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汽車電子技術未來發展趨勢

時間:2015-11-12 06:51 來源:ob体育竞彩作者:編輯部

隨著汽車電子部件價格的降低，電子信息技術向低檔車延伸的速度正在逐步加快，作用也越來越重要。電子控製、計算機、通信等技術的迅猛發展，使汽車電子技術和產品的開發日新月異。隨著現代汽車的發展，汽車的電子化程度逐年增加。電子技術已在車輛發動機控製、底盤控製、故障診斷以及音響、導航等各個方麵得到廣泛應用，顯著提高了車輛的整體性能。?
1 汽車電子技術的發展曆程?
一般來說，汽車電子技術的發展隨著電子技術的發展而不斷進步。在近些年發展尤其迅速，較難劃分發展階段。有人以產品技術的更新換代為起點進行如下劃分〔2〕：
1974年以前為第一階段，是汽車電子控製技術發展的初級階段。主要產品有交流發電機、電子式電壓調節器、電子式閃光器、電子控製式喇叭、電子式間歇刮水控製器、汽車收音機、電子點火控製器、數字時鍾等。
1974～1982年為第二階段，是汽車電子控製技術迅速發展階段。在此期間，汽車上廣泛應用集成電路和16位以下的微處理器。主要產品有電子燃油噴射係統(FFI)、空燃比反饋控製係統、防抱死製動係統(ABS)、安全氣囊係統(SRS)、電子控製自動變速係統(ECT)、巡航控製係統、電子控製門鎖、程控駕駛係統、超速報警係統、座椅安全帶收緊係統、車輛防盜係統、故障自診斷係統、車身高度自動控製係統、數字式組合儀表盤(包括車速表、裏程表、轉速計、燃油表、水溫表)等。?
1982～1990年為第三階段，是微型計算機在汽車上應用日趨成熟並向智能化發展的階段。主要產品在牽引力控製係統、四輪轉向控製、輪胎氣壓控製係統、聲音合成與識別係統、數字
式油壓表、超速限製器、自動後視鏡係統、道路狀態指示器等。
1990年以後為第四個階段，是汽車電子控製技術向智能化發展的高級階段。主要產品有微波係統、多路傳輸係統、32位微處理器、動力最優化控製係統、通訊與導航協調係統、安全駕駛檢測與警告係統、自動防追尾碰撞、自動駕駛係統和電子地圖等。?
2 汽車電子產品的分類?
從汽車技術的發展現狀看，汽車電子技術是支撐現代汽車發展的基礎技術之一，根據汽車的實際使用條件多變的需要，對汽車進行優化綜合控製。通常按照對汽車各部分控製作用把汽車電子劃分為發動機電子、底盤電子、車身電子、信息通信與娛樂係統幾類：?
2.1 發動機電子技術?
發動機電子技術包括空燃比控製、點火正時控製、廢氣再循環控製、怠速控製等。?
2.2 底盤電子技術?
底盤電子技術包括製動防抱死控製、驅動防滑控製、牽引力控製、電子控製懸架、車輛穩定性控製、電子控製自動變速器、汽車動力轉向控製、巡航控製、車載防撞雷達控製等。
2.3 車身電子技術?
車身電子包括電子控製安全帶、安全氣囊、主動式膝墊、車內氣候控製、電子防盜係統、遙控門鎖、電動座椅、電動後視鏡、電子儀表板、燈光控製、輪胎壓力監測等。
2.4 信息通信?
信息通信包括汽車行駛的自身信息係統、車載通信係統、語音信息係統、上網設備等。?
2.5 汽車娛樂?
汽車娛樂係統包括數字式收音機、音響、冰箱、電視、CD/DAT、導航係統和智能運輸係統的輔助設備等。?
3 汽車電子技術的發展現狀?
3.1 軟件仿真設計?
汽車電子設計已成為汽車係統設計中的重點和難點。傳統方式下的汽車設計者不得不借助各種機械、液壓、電子零部件來驗證汽車各子係統的功能。這種設計使得開發周期長，成本高。為了縮短開發周期和降低開發成本，現在引入了軟件仿真技術進行汽車係統技術的驗證和開發。通過對整個汽車係統進行有效地建模和分析，能夠節約大量的試驗設備和試驗時間。現在許多大公司已經開始使用仿真技術進行設計，其中使用較多的是Simplorer和SABER。?
Ansoft Simplorer是一個功能強大的跨學科多領域的高性能係統仿真軟件，適合於進行汽車電子、機電、電力電子和傳動等領域的仿真。Simplorer包括一個麵向對象的求解器核與以及第二代模型描述語言。
Simplorer對電力係統、電動和混合動力汽車等複雜係統的仿真能力很高。?
SABER仿真技術通過對整個汽車係統進行有效的建模和分析，能夠節約大量的試驗設備和試驗時間。SABER仿真器能夠讓設計人員對從汽車的最初設計方案（方框圖）到由實際電路和機械實現的完整係統進行仿真。這字能力對於複雜運動控製係統的設計（如ABS係統、安全氣囊係統、發動機控製係統、車身控製係統等）尤為重要。國際上幾大跨國汽車公司都已使用SABER仿真技術進行設計，如美國通用、大眾、克萊斯勒等。?
3.2 主要的汽車電子技術?
3.2.1 總線係統。由於汽車電子裝置的不斷增加，使得連接這些專用的電子線路迅速膨脹，線束複雜和布線困難甚至使得在汽車設計、裝配、維護中的負擔到了無法承受的程度，而且線路以及接插頭的增加會帶來更多的安全隱患。要擺脫這種困境，而使用總線技術是解決問題的一條好途徑。車載網絡技術標準已成汽車電子應用的決定性因素，目前世界上有近10種車輛網絡技術標準，但最主要的應用則是控製器局域網CAN、局部互聯協議LIN、車輛多媒體網絡MOST，以及最近才開始得到商用的具有高速容錯功能的網絡協議FlexRay。〔3～6〕?
為方便研究和設計使用，美國汽車工程師協會(SAE)根據速率的不同，將汽車網絡劃分為A、B、C三類，如表1所列。

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A類網主要總線技術是LIN(本地因特網)協議。LIN是在1999年由歐洲汽車製造商Audi、BMW、DaimlerChrysler、Volvo、Volkswagen和VCT 公司以及Motorola公司組成的LIN協會，共同
推出的用於汽車分布式電控係統的開放式的低成本串行通信標準，從2003年開始使用。它適用於汽車內進行低成本、短距離、低速網絡通信，其用途是傳輸開關設置狀態以及對開關變化回應。
B類和C類網技術總線主要是CAN總線，是德國Bosch公司從20世紀80年代初，為解決現代汽車中眾多的控製與測試儀器之間的數據交換問題而開發的一種串行數據通信協議。它是一種多主總線，通信介質可以是雙絞線、同軸電纜或光導纖維，通信速率可達1Mbps。CAN(控製局域網絡)是汽車產業中得到廣泛應用的數據與控製通信網路，通過遍布車內的各種感應控製模塊及時采集各項數據，控製模塊之間進行相互通信、讓全車的信息資源得以共享，以及各控製器的自動協調應變來增強係統可靠性。低速CAN具有許多容錯功能，一般用在車身電子控製中；而高速CAN則大多用在汽車底盤和發動機的電子控製中。?
多媒體信息係統總線中較為主要的技術是MOST總線和藍牙協議。MOST網絡是由德國Oasis Silicon System公司開發的。MOST技術針對塑料光纖媒體而優化，采用環行拓撲機構，在器件層提供高度可靠性和可擴展性。它可以傳送同步數據(音頻信號、視頻信號等流動型數據)、非同步數據(訪問網絡及訪問數據庫等的數據包)和控製數據(控製報文及控製整個網絡的數據)。藍牙無線技術是一種用於移動設備和WAN/LAN接入點的低成本、低功耗的短距離射頻技術。它描述了手機、計算機和PDA如何方便地實現彼此之間的互連，以及與家庭和商業電話和計算機設備的互連。?
3.2.2 微處理單元。微處理控製單元是汽車中的核心部件，不但發動機上應用，在其他許多地方如防抱死製動係統、四輪驅動係統、電控自動變速器、主動懸架係統、安全氣囊係統、多向可調電控座椅等都配置也有。通過車內網絡完成協調與連接完成對發動機、車身、底盤、通信等係統的控製。微處理單元在汽車上的廣泛應用，使得汽車的動力性、經濟性、安全性、舒適性、可靠性都得到了顯著的改善和提高。就目前的市場來看, MCU扔將持續發展, 車身控製用的最多的是8位MCU; 動力安全方麵, 使用最多的是16位MCU。汽車多媒體, 包括導航、DVD等可能更多的將會使用32位的MCU。?
3.2.3 傳感器技術。車用傳感器是促進汽車高檔化、電子化、自動化發展的關鍵技術之一，世界各國對車用傳感器的研究開發、提高性價比都非常重視。汽車電子化越發達，自動化程度越高，對傳感器依賴性就越大。由於汽車電子控製係統的多樣化，使其所需要的傳感器種類和數量不斷增加。?
3.2.4 軟件技術。為了處理汽車電子領域軟件功能劇增的問題，通過工業範圍內標準化軟件設施來大大減少結構上的複雜性是必須的。目前已經在汽車領域內建立Autosar(Automotive Open Systen Architecture,汽車開放式係統構架)協會，定義一套支持分布式的，功能驅動的汽車電子軟件開發方法和電子控製單元上的軟件架構標準化方案，希望在汽車電子領域創造出一個標準，以使得各個廠商可以在一個開放的平台下，提供符合標準的不同實現。?
4 汽車電子的未來發展?
當前，汽車電子技術進入了優化人——汽車——環境的整體關係階段，向著智能化、網絡化以及安全化方向發展，並為汽車上的集中控製提供了基礎（例如製動、轉向和懸架的集中控製以及發動機和變速器的集中控製）。未來汽車電子技術應在以下幾方麵進行突破。??〔7～9〕??
4.1 智能化?
智能化是指隨著信息化道路的建設，越來越多的實時信息開始在車輛、道路和交通係統中共享，這不但為更科學的交通管理提供豐富的數據，也將為人們的出行提供更大的方便。智能化要求“車識路”和“路識車”，需要有完善的交通管理體係和服務中心相配合。
汽車智能化相關的技術問題已受到汽車製造商們的高度重視。其主要技術中“自動駕駛儀”的構想必將依賴於電子技術實現。而智能交通係統（ITS）的開發將與電子、衛星定位等多個交叉學科相結合，它能根據駕駛員提供的目標資料，向駕駛員提供距離最短而且能繞開車輛密度相對集中處的最佳行駛路線。從全球定位衛星獲取沿途天氣、車流量、交通事故、交通堵塞等各種情況，自動篩選出最佳行車路線。具有自動控製車速、自主尋路、自動導航、主動避撞、自動電子收費、無人駕駛等功能。智能汽車是今後國內外汽車發展的熱點領域,是未來汽車發展的必由之路。?
4.2 網絡化?
汽車製造商和一級供應商麵臨日益複雜的安全性、動力總成、底盤和車身係統協調統一的問題。諸如線控、碰撞避免、輔助駕駛等新興係統都需要一個能預測的可靠方式提供極高數據速率的網絡。MOST可支持高數據速率，但主要專為連接車內多媒體設計的；CAN網絡有相對較低的數據速率以及容錯功能；而LIN從本質上講是一種用於連接CAN的價格便宜且速度相對較慢的子網絡，它無法達到下一代車輛中采用的高級安全係統所需的要求。
近兩三年提出的FlexRay總線是一種高速網絡，由FlexRay聯盟為高速通信所製訂的標準，最初是作為電動控製(x-by-wire)應用的通信協議被提出的。從技術上講FlexRay作為下一代汽車網絡協議，提供了充足的帶寬、可靠性和實時響應能力，以實現線控應用。該標準已開始商用並將被越來越多的汽車製造商采用也是確定無疑的，但其高成本因素決定了FlexRay在一定的時間內隻能定位於高端汽車的應用。?
4.3 安全化?
汽車安全性是集成電路設計師麵臨的一大挑戰。新型汽車安全係統越來越智能化和自動化，而技術挑戰也越來越嚴峻。比如說，安全氣囊係統是從最初采用的單駕駛員係統逐步演進而來的。?
目前有一些製造商已經使用安全總線和協議如Delphi公司的SafetyBus和BMW公司的Byteflight，為被動安全提供保障，主要用於安全氣囊係統，以連接速度計、安全傳感器等裝置。