自20世紀(jì)70年代以來(lái)，電子技術(shù)開(kāi)始在汽車(chē)上快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，尤其是近幾年各種排放性能、燃油經(jīng)濟(jì)性和安全性能等法規(guī)的強(qiáng)制性要求，極大推動(dòng)了電子技術(shù)在汽車(chē)領(lǐng)域的推廣使用，使汽車(chē)電子化程度不斷提高，性能不斷加強(qiáng)。
1汽車(chē)電子技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀
作為汽車(chē)工業(yè)與電子工業(yè)的結(jié)合，汽車(chē)電子產(chǎn)業(yè)得到了飛速發(fā)展。目前，西方發(fā)達(dá)國(guó)家的電子產(chǎn)品在轎車(chē)整車(chē)制造價(jià)格中所占的份量已經(jīng)達(dá)到了15%~20%，預(yù)計(jì)到2010年將達(dá)到25%~35%。汽車(chē)電子技術(shù)不僅推動(dòng)了汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展，同時(shí)也極大地促進(jìn)了電子產(chǎn)品市場(chǎng)的發(fā)展。現(xiàn)代汽車(chē)電子技術(shù)在改善汽車(chē)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、安全性、行駛穩(wěn)定性和乘坐舒適性等方面發(fā)揮著不可替代的作用。具體來(lái)說(shuō)，汽車(chē)電子技術(shù)的應(yīng)用主要可分為以下四個(gè)方面。
1.1動(dòng)力傳動(dòng)電子控制系統(tǒng)
主要包括發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制(包括汽油機(jī)和柴油機(jī))、自動(dòng)變速器控制(ECT、CVT/ECVT等)以及動(dòng)力傳動(dòng)總成的綜合電子控制等?？刂葡到y(tǒng)主要由各種傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和電控單元(ECU)組成。其主要是保證汽車(chē)在不同的工況下均能處在最佳狀態(tài)下運(yùn)行，并簡(jiǎn)化駕駛員的有關(guān)操作，從而降低油耗和排放，減少動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的沖擊，減輕駕駛?cè)藛T的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高汽車(chē)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和舒適性。
1.2底盤(pán)電子控制系統(tǒng)
包括制動(dòng)防滑與動(dòng)態(tài)車(chē)身控制系統(tǒng)(ABS/ASR、ESP/VDC)、牽引力控制系統(tǒng)、懸架及車(chē)高控制系統(tǒng)、輪胎監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(TPMS)、巡航控制系統(tǒng)(CCS)、轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)(如4WS)、驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)(如4WD)等。其主要用于提高汽車(chē)的安全性、舒適性和動(dòng)力性等。近些年來(lái)，這類(lèi)控制系統(tǒng)開(kāi)始在普通轎車(chē)上廣泛采用。
1.3車(chē)身電子控制系統(tǒng)
主要包括安全氣囊(SRS)、自動(dòng)座椅、自動(dòng)空調(diào)控制、車(chē)內(nèi)噪音控制、中央防盜門(mén)鎖、視野照明控制、自動(dòng)刮水器、自動(dòng)門(mén)窗、自動(dòng)防撞系統(tǒng)以及滿足不同用電設(shè)備的電源管理系統(tǒng)。主要是用來(lái)增強(qiáng)汽車(chē)的安全性、舒適性和方便性。
1.4多媒體娛樂(lè)、通訊系統(tǒng)
主要包括車(chē)載多媒體系統(tǒng)、駕駛員信息系統(tǒng)、語(yǔ)音系統(tǒng)、智能交通系統(tǒng)(1TS)，車(chē)輛導(dǎo)航系統(tǒng)(GPS/DGPS等)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)等。用于聯(lián)結(jié)“人—車(chē)—外界環(huán)境信息”，以及協(xié)調(diào)整車(chē)各部分的電子控制功能。
2汽車(chē)電子技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
隨著更加先進(jìn)的靈巧型傳感器、快速響應(yīng)的執(zhí)行器、高性能ECU、先進(jìn)的控制策略、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、雷達(dá)技術(shù)、第3代移動(dòng)通訊技術(shù)在汽車(chē)上的廣泛應(yīng)用，現(xiàn)代汽車(chē)正朝著更加智能化、自動(dòng)化和信息化的機(jī)電一體化產(chǎn)品方向發(fā)展，以達(dá)到“人—汽車(chē)—環(huán)境”的完美協(xié)調(diào)。
2.1傳感器
隨著汽車(chē)電子化發(fā)展，自動(dòng)化越高，對(duì)傳感器的依賴(lài)程度也就越大。汽車(chē)用傳感器的種類(lèi)多樣化和使用數(shù)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(fā)展。這些將使未來(lái)的智能化集成傳感器不僅能提供用于模擬和處理的信號(hào)，而且還能對(duì)信號(hào)作放大等處理；同時(shí)它還能自動(dòng)進(jìn)行時(shí)漂、溫漂和非線性的自校正，具有較強(qiáng)的抵抗外部電磁干擾的能力，保證傳感器信號(hào)的質(zhì)量不受影響，即使在特別嚴(yán)酷的使用條件下仍能保持較高的精度；另外，它還具有結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便的優(yōu)點(diǎn)，從而免受機(jī)械特性的影響。
2.2微處理器(ECU)
自從1976美國(guó)通用汽車(chē)公司成功的將ECU應(yīng)用到汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)中后，汽車(chē)電子控制系統(tǒng)進(jìn)入到了新的高速發(fā)展階段，隨后ECU被應(yīng)用到動(dòng)力傳動(dòng)、車(chē)身、安全等控制系統(tǒng)中。由于汽車(chē)用ECU對(duì)可靠性、信息處理能力、實(shí)時(shí)控制能力及成本上的特殊要求，基于通用芯片開(kāi)發(fā)出的ECU已經(jīng)很難滿足汽車(chē)電子控制系統(tǒng)的要求，因此，開(kāi)發(fā)出具有多路同步實(shí)時(shí)控制、自帶A/D與D/A、自我診斷、高輸入/輸出等功能的汽車(chē)專(zhuān)用ECU系統(tǒng)具有很高的現(xiàn)實(shí)意義。隨著汽車(chē)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(lái)汽車(chē)用ECU的首選，預(yù)計(jì)在今后幾年內(nèi)需求量將增加50%以上，逐步成為車(chē)用ECU的主流。
2.3執(zhí)行器
目前汽車(chē)上所使用的執(zhí)行器主要有電磁式、電動(dòng)式和氣動(dòng)/液動(dòng)式。電磁和電動(dòng)式的執(zhí)行器是以電為動(dòng)力的操作機(jī)構(gòu)，具有體積小、重量輕、響應(yīng)速度快、耗能小的特點(diǎn)，但是，與氣動(dòng)/液動(dòng)式執(zhí)行器相比，輸出驅(qū)動(dòng)能力則不足，無(wú)法滿足未來(lái)汽車(chē)控制領(lǐng)域大驅(qū)動(dòng)輸出的需要。但是，隨著新材料、新工藝、新機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的采用，電磁和電動(dòng)式執(zhí)行器將逐漸取代氣動(dòng)/液動(dòng)執(zhí)行器，尤其是在未來(lái)汽車(chē)普遍更換42V新型電源系統(tǒng)之后，輸出驅(qū)動(dòng)能力將大幅度提升，完全可以取代傳統(tǒng)的氣動(dòng)/液動(dòng)系統(tǒng)。
2.4控制策略
目前在汽車(chē)電子控制系統(tǒng)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(tǒng)的經(jīng)典控制理論，但是，由于汽車(chē)中需要控制的對(duì)象往往具有很強(qiáng)的時(shí)變和非線性，控制系統(tǒng)的輸入和輸出參數(shù)也越來(lái)越多，采用以狀態(tài)空間為基礎(chǔ)、適用于多輸入/輸出、非線性時(shí)變系統(tǒng)的現(xiàn)代控制理論已成必然，如最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制、模糊控制等。
2.5總線技術(shù)
利用總線技術(shù)將汽車(chē)中各種電控單元、智能傳感器、智能儀表等聯(lián)接起來(lái)，從而構(gòu)成汽車(chē)內(nèi)部局域網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)間的信息資源共享。其優(yōu)點(diǎn)主要有：①大大減少線束數(shù)量、連接點(diǎn)及體積，提高系統(tǒng)的可靠性和可維護(hù)性；⑦采用通用傳感器，達(dá)到數(shù)據(jù)信息共享的目的；③改善系統(tǒng)的靈活性，即通過(guò)系統(tǒng)的軟件可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的變化。根據(jù)側(cè)重功能的不同，SAE將總線劃分為A、B、C三大類(lèi)：A類(lèi)是面向傳感器和執(zhí)行器的一種低速網(wǎng)絡(luò)，主要用于后視鏡調(diào)整、燈光照明控制、電動(dòng)車(chē)窗等控制等，目前A類(lèi)的主流是LIN；B類(lèi)是應(yīng)用于獨(dú)立模塊間的數(shù)據(jù)共享中速網(wǎng)絡(luò)，主要用于汽車(chē)舒適性、故障診斷、儀表顯示及四門(mén)中央控制等，其目前主流是低速CAN(又稱(chēng)動(dòng)力CAN)；C類(lèi)是面向高速、實(shí)時(shí)閉環(huán)控制的多路傳輸網(wǎng)絡(luò)，主要用于發(fā)動(dòng)機(jī)、ABS和自動(dòng)變速器、安全氣囊等的控制，目前C類(lèi)主流是高速CAN(又稱(chēng)動(dòng)力CAN)，但
是隨著下一代高速、具有容錯(cuò)能力的時(shí)間觸發(fā)方式的“XbyWire’’線控技術(shù)的發(fā)展，將逐漸代替高速CAN在C類(lèi)網(wǎng)中的位置，力求在未來(lái)5—10年之內(nèi)使傳統(tǒng)的汽車(chē)機(jī)械系統(tǒng)變成通過(guò)高速容錯(cuò)通訊總線與高性能CPU相連的百分之百的電控系統(tǒng)，完全不需要后備機(jī)械系統(tǒng)的支持，其主要代表有TTP/C和FlexRay。而在多媒體與通訊系統(tǒng)中，MOST、IDB1394和“藍(lán)牙”技術(shù)成為了今后的發(fā)展主流。另外，光纖憑借其高傳輸速率和抗干擾能力，越來(lái)越廣泛的用作高速信號(hào)傳輸介質(zhì)。
2.6新型42V供電電源
隨著汽車(chē)電控技術(shù)的不斷發(fā)展，使汽車(chē)電子裝置在整車(chē)中所占比例和相應(yīng)的耗電量不斷提高，使現(xiàn)有的12V電源系統(tǒng)供電能力趨于飽和或不足，無(wú)法滿足下一代汽車(chē)設(shè)計(jì)中新增電子設(shè)備的需求，如無(wú)凸輪軸電磁式電控配氣相位機(jī)構(gòu)、飛輪復(fù)合式起動(dòng)—發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、電加熱三效催化轉(zhuǎn)化器以及新型電力制動(dòng)和電力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等，它們?cè)趥鹘y(tǒng)的12V電源系統(tǒng)中難于實(shí)現(xiàn)，而這些新技術(shù)又是公認(rèn)的未來(lái)汽車(chē)技術(shù)發(fā)展的重要方向。因此，采用更高供電電壓的電源系統(tǒng)成為必然趨勢(shì)。
2.7安全技術(shù)
從近兩年召開(kāi)的一些大型國(guó)際汽車(chē)技術(shù)研討會(huì)和展會(huì)(如“2004國(guó)際ITS會(huì)議”、“Convergence2004國(guó)際汽車(chē)電子展等”)可以看出，未來(lái)汽車(chē)電子控制的重要發(fā)展方向是汽車(chē)安全領(lǐng)域。主要有以下幾個(gè)方向：①利用雷達(dá)技術(shù)和車(chē)載攝像技術(shù)開(kāi)發(fā)各種自動(dòng)避撞系統(tǒng)；②利用近紅外技術(shù)開(kāi)發(fā)各種能監(jiān)測(cè)司機(jī)行為的安全系統(tǒng)；③高性能的輪胎綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；④自適應(yīng)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)；⑤駕駛員身份識(shí)別系統(tǒng)；⑥安全氣囊和ABS/ASR，以及車(chē)身動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)將更加完善。
2.8多媒體娛樂(lè)與智能通訊系統(tǒng)
隨著第3代移動(dòng)通訊技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，未來(lái)汽車(chē)正朝著移動(dòng)力、公室、家庭影院方向發(fā)展，為司機(jī)和乘客提供進(jìn)行中的實(shí)時(shí)通訊和娛樂(lè)信息，并把汽車(chē)和道路及其它遠(yuǎn)程服務(wù)系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)，構(gòu)建未來(lái)的智能交通系統(tǒng)(1TS)。具體功能：①提供豐富的多媒體設(shè)施環(huán)境，利用GPS、GSM網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航、行車(chē)指南、無(wú)線因特網(wǎng)以及汽車(chē)與家庭等外部環(huán)境的互動(dòng)。②具備遠(yuǎn)程汽車(chē)診斷功能，緊急時(shí)能夠引導(dǎo)救援服務(wù)機(jī)構(gòu)趕到故障或事故地點(diǎn)。
3結(jié)束語(yǔ)
自上世紀(jì)70年代以來(lái)，汽車(chē)工業(yè)的飛速發(fā)展都是在電子技術(shù)的推動(dòng)下實(shí)現(xiàn)的，而未來(lái)幾年內(nèi)的汽車(chē)領(lǐng)域的技術(shù)革新將有70%來(lái)自于電子技術(shù)的進(jìn)步。可見(jiàn)，電子技術(shù)在未來(lái)汽車(chē)工業(yè)中所起到的作用是不可替代的。對(duì)于我國(guó)汽車(chē)工業(yè)來(lái)說(shuō)，汽車(chē)電子產(chǎn)業(yè)仍處于初期階段，因此，必須正確把握未來(lái)汽車(chē)電子技術(shù)發(fā)展方向，加快相關(guān)技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)工作，以便形成自己的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)民族汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的快速崛起。
