汽车电子化与发动机电控技术的发展研究

娄　洁徐圣伦

（1.芜湖职业技术学院汽车工程学院　安徽芜湖　241006；2.郑州大学机械工程学院　河南郑州　450006）



汽车电子化与发动机电控技术的发展研究

娄洁1徐圣伦2

（1.芜湖职业技术学院汽车工程学院安徽芜湖241006；2.郑州大学机械工程学院河南郑州450006）

摘要：车是工业时代的标志性产物，也是现代消费的必需品。随着数字时代的加速发展，电子化技术在汽车上的运用也变得更为重要，把汽车行业的发展引入了一个全新的信息时代。文章通过研究汽车电子化和发动机电控技术的发展现状，更进一步的探讨现代汽车发动机电控技术的运用和发展趋势。

关键词：汽车电子化；发动机；电控技术；控制系统

在20世纪50年代至80年代，前人扩展了世界对汽车电子技术的运用范围，把单纯的汽油发动转化为电子化发动，改变了单一的控制重心，以便更好的实现特定的控制程序。在1995年之后，汽车电子化已经开始实现了用计算机作为控制中心，并且能够实现多功能的集中管理程序。伴随着CAN总技术和计算机技术的融合，电子控制技术开始进入全能化的控制管理。直至今日，汽车行业的发展势不可挡，要想更好的提高汽车行业的发展进度，理应更好的去研究汽车电子化的控制核心：汽车发动机的电控技术研究。正常进行。21世纪里，汽车发动机电子智能化技术研究已经有了新的阶段性跨越，新的技术工艺主要对象是当前汽车工业的程序性发展有较大影响力。精微型磁体和智能线路集结板以及高驱动能力的发电机的微型化，很大程度上对汽车中枢控制的控制力度进一步加强。而如今汽车电子技术已发展到第四代，即发动机的电控技术已包括含微机技术和传感器技术和优化控制技术以及网络技术还有机电一体化耦合交叉技术等综合技术的小系统，且从科研阶段进入了商品生产的成熟阶段，进一步加大了汽车行业的发展[1]。

一、汽车电子化的发展状况二、汽车电控技术的运用

汽车的电子化的发展并不是单一的计算机技术发展，它还包含着智能操控、科技信息、能源新工艺技术、车体智能化等。而这些技术的发展又需要多种技术的综合运用才能得以

汽车要想更好地实现电子化全面发展，就要更好地去改善发动机的电控技术。而电控技术发动机是汽车保证可靠性的前提，一般越繁琐的系统，可用性就会更好。

（一）动力控制原理。电控发动机主要包括智能电子操控、自动变速调节还有能源传输集成的复合智能电子操控系统等，整个操控结构多数是由传感器、执行器和电控单元(ECU)组成，如图1所示。以保证汽车能够在许多不同的情况下处于最佳状态下进行的前提，还能够方便使用者的操作，进一步降低油耗和尾气的排放量，减轻质量传输系统的冲击和碰撞，减缓使用者的疲劳等级，进一步提升汽车的驱动能力、性价比和整体感。

图1　电控系统组成

（二）电控系统的底盘。电源调控系统的底盘是由制动非静态和Elevatedbody控制系统、自动寻路调控系统、车轮监测以及轮胎温度传感系统TPMS、自动调节车体平衡程序(ABS/ASR、ESP/VDC)、拉力控制系统、逆行控制系统、驱动操控系统等组成。汽车的安全性、柔软性和驱动能力等都是利用它来提高的。最近几年，普通轿车上也已普遍使用此类型的电源调控系统程序。

（三）车身的电控系统。防护气罩(SRS)、传感识别座椅、自动冷暖气调控、自动降噪、中央防窃设置、安全照明控制、智能刮水器、智能门窗、智能防撞系统以及许多适用于多种用电设备的电源控制系统都属于汽车发动机的电控系统配置。这些系统配置的运行增加了汽车的使用的安全性以及使用者的个体感受[2]。

（四）休闲便捷系统。车载多媒体系统、语音识别系统、驾驶员信息确认系统、自动交通系统、计算机网络系统、状态监测与故障诊断系统等车辆导航系统、GPS/DGPS等都属于汽车的娱乐设施系统，主要是由多媒体娱乐系统和通信系统组成。这些通常是用来实现“人、车、外界环境信息”的理念的，能够更好地安排汽车各个系统的电子控制功能，提高汽车的行驶效率。

三、汽车发动机电控技术发展趋势

从20世纪末开始到如今的飞速发展，汽车行业可谓是跨越了多个转折性的时代才有了今天的成就，汽车电子化的发展离不开其技术的不断改善和创新，还有各种处理器和系统的融合，其中最为重要和基础的是汽车发动机电控技术的发展。

（一）驱动能力。汽车上所使用的发动机驱动执行器一般有电磁式、电动式和气动或液动式。电磁和电动式的执行器是以电做为主要能源驱使操作机构工作，其空间占位小、质量低、处理速率块、节能减排是其主要的设计核心，若是与气动/液动式执行器相对比，输出驱动能力就相对较弱，在电控系统中进行大驱动输出时，不能完全满足其运行的需求。然而，伴随着新能源工艺（新材料）新材质设计的制作，使得电磁和电动式这两种执行器的驱动能力大大提升，从而逐渐代替了液动/气动执行器，尤其在新汽车能源工艺中将42V新电源系统运用其中后，输出的驱动能力将会再进一步的提升，其反映速率也会随之相应增加。

随着汽车电控技术的飞速发展，智能电子自动化逐步加快，智能传感器在汽车发动机上使用的类型和数量的增加，使其向着多元化、复合化、自动化和微型化方向发展。它能够使自动化集成传感器不仅能用于模拟和处理相互关联以及外界传输进来的信息，还能指定性进行信号发射和信号搜寻等的处理;与此同时，它能自行进行时漂、温漂和非线性的自我修正，拥有很强的抵御外界电磁干扰的性能，为智能传感器信号的运行营造一个良好的环境，即便在非常严酷的使用条件下仍然能够保证较强的精度；它还拥有结构紧密、便捷安装的特点，进而免受机械特性的不良影响。目前，第三代奔驰发动机采用BlueDIRECT（缸内直喷）技术，如图2所示，不仅加快了其驱动能力，降低了耗油量，并通过运动化的调校可在低转速下实现超高扭矩，为驾驶者提供愉悦的驾驶感[3]。

图2　Blue DIRECT（缸内直喷）技术

（二）智能操控系统。当前在汽车智能操控系统中，普遍将PID控制作为其运行的基础理念，这不仅仅是一种单纯的通过利用单输入/输出、线性定常系统的经典控制理念，还考虑了多数汽车中常常需要进行控制的对象，因而会存在较为强大的时变性和非线性。因此，控制系统中的线路的输入和输出参数也越来越复杂、繁琐和精细，通常利用以状态空间为主，适用于多输入/输出、非线性时变系统的现代控制理论为辅，调整其控制力、智能性、模糊控制系数等，增添其发展价值[4]。

（三）ECU处理器。微处理器在汽车发动机电控技术中的运用，使得汽车电子化进入到了新的发展阶段，随后，ECU被广泛在汽车能源传动装置、汽车本体、安全配置等电控系统中使用。其电子控制组件主要是以微机为核心，因为汽车依赖ECU高驱动、高效率的信息处理能力，可对某些车体特定部位进行即时监控，并且通过芯片反馈至中枢管理中心，但普通的芯片开发出来的却不会具备此种功能。所以说，开发出具有自带A/D与D/A、自我诊断、多路同步进行即使监控、高输入/输出等功能的汽车专用ECU系统具有很好的现实意义。然而伴随着汽车电子控制国际复合化，ECU需要在微调的控制力上的需求量大幅度上升，因此，32位和64位ECU将会是未来汽车用ECU的发展方向，高驱动、高效率的ECU处理器将成为车用微处理器的主流[5]。

（四）发动机再循环自控系统。国外先进技术研究显示，把少数的排气再一次重复放入气缸中和新鲜可燃气体焚烧后，能够控制一定量的NOx的产生，采取用气门重叠发生排气回放内部再循环方法外，更多的是利用合适的管道将少数气体引进气管，把ECU控制的再循环开关改变流通载面来管理排气量，完成再循环排气的作用，提高发动机运行功率。再循环电控系统主要先是由ECU依据发动机的转动速度、节气门打开程度、水温冷却程度等，算出最好的再循环排气效率，再经过再循环阀门的打开程度来完成自控过程。另外，ECU对再循环控制系统的掌控是通过对真空调节阀门来完成的，真空调节阀主要是电磁式的，用来把ECU输出的信号变为气压改变，进一步完成对气式再循环控制系统的改善，这也是对发动机的功率运行效率的一种反馈，提升了自控系统的精准性。

（五）发动机故障智能处理系统。现在一般的汽车发动机电控系统都会有一套自我诊断系统进行自我检测，检查各个部件以及系统的损坏。例如像传感器，可以查看其信号的好坏程度来判断其是否出现故障；执行器，可在电路上重复检查其回路是否正常运行，一旦出现事故，发动机则会通过自控处理系统关闭其系统或者自我诊断。故障智能处理系统定时监视每个自控系统的工作运行情况，一旦出现事故，汽车的仪表盘上会有报警灯指示，更好的电控系统还会闪烁不同的灯表示不同的故障原因，然后把某次的故障原因通过智能处理器记录下来以避免下次重复出现这种情况。电动机故障智能处理系统的出现，进一步解决了长久以来繁琐的自控系统无法准确判断故障的难题[6]。

四、总结

汽车发动机的电控技术整合了机械、电子以及计算机信息控制技术的综合应用，每个环节都有着不可或缺的作用，缺少任何一个步骤都可能导致全部系统的混乱甚至瘫痪。就我国目前的汽车行业发展而言，解决发动机电控技术的缺陷是关键，只有能更好的运用发电机电控技术才能更好的去完善汽车装置，降低汽车中有害物质尾气的排放量、完善发动机的运行程序、提升发动机的运转性能，将汽车行业推向一个全新的领域。

参考文献：

[1]田维.发动机专业学习电控技术的必要性[J].考试周刊，2012(5):174-175.

[2]潘定海.汽车技术发展的电子化、一体化集成和智能化趋势及其对国内发展现状的反思和建议[J].中国集成电路，2013(7):47-60.

[3]何时清.柴油发动机电控技术发展及展望[J].中国高新技术企业，2014(3):76-76.

[4]池杜旺,黄春梅.项目式教学在《发动机电控技术》课程中的应用[J].韶关学院学报，2014(2):86-90.

[5]蒋文娉.现代汽车发动机电控系统故障诊断及维修探究[J].学园(教育科研)，2012(5):174-175.

[6]武有军.现代轿车发动机电控技术及应用[J].科技创新导报，2010(7):106-107.

[责任编辑郑丽娟]

中图分类号：U464.9

文献标识码：A

文章编号：2095- 0438（2015）06- 0151- 03

收稿日期：2015-02-20

作者简介：娄洁（1973-），女，山东临沂人，芜湖职业技术学院副教授，硕士，研究方向：汽车及其零部件制造和新能源汽车；徐圣伦（1995-），男，黑龙江绥化人，郑州大学机械工程学院2013级学生。

基金项目：安徽省教育厅自然科学研究重点项目（KJ2014A282）。