汽車電子新技術(shù)綜述.doc

汽車的電子化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化是現(xiàn)代汽車發(fā)展的重要標(biāo)志，隨著消費(fèi)者對汽車功能和性能要求的日益提高，汽車正在逐漸由機(jī)械系統(tǒng)向電子系統(tǒng)轉(zhuǎn)換，目前全球汽車電子產(chǎn)業(yè)面臨著高速增長的機(jī)遇。在國外，電子系統(tǒng)已占到一輛普通轎車總成本的30%，在高級轎車上比例更高，在國內(nèi)，中高級轎車電子裝置的配置已經(jīng)接近或達(dá)到了國外汽車工業(yè)發(fā)達(dá)國家水平。但我國汽車電子業(yè)總體上還與國外有很大差距，需要加大研究投入的力度。汽車電子技術(shù)經(jīng)過兩個(gè)階段的發(fā)展，現(xiàn)正處在第三個(gè)階段。第一階段的汽車電子設(shè)備主要采用分立電子元件組成電子控制器，并開始由分立電子元件產(chǎn)品向集成電路產(chǎn)品過渡；第二階段則主要采用集成電路和8位微處理器開發(fā)汽車專用的獨(dú)立控制系統(tǒng)；第三階段開始于20世紀(jì)90年代，汽車電子設(shè)備廣泛采用16位或32位微處理器進(jìn)行控制，控制技術(shù)向智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。在該階段出現(xiàn)了很多新的技術(shù)研究領(lǐng)域和研究熱點(diǎn)。1.線控技術(shù)DBW汽車的各種操縱系統(tǒng)正向電子化、自動化方向發(fā)展，在未來的510年里，傳統(tǒng)的汽車機(jī)械操縱系統(tǒng)將變成通過高速容錯(cuò)通信總線與高性能CPU相連的電氣系統(tǒng)。如汽車將采用電氣馬達(dá)和電控信號來實(shí)現(xiàn)線控駕駛、線控制動、線控油門和線控懸架等，采用這些線控系統(tǒng)將完全取代現(xiàn)有系統(tǒng)中的液壓和機(jī)械控制。在新一代雅閣V6轎車上采用的DBW就是新技術(shù)之一。DBW是線控油門的英文縮寫，也可稱之為電控油門，即發(fā)動機(jī)的油門是通過電子控制的。傳統(tǒng)的油門控制方式是駕駛員通過踩油門踏板，由油門拉索直接控制發(fā)動機(jī)油門的開合程度，從而決定加速或減速，駕駛員的動作與油門動作之間是通過拉索的機(jī)械作用聯(lián)系的。而DBW將這種機(jī)械聯(lián)系改為電子聯(lián)系。駕駛員仍然通過踩油門踏板控制拉索。但拉索并不是直接連接到油門，而是連著一個(gè)油門踏板位置傳感器，傳感器將拉索的位置變化轉(zhuǎn)化為電信號傳送至汽車的大腦ECU(電子控制器)，ECU將收集到的相關(guān)傳感器信號經(jīng)過處理后發(fā)送命令至油門作動器控制模塊，油門作動器控制模塊再發(fā)送信號給油門作動器，從而控制油門的開合程度。也就是說駕駛員的動作與油門的動作之間是通過電子元件的電信號聯(lián)系的。雖然從構(gòu)造上來看，DBW比傳統(tǒng)油門控制方式復(fù)雜，但油門的控制卻比傳統(tǒng)方式精確，發(fā)動機(jī)能夠根據(jù)汽車的各種行駛信息，精確調(diào)節(jié)進(jìn)入汽缸的燃油空氣混合氣，改善發(fā)動機(jī)的燃燒狀況，從而大大提高了汽車的動力性和經(jīng)濟(jì)性。使用線控技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)很多，比如使用線控制動無需制動液，保護(hù)生態(tài)，減少維護(hù)；質(zhì)量輕；性能高(制動響應(yīng)快)；制動磨最小(向輪胎施力更均勻)；安裝測試更簡單快捷(模塊結(jié)構(gòu))；更穩(wěn)固的電子接口；隔板間無機(jī)械聯(lián)系；簡單布置就能增加電子控制功能；踏板特性一致；比液壓系統(tǒng)的元件更少等。2.CAN總線網(wǎng)絡(luò)隨著電控單元在汽車中的應(yīng)用越來越多，車載電子設(shè)備間的數(shù)據(jù)通信變得越來越重要，以分布式控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)構(gòu)造汽車車載電子網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是很有必要的。大量數(shù)據(jù)的快速交換、高可靠性及廉價(jià)性是對汽車電子網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的要求。在該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，各處理機(jī)獨(dú)立運(yùn)行，控制改善汽車某一方面的性能，同時(shí)在其它處理機(jī)需要時(shí)提供數(shù)據(jù)服務(wù)。汽車內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成主要依靠總線傳輸技術(shù)。汽車總線傳輸是通過某種通訊協(xié)議將汽車中各種電控單元、智能傳感器、智能儀表等聯(lián)接起來，從而構(gòu)成的汽車內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。其優(yōu)點(diǎn)有：減少了線束的數(shù)量和線束的容積，提高了電子系統(tǒng)的可靠性和可維護(hù)性；采用通用傳感器，達(dá)到數(shù)據(jù)共享的目的；改善了系統(tǒng)的靈活性，即通過系統(tǒng)的軟件可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的變化。CAN總線是德國博世公司在20世紀(jì)80年代初開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通訊協(xié)議。它的短幀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、非破壞性總線仲裁技術(shù)以及靈活的通訊方式，使CAN總線具有很高的可靠性和抗干擾性，滿足了汽車對總線的實(shí)時(shí)性和可靠性的要求。目前，國外的汽車總線技術(shù)已經(jīng)十分成熟，并已在汽車上推廣應(yīng)用。國內(nèi)引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的奧迪A6車型已于2000年起采用總線替代原有線束，帕薩特B5、寶來、波羅、菲亞特的派立奧、西耶那、哈飛賽馬等車型都不同程度地使用了CAN總線技術(shù)。此外，部分高檔客車、工程機(jī)械也都開始應(yīng)用總線技術(shù)。預(yù)計(jì)到2005年CAN將會占據(jù)整個(gè)汽車網(wǎng)絡(luò)協(xié)議市場的63%。在歐洲，基于CAN的網(wǎng)絡(luò)也占有了大約88%的市場。目前使用CAN總線網(wǎng)絡(luò)的汽車大多具有兩條或兩條以上總線，一條是動力CAN總線，主要包括發(fā)動機(jī)、ABS和自動變速器三個(gè)節(jié)點(diǎn)，通信速率一般為500kbps；另一條是舒適CAN總線，主要包括中央控制器和四個(gè)門模塊，通信速率一般為62.55kbps或100kbps。3.汽車巡航控制系統(tǒng)CCS汽車巡航控制系統(tǒng)是汽車在運(yùn)行中不踩加速踏板便可按照駕駛員的要求，自動地保持一定的行車速度，減輕駕駛員的勞動強(qiáng)度，提高汽車舒適性的自動行駛裝置。汽車巡航控制系統(tǒng)簡稱為CCS。根據(jù)其特點(diǎn)又稱“汽車巡航控制系統(tǒng)”、“恒速控制系統(tǒng)”、“車速控制系統(tǒng)”、或“巡航控制系統(tǒng)”等。目前，不少車輛特別是高級轎車已把巡航控制系統(tǒng)作為配屬設(shè)備或選配設(shè)備。例如日本的皇冠、凌志、佳美，美國的別克、凱迪拉克、德國的奔馳、寶馬等車均裝有巡航控制系統(tǒng)。轎車裝上巡航控制系統(tǒng)后，當(dāng)車速在40min/h以上時(shí)，該裝置可自動按照駕駛員所要求的速度保持行駛，并保持這一恒定速度，駕駛員不用踩加速踏板。采用這種裝置后，當(dāng)在高速公路上長時(shí)間行車時(shí)，就可使駕駛員踩加速踏板的腳得以休息，不致因長時(shí)間駕車控制加速踏板穩(wěn)定車速而產(chǎn)生疲勞，減輕了駕駛員的操作負(fù)擔(dān)。由于電子系統(tǒng)能準(zhǔn)確地控制車輛的工況，從而使高速行駛的車輛更加安全、平穩(wěn)、耗油量減少，提高了汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性和駕駛的舒適性。此功能特別適用于在高速公路上行駛的車輛。巡航控制系統(tǒng)如果在安裝有自動變速器的汽車上使用，更能發(fā)揮其優(yōu)點(diǎn)。汽車巡航控制系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是:(1)保持車速穩(wěn)定，無論由于風(fēng)力和道路坡度引起汽車的行駛阻力怎樣變化，只要在發(fā)動機(jī)功率允許范圍內(nèi)，汽車的行駛速度便可保持不變。(2)提高汽車行駛時(shí)的舒適性，尤其是汽車在郊外或高速公路上行駛，舒適性體現(xiàn)得更為明顯。駕駛員不需頻繁地用腳踏踩加速踏板，故疲勞強(qiáng)度大大減輕。(3)提高經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性，在同樣的行駛條件下，對一個(gè)有經(jīng)驗(yàn)的駕駛員來說，可節(jié)省燃油15%。在巡行控制系統(tǒng)中使用速度穩(wěn)定器后，可使發(fā)動機(jī)燃料的供給與功率之間處于最佳的配合，降低了燃油消耗率，大大減少了排氣中有害氣體成分。(4)延長發(fā)動機(jī)壽命，可使汽車工作在發(fā)動機(jī)有利轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，使汽車的供油與發(fā)動機(jī)功率間處于最佳配合狀態(tài)。汽車巡航控制系統(tǒng)發(fā)展至今已有30多年的歷史，經(jīng)歷了機(jī)械控制、晶體管,event); style=color:#FFFFFF;background-color:#0066FF;text-decoration:underline;cursor:pointer; name=aspx1 target=_blank晶體管控制、模擬式微機(jī)控制和數(shù)字式微機(jī)控制4個(gè)階段。日本豐田公司從1965年起就開始在車上裝用機(jī)械控制的巡航系統(tǒng)，之后德國VDO公司也研制出氣動機(jī)械式巡航控制系統(tǒng)。1968年德國奔馳公司開發(fā)了晶體管控制的巡航系統(tǒng)，并在莫克利汽車上裝用。4.汽車導(dǎo)航系統(tǒng)GPSGPS為全球定位系統(tǒng)，是美國繼阿波羅飛船和航天飛機(jī)之后的第三航天工程。開始它只用于軍事方面，但隨著電子技術(shù)的發(fā)展，GPS也逐漸應(yīng)用于汽車導(dǎo)航。裝有導(dǎo)航系統(tǒng)的汽車，在駕駛室內(nèi)有一顯示屏。上面顯示著某個(gè)城市的交通圖(稱為電子地圖)，以及當(dāng)時(shí)汽車在圖上所處的位置。如果駕駛員輸入目的地的地名、在圖上的位置，那么圖上就會顯示一條從汽車所處位置到目的地的最佳路線和行駛方向，引導(dǎo)汽車行駛，起到導(dǎo)航作用。這樣，駕駛員可以安心地駕車到達(dá)陌生地區(qū)以及在夜間安全行車。此外，GPS還能夠隨時(shí)告訴駕駛員當(dāng)時(shí)的交通狀況，指出什么地方交通擁擠，什么地方車流暢通，以及什么地方有空缺位置可以停車。使駕駛員能繞過擁擠路段，較快到達(dá)目的地，避免交通阻塞,提高綜合行車效率。整個(gè)導(dǎo)航系統(tǒng)由GPS導(dǎo)航、自律導(dǎo)航、地圖匹配器、信號處理單元、存貯器、顯示器、傳感器等幾部分組成。GPS導(dǎo)航由GPS天線和GPS接收機(jī)組成。GPS衛(wèi)星發(fā)射出電波發(fā)射時(shí)刻信息，而接收機(jī)可根據(jù)電波到達(dá)的時(shí)刻，算出電波行走的時(shí)間。將這時(shí)間乘以電波傳播速度就可以知道衛(wèi)星與接收機(jī)的距離，即衛(wèi)星與裝有該接收機(jī)的汽車的距離。同時(shí)，各GPS衛(wèi)星的軌道位置也被發(fā)射出去。因此，接收點(diǎn)位置可由以三個(gè)衛(wèi)星為中心的三個(gè)球面交點(diǎn)求出，即可確定該車在電子地圖上的位置。當(dāng)汽車行駛在地下隧道、密集森林、高層建筑群等接收不到GPS信號時(shí)，汽車會進(jìn)行自律導(dǎo)航。行駛開始前先由駕駛員對車輛位置設(shè)置一個(gè)初始值。在行駛中，檢測每經(jīng)過一定時(shí)間的行駛距離和行駛方向，從而確定車輛的位置。其中行駛距離由車速傳感器得出，而方向信號由光導(dǎo)纖維傳感器測出。GPS導(dǎo)航和自律導(dǎo)航得到的汽車狀態(tài)及位置的一些信號要經(jīng)過地圖匹配器處理后才能準(zhǔn)確無誤地在電子地圖上顯示出來。電子地圖是這樣制成的：首先利用城市航空測量拍到的全貌照片，經(jīng)過實(shí)際調(diào)查、標(biāo)記、補(bǔ)充形成一張精確的地形圖，它包括各城市道路交通圖、公路網(wǎng)及沿線地名。然后將地形圖通過數(shù)字化儀、掃描儀，送入PC機(jī)中，并用專門軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和編輯處理，生成數(shù)字地形模型。再經(jīng)疊加、分類、標(biāo)記形成一張電子地圖并制成只讀光盤。汽車導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展非常迅速，目前已有一些系統(tǒng)上采用32位的CPU嵌入實(shí)時(shí)操作的微處理單元，便于高速行駛的汽車進(jìn)行快速處理數(shù)據(jù)。激光技術(shù)的應(yīng)用，產(chǎn)生大容量數(shù)字化視盤可以存貯更多的信息。使用薄膜晶體管有源液晶顯示器可使圖像更加清晰。汽車導(dǎo)航系統(tǒng)能實(shí)時(shí)提供自身位置和目的位置坐標(biāo)、全部行駛的直線距離、時(shí)間、速度、前進(jìn)方向等。當(dāng)遇到道路阻塞、路段施工或走錯(cuò)路等情況，GPS能夠及時(shí)進(jìn)行檢索，提供新路線。此外，為了讓駕駛員事先了解行駛中路面情況，GPS還能進(jìn)行語音提示。若將汽車導(dǎo)航系統(tǒng)與其它部門進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，駕駛員能夠隨時(shí)獲得交通狀況的最新信息，從而使汽車避開阻塞和擁擠路段，實(shí)現(xiàn)自動道路選擇和無阻擋行駛。汽車導(dǎo)航的普及使用，將會給21世紀(jì)的城市交通帶來新的面貌。5.汽車電控制動系統(tǒng)EBS汽車電控制動系統(tǒng)EBS是在ABS的基礎(chǔ)上，用電子控制取代傳統(tǒng)的機(jī)械傳動來控制制動系統(tǒng)，以達(dá)到良好的制動效果，增加汽車制動安全性。汽車制動時(shí)，車輪的制動力與地面附著系數(shù)有關(guān)，當(dāng)車輪處于半滑動半滾動狀態(tài)時(shí)，地面附著系數(shù)可以達(dá)到最大，即制動力可以達(dá)到較大，此時(shí)的側(cè)向穩(wěn)定性也較好。當(dāng)車輪完全抱死無滾動時(shí)，地面附著力有所下降，而側(cè)向穩(wěn)定性為零。極易出現(xiàn)側(cè)滑和甩尾現(xiàn)象,容易造成事故。ABS防抱死制動系統(tǒng)就是在汽車制動時(shí)，使車輪始終處于即將抱死又未能完全抱死的狀態(tài)。即保證汽車獲得最大的附著力，同時(shí)又能保持相應(yīng)的側(cè)向穩(wěn)定性，徹底解決常規(guī)系統(tǒng)中，要么車輪未抱死制動力不夠，要么完全抱死，使汽車失去橫向穩(wěn)定性的問題。汽車制動時(shí)，ABS系統(tǒng)不斷檢測車輪的轉(zhuǎn)動情況。當(dāng)車輪將要抱死時(shí)，ABS系統(tǒng)發(fā)一信號給壓力調(diào)節(jié)器，以控制制動器的制動力，使制動力停止增加。這時(shí)制動器中的制動液少量回流減壓，然后又增壓，制動力增長，如此連續(xù)幾次達(dá)到最佳的制動效果，可以達(dá)到1020次/秒。EBS系統(tǒng)比ABS系統(tǒng)增加了各種傳感器，包括三維力傳感器、制動器摩擦片磨損傳感器等。制動時(shí)，制動踏板位置信號傳給電控單元，同時(shí)各力傳感器把載荷、地面附著力和制動氣壓信號傳給電控單元，由電控單元自動調(diào)節(jié)制動壓力，形成閉環(huán)控制。該系統(tǒng)用電子控制取代機(jī)械傳動，減少制動系統(tǒng)機(jī)械傳動的滯后時(shí)，縮短制動距離，在低強(qiáng)度時(shí)，使摩擦片磨損最?。恢械葟?qiáng)度時(shí)，利用ABS達(dá)到最佳的道路附著系數(shù)利用率；高強(qiáng)度時(shí)，施加最大的制動壓力，從而獲得最佳的控制制動力。摩擦磨損傳感器可以監(jiān)測得各制動片的摩擦情況，控制各制動器壓力分配延長使用壽命。EBS系統(tǒng)可以與其它電子控制系統(tǒng)一起由一個(gè)電控單元進(jìn)行集中統(tǒng)一控制。實(shí)現(xiàn)各種不同要求的控制功能。6.乘員感知系統(tǒng)OPDS本田第7代雅閣V6轎車裝備了前排側(cè)氣囊，因此在前排乘客座相應(yīng)地配備了乘員感知系統(tǒng)。乘員感知系統(tǒng)的作用是，當(dāng)前排座椅上坐著小孩或者小孩側(cè)著頭打瞌睡時(shí)，乘客座椅側(cè)氣囊將自動關(guān)閉，從而減小側(cè)撞事故發(fā)生時(shí)安全氣囊對兒童的傷害。那么安全氣囊是怎么知道這一切的呢?原來在看似跟普通座椅一樣的乘客座椅內(nèi)暗藏了7個(gè)傳感器，座椅靠背內(nèi)的6個(gè)傳感器負(fù)責(zé)觀察乘員的坐姿高度，來判斷坐著的是兒童還是大人，或者飲料瓶等其它東西；靠背側(cè)邊的一個(gè)傳感器則專門檢查兒童是不是側(cè)著頭打瞌睡，判斷兒童的頭部是不是處于側(cè)氣囊展開的范圍內(nèi)。OPDS傳感器是根據(jù)乘員的導(dǎo)電體量來做出這些判斷的，座椅在出廠之前已經(jīng)設(shè)定了一個(gè)座椅自身的導(dǎo)電體量，座椅安裝到車上并坐了人后，OPDS系統(tǒng)檢測出一個(gè)總體的導(dǎo)電體量，總導(dǎo)電體量減去座椅的導(dǎo)電體量就是乘員的導(dǎo)電體量，如果乘員導(dǎo)電體量低于系統(tǒng)初始設(shè)定的判斷臨界值，則OPDS系統(tǒng)認(rèn)為坐著的是兒童或兒童的頭部處于側(cè)氣囊引爆的范圍中，從而自動關(guān)閉安全氣囊，同時(shí)儀表板上的“SIDEAIRBAGOFF”黃色指示燈亮起，告訴駕駛員側(cè)安全氣囊已經(jīng)關(guān)閉。有了OPDS這樣一個(gè)關(guān)懷備至的“看護(hù)人”，兒童就可以在旅途中盡情地享受自己的夢鄉(xiāng)了。7.移動多媒體系統(tǒng)運(yùn)用移動多媒體技術(shù)可開發(fā)出汽車娛樂系統(tǒng)，這種音響-圖像技術(shù)包括全彩屏幕、游戲設(shè)備、DVD機(jī)、錄像機(jī)、DVD機(jī)和放唱機(jī)等。移動多媒體技術(shù)還體現(xiàn)在智能無線產(chǎn)品、遠(yuǎn)程通訊設(shè)備和信息處理產(chǎn)品等方面，其中包括提供語音識別系統(tǒng)，支持多種語言，使駕駛者不用于動操作娛樂系統(tǒng)，從而騰出雙手控制轉(zhuǎn)向盤。它還能將Internet的功能集成到車輛中，使人在車上就可以上網(wǎng)測覽、收發(fā)郵件、進(jìn)行股票交易，同時(shí)采用“即插即用”的方式使汽車消費(fèi)者可以方便快捷地更新他們的多媒體產(chǎn)品，享受更豐富的全新服務(wù)。數(shù)碼影音娛樂媒體方面的配備實(shí)際上已開始普遍化，車上的卡拉OK、VCD視聽功能都屬于此種設(shè)計(jì)。甚至還能將車室營造成影、音、聲、光效果俱佳的DVD劇院。數(shù)字技術(shù)的進(jìn)步，給汽車AV世界帶來了巨大變革，全新概念的汽車多媒體已經(jīng)開始出現(xiàn)。歌樂公司與微軟公司合作，利用windows操作系統(tǒng)，綜合運(yùn)用汽車音響、計(jì)算機(jī)技術(shù)、導(dǎo)航技術(shù)及自動語言識別技術(shù)，開發(fā)出了世界上第一臺擁有車載計(jì)算機(jī)系統(tǒng),將車載多媒體技術(shù)推向了一個(gè)新的階段。預(yù)計(jì)，將聲音、圖像、辦公通訊融為一體的汽