1、第一章 1.1 汽車電子技術發展概述汽車電子技術發展概述 1.2 汽車電氣技術概述汽車電氣技術概述 1.3 電動汽車技術發展概述電動汽車技術發展概述 1.4 汽車電子與電氣設計的目的和方法汽車電子與電氣設計的目的和方法第一章1.1.1 汽車電子發展概況 汽車電子技術主要包括汽車電子技術主要包括硬件硬件和和軟件軟件方面的內容：硬件包括微機及方面的內容：硬件包括微機及其接口、執行部件、傳感器等；軟件主要是以匯編語言及其他高級語其接口、執行部件、傳感器等；軟件主要是以匯編語言及其他高級語言編制的各種數據采集、計算判斷、報警、程控、優化控制、監控、言編制的各種數據采集、計算判斷、報警、程控、優化控制、

2、監控、自診斷系統等程序。自診斷系統等程序。 汽車電子技術的發展及其大規模的應用是從汽車電子技術的發展及其大規模的應用是從2020世紀世紀7070年代末開始年代末開始的，大致經歷了四個發展階段：的，大致經歷了四個發展階段： 第一個階段第一個階段為為19711971年以前，開始生產技術起點較低的交流發電機、年以前，開始生產技術起點較低的交流發電機、電壓調節器、電子閃光器、電子喇叭、間歇刮水裝置、汽車收音機、電壓調節器、電子閃光器、電子喇叭、間歇刮水裝置、汽車收音機、電子點火裝置和數字鐘等。電子點火裝置和數字鐘等。1.1 1.1 汽車電子技術發展概述汽車電子技術發展概述第一章1.1.1 汽車電子發展

3、概況 第二個階段第二個階段為為1974198219741982年，以集成電路和年，以集成電路和1616位以下的微處理器位以下的微處理器在汽車上的應用為標志。主要包括電子燃油噴射、自動門鎖、程控駕在汽車上的應用為標志。主要包括電子燃油噴射、自動門鎖、程控駕駛、高速警告系統、自動燈光系統、自動除霜控制、防抱死系統、車駛、高速警告系統、自動燈光系統、自動除霜控制、防抱死系統、車輛導向、撞車預警傳感器、電子正時（保證進、排氣時間的準確）、輛導向、撞車預警傳感器、電子正時（保證進、排氣時間的準確）、電子變速器電子變速器、閉環排氣控制、閉環排氣控制、自動巡航控制自動巡航控制、防盜系統、實車故障診、防盜系統

4、、實車故障診斷等電子產品。這期間最具代表性的是斷等電子產品。這期間最具代表性的是電子汽油噴射技術電子汽油噴射技術的發展和的發展和防防抱死抱死(ABS)(ABS)技術技術的成熟，的成熟，實現了由電子技術來控制汽車主要機械的功實現了由電子技術來控制汽車主要機械的功能。能。1.1 1.1 汽車電子技術發展概述汽車電子技術發展概述 過去的自動變速器皆為液壓式，傳動效率較低。過去的自動變速器皆為液壓式，傳動效率較低。隨著電子技術的日益推廣，逐漸發展到電子自動變隨著電子技術的日益推廣，逐漸發展到電子自動變速。本田公司研制了一種電子控制全自動變速器。速。本田公司研制了一種電子控制全自動變速器。這種結構是根據

5、油門踏板踏下速度進行控制，當油這種結構是根據油門踏板踏下速度進行控制，當油門踏得快時，即產生較大變扭比，當油門踏板踏得門踏得快時，即產生較大變扭比，當油門踏板踏得比較柔和，即平穩加速。比較柔和，即平穩加速。 汽車自動巡航是指汽車以一定的速度勻速行駛，故汽車汽車自動巡航是指汽車以一定的速度勻速行駛，故汽車巡航控制系統又稱為恒速控制系統。巡航控制系統又稱為恒速控制系統。第一章1.1.1 汽車電子發展概況 笫三個階段笫三個階段為為1982199019821990年，微處理器在汽車上的應用日趨可靠年，微處理器在汽車上的應用日趨可靠和成熟并向智能化方向發展。開發的產品有牽引力控制、和成熟并向智能化方向發

6、展。開發的產品有牽引力控制、全輪轉向控全輪轉向控制制、直視儀表板（、直視儀表板（HUDHUD）、聲音合成與識別器、電子負荷調節器、電）、聲音合成與識別器、電子負荷調節器、電子道路監視器、蜂窩式電話、可加熱式擋風玻璃、倒車示警、胎壓監子道路監視器、蜂窩式電話、可加熱式擋風玻璃、倒車示警、胎壓監測、高速限制器、測、高速限制器、自動后視鏡系統自動后視鏡系統、道路狀況指示器、電子冷卻控制、道路狀況指示器、電子冷卻控制和寄生功率控制等。和寄生功率控制等。 從從20052005年開始，可以說進入了汽車電子技術的第四個發展階段。年開始，可以說進入了汽車電子技術的第四個發展階段。微波系統、多路傳輸系統、微波系

7、統、多路傳輸系統、ASKS-32ASKS-32位微處理器、數字信號處理方式位微處理器、數字信號處理方式的應用，自動防撞系統、動力優化系統、自動駕駛與電子地圖技術得的應用，自動防撞系統、動力優化系統、自動駕駛與電子地圖技術得到發展，特別是汽車智能化技術水平有了較大的提高。到發展，特別是汽車智能化技術水平有了較大的提高。1.1 1.1 汽車電子技術發展概述汽車電子技術發展概述全輪轉向技術是通過電控執行器可獨立控制后輪前束角度（左右輪轉向角）的變化，以確保車輛在山路、連續彎道、蛇行等任何行駛狀態下擁有出色的循跡性，實現更好的轉向操控性及轉向精準性。第一章1.1.2 汽車電子控制理論發展概況1.1 1

8、.1 汽車電子技術發展概述汽車電子技術發展概述 利用自動控制理論而建立的利用自動控制理論而建立的開環、閉環，最優、自適應控制等開環、閉環，最優、自適應控制等系統，在汽車控制中都有采用。目系統，在汽車控制中都有采用。目前應用較成熟的另一種方法為前應用較成熟的另一種方法為“比比例例積分積分微分微分”控制算法。模糊控制算法。模糊控制等算法在汽車中也會有所應用。控制等算法在汽車中也會有所應用。第一章1.1.3 汽車電子技術的應用1.1 1.1 汽車電子技術發展概述汽車電子技術發展概述 1. 發動機電子控制噴油系統2. 電子點火系統3. 智能可變氣門正時系統4. 電控自動變速器5. 防抱死制動系統6.

9、電子轉向助力系統7. 自適應懸掛系統8. 定速巡航自動控制系統第一章1.1.4 汽車電子技術發展方向1.1 1.1 汽車電子技術發展概述汽車電子技術發展概述 1. 重視安全、環保和節能2. 傳感器性能不斷提高、數量不斷增加3. 車用微處理器不斷升級換代4. 汽車電氣系統不斷升壓5. 數據總線技術應用日益普及6. 智能汽車及智能交通系統（ITS)開始應用7. 車用嵌入式軟件和硬件平臺逐步替代傳統設計開發模式8. 新技術在汽車電子產品中不斷得到應用 光纖在汽車信號傳輸中的應用，新的控制理論和方法的大量應用，車聯網技術等，都是汽車電子技術的發展趨勢。第一章1.2.1 汽車電氣系統基本構成1.2 1.

10、2 汽車電氣技術概述汽車電氣技術概述 1. 電源系統2. 起動系統3. 點火系統4. 照明系統5. 信號系統6. 儀表系統7. 輔助電器系統第一章1.2.2 汽車電氣系統的特點(1)(1)低壓。低壓。現代汽車電氣系統普遍采用現代汽車電氣系統普遍采用12V12V電壓，只有部分大電壓，只有部分大型柴油車的起動系統采用型柴油車的起動系統采用24V24V電壓。未來汽車電源的電壓標電壓。未來汽車電源的電壓標準將提高到準將提高到42V42V，以便能提供更大的極限功率、減少線束和，以便能提供更大的極限功率、減少線束和提高信號傳送的質量。提高信號傳送的質量。(2)(2)直流。直流。主要從蓄電池的充電來考慮。主

11、要從蓄電池的充電來考慮。(3)(3)單線制。單線制。單線制即從電源到用電設備使用一根導線連接，單線制即從電源到用電設備使用一根導線連接，而另一根導線則用汽車車體或發動機機體的金屬部分代替。而另一根導線則用汽車車體或發動機機體的金屬部分代替。(4)(4)負極搭鐵。負極搭鐵。將蓄電池的負極與車體相連接，稱為負極搭將蓄電池的負極與車體相連接，稱為負極搭鐵。鐵。1.2 1.2 汽車電氣技術概述汽車電氣技術概述第一章1.2.3 汽車電氣技術發展現狀1.1.電源系統電源系統1)1)蓄電池蓄電池 目前汽車上使用的多為改進型鉛酸蓄電池。國內外正在研發的堿目前汽車上使用的多為改進型鉛酸蓄電池。國內外正在研發的堿

12、性蓄電池，如鎳氫蓄電池、鋰離子蓄電池、鋅氫氣蓄電池、鐵鎳蓄電性蓄電池，如鎳氫蓄電池、鋰離子蓄電池、鋅氫氣蓄電池、鐵鎳蓄電池、鐵空氣蓄電池等，由于內阻較大，不適合作為起動用蓄電池，只池、鐵空氣蓄電池等，由于內阻較大，不適合作為起動用蓄電池，只在電動汽車上使用。在電動汽車上使用。2)2)發電機及調節器發電機及調節器 目前汽車上使用的硅整流交流發電機有多種結構形式。有普通勵目前汽車上使用的硅整流交流發電機有多種結構形式。有普通勵磁式、無刷勵磁式和永磁式等幾種。配用的調節器有觸點式和電子式磁式、無刷勵磁式和永磁式等幾種。配用的調節器有觸點式和電子式兩大類，電子式調節器甚本上都采用集成電路。兩大類，電子

13、式調節器甚本上都采用集成電路。1.2 1.2 汽車電氣技術概述汽車電氣技術概述第一章1.2.3 汽車電氣技術發展現狀2.2.點火系統點火系統電子點火系統已占有較大比例，傳統點火系統正逐漸被淘汰。電子點電子點火系統已占有較大比例，傳統點火系統正逐漸被淘汰。電子點火系統以磁感式和霍耳式為主，光電式也有應用。火系統以磁感式和霍耳式為主，光電式也有應用。 3.3.照明與信號系統照明與信號系統除了前照燈采用碘鎢燈，其它都采用除了前照燈采用碘鎢燈，其它都采用LEDLED高亮度發光二極管。高亮度發光二極管。 4. 4. 儀表系統儀表系統1)1)儀表系統儀表系統現代汽車廣泛采用組合式儀表。目前先進的汽車儀表板

14、為簡潔明了的現代汽車廣泛采用組合式儀表。目前先進的汽車儀表板為簡潔明了的模擬式儀表和模擬式數字儀表板。模擬式儀表和模擬式數字儀表板。2)2)指示燈系統指示燈系統在現代汽車上，有多種指示燈及蜂鳴器，主要用來指示汽車一些參數在現代汽車上，有多種指示燈及蜂鳴器，主要用來指示汽車一些參數的極限工況，并在故障情況下報警。的極限工況，并在故障情況下報警。1.2 1.2 汽車電氣技術概述汽車電氣技術概述第一章1.2.4 汽車電氣新技術與發展方向1.42V1.42V汽車電氣技術汽車電氣技術 與與12V12V電源相比，電源相比，42V42V電源技術使整車性能、發動機、照電源技術使整車性能、發動機、照明系統、電力

15、驅動等方面具有較強的優勢。明系統、電力驅動等方面具有較強的優勢。2.2.超級電容超級電容+ +蓄電池復合起動系統蓄電池復合起動系統 汽車發動機起動需要大的起動電流，超級電容容量大、汽車發動機起動需要大的起動電流，超級電容容量大、壽命長，可以大電流快速充放電，利用超級電容作為起動源，壽命長，可以大電流快速充放電，利用超級電容作為起動源，可以進行大電流放電，進而改善起動性能。且超級電容在低可以進行大電流放電，進而改善起動性能。且超級電容在低溫下的良好工作特性，可以有效改善汽車在低溫時的起動狀溫下的良好工作特性，可以有效改善汽車在低溫時的起動狀況。況。1.2 1.2 汽車電氣技術概述汽車電氣技術概述

16、第一章1.2.4 汽車電氣新技術與發展方向3.3.起動起動/ /發電一體化技術發電一體化技術 汽車集成起動汽車集成起動/ /發電（發電（ISG)ISG)技術用一臺電機實現起動與技術用一臺電機實現起動與發電雙功能，將發電機發電雙功能，將發電機/ /起動機電機復合為一個統一的起動起動機電機復合為一個統一的起動和發電復用裝置，可省去專門起動用的電機。和發電復用裝置，可省去專門起動用的電機。ISGISG技術是提技術是提高新一代汽車電氣系統性能的關鍵技術之一，應用前景廣闊。高新一代汽車電氣系統性能的關鍵技術之一，應用前景廣闊。4.4.激光點火技術激光點火技術 激光誘導火花點火方式是入射的激光束在混合氣中

17、聚焦激光誘導火花點火方式是入射的激光束在混合氣中聚焦于一點，照射到混合氣體上于一點，照射到混合氣體上, ,從而使氣體擊穿，誘導混合氣從而使氣體擊穿，誘導混合氣的燃燒，達到點火的目的。的燃燒，達到點火的目的。1.2 1.2 汽車電氣技術概述汽車電氣技術概述第一章1.2.4 汽車電氣新技術與發展方向5.5.總線技術總線技術1) CAN1) CAN總線技術（德國博世公司推出）總線技術（德國博世公司推出）2) FlexRay2) FlexRay總線技術總線技術6.6.汽車照明系統智能化技術汽車照明系統智能化技術 目前，汽車照明系統高強度氣體放電燈（目前，汽車照明系統高強度氣體放電燈（HID)HID)和

18、和LEDLED光光源得到了更廣泛的應用，而且汽車照明系統也日益智能化，源得到了更廣泛的應用，而且汽車照明系統也日益智能化，先進的前燈、可變亮度的尾燈和更人性化的內部照明系統是先進的前燈、可變亮度的尾燈和更人性化的內部照明系統是全新的汽車照明技術。全新的汽車照明技術。1.2 1.2 汽車電氣技術概述汽車電氣技術概述第一章第一章1.3.1電動汽車發展背景 電動汽車具有突出的環保方面的優勢，它在城市交通中可實現零電動汽車具有突出的環保方面的優勢，它在城市交通中可實現零排放或極低排放。排放或極低排放。 電動汽車是指以車載電源為動力，用電機驅動車輪行駛。與傳統電動汽車是指以車載電源為動力，用電機驅動車輪

19、行駛。與傳統內燃機作為動力源的汽車相比，電動汽車具有如下優點：內燃機作為動力源的汽車相比，電動汽車具有如下優點：1 1道路無污染、噪聲低道路無污染、噪聲低2 2能源效率高、能源多樣化能源效率高、能源多樣化 3 3結構簡單、使用維修方便結構簡單、使用維修方便 1.31.3電動汽車技術發展概述電動汽車技術發展概述 電動汽車無內燃機汽車工作時產電動汽車無內燃機汽車工作時產生的廢氣，不產生排氣污染，對環境生的廢氣，不產生排氣污染，對環境保護和空氣的潔凈是十分有益的。保護和空氣的潔凈是十分有益的。 電動汽車的研究表明，其能源效率已超過電動汽車的研究表明，其能源效率已超過汽油機汽車。特別是在城市運行時，汽

20、車走走汽油機汽車。特別是在城市運行時，汽車走走停停，行駛速度不高，電動汽車更加適宜。停停，行駛速度不高，電動汽車更加適宜。 電動汽車較內燃機汽車結構簡單，運轉、電動汽車較內燃機汽車結構簡單，運轉、傳動部件少，維修保養工作量小。當采用交流傳動部件少，維修保養工作量小。當采用交流感應電動機時，電機無需保養維護，更重要的感應電動機時，電機無需保養維護，更重要的是電動汽車易操縱。是電動汽車易操縱。 第一章1.3.2 電動汽車的基本結構和關鍵技術1.31.3電動汽車技術發展概述電動汽車技術發展概述1電動汽車的基本結構 電動汽車主要以電池為能量源，全部或部分由電機驅動的汽車。目前，可將電動汽車劃分為三類：

21、純電動汽車（EV）、混合動力電動汽車（HEV）和燃料電池電動汽車（FCEV）。 1）純電動汽車的基本結構 純電動汽車按結構主要分為動力系統和輔助系統，動力系統又分為驅動系統和電源系統。電力驅動系統相當于將傳統汽車中的發動機與其他功能裝置以機電一體化的方式相結合。電力驅動系統的組成和工作原理如圖1-1所示。第一章 2 2）混合動力電動汽車的基本結構）混合動力電動汽車的基本結構 混合動力電動汽車的實質是利用電力傳動補償內燃機驅動的固有混合動力電動汽車的實質是利用電力傳動補償內燃機驅動的固有弱點。混合動力電動汽車按動力系統結構劃分為弱點。混合動力電動汽車按動力系統結構劃分為串聯串聯、并聯并聯和和混聯

22、混聯三三種形式。種形式。 3 3）燃料電池電動汽車的結構）燃料電池電動汽車的結構 燃料電池電動汽車的結構可有多種形式：按照汽車是否帶有儲能燃料電池電動汽車的結構可有多種形式：按照汽車是否帶有儲能設備，可分為設備，可分為純燃料電池汽車純燃料電池汽車和和混合式燃料電池汽車混合式燃料電池汽車兩種形式。兩種形式。 純燃料電池純燃料電池只有燃料電池一個動力源，汽車的所有功率負荷都由只有燃料電池一個動力源，汽車的所有功率負荷都由燃料電池來承擔。燃料電池來承擔。 現在較多采用現在較多采用混合驅動混合驅動的結構形式，即以燃料電池系統作為主動的結構形式，即以燃料電池系統作為主動力源，又增加了蓄電池組或超級電容作

23、為輔助動力源。力源，又增加了蓄電池組或超級電容作為輔助動力源。1.31.3電動汽車技術發展概述電動汽車技術發展概述1.3.2 電動汽車的基本結構和關鍵技術 串聯式混合動力電動汽車（串聯式混合動力電動汽車（SHEVSHEV）的主要特征是）的主要特征是車輛的驅動力只來源于電動機。發動機、發電機和驅車輛的驅動力只來源于電動機。發動機、發電機和驅動電動機動電動機以串聯的方式組成，發動機不直接參與以串聯的方式組成，發動機不直接參與驅動，它與發電機組合成只作為電能供應的系統。驅動，它與發電機組合成只作為電能供應的系統。并聯式混合動力電動汽車（并聯式混合動力電動汽車（PHEVPHEV）的驅動力可由發動機及電

24、）的驅動力可由發動機及電動機同時或單獨供給。發動機和電動機動機同時或單獨供給。發動機和電動機以并聯的方式組以并聯的方式組成，在小負荷時單獨使用其中之一作為動力源，而需要大功成，在小負荷時單獨使用其中之一作為動力源，而需要大功率時則同時使用電動機和發動機作為動力源驅動汽車行駛。率時則同時使用電動機和發動機作為動力源驅動汽車行駛。 混聯式混合動力電動汽車（混聯式混合動力電動汽車（CHEVCHEV）則直接把串聯）則直接把串聯和并聯相結合，它既可以在串聯混合模式下工作，也可和并聯相結合，它既可以在串聯混合模式下工作，也可以在并聯混合模式下工作。圖以在并聯混合模式下工作。圖1-21-2所示為混聯式電動汽

25、所示為混聯式電動汽車的基本組成。車的基本組成。 其主要缺點有：燃料電池的功率大，成其主要缺點有：燃料電池的功率大，成本較高；對燃料電池系統的動態性能和可靠本較高；對燃料電池系統的動態性能和可靠性提出了比較高的要求；在減速或下坡時不性提出了比較高的要求；在減速或下坡時不能進行制動能量回收。能進行制動能量回收。 混合驅動的電動汽車主要由燃料電池混合驅動的電動汽車主要由燃料電池系統、系統、DC/DCDC/DC轉換器、輔助動力源、驅動轉換器、輔助動力源、驅動電機、各相應的控制器，以及機械傳動和電機、各相應的控制器，以及機械傳動和車輛行駛機構組成。如圖車輛行駛機構組成。如圖1-31-3。第一章2 2電動

26、汽車關鍵技術電動汽車關鍵技術 電動汽車的關鍵技術有：電動汽車的關鍵技術有：動力蓄電池和管理系統動力蓄電池和管理系統，電機和電子控電機和電子控制技術制技術。 動力電池和管理系統是電動汽車的關鍵技術，決定了電動汽車的動力電池和管理系統是電動汽車的關鍵技術，決定了電動汽車的續航里程和成本。續航里程和成本。 電機驅動控制系統是新能源汽車車輛行駛中的主要執行結構，驅電機驅動控制系統是新能源汽車車輛行駛中的主要執行結構，驅動電機及其控制系統是新能源汽車的核心部件（電池、電機、電控）動電機及其控制系統是新能源汽車的核心部件（電池、電機、電控）之一，是電動汽車的重要部件，其驅動特性決定了汽車行駛的主要性之一，

27、是電動汽車的重要部件，其驅動特性決定了汽車行駛的主要性能指標。能指標。 電動汽車的驅動電機目前有直流有刷、無刷，永磁、電磁之分，電動汽車的驅動電機目前有直流有刷、無刷，永磁、電磁之分，它們的選用也與整車配置、用途、檔次有關。它們的選用也與整車配置、用途、檔次有關。 1.31.3電動汽車技術發展概述電動汽車技術發展概述1.3.2 電動汽車的基本結構和關鍵技術第一章1.31.3電動汽車技術發展概述電動汽車技術發展概述1.3.3 國內外電動汽車技術發展概況 電動汽車用電池管理系統（電動汽車用電池管理系統（BMSBMS）通常包含）通常包含以下功能組成部分：數據采集、剩余容量（以下功能組成部分：數據采集、剩余容量（SOCSOC）的估算、電氣控制（充放電控制、均衡充電等）、的估算、