浅析汽车电子技术的应用与发展

　　1前言
　　自1886年世界上第一辆汽车问世以来，一百多年的时间，汽车已从一种小众消费的奢侈品逐渐发展成为大众消费的普通交通工具。毋庸讳言，人们对汽车的要求也越来越高。但是在温室效应和能源危机的国际大环境下，汽车在实现安全、舒适的同时，节能、环保也必须得到兼顾。面对多重严格要求，电子化的汽车应运而生。
　　2汽车电子技术的发展史
　　电子技术在汽车上的首次应用始于1912年美国通用汽车公司在其产品凯迪拉克汽车上安装了电子启动装置，使得该车的月销量猛增80。20世纪50年代到70年代初期，由独立电子元件和集成电路组成的初级汽车电子产品面世，慢慢开始替代传统的机械或液力装置，晶体管电压调节器和硅整流交流发电机是这一时期的代表产品。步入20世纪70年代末期，集成电路和16位以下微处理器开始兴起，电控原件可以解决某些机械装置所不能解决的问题，但机械部件与电子产品之间的联系仍然相对稀少。
　　从1985年到1995年这个时间段内，大规模集成电路和计算机控制技术得到快速发展，32位甚至64位微处理器也被应用到汽车上来，高性能微处理器的应用大大提高了电子控制系统的可靠性和稳定性。从90年代后期开始，电子工业加快与汽车工业融合的步伐，汽车多功能诊断、网络技术、机电一体化耦合交叉技术、自动驾驶技术得到全面发展，汽车进入一个网络化、智能化发展的新时代。
　　3汽车电子技术的应用现状
　　（1）动力及底盘控制系统
　　电子技术在汽车动力装置发动机上的应用主要是对燃油喷射时间、点火时刻及进排气门开闭的控制，根据汽车行驶工况，在相应时刻依据各种传感器反馈信号，ECU经过处理运算，实现最佳空燃比和动力输出。底盘控制系统中最具代表性的电子控制装置当属飞机设计技术中引入的制动防抱死系统（ABS），自1970年末开始应用，经过不断完善和发展，现在已经可以成功地避免紧急制动时转向轮抱死导致的方向失控，将伤亡率减到最低。
　　自动变速器出现的同时，驱动力控制系统（TCS）、防滑转控制系统（ASR）、动态稳定性控制系统（DSC）、车身电子稳定系统（ESP）以及车辆动力学控制系统（VDC），这些应用于底盘控制的电子技术将汽车提升到一个更加安全的新高度。
　　（2）安全与舒适控制系统
　　汽车安全控制系统分为主动安全控制系统和被动安全控制系统，其中主动安全控制系统中运用电子技术的有：车道偏离预警系统、倒车雷达、车辆稳定控制系统、四轮转向、胎压监测、驱动防滑转系统以及车距监控系统等；安全带、安全气囊则属于被动安全控制系统中电子技术的应用。通过电子技术的不断革新，在汽车的安全性逐渐提高的同时，消费者对于汽车的舒适性也提出了新的要求。电子控制悬架系统、自动空调系统、电动天窗系统、车载音像系统等系统的出现，满足了人们的需求，在提高舒适性的同时，也极大地丰富了人们在旅途中的精神生活，而且能有效防止驾驶员疲劳，提高了行车的安全性。
　　（3）整车网络控制系统
　　LIN网络控制系统
　　LIN（LocalInterconnectNetwork）是定位于车辆低端分布式应用的一类多路复用串行通信协议，其主要用于车窗调节控制器、自动天窗等之间的通讯，由于LIN成本较低，提升了系统结构的灵活性，现在已经逐渐被许多汽车生产厂家所接受。但LIN的缺点是传输速度较低，而且不能实现远距离传输，因此主要被用作辅助CAN的下层网络，实现局部通信。
　　CAN网络控制系统
　　CAN（ControllerAreaNetwork）即控制器局域网络，德国博世公司首次提出并开发了网络总线技术，CAN被用来解决日趋增多的汽车电子设备之间的通讯问题。CAN应用于汽车上主要是实现制动防抱死（ABS）、安全气囊（SRS）、车身功能控制模块（BCM）、发动机管理系统（EMS）和仪表组之间的通讯，这些装置内部都设置了CAN控制器，在传输数据时对位速率要求较高，并且具有较强的抗干扰能力。因为其具有高可靠性和良好的错误检测能力，CAN己经在汽车行业、船舶、工业设备、医疗等领域中得到应用，成为国际上应用最广泛的现场总线之一。
　　MOST网络控制系统
　　Most（MediaOrientedSystemsTransport），MOST多媒体网络的产生，是为了新的多媒体设备在能够运用在汽车上，以及其他诸如流媒体传输效率为主要目标的市场而设计的。MOST多媒体网络技术在硬件方面，传输所有控制信号使用的介质是塑料光纤，大大降低了成本；在软件方面允许不同的设备交换信息，还定义了一种在设备间传输数据流的连接机制，不仅提高了网络利用率，而且产生的功耗也很小。由于该技术经济性好，而且消除了传统的铜线传输之间的电磁干扰，未来具有很大的发展前景。
　　Flexray网络系统
　　Flexray是近些年推出的一种事实总线标准，是一种柔性时分多址的总线，即以事先排好的时间序列发送数据，不会出现总线冲突和竞争总线问题。CAN网络由于传输带宽较低和速率不足等缺点，不能满足动力系统和分布式底盘闭环控制系统的特定功能对于网络的确定性、可靠性、同步性和带宽的高标准要求，Flexray网络成功解决了这一难题，弥补了CAN网络的不足。但同时也存在成本较高和网络搭建较复杂的问题，因此目前只在少量高档轿车上采用。
　　（4）智能交通体系（ITS）
　　智能交通体系（IntelligentTransportationSystem，ITS）指的是将先进的科学技术（信息技术、计算机技术、数据通信技术、传感器技术、电子控制技术、自动控制理论、运筹学、人工智能等）有效地综合运用于交通运输、服务控制和车辆制造，加强车辆、道路、使用者三者之间的联系，从而形成一种保障安全、提高效率、改善环境、节约能源的综合运输系统。ITS基于全球卫星定位系统（GPS）、地理信息系统（GIS）、全球数字蜂窝移动通信系统（GSM）能够实现车辆定位与导航、紧急救援、自动避撞系统、电子收费、交通信息服务等功能，ITS通过合理的规划使得交通系统中三大主体人、车、路之间的关系达到最佳状态，提高了道路的使用率和行车安全性，减少交通拥堵的状况，将汽车能耗降到最低并防止疲劳驾驶，实现汽车的智能化和无人化，是未来汽车行业的发展方向。
　　4未来汽车电子技术的发展展望
　　（1）传感器技术更新升级
　　汽车电子技术的运用很大程度上依托于传感器技术的发展，随着汽车电子技术在汽车各方面更加广泛的应用，迫切需要与之相匹配的传感器技术，无论是传感器的种类、数量、可靠性等都发挥着至关重要的作用。未来汽车传感器体积将更小，功能更加多样化，集成程度将更高，因为其优势比较明显，表现为工作时间更长、价格便宜经济性好，可靠性高，并且可以提高系统测试准确度，以后将逐步取代传统传感器。
　　（2）高电压供电系统的采用
　　电子技术在汽车上的普遍应用，在推动汽车行业快速发展的同时也带来了一些困扰：电子设备过多导致发电机过载、12V电压无法满足新技术的运用、整车成本增加等，面对这些难题，高电压供电系统逐渐成为解决问题的最佳途径。经过研究发现，48V电压作为汽车供电电压既可以满足要求，又低于安全电压，是未来的最佳选择。高电压供电系统的构思是采用双电压供电系统，12V一侧连接铅酸电池，给车灯、各种控制器和冷起动机供电，48V一侧安装48V锂电池和起停电机，用于大功率用电器的供电。但是，高电压供电系统也会带来系统设计、电弧管理、密封要求和导线设计等诸多难题，只有解决了这些难题，才能推动汽车电子行业继续向前发展。
　　（3）控制系统集成化、网络化、智能化
　　在汽车电子设备不断增多的情况下，电子装置之间的联系和通讯以及控制系统的集成化就显得尤为重要。采用新一代网络总线协议例如MOST、Flexray等，不仅满足带宽和传输速率的要求，还可以增加系统的可靠性，依托于互联网，实现自动导航、无人驾驶、自动避撞等操作，大大提升汽车的安全性。恩智浦半导体执行董事、总裁兼首席执行官RickClemmer认为：未来的创新领域是互联汽车。汽车可以帮助驾驶员选择到达目的地的最佳、最节能的路线，并显著减少交通事故的数量。
　　（4）新能源汽车的普遍应用
　　面临能源危机和日趋严峻的环保问题，新能源汽车在世界范围内得到越来越多的重视，更高热效率和更低碳排放的发动机将是世界汽车行业未来研究的大方向。混合动力电动汽车、气体燃料汽车、生物燃料汽车、纯电动汽车在未来的汽车市场上都将会有一席之地，结合目前新能源汽车的发展情况来看，纯电动汽车和混合动力汽车将是未来发展的两大主流。据业内有关专家预计，到2020年我国的插电式混合动力汽车、纯电动汽车和其他类型新能源汽车占乘用车的市场份额可达到1020，因而新能源汽车走入千家万户将只是时间问题。
　　（5）XByWire导线控制系统的应用
　　XByWire导线控制技术是指汽车上采用线控技术替代传统的机械机构用来传递信号的一种全新的高效系统，X代表汽车的各个部分，ByWire是指控制方式为电子线控。该技术最早是在飞机驾驶控制上得到应用，后来经过发展演化而用到汽车上来，线控技术的实现是通过传感器将驾驶者输入的信号输送到中央处理单元（CPU），通过CPU的运算处理后发送信号给相应执行机构完成驾驶者的相关操作。线控技术与传统的机械系统相比，具有结构简单、控制灵敏、效率高等优点，最终实现汽车各个系统紧密结合，根据传感器反馈的实时、动态的数据，第一时间进行优化计算，从而获得最优整车性能，最终实现无人驾驶。
　　5总结
　　随着汽车电子技术的进一步发展，其在提升汽车安全性能、减少排放污染等方面的作用将越来越明显。未来汽车企业要想在激烈的市场竞争中占得先手，在很大程度上是由汽车电子技术来决定的。因此，运用汽车电子技术开发智能、安全、环保、舒适的新型汽车将是未来汽车领域的研究焦点。