第
1
章
汽車電子控制系統概述
第一節
汽車電子技術的發展背景
汽車既可作為生產運輸的生產用品，
又可作為代步、
休閑、
旅游等消費用品，
汽車技術的發展是人類文明史的見證。
隨著社會、
經濟的發展，
汽車成為人類密
不可分的伙伴。
當然，
汽車的發展也帶來了一些負面的影響，
如隨著汽車保有量
的增加，交通條件、安全、環境污染也成了日益嚴重的問題。汽車的安全、環保
和節能是當今汽車技術發展的主要方向。
一、安全、環保和節能推動了汽車技術的發展
汽車的安全性是人類社會的一大禍害，
車輛的制動安全性、
驅動安全性與行
駛安全性是道路交通安全事故的三大主要根源。
全世界每年由于交通事故死亡約
50
萬人，排在人類死亡原因的第
10
位；我國目前每年因交通事故死亡占全國總
死亡人數的
1.5%
，約每年
10
萬人。為此，科技人員從汽車的主動安全性和被動
安全性兩個方面著手，
設計了防滑控制系統、
車輛姿態控制系統、
智能防撞預警
與應急保護系統、碰撞后的保護系統等一系列電子控制裝置。
HC
和
NOx
混合在一起，在強烈的陽光照射下，會發生一系列光化學反應，
產生臭氧和各種化合物。臭氧（
O
3
）具有很強的氧化性和毒性。
1963
年美國洛
杉磯地區發生了光化學煙霧事件，
促使各國對大氣污染的重視研究。
據統計，
城
市大氣污染物一氧化碳（
CO
）
、碳氫化合物（
HC
）和氮氧化物（
NOx
）的主要污染
源是汽車排氣。因此，世界各國都相繼制訂了日益嚴格的汽車排放物限制法規。
此外，隨著汽車保有量的增加，汽車噪聲也是環境保護的重點治理對象。于是，
現代轎車普遍裝有噴油與點火控制、
廢氣再循環及三元催化等發動機尾氣控制裝
置。人們還在降低機械噪聲、隔振、隔音等方面進行了大量的實驗與改進工作。
進入二十世紀
70
年代，全球的石油危機，使汽車節能問題受到世界各國高
度重視，
汽車耗油量被相應的法規限制，
并成為汽車報廢的一個主要標志。
到二
十世紀末，
美國政府提出了耗油為
3L/100
km
的
“
3
升車”
計劃
。
傳統的化油器等
發動機部件雖然有了很大的改進，
仍然滿足不了排放和油耗兩大法規的要求。
可
見，
傳統技術已無能為力，
只有采用汽油噴射及電子點火等易于應用的電子控制
新技術，才能有所突破。
二、電子信息技術的發展推進了汽車技術向集成與智能邁進
汽車技術特別是汽車電子控制技術在世界較發達國家發展迅猛，
其先決條件
是電子技術和計算機技術的迅猛發展。
二十世紀物理學的革命，
促使半導體技術
的迅速發展，尤其是集成電路（
IC
）和大規模集成電路（
LSI
）及超大規模集成
電路（
VLSI
）的發展，使電子元件過渡到了功能塊和微型計算機，不僅功能極
強，而且價格便宜，可靠性好，結構緊湊，響應敏捷，迅速推動了汽車電控技術
的發展。
由于電子信息技術的發展，
以及近年來嵌入式系統、
局域網
CAN
（
Controller
Area Network
）和數據總線
DB
（
Data Bus
）技術的成熟，汽車電子控制系統的
集成成為汽車技術發展的必然趨勢。
原先單一項目控制的燃油噴射控制、
點火控
制、排放控制、自動變速控制等，發展成為多功能的集成控制系統。如：發動機
的電子控制技術是從控制點火時刻開始的，上世紀九十年代初發展到汽油噴射、
點火控制、
排放控制等多項內容復合的發動機集中控制系統；
上世紀末又將發動
機控制、驅動防滑控制系統等復合
,
成為動力控制系統或牽引控制系統（
TCS,
Traction
Control
System
）
。
又如：
戴姆勒—克萊斯勒公司
(Daimler
—
Chrysler)
的測控一體化制動系統（
SBC
，
Sensotronic
Brake
Control
）
，把制動踏板行程、
轉向角度、輪速、車速等信號集合，通過制動防抱死（
ABS
，
Anti
—
Lock Brake
System
或
Antilock Braking System
）或電子穩定控制程序（
ESP
，
Electronic
Stability Program)
系統控制制動過程。
傳感技術和計算機技術的發展，加快了汽車的智能化進程。日本豐田公司
（
Toyota
）和德國德科電子公司（
Delco
）聯合開發的智能車速控制系統，駕駛
員可以選擇滯后前車一定的時間（
1.8s
、
2.0s
、
2.4s
）
，通過前保險杠的雷達傳
感器測距來控制，
并與前車保持一定的距離。
德國德爾福電子系統公司
（
Delphi
）
的熱管理系統，
把信號送入系統中央控制器后，
可以根據乘員的衣著和心理反應
進行自動調節氣流溫度、流量、流動方向等，滿足各個乘員的舒適性。智能汽車
導航系統集合了嵌入式計算機、彩色顯示器和衛星定位系統（
GPS
）等技術，由
于“藍牙技術”
（
Bluetooth
）的應用，預計衛星定位這項技術將在我國得到迅速
推廣。
網絡化是未來車輛的必然選擇，集發動機控制、底盤控制、車身控制、以及
安全、通訊、娛樂等于一體的網絡汽車的出現也是指日可待。
三、汽車電子技術應用的優越性
由于電子技術、
計算機技術和信息技術等新技術的發展和應用，
汽車電子控
制在控制的精度、
范圍、
適應性和智能化等多方面有了較大發展，
實現了汽車的
全面優化運行。因此，在降低排放污染、減少燃油消耗、提高安全性和舒適性等
方面，電子控制汽車有著明顯的優勢。
1
．減少汽車修復時間
汽車電氣設備的故障約占汽車總故障的
1/3
。由于汽車構造比較復雜，零部
件比較多，工作環境不可控制（如道路條件，環境的溫、濕度），加上人為的因
素，
所以汽車的可靠性差，
無故障間隔時間短；
隨著電氣設備在汽車零部件中比
例的增加，電氣設備的故障率還會提高。由于電子控制汽車均裝有自診斷系統，
提高了故障診斷的速度和準確性，
從而縮短了汽車的修復時間，
帶來很好的社會
效益和經濟效益。
2
．節油
汽車發動機采用電子綜合優化控制，
與傳統的化油器式發動機相比，
可以節
約燃油消耗
10%~15
％左右。汽車是一個較復雜的多參數控制的機械，而且行駛
條件隨機變化。
對其采用優化控制后，
計算機可以對控制對象的有關參數
（如溫
度、氣體壓力、轉速、排氣成分）進行適當采樣，然后進行數據處理，最終控制
汽車的執行機構，
這樣便可使汽車在最佳工況下工作，
以達到節油目的。
發動機
各部件的優化控制主要有：
電子控制點火裝置、
電子控制汽油噴射和混合氣濃度
控制裝置等，
此外還有發動機閉缸控制節油裝置、
怠速控制、
廢氣再循環控制和
爆震控制等優化控制。
3
．減少空氣污染
用傳感器控制的發動機空燃比閉環控制系統，
可以保證空燃比處于理論空燃
比附近工作。
若加裝廢氣再循環和三元催化凈化等裝置，
不但可以節約燃油，
而
且廢氣中碳氫化合物（
HC
）的體積分數可降低
40
％，氮氧化合物（
NOx
）的體
積分數可降低
60%
左右。
4
．減少交通事故
電子技術在汽車安全方面得到應用后，
使整車的安全性能提高。
交通事故主
要由人的主觀因素和客觀因素所造成，減少人的主觀因素造成事故的電子裝置