簡析汽車電子技術的應用與發展

1前言

自1886年世界上第一輛汽車問世以來，一百多年的時間，汽車已從一種小眾消費的奢侈品逐漸發展成為大眾消費的普通交通工具。毋庸諱言，人們對汽車的要求也越來越高。但是在温室效應和能源危機的國際大環境下，汽車在實現安全、舒適的同時，節能、環保也必須得到兼顧。面對多重嚴格要求，電子化的汽車應運而生。

2汽車電子技術的發展史

電子技術在汽車上的首次應用始於1912年美國通用汽車公司在其產品凱迪拉克汽車上安裝了電子啟動裝置，使得該車的月銷量猛增80%。20世紀50年代到70年代初期，由獨立電子元件和集成電路組成的初級汽車電子產品面世，慢慢開始替代傳統的機械或液力裝置，晶體管電壓調節器和硅整流交流發電機是這一時期的代表產品。步入20世紀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械裝置所不能解決的問題，但機械部件與電子產品之間的聯繫仍然相對稀少。

從1985年到1995年這個時間段內，大規模集成電路和計算機控制技術得到快速發展，32位甚至64位微處理器也被應用到汽車上來，高性能微處理器的應用大大提高了電子控制系統的可靠性和穩定性。從90年代後期開始，電子工業加快與汽車工業融合的步伐，汽車多功能診斷、網絡技術、機電一體化耦合交叉技術、自動駕駛技術得到全面發展，汽車進入一個網絡化、智能化發展的新時代。

3汽車電子技術的應用現狀

(1)動力及底盤控制系統

電子技術在汽車動力裝置發動機上的應用主要是對燃油噴射時間、點火時刻及進排氣門開閉的控制，根據汽車行駛工況，在相應時刻依據各種傳感器反饋信號，ECU經過處理運算，實現最佳空燃比和動力輸出。底盤控制系統中最具代表性的電子控制裝置當屬飛機設計技術中引入的制動防抱死系統(ABS)，自1970年末開始應用，經過不斷完善和發展，現在已經可以成功地避免緊急制動時轉向輪抱死導致的方向失控，將傷亡率減到最低。

自動變速器出現的同時，驅動力控制系統(TCS)、防滑轉控制系統(ASR)、動態穩定性控制系統(DSC)、車身電子穩定系統(ESP)以及車輛動力學控制系統(VDC)，這些應用於底盤控制的電子技術將汽車提升到一個更加安全的新高度。

(2)安全與舒適控制系統

汽車安全控制系統分為主動安全控制系統和被動安全控制系統，其中主動安全控制系統中運用電子技術的有：車道偏離預警系統、倒車雷達、車輛穩定控制系統、四輪轉向、胎壓監測、驅動防滑轉系統以及車距監控系統等;安全帶、安全氣囊則屬於被動安全控制系統中電子技術的應用。通過電子技術的不斷革新，在汽車的安全性逐漸提高的同時，消費者對於汽車的舒適性也提出了新的要求。電子控制懸架系統、自動空調系統、電動天窗系統、車載音像系統等系統的出現，滿足了人們的需求，在提高舒適性的同時，也極大地豐富了人們在旅途中的精神生活，而且能有效防止駕駛員疲勞，提高了行車的安全性。

(3)整車網絡控制系統

①LIN網絡控制系統

LIN(LocalInterconnectNetwork)是定位於車輛低端分佈式應用的一類多路複用串行通信協議，其主要用於車窗調節控制器、自動天窗等之間的通訊，由於LIN成本較低，提升了系統結構的靈活性，現在已經逐漸被許多汽車生產廠家所接受。但LIN的缺點是傳輸速度較低，而且不能實現遠距離傳輸，因此主要被用作輔助CAN的下層網絡，實現局部通信。

②CAN網絡控制系統

CAN(ControllerAreaNetwork)即控制器局域網絡，德國博世公司首次提出並開發了網絡總線技術，CAN被用來解決日趨增多的汽車電子設備之間的通訊問題。CAN應用於汽車上主要是實現制動防抱死(ABS)、安全氣囊(SRS)、車身功能控制模塊(BCM)、發動機管理系統(EMS)和儀表組之間的通訊，這些裝置內部都設置了CAN控制器，在傳輸數據時對位速率要求較高，並且具有較強的抗干擾能力。因為其具有高可靠性和良好的錯誤檢測能力，CAN己經在汽車行業、船舶、工業設備、醫療等領域中得到應用，成為國際上應用最廣泛的現場總線之一。

③MOST網絡控制系統

Most(MediaOrientedSystemsTransport),MOST多媒體網絡的產生，是為了新的多媒體設備在能夠運用在汽車上，以及其他諸如流媒體傳輸效率為主要目標的市場而設計的。MOST多媒體網絡技術在硬件方面，傳輸所有控制信號使用的介質是塑料光纖，大大降低了成本;在軟件方面允許不同的設備交換信息，還定義了一種在設備間傳輸數據流的連接機制，不僅提高了網絡利用率，而且產生的功耗也很小。由於該技術經濟性好，而且消除了傳統的銅線傳輸之間的電磁干擾，未來具有很大的發展前景。

④Flexray網絡系統

Flexray是近些年推出的一種事實總線標準，是一種柔性時分多址的總線，即以事先排好的時間序列發送數據，不會出現總線衝突和競爭總線問題。CAN網絡由於傳輸帶寬較低和速率不足等缺點，不能滿足動力系統和分佈式底盤閉環控制系統的特定功能對於網絡的確定性、可靠性、同步性和帶寬的高標準要求，Flexray網絡成功解決了這一難題，彌補了CAN網絡的不足。但同時也存在成本較高和網絡搭建較複雜的問題，因此目前只在少量高檔轎車上採用。

(4)智能交通體系(ITS)

智能交通體系(IntelligentTransportationSystem,ITS)指的是將先進的科學技術(信息技術、計算機技術、數據通信技術、傳感器技術、電子控制技術、自動控制理論、運籌學、人工智能等)有效地綜合運用於交通運輸、服務控制和車輛製造，加強車輛、道路、使用者三者之間的聯繫，從而形成一種保障安全、提高效率、改善環境、節約能源的綜合運輸系統。ITS基於全球衞星定位系統(GPS)、地理信息系統(GIS)、全球數字蜂窩移動通信系統(GSM)能夠實現車輛定位與導航、緊急救援、自動避撞系統、電子收費、交通信息服務等功能，ITS通過合理的規劃使得交通系統中三大主體人、車、路之間的關係達到最佳狀態，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並防止疲勞駕駛，實現汽車的智能化和無人化，是未來汽車行業的發展方向。

4未來汽車電子技術的發展展望

(1)傳感器技術更新升級

汽車電子技術的運用很大程度上依託於傳感器技術的發展，隨着汽車電子技術在汽車各方面更加廣泛的應用，迫切需要與之相匹配的傳感器技術，無論是傳感器的種類、數量、可靠性等都發揮着至關重要的作用。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，因為其優勢比較明顯，表現為工作時間更長、價格便宜經濟性好，可靠性高，並且可以提高系統測試準確度，以後將逐步取代傳統傳感器。

(2)高電壓供電系統的採用

電子技術在汽車上的普遍應用，在推動汽車行業快速發展的同時也帶來了一些困擾：電子設備過多導致發電機過載、12V電壓無法滿足新技術的運用、整車成本增加等，面對這些難題，高電壓供電系統逐漸成為解決問題的最佳途徑。經過研究發現，48V電壓作為汽車供電電壓既可以滿足要求，又低於安全電壓，是未來的最佳選擇。高電壓供電系統的構思是採用雙電壓供電系統，12V一側連接鉛酸電池，給車燈、各種控制器和冷起動機供電，48V一側安裝48V鋰電池和起停電機，用於大功率用電器的供電。但是，高電壓供電系統也會帶來系統設計、電弧管理、密封要求和導線設計等諸多難題，只有解決了這些難題，才能推動汽車電子行業繼續向前發展。

(3)控制系統集成化、網絡化、智能化

在汽車電子設備不斷增多的情況下，電子裝置之間的聯繫和通訊以及控制系統的集成化就顯得尤為重要。採用新一代網絡總線協議例如MOST、Flexray等，不僅滿足帶寬和傳輸速率的要求，還可以增加系統的可靠性，依託於互聯網，實現自動導航、無人駕駛、自動避撞等操作，大大提升汽車的安全性。恩智浦半導體執行董事、總裁兼首席執行官RickClemmer認為：未來的創新領域是互聯汽車。汽車可以幫助駕駛員選擇到達目的地的最佳、最節能的路線，並顯著減少交通事故的數量。

(4)新能源汽車的'普遍應用

面臨能源危機和日趨嚴峻的環保問題，新能源汽車在世界範圍內得到越來越多的重視，更高熱效率和更低碳排放的發動機將是世界汽車行業未來研究的大方向。混合動力電動汽車、氣體燃料汽車、生物燃料汽車、純電動汽車在未來的汽車市場上都將會有一席之地，結合目前新能源汽車的發展情況來看，純電動汽車和混合動力汽車將是未來發展的兩大主流。據業內有關專家預計，到2020年我國的插電式混合動力汽車、純電動汽車和其他類型新能源汽車佔乘用車的市場份額可達到10%～20%，因而新能源汽車走入千家萬户將只是時間問題。

(5)X-By-Wire導線控制系統的應用

X-By-Wire導線控制技術是指汽車上採用線控技術替代傳統的機械機構用來傳遞信號的一種全新的高效系統，X代表汽車的各個部分，ByWire是指控制方式為電子線控。該技術最早是在飛機駕駛控制上得到應用，後來經過發展演化而用到汽車上來，線控技術的實現是通過傳感器將駕駛者輸入的信號輸送到中央處理單元(CPU)，通過CPU的運算處理後發送信號給相應執行機構完成駕駛者的相關操作。線控技術與傳統的機械系統相比，具有結構簡單、控制靈敏、效率高等優點，最終實現汽車各個系統緊密結合，根據傳感器反饋的實時、動態的數據，第一時間進行優化計算，從而獲得最優整車性能，最終實現無人駕駛。

5總結

隨着汽車電子技術的進一步發展，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。未來汽車企業要想在激烈的市場競爭中佔得先手，在很大程度上是由汽車電子技術來決定的。因此，運用汽車電子技術開發智能、安全、環保、舒適的新型汽車將是未來汽車領域的研究焦點。