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汽車電子技術未來發展趨勢

時間:2020-05-09 11:45:50   作者:轉載  

隨著汽車電子部件價格的降低,電子信息技術向低檔車延伸的速度正在逐步加快,作用也越來越重要。電子控制、計算機、通信等技術的迅猛發展,使汽車電子技術和產品的開發日新月異。隨著現代汽車的發展,汽車的電子化程度逐年增加。電子技術已在車輛發動機控制、底盤控制、故障診斷以及音響、導航等各個方面得到廣泛應用,顯著提高了車輛的整體性能。

1 汽車電子技術的發展歷程

一般來說,汽車電子技術的發展隨著電子技術的發展而不斷進步。在近些年發展尤其迅速,較難劃分發展階段。有人以產品技術的更新換代為起點進行如下劃分:

1974年以前為第一階段,是汽車電子控制技術發展的初級階段。主要產品有交流發電機、電子式電壓調節器、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、數字時鐘等。

1974~1982年為第二階段,是汽車電子控制技術迅速發展階段。在此期間,汽車上廣泛應用集成電路和16位以下的微處理器。主要產品有電子燃油噴射系統(FFI)、空燃比反饋控制系統、防抱死制動系統(ABS)、安全氣囊系統(SRS)、電子控制自動變速系統(ECT)、巡航控制系統、電子控制門鎖、程控駕駛系統、超速報警系統、座椅安全帶收緊系統、車輛防盜系統、故障自診斷系統、車身高度自動控制系統、數字式組合儀表盤(包括車速表、里程表、轉速計、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用日趨成熟并向智能化發展的階段。主要產品在牽引力控制系統、四輪轉向控制、輪胎氣壓控制系統、聲音合成與識別系統、數字式油壓表、超速限制器、自動后視鏡系統、道路狀態指示器等。

1990年以后為第四個階段,是汽車電子控制技術向智能化發展的高級階段。主要產品有微波系統、多路傳輸系統、32位微處理器、動力最優化控制系統、通訊與導航協調系統、安全駕駛檢測與警告系統、自動防追尾碰撞、自動駕駛系統和電子地圖等。

2 汽車電子產品的分類

從汽車技術的發展現狀看,汽車電子技術是支撐現代汽車發展的基礎技術之一,根據汽車的實際使用條件多變的需要,對汽車進行優化綜合控制。通常按照對汽車各部分控制作用把汽車電子劃分為發動機電子、底盤電子、車身電子、信息通信與娛樂系統幾類:

2.1 發動機電子技術

發動機電子技術包括空燃比控制、點火正時控制、廢氣再循環控制、怠速控制等。

2.2 底盤電子技術

底盤電子技術包括制動防抱死控制、驅動防滑控制、牽引力控制、電子控制懸架、車輛穩定性控制、電子控制自動變速器、汽車動力轉向控制、巡航控制、車載防撞雷達控制等。

2.3 車身電子技術

車身電子包括電子控制安全帶、安全氣囊、主動式膝墊、車內氣候控制、電子防盜系統、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、車載通信系統、語音信息系統、上網設備等。

2.5 汽車娛樂

汽車娛樂系統包括數字式收音機、音響、冰箱、電視、CD/DAT、導航系統和智能運輸系統的輔助設備等。

3 汽車電子技術的發展現狀

3.1 軟件仿真設計

汽車電子設計已成為汽車系統設計中的重點和難點。傳統方式下的汽車設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的功能。這種設計使得開發周期長,成本高。為了縮短開發周期和降低開發成本,現在引入了軟件仿真技術進行汽車系統技術的驗證和開發。通過對整個汽車系統進行有效地建模和分析,能夠節約大量的試驗設備和試驗時間?,F在許多大公司已經開始使用仿真技術進行設計,其中使用較多的是Simplorer和SABER。

Ansoft Simplorer是一個功能強大的跨學科多領域的高性能系統仿真軟件,適合于進行汽車電子、機電、電力電子和傳動等領域的仿真。Simplorer包括一個面向對象的求解器核與以及第二代模型描述語言。

Simplorer對電力系統、電動和混合動力汽車等復雜系統的仿真能力很高。SABER仿真技術通過對整個汽車系統進行有效的建模和分析,能夠節約大量的試驗設備和試驗時間。SABER仿真器能夠讓設計人員對從汽車的最初設計方案(方框圖)到由實際電路和機械實現的完整系統進行仿真。這字能力對于復雜運動控制系統的設計(如ABS系統、安全氣囊系統、發動機控制系統、車身控制系統等)尤為重要。國際上幾大跨國汽車公司都已使用SABER仿真技術進行設計,如美國通用、大眾、克萊斯勒等。

3.2 主要的汽車電子技術

3.2.1 總線系統

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,線束復雜和布線困難甚至使得在汽車設計、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,而使用總線技術是解決問題的一條好途徑。車載網絡技術標準已成汽車電子應用的決定性因素,目前世界上有近10種車輛網絡技術標準,但最主要的應用則是控制器局域網CAN、局部互聯協議LIN、車輛多媒體網絡MOST,以及最近才開始得到商用的具有高速容錯功能的網絡協議FlexRay。

為方便研究和設計使用,美國汽車工程師協會(SAE)根據速率的不同,將汽車網絡劃分為A、B、C三類。

A類網主要總線技術是LIN(本地因特網)協議。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協會,共同 推出的用于汽車分布式電控系統的開放式的低成本串行通信標準,從2003年開始使用。它適用于汽車內進行低成本、短距離、低速網絡通信,其用途是傳輸開關設置狀態以及對開關變化回應。

B類和C類網技術總線主要是CAN總線,是德國Bosch公司從20世紀80年代初,為解決現代汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數據交換問題而開發的一種串行數據通信協議。它是一種多主總線,通信介質可以是雙絞線、同軸電纜或光導纖維,通信速率可達1Mbps。CAN(控制局域網絡)是汽車產業中得到廣泛應用的數據與控制通信網路,通過遍布車內的各種感應控制模塊及時采集各項數據,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調應變來增強系統可靠性。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動機的電子控制中。

多媒體信息系統總線中較為主要的技術是MOST總線和藍牙協議。MOST網絡是由德國Oasis Silicon System公司開發的。MOST技術針對塑料光纖媒體而優化,采用環行拓撲機構,在器件層提供高度可靠性和可擴展性。它可以傳送同步數據(音頻信號、視頻信號等流動型數據)、非同步數據(訪問網絡及訪問數據庫等的數據包)和控制數據(控制報文及控制整個網絡的數據)。藍牙無線技術是一種用于移動設備和WAN/LAN接入點的低成本、低功耗的短距離射頻技術。它描述了手機、計算機和PDA如何方便地實現彼此之間的互連,以及與家庭和商業電話和計算機設備的互連。

3.2.2 微處理單元

微處理控制單元是汽車中的核心部件,不但發動機上應用,在其他許多地方如防抱死制動系統、四輪驅動系統、電控自動變速器、主動懸架系統、安全氣囊系統、多向可調電控座椅等都配置也有。通過車內網絡完成協調與連接完成對發動機、車身、底盤、通信等系統的控制。微處理單元在汽車上的廣泛應用,使得汽車的動力性、經濟性、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扔將持續發展, 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, 包括導航、DVD等可能更多的將會使用32位的MCU。

3.2.3 傳感器技術

車用傳感器是促進汽車高檔化、電子化、自動化發展的關鍵技術之一,世界各國對車用傳感器的研究開發、提高性價比都非常重視。汽車電子化越發達,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的多樣化,使其所需要的傳感器種類和數量不斷增加。

3.2.4 軟件技術

為了處理汽車電子領域軟件功能劇增的問題,通過工業范圍內標準化軟件設施來大大減少結構上的復雜性是必須的。目前已經在汽車領域內建立Autosar(Automotive Open Systen Architecture,汽車開放式系統構架)協會,定義一套支持分布式的,功能驅動的汽車電子軟件開發方法和電子控制單元上的軟件架構標準化方案,希望在汽車電子領域創造出一個標準,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。

4 汽車電子的未來發展

當前,汽車電子技術進入了優化人與汽車環境的整體關系階段,向著智能化、網絡化以及安全化方向發展,并為汽車上的集中控制提供了基礎(例如制動、轉向和懸架的集中控制以及發動機和變速器的集中控制)。未來汽車電子技術應在以下幾方面進行突破。

4.1 智能化

智能化是指隨著信息化道路的建設,越來越多的實時信息開始在車輛、道路和交通系統中共享,這不但為更科學的交通管理提供豐富的數據,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中心相配合。

汽車智能化相關的技術問題已受到汽車制造商們的高度重視。其主要技術中'自動駕駛儀'的構想必將依賴于電子技術實現。而智能交通系統(ITS)的開發將與電子、衛星定位等多個交叉學科相結合,它能根據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外汽車發展的熱點領域,是未來汽車發展的必由之路。

4.2 網絡化

汽車制造商和一級供應商面臨日益復雜的安全性、動力總成、底盤和車身系統協調統一的問題。諸如線控、碰撞避免、輔助駕駛等新興系統都需要一個能預測的可靠方式提供極高數據速率的網絡。MOST可支持高數據速率,但主要專為連接車內多媒體設計的;CAN網絡有相對較低的數據速率以及容錯功能;而LIN從本質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絡,它無法達到下一代車輛中采用的高級安全系統所需的要求。

近兩三年提出的FlexRay總線是一種高速網絡,由FlexRay聯盟為高速通信所制訂的標準,最初是作為電動控制(x-by-wire)應用的通信協議被提出的。從技術上講FlexRay作為下一代汽車網絡協議,提供了充足的帶寬、可靠性和實時響應能力,以實現線控應用。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在一定的時間內只能定位于高端汽車的應用。

4.3 安全化

汽車安全性是集成電路設計師面臨的一大挑戰。新型汽車安全系統越來越智能化和自動化,而技術挑戰也越來越嚴峻。比如說,安全氣囊系統是從最初采用的單駕駛員系統逐步演進而來的。

目前有一些制造商已經使用安全總線和協議如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,以連接速度計、安全傳感器等裝置。


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