汽车电子技术

汽车电子技术

1. 电动玻璃升降器

现在许多轿车门窗玻璃的升降(关闭和开启)已经抛弃了摇把式的手动升降方式，一般都改用按钮式的电动升降方式，即使用电动玻璃升降器来控制，也就是常说的“电动门窗”。

轿车用的电动玻璃升降器多是由电动机、减速器、导绳、导向板、玻璃安装托架等组成。因导绳的材料或制作工艺方式不同，又分为绳轮式、软轴式和塑料带式三种电动玻璃升降器。前二种是用钢丝绳做为导绳，后一种是用塑料带做为导绳。

以普遍使用的绳轮式电动玻璃升降器为例，它是由电动机、减速器、钢丝绳、导向板和玻璃安装托架等零部件组成，安装时门窗玻璃固定在玻璃安装托架上，玻璃导向槽与钢丝绳导向板平行。开启电动机，由电动机带动减速器输出动力，拉动钢丝绳移动玻璃安装托架，迫使门窗玻璃作上升或下降的直线运动。而塑料带式电动玻璃升降器的导绳采用塑料带，带上有孔，用来移动和定位塑料带，控制门窗玻璃的升降。

电动玻璃升降器结构的关键是电动机和减速器，这两者是组装成一体的，其中电动机采用可逆性永磁直流电动机，电动机内有两组绕向不同的磁场线圈，通过开关的控制可做正转和反转，也就是说可以控制门窗玻璃的上升或下降。电动机是由双联开关按钮控制，设有升、降、关等三个工作状态，不操纵时开关自动停在“关”的位置上。操纵电路设有总开关（中央控制）和分开关，两者线路并联。总开关由驾车者，控制全部门窗玻璃的开闭，而各车门内把手上的分开关由乘员分别控制各个门窗玻璃的开闭，操作十分便利。

电动机的质量直接关系到电动玻璃升降器的正常工作，它一定要具有体积小、重量轻、防护等级高、噪声低、电磁干扰小、运行可靠等特点。现代轿车已广泛应用微电子技术，电机工作会发射电磁波干扰其它电器件的工作；前几年通用汽车公司一篇售后分析报告显示，近40%的电动玻璃升降器故障是由电动机密封性差引起的。因此，减少电磁干扰和解决电机密封性问题巳成为近年汽车电机技术的热门话题。

90年代中期以来，电动玻璃升降器的控制机构技术发展很快，电子模块控制形式大量应用于批量装车，并设有安全保护装置。例如博世公司生产的电动玻璃升降器系统，在电动机中埋植磁环，感应电机转速，在电子模块中埋植霍尔元件，感应电流，并通过电子模块控制对电动机的过流、过压及过热保护，而且当玻璃上升途中遇到人力障碍时会自动识别而反向运行，防止乘员夹伤。(2000.2.25)

2. 轿车中央门锁装置

现代轿车有一种叫“中央门锁”的东西，是指设在驾驶座门上的开关，是可以同时控制全车车门关闭与开启的一种控制装置。这种“中央门锁”控制装置，早在上世纪70年代已经装配在轿车上，经过二十余年时间，这种门锁控制装置已经应用得比较普遍了。

中央门锁采用一个开关去控制另一些开关，它用电磁驱动方式执行门锁的关闭与开启。中央门锁执行机构分两种型式：一种是电磁线圈型式，另一种是直流电动机形式。二种形式都是通过改变直流电的极性来转换物体运动方向，执行关闭或开启动作的。

目前轿车的中央门锁多是电磁线圈型式。它的工作过程是这样的：

锁门：给电磁线圈正向电流时，衔铁带动连杆向左移动，扣住门锁舌片。

开门：给电磁线圈反向电流时，衔铁带动连杆向右移动，脱离门锁舌片。 直流电动机式的工作原理是，连杆驱动力由可逆转的直流电动机提供，利用电动机的正转和反转来完成锁门和开门的动作。

以上是中央门锁的工作过程。实际应用要复杂一些，要考虑电磁线圈或电动机的启动电流值，当轿车四门门锁同时动作的一瞬间，其电流值的变化会造成车上整个电路网络的不平衡。因此，除了中央门锁开关要经过继电器控制电磁线圈或电动机外，还要装置电容器电路，利用电容器的充放电特性避免车上电流发生大幅度波动。（2000.7.4）

3. 轿车中央门锁装置

现代轿车有一种叫“中央门锁”的东西，是指设在驾驶座门上的开关，是可以同时控制全车车门关闭与开启的一种控制装置。这种“中央门锁”控制装置，早在上世纪70年代已经装配在轿车上，经过二十余年时间，这种门锁控制装置已经应用得比较普遍了。

中央门锁采用一个开关去控制另一些开关，它用电磁驱动方式执行门锁的关闭与开启。中央门锁执行机构分两种型式：一种是电磁线圈型式，另一种是直流电动机形式。二种形式都是通过改变直流电的极性来转换物体运动方向，执行关闭或开启动作的。

目前轿车的中央门锁多是电磁线圈型式。它的工作过程是这样的：

锁门：给电磁线圈正向电流时，衔铁带动连杆向左移动，扣住门锁舌片。

开门：给电磁线圈反向电流时，衔铁带动连杆向右移动，脱离门锁舌片。

直流电动机式的工作原理是，连杆驱动力由可逆转的直流电动机提供，利用电动机的正转和反转来完成锁门和开门的动作。

以上是中央门锁的工作过程。实际应用要复杂一些，要考虑电磁线圈或电动机的启动电流值，当轿车四门门锁同时动作的一瞬间，其电流值的变化会造成车上整个电路网络的不平衡。因此，除了中央门锁开关要经过继电器控制电磁线圈或电动机外，还要装置电容器电路，利用电容器的充放电特性避免车上电流发生大幅度波动。（2000.7.4）

4. 汽车上的数据总线

20世纪90年代以来，汽车上由电子控制单元指挥的部件数量越来越多，例如电子燃油喷射装置、防抱死制动装置（ABS）、安全气囊装置、电控门窗装置、主动悬架等等。随着集成电路和单片机在汽车上的广泛应用，车上的ECU数量越来越多。因此，一种新的概念——车上控制器局域网络CAN（Controller Area Netwrk）的概念也就应运而生了。为使不同厂家生产的零部件能在同一辆汽车中协调工作，必须制定标准。按照ISO有关标准，CAN的拓朴结构为总线式，因此也称为CAN总线。

那么，什么是数据总线呢？打个比方，一个农场要把自己的蔬菜产品运送到县城批发市场，又要把牛奶送到县城乳品加工厂，还要把甘蔗送到县城制糖厂。农场主可以为每一种产品专门修一条公路，一共需要修三条路。不过他肯定不会这样做，他只需要修一条通往县城的路，到达县城后才转向不同的目的地。这样，一条路就搭载了各种不同的产品。同样的道理，数据总线搭载了不同的信息，这些信息由不同的部件发出，到达另一些不同的部件。

正如公路运输需要交通规则来维持正常的运作，数据总线也需要规范信息的流动。一种基本的规则是分时。在这种规则下，数据总线在每一时刻只能被两个部件占用，在两个部件之间传送信息。由于电信息传播的速度极快，数据总线完全可以满足许多部件进行分时信息传递的需要。 在现代轿车的设计中，CAN已经成为必须采用的装置，奔驰、宝马、大众、沃尔沃及雷诺汽车都将CAN作为控制器联网的手段。由于我国中高级轿车主要以欧洲车型为主，因此欧洲车应用最广泛的CAN技术，也将是国产轿车引进的技术项目。目前汽车上的网络连接方式主要采用2条CAN，一条用于驱动系统的高速CAN，速率达到500kb/s，另一条用于车身系统的低速CAN，速率是100kb/s。

驱动系统CAN主要连接对象是发动机控制器（ECU）、ASR及ABS控制器、安全气囊控制器、组合仪表等等，它们的基本特征相同，都是控制与汽车行驶直接相关的系统。车身系统CAN主要连接对象是四门以上的集控锁、电动车窗、后视镜和厢内照明灯等。在信息社会中，有些先进的轿车除了上述两条总线，还会有第三条CAN总线，它主要负责卫星导航及智能通讯系统。

目前，驱动系统CAN和车身系统CAN这两条独立的总线之间没有关系。工程师将逐步克服技术障碍，设置“网关”，在各个CAN之间搭桥实现资源共享，将各个数据总线的信息反馈到仪表板总成上的显示屏上。驾车者只要看看仪表板，就可以知道各个电控装置是否正常工作了。

一些汽车专家认为，就像汽车电子技术在20世纪70年代引入集成电路、80年代引入微处理器一样，近10年数据总线技术的引入也将是汽车电子技术发展的一个里程碑。（2000.7.27）

5. 展望42伏特电源的实施

实施42伏特的作用是在现有汽车空间条件下提高电器用电的负荷量。具体好处有：

一是通过电压提升减少电流载量，可以减少线束的线径和促进现有电器装置的微型化，缩小体积减少重量。

二是可以将发动机驱动的附件（例如冷却风扇、冷却水泵、转向动力泵、空调压缩机等）从发动机中分离出来，集成一起由电动机直接驱动，从而进一步减少发动机零件和重量，便于实现集成模块式生产方式。

三是促进发动机改革，发动机内部一些机构可将机械驱动改由电驱动，例如气门开启关闭直接由电动机和计算机联合控制，省略了凸轮轴等配气机构重要部件。

四是为实现汽车全面电控化提供条件，例如电动转向器、电控制动、电控悬挂等等。

五是促进混合动力汽车的技术发展，使用高电压方案能减小电动机体积与重量，而驱动能力并不会减小。

42伏特是指汽车发电机工作时的电压，蓄电池电压是36伏特，发动机停止时汽车电压也是36伏特。这与目前12伏特汽车当启动后电压是14伏特的道理一样。

42伏特汽车电源的解决方案有两种，一种是14伏特和42伏特的双电压方案，设置两种蓄电池，通过变换器将供电分为两个互相隔离的系统，低电压电源供给小功率用电设备（例如点火、照明、门锁、仪表板等），高电压电源供给大功率用电设备（例如前大灯、加热器、空调、电控悬挂等）；另一种是42伏特的单电压方案。前者有过渡性质，对零配件产业冲击比较小，但汽车结构复杂；后者对零配件产业冲击比较大，但汽车结构简单。 汽车采用42伏特电源，安全是关键。因为电压越高，电源线两极相碰短路产生的电弧火花越大，危险也越大。因此，采用新电源不但涉及电器的电压改变问题，还涉及到联插件结构及汽车布线的改变问题，涉及面很广。气系统的大件到小件，都要变动。例如目前蓄电池的正负极导线端头是裸露的，新电源的蓄电池正负极端头很可能是一凸一凹尺寸不一的插接形式，好象电脑导线联插件一样，不管在任何情况下两极导线端头相碰都不会产生短路。

总之，对现代汽车而言，实施42伏特电源好处多多，因此世界著名汽车生产商与配件生产商都正在密锣紧鼓地进行这方面的开发工作。目前国际上有关新电源系统的标准草案已经完成并提交汽车标准化委员会（FAKRA），标准化规定了具体内容，例如对静态最高电压（48伏特），动态最高电压（50伏特），起动最低电压（21伏特），电磁兼容等等项目做出规定，有标准可遵循。

据悉欧洲汽车公司将率先使用42伏特电源标准，奔驰和宝马两大公司将在2003年将42伏特汽车推向市场。据预测，42伏特汽车2002年将达到4.6万辆，2005年将达到87万辆，2010年将达到1289万辆。预计实施将从易到难，从小到大铺开，也就是先双电压方案后单电压方案，先豪华汽车后普通汽车，逐步实施，全面实施单电压方案过程约10年。

6. 免维护蓄电池

蓄电池是汽车上的重要部件，它的功能是提供汽车启动的电能和调整发电机输出和负荷之间不平衡的状态。

当发动机不工作或转速较低时，蓄电池向用电设备供电；当用电设备的用电功率大于发电机输出功率时，蓄电池与发电机携手并联向用电设备供电；当用电设备的用电功率小于发电机输出功率时，发电机向蓄电池和用电设备供电。供电系统是汽车电器中最关键的环节，蓄电池是其中重要的部件之一，它的质量好坏直接影响了汽车的运行。现在的汽车蓄电池都是12伏特铅酸蓄电池，随着现代工业技术的发展，汽车蓄电池也发生了很大的变化，目前一些轿车上使用的新型免维护蓄电池，就是近十年来迅速发展和应用的一种新技术。