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簡析汽車電子技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展
1前言
自1886年世界上第一輛汽車問世以來，一百多年的時(shí)間，汽車已從一種小眾消費(fèi)的奢侈品逐漸發(fā)展成為大眾消費(fèi)的普通交通工具。毋庸諱言，人們對(duì)汽車的要求也越來越高。但是在溫室效應(yīng)和能源危機(jī)的國際大環(huán)境下，汽車在實(shí)現(xiàn)安全、舒適的同時(shí)，節(jié)能、環(huán)保也必須得到兼顧。面對(duì)多重嚴(yán)格要求，電子化的汽車應(yīng)運(yùn)而生。
2汽車電子技術(shù)的發(fā)展史
電子技術(shù)在汽車上的首次應(yīng)用始于1912年美國通用汽車公司在其產(chǎn)品凱迪拉克汽車上安裝了電子啟動(dòng)裝置，使得該車的月銷量猛增80%。20世紀(jì)50年代到70年代初期，由獨(dú)立電子元件和集成電路組成的初級(jí)汽車電子產(chǎn)品面世，慢慢開始替代傳統(tǒng)的機(jī)械或液力裝置，晶體管電壓調(diào)節(jié)器和硅整流交流發(fā)電機(jī)是這一時(shí)期的代表產(chǎn)品。步入20世紀(jì)70年代末期，集成電路和16位以下微處理器開始興起，電控原件可以解決某些機(jī)械裝置所不能解決的問題，但機(jī)械部件與電子產(chǎn)品之間的聯(lián)系仍然相對(duì)稀少。
從1985年到1995年這個(gè)時(shí)間段內(nèi)，大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)得到快速發(fā)展，32位甚至64位微處理器也被應(yīng)用到汽車上來，高性能微處理器的應(yīng)用大大提高了電子控制系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。從90年代后期開始，電子工業(yè)加快與汽車工業(yè)融合的步伐，汽車多功能診斷、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、機(jī)電一體化耦合交叉技術(shù)、自動(dòng)駕駛技術(shù)得到全面發(fā)展，汽車進(jìn)入一個(gè)網(wǎng)絡(luò)化、智能化發(fā)展的新時(shí)代。
3汽車電子技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀
(1)動(dòng)力及底盤控制系統(tǒng)
電子技術(shù)在汽車動(dòng)力裝置發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用主要是對(duì)燃油噴射時(shí)間、點(diǎn)火時(shí)刻及進(jìn)排氣門開閉的控制，根據(jù)汽車行駛工況，在相應(yīng)時(shí)刻依據(jù)各種傳感器反饋信號(hào)，ECU經(jīng)過處理運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)最佳空燃比和動(dòng)力輸出。底盤控制系統(tǒng)中最具代表性的電子控制裝置當(dāng)屬飛機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)中引入的制動(dòng)防抱死系統(tǒng)(ABS)，自1970年末開始應(yīng)用，經(jīng)過不斷完善和發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)可以成功地避免緊急制動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)向輪抱死導(dǎo)致的方向失控，將傷亡率減到最低。
自動(dòng)變速器出現(xiàn)的同時(shí)，驅(qū)動(dòng)力控制系統(tǒng)(TCS)、防滑轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)(ASR)、動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性控制系統(tǒng)(DSC)、車身電子穩(wěn)定系統(tǒng)(ESP)以及車輛動(dòng)力學(xué)控制系統(tǒng)(VDC)，這些應(yīng)用于底盤控制的電子技術(shù)將汽車提升到一個(gè)更加安全的新高度。
(2)安全與舒適控制系統(tǒng)
汽車安全控制系統(tǒng)分為主動(dòng)安全控制系統(tǒng)和被動(dòng)安全控制系統(tǒng)，其中主動(dòng)安全控制系統(tǒng)中運(yùn)用電子技術(shù)的有：車道偏離預(yù)警系統(tǒng)、倒車?yán)走_(dá)、車輛穩(wěn)定控制系統(tǒng)、四輪轉(zhuǎn)向、胎壓監(jiān)測(cè)、驅(qū)動(dòng)防滑轉(zhuǎn)系統(tǒng)以及車距監(jiān)控系統(tǒng)等;安全帶、安全氣囊則屬于被動(dòng)安全控制系統(tǒng)中電子技術(shù)的應(yīng)用。通過電子技術(shù)的不斷革新，在汽車的安全性逐漸提高的同時(shí)，消費(fèi)者對(duì)于汽車的舒適性也提出了新的要求。電子控制懸架系統(tǒng)、自動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)、電動(dòng)天窗系統(tǒng)、車載音像系統(tǒng)等系統(tǒng)的出現(xiàn)，滿足了人們的需求，在提高舒適性的同時(shí)，也極大地豐富了人們?cè)诼猛局械木裆睿夷苡行Х乐柜{駛員疲勞，提高了行車的安全性。
(3)整車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)
①LIN網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)
LIN(LocalInterconnectNetwork)是定位于車輛低端分布式應(yīng)用的一類多路復(fù)用串行通信協(xié)議，其主要用于車窗調(diào)節(jié)控制器、自動(dòng)天窗等之間的通訊，由于LIN成本較低，提升了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的靈活性，現(xiàn)在已經(jīng)逐漸被許多汽車生產(chǎn)廠家所接受。但LIN的缺點(diǎn)是傳輸速度較低，而且不能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸，因此主要被用作輔助CAN的下層網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)局部通信。
�、贑AN網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)
CAN(ControllerAreaNetwork)即控制器局域網(wǎng)絡(luò)，德國博世公司首次提出并開發(fā)了網(wǎng)絡(luò)總線技術(shù)，CAN被用來解決日趨增多的汽車電子設(shè)備之間的通訊問題。CAN應(yīng)用于汽車上主要是實(shí)現(xiàn)制動(dòng)防抱死(ABS)、安全氣囊(SRS)、車身功能控制模塊(BCM)、發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)(EMS)和儀表組之間的通訊，這些裝置內(nèi)部都設(shè)置了CAN控制器，在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)對(duì)位速率要求較高，并且具有較強(qiáng)的抗干擾能力。因?yàn)槠渚哂懈呖煽啃院土己玫腻e(cuò)誤檢測(cè)能力，CAN己經(jīng)在汽車行業(yè)、船舶、工業(yè)設(shè)備、醫(yī)療等領(lǐng)域中得到應(yīng)用，成為國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。
�、跰OST網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)
Most(MediaOrientedSystemsTransport),MOST多媒體網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生，是為了新的多媒體設(shè)備在能夠運(yùn)用在汽車上，以及其他諸如流媒體傳輸效率為主要目標(biāo)的市場(chǎng)而設(shè)計(jì)的。MOST多媒體網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在硬件方面，傳輸所有控制信號(hào)使用的介質(zhì)是塑料光纖，大大降低了成本;在軟件方面允許不同的設(shè)備交換信息，還定義了一種在設(shè)備間傳輸數(shù)據(jù)流的連接機(jī)制，不僅提高了網(wǎng)絡(luò)利用率，而且產(chǎn)生的功耗也很小。由于該技術(shù)經(jīng)濟(jì)性好，而且消除了傳統(tǒng)的銅線傳輸之間的電磁干擾，未來具有很大的發(fā)展前景。
�、蹻lexray網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)
Flexray是近些年推出的一種事實(shí)總線標(biāo)準(zhǔn)，是一種柔性時(shí)分多址的總線，即以事先排好的時(shí)間序列發(fā)送數(shù)據(jù)，不會(huì)出現(xiàn)總線沖突和競(jìng)爭總線問題。CAN網(wǎng)絡(luò)由于傳輸帶寬較低和速率不足等缺點(diǎn)，不能滿足動(dòng)力系統(tǒng)和分布式底盤閉環(huán)控制系統(tǒng)的特定功能對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的確定性、可靠性、同步性和帶寬的高標(biāo)準(zhǔn)要求，F(xiàn)lexray網(wǎng)絡(luò)成功解決了這一難題，彌補(bǔ)了CAN網(wǎng)絡(luò)的不足。但同時(shí)也存在成本較高和網(wǎng)絡(luò)搭建較復(fù)雜的問題，因此目前只在少量高檔轎車上采用。
(4)智能交通體系(ITS)
智能交通體系(IntelligentTransportationSystem,ITS)指的是將先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)(信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)、傳感器技術(shù)、電子控制技術(shù)、自動(dòng)控制理論、運(yùn)籌學(xué)、人工智能等)有效地綜合運(yùn)用于交通運(yùn)輸、服務(wù)控制和車輛制造，加強(qiáng)車輛、道路、使用者三者之間的聯(lián)系，從而形成一種保障安全、提高效率、改善環(huán)境、節(jié)約能源的綜合運(yùn)輸系統(tǒng)。ITS基于全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)、全球數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)(GSM)能夠?qū)崿F(xiàn)車輛定位與導(dǎo)航、緊急救援、自動(dòng)避撞系統(tǒng)、電子收費(fèi)、交通信息服務(wù)等功能，ITS通過合理的規(guī)劃使得交通系統(tǒng)中三大主體人、車、路之間的關(guān)系達(dá)到最佳狀態(tài)，提高了道路的使用率和行車安全性，減少交通擁堵的狀況，將汽車能耗降到最低并防止疲勞駕駛，實(shí)現(xiàn)汽車的智能化和無人化，是未來汽車行業(yè)的發(fā)展方向。
4未來汽車電子技術(shù)的發(fā)展展望
(1)傳感器技術(shù)更新升級(jí)
汽車電子技術(shù)的運(yùn)用很大程度上依托于傳感器技術(shù)的發(fā)展，隨著汽車電子技術(shù)在汽車各方面更加廣泛的應(yīng)用，迫切需要與之相匹配的傳感器技術(shù)，無論是傳感器的種類、數(shù)量、可靠性等都發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。未來汽車傳感器體積將更小，功能更加多樣化，集成程度將更高，因?yàn)槠鋬?yōu)勢(shì)比較明顯，表現(xiàn)為工作時(shí)間更長、價(jià)格便宜經(jīng)濟(jì)性好，可靠性高，并且可以提高系統(tǒng)測(cè)試準(zhǔn)確度，以后將逐步取代傳統(tǒng)傳感器。
(2)高電壓供電系統(tǒng)的采用
電子技術(shù)在汽車上的普遍應(yīng)用，在推動(dòng)汽車行業(yè)快速發(fā)展的同時(shí)也帶來了一些困擾：電子設(shè)備過多導(dǎo)致發(fā)電機(jī)過載、12V電壓無法滿足新技術(shù)的運(yùn)用、整車成本增加等，面對(duì)這些難題，高電壓供電系統(tǒng)逐漸成為解決問題的最佳途徑。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，48V電壓作為汽車供電電壓既可以滿足要求，又低于安全電壓，是未來的最佳選擇。高電壓供電系統(tǒng)的構(gòu)思是采用雙電壓供電系統(tǒng)，12V一側(cè)連接鉛酸電池，給車燈、各種控制器和冷起動(dòng)機(jī)供電，48V一側(cè)安裝48V鋰電池和起停電機(jī)，用于大功率用電器的供電。但是，高電壓供電系統(tǒng)也會(huì)帶來系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電弧管理、密封要求和導(dǎo)線設(shè)計(jì)等諸多難題，只有解決了這些難題，才能推動(dòng)汽車電子行業(yè)繼續(xù)向前發(fā)展。
(3)控制系統(tǒng)集成化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化
在汽車電子設(shè)備不斷增多的情況下，電子裝置之間的聯(lián)系和通訊以及控制系統(tǒng)的集成化就顯得尤為重要。采用新一代網(wǎng)絡(luò)總線協(xié)議例如MOST、Flexray等，不僅滿足帶寬和傳輸速率的要求，還可以增加系統(tǒng)的可靠性，依托于互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)導(dǎo)航、無人駕駛、自動(dòng)避撞等操作，大大提升汽車的安全性。恩智浦半導(dǎo)體執(zhí)行董事、總裁兼首席執(zhí)行官RickClemmer認(rèn)為：未來的創(chuàng)新領(lǐng)域是互聯(lián)汽車。汽車可以幫助駕駛員選擇到達(dá)目的地的最佳、最節(jié)能的路線，并顯著減少交通事故的數(shù)量。
(4)新能源汽車的普遍應(yīng)用
面臨能源危機(jī)和日趨嚴(yán)峻的環(huán)保問題，新能源汽車在世界范圍內(nèi)得到越來越多的重視，更高熱效率和更低碳排放的發(fā)動(dòng)機(jī)將是世界汽車行業(yè)未來研究的大方向。混合動(dòng)力電動(dòng)汽車、氣體燃料汽車、生物燃料汽車、純電動(dòng)汽車在未來的汽車市場(chǎng)上都將會(huì)有一席之地，結(jié)合目前新能源汽車的發(fā)展情況來看，純電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車將是未來發(fā)展的兩大主流。據(jù)業(yè)內(nèi)有關(guān)專家預(yù)計(jì)，到2020年我國的插電式混合動(dòng)力汽車、純電動(dòng)汽車和其他類型新能源汽車占乘用車的市場(chǎng)份額可達(dá)到10%～20%，因而新能源汽車走入千家萬戶將只是時(shí)間問題。
(5)X-By-Wire導(dǎo)線控制系統(tǒng)的應(yīng)用
X-By-Wire導(dǎo)線控制技術(shù)是指汽車上采用線控技術(shù)替代傳統(tǒng)的機(jī)械機(jī)構(gòu)用來傳遞信號(hào)的一種全新的高效系統(tǒng)，X代表汽車的各個(gè)部分，ByWire是指控制方式為電子線控。該技術(shù)最早是在飛機(jī)駕駛控制上得到應(yīng)用，后來經(jīng)過發(fā)展演化而用到汽車上來，線控技術(shù)的實(shí)現(xiàn)是通過傳感器將駕駛者輸入的信號(hào)輸送到中央處理單元(CPU)，通過CPU的運(yùn)算處理后發(fā)送信號(hào)給相應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成駕駛者的相關(guān)操作。線控技術(shù)與傳統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)相比，具有結(jié)構(gòu)簡單、控制靈敏、效率高等優(yōu)點(diǎn)，最終實(shí)現(xiàn)汽車各個(gè)系統(tǒng)緊密結(jié)合，根據(jù)傳感器反饋的實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)，第一時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，從而獲得最優(yōu)整車性能，最終實(shí)現(xiàn)無人駕駛。
5總結(jié)
隨著汽車電子技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，其在提升汽車安全性能、減少排放污染等方面的作用將越來越明顯。未來汽車企業(yè)要想在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭中占得先手，在很大程度上是由汽車電子技術(shù)來決定的。因此，運(yùn)用汽車電子技術(shù)開發(fā)智能、安全、環(huán)保、舒適的新型汽車將是未來汽車領(lǐng)域的研究焦點(diǎn)。
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