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车中的比重在不断提高,从支出费用来看,2003年,平均每辆新车的汽车电子产品支出从2002年的1854美元提升至2025美元,增幅创出近几年来的新高,达到9.2%;从应用比例上看,1989~2000年,汽车电子产品的成本在整个汽车制造成本中所占的比例已由16%增至23%,而到了2003年,这一比例提升至26.2%。从市场结构上看,高附加值汽车电子产品在整体汽车电子产品中所占比重乃至汽车整车中的应用比重有了显著的提升。同时,这部分高附加值产品的国内产业供给还极为有限,多类产品大量依赖进口,导致这部分产品的价格在一段时期以内持续看涨。 2.2.2 汽车发展第二阶段
2003年我国共生产汽车电子产品3559万套,产值达到3l3.5亿元,同比增长分别达到26.8%和37.2%,低于同一时期全国汽车电子产品市场增长率。值得注意的是,产值增幅远大于产量增幅,―量价双增‖特征比市场需求更为显著,这主要是由于国外企业在中国加大了对高附加值汽车电子产品的投入力度,产业结构快速升级所导致的。
在产业结构方面,按照增长速度可以划分为3大梯队:2003年产值增长较快的产品依次为GPS导航系统、其他信息娱乐系统(主要是车载电视)、自动变速控制系统、发动机电子控制系统、防抱死制动系统、以及防盗系统等,它们的产值增长率均高于汽车电子产业37.2%的平均增长水平,而安全气囊、汽车空调、电动车窗、电子组合仪表等产品的产值增长率虽然均略低于汽车电子产业的平均增长水平,但增长速度也较快,均高于30%,仅有汽车音响和中控锁的产值增长率较低,不足20%。在产业结构比重方面,发动机电子控制系统、汽车音响和汽车空调依然是汽车电子的主要产品,其中,发动机电子控制系统所占的比重大幅提升,比2002年增加1.2%,而汽车音响与汽车空调所占的比重却大幅下降,分别比2002年减少2.9%和0.5%。这主要是由于后者的市场大多集中在国外,而全球汽车产品供过于求,汽车产业陷于低迷,制约了本国相关产业的发展;相反,发动机电子控制系统的目标市场则在国内,而国内市场远未饱和,仍有大量产品依赖进口,因此,其产业增长势头较好。 2.2.3 汽车发展第三阶段
应用层次落后,与国外差距明显。与国外汽车电子产品相比,我国汽车电子产品的应用层次十分落后。国内平均每辆新车的汽车电子支出为885美元(折合人民币7237元),占整车价值的4.8%;而同期全球平均每辆新车的汽车电子产品支出为2025美元,占整车价值的26.2%,差距相当明显。同时,在我国生产和应用的还只是一些技术含
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量较低的电子产品,而目前已经在国外普遍应用的汽车电喷系统、防抱死制动系统和安全气囊等电子产品在我国的生产和应用还才起步,刚刚列入我国汽车电子产业在―十五‖期间的发展重点。而且,即使是目前应用比例较高的汽车音响、汽车空调等产品,其产品档次与国外相比也较低。 2.2.4 汽车发展第四阶段
自主开发刚刚起步,合资合作企业成为竞争的主体。我国汽车电子企业正处于起步发展阶段,据统计,我国汽车电子企业或涉及汽车电子生产的企业有1000多家,但绝大部分企业规模都太小,产品单一并且技术含量低,与世界汽车电子业跨国公司的差距在不断拉大。目前,国内在整车及大总成的电子控制系统方面有一些自主开发生产的产品,如重庆宏安ABS技术有限公司、维克交通高技术有限公司、西安国力博华机电公司等生产了商业化的ABS产品;重庆欧翔、深圳欣源展实业公司都自主开发生产了自动变速器;北京赫达、石家庄久乐、山西大恒通用都少量生产了安全气囊产品。虽然我国企业也能自主开发出一些产品,但总体水平与国外相比差别很大,与国际先进水平相比,要落后10~15年。主要差距是在电子控制单元的软硬件、系统的可靠性和控制精度方面;企业的技术主要来源于国外,而且虽然某些产品已形成一定的生产能力,但是规模化大生产还未形成。 2.2.5 汽车发展第五阶段
配套体系相对封闭,行业进入壁垒较高。尽管全球汽车电子产业分工体系呈现出日益专业化的趋势,但目前,我国汽车工业条块分割的封闭配套体系还没有根本性的转变,我国汽车电子企业产品销售渠道依旧单一、封闭,对整车厂依赖程度高。而目前国内整车厂与外方合资已成主流,引进外国新车型,越来越多地采用原配套厂生产的进口零部件。尽管国际汽车厂商在进入中国之前都承诺,零部件在中国生产,实行全球化采购。但一旦进入,就把为其配套的零部件厂商带进来了,对于缺乏统一质量标准的国内零部件企业,要想进入它的配套体系甚至比插针还难。事实上,汽车电子行业的一个显著特点是主机厂根据整车厂商的要求进行专门设计制造,产品要具有多样性和适应性,有专门为一个客户建设的生产线。如上海联合电子和德尔福公司分别为东安发动机厂各提供一套系统,东安厂提供两套电喷发动机供整车厂选择。因此,配套渠道体系一旦形成就会相当稳定。正因为这样,为了获得广阔的市场空间,主机厂之间的渠道竞争必将成为企业竞争的制高点,渠道竞争将日趋激烈。
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3 现代汽车电子技术的应用现状
按对汽车行驶性能作用的影响,可把汽车电子产品归纳为两类:(1)汽车电子控制装置;(2)车载汽车电子装置。目前较多见的成熟的汽车电子控制系统主要有:发动机电子控制、底盘电子控制、车身电子控制、信息传递等。
3.1 发动机电子控制
3.1.1 电子控制喷油装置
现代汽车上,机械式或机电混合式燃油喷射系统趋于淘汰.电控燃油喷射装置因其性能优越而得到日益普及。电控燃油喷射系统是20世纪60年代末开始发展起来的,与传统的化油器供油系统相比.而其突出优点在于空燃比的控制更为精确,可实现最佳空燃比;且电喷技术提高了汽油的雾化、蒸发性能,加速性能更好,发动机功率和转矩得以显著提高。这样能使发动机一直处于最优工作条件下运行,并使发动机的综合性能得到提高。汽油机采用电子燃油喷射技术(EFI)是现代汽车提高功率、降低油耗、减少污染的有效措施之一。EFI技术是一种高级的发动机电子管理系统,其基本工作原理是:由传感器将汽油机的工作运行状况,如负荷大小、转速快慢、进气温度等数据送给计算机进行处理,然后由控制执行元件来确定供油量,从而保证发动机在各种工况下的正常运行。当今的EFI已由单一控制发展到多项集中控制,根据汽车速度、环境温度和发动机转速等参数,自动对发动机的燃油喷射、空燃比、点火时间、怠速转速和废气再循环(EGR)等进行综合控制。其效果为:输出功率提高10%,油耗下降10%,尾气排放降低90%,起动时间缩短5 0% ,加速时间缩短5 0%(0~100km/h)。
目前柴油机燃油喷射系统的电子控制主要有几种方式:有的采用共轨式电控喷油系统,有的采用电控单体泵或组合式电控单体泵,有的采用电控泵喷嘴,有的采用电控分配泵,过去极少数也有采用电控直列泵。在商用车柴油机上用得多的是共轨式电控喷油系统、电控单体泵喷油系统和电控泵喷嘴喷油系统。英国Ricard0公司预估到20l0年欧洲在12—13升车用柴油机燃油系统的构成中,共轨式电控喷油系统和电控单体泵喷油系统各占46%,电控泵喷嘴喷油系统约占8%左右。燃油供给系统的主要构
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成是供油泵、共轨和喷油器。 燃油供给系统的基本工作原理是:供油泵将燃油加压成高压,供人共轨内;共轨实际上是一种燃油分配管。储存在共轨内的燃油在适当的时刻通过喷油器喷人发动机气缸内。电控共轨系统中的喷油器是一种由电磁阀控制的喷油阀,电磁阀的开启和关闭由计算机控制。 (1)电控共轨系统的特点:
电控高压共轨系统的特点可以归纳为:①自由调节喷油压力(共轨压力控制) 通过控制共轨压力而控制喷油压力。利用共轨压力传感器测量燃油压力,从而调整供油 泵的供油量、调整共轨压力。此外,还可以根据发动机转速、喷油量的大小与设定了的最佳 值(指令值)始终一致地进行反馈控制。②自由调节喷油量 以发动机的转速及油门开度信号为基础,计算机计算出最佳喷油量,并控制喷油器的通 断电时间。③自由调节喷油率形状 根据发动机用途的需要,设置并控制喷油率形状:预喷射、后喷射、多段喷射等。④自由调节喷油时间 根据发动机的转速和喷油量等参数,计算出最佳喷油时间,并控制电控喷油器在适当的 时刻开启,在适当的时刻关闭等,从而准确控制喷油时间。在电控共轨系统中,由各种传感器–发动机转速传感器、油门开度传感器、各种温度 传感器等–实时检测出发动机的实际运行状态,由微型计算机根据预先设计的计算程序进 行计算后,定出适合于该运行状态的喷油量、喷油叶间、喷油率模型等参数,使发动机始终 都能在最佳状态下工作。计算机具有自我诊断功能,对系统的主要零部件进行技术诊断,如果某个零件产生了故障,则诊断系统会向驾驶员发出警报,并根据故障情况自动作出处理;或使发动机停止运 行–即所谓故障应急功能,或切换控制方法,使车辆继续行驶到安全的地方。传统的泵管嘴燃油系统中,喷油压力与发动机的转速和负荷有关,不是一个独立变量。在高压电控共轨系统中,喷油压力(共轨压力)与发动机的转速和负荷无关,是可以独立控制的。由共轨压力传感器测出燃油压力,并与设定的目标燃油压力进行比较后进行反馈控制。 (2)共轨式电控喷油系统与常规机械式燃料喷油系统相比,共轨式电控喷油系统具有如下一系列优点:
①可实现高压喷射,喷射压力比一般直列泵系统高出一倍,最高的已达200MPa,今后的技术还会向250MPa高压喷射的实用化方向发展。
②喷射压力独立于发动机转速,可以改变发动机低速、低负荷性能。
③可以实现多次喷射(每循环3—5次,甚至组合7次喷射,包括预喷、主喷和后喷),
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调节喷油速率形状,实现理想喷油规律。通过预喷来降低噪声和NOX排放,通过后喷来降低颗粒和提高DPF及NOX的催化转换效率。
④喷射定时和喷油量可自由选定。
⑤具有良好的喷射特性,优化燃烧过程,使发动机油耗、烟度、噪声和排放等综合性能指标得到明显改善,并有利于改进发动机扭矩特性。
⑥结构简单,可靠性好,适用性强,对原有发动机设计和制造设备改动较少。 (3)电控泵喷嘴系统
可直接安装在发动机气缸盖上,它将喷油泵的压油机构与喷油器结合在一起,省去了高压油管。所以高压系统的死容积可以最大限度地减小,具有较高的液压效率,更有利于实现高压化和喷油速率的控制,从而获得发动机的高功率、低油耗和低排放。但该系统价格较高,而且气缸盖的设计改动比较大。 3.1.2 电子点火的介绍
近年来,汽车发动机向着多缸、高转速、高压缩比的方向发展,人们还力图通过改善混合气的燃烧状况,以及燃用稀混合气,以达到减少排气污染和节约燃油的目的。这些都要求汽车的点火系统能够提供足够高的次级电压、火花能量和最佳点火时刻。传统点火系统已经不能满足这些要求。因此,近几十年来各国都在积极探索改进途径,并研制了一系列的电子点火系统。目前国内外汽车上使用的电子点火系统主要分为有触点的电子点火系统和无触点的电子点火系统两大类。无论是哪一类电子点火系统,都是利用电子元件(晶体三极管)作为开关来接通或断开点火系统的初级电路,通过点火线圈来产生高压电。
电子点火系统也有闭环控制与开环控制之分:带有爆震传感器,能根据发动机是否发生爆震及时修正点火提前角的电控系统称为闭环控制系统;不带爆震传感器,点火提前控制仅根据电控单元内设定的程序控制的称为开环控制系统。 3.1.3 怠速控制系统
怠速性能的好坏是评价发动机性能优越与否的重要指标,怠速性能差将导致油耗增加、排污严重,因此需进行必要的控制。现代轿车中一般都有怠速控制系统,由ECU控制并维持发动机怠速在某一稳定范围内。怠速控制通常是指怠速转速控制。实质是对怠速工况时的进气量进行调节(同时配合喷油量及点火提前角的控制)。目前,除了怠速转速的稳定性控制之外,怠速控制还可实现起动控制、暖机控制、负荷变化控制
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