電子技術(shù)在現(xiàn)代汽車上的應(yīng)用及發(fā)展趨勢

自20世紀(jì)70年代以來，電子技術(shù)開始在汽車上快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，尤其是近幾年各種排放性能、燃油經(jīng)濟性和安全性能等法規(guī)的強制性要求，極大推動了電子技術(shù)在汽車領(lǐng)域的推廣使用，使汽車電子化程度不斷提高，性能不斷加強。

1 汽車電子技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

作為汽車工業(yè)與電子工業(yè)的結(jié)合，汽車電子產(chǎn)業(yè)得到了飛速發(fā)展。目前，西方發(fā)達(dá)國家的電子產(chǎn)品在轎車整車制造價格中所占的份量已經(jīng)達(dá)到了15%~20%，預(yù)計到2010年將達(dá)到25%~35%。汽車電子技術(shù)不僅推動了汽車工業(yè)的發(fā)展，同時也極大地促進了電子產(chǎn)品市場的發(fā)展。現(xiàn)代汽車電子技術(shù)在改善汽車動力性、經(jīng)濟性、安全性、行駛穩(wěn)定性和乘坐舒適性等方面發(fā)揮著不可替代的作用。具體來說，汽車電子技術(shù)的應(yīng)用主要可分為以下四個方面。

1.1 動力傳動電子控制系統(tǒng)

主要包括發(fā)動機電子控制(包括汽油機和柴油機)、自動變速器控制(ECT、CVT/ECVT等)以及動力傳動總成的綜合電子控制等?？刂葡到y(tǒng)主要由各種傳感器、執(zhí)行機構(gòu)和電控單元(ECU)組成。其主要是保證汽車在不同的工況下均能處在最佳狀態(tài)下運行，并簡化駕駛員的有關(guān)操作，從而降低油耗和排放，減少動力傳動系統(tǒng)的沖擊，減輕駕駛?cè)藛T的勞動強度，提高汽車的動力性、經(jīng)濟性和舒適性。

1.2 底盤電子控制系統(tǒng)

包括制動防滑與動態(tài)車身控制系統(tǒng)(ABS/ASR、ESP/VDC)、牽引力控制系統(tǒng)、懸架及車高控制系統(tǒng)、輪胎監(jiān)測系統(tǒng)(TPMS)、巡航控制系統(tǒng)(CCS)、轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)(如4WS)、驅(qū)動控制系統(tǒng)(如4WD)等。其主要用于提高汽車的安全性、舒適性和動力性等。近些年來，這類控制系統(tǒng)開始在普通轎車上廣泛采用。

1.3 車身電子控制系統(tǒng)

主要包括安全氣囊(SRS)、自動座椅、自動空調(diào)控制、車內(nèi)噪音控制、中央防盜門鎖、視野照明控制、自動刮水器、自動門窗、自動防撞系統(tǒng)以及滿足不同用電設(shè)備的電源管理系統(tǒng)。主要是用來增強汽車的安全性、舒適性和方便性。

1.4 多媒體娛樂、通訊系統(tǒng)

主要包括車載多媒體系統(tǒng)、駕駛員信息系統(tǒng)、語音系統(tǒng)、智能交通系統(tǒng)(1TS)，車輛導(dǎo)航系統(tǒng)(GPS/DGPS等)、計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)等。用于聯(lián)結(jié)“人—車—外界環(huán)境信息”，以及協(xié)調(diào)整車各部分的電子控制功能。

2 汽車電子技術(shù)發(fā)展趨勢

隨著更加先進的靈巧型傳感器、快速響應(yīng)的執(zhí)行器、高性能ECU、先進的控制策略、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、雷達(dá)技術(shù)、第3代移動通訊技術(shù)在汽車上的廣泛應(yīng)用，現(xiàn)代汽車正朝著更加智能化、自動化和信息化的機電一體化產(chǎn)品方向發(fā)展，以達(dá)到“人—汽車—環(huán)境”的完美協(xié)調(diào)。

2.1 傳感器

隨著汽車電子化發(fā)展，自動化越高，對傳感器的依賴程度也就越大。汽車用傳感器的種類多樣化和使用數(shù)量的增加，使得傳感器朝著多功能化、集成化、智能化和微型化方向發(fā)展。這些將使未來的智能化集成傳感器不僅能提供用于模擬和處理的信號，而且還能對信號作放大等處理;同時它還能自動進行時漂、溫漂和非線性的自校正，具有較強的抵抗外部電磁干擾的能力，保證傳感器信號的質(zhì)量不受影響，即使在特別嚴(yán)酷的使用條件下仍能保持較高的精度;另外，它還具有結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便的優(yōu)點，從而免受機械特性的影響。

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2.2 微處理器(ECU)

自從1976美國通用汽車公司成功的將ECU應(yīng)用到汽車發(fā)動機的控制系統(tǒng)中后，汽車電子控制系統(tǒng)進入到了新的高速發(fā)展階段，隨后ECU被應(yīng)用到動力傳動、車身、安全等控制系統(tǒng)中。由于汽車用ECU對可靠性、信息處理能力、實時控制能力及成本上的特殊要求，基于通用芯片開發(fā)出的ECU已經(jīng)很難滿足汽車電子控制系統(tǒng)的要求，因此，開發(fā)出具有多路同步實時控制、自帶A/D與D/A、自我診斷、高輸入/輸出等功能的汽車專用ECU系統(tǒng)具有很高的現(xiàn)實意義。隨著汽車電子控制日趨集中化，ECU需要處理的信息量不斷增加，因此，16位和32位ECU將成為未來汽車用ECU的首選，預(yù)計在今后幾年內(nèi)需求量將增加50%以上，逐步成為車用ECU的主流。

2.3 執(zhí)行器

目前汽車上所使用的執(zhí)行器主要有電磁式、電動式和氣動/液動式。電磁和電動式的執(zhí)行器是以電為動力的操作機構(gòu)，具有體積小、重量輕、響應(yīng)速度快、耗能小的特點，但是，與氣動/液動式執(zhí)行器相比，輸出驅(qū)動能力則不足，無法滿足未來汽車控制領(lǐng)域大驅(qū)動輸出的需要。但是，隨著新材料、新工藝、新機構(gòu)設(shè)計的采用，

電磁和電動式執(zhí)行器將逐漸取代氣動/液動執(zhí)行器，尤其是在未來汽車普遍更換42V新型電源系統(tǒng)之后，輸出驅(qū)動能力將大幅度提升，完全可以取代傳統(tǒng)的氣動/液動系統(tǒng)。

2.4 控制策略

目前在汽車電子控制系統(tǒng)中廣泛采用的是PID控制理論，是一種使用于單輸入/輸出、線性定常系統(tǒng)的經(jīng)典控制理論，但是，由于汽車中需要控制的對象往往具有很強的時變和非線性，控制系統(tǒng)的輸入和輸出參數(shù)也越來越多，采用以狀態(tài)空間為基礎(chǔ)、適用于多輸入/輸出、非線性時變系統(tǒng)的現(xiàn)代控制理論已成必然，如最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制、模糊控制等。

2.5 總線技術(shù)

利用總線技術(shù)將汽車中各種電控單元、智能傳感器、智能儀表等聯(lián)接起來，從而構(gòu)成汽車內(nèi)部局域網(wǎng)，實現(xiàn)各系統(tǒng)間的信息資源共享。其優(yōu)點主要有：①大大減少線束數(shù)量、連接點及體積，提高系統(tǒng)的可靠性和可維護性;⑦采用通用傳感器，達(dá)到數(shù)據(jù)信息共享的目的;③改善系統(tǒng)的靈活性，即通過系統(tǒng)的軟件可實現(xiàn)系統(tǒng)功能的變化。根據(jù)側(cè)重功能的不同，SAE將總線劃分為A、B、C三大類：A類是面向傳感器和執(zhí)行器的一種低速網(wǎng)絡(luò)，主要用于后視鏡調(diào)整、燈光照明控制、電動車窗等控制等，目前A類的主流是LIN;B類是應(yīng)用于獨立模塊間的數(shù)據(jù)共享中速網(wǎng)絡(luò)，主要用于汽車舒適性、故障診斷、儀表顯示及四門中央控制等，其目前主流是低速CAN(又稱動力CAN);C類是面向高速、實時閉環(huán)控制的多路傳輸網(wǎng)絡(luò)，主要用于發(fā)動機、ABS和自動變速器、安全氣囊等的控制，目前C類主流是高速CAN(又稱動力CAN)，但是隨著下一代高速、具有容錯能力的時間觸發(fā)方式的“X by Wire'’線控技術(shù)的發(fā)展，將逐漸代替高速CAN在C類網(wǎng)中的位置，力求在未來5—10年之內(nèi)使傳統(tǒng)的汽車機械系統(tǒng)變成通過高速容錯通訊總線與高性能CPU相連的百分之百的電控系統(tǒng)，完全不需要后備機械系統(tǒng)的支持，其主要代表有TTP/C和Flex Ray。而在多媒體與通訊系統(tǒng)中，MOST、IDB 1394和“藍(lán)牙”技術(shù)成為了今后的發(fā)展主流。另外，光纖憑借其高傳輸速率和抗干擾能力，越來越廣泛的用作高速信號傳輸介質(zhì)。

2.6 新型42V供電電源

隨著汽車電控技術(shù)的不斷發(fā)展，使汽車電子裝置在整車中所占比例和相應(yīng)的耗電量不斷提高，使現(xiàn)有的12V電源系統(tǒng)供電能力趨于飽和或不足，無法滿足下一代汽車設(shè)計中新增電子設(shè)備的需求，如無凸輪軸電磁式電控配氣相位機構(gòu)、飛輪復(fù)合式起動—發(fā)電機系統(tǒng)、電加熱三效催化轉(zhuǎn)化器以及新型電力制動和電力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等，它們在傳統(tǒng)的12V電源系統(tǒng)中難于實現(xiàn)，而這些新技術(shù)又是公認(rèn)的未來汽車技術(shù)發(fā)展的重要方向。因此，采用更高供電電壓的電源系統(tǒng)成為必然趨勢。

2.7 安全技術(shù)

從近兩年召開的一些大型國際汽車技術(shù)研討會和展會(如“2004國際ITS會議”、“Convergence 2004國際汽車電子展等”)可以看出，未來汽車電子控制的重要發(fā)展方向是汽車安全領(lǐng)域。主要有以下幾個方向：①利用雷達(dá)技術(shù)和車載攝像技術(shù)開發(fā)各種自動避撞系統(tǒng);②利用近紅外技術(shù)開發(fā)各種能監(jiān)測司機行為的安全系統(tǒng);③高性能的輪胎綜合監(jiān)測系統(tǒng);④自適應(yīng)自動駕駛系統(tǒng);⑤駕駛員身份識別系統(tǒng);⑥安全氣囊和ABS/ASR，以及車身動態(tài)控制系統(tǒng)將更加完善。

2.8 多媒體娛樂與智能通訊系統(tǒng)

隨著第3代移動通訊技術(shù)和計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，未來汽車正朝著移動力、公室、家庭影院方向發(fā)展，為司機和乘客提供進行中的實時通訊和娛樂信息，并把汽車和道路及其它遠(yuǎn)程服務(wù)系統(tǒng)結(jié)合起來，構(gòu)建未來的智能交通系統(tǒng)(1TS)。具體功能：①提供豐富的多媒體設(shè)施環(huán)境，利用GPS、GSM網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)導(dǎo)航、行車指南、無線因特網(wǎng)以及汽車與家庭等外部環(huán)境的互動。②具備遠(yuǎn)程汽車診斷功能，緊急時能夠引導(dǎo)救援服務(wù)機構(gòu)趕到故障或事故地點。

3 結(jié)束語

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sp;自上世紀(jì)70年代以來，汽車工業(yè)的飛速發(fā)展都是在電子技術(shù)的推動下實現(xiàn)的，而未來幾年內(nèi)的汽車領(lǐng)域的技術(shù)革新將有70%來自于電子技術(shù)的進步。可見，電子技術(shù)在未來汽車工業(yè)中所起到的作用是不可替代的。對于我國汽車工業(yè)來說，汽車電子產(chǎn)業(yè)仍處于初期階段，因此，必須正確把握未來汽車電子技術(shù)發(fā)展方向，加快相關(guān)技術(shù)的研究與開發(fā)工作，以便形成自己的優(yōu)勢，實現(xiàn)民族汽車產(chǎn)業(yè)的快速崛起。