汽車電子

汽車電子化被認為是汽車技術發展進程中的一次革命。汽車電子化的程度被看作是衡量現代汽車水平的重要標誌，是用來開發新車型，改進汽車性能最重要的技術措施。汽車製造商認為增加汽車電子設備的數量、促進汽車電子化是奪取未來汽車市場的重要的有效手段。

據統計，從1989年至2000年，平均每輛車上電子裝置在整個汽車製造成本中所佔的比例由16%增至23%以上。一些豪華轎車上，使用單片微型計算機的數量已經達到48個，電子產品佔到整車成本的50%以上。

按照對汽車行駛性能作用的影響劃分，可以把汽車電子產品歸納為兩類：一類是汽車電子控制裝置，汽車電子控制裝置要和車上機械系統進行配合使用，即所謂“機電結合”的汽車電子裝置；它們包括髮動機、底盤、車身電子控制。例如電子燃油噴射系統、制動防抱死控制、防滑控制、牽引力控制、電子控制懸架、電子控制自動變速器、電子動力轉向等，另一類是車載汽車電子裝置，車載汽車電子裝置是在汽車環境下能夠獨立使用的電子裝置，它和汽車本身的性能並無直接關係。它們包括汽車信息系統（行車電腦）、導航系統、汽車音響及電視娛樂系統、車載通信系統、上網設備等。

2008年的電子技術發展的方向向集中綜合控制發展：將發動機管理系統和自動變速器控制系統，集成為動力傳動系統的綜合控制（PCM）；將制動防抱死控制系統（ABS）、牽引力控制系統（TCS）和驅動防滑控制系統（ASR）綜合在一起進行制動控制；通過中央底盤控制器，將制動、懸架、轉向、動力傳動等控制系統通過總線進行連接。控制器通過複雜的控制運算，對各子系統進行協調，將車輛行駛性能控制到最佳水平，形成一體化底盤控制系統（UCC）。

由於汽車上的電子電器裝置數量的急劇增多，為了減少連接導線的數量和重量，網絡、總線技術在此期間有了很大的發展。總線技術是將各種汽車電子裝置連接成為一個網絡，通過數據總線發送和接收信息。電子裝置除了獨立完成各自的控制功能外，還可以為其它控制裝置提供數據服務。由於使用了網絡化的設計，簡化了佈線，減少了電氣節點的數量和導線的用量，使裝配工作更為簡化，同時也增加了信息傳送的可靠性。通過數據總線可以訪問任何一個電子控制裝置，讀取故障碼對其進行故障診斷，使整車維修工作變得更為簡單。

汽車電子技術的應用將使汽車發生以下主要變化：

一、汽車的機械結構還將發生重大的變化，汽車的各種操縱系統向電子化和電動化發展，實現“線操控”。用導線代替原來的機械傳動機構，例如“導線制動”、“導線轉向”、“電子油門”等。

二、汽車12伏供電系統向42伏轉化。 隨着汽車電子裝置越來越多，消耗的電能正在大幅度地增加。現有的12伏動力電源，已滿足不了汽車上所有電氣系統的需要。今後將採用集成起動機－發電機42伏供電系統，發電機最大輸出功率將會由2005年的1千瓦提高到8千瓦左右，發電效率將會達到80%以上。42伏汽車電氣系統新標準的實施，將會使汽車電器零部件的設計和結構發生重大的變革，機械式的繼電器、熔絲式保護電路將被淘汰。

汽車電子技術的應用將使汽車更加智能化。智能汽車裝備有多種傳感器，能夠充分感知駕車者和乘客的狀況，交通設施和周邊環境的信息，判斷乘員是否處於最佳狀態，車輛和人是否會發生危險，並及時採取對應措施。

今天，社會進入了信息網絡時代，人們希望汽車不僅僅是一種代步工具，更希望在汽車是生活及工作範圍的一種延伸，在汽車上就像呆在自己的辦公室和家裏一樣，可以收聽廣播，打電話，上互聯網，處理工作。隨着數字技術的進步，汽車也將步入多媒體時代。利用 操作系統開發的車載計算機多媒體系統，具有信息處理、通訊、導航、防盜、語言識別、圖像顯示和娛樂等功能。可以預見到的將來，汽車裝置自動導航和輔助駕駛系統，駕駛員可把行車的目的地輸入到汽車電腦中，汽車就會沿着最佳行車路線行駛到達目的地。人們可以通過語言識別系統操縱着車內的各種設施，一邊駕駛着汽車，一邊欣賞着音樂電視，還可上網預定飯桌、機票等

汽車電子信息產品是一大市場，市場將年增7%，車載遠程信息處理系統市場達到200億美元。隨着中國汽車業的迅速發展，目前我國汽車電子業呈現出七大發展特點：

一、汽車工業正處於科技創新時代，傳統機電產品成為高新技術產品，汽車產業已成為高新技術裝備起來的產業。

二、法規和市場推動着汽車電子信息技術的發展，能源、排放、噪聲、安全法規日趨嚴格，客户對舒適性的要求不斷提高，推動着汽車電子信息技術的發展。我國也將實施歐Ⅲ排放標準，歐洲將實施歐Ⅳ排放標準，德國已開發出百公里油耗一升的汽車。提升汽車安全性的安全帶、安全氣囊、ABS、ASR等都已智能化。

三、汽車和發動機系統微處理器的規模越來越大。汽車微處理器越來越多，有的車型達60個，並採用LIN、CAN網絡控制，汽車電子產品已佔汽車總成本的1/3，軟件部分佔 4%，這一兩年預計將超過10%。IC也將不斷趨於集成化，如今的一個IC可實現相當於以前多個IC的功能。為適應電子系統發展需求，汽車供電系統將從 12V發展到42V。

四、將普及電控電噴系統，提高動力系統效率，可以看出所有發動機已採用了電子技術，廠商也正在普及和提高：電控高壓共軌柴油機正大量研究，電力電子模塊混合動力驅動系統成驅動主力，氫燃料電池混合動力汽車商業化取得新進展，電控複合火花點火發動機迅速普及，高級電控均勻充氣壓燃發動機正加緊研究。

五、線控或驅動系統迅速發展，線控轉向、線控制動正加緊研究，線控將取代機械系統，汽車底盤將發生革命性變化。

六、ITS正迅速興起，包括汽車的智能化、公路的自動化和導航系統等。

七、綜合控制成為汽車電子信息技術發展趨勢，包括動力傳動系統、底盤與安全系統、車身與防盜系統等，遠程信息處理系統將使藍牙技術廣泛應用於汽車，汽車智能化將不斷升級。

車控電子產品是軟硬件結合的嵌入式系統。為了節約資源，縮短產品開發週期，一般應採取軟硬件同步開發的方案。車控電子產品的開發工具對軟硬件的同步開發、調試提供了很好的支持。車控電子產品的軟件開發分為功能描述、軟件設計、代碼生成、操作系統環境下高級調試等步驟。車控電子產品的硬件開發分為硬件描述、硬件設計、硬件調試等步驟。當軟件設計完成後，通過使用相應的工具，完成在虛擬ECU平台上的驗證。當硬件設計完成後，與硬件一起進行軟硬件集成調試。通過這種開發方式，縮短了產品上市的時間。 軟硬件並行的開發方案

汽車車控電子產品軟件開發流程是“V”形開發流程。“V”形開發流程分為五個階段，即功能設計、原型仿真、代碼生成、硬件在迴路仿真－HIL、標定。

在功能設計階段使用的主要工具是MATLAB。通過使用MATLAB提供的SIMULINK、STATEFLOW等工具，完成控制方案的設計、功能模塊的設計、控制算法的設計等任務，並進行初步的仿真模擬工作。在原型仿真階段使用的主要工具是DSPACE。使用DSPACE提供的快速控制原型－RCP工具完成離線的仿真工作。在開始該階段之前，需要使用REAL TIME WORKSHOP、TARGETLINK等工具完成由SIMULINK、STATEFLOW等產生的代碼向標準 C代碼的轉換工作。

在進行向標準 C代碼的轉換的過程中，可以根據需要加入符合OSEK規範的嵌入式實時操作系統。在代碼生產階段使用的主要工具是CODEWARRIOR。通過使用CODEWARRIOR提供的編譯器、調試器等工具，完成從標準C代碼向目標硬件平台上的產品代碼的轉換工作。如圖2所示表示了車控電子產品的代碼生成過程。車控電子產品代碼生成過程

汽車電子產品可分為兩大類：1. 汽車電子控制裝置，包括動力總成控制、底盤和車身電子控制、舒適和防盜系統。2. 車載汽車電子裝置，包括汽車信息系統(車載電腦)、汽車胎壓監測系統、導航系統、汽車視聽娛樂系統、車載通信系統、車載網絡、倒車影像後視系統、車載領航員後視攝像頭等。

汽車電子未來的市場更趨向於安全，從市場的需求可以看出人們對於安全的駕駛技術以及產品的關注度很高。已經在被動安全技術取得了重大的進展——即在汽車發生碰撞時為駕駛者和乘客提供保護的技術和產品，如碰撞傳感器、氣囊、安全帶、隨動轉向結構、以及金屬板衝撞區等產品和技術已經在汽車碰撞事故中挽救了許多人的生命，並減少了人員傷害。但是，最新的發展方向是主動安全性，通過採用雷達、光學和超聲波傳感器等技術，測量汽車與周圍物體的距離和接近物體時的速度。該數據可用於提醒駕駛者控制汽車的駕駛速度，避免可能發生的碰撞事件。該信息還可用於控制制動器或轉向系統，以自動避免碰撞。該碰撞避免系統可以降低全球事故率以及汽車事故的昂貴成本。

在發動機上的應用：

在現代汽車上，機械式或機電混合式燃油噴射系統已趨於淘汰，電控燃油噴射裝置因其性能優越而得到了日益普及。電子噴油裝置可以自動地保證發動機始終工作在最佳狀態，使其在輸出一定功率的條件下最大限度地節油和淨化空氣。經過實驗並修正得到發動機最佳工況時的供油控制規律、事先把這些客觀規律編成程序存在微機的存儲器中，當發動機工作時，根據各傳感器測得的空氣流量、排氣管中含氧量、進氣温度、發動機轉速及工作温度等參數，按預先編好的運算程序進行運算、然後和內存中的最佳工況的參數進行比較和判斷再調整供油量。這樣就能夠使發動機一直處於最優工作條件下運行，從而使發動機的綜合性能得到提高。

它由微機、傳感器及其接口、執行機構等幾部分構成。該裝置可根據傳感器送來的發動機各種參數進行運算、判斷，然後進行點火時刻的調節，這樣可以節約燃料，減少空氣污染。此外，新型發動機電子控制裝置還有自適應控制、智能控制及自診斷操作等。一般認為，發動機電子控制裝置的節能效果在15%以上，而效果更明顯的則是在環境保護方面。

除此之外，在發動機部分利用電子技術的內容還有：廢氣再循環（EGR）、怠速控制（ISC）、電動油泵、發電機輸出、冷卻風扇、發動機排量、節氣門正時、二次空氣噴射、發動機增壓、油汽蒸發及系統自我診斷功能等，它們在不同的車型上都或多或少地被應用。

其他應用：

ECAT可以根據發動機的載荷、轉速、車速、制動器工作狀態及駕駛員所控制的各種參數，經過計算機的計算、判斷後自動地改變變速桿的位置，從而實現變速器換擋的最佳控制，即可得到最佳擋位和最佳換擋時間。它的優點是加速性能好、靈敏度高、能準確地反映行駛負荷和道路條件等。傳動系統的電子控制裝置，能自動適應瞬時工況變化，保持發動機以儘可能低的轉速工作。電子氣動換擋裝置是利用電子裝置取代機械換擋桿及其與變速機構間的連接，並通過電磁閥及氣動伺服閥汽缸來執行。它不僅能明顯地簡化汽車操縱，而且能實現最佳的行駛動力性和安全性。

該系統是一種開發時間最長、推廣應用最為迅速的重要的安全性部件。它通過控制防止汽車制動時車輪的抱死來保證車輪與地面達到最佳滑動率（15-20%），從而使汽車在各種路面上制動時，車輪與地面都能達到縱向的峯值附着係數和較大的側向附着係數，以保證車輛制動時不發生抱死拖滑、失去轉向能力等不安全的工況，提高汽車的操縱穩定性和安全性，減小制動距離。驅動防滑系統（ASR）也叫做牽引力控制系統（TCS或TRC），是ABS的完善和補充，它可以防止起動和加速時的驅動輪打滑，既有助於提高汽車加速時的牽引性能，又能改善其操作穩定性。

電子轉向助力系統是用一部直流電機代替傳統的液壓助力缸、用蓄電池和電動機提供動力。這種微機控制的轉向助力系統和傳統的液壓助力系統比起來具有部件少、體積小、重量輕的特點，最優化的轉向作用力、轉向回正特性，提高了汽車的轉向能力和轉向響應特性，增加了汽車低速時的機動性以及調整行駛時的穩定性。

自適應懸掛系統能根據懸掛裝置的瞬時負荷，自動地適時調節懸架彈簧的剛度和減震器的阻尼特性，以適應當時的負荷，保持懸掛的既定高度。這樣就能夠極大地改進車輛行駛的穩定性、操縱性和乘坐的舒適性。

在高速長途行駛時，可採用常速巡行自動控制系統，恆速行駛裝置將根據行車阻力自動調整節氣門開度，駕駛員不必經常踏油門以調整車速。若遇爬坡，車速有下降趨勢，微機控制系統則自動加大節氣門開度；在下坡時，又自動關小節氣門開度，以調節發動機功率達到一定的轉速。當駕駛員換低速擋或制動時，這種控制系統則會自動斷開。

隨着世界各大汽車產家對汽車安全問題的高度重視，安全氣囊系統、行駛動力學調節系統（FDR或VDC）、防撞系統、安全帶控制、照相控制等方面已大量採用了電子新技術。

無論是市場重心向發展中國家轉移，還是技術重心向電子技術傾斜，都將勢必影響到汽車電子發展的方向。而且，其技術本身也將面臨着來自性能、安全以及環保法規多方面的苛刻要求。今後10年，電子技術在汽車工業中扮演着很大的作用。

通過對推動全世界新技術、產品和市場發展的全球趨勢全面的調查和研究，汽車電子行業的未來就是綠色性環保性、安全性和連通通訊。

全球汽車行業最主要的發展趨勢就是傾向於發展高效燃料、低碳排放量的發動機。

汽車電子發展的第二大趨勢是安全性。市場對於能夠保證駕駛更加安全的技術和產品有着龐大的需求。

汽車電子發展的第三大趨勢是汽車的通訊連通性。

汽車社會將步入車聯網時代

車聯網實際是把互聯網和以車為主體的物聯網結合在一起的新網絡。“車聯網”時代的智能汽車具有以下特點：第一，車與車之間能夠保持相對固定的距離，可以實現零碰撞;第二，車與車之間的組隊是隨機進行的，根據車主的目的地，通過GPS定位和車輛之間的自動溝通，車與車之間可以臨時組隊或離隊，提高交通效率。

汽車電子產品一般可歸納為兩類，一類是汽車電子控制裝置，另一類是車載電子裝置。其中前者和車上機械系統進行配合使用，即所謂“機電結合’’的 半導體市場應用結構汽車電子裝置，包括髮動機控制系統、底盤控制系統、車身電子控制系統。後者則是在汽車環境下能夠獨立使用的電子裝置，它和汽車本身的性能並無直接關係，包括汽車信息系統、導航系統、汽車音響及電視娛樂系統等。

隨着汽車電子技術的發展和汽車控制單元的增加，汽車電子技術正向集中化、智能化、網絡化和模塊化方向發展。

集中化是為了減少汽車上過多的控制器數量，將多種功能集中到一個控制器中，如將發動機管理系統和自動變速器控制系統，集成為動力傳動系統的綜合控制(PCM)；將制動防抱死控制系統(ABS)、牽引力控制系統(TCS)和驅動防滑控制系統(ASR)綜合在一起進行制動控制等。 ．

智能化是指通過預先將經驗或最佳運行數據輸入車輛，並對車輛運行狀態進行監控，使車輛自動調整到穩定行駛、操縱靈活的狀態，並通過對車輛周邊環境的監測，將車輛自動調整到最佳車速，與周邊物體(行人、車輛等)保持適當距離，保證車輛行駛安全。如車輛穩定性控制系統(VSC)、自適應巡航控制系統(ACC)。

網絡化是指通過總線技術將車內眾多的控制模塊(或節點)聯結起來，形成汽車內部的局域網絡，實現信息共享，減少線束，提高可維護性。目前主流的車載網絡有動力總線、車身總線、多媒體總線和線控網絡 ^[1]  。