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汽車電子技術(shù)未來發(fā)展方向
隨著汽車電子部件價格的降低，電子信息技術(shù)向低檔車延伸的速度正在逐步加快，作用也越來越重要。下面是小編為大家整理的汽車電子技術(shù)未來發(fā)展方向，歡迎大家閱讀瀏覽。
1 汽車電子技術(shù)的發(fā)展歷程?
一般來說，汽車電子技術(shù)的發(fā)展隨著電子技術(shù)的發(fā)展而不斷進步。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代為起點進行如下劃分〔2〕：
1974年以前為第一階段，是汽車電子控制技術(shù)發(fā)展的初級階段。主要產(chǎn)品有交流發(fā)電機、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、汽車收音機、電子點火控制器、數(shù)字時鐘等。
1974～1982年為第二階段，是汽車電子控制技術(shù)迅速發(fā)展階段。在此期間，汽車上廣泛應(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)、防抱死制動系統(tǒng)(ABS)、安全氣囊系統(tǒng)(SRS)、電子控制自動變速系統(tǒng)(ECT)、巡航控制系統(tǒng)、電子控制門鎖、程控駕駛系統(tǒng)、超速報警系統(tǒng)、座椅安全帶收緊系統(tǒng)、車輛防盜系統(tǒng)、故障自診斷系統(tǒng)、車身高度自動控制系統(tǒng)、數(shù)字式組合儀表盤(包括車速表、里程表、轉(zhuǎn)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(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)、聲音合成與識別系統(tǒng)、數(shù)字
式油壓表、超速限制器、自動后視鏡系統(tǒng)、道路狀態(tài)指示器等。
1990年以后為第四個階段，是汽車電子控制技術(shù)向智能化發(fā)展的高級階段。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)、安全駕駛檢測與警告系統(tǒng)、自動防追尾碰撞、自動駕駛系統(tǒng)和電子地圖等。?
2 汽車電子產(chǎn)品的分類
從汽車技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀看，汽車電子技術(shù)是支撐現(xiàn)代汽車發(fā)展的基礎(chǔ)技術(shù)之一，根據(jù)汽車的實際使用條件多變的需要，對汽車進行優(yōu)化綜合控制。通常按照對汽車各部分控制作用把汽車電子劃分為發(fā)動機電子、底盤電子、車身電子、信息通信與娛樂系統(tǒng)幾類：
2.1 發(fā)動機電子技術(shù)
發(fā)動機電子技術(shù)包括空燃比控制、點火正時控制、廢氣再循環(huán)控制、怠速控制等。
2.2 底盤電子技術(shù)
底盤電子技術(shù)包括制動防抱死控制、驅(qū)動防滑控制、牽引力控制、電子控制懸架、車輛穩(wěn)定性控制、電子控制自動變速器、汽車動力轉(zhuǎn)向控制、巡航控制、車載防撞雷達控制等。
2.3 車身電子技術(shù)
車身電子包括電子控制安全帶、安全氣囊、主動式膝墊、車內(nèi)氣候控制、電子防盜系統(tǒng)、遙控門鎖、電動座椅、電動后視鏡、電子儀表板、燈光控制、輪胎壓力監(jiān)測等。
2.4 信息通信
信息通信包括汽車行駛的自身信息系統(tǒng)、車載通信系統(tǒng)、語音信息系統(tǒng)、上網(wǎng)設(shè)備等。
2.5 汽車娛樂
汽車娛樂系統(tǒng)包括數(shù)字式收音機、音響、冰箱、電視、CD/DAT、導(dǎo)航系統(tǒng)和智能運輸系統(tǒng)的輔助設(shè)備等。
3 汽車電子技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀
3.1 軟件仿真設(shè)計
汽車電子設(shè)計已成為汽車系統(tǒng)設(shè)計中的重點和難點。傳統(tǒng)方式下的汽車設(shè)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系統(tǒng)的功能。這種設(shè)計使得開發(fā)周期長，成本高。為了縮短開發(fā)周期和降低開發(fā)成本，現(xiàn)在引入了軟件仿真技術(shù)進行汽車系統(tǒng)技術(shù)的驗證和開發(fā)。通過對整個汽車系統(tǒng)進行有效地建模和分析，能夠節(jié)約大量的試驗設(shè)備和試驗時間。現(xiàn)在許多大公司已經(jīng)開始使用仿真技術(shù)進行設(shè)計，其中使用較多的是Simplorer和SABER。
Ansoft Simplorer是一個功能強大的跨學(xué)科多領(lǐng)域的高性能系統(tǒng)仿真軟件，適合于進行汽車電子、機電、電力電子和傳動等領(lǐng)域的仿真。Simplorer包括一個面向?qū)ο蟮那蠼馄骱伺c以及第二代模型描述語言。
Simplorer對電力系統(tǒng)、電動和混合動力汽車等復(fù)雜系統(tǒng)的仿真能力很高。
SABER仿真技術(shù)通過對整個汽車系統(tǒng)進行有效的建模和分析，能夠節(jié)約大量的試驗設(shè)備和試驗時間。SABER仿真器能夠讓設(shè)計人員對從汽車的最初設(shè)計方案(方框圖)到由實際電路和機械實現(xiàn)的完整系統(tǒng)進行仿真。這字能力對于復(fù)雜運動控制系統(tǒng)的設(shè)計(如ABS系統(tǒng)、安全氣囊系統(tǒng)、發(fā)動機控制系統(tǒng)、車身控制系統(tǒng)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(shù)進行設(shè)計，如美國通用、大眾、克萊斯勒等。
3.2 主要的汽車電子技術(shù)
3.2.1 總線系統(tǒng)。
由于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，線束復(fù)雜和布線困難甚至使得在汽車設(shè)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(shù)是解決問題的一條好途徑。車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)標準已成汽車電子應(yīng)用的決定性因素，目前世界上有近10種車輛網(wǎng)絡(luò)技術(shù)標準，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、車輛多媒體網(wǎng)絡(luò)MOST，以及最近才開始得到商用的具有高速容錯功能的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議FlexRay。〔3～6〕?
為方便研究和設(shè)計使用，美國汽車工程師協(xié)會(SAE)根據(jù)速率的不同，將汽車網(wǎng)絡(luò)劃分為A、B、C三類，如表1所列。
A類網(wǎng)主要總線技術(shù)是LIN(本地因特網(wǎng))協(xié)議。LIN是在1999年由歐洲汽車制造商Audi、BMW、DaimlerChrysler、Volvo、Volkswagen和VCT 公司以及Motorola公司組成的LIN協(xié)會，共同 推出的用于汽車分布式電控系統(tǒng)的開放式的低成本串行通信標準，從2003年開始使用。它適用于汽車內(nèi)進行低成本、短距離、低速網(wǎng)絡(luò)通信，其用途是傳輸開關(guān)設(shè)置狀態(tài)以及對開關(guān)變化回應(yīng)。
B類和C類網(wǎng)技術(shù)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(xiàn)代汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數(shù)據(jù)交換問題而開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議。它是一種多主總線，通信介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光導(dǎo)纖維，通信速率可達1Mbps。CAN(控制局域網(wǎng)絡(luò))是汽車產(chǎn)業(yè)中得到廣泛應(yīng)用的數(shù)據(jù)與控制通信網(wǎng)路，通過遍布車內(nèi)的各種感應(yīng)控制模塊及時采集各項數(shù)據(jù)，控制模塊之間進行相互通信、讓全車的信息資源得以共享，以及各控制器的自動協(xié)調(diào)應(yīng)變來增強系統(tǒng)可靠性。低速CAN具有許多容錯功能，一般用在車身電子控制中;而高速CAN則大多用在汽車底盤和發(fā)動機的電子控制中。
多媒體信息系統(tǒng)總線中較為主要的技術(shù)是MOST總線和藍牙協(xié)議。MOST網(wǎng)絡(luò)是由德國Oasis Silicon System公司開發(fā)的。MOST技術(shù)針對塑料光纖媒體而優(yōu)化，采用環(huán)行拓撲機構(gòu)，在器件層提供高度可靠性和可擴展性。它可以傳送同步數(shù)據(jù)(音頻信號、視頻信號等流動型數(shù)據(jù))、非同步數(shù)據(jù)(訪問網(wǎng)絡(luò)及訪問數(shù)據(jù)庫等的數(shù)據(jù)包)和控制數(shù)據(jù)(控制報文及控制整個網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù))。藍牙無線技術(shù)是一種用于移動設(shè)備和WAN/LAN接入點的低成本、低功耗的短距離射頻技術(shù)。它描述了手機、計算機和PDA如何方便地實現(xiàn)彼此之間的互連，以及與家庭和商業(yè)電話和計算機設(shè)備的互連。
3.2.2 微處理單元。
微處理控制單元是汽車中的核心部件，不但發(fā)動機上應(yīng)用，在其他許多地方如防抱死制動系統(tǒng)、四輪驅(qū)動系統(tǒng)、電控自動變速器、主動懸架系統(tǒng)、安全氣囊系統(tǒng)、多向可調(diào)電控座椅等都配置也有。通過車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)完成協(xié)調(diào)與連接完成對發(fā)動機、車身、底盤、通信等系統(tǒng)的控制。微處理單元在汽車上的廣泛應(yīng)用，使得汽車的動力性、經(jīng)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(xù)發(fā)展, 車身控制用的最多的是8位MCU; 動力安全方面, 使用最多的是16位MCU。汽車多媒體, 包括導(dǎo)航、DVD等可能更多的將會使用32位的MCU。?
3.2.3 傳感器技術(shù)。
車用傳感器是促進汽車高檔化、電子化、自動化發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一，世界各國對車用傳感器的研究開發(fā)、提高性價比都非常重視。汽車電子化越發(fā)達，自動化程度越高，對傳感器依賴性就越大。由于汽車電子控制系統(tǒng)的多樣化，使其所需要的傳感器種類和數(shù)量不斷增加。?
3.2.4 軟件技術(shù)。
為了處理汽車電子領(lǐng)域軟件功能劇增的問題，通過工業(yè)范圍內(nèi)標準化軟件設(shè)施來大大減少結(jié)構(gòu)上的復(fù)雜性是必須的。目前已經(jīng)在汽車領(lǐng)域內(nèi)建立Autosar(Automotive Open Systen Architecture,汽車開放式系統(tǒng)構(gòu)架)協(xié)會，定義一套支持分布式的，功能驅(qū)動的汽車電子軟件開發(fā)方法和電子控制單元上的軟件架構(gòu)標準化方案，希望在汽車電子領(lǐng)域創(chuàng)造出一個標準，以使得各個廠商可以在一個開放的平臺下，提供符合標準的不同實現(xiàn)。?
4 汽車電子的未來發(fā)展
當前，汽車電子技術(shù)進入了優(yōu)化人????汽車????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，并為汽車上的集中控制提供了基礎(chǔ)(例如制動、轉(zhuǎn)向和懸架的集中控制以及發(fā)動機和變速器的集中控制)。未來汽車電子技術(shù)應(yīng)在以下幾方面進行突破。??〔7～9〕?
4.1 智能化
智能化是指隨著信息化道路的建設(shè)，越來越多的實時信息開始在車輛、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'車識路'和'路識車'，需要有完善的交通管理體系和服務(wù)中心相配合。
汽車智能化相關(guān)的技術(shù)問題已受到汽車制造商們的高度重視。其主要技術(shù)中'自動駕駛儀'的構(gòu)想必將依賴于電子技術(shù)實現(xiàn)。而智能交通系統(tǒng)(ITS)的開發(fā)將與電子、衛(wèi)星定位等多個交叉學(xué)科相結(jié)合，它能根據(jù)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(wèi)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。具有自動控制車速、自主尋路、自動導(dǎo)航、主動避撞、自動電子收費、無人駕駛等功能。智能汽車是今后國內(nèi)外汽車發(fā)展的熱點領(lǐng)域,是未來汽車發(fā)展的必由之路。?
4.2 網(wǎng)絡(luò)化
汽車制造商和一級供應(yīng)商面臨日益復(fù)雜的安全性、動力總成、底盤和車身系統(tǒng)協(xié)調(diào)統(tǒng)一的問題。諸如線控、碰撞避免、輔助駕駛等新興系統(tǒng)都需要一個能預(yù)測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，但主要專為連接車內(nèi)多媒體設(shè)計的;CAN網(wǎng)絡(luò)有相對較低的數(shù)據(jù)速率以及容錯功能;而LIN從本質(zhì)上講是一種用于連接CAN的價格便宜且速度相對較慢的子網(wǎng)絡(luò)，它無法達到下一代車輛中采用的高級安全系統(tǒng)所需的要求。
近兩三年提出的FlexRay總線是一種高速網(wǎng)絡(luò)，由FlexRay聯(lián)盟為高速通信所制訂的標準，最初是作為電動控制(x-by-wire)應(yīng)用的通信協(xié)議被提出的。從技術(shù)上講FlexRay作為下一代汽車網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，提供了充足的帶寬、可靠性和實時響應(yīng)能力，以實現(xiàn)線控應(yīng)用。該標準已開始商用并將被越來越多的汽車制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(nèi)只能定位于高端汽車的應(yīng)用。
4.3 安全化
汽車安全性是集成電路設(shè)計師面臨的一大挑戰(zhàn)。新型汽車安全系統(tǒng)越來越智能化和自動化，而技術(shù)挑戰(zhàn)也越來越嚴峻。比如說，安全氣囊系統(tǒng)是從最初采用的單駕駛員系統(tǒng)逐步演進而來的。
目前有一些制造商已經(jīng)使用安全總線和協(xié)議如Delphi公司的SafetyBus和BMW公司的Byteflight，為被動安全提供保障，主要用于安全氣囊系統(tǒng)，以連接速度計、安全傳感器等裝置。
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