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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。

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前言 随着科学技术的不断进步，汽车工业相应得到了迅速发展。如何快速而平稳地把发动机的动力传递到驱动车轮上，是影响汽车操纵方便性与平顺性的关键之所在，要想解决好这些问题，首先要了解自动变速器技术特别是液力变矩器等相关技术的发展。1．自动变速器技术的发展目前汽车所使用的自动变速器大致可分为三类[1]：一类是由液力变矩器、行星齿轮机构及电液控制系统组成的液力自动变速器[2]；一类是由传统固定轴式变速箱和干式离合器以及相应的电－液控制系统组成的电控机械式自动变速器；另一类是无级自动变速器。 液力自动变速器液力自动变速器其基本形式是液力变矩器与动力换挡的旋转轴式机械变速器串联。这种自动变速器的主要优点有[1]：液力变矩器的自动适应性使其具有无级连续变速及变矩能力，对外部负载有自动调节和适应性能，从根本上简化了操纵；液体传动本身特有一定的减振性能，能够有效地降低传动系的尖峰载荷和扭转振动，延长了传动系的寿命；汽车起步平稳，加速迅速、均匀、柔和；提高了乘坐舒适性与行驶安全性；车辆的通过性好。 电控机械式自动变速器这是一种由普通齿轮式机械变速器组成的有级式机械自动变速器。机械式自动变速器是在普通固定轴式齿轮变速器的基础上，把选挡、换挡、离合器操纵及发动机油门操纵由控制器完成，代写毕业论文实现自动变速。基本控制思想是：根据汽车运行状况、路面情况和驾驶员的意图，依据事先制定的换挡规律、离合器接合规律及发动机油门变化规律，对变速器进行最佳挡位判断、离合器动作控制及发动机油门动作控制，实现发动机、离合器及变速器的联合操纵。由于机械式自动变速器是非动力换挡，变速器输出扭矩与转速变化比较大，易造成冲击比较大，以及换挡期间动力中断等缺点，必须对其进行改进，因此提出了扭矩辅助型机械自动变速器和双离合器式机械自动变速器。前者通过辅助齿轮机构来实现，后者使变速器相邻挡位的扭矩传递，分别受控于两个独立的离合器，这样可以实现动力不中断换挡。 机械无级变速器前面提到的两种自动变速器都是有级或分段无级自动变速、无级变速器、带式无级变速器利用由许多薄钢片穿成的钢环，使其与两个锥轮的槽在不同的半径上“咬和”来改变速比，以达到无级变速的性能。它克服了前面两种自动变速器固有的齿轮传动比不连续和零件数量过多的缺点，具有传动比连续、传递动力平稳、操纵方便等特点，实现了无级变速。由于CVT 是摩擦传动，导致效率低，所使用的传动链制造技术难、加工精度要求较高，使用的材质要求更高，维修更是困难，对这些难点仍在继续攻关中。 液力变矩器+AMT 的自动变速器将液力变矩器（TC）与固定轴机械式齿轮变速器(AMT)组合[2]，得到一种新型的自动变速系统，即：TC+AMT。TC 与AMT 共同工作，不但具有AT 的优点，大大提高了军车的通过性、越野性操纵方便性，而且具有成本低与易制造的特点。在保证汽车动力性、燃油经济性、操纵方便性等特性外，还可以实现发动机、液力变矩器和机械式自动变速器合理匹配，找到最佳工作点，达到总体效果最佳，不仅越野性、通过性好、操纵方便，而且使影响乘坐舒适性的冲击度最小，具有良好的乘坐舒适性。是一种具有良好发展前途的自动变速器，世界各国正致力于此项技术的研究和开发。 带闭锁与滑差的TC+AMT 的自动变速器液力变矩器具有的起步平稳、减振、通过性和乘坐舒适性好等优越性能，但最大的缺陷是效率低，为了提高液力变矩器的传动效率，而采用了闭锁与滑差技术。它是指在液力变矩器的泵轮与涡轮之间，安装一个可控制的离合器，当汽车的行驶工况达到设定目标时，控制离合器将泵轮与涡轮按设定的目标转速差传动（即滑差控制）或锁成一体（即闭锁控制），液力变矩器随之变为半刚性或刚性传动，这样做一方面提高传动效率[4]。闭锁后消除了液力变矩器高速比时效率的下降，理论上闭锁工况效率为1，从而使高速比工况效率大大提高；另一方面，在液力传动向机械传动转换过程中，由于采用滑差控制，不但扩大了液力变矩器的高效率范围，而且可以使传动系从液力传动平稳地过渡到闭锁后的刚性传动，特别是在闭锁开始和闭锁低速阶段，可以吸收由于闭锁产生的部分振动和冲击，按照滑差和闭锁的控制规律，使得涡轮转速逐步接近泵轮，大大减少了冲击和振动，使得乘坐舒适性得以提高。2．带有闭锁与滑差控制的液力变矩器结构特点 液力变矩器结构的方案分析图1 液力变矩器方案一 图2 液力变矩器方案二 以某公司开发的带有闭锁与滑差控制的某大型汽车液力变矩器结构简图如图1和图2所示，二者是原理相同而结构形式相异的两种液力变矩器。对于图1所示结构[5]：在液力传动时，在分离离合器后，AMT 自动变速器输入轴的转动惯量由涡轮、闭锁离合器、涡轮法兰、涡轮轴等部件的惯量组成。而原车此时的转动惯量仅为原干式离合器的从动盘和变速器一轴的惯量，新系统的转动惯量为原车的4倍。这将延长换挡时同步器接合时间，大大地影响了换挡品质的提高。图中：1 为闭锁离合器，2 为换挡离合器；对于图2所示结构[6]：在液力传动时，AMT 自动变速器输入轴的转动惯量由换挡离合器的从动片、涡轮轴、花键轴等组成。这种布置使转动惯量想比与手动装置大大的减少，而且减少了同步器的接合惯量，这不仅有利于AMT 换挡，具有工作平稳、寿命长等特点，有利于提高换挡品质，而且更加巧妙地将闭锁离合器1布置于涡轮同一侧，使得方案二的结构紧凑。 闭锁与滑差的控制（1）闭锁与滑差控制系统的液压原理图4 电控系统示意图 实现闭锁与滑差控制的动力源是液压控制系统所提供的系统压力，根据闭锁与滑差控制系统的工作原理和要求。在何时采取液力传动、滑差控制的半刚性传动还是闭锁控制的刚性传动，完全由各电磁阀综合控制的系统油压P1和P2的压差（P1-P2）来决定。（2）闭锁与滑差电控系统根据动态三参数控制理论，在保证TC+AMT 自动变速器的换挡品质的前提下，根据在线所采集的数据，监控车辆的行驶状态，按照特定控制程序和规定的换挡规律，代写毕业论文实现闭锁与滑差的精确控制。具体电控系统方块图如图4所示。有了良好的带有闭锁与滑差控制的TC+AMT 自动变速器硬件，先进的控制技术来怎是确保它的优越性能实现的根本保证。总之，开展液力变矩器的研究是提高自动变速器技术的重要环节。参考文献：1．葛安林 车辆自动变速理论与设计 北京：机械工业出版社19912. 葛安林 自动变速器（二）—液力变矩器 汽车技术 2001（6）3．马文星 液力传动在汽车上的应用与展望 汽车技术 1991（2）4．过学迅 汽车自动变速器 北京：机械工业出版社出版1999（1）5．朱经昌等 车辆液力传动 北京：国防工业出版社1983（1）6．朱经昌等 液力变矩器的设计与计算 北京:国防工业出版社1991（1）