汽車的工作原理

【專家解說】：一、電控技術在汽車上的應用1．汽油發(fā)動機    電控技術在汽油發(fā)動機上得到廣泛應用，包括點火裝置、汽油噴射、排氣再循環(huán)、電動油泵、發(fā)動機增壓、廢氣后處理和系統(tǒng)自我診斷等方面。其中電子燃油噴射（EFI）最為典型，它以ECU（電控單元）為控制中心，根據(jù)傳感器測得的發(fā)動機各種參數(shù)，按照預先設置的程序，精確計算出進入氣缸的空氣量，通過控制噴油器調整供油量，使發(fā)動機在各種工況下都能獲得最佳濃度的混合氣，保證發(fā)動機處于最佳的工作狀況。    現(xiàn)代汽油發(fā)動機已從單項的點火電控開始，逐步發(fā)展為綜合控制，即發(fā)動機管理系統(tǒng)。它包括噴油噴射控制（EFI或GDI直噴）、點火時刻控制（ESA）、爆震控制、電控節(jié)氣門（ETCS）、怠速控制（ISC）、可變氣門／升程控制、進氣控制、炭罐凈化控制、燃油泵控制、氧傳感器加熱元件控制、可變氣缸排量控制和自診斷系統(tǒng)等。2．柴油發(fā)動機    柴油機的電控技術主要應用于高壓噴射，廢氣再循環(huán)，廢氣后處理裝置等。在高壓噴射系統(tǒng)中采用先進技術是泵噴嘴和共軌燃油噴射系統(tǒng)。    其共軌燃油噴射系統(tǒng)由高壓油泵，電磁閥、壓力傳感器和電控裝置所組成，它與泵噴嘴等噴油系統(tǒng)不同，是將燃油壓力的產(chǎn)生和噴油過程彼此完全分開的一種供油方式。共軌系統(tǒng)中燃油壓力由高壓泵產(chǎn)生，儲存在共軌內，時刻準備噴射。其壓力的大小與發(fā)動機轉速無關，共軌中的燃油壓力由電磁閥控制，電控單元則作用于噴油器電磁閥上的脈沖信號控制噴油全。    共軌燃油噴射集計算機控制，現(xiàn)代傳感技術和先進噴油器于一身，它不僅能達到較高的噴油壓力，頭現(xiàn)噴油壓力和噴油量的控制，還能買現(xiàn)預噴，后噴多次噴射從而優(yōu)化了噴油特征，降低了柴油機的噪聲，減少了廢氣排放。3．變速器    變速器中采用電控裝置的有手／自一體變速器、自動變速器和無級變速器多種，以電控自動變速器為例，其自動換檔系統(tǒng)由計算機或微處理器控制。電子控制裝置是控制系統(tǒng)的核心，它通過檢測節(jié)氣門位置、車速、輸入軸轉速等傳感器直接傳輸?shù)男盘枴Ｒ约鞍l(fā)動轉速、發(fā)動機水溫、進氣溫度等參考信號，操縱液壓系統(tǒng)中各個控制閥的動作，實現(xiàn)自動換檔，自動控制離合器及油門開度。并能自動選擇最佳換檔控制，得到最佳檔位和換檔時間。它具有加速性能好，靈敏度高，能準確地反映行駛負荷和道路條件等優(yōu)點。4．轉向系統(tǒng)    當今，采用電控技術的轉向系統(tǒng)由電控液壓動力轉向、電動動力轉向和線控轉向三種。典型的電控（電動）動力轉向系統(tǒng)由機械轉向裝置、助力電機、電磁離合器、減速器、扭矩傳感器、車速傳感器和電控單元（ECU）等組成。系統(tǒng)以電動機取代傳統(tǒng)的液壓助力缸為動力源，轉向盤轉動時，扭矩傳感器將檢測到轉向盤上的扭矩信號和專項信號傳遞給電控單元，電控單元又同時接受來自車速傳感器的車速信號，經(jīng)數(shù)據(jù)分析，由電控單元向助力電機發(fā)出指令，使其產(chǎn)生適當?shù)呐ぞ貛愚D向輪進行轉向。    電控動力轉向系統(tǒng)能自動改變轉向盤的操縱手感，使手操縱力能根據(jù)車速的變化隨時自動進行調節(jié)，低速行駛時轉向靈活，變輕；加速和高速行駛轉向變重。5．制動系統(tǒng)    ABS（制動防抱系統(tǒng)）是制動系統(tǒng)中典型的使用電控技術的裝置。它由車輪轉速傳感器，液壓調節(jié)器和電控單元所組成。在汽車制動過程中，電控單元檢測各車輪車速傳感器輸入的信號，按特定的程序和計算方法，判斷出哪一個車輪有抱死的趨勢，并轉變?yōu)榭刂菩盘?，通過調節(jié)液壓調節(jié)器中電磁閥的電流速度，改變滑閥的位置和制動液的流向，調節(jié)將要抱死車輪制動器的制動力，以防止車輪抱死。    與制動系統(tǒng)相關的，采用電控技術的還有電子制動力分配系統(tǒng)（EBD）、牽引力控制系統(tǒng)（TCS）和電子穩(wěn)定程序（ESP）等。    這些系統(tǒng)的最新發(fā)展是車輛動態(tài)集成管理系統(tǒng)（VDIM），它是在車輛穩(wěn)定控制系統(tǒng)（VSC）基礎上，對ABS、TCS、EPS（電動助力轉向）、ESP和EBD等進行集中管理系統(tǒng)。VSC是在接近極限狀態(tài)時才實現(xiàn)實時控制，而VDIM能在接近極限前有一個準備階段，然后實施控制，因而能較VSC以更快速度識別車輛的行駛狀態(tài)，并進行控制，進一步提高車輛的安全性能。    在VDIM中，多個執(zhí)行器是同時工作的，其發(fā)動機、制動器和轉向器的執(zhí)行器通過互相協(xié)調，使車輛獲得行駛和操縱穩(wěn)定性。6．懸架    它主要是以計算機控制懸架剛度、減振器阻尼力和車身高度調節(jié)的電控主動懸架系統(tǒng)，其由信號輸入裝置、懸架剛度及減振器阻尼力調節(jié)裝置、車身高度調節(jié)裝置及懸架電控單元所組成。    該系統(tǒng)將車速、車輛振動加速度、車身距路面的高度、轉向輪角速度等參數(shù)通過傳感器傳遞給電控單元，電控單元綜合處理后輸出控制信號，主動調節(jié)懸架剛度，減振器阻尼系數(shù)和車身高度，從而有效地抑制轉向時車輛側傾，制動時前部點頭和加速行駛時后部下沉等汽車姿態(tài)的變化，能明顯提高乘坐舒適性，行駛平順性和操縱穩(wěn)定性。7．安全氣囊    安全氣囊是一種乘員輔助保護裝置。在汽車發(fā)生碰撞時，它輔助安全帶對駕乘人員進行保護。安全氣囊一般由傳感器、電控單元、氣體發(fā)生器、氣囊等所組成。傳感器感受汽車碰撞程度，并將信號傳遞給電控單元。電控單元接受信號并進行處理。當它判斷有必要打開氣囊時，立即發(fā)出點火信號從觸發(fā)氣體發(fā)生器，迅速點火并產(chǎn)生大量氣體給氣囊充氣。    為了對駕乘人員進行全面保護，當今在眾多高檔轎車及SUV上不但標準裝備了正側面安全氣囊，還配備了側面安全氣簾等。    目前安全氣囊技術正朝著智能化、小型輕型化、環(huán)保型方向發(fā)展。在智能化安全氣囊系統(tǒng)中集成了先進的傳感器技術和信息處理系統(tǒng)。它比傳統(tǒng)安全氣囊具有更多傳感器，裝備了多級氣體發(fā)生器，能在事故發(fā)生的短暫時間里可靠提供汽車碰撞劇烈程度，碰撞形式（正面或側面）。駕乘人員的身材、體重、乘坐位置和姿態(tài)，是否系有安全帶等信息，通過電控系統(tǒng)計算分析，決定安全氣囊何時及以何種程度展開，從而對成員提供最優(yōu)化的保護。    集成安全系統(tǒng)則是當今汽車廠商和汽車電子零部件制造商的開發(fā)趨勢。奔馳按集成安全理念將安全防護分成七個階段。    當檢測到汽車處于臨界駕駛狀態(tài)時，會給出報警信號；接著ABS、BA（制動輔助）和ESP開始在互動干預，前座安全帶開始收緊，后座自動調整姿勢防止撞擊；當傳感器檢測到明顯的碰撞以外事故時，切斷燃料供應，碰撞緩沖和吸能裝置開始發(fā)揮作用，安全帶被鎖定，根據(jù)情況判斷打開安全氣囊；事故后，根據(jù)預先設定的報警電話自動報警。    除了安全氣囊，電控技術在汽車車身上的應用還有自適應空調，中央防盜門鎖，自動刮水器，防撞系統(tǒng)等方面。    二、汽車電控技術的發(fā)展趨勢    隨著電子工業(yè)和信息產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，為汽車集成控制和信息交換提供了先進的技術平臺，也為優(yōu)化人-車-環(huán)境的和諧發(fā)展奠定了基礎。1．傳感器技術    隨著汽車電控系統(tǒng)的普遍采用和多樣化，將使其所需的傳感器種類和數(shù)量不斷增加。除要求傳感器小型化有更高的精度和穩(wěn)定性外，也將促使以新材料和敏感元件組成的智能集成傳感器的發(fā)展和應用。2．微處理器技術    由于現(xiàn)代車輛的信息不斷增加，以及集成電控系統(tǒng)的發(fā)展，要求微處理器體積小、集成度高，并能實現(xiàn)復雜控制。目前微處理器芯片的已由16位發(fā)展到32位。其發(fā)展趨勢為：要在同一時間實現(xiàn)多路同步實時控制，建立高級專用編程語言，軟件實現(xiàn)多項功能和測試數(shù)據(jù)共享，以滿足汽車的多參數(shù)變化。3．多路傳輸技術    由于汽車電子技術的發(fā)展和電控裝置的多樣化，大量傳感器、微處理器和執(zhí)行元件組成了一個復雜的信息交換和處理系統(tǒng)，致使傳輸導線大量增加，也增加了電磁干擾，降低了信號傳輸?shù)馁|量和系統(tǒng)可靠性。開發(fā)和使用具有抗故障性和數(shù)據(jù)交換準確性的多路傳輸技術，能有效地解決傳輸信息量和電磁干擾的影響。4．集成電控技術    汽車電控的發(fā)展方向是向集成控制發(fā)展，將發(fā)動機管理系統(tǒng)和自動變速器集成為動力傳動系統(tǒng)的綜合控制系統(tǒng)，以及前述的車輛動態(tài)集合管理系統(tǒng)和集成安全系統(tǒng)等。它們均通過微處理器復雜的控制運算，對各子系統(tǒng)進行協(xié)調，將車輛的動力、操控、行駛和安全性能控制在最佳水平。5．42V供電系統(tǒng)    隨著汽車電子裝置的廣泛采用，現(xiàn)有的12V動力源已滿足不了車上電氣系統(tǒng)的需要。今后將采用集成起動機-發(fā)電機的42V供電系統(tǒng)，42V汽車電氣系統(tǒng)的實施，將會使汽車電器零部件的設計和結構發(fā)生重大的變革。此外，42V系統(tǒng)還有利于提高燃油經(jīng)濟性和降低廢氣排放。6．線控技術    線控技術的采用將使汽車的機械結構發(fā)生重大的變革，使汽車的操控系統(tǒng)向電子化和電動化發(fā)展。它將導線代替原來的機械傳動機構，例“線控轉向”、“線控制動”、“電子油門”等。在線控系統(tǒng)中，操縱裝置與執(zhí)行器之間是靠電信號聯(lián)系而非機械連接，駕駛員的操縱力由傳感器轉換成一個電信號，并將此信號傳遞給ECU，再由ECU結合其它數(shù)據(jù)向執(zhí)行機構發(fā)出指令完成操作。