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自20世紀70年代以來，電子技術開始在汽車上快速發展和廣泛應用，尤其是近幾年各種排放性能、燃油經濟性和安全性能等法規的強制性要求，極大推動了電子技術在汽車領域的推廣使用，使汽車電子化程度不斷提高，性能不斷加強。 1 汽車電子技術應用現狀 作為汽車工業與電子工業的結合，汽車電子產業得到了飛速發展。目前，西方發達國家的電子產品在轎車整車制造價格中所占的份量已經達到了15%"20%，預計到2010年將達到25%"35%。汽車電子技術不僅推動了汽車工業的發展，同時也極大地促進了電子產品市場的發展。現代汽車電子技術在改善汽車動力性、經濟性、安全性、行駛穩定性和乘坐舒適性等方面發揮著不可替代的作用。具體來說，汽車電子技術的應用主要可分為以下四個方面。 1.1 動力傳動電子控制系統 主要包括發動機電子控制(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。控制系統主要由各種傳感器、執行機構和電控單元(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下運行，并簡化駕駛員的有關操作，從而降低油耗和排放，減少動力傳動系統的沖擊，減輕駕駛人員的勞動強度，提高汽車的動力性、經濟性和舒適性。 1.2 底盤電子控制系統 包括制動防滑與動態車身控制系統(ABS/ASR、ESP/VDC)、牽引力控制系統、懸架及車高控制系統、輪胎監測系統(TPMS)、巡航控制系統(CCS)、轉向控制系統(如4WS)、驅動控制系統(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，這類控制系統開始在普通轎車上廣泛采用。 1.3 車身電子控制系統 主要包括安全氣囊(SRS)、自動座椅、自動空調控制、車內噪音控制、中央防盜門鎖、視野照明控制、自動刮水器、自動門窗、自動防撞系統以及滿足不同用電設備的電源管理系統。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 主要包括車載多媒體系統、駕駛員信息系統、語音系統、智能交通系統(1TS)，車輛導航系統(GPS/DGPS等)、計算機網絡系統、狀態監測與故障診斷系統等。用于聯結“人—車—外界環境信息”，以及協調整車各部分的電子控制功能。 2 汽車電子技術發展趨勢 隨著更加先進的靈巧型傳感器、快速響應的執行器、高性能ECU、先進的控制策略、計算機網絡技術、雷達技術、第3代移動通訊技術在汽車上的廣泛應用，現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品方向發展，以達到“人—汽車—環境”的完美協調。 2.1 傳感器 隨著汽車電子化發展，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量不受影響，即使在特別嚴酷的使用條件下仍能保持較高的精度；另外，它還具有結構緊湊、安裝方便的優點，從而免受機械特性的影響。 2.2 微處理器(ECU) 自從1976美國通用汽車公司成功的將ECU應用到汽車發動機的控制系統中后，汽車電子控制系統進入到了新的高速發展階段，隨后ECU被應用到動力傳動、車身、安全等控制系統中。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，基于通用芯片開發出的ECU已經很難滿足汽車電子控制系統的要求，因此，開發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系統具有很高的現實意義。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，預計在今后幾年內需求量將增加50%以上，逐步成為車用ECU的主流。 2.3 執行器 目前汽車上所使用的執行器主要有電磁式、電動式和氣動/液動式。電磁和電動式的執行器是以電為動力的操作機構，具有體積小、重量輕、響應速度快、耗能小的特點，但是，與氣動/液動式執行器相比，輸出驅動能力則不足，無法滿足未來汽車控制領域大驅動輸出的需要。但是，隨著新材料、新工藝、新機構設計的采用，電磁和電動式執行器將逐漸取代氣動/液動執行器，尤其是在未來汽車普遍更換42V新型電源系統之后，輸出驅動能力將大幅度提升，完全可以取代傳統的氣動/液動系統。 2.4 控制策略 目前在汽車電子控制系統中廣泛采用的是PID控制理論，是一種使用于單輸入/輸出、線性定常系統的經典控制理論，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，控制系統的輸入和輸出參數也越來越多，采用以狀態空間為基礎、適用于多輸入/輸出、非線性時變系統的現代控制理論已成必然，如最優控制、自適應控制、模糊控制等。 2.5 總線技術 利用總線技術將汽車中各種電控單元、智能傳感器、智能儀表等聯接起來，從而構成汽車內部局域網，實現各系統間的信息資源共享。其優點主要有：①大大減少線束數量、連接點及體積，提高系統的可靠性和可維護性；⑦采用通用傳感器，達到數據信息共享的目的；③改善系統的靈活性，即通過系統的軟件可實現系統功能的變化。根據側重功能的不同，SAE將總線劃分為A、B、C三大類：A類是面向傳感器和執行器的一種低速網絡，主要用于后視鏡調整、燈光照明控制、電動車窗等控制等，目前A類的主流是LIN；B類是應用于獨立模塊間的數據共享中速網絡，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、實時閉環控制的多路傳輸網絡，主要用于發動機、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方式的“X by Wire'’線控技術的發展，將逐漸代替高速CAN在C類網中的位置，力求在未來5—10年之內使傳統的汽車機械系統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，完全不需要后備機械系統的支持，其主要代表有TTP/C和Flex Ray。而在多媒體與通訊系統中，MOST、IDB 1394和“藍牙”技術成為了今后的發展主流。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。 2.6 新型42V供電電源 隨著汽車電控技術的不斷發展，使汽車電子裝置在整車中所占比例和相應的耗電量不斷提高，使現有的12V電源系統供電能力趨于飽和或不足，無法滿足下一代汽車設計中新增電子設備的需求，如無凸輪軸電磁式電控配氣相位機構、飛輪復合式起動—發電機系統、電加熱三效催化轉化器以及新型電力制動和電力轉向系統等，它們在傳統的12V電源系統中難于實現，而這些新技術又是公認的未來汽車技術發展的重要方向。因此，采用更高供電電壓的電源系統成為必然趨勢。 2.7 安全技術 從近兩年召開的一些大型國際汽車技術研討會和展會(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展方向是汽車安全領域。主要有以下幾個方向：①利用雷達技術和車載攝像技術開發各種自動避撞系統；②利用近紅外技術開發各種能監測司機行為的安全系統；③高性能的輪胎綜合監測系統；④自適應自動駕駛系統；⑤駕駛員身份識別系統；⑥安全氣囊和ABS/ASR，以及車身動態控制系統將更加完善。 2.8 多媒體娛樂與智能通訊系統 隨著第3代移動通訊技術和計算機網絡技術的不斷發展，未來汽車正朝著移動力、公室、家庭影院方向發展，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程服務系統結合起來，構建未來的智能交通系統(1TS)。具體功能：①提供豐富的多媒體設施環境，利用GPS、GSM網絡實現導航、行車指南、無線因特網以及汽車與家庭等外部環境的互動。②具備遠程汽車診斷功能，緊急時能夠引導救援服務機構趕到故障或事故地點。 3 結束語 自上世紀70年代以來，汽車工業的飛速發展都是在電子技術的推動下實現的，而未來幾年內的汽車領域的技術革新將有70%來自于電子技術的進步。可見，電子技術在未來汽車工業中所起到的作用是不可替代的。對于我國汽車工業來說，汽車電子產業仍處于初期階段，因此，必須正確把握未來汽車電子技術發展方向，加快相關技術的研究與開發工作，以便形成自己的優勢，實現民族汽車產業的快速崛起。 |
