，從而逐漸代替了液動/氣動執行器，尤其在新汽車能源工藝中將42V新電源系統運用其中后，輸出的驅動能力將會再進一步的提升，其反映速率也會隨之相應增加。

隨著汽車電控技術的飛速發展，智能電子自動化逐步加快，智能傳感器在汽車發動機上使用的類型和數量的增加，使其向著多元化、復合化、自動化和微型化方向發展。它能夠使自動化集成傳感器不僅能用于模擬和處理相互關聯以及外界傳輸進來的信息，還能指定性進行信號發射和信號搜尋等的處理;與此同時，它能自行進行時漂、溫漂和非線性的自我修正，擁有很強的抵御外界電磁干擾的性能，為智能傳感器信號的運行營造一個良好的環境，即便在非常嚴酷的使用條件下仍然能夠保證較強的精度；它還擁有結構緊密、便捷安裝的特點，進而免受機械特性的不良影響。目前，第三代奔馳發動機采用BlueDIRECT（缸內直噴）技術，如圖2所示，不僅加快了其驅動能力，降低了耗油量，并通過運動化的調校可在低轉速下實現超高扭矩，為駕駛者提供愉悅的駕駛感[3]。

圖2　Blue DIRECT（缸內直噴）技術

（二）智能操控系統。當前在汽車智能操控系統中，普遍將PID控制作為其運行的基礎理念，這不僅僅是一種單純的通過利用單輸入/輸出、線性定常系統的經典控制理念，還考慮了多數汽車中常常需要進行控制的對象，因而會存在較為強大的時變性和非線性。因此，控制系統中的線路的輸入和輸出參數也越來越復雜、繁瑣和精細，通常利用以狀態空間為主，適用于多輸入/輸出、非線性時變系統的現代控制理論為輔，調整其控制力、智能性、模糊控制系數等，增添其發展價值[4]。

（三）ECU處理器。微處理器在汽車發動機電控技術中的運用，使得汽車電子化進入到了新的發展階段，隨后，ECU被廣泛在汽車能源傳動裝置、汽車本體、安全配置等電控系統中使用。其電子控制組件主要是以微機為核心，因為汽車依賴ECU高驅動、高效率的信息處理能力，可對某些車體特定部位進行即時監控，并且通過芯片反饋至中樞管理中心，但普通的芯片開發出來的卻不會具備此種功能。所以說，開發出具有自帶A/D與D/A、自我診斷、多路同步進行即使監控、高輸入/輸出等功能的汽車專用ECU系統具有很好的現實意義。然而伴隨著汽車電子控制國際復合化，ECU需要在微調的控制力上的需求量大幅度上升，因此，32位和64位ECU將會是未來汽車用ECU的發展方向，高驅動、高效率的ECU處理器將成為車用微處理器的主流[5]。

（四）發動機再循環自控系統。國外先進技術研究顯示，把少數的排氣再一次重復放入氣缸中和新鮮可燃氣體焚燒后，能夠控制一定量的NOx的產生，采取用氣門重疊發生排氣回放內部再循環方法外，更多的是利用合適的管道將少數氣體引進氣管，把ECU控制的再循環開關改變流通載面來管理排氣量，完成再循環排氣的作用，提高發動機運行功率。再循環電控系統主要先是由ECU依據發動機的轉動速度、節氣門打開程度、水溫冷卻程度等，算出最好的再循環排氣效率，再經過再循環閥門的打開程度來完成自控過程。另外，ECU對再循環控制系統的掌控是通過對真空調節閥門來完成的，真空調節閥主要是電磁式的，用來把ECU輸出的信號變為氣壓改變，進一步完成對氣式再循環控制系統的改善，這也是對發動機的功率運行效率的一種反饋，提升了自控系統的精準性。

（五）發動機故障智能處理系統。現在一般的汽車發動機電控系統都會有一套自我診斷系統進行自我檢測，檢查各個部件以及系統的損壞。例如像傳感器，可以查看其信號的好壞程度來判斷其是否出現故障；執行器，可在電路上重復檢查其回路是否正常運行，一旦出現事故，發動機則會通過自控處理系統關閉其系統或者自我診斷。故障智能處理系統定時監視每個自控系統的工作運行情況，一旦出現事故，汽車的儀表盤上會有報警燈指示，更好的電控系統還會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智能處理器記錄下來以避免下次重復出現這種情況。電動機故障智能處理系統的出現，進一步解決了長久以來繁瑣的自控系統無法準確判斷故障的難題[6]。

四、總結

汽車發動機的電控技術整合了機械、電子以及計算機信息控制技術的綜合應用，每個環節都有著不可或缺的作用，缺少任何一個步驟都可能導致全部系統的混亂甚至癱瘓。就我國目前的汽車行業發展而言，解決發動機電控技術的缺陷是關鍵，只有能更好的運用發電機電控技術才能更好的去完善汽車裝置，降低汽車中有害物質尾氣的排放量、完善發動機的運行程序、提升發動機的運轉性能，將汽車行業推向一個全新的領域。

參考文獻：

[1]田維.發動機專業學習電控技術的必要性[J].考試周刊，2012(5):174-175.

[2]潘定海.汽車技術發展的電子化、一體化集成和智能化趨勢及其對國內發展現狀的反思和建議[J].中國集成電路，2013(7):47-60.

[3]何時清.柴油發動機電控技術發展及展望[J].中國高新技術企業，2014(3):76-76.

[4]池杜旺,黃春梅.項目式教學在《發動機電控技術》課程中的應用[J].韶關學院學報，2014(2):86-90.

[5]蔣文娉.現代汽車發動機電控系統故障診斷及維修探究[J].學園(教育科研)，2012(5):174-175.

[6]武有軍.現代轎車發動機電控技術及應用[J].科技創新導報，2010(7):106-107.

[責任編輯鄭麗娟]

中圖分類號：U464.9

文獻標識碼：A

文章編號：2095- 0438（2015）06- 0151- 03

收稿日期：2015-02-20

作者簡介：婁潔（1973-），女，山東臨沂人，蕪湖職業技術學院副教授，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，鄭州大學機械工程學院2013級學生。

基金項目：安徽省教育廳自然科學研究重點項目（KJ2014A282）。