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汽車(chē)電子技術(shù)未來(lái)發(fā)展方向
隨著汽車(chē)電子部件價(jià)格的降低，電子信息技術(shù)向低檔車(chē)延伸的速度正在逐步加快，作用也越來(lái)越重要。下面是小編為大家整理的汽車(chē)電子技術(shù)未來(lái)發(fā)展方向，歡迎大家閱讀瀏覽。
1 汽車(chē)電子技術(shù)的發(fā)展歷程?
一般來(lái)說(shuō)，汽車(chē)電子技術(shù)的發(fā)展隨著電子技術(shù)的發(fā)展而不斷進(jìn)步。在近些年發(fā)展尤其迅速，較難劃分發(fā)展階段。有人以產(chǎn)品技術(shù)的更新?lián)Q代為起點(diǎn)進(jìn)行如下劃分〔2〕：
1974年以前為第一階段，是汽車(chē)電子控制技術(shù)發(fā)展的初級(jí)階段。主要產(chǎn)品有交流發(fā)電機(jī)、電子式電壓調(diào)節(jié)器、電子式閃光器、電子控制式喇叭、電子式間歇刮水控制器、汽車(chē)收音機(jī)、電子點(diǎn)火控制器、數(shù)字時(shí)鐘等。
1974～1982年為第二階段，是汽車(chē)電子控制技術(shù)迅速發(fā)展階段。在此期間，汽車(chē)上廣泛應(yīng)用集成電路和16位以下的微處理器。主要產(chǎn)品有電子燃油噴射系統(tǒng)(FFI)、空燃比反饋控制系統(tǒng)、防抱死制動(dòng)系統(tǒng)(ABS)、安全氣囊系統(tǒng)(SRS)、電子控制自動(dòng)變速系統(tǒng)(ECT)、巡航控制系統(tǒng)、電子控制門(mén)鎖、程控駕駛系統(tǒng)、超速報(bào)警系統(tǒng)、座椅安全帶收緊系統(tǒng)、車(chē)輛防盜系統(tǒng)、故障自診斷系統(tǒng)、車(chē)身高度自動(dòng)控制系統(tǒng)、數(shù)字式組合儀表盤(pán)(包括車(chē)速表、里程表、轉(zhuǎn)速計(jì)、燃油表、水溫表)等。
1982～1990年為第三階段，是微型計(jì)算機(jī)在汽車(chē)上應(yīng)用日趨成熟并向智能化發(fā)展的階段。主要產(chǎn)品在牽引力控制系統(tǒng)、四輪轉(zhuǎn)向控制、輪胎氣壓控制系統(tǒng)、聲音合成與識(shí)別系統(tǒng)、數(shù)字
式油壓表、超速限制器、自動(dòng)后視鏡系統(tǒng)、道路狀態(tài)指示器等。
1990年以后為第四個(gè)階段，是汽車(chē)電子控制技術(shù)向智能化發(fā)展的高級(jí)階段。主要產(chǎn)品有微波系統(tǒng)、多路傳輸系統(tǒng)、32位微處理器、動(dòng)力最優(yōu)化控制系統(tǒng)、通訊與導(dǎo)航協(xié)調(diào)系統(tǒng)、安全駕駛檢測(cè)與警告系統(tǒng)、自動(dòng)防追尾碰撞、自動(dòng)駕駛系統(tǒng)和電子地圖等。?
2 汽車(chē)電子產(chǎn)品的分類(lèi)
從汽車(chē)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀看，汽車(chē)電子技術(shù)是支撐現(xiàn)代汽車(chē)發(fā)展的基礎(chǔ)技術(shù)之一，根據(jù)汽車(chē)的實(shí)際使用條件多變的需要，對(duì)汽車(chē)進(jìn)行優(yōu)化綜合控制。通常按照對(duì)汽車(chē)各部分控制作用把汽車(chē)電子劃分為發(fā)動(dòng)機(jī)電子、底盤(pán)電子、車(chē)身電子、信息通信與娛樂(lè)系統(tǒng)幾類(lèi)：
2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)電子技術(shù)
發(fā)動(dòng)機(jī)電子技術(shù)包括空燃比控制、點(diǎn)火正時(shí)控制、廢氣再循環(huán)控制、怠速控制等。
2.2 底盤(pán)電子技術(shù)
底盤(pán)電子技術(shù)包括制動(dòng)防抱死控制、驅(qū)動(dòng)防滑控制、牽引力控制、電子控制懸架、車(chē)輛穩(wěn)定性控制、電子控制自動(dòng)變速器、汽車(chē)動(dòng)力轉(zhuǎn)向控制、巡航控制、車(chē)載防撞雷達(dá)控制等。
2.3 車(chē)身電子技術(shù)
車(chē)身電子包括電子控制安全帶、安全氣囊、主動(dòng)式膝墊、車(chē)內(nèi)氣候控制、電子防盜系統(tǒng)、遙控門(mén)鎖、電動(dòng)座椅、電動(dòng)后視鏡、電子儀表板、燈光控制、輪胎壓力監(jiān)測(cè)等。
2.4 信息通信
信息通信包括汽車(chē)行駛的自身信息系統(tǒng)、車(chē)載通信系統(tǒng)、語(yǔ)音信息系統(tǒng)、上網(wǎng)設(shè)備等。
2.5 汽車(chē)娛樂(lè)
汽車(chē)娛樂(lè)系統(tǒng)包括數(shù)字式收音機(jī)、音響、冰箱、電視、CD/DAT、導(dǎo)航系統(tǒng)和智能運(yùn)輸系統(tǒng)的輔助設(shè)備等。
3 汽車(chē)電子技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀
3.1 軟件仿真設(shè)計(jì)
汽車(chē)電子設(shè)計(jì)已成為汽車(chē)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。傳統(tǒng)方式下的汽車(chē)設(shè)計(jì)者不得不借助各種機(jī)械、液壓、電子零部件來(lái)驗(yàn)證汽車(chē)各子系統(tǒng)的功能。這種設(shè)計(jì)使得開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)，成本高。為了縮短開(kāi)發(fā)周期和降低開(kāi)發(fā)成本，現(xiàn)在引入了軟件仿真技術(shù)進(jìn)行汽車(chē)系統(tǒng)技術(shù)的驗(yàn)證和開(kāi)發(fā)。通過(guò)對(duì)整個(gè)汽車(chē)系統(tǒng)進(jìn)行有效地建模和分析，能夠節(jié)約大量的試驗(yàn)設(shè)備和試驗(yàn)時(shí)間。現(xiàn)在許多大公司已經(jīng)開(kāi)始使用仿真技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中使用較多的是Simplorer和SABER。
Ansoft Simplorer是一個(gè)功能強(qiáng)大的跨學(xué)科多領(lǐng)域的高性能系統(tǒng)仿真軟件，適合于進(jìn)行汽車(chē)電子、機(jī)電、電力電子和傳動(dòng)等領(lǐng)域的仿真。Simplorer包括一個(gè)面向?qū)ο蟮那蠼馄骱伺c以及第二代模型描述語(yǔ)言。
Simplorer對(duì)電力系統(tǒng)、電動(dòng)和混合動(dòng)力汽車(chē)等復(fù)雜系統(tǒng)的仿真能力很高。
SABER仿真技術(shù)通過(guò)對(duì)整個(gè)汽車(chē)系統(tǒng)進(jìn)行有效的建模和分析，能夠節(jié)約大量的試驗(yàn)設(shè)備和試驗(yàn)時(shí)間。SABER仿真器能夠讓設(shè)計(jì)人員對(duì)從汽車(chē)的最初設(shè)計(jì)方案(方框圖)到由實(shí)際電路和機(jī)械實(shí)現(xiàn)的完整系統(tǒng)進(jìn)行仿真。這字能力對(duì)于復(fù)雜運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(如ABS系統(tǒng)、安全氣囊系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)、車(chē)身控制系統(tǒng)等)尤為重要。國(guó)際上幾大跨國(guó)汽車(chē)公司都已使用SABER仿真技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，如美國(guó)通用、大眾、克萊斯勒等。
3.2 主要的汽車(chē)電子技術(shù)
3.2.1 總線(xiàn)系統(tǒng)。
由于汽車(chē)電子裝置的不斷增加，使得連接這些專(zhuān)用的電子線(xiàn)路迅速膨脹，線(xiàn)束復(fù)雜和布線(xiàn)困難甚至使得在汽車(chē)設(shè)計(jì)、裝配、維護(hù)中的負(fù)擔(dān)到了無(wú)法承受的程度，而且線(xiàn)路以及接插頭的增加會(huì)帶來(lái)更多的安全隱患。要擺脫這種困境，而使用總線(xiàn)技術(shù)是解決問(wèn)題的一條好途徑。車(chē)載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)已成汽車(chē)電子應(yīng)用的決定性因素，目前世界上有近10種車(chē)輛網(wǎng)絡(luò)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，但最主要的應(yīng)用則是控制器局域網(wǎng)CAN、局部互聯(lián)協(xié)議LIN、車(chē)輛多媒體網(wǎng)絡(luò)MOST，以及最近才開(kāi)始得到商用的具有高速容錯(cuò)功能的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議FlexRay�！�3～6〕?
為方便研究和設(shè)計(jì)使用，美國(guó)汽車(chē)工程師協(xié)會(huì)(SAE)根據(jù)速率的不同，將汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)劃分為A、B、C三類(lèi)，如表1所列。
A類(lèi)網(wǎng)主要總線(xiàn)技術(shù)是LIN(本地因特網(wǎng))協(xié)議。LIN是在1999年由歐洲汽車(chē)制造商Audi、BMW、DaimlerChrysler、Volvo、Volkswagen和VCT 公司以及Motorola公司組成的LIN協(xié)會(huì)，共同 推出的用于汽車(chē)分布式電控系統(tǒng)的開(kāi)放式的低成本串行通信標(biāo)準(zhǔn)，從2003年開(kāi)始使用。它適用于汽車(chē)內(nèi)進(jìn)行低成本、短距離、低速網(wǎng)絡(luò)通信，其用途是傳輸開(kāi)關(guān)設(shè)置狀態(tài)以及對(duì)開(kāi)關(guān)變化回應(yīng)。
B類(lèi)和C類(lèi)網(wǎng)技術(shù)總線(xiàn)主要是CAN總線(xiàn)，是德國(guó)Bosch公司從20世紀(jì)80年代初，為解決現(xiàn)代汽車(chē)中眾多的控制與測(cè)試儀器之間的數(shù)據(jù)交換問(wèn)題而開(kāi)發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議。它是一種多主總線(xiàn)，通信介質(zhì)可以是雙絞線(xiàn)、同軸電纜或光導(dǎo)纖維，通信速率可達(dá)1Mbps。CAN(控制局域網(wǎng)絡(luò))是汽車(chē)產(chǎn)業(yè)中得到廣泛應(yīng)用的數(shù)據(jù)與控制通信網(wǎng)路，通過(guò)遍布車(chē)內(nèi)的各種感應(yīng)控制模塊及時(shí)采集各項(xiàng)數(shù)據(jù)，控制模塊之間進(jìn)行相互通信、讓全車(chē)的信息資源得以共享，以及各控制器的自動(dòng)協(xié)調(diào)應(yīng)變來(lái)增強(qiáng)系統(tǒng)可靠性。低速CAN具有許多容錯(cuò)功能，一般用在車(chē)身電子控制中;而高速CAN則大多用在汽車(chē)底盤(pán)和發(fā)動(dòng)機(jī)的電子控制中。
多媒體信息系統(tǒng)總線(xiàn)中較為主要的技術(shù)是MOST總線(xiàn)和藍(lán)牙協(xié)議。MOST網(wǎng)絡(luò)是由德國(guó)Oasis Silicon System公司開(kāi)發(fā)的。MOST技術(shù)針對(duì)塑料光纖媒體而優(yōu)化，采用環(huán)行拓?fù)錂C(jī)構(gòu)，在器件層提供高度可靠性和可擴(kuò)展性。它可以傳送同步數(shù)據(jù)(音頻信號(hào)、視頻信號(hào)等流動(dòng)型數(shù)據(jù))、非同步數(shù)據(jù)(訪(fǎng)問(wèn)網(wǎng)絡(luò)及訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)等的數(shù)據(jù)包)和控制數(shù)據(jù)(控制報(bào)文及控制整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù))。藍(lán)牙無(wú)線(xiàn)技術(shù)是一種用于移動(dòng)設(shè)備和WAN/LAN接入點(diǎn)的低成本、低功耗的短距離射頻技術(shù)。它描述了手機(jī)、計(jì)算機(jī)和PDA如何方便地實(shí)現(xiàn)彼此之間的互連，以及與家庭和商業(yè)電話(huà)和計(jì)算機(jī)設(shè)備的互連。
3.2.2 微處理單元。
微處理控制單元是汽車(chē)中的核心部件，不但發(fā)動(dòng)機(jī)上應(yīng)用，在其他許多地方如防抱死制動(dòng)系統(tǒng)、四輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、電控自動(dòng)變速器、主動(dòng)懸架系統(tǒng)、安全氣囊系統(tǒng)、多向可調(diào)電控座椅等都配置也有。通過(guò)車(chē)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)完成協(xié)調(diào)與連接完成對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、車(chē)身、底盤(pán)、通信等系統(tǒng)的控制。微處理單元在汽車(chē)上的廣泛應(yīng)用，使得汽車(chē)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)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(chǎng)來(lái)看, MCU扔將持續(xù)發(fā)展, 車(chē)身控制用的最多的是8位MCU; 動(dòng)力安全方面, 使用最多的是16位MCU。汽車(chē)多媒體, 包括導(dǎo)航、DVD等可能更多的將會(huì)使用32位的MCU。?
3.2.3 傳感器技術(shù)。
車(chē)用傳感器是促進(jìn)汽車(chē)高檔化、電子化、自動(dòng)化發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一，世界各國(guó)對(duì)車(chē)用傳感器的研究開(kāi)發(fā)、提高性?xún)r(jià)比都非常重視。汽車(chē)電子化越發(fā)達(dá)，自動(dòng)化程度越高，對(duì)傳感器依賴(lài)性就越大。由于汽車(chē)電子控制系統(tǒng)的多樣化，使其所需要的傳感器種類(lèi)和數(shù)量不斷增加。?
3.2.4 軟件技術(shù)。
為了處理汽車(chē)電子領(lǐng)域軟件功能劇增的問(wèn)題，通過(guò)工業(yè)范圍內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)化軟件設(shè)施來(lái)大大減少結(jié)構(gòu)上的復(fù)雜性是必須的。目前已經(jīng)在汽車(chē)領(lǐng)域內(nèi)建立Autosar(Automotive Open Systen Architecture,汽車(chē)開(kāi)放式系統(tǒng)構(gòu)架)協(xié)會(huì)，定義一套支持分布式的，功能驅(qū)動(dòng)的汽車(chē)電子軟件開(kāi)發(fā)方法和電子控制單元上的軟件架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化方案，希望在汽車(chē)電子領(lǐng)域創(chuàng)造出一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，以使得各個(gè)廠商可以在一個(gè)開(kāi)放的平臺(tái)下，提供符合標(biāo)準(zhǔn)的不同實(shí)現(xiàn)。?
4 汽車(chē)電子的未來(lái)發(fā)展
當(dāng)前，汽車(chē)電子技術(shù)進(jìn)入了優(yōu)化人????汽車(chē)????環(huán)境的整體關(guān)系階段，向著智能化、網(wǎng)絡(luò)化以及安全化方向發(fā)展，并為汽車(chē)上的集中控制提供了基礎(chǔ)(例如制動(dòng)、轉(zhuǎn)向和懸架的集中控制以及發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器的集中控制)。未來(lái)汽車(chē)電子技術(shù)應(yīng)在以下幾方面進(jìn)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(shè)，越來(lái)越多的實(shí)時(shí)信息開(kāi)始在車(chē)輛、道路和交通系統(tǒng)中共享，這不但為更科學(xué)的交通管理提供豐富的數(shù)據(jù)，也將為人們的出行提供更大的方便。智能化要求'車(chē)識(shí)路'和'路識(shí)車(chē)'，需要有完善的交通管理體系和服務(wù)中心相配合。
汽車(chē)智能化相關(guān)的技術(shù)問(wèn)題已受到汽車(chē)制造商們的高度重視。其主要技術(shù)中'自動(dòng)駕駛儀'的構(gòu)想必將依賴(lài)于電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)。而智能交通系統(tǒng)(ITS)的開(kāi)發(fā)將與電子、衛(wèi)星定位等多個(gè)交叉學(xué)科相結(jié)合，它能根據(jù)駕駛員提供的目標(biāo)資料，向駕駛員提供距離最短而且能繞開(kāi)車(chē)輛密度相對(duì)集中處的最佳行駛路線(xiàn)。從全球定位衛(wèi)星獲取沿途天氣、車(chē)流量、交通事故、交通堵塞等各種情況，自動(dòng)篩選出最佳行車(chē)路線(xiàn)。具有自動(dòng)控制車(chē)速、自主尋路、自動(dòng)導(dǎo)航、主動(dòng)避撞、自動(dòng)電子收費(fèi)、無(wú)人駕駛等功能。智能汽車(chē)是今后國(guó)內(nèi)外汽車(chē)發(fā)展的熱點(diǎn)領(lǐng)域,是未來(lái)汽車(chē)發(fā)展的必由之路。?
4.2 網(wǎng)絡(luò)化
汽車(chē)制造商和一級(jí)供應(yīng)商面臨日益復(fù)雜的安全性、動(dòng)力總成、底盤(pán)和車(chē)身系統(tǒng)協(xié)調(diào)統(tǒng)一的問(wèn)題。諸如線(xiàn)控、碰撞避免、輔助駕駛等新興系統(tǒng)都需要一個(gè)能預(yù)測(cè)的可靠方式提供極高數(shù)據(jù)速率的網(wǎng)絡(luò)。MOST可支持高數(shù)據(jù)速率，但主要專(zhuān)為連接車(chē)內(nèi)多媒體設(shè)計(jì)的;CAN網(wǎng)絡(luò)有相對(duì)較低的數(shù)據(jù)速率以及容錯(cuò)功能;而LIN從本質(zhì)上講是一種用于連接CAN的價(jià)格便宜且速度相對(duì)較慢的子網(wǎng)絡(luò)，它無(wú)法達(dá)到下一代車(chē)輛中采用的高級(jí)安全系統(tǒng)所需的要求。
近兩三年提出的FlexRay總線(xiàn)是一種高速網(wǎng)絡(luò)，由FlexRay聯(lián)盟為高速通信所制訂的標(biāo)準(zhǔn)，最初是作為電動(dòng)控制(x-by-wire)應(yīng)用的通信協(xié)議被提出的。從技術(shù)上講FlexRay作為下一代汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，提供了充足的帶寬、可靠性和實(shí)時(shí)響應(yīng)能力，以實(shí)現(xiàn)線(xiàn)控應(yīng)用。該標(biāo)準(zhǔn)已開(kāi)始商用并將被越來(lái)越多的汽車(chē)制造商采用也是確定無(wú)疑的，但其高成本因素決定了FlexRay在一定的時(shí)間內(nèi)只能定位于高端汽車(chē)的應(yīng)用。
4.3 安全化
汽車(chē)安全性是集成電路設(shè)計(jì)師面臨的一大挑戰(zhàn)。新型汽車(chē)安全系統(tǒng)越來(lái)越智能化和自動(dòng)化，而技術(shù)挑戰(zhàn)也越來(lái)越嚴(yán)峻。比如說(shuō)，安全氣囊系統(tǒng)是從最初采用的單駕駛員系統(tǒng)逐步演進(jìn)而來(lái)的。
目前有一些制造商已經(jīng)使用安全總線(xiàn)和協(xié)議如Delphi公司的SafetyBus和BMW公司的Byteflight，為被動(dòng)安全提供保障，主要用于安全氣囊系統(tǒng)，以連接速度計(jì)、安全傳感器等裝置。
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