電工電子技術(shù)在現(xiàn)代汽車工業(yè)的應(yīng)用(共10頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上電工電子學(xué) 課程作業(yè)電工電子技術(shù)在現(xiàn)代汽車工業(yè)中的應(yīng)用學(xué)生： 黃志宇學(xué)號： 指導(dǎo)教師： 余傳祥班級： 車輛工程04班重慶大學(xué)汽車工程學(xué)院 2016年12月專心-專注-專業(yè)摘要本文介紹了電工電子技術(shù)在現(xiàn)代汽車工業(yè)中的應(yīng)用。電工電子技術(shù)是一種工程理論與技術(shù)體系，是隨著電工電子技術(shù)與信息技術(shù)的應(yīng)用而發(fā)展起來的。電工電子技術(shù)應(yīng)用，就是利用電子信息工程的相關(guān)工程理論解決電子技術(shù)的應(yīng)用。在不同的工程領(lǐng)域，電子技術(shù)提供了信號，信息采集，傳輸和處理的實現(xiàn)技術(shù)，隨著各行業(yè)信息化，智能化的發(fā)展，導(dǎo)致電工電子技術(shù)已經(jīng)成為各工程應(yīng)用領(lǐng)域的基本技術(shù)之一。本文首先介紹現(xiàn)代汽車電工電子設(shè)計與智能化

2、技術(shù)，電工電子技術(shù)在汽車上的應(yīng)用可概括為以CAN為總線的動力及傳動系統(tǒng)控制、車輛系統(tǒng)控制、車身系統(tǒng)控制以及信息傳遞和通訊系統(tǒng)、自診斷系統(tǒng)等五個方面，構(gòu)成高度集成化和網(wǎng)絡(luò)化的系統(tǒng)。介紹了汽車信息化、智能化、網(wǎng)絡(luò)控制化中的應(yīng)用與發(fā)展趨勢,指明它是信息社會發(fā)展的必然結(jié)果,未來汽車將在低污染、低交通事故、節(jié)能、智能化方向飛躍發(fā)展。本文還通過對新能源節(jié)能動力與電工電子設(shè)計技術(shù)在汽車工程中的應(yīng)用，以期提高我國汽車行業(yè)的競爭力，緩解環(huán)境壓力，提高人們的日常生活和出行質(zhì)量。著重介紹了電動汽車和混合電動汽車及電力電子技術(shù)在它們中的應(yīng)用,綜述了電工電子技術(shù)在新能源汽車上其有關(guān)鍵性的作用。最后本文分析了汽車電工電子

3、技術(shù)的應(yīng)用特點和影響因素,展望了電工電子技術(shù)在汽車應(yīng)用中的發(fā)展前景及我國汽車電工電子應(yīng)用趨勢及發(fā)展對策,指明了大力發(fā)展我國汽車電子新技術(shù),加快汽車電子化速度,是振興和發(fā)展我國汽車工業(yè)的重要手段和必由之路。關(guān)鍵詞：汽車電工電子 智能化技術(shù) 節(jié)能動力 新能源汽車 0 引言汽車電工電子技術(shù)的發(fā)展從最初的真空管、晶體管、集成電路和大規(guī)模集成電路到廣泛應(yīng)用的計算機等各種各樣的電子裝置,汽車控制系統(tǒng)已經(jīng)由局部控制發(fā)展到了整車系統(tǒng)控制設(shè)計,汽車電工電子技術(shù)逐年深化,信息化、智能化、交通控制網(wǎng)絡(luò)化成為當(dāng)今汽車研究的重點,它是衡量各國汽車工業(yè)發(fā)展水平的重要標志。目前有些汽車電工電子裝置占整車造價的1/3,一部高

4、級轎車將安裝幾十個微控器、上百個傳感器。電工電子化程度是高檔汽車的主要標志。汽車電工電子控制裝置設(shè)計,包括發(fā)動機控制系統(tǒng)、底盤控制系統(tǒng)和車身電子(ECU)控制系統(tǒng)設(shè)計。汽車電工電子設(shè)計朝著集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、模塊化的技術(shù)方向發(fā)展,它的集成化向著綜合控制、制動控制、總線連接、底盤控制等方面發(fā)展。如果使發(fā)動機管理系統(tǒng)和自動變速器控制系統(tǒng)集成為動力傳動系統(tǒng)的綜合控制(PCM),使制動防抱死控制系統(tǒng)(ABS)、牽引力控制系統(tǒng)(TCS)和驅(qū)動防滑控制系統(tǒng)(ASR)綜合在一起進行制動控制,通過中央底盤控制器,使制動、懸架、轉(zhuǎn)向和動力傳動等控制系統(tǒng)通過總線進行連接,控制器通過復(fù)雜的控制運算,對各子系統(tǒng)進

5、行協(xié)調(diào),這將使車輛行駛性能控制到最佳水平, 形成一體化底盤控制系統(tǒng)。同時，通過汽車供油系統(tǒng)節(jié)能的電子電工控制和汽車電工電子點火節(jié)能系統(tǒng)的應(yīng)用，汽車電工電子設(shè)計在汽車工程中的應(yīng)用不僅能夠降低汽車的能耗，而且能夠最大程度實現(xiàn)汽車的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益，提高汽車的舒適度和安全性。在未來的汽車發(fā)展過程中，太陽能、電能、天然氣等，也將會越來越多的被應(yīng)用于汽車的研發(fā)和生產(chǎn)中，實現(xiàn)節(jié)能減排的要求，滿足社會和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。同時，汽車電工電子的設(shè)計發(fā)展也將主要集中在對網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、智能化系統(tǒng)和通訊系統(tǒng)的改善設(shè)計中，實現(xiàn)汽車運行過程中的效率和安全，最大程度保證汽車各方面性能的優(yōu)化，適應(yīng)人們的日常工作和生活需求，有利

6、于其經(jīng)濟效益和社會效益的實現(xiàn)，降低我國汽車行業(yè)能源消耗的同時，使我國的汽車更加具有市場優(yōu)越性和國際競爭力。1 現(xiàn)代汽車電工電子技術(shù)與智能化技術(shù)1.1以CAN為總線的汽車電工電子集成系統(tǒng)為了滿足現(xiàn)代汽車的動力性、經(jīng)濟性、安全性、可靠性、凈化性和舒適性等方面的設(shè)計要求,在汽車設(shè)計方面需要有以下控制子系統(tǒng)作為技術(shù)支持:發(fā)動機控制、變速控制、巡航控制、制動控制、驅(qū)動控制、懸架控制、轉(zhuǎn)向控制、照明控制、雨刷控制、空調(diào)控制、安全控制、座椅控制、門窗控制、防盜控制、音響控制和信息綜合管理等等。鑒于汽車制造業(yè)的特殊性,多以系統(tǒng)工程的概念設(shè)計,按功能模塊化的零/部件專業(yè)分工設(shè)計制作,各廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品及其配套的E

7、CU部分,均為獨立的控制系統(tǒng),能夠完成單個模塊的預(yù)定控制功能,但是,各個子系統(tǒng)之間沒有聯(lián)系,ECU之間聯(lián)動關(guān)系幾乎沒有,信息也不能共享。當(dāng)采用以控制器局域網(wǎng)絡(luò)(CAN)為總線,有機連接各個ECU控制單元,所組成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將能夠有效地改善這種狀況,由于實現(xiàn)了資源共享,可以突破常規(guī)的方法,對ECU單元的控制方程做相應(yīng)的修改設(shè)計,避免因控制算法缺少外部變量,導(dǎo)致ECU單元達不到最佳控制效果,從而可以使整車達到最佳控制狀態(tài)。比如,“車速/發(fā)動機轉(zhuǎn)速”這個參數(shù),哪個ECU模塊需要,只要發(fā)出一個請求報文,即可從總線上獲得,使得每個子系統(tǒng)都能工作在最佳狀態(tài),從而提升整車性能。圖中給出了以CAN為總線,連接各

8、個ECU單元的設(shè)計方框圖。以ECU為核心的控制模塊,在汽車電工電子發(fā)展的過程中,已實現(xiàn)了單個模塊的控制,但是以總線形式把它們組成一個有機整體,則是一種新的嘗試,現(xiàn)代汽車電工電子的設(shè)計發(fā)展將主要集中在動力總成、底盤控制、車身控制、主被動安全、汽車網(wǎng)絡(luò)、通信系統(tǒng)、安全與防盜等方面,并呈現(xiàn)出功能多樣化、技術(shù)一體化、系統(tǒng)集成化和通信網(wǎng)絡(luò)化的特點,這是汽車電工電子設(shè)計走向全智能化的必然過程。在具體實施時,可以根據(jù)ECU模塊的位置及相應(yīng)關(guān)聯(lián)功能,分成幾個不同的子系統(tǒng)。1.2汽車信息化技術(shù)汽車信息化技術(shù)的應(yīng)用是基于全球定位系統(tǒng)GPS、地理信息系統(tǒng)GIS、移動通訊網(wǎng)絡(luò)以及國際網(wǎng)絡(luò)傳輸控制TCP/IP等技術(shù)原理

9、,在汽車上輕松實現(xiàn)諸如數(shù)據(jù)傳遞、語音通訊、目標跟蹤、自動報警,以及各種公眾信息、實用信息的服務(wù)功能,并可通過與110,120等系統(tǒng)和各類數(shù)據(jù)庫相結(jié)合,實現(xiàn)更廣泛的應(yīng)用。1)自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)：通過控制車輛，在設(shè)定所希望的較低行駛速度之后,用雷達、聲納、激光波束對前方路面進行掃描，在必要的時候自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)將自動減少汽門開度，降低擋位，甚至實施制動，以保持安全車距,但這種系統(tǒng)要求在路面和汽車上都設(shè)置有特制的傳感、控制和通訊設(shè)備，可以實現(xiàn)無人駕駛。一般這種汽車配備有精確的定位系統(tǒng)，可以為年老體弱和殘疾人提供出行的便利。2)防碰撞警告與集成安全系統(tǒng)：利用雷達、聲納和激光波束掃描潛在的危險與障礙，

10、在汽車即將發(fā)生撞車或交通事故時，發(fā)出緊急信號，以避免事故的發(fā)生。同時它還可以與全球定位系統(tǒng)GPS相結(jié)合，在發(fā)生撞車或交通事故時，給救助機構(gòu)提供車輛精確位置的信息，使急救中心可以快速到達現(xiàn)場實施救護。集成安全系統(tǒng)是由幾十項技術(shù)構(gòu)成,包括電子設(shè)備、微控制器、傳感器等技術(shù)與產(chǎn)品。集成安全系統(tǒng)可以憑借先進的電子技術(shù)和集成技術(shù),研制出適合于汽車駕駛各個環(huán)節(jié)的安全系統(tǒng)與設(shè)備。如安全帶預(yù)張緊和過張緊裝置、簾式頭部氣囊、自適應(yīng)能量吸收轉(zhuǎn)向柱、主動膝部保護裝置等設(shè)備,為駕乘人員提供全而的防護。3)電子導(dǎo)航系統(tǒng)：利用全球定位系統(tǒng)GPS的導(dǎo)航功能，幫助駕駛?cè)藛T在錯綜復(fù)雜的城市道路交通網(wǎng)絡(luò)中，選擇最佳行駛路線，使之快

11、速地到達目的地。電子導(dǎo)航系統(tǒng)運用多層引導(dǎo)式菜單，簡明扼要地按地區(qū)、城市、區(qū)域和設(shè)施功能分類選定目標,測算出最佳的行車路線，圖文并茂地展示在二維或三維電子地圖上，并實時標記出汽車實際行駛的路線位置。當(dāng)突然路遇前方路線堵塞或交通意外情況時，迅速修改行車路線，并在數(shù)秒之內(nèi)自動設(shè)置新的行車路線，重新恢復(fù)導(dǎo)航功能。1.3 汽車智能化技術(shù)智能汽車(Intelligent Vehicle)是一個集環(huán)境感知、規(guī)劃決策、多等級輔助駕駛等功能于一體的綜合系統(tǒng)，它集中地運用了計算機、人工智能與自動控制技術(shù)、現(xiàn)代傳感技術(shù)、信息與通訊等技術(shù)，它是典型的高新技術(shù)的綜合體，是目前各國重點發(fā)展的智能交通系統(tǒng)中重要的組成部分，

12、也是世界車輛工程領(lǐng)域研究的熱點和汽車工業(yè)增長的新動力。1)智能感知與預(yù)警系統(tǒng)：智能感知與預(yù)警系統(tǒng)利用各種傳感器，以獲得對汽車車身、行駛的周圍環(huán)境和駕駛員本身狀態(tài)的感知，在必要時發(fā)出預(yù)警信息。它主要包括碰撞預(yù)警系統(tǒng)，駕駛員狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。碰撞預(yù)警系統(tǒng)包括前后方碰撞警告、車道偏離警告、盲點警告、換道和并道警告、十字路口警告、步行人的檢測與警告等功能，以提高行車安全。駕駛員狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)主要有駕駛員打盹警告、駕駛員位置占有狀態(tài)監(jiān)測等功能。2)汽車輔助與自動駕駛系統(tǒng)：汽車輔助駕駛系統(tǒng)利用智能感知系統(tǒng)的信息進行決策規(guī)劃,給駕駛員提出駕駛建議或部分代替駕駛員進行車輛控制操作，該系統(tǒng)主要包括巡航控制、車輛跟蹤系

13、統(tǒng)、準確泊車系統(tǒng)和精確機動系統(tǒng)。汽車自動駕駛系統(tǒng)是由車載計算機全自動地實現(xiàn)車輛操縱，是智能汽車技術(shù)的最高層次，目前主要應(yīng)用于擁擠交通狀況時低速自動駕駛系統(tǒng)、自主駕駛系統(tǒng)、近距離車輛排隊駕駛系統(tǒng)等。3)智能汽車關(guān)鍵技術(shù)：機器視覺技術(shù)、雷達技術(shù)、磁性導(dǎo)航技術(shù)、高精度數(shù)字地圖和衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)GPS是智能汽車的關(guān)鍵技術(shù)，這些技術(shù)的發(fā)展直接影響到汽車智能化的進程。機器視覺技術(shù)是智能汽車領(lǐng)域發(fā)展最快的技術(shù)之一，在智能汽車上，機器視覺必須具有實時性、魯棒性、實用性的特點。機器視覺主要用于道路路徑的識別和跟蹤，與其他傳感器相比，機器視覺具有檢測信息量大和遙測等特點，但數(shù)據(jù)處理量大容易出現(xiàn)系統(tǒng)實時性較差等問題。這

14、樣就必須在設(shè)備中采用更高性能的硬件，在軟件設(shè)計上要研究出更新的視覺算法，能夠模擬人眼功能,使系統(tǒng)隨著速度的變化，自動調(diào)節(jié)攝像機的焦距，對周圍較寬范圍內(nèi)的物體感知，適應(yīng)不平道路的顛簸環(huán)境，并獲得立體視覺。能正確跟蹤有路標和無路標情況下的道路。雷達技術(shù)可以輕松解決視覺技術(shù)在深度信息方面的難度，利用雷達技術(shù)可以得到汽車周圍的深度信息，從而可以準確地發(fā)現(xiàn)車輛周圍存在的障礙以及前方的車輛或行人。雷達系統(tǒng)要和視覺系統(tǒng)共同應(yīng)用，通過各個傳感器的融合，得到更為準確的路面信息。用雷達與視覺融合技術(shù)可以設(shè)計出無人操縱、全自動、多地形和適應(yīng)性高的機動智能汽車。2 電工電子技術(shù)在汽車新能源中的運用2.1 汽車節(jié)能與電

15、工電子設(shè)計技術(shù)近年來 ，隨著科技的發(fā)展和人們的交通需求日益加大 ，我國的能源消耗量也越來越大。傳統(tǒng)的能源供應(yīng)已經(jīng)不能滿足人們的日常生產(chǎn)和生活需求。汽車作為人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚慕煌üぞ?，對石油造成了不可估量的消耗 ，從而導(dǎo)致了能源危機。新能源和節(jié)能技術(shù)等在汽車工程中的應(yīng)用不僅實現(xiàn)了我國汽車工程發(fā)展過程中的經(jīng)濟效益，而且最大程度上實現(xiàn)了其社會效益。1)汽車供油系統(tǒng)節(jié)能電工電子控制：將電子控制技術(shù)應(yīng)用于汽車的設(shè)計和研發(fā)中，實現(xiàn)了對石油消耗的精確控制。與傳統(tǒng)的汽車供油系統(tǒng)相比，多點式的電子控制燃油噴射技術(shù)不僅能夠?qū)娪土亢蛧娪蜁r間進行有效的預(yù)估和控制，而且也能夠保證噴油速度的合理性，實現(xiàn)了石油的

16、合理利用，而且最大程度的降低了石油的消耗。在汽車的設(shè)計和研發(fā)中應(yīng)用電子電工控制技術(shù)，不僅能夠降低能源和廢氣的排放量，最大程度降低汽車運行過程中的油耗，而且與傳統(tǒng)的汽車相比，運行過程中的油耗計量也更加精確，有利于其經(jīng)濟效益和社會效益的實現(xiàn)。2)汽車電工電子點火節(jié)能系統(tǒng)：傳統(tǒng)的汽油機通過電火花點燃混合氣體來實現(xiàn)汽車發(fā)動機的運行。由于技術(shù)水平的限制，傳統(tǒng)的斷電器在進行高速運轉(zhuǎn)的過程中容易造成磨損，導(dǎo)致發(fā)動機的性能下降或者失火等各種問題的出現(xiàn)，不僅增加了發(fā)動機的維修成本，而且不利于實現(xiàn)節(jié)能減排的戰(zhàn)略要求。將新型斷電器應(yīng)用于汽車的生產(chǎn)中，不僅可以降低發(fā)動機的損耗，而且有利于減少尾氣排放對大氣的污染。實現(xiàn)

17、可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求的同時，也提高了我國汽車的研發(fā)水平和運行質(zhì)量。將電工電子點火系統(tǒng)應(yīng)用于汽車生產(chǎn)中，不僅能夠避免失火現(xiàn)象的發(fā)生，而且能夠降低發(fā)動機的損耗，有利于改善汽車的總體性能。不僅能夠使發(fā)動機長期處于良好的運行狀態(tài)，而且也降低了發(fā)動機使用過程中的安全隱患。2.2 電力電子技術(shù)在電動汽車上的應(yīng)用隨著傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車的大范圍推廣應(yīng)用,人們的生活變得日益方便舒適,但同時也引起了一系列的能源與環(huán)境問題?；旌蟿恿﹄妱悠囈约叭剂想姵仉妱悠?作為解決環(huán)境和能源問題的一種切實可行的方案,逐漸得到了世界各大汽車廠商的青睞。這是因為與傳統(tǒng)汽車、純電動汽車技術(shù)相比,它們具有以下一些優(yōu)勢:l)效率高;2)續(xù)駛

18、里程長;3)綠色環(huán)保;4)過載能力強;5)低噪音;6)設(shè)計方便靈活。電動汽車與傳統(tǒng)汽車在外形上沒有什么不同,它們之間的主要區(qū)別在于動力驅(qū)動系統(tǒng)。電動汽車采用蓄電池作儲能動力源,給電機驅(qū)動系統(tǒng)提供電能,驅(qū)動電動機,推動車輪前進,是電力驅(qū)動系統(tǒng)。它具有無污染、效率高、噪聲低、更有利于智能化等優(yōu)點。電力驅(qū)動系統(tǒng)可以說是電動汽車的心臟,分為兩個部分:電力部分和機械裝置。其中電力部分主要包括電動驅(qū)動系統(tǒng)功能塊。目前,電力電子技術(shù)在電動汽車上的應(yīng)用與傳統(tǒng)汽車相比,主要增加了在電力驅(qū)動系統(tǒng)上的應(yīng)用,包括電動機調(diào)速系統(tǒng)、能量轉(zhuǎn)換器、充電器等。(1)電動機調(diào)速系統(tǒng)電動機是電動汽車發(fā)動機的主要部件。功率變換器,作

19、為電力電子技術(shù)之一,在電動汽車電機調(diào)速系統(tǒng)中,主要有兩種形式：用于直流電動機的斬波器和交流電機的逆變器。斬波器：對于直流電動機調(diào)速系統(tǒng),一般采用斬波器,其功率電路比較簡單,效率也比較高。隨著功率器件的發(fā)展,斬波器的頻率可做到幾千赫茲,因而很適合用作直流牽引調(diào)速。電動汽車采用直流電機驅(qū)動,無論是串勵電機,還是他勵電機,都采用斬波器作為功率變換器。逆變器：在DC/AC變換方式中,一般采用直流斬波器加逆變器和PWM逆變器兩種方式。由于電動汽車的電源(蓄電池)電壓低,采用前種方式,傳輸能量環(huán)節(jié)過多,會降低整個系統(tǒng)的效率。而采用PWM電壓型逆變器,則線路簡單、環(huán)節(jié)少、效率高。另外,現(xiàn)在還出現(xiàn)了諧振直流環(huán)

20、節(jié)變換器和高頻諧振交流環(huán)節(jié)變換器。由于采用零電壓或零電流開關(guān)技術(shù),諧振式變換器具有開關(guān)損耗小、電磁干擾小、低噪聲、高功率密度和高可靠性等優(yōu)點。 (2)能量轉(zhuǎn)換器電動汽車能量轉(zhuǎn)換器的主要部件是功率器件。目前常用的功率器件有CTO、BTJ、MOSFET、MCT,其中CTO、MCT具有高開關(guān)速度、高能量傳輸能力、優(yōu)越的動態(tài)特性及高可靠性,很適合于電動汽車驅(qū)動,同時,功率器件能影響到能量轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)。直-直流及直-交流轉(zhuǎn)換器各自應(yīng)用于直流電動機和交流電動機。除了通常的脈寬調(diào)制份轉(zhuǎn)換器外,最近有一種電池回授轉(zhuǎn)換器叫做共振直流耦合轉(zhuǎn)換器,它可提供零電壓開關(guān)或零電流開關(guān),具有零開關(guān)損耗、低散熱需要、無需緩沖

21、器工作、高能量密度、很少嚴重的電磁干擾問題、噪聲小及高可靠性的優(yōu)點。(3)充電裝置發(fā)展自動充電器是發(fā)展電動汽車的必要條件,因為它能將交流電網(wǎng)的電能有效補充到每輛電動汽車的蓄電池中。今后為使電動汽車普及,則需要建立蓄電池充電站,每個站必須配備若干套自動充電器。充電器的功能就是將交流電變?yōu)橹绷麟?這就需要用到電工電子技術(shù),使用功率器件。當(dāng)這些充電器用到電動汽車中時,人們對它們提出了更多的要求。要求它們恒流恒壓二段式充電,還要求高效、輕量,有自檢及自動充電等多種保護功能,并且能程控設(shè)定充電時間曲線、監(jiān)視電池溫度,對電網(wǎng)無污染等。這些要求需要電工電子技術(shù)來解決,更突出了電工電子技術(shù)在充電器上的應(yīng)用。3 結(jié)語隨著知識創(chuàng)新、科技創(chuàng)新和高新科學(xué)技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的飛躍發(fā)展,未來的汽車設(shè)計