浅析汽车总线技术毕业论文

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不断增加的城市空气污染 经过20年的改革开放，中国私人汽车数量迅速增加，汽车开始进入普通人的家庭生活。汽车需求的迅猛增长是推动2002年中国经济增长的重要力量。去年汽车制造商制造并销售了325万辆，比2001年增长了37%。此外，去年载客汽车的销售首次突破了100万大关，猛增56%，达到了万辆。 2001年后加入世界贸易组织（WTO），中国已经将汽车的进口关税从70-90%降低到44-51%，到2005年将进一步降低到25%。随着汽车价格的下降以及中国人较低的汽车拥有量，中国的汽车市场将会进一步繁荣。 随着轿车进入家庭，主要城市及近郊的交通拥挤状况会进一步加剧，从而使汽车废气排放问题更加严重。中国有2000万辆汽车和1亿辆摩托车，而其中大多数都在城市。在城市环境污染物中，汽车所排放的氮氧化物占到了45至60%，而一氧化碳则占到了85%。因此，中国城市居民所吸入的劣质空气主要是由汽车所排放的废气造成的。 除非政府愿意牺牲这方面的经济支柱产业，限制上路汽车数量。因此，要控制汽车废气排放问题，利用电子技术来减少汽车的废气排放是解决方案之一。 排放标准 2001年底，中国政府宣布对中国三大汽车制造商降低30%的汽车消费税，前提是他们所制造的汽车得满足欧II标准。六个月后，在第三届中国亚洲清洁燃料国际会议上，政府的另一项声明进一步表明了控制汽车排放的决心。声明称，北京将从2003年1月开始对在北京销售的机动车辆实行欧II标准，并计划于2005年实施欧III标准。 要控制废气排放所面临的挑战并不仅仅是要设计一个具有清洁燃烧能力的完美发动机，还要利用合适的半导体电子器件对发动机的燃烧过程进行合理的控制。英飞凌为今天的发动机管理平台提供了所需要的单片机、传感器和功率半导体器件。 用于动力总成系统的半导体器件 为控制废气排放量，可利用半导体传感器来精确测量吸入空气的成份。利用单片机快速计算出所使用的燃料数量，然后再起动燃料喷射器。由于有正确的空气-燃料比，因此可以达到近乎完美的燃烧状态，从而使废气的排放达到最少。 汽车动力总成应用中需要多个传感器来将"真实"环境与电子部分连接起来。基于半导体的传感器专用于测量速度、位置、温度和压力。对于动力总成应用来说，最大的变化趋势是利用集成了传感器单元和信号处理部分的有源传感器来代替过去的被动式传感器。由于需要更精确地测量发动机的状态，因此这一趋势发展很快。 在通过传感器测量到发动机的状态以后，单片机就可以处理这些数据并提供合适的控制信号来控制致动器的动作。单片机是利用逻辑技术制造的，而集成度的提高使得可以将功能强大的处理器与外设集成在一起。目前的趋势是将DSP功能集成进来，从而允许实现更为复杂和精确的信号处理软件算法。这样就可用软件实现以前采用硬件实现的功能。 一旦单片机"知道"下一步该做什么，单片机就发送合适的信号到致动器。通常，致动器需要高电压或者大电流才能动作。因此，需要利用功率半导体器件来驱动致动器，如燃料喷射器或火花塞。过去几年里，功率半导体技术的发展主要集中于优化现有系统的成本和部分集成。这产生了能够集成功率输出级（DMOS或双极）、模拟电路和数字逻辑的混合集成技术（BCD）。高集成度功率器件的优势是可以支持诊断，从而可使系统具有更好的可靠性（动力总成是汽车中的关键应用）。同时，这还可使最终产品所需要的外部器件数量大大降低。 系统解决方案 目前的动力总成电子控制单元（ECU）中，电子器件部分主要是半导体器件。 半导体传感器 传感器位于动力总成系统的前端。传感器用来测量物理参数，如水温、空气压力以及发动机曲轴的转动速度。这些数据非常关键，它们为闭环控制系统提供了关键信息。除了温度传感、压力传感和霍尔传感器以外，微机械技术还带来了崭新的加速和偏向角速度传感器，同时还允许利用标准晶圆制造工艺集成信号处理电路和数字化电路。 1.温度传感器 根据扩展电阻原理，线性和稳定的半导体传感器可低成本地替代镍或铂金属膜传感器，同时还可提供比PTC热电阻技术上更优越的器件。 2.位置和速度传感器 动态差分霍尔IC可以测量曲轴或凸轮轴速度、传动速度和车轮速度。通过使用位于单个芯片上的两个霍尔单元，一个差分放大器和处理电路，可以测量到磁场差。这意味着可以将温度漂移、制造容差和外部电磁环境等破坏性环境影响降到最小。同样的信号水平，与单片机的接口要比采用旧式的有感线圈简单得多、便宜得多。 英飞凌新开发的TLE4925C特别适合曲轴应用。其集成电路（基于霍尔效应）提供了频率与转速成正比的数字信号输出。额外的自校正模块提供最优的精度。利用新的模块型封装所集成的滤波器电容器可以减少干扰。 3.进气管绝对压力/大气绝对压力传感器 在新一代传感器中，复杂的处理电路完全集成在传感器芯片上。随着表面微机械技术得以在标准BiCMOS工艺进行微机械加工，利用其技术制造的传感器称为MEMS(微电子机械系统)。利用微机械技术，可以制作出厚度仅有400 m的多晶硅薄膜。这些薄膜构成在芯片上的多个电容器和两个参考电容器。信号则源于压感区域和参考区域的差别。 由于需要利用模拟的绝对压力传感器来测量进气管绝对压力和大气绝对压力，因此标准BiCMOS技术就特别重要。这是因为需要复杂的电路来提供模拟输出信号，进行线性化和偏差补偿。一个MAP传感器测量进气管中空气的绝对压力，并为发动机管理系统提供一个重要的参数（空气体积）。另一方面，一个BAP传感器则测量环境空气压力（是汽车高度的函数），这也是发动机管理系统所需要的同样重要的一个参数（空气密度）。有了这两个参数，就可算出空气的质量，并利用算出的空气质量来决定喷入多少燃料以实现最佳的燃烧。英飞凌的BAP传感器KP120适用于柴油和汽油发动机的管理。 单片机 单片机是动力总成系统的大脑。实时运行的高度复杂的算法用来在各种情况下管理发动机及传送动作。由于系统位于发动机罩下的恶劣环境中，因此除了合适的CPU以外，单片机的整个系统架构对于系统性能来说非常重要。目前在动力总成应用中使用的CPU架构有8位、16位和32位。 8位架构主要用于非常低端的汽车产品，但在摩托车ECU中的应用前景看起来很好。英飞凌提供低成本的增强8位C500核心，以及适合在成本敏感的摩托车市场中应用的高性能外设。由于相应的软件和工具集与业界标准的80C51单片机完全兼容，因此可加快软件开发周期。 32位单片机的市场份额正越来越大。但是，大批量生产的16位产品仍然在目前的汽车中有很大的市场。英飞凌的16位C167系列旨在满足实时嵌入式控制应用的高性能要求。该系列单片机的架构针对大指令吞吐量和对外部刺激（中断）的快速响应而优化。集成的智能外设子系统可将所需要的CPU干预降低到最低的程度。这还减少了对通过外部总线接口进行通信的需要。C167系列的成功源于其CPU，以及对于动力总成应用的要求来说非常理想的外设组合。 称为C166v2内核的新一代C166内核采用了单时钟周期执行技术，因此性能提升了一倍。内置的高级乘法和累加指令（MAC）执行单元极大地提高了DSP性能。 目前功能最强大的单片机采用了32位CPU。此类CPU中的一些源于单片机架构。而象英飞凌TriCore这样的CPU则是针对实时环境中的嵌入式控制应用而设计的，因此非常适用于象动力总成这样的应用。 功率半导体器件 在动力总成应用中，需要开关驱动喷射器、氧气传感器加热器、放气阀、冷却风扇以及一些继电器等负载。在单片IC中集成多个开关可以缩小电路板尺寸，从而降低成本。目前可提供2至18通道的多通道开关器件。根据特定的应用，可驱动从50mA直到30A的电流。负载可以是欧姆负载、容性负载或感性负载。 越来越多的数字逻辑可以在功率输出级一起实现。随着BCD技术的发展，可以在器件中集成许多此前必须由专用ASIC或单片机完成的新功能。 除了这一控制功能外，目前的开关器件还集成了保护和检测功能，如短路、过载、超温、过压、负载开路、静电放电（ESD）和反向电流保护等。此外，还可通过实现在过载时断路以及限流模式等故障保护模式来进一步提高系统可靠性。多通道开关器件通常可利用标准通信接口（SPI）进行控制。诊断信息通过SPI传输回单片机。英飞凌公司还提供了一种高速点到点通信接口，可为未来时间关键的应用（如PWM电流调整）提供更大的数据带宽，并降低微控制器和功率开关器件（如超过 8通道的器件）的I/O端口数量。

二、汽车发展特点美国通用汽车公司研发与规划副总裁伯恩斯说：“未来的汽车将具有以下七大特点：安全、价廉、环保、实用、高效、省时以及提供与外部世界的联系。这就意味着汽车行业必须围绕低价位、实用性、设计和技术进行创新。”当今，在这个网络驱动的日子里，数字化应用正在以前所未有的速度和方式进行整合，将汽车的设计、工程、采购和制造业务集成起来，这使我们能够缩短汽车的开发时间，并以更快的速度将新款汽车推向市场。最主要的有以下两个方面：一是在汽车设计方面。由于越来越多地采用计算机工具，从而能在更短的时间开发出更多的款式、车型。 由于越来越多地采用数学模型，从而能实现验证模拟设计，并确认汽车空气动力学、耐冲撞性能、可制造性，大大从而缩短开发时间。同时汽车厂商越来越多地采用虚拟汽车概念，从而无需制作物理原型，就能组装、观察、模拟汽车的性能及制造工艺，并且越来越多地开展厂家、院所、政府、供应商间的战略伙伴关系进一步加快了汽车开发时间。由于消费者的生活方式主导汽车设计的潮流，将诞生出新的汽车种类，进而满足 1汽车新技术论文 毕业论文-汽车新技术与未来发展趋势消费者越来越多的需求。[)这些新产品将在不同程度上组合轿车、旅行车、皮卡车、越野车的特点，同时也将促成汽车市场进一步分化。二是在汽车动力方面。专家预测，在今后10年中，内燃机将继续担当汽车动力的主要来源。但是，汽车动力系统将来的主要发展方向是越来越多地采用稀燃汽油发动机、柴油发动机技术，优化的燃油发动机组合，以及更好地催化技术。汽车动力系统的配置将有改变。电动和燃油混合动力型汽车、燃料电池汽车等多种动力技术将日趋普及。这些尖端技术可望在将来减少或消除汽车尾气排放及其对环境的污染。此外，未来的汽车，机械系统将大量地被电子系统所取代。这将大大提高轿车的驾驶性能及行驶的安全性。其特色功能如：语言识别、无钥匙点火等。可以说，新一代汽车一个突出特点是：车内将配置更多的电子器件、计算机功能并接入因特网。车上配有：交通信息功能、路线规划与导航设备、高级导航设备、车载娱乐信息设备等。所以，汽车将变为可与消费者家庭、办公单位交换信息的信息、通信、娱乐中心。 在汽车安全方面：为了保护车内驾乘人员的安全，汽车制造厂家将在车上设置新一代的安全带、能量吸收结构、前端和侧面安全气囊、触发气囊的智能传感器、发生紧急情况的求救信号等。三、车辆动力学控制车辆动力学控制(Vehicle Dynamics Cotrol)的缩写是VDC，该系统的作用是保持汽车在行驶(包括制动和驱动)时的稳定性。传统的ABS(防抱死制动系统)和TCS(牵引控制系统)主要是对车轮上的制动力和驱动力进行控制，防止车轮出现过大的纵向滑移率，以获得最大的附着力，既可产生最大的减(加)速度，又可防止出现侧滑。车辆动力学控制系统虽然也是控制车轮的制动力与驱动力，但它们与ABS/TCS有很大的不同，其主要表现是可实现左右纵向力的差动控制，以直接对汽车提供横摆力矩，抵消汽车的不稳定运动(如在滑路上甩尾时的矫正作用)。该系统通过在汽车上安装的各种传感器，检测到汽车的速度、角速度、转向盘转角以及其它的汽车运动姿态，根据需要主动地对某侧车轮进行制动，来改变汽车的运动状态，使汽车达到最佳的行驶状态和操纵性能，增加了车轮的附着性和汽车的操纵性和稳定性。汽车智能速度控制系统的功用是在某些特殊路段或特殊行驶条件下对车速进行强制限制。汽车智能速度控制系统主要由电子控制单元和执行器组成。该控制系统工 2汽车新技术论文 毕业论文-汽车新技术与未来发展趋势作时，需首先设定限制速度。［］例如某区域的限速为80km/h，我们可以将该速度设定为限速值。当车速未达到80km/h时，汽车智能速度控制系统不起作用。当车速接近80km/h时，电子控制单元启动执行器，限制加速踏板的行程，使汽车不能继续加速。当车速低于80km/h时，电子控制单元解除对执行器的控制，驾驶员又可以自由地踏下加速踏板使汽车加速。智能速度控制系统限速值的设定，可以用选择开关设定，也可以通过接受无线信号设定(即接收道路速度无线信号切换或电子地图信号切换) ：可以只设定一个值，也可以根据不同的路况，有多个挡位供设定。四、线控技术(control by wire)汽车的各种操纵系统正向电子化、自动化方向发展，在未来的5～10年里，传统的汽车机械操纵系统将变成通过高速容错通信总线与高性能CPU相连的电气系统。如汽车将采用电气马达和电控信号来实现线控驾驶(steer by wire)、线控制动(brake by wire)、线控油门(throttle by wire)和线控悬架(suspension by wire)等，采用这些线控系统将完全取代现有系统中的液压和机械控制。在新一代雅阁V6轿车上采用的DBW就是新技术之一。DBW是线控油门的英文缩写，也可称之为电控油门，即发动机的油门是通过电子控制的。传统的油门控制方式是驾驶员通过踩油门踏板，由油门拉索直接控制发动机油门的开合程度，从而决定加速或减速，驾驶员的动作与油门动作之间是通过拉索的机械作用联系的。而DBW将这种机械联系改为电子联系。驾驶员仍然通过踩油门踏板控制拉索。但拉索并不是直接连接到油门，而是连着一个油门踏板位置传感器，传感器将拉索的位置变化转化为电信号传送至汽车的大脑ECU(电子控制器)，ECU将收集到的相关传感器信号经过处理后发送命令至油门作动器控制模块，油门作动器控制模块再发送信号给油门作动器，从而控制油门的开合程度。也就是说驾驶员的动作与油门的动作之间是通过电子元件的电信号联系的。虽然从构造上来看，DBW比传统油门控制方式复杂，但油门的控制却比传统方式精确，发动机能够根据汽车的各种行驶信息，精确调节进入气缸的燃油空气混合气，改善发动机的燃烧状况，从而大大提高了汽车的动力性和经济性。使用线控技术的优点很多，比如使用线控制动无需制动液，保护生态，减少维护；质量轻；性能高(制动响应快)；制动磨最小(向轮胎施力更均匀)；安装测试更简单快捷(模块结构)；更稳固的电子接口；隔板间无机械联系；简单布置就能增加电子控制功 3汽车新技术论文 毕业论文-汽车新技术与未来发展趋势能；踏板特性一致；比液压系统的元件更少等。[]由于至今仍没有一个通信网络可以满足未来汽车的所有成本和性能要求，因此，汽车OEM制造商仍将采用多种联网协议(包括CAN、LIN和MOST、1394等)。随着电控单元在汽车中的应用越来越多，车载电子设备间的数据通信变得越来越重要，以分布式控制系统为基础构造汽车车载电子网络系统是很有必要的。大量数据的快速交换、高可靠性及廉价性是对汽车电子网络系统的要求。在该网络系统中，各处理机独立运行，控制改善汽车某一方面的性能，同时在其它处理机需要时提供数据服务。汽车内部网络的构成主要依靠总线传输技术。汽车总线传输是通过某种通讯协议将汽车中各种电控单元、智能传感器、智能仪表等联接起来，从而构成的汽车内部网络。其优点有：1.减少了线束的数量和线束的容积，提高了电子系统的可靠性和可维护性。2.采用通用传感器，达到数据共享的目的。3.改善了系统的灵活性，即通过系统的软件可以实现系统功能的变化。CAN总线是德国博世公司在20世纪80年代初开发的一种串行数据通讯协议。它的短帧数据结构、非破坏性总线仲裁技术以及灵活的通讯方式使CAN总线具有很高的可靠性和抗干扰性，满足了汽车对总线的实时性和可靠性的要求。目前，国外的汽车总线技术已经十分成熟，并已在汽车上推广应用。国内引进技术生产的奥迪A 6车型已于2000年起采用总线替代原有线束，帕萨特B5、宝来、波罗、菲亚特的派立奥、西耶那、哈飞赛马等车型都不同程度地使用了CAN总线技术。此外，部分高档客车、工程机械也都开始应用总线技术。预计到2005年CAN将会占据整个汽车网络协议市场的63％。在欧洲，基于CAN的网络也占有了大约88%的市场。目前使用CAN总线网络的汽车大多具有两条或两条以上总线，一条是动力CAN总线，主要包括发动机、ABS和自动变速器三个节点，通信速率一般为500kbps；另一条是舒适CAN总线，主要包括中央控制器和四个门模块，通信速率一般为或100kbps。五、电子巡航控制系统(简称CCS)它是汽车在行驶中为了达到所希望的速度，驾驶员不必踩踏油门调整车速，只需通过操纵调整开关，汽车就能以设定的车速进行定速行驶的装置。这个装置的优点主 4汽车新技术论文 毕业论文-汽车新技术与未来发展趋势要体现在：当在高速公路上长时间行驶时，能够减轻驾驶员的疲劳；且对紧急情况动作解除的可靠性与对排除装置故障等安全性方面作了充分的考虑。[］宝马新一代豪华轿车745i和735i所用的发动机是新式的进气系统参数可调式V8发动机。该发动机进排气系统的3个主要参数(排气阀开启时间、进气阀升程和进气道长度)都可随发动机工况的改变而自动调节。其中，进气道长度可调技术为世界首创。西门子公司为该发动机配套提供了伺服阀、中间偏心轴的位置传感器以及与发动机微机连接的阀门升程控制器。奔驰SL轿车特有的动态操纵控制系统，包括一个电子液压制动系(EHB)，称之为感应控制系统(SBC)。该系统的主要特点是通过传感器建立了运动状态、制动压力的动态监测和危险工况的预警。SBC增加了制动管路的压力控制和制动准备功能，一旦踩下制动踏板，汽车即以最大的压力、最快的响应实施制动，前后制动压力比会随路况的不同而变化，从而提高弯道制动时的安全性。其优点(也是技术难点)在于提高了制动的舒适性并能提前做出响应，而不是象传统的ABS在制动后通过信号反馈进行控制；此外，可以实现完全的干式制动，在潮湿的气候或路面条件下，制动盘表面也不会形成水膜，保证了汽车快速响应。设计的发展必然随着汽车技术的进步而日新月异，众多设计师的艺术风格也会更广泛更强烈地体现在汽车设计之中，而给予人们更加广泛的选择。高科技下，个性鲜明、更加人性化的汽车将是21世纪汽车产业发展的必然，因为它符合人类对文化、个性的追求和需要。因此，加大对概念汽车的设计的重视和投入，将对我国汽车产业的发展起到极大的推进作用。