汽車電子現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(吳鋒)

汽車電子技術(shù)現(xiàn)狀

及發(fā)展趨勢吳鋒浙江大學(xué)動力機(jī)械及車輛工程研究所汽車汽車電子技術(shù)發(fā)展的背景現(xiàn)代汽車已不再僅僅是一個(gè)簡單的代步工具，它已同時(shí)具備了交通、娛樂、辦公和通訊等多種功能。汽車的電子化使汽車進(jìn)入了數(shù)字化時(shí)代現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)要解決的問題仍還將是環(huán)保、節(jié)能、安全、便捷和舒適電子技術(shù)的快速發(fā)展，為汽車向電子化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、多媒體的方向發(fā)展創(chuàng)造了條件推動汽車電子發(fā)展的動力

汽車法規(guī):最早的主要針對安全問題，隨后陸續(xù)制訂了排氣污染與噪聲控制、燃油經(jīng)濟(jì)性等一系列日益嚴(yán)格的法規(guī)20世紀(jì)80年代，采用電子控制技術(shù)對汽車的機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行改造，使汽車的動力性、經(jīng)濟(jì)性、操縱性、平順性、和安全性能等都得到了進(jìn)一步的提高和改善20世紀(jì)90年代，隨著人們對節(jié)能、環(huán)保、安全、舒適、便捷和豪華的追求，半導(dǎo)體集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，汽車上安裝的電子裝置急劇增多，一些家用電器和計(jì)算機(jī)也逐漸地移上了汽車汽車電子發(fā)展歷程第一階段：20世紀(jì)50年代初到70年代初

主要特點(diǎn)：應(yīng)用分立元件和簡單集成電路組成的電子裝置代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械部件

1953年美國Bendix公司著手開發(fā)汽油電噴裝置1955年晶體管收音機(jī)成為汽車的標(biāo)準(zhǔn)部件1960年起，克萊斯勒和日產(chǎn)開始采用二極管整流式交流發(fā)電機(jī)60年代中期，汽車上開始采用晶體管電壓調(diào)節(jié)器和晶體管點(diǎn)火裝置，1967年德國Bosch公司公布了D-Jetronic系統(tǒng)

1969年開始研制汽車變速器的電子控制裝置，并于1970年裝車使用汽車電子發(fā)展歷程（續(xù)）第二階段：從20世紀(jì)70年代到90年代中期

主要特點(diǎn)：汽車電子控制技術(shù)初步開始形成。應(yīng)用大規(guī)模集成電路減小電子產(chǎn)品的體積，應(yīng)用微處理器提高電子系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性；應(yīng)用電子裝置解決機(jī)械裝置所無法解決的復(fù)雜的自動控制問題1970年：電子控制防滑裝置——載貨汽車防抱死制動裝置(ABS)1972－1975年：BOSCH公司先后投產(chǎn)電子控制噴射系統(tǒng)1973年通用公司采用IC點(diǎn)火裝置，隨后逐漸普及。1974年通用公司裝備高能點(diǎn)火系統(tǒng)，點(diǎn)火系統(tǒng)一體化汽車電子發(fā)展歷程（續(xù)）第二階段：從20世紀(jì)70年代到90年代中期1976年克萊斯勒公司開發(fā)出模擬計(jì)算機(jī)控制電子控制點(diǎn)火系統(tǒng)1977年美國通用公司開始采用數(shù)字式點(diǎn)火控制系統(tǒng)，是一種真正的電子控制系統(tǒng)。同年，福特公司擴(kuò)展到能同時(shí)控制點(diǎn)火、廢氣再循環(huán)和二次空氣噴射的發(fā)動機(jī)電子控制系統(tǒng)。1978年發(fā)動機(jī)電子控制系統(tǒng)具備空燃比反饋控制和怠速轉(zhuǎn)速控制功能1980年豐用公司開發(fā)了能綜臺控制噴油、點(diǎn)火時(shí)刻和怠速轉(zhuǎn)速，并具有自我診斷功能的TCCS系統(tǒng)80年代，出現(xiàn)了微機(jī)控制的汽車儀表系統(tǒng)90年代，電控燃油噴射系統(tǒng)普及汽車電子發(fā)展歷程（續(xù)）第三階段從90年代中期－汽車電子控制技術(shù)作為工程技術(shù)已經(jīng)成熟廣泛應(yīng)用16位或32位微處理器進(jìn)行控制，控制技術(shù)向智能化方向發(fā)展主要開發(fā)車輛智能控制技術(shù)，模擬人的思維和行為對車輛進(jìn)行控制主要產(chǎn)品有發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)、牽引力控制系統(tǒng)、控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)CAN通訊系統(tǒng)、四輪轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)、輪胎氣壓控制系統(tǒng)、聲音合成與識別系統(tǒng)、自動防追尾碰撞系統(tǒng)、汽車自動導(dǎo)航系統(tǒng)和自動駕駛系統(tǒng)等汽車電子應(yīng)用現(xiàn)狀目前，國外汽車電子產(chǎn)品平均接近汽車制造成本的30％，未來平均將達(dá)到40％～50％目前，國內(nèi)現(xiàn)生產(chǎn)的轎車中

—上海大眾帕薩特轎車已達(dá)到18.7％

—上海通用別克轎車已達(dá)到25％

—一汽奧迪A6已達(dá)到了28%中檔轎車的電子控制系統(tǒng)，現(xiàn)已超過了當(dāng)年用于阿波羅登月飛船上的電子控制系統(tǒng)。2007年，我國轎車電子產(chǎn)品平均占到整車成本的比例超過20％汽車電子應(yīng)用現(xiàn)狀（續(xù)）汽車上70%的創(chuàng)新來源于汽車電子。國外每臺汽車采用汽車電子裝置的費(fèi)用1990年為672美元，2000年已達(dá)到2000美元。在一些豪華轎車上，使用單片微型計(jì)算機(jī)的數(shù)量已經(jīng)超過50個(gè)，電子產(chǎn)品占到整車成本的50％以上平均每輛新車汽車電子的成本汽車電子產(chǎn)品占每輛新車價(jià)值的比例汽車電子所占成本比例的增長率汽車電子應(yīng)用現(xiàn)狀（續(xù)）汽車電子增長速度的對比汽車電子產(chǎn)品分類汽車電子控制裝置

車載汽車電子裝置

動力傳動總成控制系統(tǒng)

底盤電子控制系統(tǒng)

車身電子控制系統(tǒng)發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)自動變速器控制系統(tǒng)動力總成控制系統(tǒng)自動巡航控制系統(tǒng)電控懸架系統(tǒng)電控動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)防抱死制動系統(tǒng)牽引力控制系統(tǒng)驅(qū)動防滑控制系統(tǒng)電子穩(wěn)定程序輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)碰撞警示與預(yù)防系統(tǒng)電控安全帶安全氣囊電動門窗電動座椅電動后視鏡自動照明系統(tǒng)自動空調(diào)系統(tǒng)自動雨刮系統(tǒng)智能防盜系統(tǒng)倒車?yán)走_(dá)疲勞監(jiān)視報(bào)警系統(tǒng)紅外夜視系統(tǒng)全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)汽車導(dǎo)航系統(tǒng)汽車音響車載收音機(jī)電子組合儀表抬頭顯示器車載TV/DVD/VCD車載通信系統(tǒng)車載計(jì)算機(jī)后座娛樂系統(tǒng)智能交通系統(tǒng)設(shè)備主要汽車電子控制系統(tǒng)簡介汽車電子控制系統(tǒng)的構(gòu)成汽車電子控制系統(tǒng)由傳感器、執(zhí)行器和電子控制單元組成傳感器和執(zhí)行器是控制系統(tǒng)的重要組成部分，它們性能的好壞直接會影響到發(fā)動機(jī)或汽車的性能。電子控制單元（ECU）根據(jù)傳感器采集的信息，按照一定的控制策略輸出信號，控制執(zhí)行器工作傳感器執(zhí)行器電子控制單元ECU主要汽車電子控制系統(tǒng)簡介（續(xù)）汽車總線技術(shù)汽車電子裝置增多，使用導(dǎo)線的數(shù)量增加，線束變粗、變重，維修困難，促進(jìn)了總線技術(shù)的推廣應(yīng)用。汽車總線的特點(diǎn)信息共享、容易擴(kuò)展、便于維修汽車總線的分類CAN總線、LIN總線、多媒體總線、故障診斷總線長度(m)重量（公斤）成本典型傳統(tǒng)線束>200050100%車載網(wǎng)絡(luò)(CAN）縮短50%以上減輕50％以上下降25%以上主要汽車電子控制系統(tǒng)簡介（續(xù)）汽車總線主要汽車電子控制系統(tǒng)簡介（續(xù)）發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)汽油機(jī)燃油噴射系統(tǒng)主要汽車電子控制系統(tǒng)簡介（續(xù)）汽油機(jī)燃油噴射系統(tǒng)電子控制單元噴油器驅(qū)動電路轉(zhuǎn)速信號處理主要汽車電子控制系統(tǒng)簡介（續(xù)）汽油機(jī)燃油噴射系統(tǒng)主要元件主要汽車電子控制系統(tǒng)簡介（續(xù)）變速器手動變速器機(jī)械自動變速器（AMT）液力自動變速器（AT）無級變速器（CVT）主要汽車電子控制系統(tǒng)簡介（續(xù)）變速器發(fā)展簡史及現(xiàn)狀1939年通用公司開發(fā)出液力變矩器—行星齒輪液力變速器20世紀(jì)40年代末50年代初，液力控制換擋自動變速器1968年Renault公司在自動變速器上使用了電子元件豐田公司1976年實(shí)現(xiàn)了批量生產(chǎn)電子控制變速裝置1982年豐田公司將微機(jī)技術(shù)應(yīng)用于電子控制變速器系統(tǒng)Bosch公司于1983年研制成功發(fā)動機(jī)和自動變速器共用的電子控制單元目前，轎車自動變速器的裝車率，日本超過80%，美國為70%，德國為62%，中國30%左右主要汽車電子控制系統(tǒng)簡介（續(xù)）防抱死制動系統(tǒng)（Anti－lockBrakingSystem）

通過安裝在各車輪或傳動軸上的轉(zhuǎn)速傳感器檢測各車輪的轉(zhuǎn)速，計(jì)算車輪滑移率，并與理想的滑移率相比較，做出增大或減小制動器制動壓力的決定，命令執(zhí)行機(jī)構(gòu)及時(shí)調(diào)整制動壓力，以保持車輪處于理想的制動狀態(tài)能夠使車輪始終維持在有微弱滑移的滾動狀態(tài)下制動，不會抱死目前小型載客汽車的標(biāo)準(zhǔn)配置主要汽車電子控制系統(tǒng)簡介（續(xù)）ABS基本原理主要汽車電子控制系統(tǒng)簡介（續(xù)）電子制動力分配系統(tǒng)（EBD）

汽車制動時(shí)，如果四只輪胎附著地面的條件不同，四輪與地面的摩擦力不同，在制動時(shí)（四個(gè)輪子的制動力相同）就容易產(chǎn)生打滑、傾斜和側(cè)翻等現(xiàn)象功能就是在汽車制動的瞬間，高速計(jì)算出四個(gè)輪胎由于附著不同而導(dǎo)致的摩擦力數(shù)值，然后調(diào)整制動裝置，使其按照設(shè)定的程序在運(yùn)動中高速調(diào)整，達(dá)到制動力與摩擦力（牽引力）的匹配，以保證車輛的平穩(wěn)和安全與ABS配合可大大提高制動性能主要汽車電子控制系統(tǒng)簡介（續(xù)）電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）當(dāng)操縱轉(zhuǎn)向盤時(shí)，裝在轉(zhuǎn)向軸上的扭矩傳感器不斷地測出轉(zhuǎn)向軸上的扭矩信號，該信號與車速信號同時(shí)輸入到電子控制單元(ECU)。電子控制單元根據(jù)這些輸入信號，確定助力扭矩的大小和方向，電動機(jī)的扭矩由電磁離合器通過減速機(jī)構(gòu)減速增扭后，加在汽車的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)上，使之得到一個(gè)與汽車工況相適應(yīng)的轉(zhuǎn)向作用力汽車電子的發(fā)展趨勢總體趨勢保護(hù)環(huán)境：減少對大氣的污染和節(jié)約能源安全：主動安全和被動安全架駛乘坐環(huán)境：滿足“人體工程學(xué)”的設(shè)計(jì)要求公共基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)：網(wǎng)絡(luò)通訊基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和智能交通系統(tǒng)的建立節(jié)能技術(shù)將集中于信息網(wǎng)絡(luò)化集成通訊系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)智能導(dǎo)航系統(tǒng)集成通信系統(tǒng)智能駕駛系統(tǒng)汽車電子的發(fā)展趨勢智能巡航控制也稱為自適應(yīng)巡航控制(ACC)可自動完成駕駛、制動等操作智能安全保護(hù)系統(tǒng)是將安全帶、安全氣囊、乘員感知系統(tǒng)和碰撞預(yù)測系統(tǒng)集成在一起．在實(shí)際碰撞發(fā)生之前，就能夠預(yù)知碰撞的發(fā)生，并采取保護(hù)措施集成控制系統(tǒng)把多種控制功能集成在一起，減少ECU的數(shù)量汽車電子的發(fā)