汽车电气系统的发展-《汽车概论（第2版）》

早期的汽车上根本就没有电气装置。大约在1900年，随着磁电机的发展并应用到汽车技术上，才出现了电点火装置，继而又出现了感应线圈点火装置。1912年，汽车工程师研制出了戴尔科系统，即照明装置和起动机。1930年，一种能够根据蓄电池充电状况来控制发电机输出的直流发电机调节器研制成功，从而有效地保护了蓄电池。20世纪60年代初期，汽车交流发电机出现后，人们又研制出不论汽车在何种行驶状态下都能对蓄电池保持适当充电量的装置。

20世纪50年代中期，由于将汽车电气系统的电压改为12 V，汽车上的电气装置安全性和可靠性得到了有效提高。随着电子信息业的飞速发展，现代汽车的电气系统发展得也越来越快，而且越来越完善，从最初的汽车照明系统的电路到收录机，一直发展到如今包括车载冰箱、车用电话、车载电视等诸多电器在内的电气系统。汽车已经发展成当今智能化电子技术的结合体。它主要表现为乘坐汽车的舒适性、便利性，以及汽车的豪华性和安全性。这不仅是汽车技术发展迅速的表现，也是高科技造福人类社会生活的集中体现。

（一）汽车灯具

最早的汽车上没有灯具，汽车只能在白天行驶。大约到1905年，乙炔前大灯开始被用作汽车照明装置，才使汽车在夜间行驶变得可能和安全。

1912年，凯迪拉克的凯特林汽车首先使用了汽车电灯。20世纪30年代末，在美国政府要求汽车完全使用标准化的封闭式大灯以前，各汽车制造厂都是自行设计自己的照明系统，因而就出现了汽车大灯设计五花八门的现象。但封闭式前照大灯易破碎，光束不集中，散射的光束使迎面而来的驾驶员炫目，雨天或是大雾天，光束又会被反射回来，产生令人不快的眩光。现在大多数汽车已经开始使用结构更紧凑、外形更符合空气动力学特征的聚光灯式前照灯，它能提供更远、更广阔的视野，亮区和暗区的分界也更加清晰，并且近光照明得到了改善，不再对会车时产生不良影响。另外，低空气阻力的外形设计所显示的日益增加的重要性和优越性，保证了这种前照灯迅速得到推广。

轿车大灯（前照明灯）有两种功能：一种是照明，另一种是装饰。但是在近十几年中，大灯的外形不断得到改进，与车身嵌装组合为一个整体，越来越显露出它的装饰作用。大灯的内在结构正在发生一次重大的技术革命，灯具将具有智能性而变成“聪明”的灯。

传统的大灯有两组灯丝，分别射出远和近的光束。远光束亮些，照得远些，主要用于高速行驶；近光束暗些，照得近些，主要用于会车。随着轿车行驶速度的不断提升，传统大灯的照明已经日益显示出它的弊端，在转弯、会车、雨雾天气及在高速公路上行驶，两光束的大灯会使驾车者不易看清路面，视野狭窄，也容易造成对方驾车者眩目。在20世纪90年代，欧洲开发了AFS灯光系统的前大灯，日本开发了ILS智能灯光系统。在AFS灯光系统中，每只大灯组件内有8个反射器，在转弯、高速行驶及雨雾天气等不同情况下受控生成能适应各种驾驶环境的灯光模式。但由于其体积较大，存在装配上的局限性，且灯泡更换不方便，因此推广困难。而ILS智能灯光系统能使汽车大灯随行驶状况的变化而变化，可以变化出10～15种不同光束。例如在高速公路上，汽车大灯会照亮前方不宽的区域，灯光要远一点。当汽车行驶在弯道上，在车辆的转弯时外侧要亮度大些，使驾驶员能看清楚弯道情况；而内侧要暗些，不会使对面会车的驾驶员炫目。同时有一些产品的大灯组件内装了三组灯泡，其中一组是活动的，其他两组是固定的。活动的部分由电脑操纵，随行车状态灵活变化。例如，当转向盘转向时，会有传感器立即探明车辆要转弯，电脑接到信息后立即发出指令指挥大灯的活动组灯，随转向盘的角度变化来更改灯光的折射角度。

（二）仪表系统的进展

最早的汽车仪表是由一排外视器组成的，随后出现的仪表就是精确计时仪。在1900—1905年，大多数汽车上的计时仪仅仅是卷簧时钟；后来速度表、润滑油压表、充电电流表、发动机冷却液温度表以及燃油液位表等仪表集中式的仪表板很快发展起来，并配备了仪表板夜间照明系统。20世纪80年代，随着电子技术的发展，电子数字式显示仪表板代替了原来的机械仪表，彩色显示甚至阴极射线示波管显示也在汽车仪表上得到应用。

目前，汽车仪表板总的发展趋势正在向简洁明了的模拟式仪表和模仿模拟式仪表的数字式仪表板方向发展。

（三）汽车电动座椅

现代轿车的驾驶者座椅和前部乘员座椅多是电动可调的，又称电动座椅。座椅是与人接触最密切的部件，人们对轿车平顺性的评价多是通过座椅的感受做出的。因此，电动座椅是直接影响轿车质量的关键部件之一。轿车电动座椅以驾驶者的座椅为主。从服务对象出发，电动座椅必须要满足便利性和舒适性两大要求。也就是说，驾驶者通过按键操作，既可以将座椅调整到最佳的位置，使驾驶者获得最佳视野，得到易于操纵方向盘、踏板、变速杆等操纵件的便利，也可以获得最舒适和最习惯的乘坐角度。

现代轿车的电动座椅是由坐垫、靠背、靠枕、骨架、悬挂和调节机构等组成。其中调节机构由控制器、可逆性直流电动机和传动部件组成，是电动座椅中最复杂和最关键的部分。可逆性直流电动机必须体积小，负荷能力大；而机械传动部件在运行时要求有良好的平稳性，噪声要小。控制器的控制按钮设置在驾驶者操纵方便的地方，一般在门内侧的扶手上面。有些轿车的控制器还设有微电脑，有存储记忆功能，只要按下某一记忆按键，即可自动将电动座椅调整到存储的位置上。目前先进的调节机构可以调节座椅的水平移动和垂直移动、靠背的角度移动和靠枕的高度移动，即所谓的“六向可调式”。乘员可以根据自己的身材将座椅调到最舒适的位置。

由于座椅是衡量轿车舒适性的重要依据，因此轿车电动座椅在造型方面必须充分考虑人体尺寸、人体质量、乘坐姿势和体压分布等因素，应用人体工程学的研究成果和先进技术，设计制造出久坐舒适的座椅。例如，奔驰E级轿车的六向可调式电动座椅均按人体轮廓的要求设计，能为人体的腰部和臀部提供最佳的横向支持。在材料方面，由于座椅还起到装饰车厢的作用，因此座椅面料的颜色要与车厢的总色调协调一致，除了质地优良外，还要有良好的手感，使人们一坐上去就有一种舒适的感觉。

随着汽车技术的发展，汽车座椅已从一个简单的部件发展到一个比较复杂和精确程度要求比较高的部件。

（四）汽车空调

空调系统是舒适性装置，汽车内部温度是舒适性的重要指标。车内温度取决于车外温度、空气流量以及太阳辐射的大小。当车外温度超过20℃时，车内的舒适温度只能靠冷风降温来达到。传统空调是人工调控的，在空调控制面板上有一个温度调节旋钮，实际上是一个可变电阻装置，它与蒸发器内的温度感应电阻组成串联电路，当温度低时将离合器分离，空调停止工作；当温度高时将离合器合上，空调继续工作。这样的控制方式比较简单，但温控调节粗糙。自动空调则是自行调控，它能够依据车厢温度自动调节出风温度，具有平滑柔顺、温控调节精细的特点。另外，自动空调有自检装置，可以及早发现故障隐患。

有些轿车的自动空调还装有红外温度传感器，专门探测乘员面部的皮肤温度。当传感器检测到人体皮肤温度时就反馈到汽车控制电脑。这样，汽车控制电脑有多种传感器的温度数据输入，就能更精确地控制空调。这样，乘员只要操作旋钮或按键，设置所需温度及风机转速就可以了。随着集成电路成本的降低和人们对舒适性需求的增大，目前，装配自动空调的轿车越来越多。

（五）现代汽车防盗装置

20世纪80年代前，中国还没有汽车防盗的概念，多数汽车没有专门的防盗装置，防盗措施只有通过安装车门锁和拔下启动开关钥匙来实现。如果偷盗者撬开车窗拧开车门，接通点火开关，就能将汽车开走。为了防止汽车被盗，人们在汽车上安装了各种防盗装置。现有的汽车防盗装置主要分为两大类：机械式和电子式。

比较常见的机械式防盗装置有方向盘锁和变速器锁，它们靠坚固的金属结构锁住汽车的操纵部分，使汽车无法开动。例如，方向盘锁将方向盘与制动踏板连接在一块，或者直接在方向盘上加上限位铁棒使方向盘无法转动。这些机械式防盗装置结构比较简单，占用空间不隐蔽，每次使用都要用钥匙开锁，比较麻烦，而且不太安全。随着电子技术在汽车上的应用，电子式防盗装置应运而生。

比较常见的电子式防盗装置一般都使用了遥控技术。它主要具有以下功能。

①防盗功能：当防盗装置处于警戒状态时，切断汽车起动电路和油泵电路，使汽车无法起动。

②报警提示：当有人靠近或触动汽车时，发出报警声。

③遥控车门：遥控启动。

电子遥控防盗装置车内部分由控制器、探测器和门开关等组成。控制器是整个装置的核心，它由中央控制单元（Electronic Control Unit，ECU）分析输入信号，通过输出信号触发报警系统。ECU储存了识别密码，可以识别“自己人”密码，从而开启车门和启动开关。探测器由感应器或探头组成，超声波感应器起主要作用。当它处于工作状态时，能自动识别车厢内超声波场的变化，当有人破坏车窗或进入车厢时，产生压力变化使超声波场变化，经超声波感应器传输这些变化信号至ECU，ECU瞬间识别后就会触发警报。车门、发动机舱盖和行李舱盖等开关的控制部分与ECU端点相连接，任何一个被非法打开时都会立即触发警报。

电子遥控防盗装置的遥控器、电子钥匙都有相对应的密码。遥控器发射部分采用微波／红外线系统。驾车者利用手持遥控器将密码信号发向停车位置，车锁系统接收开启信号，进车后再将电子钥匙放入点火锁内，电子钥匙将内置密码发至控制电路中的接收线圈，产生电感耦合，令电路和油路系统启动，汽车得以运行。当然，目前还没有一种汽车防盗装置是绝对打不开的，对于一些惯偷而言，汽车的防盗装置仅能起到增加盗车难度、延长盗车时间、及时报警及恐吓的作用。比较安全的做法是将汽车停放在有专人看管的停车场。随着时间的推移，汽车防盗装置越来越多，技术含量将越来越高。现在已经有利用手机作为遥控器报警的，当有人进入汽车时，防盗装置就会将信号发送至驾车者的手机上。

（六）汽车音响

自从半导体收音机在20世纪50—60年代盛行以来，小空间低电压的电子音响开始安装在汽车上，从60年代汽车收音机，70—80年代的卡式收音机，90年代的卡式录放机，以及CD／VCD转换器都逐渐被运用到汽车上。但与家用高保真音响相比，其效果仍有很大差距。随着电子技术的发展，大量的高新技术被现代音响采用，并且设置在有限的汽车空间内。采用的主要高新技术有：

①数字调谐技术。实现收音调谐自动扫描搜索、自动搜索存储。不但有自动存储寻找节目的功能，还有人工调谐、寻找、检索和预检索等功能。并能预置十几个节目，且具有高保真。

②对磁带机芯的逻辑控制技术。可使磁带放音机选曲、快进、倒带、暂停、退带更为方便迅速。

③大功率功放输出技术。大多汽车音响的功放为30～100W，以保证失真小，音质好。

④CD多片连续播放技术。一般可以实现6～10片CD连放和选碟。

⑤新型的数／模转换和数字滤波技术。采用独立的左、右声道数／模转换器，使左、右两声道的数字信号同时转换处理，消除放音的时间不一致性，使音质更佳。

⑥新颖的消噪技术。采用多值噪声消除系统，以衰减包含于原级输出信号中的量化误差，使低频带量化噪声波衰减到很低的水平。有的音响采用独特的降噪线路，有效地隔离了地线的噪声；也有的采用先进的脉宽调制式直流变换器，消除汽车电器系统的噪声杂音，使信噪比大大提高。

（七）汽车电子新技术(www.xing528.com)

1.汽车自动导航系统

汽车自动导航系统能自动显示车辆的行驶位置，可对驾驶员选择的目的地给出最佳的行驶路线，还可以方便地实现特殊车辆的跟踪、监视以及对被盗车辆的定位查找。

汽车自动导航系统采用的技术主要有GPS卫星导航技术、航位推算（Dead Reckoning）、地图匹配（Map Mapping）等。

2.车距自动保持系统

在车辆行驶过程中，通过安装在车身前部的微波雷达传感器，实现车间距离的自动检测功能，并能帮助驾驶员判断自己的车辆与前方车辆是否处于安全行驶状态。当车距达到临界安全距离时，系统会报警提醒驾驶员，甚至自动控制油门和制动装置，与前方车辆保持设定的间距，以保证行车安全。

3.周边车辆危险报警系统

通过车载微波雷达可随时对周围车辆的运行状态进行监视，当发现周围的车辆与自己的车辆距离过近时，会自动发出警报，提醒驾驶员注意。

4.汽车防碰撞系统

汽车防碰撞系统由驾驶环境识别、行车状态监测、潜在危险评估、危险情况警示、刹车制动系统等组成，以避免碰撞事故的发生或减小碰撞事故发生后的危害。

5.汽车自动驾驶技术

在路面下每隔一定距离埋设专用磁铁或其他装置，在车辆的前后保险杠上配置磁铁传感器，接收路面专用磁铁的信息反馈；车辆行驶由电脑和传感器调控，交通信息通过车辆和路旁的电脑系统交流。实现自动驾驶后，车辆的行驶速度可达200 km／h，车辆之间的车距也可大大缩短。

6.驾驶员状态监测系统

驾驶员状态监测系统可对驾驶员在驾驶过程中的精神状态进行监控。通过安装在驾驶员前面的传感器，随时对驾驶员的操作、眼睛的活动进行监视，当发生异常时会报警，严重情况下会自动关闭发动机，以保证驾驶的安全性。

7.声控技术

随着汽车功能的增加，车内不仅装有收音机、CD机、车载电话等系统，驾驶员还可借助车内设备，通过卫星通信设备连接计算机网络，进行上网和收发邮件工作。在这种情况下，进行声音控制就成了必然的选择，驾驶员只要发出相应的命令，就可完成这些操作，从而大大提高方便性。

8.电子自动控制悬架系统

电子自动控制悬架系统可进一步提高车辆行驶中的稳定性，通过车身上安装的多点传感器，不断将道路状况的信息传给计算机，计算机根据这些信息分析做出反应，控制车辆的抗振衰减系统。

9.电子控制转向系统

电子控制转向系统能根据发动机转速或车速，将转向动力放大倍数，使汽车在停车或低速行驶时转动方向盘所需的力减小，车辆高速行驶时所需的力增大，从而提高车辆操纵的轻便性和行车的安全性。

10.电控四轮驱动技术

电控四轮驱动技术（4 Wheel Drive，4WD）能够根据前后轴的转速等信息，控制并分配前后轴驱动力，使汽车具有防滑能力、良好的加速性和行驶稳定性。可防止汽车在较差的路面上行驶、爬坡时打滑或在汽车高速转弯时避免事故的发生。

11.汽车电子稳定程序

汽车电子稳定程序（Electronic Stability Program，ESP）负责监控汽车的行驶状态，在汽车紧急躲避障碍物或转弯时出现转向不足或转向过度的情况时，自动地向一个或多个车轮施加制动力，使车辆避免偏离理想轨迹。

（八）汽车多媒体

随着新型汽车的发展，汽车的娱乐商务功能已经成为广大汽车消费群体所关注的焦点。其中包括双视导航系统、后座娱乐系统、卫星电视、数字视频广播和通用串行总线（Universal Serial Bus，USB）连接技术等。

双视导航系统是指在普通的超薄液晶显示屏上覆加了一层称作“视差障碍物”的物质。在车辆行驶中，驾驶者看到的只是车辆行驶的导航信息，而前排乘客可以观看视频娱乐节目，这样就使得在前排乘客娱乐的同时避免驾驶员思想分散，从而达到行车安全的目的。该系统操作方式是以触摸式屏幕操作为特色，双视显示屏安装在集成导航电台上。

后座娱乐系统具有DVD录音重放、传统电视、游戏平台以及MP3录音重放功能等。通过移动电视全球调谐器能够在世界范围内帮助车辆接收到极高质量的电视图像。其移动电视全球调谐器具备接收模拟信号或数字信号的功能，并能根据在某一地所接收到的信号自动在模拟和数字信号之间转换，进行接收和解码DVB－T数字信号、ISDB－T数字信号以及PAL.SECAM和NTSC模拟信号等。

通用串行总线（USB）连接技术，使汽车开始装备通用串行总线（USB）用户接口、连接线以及插孔进行更大量的数据交换，这样就可以使汽车内部变成移动办公室和娱乐中心合二为一的综合空间。乘客可以利用它从移动闪存盘等闪存装置中下载MP3音乐文件，也可以利用车载音频系统进行播放收听。近期正在突破的是用于音频／视频、远程信息处理和全球定位数据交换的多个接口串行连接。这样，以后的用户就可以在车内进行更多、更方便、更个性化的数据交换操作。

（九）汽车网络控制系统

随着计算机技术、通信技术、集成电路技术的飞速发展，汽车已经由传统机械型演变成机械和现代电子高科技的结合体。现代汽车电子装置价值已占总价值的1／2以上，高级轿车更占到2／3。人类社会进入信息网络时代后，已不满足于将汽车作为一种简单的代步工具，而更希望能在汽车上像在办公室和家里一样工作和生活。由于汽车电子控制单元的大量引入，导致了汽车布线复杂、电子信号的利用率及运行可靠性降低、维修难度增大。因而新型的计算机网络技术被引入汽车，传统烦琐的现场连线被单一简洁的现场总线网络所代替，由此汽车也开始步入网络时代。

汽车网络技术是指各电子设备之间采用了数字式串行通信，一对总线上有多个设备。这种设计简化了布线，减少了电气节点的数量和导线的用量，使装配工作更为简化，同时也增加了信息传送的可靠性，实现了车内的电子设备在应用中的信息和资源共享。通过数据总线可以访问任何一个电子控制装置，读取故障码对其进行故障诊断，使整车维修工作变得更为简单。

汽车网络控制系统分为两类：一类是汽车运行控制管理系统，包括发动机、底盘、车身电子控制；另一类是车载电子服务系统，包括汽车信息系统、导航系统、汽车音响及电视娱乐系统、车载通信系统、上网设备等。

汽车运行控制管理系统的发展趋势：一是将发动机管理系统和自动变速器控制系统集成为动力传动系统的综合控制（PCM）；二是将制动防抱死控制系统（ABS）、牵引力控制系统（TCS）和驱动防滑控制系统（ASR）综合在一起进行制动控制，通过中央底盘控制器，将制动、悬架、转向、动力传动等控制系统通过总线进行连接，控制器通过复杂的控制运算，对各子系统进行协调，将车辆行驶性能控制在最佳水平，形成一体化底盘控制系统（UCC）。现在，汽车已装有上百个传感器和几十个微处理器，某些高级汽车上单台车使用的CPU个数已达到几十甚至上百个。

车载电子服务系统的发展趋势是：引入汽车信息系统、导航系统、汽车音响及电视娱乐系统、车载通信系统等，使之具有信息处理、通信、导航、语言识别、图像显示和娱乐等功能，实现人们在汽车上能够流动办公、学习培训、安全行驶和休闲娱乐的理想，并使人们在驾驶汽车时更舒适和安全。