1.汽车电子技术的应用领域。 现代汽车已经成为机电一体化的新产品,汽车电子化已进入了汽车的各大系统。图1-2所示的是现代汽车上已经有应用的汽车电子控制系统所具有的功能。
应用于发动机控制的电子控制装置主要有:电子点火控制、燃油喷射控制、怠速控制、炭罐通气量控制、废气再循环控制、进气谐波增压控制、配气相位可变控制等。
汽车底盘的电子控制装置主要有:防抱死控制、防滑转控制、自动变速器控制、动力转向控制、主动悬架控制、巡航控制等。
车身电子控制装置主要有:安全气囊系统、自动空调系统、电子防盗系统、自适应前照灯、电子仪表与防盗等。
2.汽车电子技术的发展现状。
汽车电子控制技术主要包括硬件和软件方面的内容:硬件包括微机及输人/输出电路执行部件、传感器等;软件主要是以汇编语言及其他高级语言编制的各种数据采集、计算判断、报警、程控、优化控制、监控、自诊断等程序。
微型计算机(简称微机)是现代汽车电子控制系统的核心部件,目前汽车电子控制系统中所用的微机多为单片机,其速度和容量均不如PC机高,但抗干扰性能较强,能适应汽车振动大等恶劣的工作环境。
汽车电子控制系统能自动协调地工作,实现人们所需的控制功能,离不开相关的软件。
利用自动控制理论而建立的开环、闭环、最优、自适应控制系统,在汽车电子控制中都有应用。汽车各电子控制系统的软件(控制程序)必须具备对汽车某个系统工作状态的辨识功能,以及进行动态优化控制功能。设计具有某项控制功能的系统控制程序,可以先建立该系统的数学模型,然后再运用相应的控制理论进行系统优化控制程序设计。
由于一些控制系统的影响因素较多,理论推导建立数学模型比较困难,因而系统控制程序的设计通常采用实验方法。以点火控制系统为例,通过实验找出特定工况下的最佳点火提前角,然后存入微机ROM存储器,并设计查表和插值计算控制程序。在工作过程中,微机根据相关传感器的信号不断检测发动机的工况,用查寻和插值计算的方法,获得该工况下的最佳点火提前角,并与当前点火提前角进行比较,根据比较结果输出点火提前角调整控制控制信号,实现最佳点火提前角控制。
除了应用最多的实验方法外,另一种被称为自适应在线搜索法的控制方法也已成熟。这种控制方法包括顶点保持法和登山法两种,均不需要知道控制模型的原型,而是由微机在汽车运行中自行搜索最优工况,使控制接近或达到最优化。
模糊控制是近年来出现的新的控制理论,在汽车电子控制技术中也有应用。模糊控制系统以模糊数、模糊语言形式的知识表示,以模糊逻辑推理为理论基础,釆用计算机控制技术,构成具有闭环结构的数字控制系统。模糊逻辑从含义上比其他传统逻辑更接近人类的思想和自然语言。
3.网络技术在汽车中的应用。
汽车电子技术应用现状的另一个显著特点是网络技术的广泛应用。汽车网络技术应用包括车辆内部和外部两种。
(1)网络技术在汽车内部的应用。
网络技术在汽车内部的应用,是指用总线连接汽车电子控制系统各部件。传感器与微机、微机与部分执行器件、微机与微机之间,均是通过总线进行信号传输的网络技术。
些汽车具有功能较为完备的电子控制装置,装有数十个微机控制器及上百个传感器。
这些汽车电子控制系统通常采用网络技术,以解决传统线路信号传输可靠性差、线路繁杂且故障率高等问题,并为汽车电子控制系统实现集中控制创造了必要的条件。例如:美国通用汽车公司的集中控制系统采用一个微机系统分别控制汽车防滑制动、牵引力控制、优化点火、超速报警、自动门锁和防盗等多个控制子系统(图1-3);又如,日产公司的分级控制系统采用一台中央控制计算机分别控制四台微机,分别控制防滑制动、优化点火、燃油喷射、数据传输等(图1-4)。
无论是用一个微机系统控制多个装置的集中控制系统,还是分级控制系统,采用网络技术后,不但实现了所有传感器的共享,还可以共用其他设备。在环形网控制控制系统中,几十个微机中即使有个别出现故障,也可使汽车保持正常运行。因此,在汽车上应用网络技术不但使扩充新的控制功能变得十分容易,并可使各项控制功能更加协调,而且大大增加了控制系统工作的可靠性。
微机外部的网络通信采用串行传输方式,为适应汽车网络控制的需要,更好地在各控制系统之间完成交流信息、协调控制、共享资源及标准化与通用化,世界各国都在积极合作,进行汽车局域网的研究与开发,并推出相应的网络标准。几种典型的网络标准见表1-1。
除表1-1所列的8种网络通信协议外,其他的还有宝马(BMW)公司1994年提出的DAN集中式网络协议;阿尔法·罗密欧公司的DAN集中式网络协议;卢卡斯( Lucas)公司的光学分布式星形耦合器系统;日立公司的集中式光学单纤维双向通信;飞利浦公司的DDR分布式网络协议等。
到目前为止,还没有一个可以兼容各大汽车公司通信协议的网络标准。因此,在汽车上就形成了多种类型的网络标准共存的局面。为整合各种标准,一份有关汽车网络的国际标准正由国际标准化组织起草。
(2)网络技术在汽车外部的应用。
网络技术在汽车外部的应用,实际上是指无线网络技术在汽车上的应用。汽车上运用无线网络技术,人们在驾驶汽车时就可以像在家里一样上网。
目前,已有不少公司在进行这方面的研究与开发。例如:IBM公司和摩托罗拉(Mo-torola)公司已合作开发车用无线 nternet技术,这项技术可使驾驶人和乘客能够在车上发送电子邮件以及从事网上各种活动,如电子商务和网上购物、查看股市行情和天气预报等。此外,微软( Microsoft)公司新推出了专门为“车上网”设计的 AutoPC软件,该系统采用 Windows ce操作系统,具有交互式语言识别等各种多媒体功能。与普通的网络技术不同的是,车用网络技术可以让汽车驾驶人在手不离方向盘、眼不离行驶前方的情况下,与PC机系统交换各种信息(例如:行车前方的交通状况、到达目的地最短时间、导航等),还可以在车上收发 E-mail、打网络电话以及其他上网活动。因此,汽车无线网络技术能够在保障汽车行车安全的前提下,使驾驶人获得更多的信息或及时进行信息交流。
