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汽車的性能取決于電子技術。雖然這種說法由來已久，即便是現(xiàn)在各種各樣的技術仍不斷地配備到汽車上，使得汽車在不斷地變化發(fā)展。與汽車電子化一道成長、不斷推出新型汽車電子技術的日本電裝技術團隊，將分多章回顧汽車電子技術，介紹關鍵技術的基礎知識。本文將首先回顧汽車與電子技術的發(fā)展史，并探討兩者的密切關系。 要想理解汽車電子技術，就需要回顧一下汽車與電子兩大技術在20世紀的發(fā)展史。圖1為汽車與電子技術的發(fā)展歷史。世界首輛汽油4輪汽車是在1886年由戈特利布·戴姆勒（Gottlieb 戴姆勒）發(fā)明的。汽車圓了“隨時隨地自由移動”這一人類多年來的夢想。 
圖1：汽車及汽車電子技術的歷史 汽車的歷史始于1886年，其發(fā)展得到了電子技術技術的推動。 從那以后過了大約20年，美國福特汽車（Ford Motor）的“Model T”（通稱T型福特）將工藝品似的的汽車改變成了工業(yè)產(chǎn)品。生產(chǎn)線通過傳送帶方式提高了生產(chǎn)效率，這在當時具有劃時代意義。始于19世紀末的汽車就這樣被 1908年推出的T型福特帶入了全面普及期。這款T型福特在大約20年間生產(chǎn)了1500萬輛，然后，直到德國大眾汽車（Volkswagen AG）的“Type 1”（通稱甲殼蟲）生產(chǎn)了2100萬輛以上為止，T型福特一直是單一車型中最熱銷的汽車。 汽車的實用化，是工業(yè)發(fā)展歷史的集大成。也就是說，是產(chǎn)業(yè)革命由外燃機開始進一步引發(fā)能源革命，進而催生了內(nèi)燃機。自T型福特以來，截至上世紀60年代為止，支撐汽車技術進步的是機械技術及制造技術。在這一時期，汽車業(yè)界通過機械加工及內(nèi)燃機技術，實現(xiàn)了發(fā)動機性能的提升，而且，與“行駛、轉(zhuǎn)彎、停車”相關的性能全憑機械技術的進步便可提供支持，這一點足以令人稱奇。 電子技術是應對尾氣排放規(guī)定的“救命稻草” 另一大技術——電子技術發(fā)端于1947年發(fā)明的晶體管，在此前不斷發(fā)展形成的固體物理學及量子力學的理論的支持下，上世紀60年代以后電子技術取得了長足發(fā)展。從晶體管到IC（集成電路），再經(jīng)過微處理器，最終促進了軟件技術的發(fā)展。電子技術的應用遍及所有產(chǎn)業(yè)，在汽車電子技術領域的推廣應用也毫不遜色于其他領域。 對于因為苦于應對尾氣排放規(guī)定而停滯不前的汽車產(chǎn)業(yè)而言，上世紀70年代后電子式燃料噴射裝置的實用化可以是成為了汽車產(chǎn)業(yè)的一棵“救命稻草”。借助電子技術，該裝置超越了此前機械控制的極限，在不犧牲輸出功率及燃效等性能的情況下成功地實現(xiàn)了尾氣凈化。汽車電子技術的發(fā)展帶來了機械技術的新進展，汽車借助電子技術與機械技術的相乘效應，進一步實現(xiàn)了發(fā)展。電子技術的應用領域也開始不僅限于發(fā)動機控制，而是向數(shù)字儀表、安全氣囊、ABS（Anti- lock Brake System）以及汽車導航系統(tǒng)等領域不斷擴展。 就這樣，汽油4輪汽車發(fā)明以來已度過了大約120年的時光，晶體管度過了約60年、T型福特度過了大約100年、微處理器度過了約40年的時光。 且不說汽車電裝部件，汽車電子技術得以全面發(fā)展的時期是在上世紀70年代電子式燃料噴射技術面世以后。首先被應用于以發(fā)動機控制為代表的動力傳動控制領域，之后，汽車電子技術逐漸擴大到車體系統(tǒng)、行駛安全系統(tǒng)以及信息系統(tǒng)（圖2）。
圖2：汽車電子技術應用產(chǎn)品的擴大 從動力傳動系統(tǒng)向信息系統(tǒng)不斷擴展 動力傳動系統(tǒng)方面，從減少尾氣、節(jié)省燃耗的系統(tǒng)開始，目前發(fā)展到了混合動力車及電動汽車的驅(qū)動控制。車體系統(tǒng)方面，車門鎖等旨在提高方便性的系統(tǒng)被開發(fā)出來，之后，電子技術又為安全氣囊以及ABS之類安全性能的提升作出了貢獻。 目前，由于汽車與外部之間的通信功能的進步，緊急通報以及遠程服務等已實現(xiàn)了實用化。在從上世紀90年代開始全面普及的汽車導航系統(tǒng)的技術進步中，通信功能發(fā)揮了重要作用，近年來，通信功能與ETC（Electronic Toll Collection）系統(tǒng)等交通基礎設施的聯(lián)動得到了強化。圖2僅作了一個簡介，汽車電子技術的詳細年表見本文末尾的表1。 今后，可進一步提高燃效以及用于安全預防的技術的應用產(chǎn)品將會越來越多。為了滿足汽車所要求的環(huán)保性能、安全性、方便性以及信息高速處理等各領域的要求，新產(chǎn)品將會不斷被開發(fā)出來。 受益于半導體的技術進步 電子技術的進步，得益于半導體集成度的提高。圖3通過單個IC中集成的元件數(shù)的逐年走勢展示了這種進步，可以看出，其元件數(shù)呈幾何級數(shù)式增加。
圖3：半導體集成度提高的走勢 IC的元件數(shù)一直在加速增長。 在作為上世紀20年代以來的固體物理學研究成果、量子力學的實際應用形成高潮是在1947年，William Shockley等人發(fā)明了晶體管。單個的晶體管從點接觸式發(fā)展到平板式，再發(fā)展到開發(fā)出將多個晶體管集成在1個元件中的、以Kilby專利為代表的集成電路，進而最終發(fā)明了微控制器。 美國英特爾創(chuàng)始人之一的戈登·摩爾（Gordon Moore）提出了摩爾定律：“半導體的集成度每過18～24個月就會倍增”。集成電路應用產(chǎn)品一直在按照摩爾定律向前發(fā)展。如圖3所示，雙極IC、 MOS（金屬氧化膜半導體）IC以及內(nèi)存等元件被開發(fā)出來，這些元件組成了單芯片微控制器，由此迎來了半導體技術的更大飛躍。 當時正是全世界數(shù)量龐大的電子技術人員競相進行技術開發(fā)的年代。微細化技術為上述微控制器的性能提升提供了支持，引領了軟件產(chǎn)業(yè)的崛起，并一直為目前電子技術產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供著支持。汽車也是從中受益的一個領域。 ECU的變遷 汽車上采用的ECU（電子控制單元）的發(fā)展進程見圖4。（a）為在微控制器實用化以前就率先付諸實用的、采用模擬電路的電子式燃料噴射裝置用ECU。這種 ECU采用的是在1973年付諸實用的分立式（Discreet）元件實現(xiàn)的模擬方式。由此，發(fā)展出了如（b）所示的、由模擬IC構(gòu)成的ECU。當時的 IC封裝處于DIP（Dual In-line Package）時代。
圖4：ECU的技術進步 與其他設備及系統(tǒng)一樣，逐步從模擬方式向數(shù)字方式轉(zhuǎn)變。 （c）是以微控制器為主體構(gòu)成的數(shù)字式發(fā)動機ECU。1978年采用的定制微控制器為12位，匯編語言方面采用了經(jīng)過編程的軟件。程序存儲器為掩模型只讀存儲器（MaskROM），采用在微控制器制程中以晶圓狀態(tài)進行制造的方式。照片為1983年車型的當時最為復雜的發(fā)動機ECU。 （d）是由2個32位的微控制器構(gòu)成的現(xiàn)有動力傳動ECU。2007年采用的這種ECU上使用的部件，全部為表面封裝件。軟件采用C語言進行編寫。程序存儲器為閃存，可從ECU的外部端子進行寫入。 如上所示，ECU的規(guī)模、所采用的部件、封裝的形狀以及軟件編寫語言等都在與時俱進。 汽車電子技術隨著制造ECU的各種關鍵技術的進步而不斷發(fā)展。這些關鍵技術具體是指：微控制器及I/O（輸入輸出）的功能，傳感器、致動器、軟件及ECU的測評方法等。 今后，為了不斷滿足提高燃效、減少尾氣排放、提高安全性及便利性等多樣化需求，以半導體為代表，封裝技術、軟件技術以及測評技術等多種關鍵技術的進步必不可少。在這個意義上來說，了解作為汽車電子技術基礎的關鍵技術的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，極為重要（圖5）。即便說這些關鍵技術將決定我們能否滿足今后的系統(tǒng)需求也毫不為過。（未完待續(xù)，特約撰稿人：加藤光治，日本電裝技術監(jiān)督；中村克己，日本電裝研究開發(fā)3部主任；手操能彥，日本電裝技術策劃部室長）
圖5：ECU所需的關鍵技術 噪聲及電壓過沖對策、散熱對策、控制算法以及多重通信等多種技術都不可或缺。 表1 汽車電子技術年表
表1 汽車電子技術年表（續(xù)一）
表1 汽車電子技術年表（續(xù)二）
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