一文淺談汽車電子控制

來源：羅姆半導體社區(qū)

汽車電子是車體汽車電子控制裝置和車載汽車電子控制裝置的總稱。汽車電子最重要的作用是提高汽車的安全性、舒適性、經(jīng)濟性和娛樂性。用傳感器、微處理器MPU、執(zhí)行器、數(shù)十甚至上百個電子元器件及其零部件組成的電控系統(tǒng)。近年來，汽車電子占整車制造成本的比例越來越高,據(jù)統(tǒng)計,汽車產(chǎn)品創(chuàng)新的90%源于電子控制技術(shù)。隨著節(jié)能減排以及動力性和安全性要求的逐漸提高,新型執(zhí)行器和動力源被不斷引入汽車系統(tǒng)中。

電控系統(tǒng)在汽車上隨處可見,小到雨刮器控制系統(tǒng),大到發(fā)動機動力總成控制系統(tǒng),應(yīng)該說汽車的各方面性能越來越依賴控制技術(shù)的發(fā)展。汽車控制中最為重要的四個控制系統(tǒng):1)發(fā)動機控制系統(tǒng);2)傳動系控制系統(tǒng);3)主動安全控制系統(tǒng);4)新能源汽車控制系統(tǒng)。

1、汽車發(fā)動機控制的研究始于上世紀70年代末期,采用電子控制的初衷是提高車輛的燃油經(jīng)濟性、動力性以及降低排放。隨著對發(fā)動機性能要求越來越高,相關(guān)法律法規(guī)也日益苛刻,這促使新技術(shù)和新設(shè)計不斷應(yīng)用到發(fā)動機中。發(fā)動機控制系統(tǒng)直接決定著汽車的整車性能和排放水平,因此發(fā)動機控制得到了普遍關(guān)注。發(fā)動機控制系統(tǒng)是由多個子控制模塊構(gòu)成的復雜系統(tǒng)。

發(fā)動機的最基本控制問題包括:1)空燃比控制;2)電子節(jié)氣門控制;3)怠速控制;4)點火正時控制;5)爆震檢測與控制;6)車載診斷系統(tǒng)與安全性診斷、標定。

傳動控制系統(tǒng)是在發(fā)動機控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上實現(xiàn)汽車經(jīng)濟性、動力性的重要系統(tǒng)。 2、傳動系統(tǒng)一般由離合器、變速器、萬向傳動裝置、主減速器、差速器和半軸等組成。其基本功用是將發(fā)動機發(fā)出的動力傳給汽車的驅(qū)動車輪，產(chǎn)生驅(qū)動力，使汽車能在一定速度上行駛。對于前置后驅(qū)的汽車來說，發(fā)動機發(fā)出的轉(zhuǎn)矩依次經(jīng)過離合器、變速箱、萬向節(jié)、傳動軸、主減速器、差速器、半軸傳給后車輪，所以后輪又稱為驅(qū)動輪。目前已經(jīng)成功裝配應(yīng)用到車輛上的自動變速器種類有液力式自動變速器、無級自動變速器、機械式自動變速器和雙離合器式自動變速器。不同的自動變速器具有各自不同的特點及相應(yīng)的控制問題,目前對自動變速器控制的主要研究方向有起步過程控制、換擋過程控制、沖擊抑制控制和驅(qū)動軸力矩/離合器壓力估計等。

3、汽車的安全性從總體上來說分為主動安全性和被動安全性。從發(fā)展趨勢看,如何主動避免事故發(fā)生具有積極意義,因而車輛主動安全控制的研究和開發(fā)日益引起汽車研發(fā)人員的重視。在人、車輛和環(huán)境三者之間的閉環(huán)系統(tǒng)中,駕駛員相當于一個控制器,為了防止這個“控制器”的不穩(wěn)定和誤操作,還需要增加一個更可靠的控制器以監(jiān)測人、車、環(huán)境狀況,這就需要對汽車主動安全技術(shù)中駕駛操縱性進行深入而細致的研究。自20世紀80年代以來,各種提高駕駛操縱性的主動安全裝置也相繼問世,先后出現(xiàn)了制動防抱死系統(tǒng)(Anti-lockbrakesystem,ABS)、驅(qū)動防滑系統(tǒng)(Accelerationslipregulation,ASR)、車輛操縱穩(wěn)定控制系統(tǒng)(vehiclestabilitycontrol,VSC)等。

4、能源枯竭、環(huán)境污染已經(jīng)成為當前社會亟需解決的問題。電動汽車以其獨特的節(jié)能環(huán)保的優(yōu)勢引起越來越多的國家的重視。發(fā)展以電能為核心能源的新能源汽車是緩解全球范圍內(nèi)能源危機,減少污染的重要途徑之一。為了順應(yīng)這個潮流,電動汽車、混合動力汽車得到了飛速的發(fā)展,開發(fā)電動汽車控制技術(shù)是今后汽車工業(yè)發(fā)展的必然方向。新能源汽車的關(guān)鍵控制問題主要包括:混合動力汽車扭矩需求管理、電動汽車電池管理系統(tǒng)、電機驅(qū)動控制、能量回收控制。

目前，汽車控制技術(shù)取得了令人矚目的進展,然而汽車控制系統(tǒng)由多個功能獨立但動力學關(guān)聯(lián)耦合的子系統(tǒng)組成,每部分的動力學機理復雜、性能指標相互影響。同時大量新技術(shù)的廣泛應(yīng)用,滿足了汽車的節(jié)能減排、動力性及安全性,但引入了諸多新型電控執(zhí)行器,增加了控制自由度和動力學耦合的復雜程度,使得電控系統(tǒng)的設(shè)計、標定和實驗更加困難,對傳統(tǒng)控制理論和方法的應(yīng)用提出了新的挑戰(zhàn)。由于能源安全和氣候變化問題日益突出，世界許多國家把交通電氣化作為減少石油依賴、溫室氣體和污染物排放的重要舉措。我國也把發(fā)展新能源汽車作為節(jié)能減排和新興戰(zhàn)略型產(chǎn)業(yè)的重要內(nèi)容。新能源汽車是指采用非常規(guī)的車用燃料作為動力來源，綜合車輛的動力控制和驅(qū)動方面的先進技術(shù)，形成的技術(shù)原理先進、具有新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)的汽車。

汽車控制中還存在很多重要且尚未解決的問題需要從事汽車控制的科研人員去探索和認知。對已經(jīng)進入世界汽車產(chǎn)量前三位的中國來說,若許多關(guān)鍵、核心的電控技術(shù)均需從國外引進,那么高昂的引進和改造費不僅損害消費者利益,也嚴重地損害我國自主汽車企業(yè)的利益。進而使得我國自主汽車企業(yè)不但無法和跨國汽車集團競爭,還有可能存在被逐漸邊緣化的危險。因此從理論和方法角度進行汽車控制的自主研究,對提升我國汽車核心技術(shù)水平和提高汽車行業(yè)的自主創(chuàng)新能力具有重要的現(xiàn)實意義,而且對于缺少核心技術(shù)的我國汽車產(chǎn)業(yè)在人才儲備上也有著深遠的意義。

審核編輯 黃昊宇