電子技術(shù)在現(xiàn)代汽車上的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)

自20世紀(jì)70年代以來(lái)，電子技術(shù)開(kāi)始在汽車上快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，尤其是近幾年各種排放性能、燃油經(jīng)濟(jì)性和安全性能等法規(guī)的強(qiáng)制性要求，極大推動(dòng)了電子技術(shù)在汽車領(lǐng)域的推廣使用，使汽車電子化程度不斷提高，性能不斷加強(qiáng)。

1 汽車電子技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

作為汽車工業(yè)與電子工業(yè)的結(jié)合，汽車電子產(chǎn)業(yè)得到了飛速發(fā)展。目前，西方發(fā)達(dá)國(guó)家的電子產(chǎn)品在轎車整車制造價(jià)格中所占的份量已經(jīng)達(dá)到了15%~20%，預(yù)計(jì)到2010年將達(dá)到25%~35%。汽車電子技術(shù)不僅推動(dòng)了汽車工業(yè)的發(fā)展，同時(shí)也極大地促進(jìn)了電子產(chǎn)品市場(chǎng)的發(fā)展?，F(xiàn)代汽車電子技術(shù)在改善汽車動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、安全性、行駛穩(wěn)定性和乘坐舒適性等方面發(fā)揮著不可替代的作用。具體來(lái)說(shuō)，汽車電子技術(shù)的應(yīng)用主要可分為以下四個(gè)方面。

1.1 動(dòng)力傳動(dòng)電子控制系統(tǒng)

主要包括發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制(包括汽油機(jī)和柴油機(jī))、自動(dòng)變速器控制(ECT、CVT/ECVT等)以及動(dòng)力傳動(dòng)總成的綜合電子控制等?？刂葡到y(tǒng)主要由各種傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和電控單元(ECU)組成。其主要是保證汽車在不同的工況下均能處在最佳狀態(tài)下運(yùn)行，并簡(jiǎn)化駕駛員的有關(guān)操作，從而降低油耗和排放，減少動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的沖擊，減輕駕駛?cè)藛T的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高汽車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和舒適性。

1.2 底盤(pán)電子控制系統(tǒng)

包括制動(dòng)防滑與動(dòng)態(tài)車身控制系統(tǒng)(ABS/ASR、ESP/VDC)、牽引力控制系統(tǒng)、懸架及車高控制系統(tǒng)、輪胎監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(TPMS)、巡航控制系統(tǒng)(CCS)、轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)(如4WS)、驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)(如4WD)等。其主要用于提高汽車的安全性、舒適性和動(dòng)力性等。近些年來(lái)，這類控制系統(tǒng)開(kāi)始在普通轎車上廣泛采用。

1.3 車身電子控制系統(tǒng)

主要包括安全氣囊(SRS)、自動(dòng)座椅、自動(dòng)空調(diào)控制、車內(nèi)噪音控制、中央防盜門(mén)鎖、視野照明控制、自動(dòng)刮水器、自動(dòng)門(mén)窗、自動(dòng)防撞系統(tǒng)以及滿足不同用電設(shè)備的電源管理系統(tǒng)。主要是用來(lái)增強(qiáng)汽車的安全性、舒適性和方便性。

1.4 多媒體娛樂(lè)、通訊系統(tǒng)

主要包括車載多媒體系統(tǒng)、駕駛員信息系統(tǒng)、語(yǔ)音系統(tǒng)、智能交通系統(tǒng)(1TS)，車輛導(dǎo)航系統(tǒng)(GPS/DGPS等)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)等。用于聯(lián)結(jié)“人—車—外界環(huán)境信息”，以及協(xié)調(diào)整車各部分的電子控制功能。

2 汽車電子技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

隨著更加先進(jìn)的靈巧型傳感器、快速響應(yīng)的執(zhí)行器、高性能ECU、先進(jìn)的控制策略、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、雷達(dá)技術(shù)、第3代移動(dòng)通訊技術(shù)在汽車上的廣泛應(yīng)用，現(xiàn)代汽車正朝著更加智能化、自動(dòng)化和信息化的機(jī)電一體化產(chǎn)品方向發(fā)展，以達(dá)到“人—汽車—環(huán)境”的完美協(xié)調(diào)。

2.1 傳感器

隨著汽車電子化發(fā)展，自動(dòng)化越高，對(duì)傳感器的依賴程度也就越大。汽車用傳感器的種類多樣化和使用數(shù)量的增加，使得傳感器朝著多功能化、集成化、智能化和微型化方向發(fā)展。這些將使未來(lái)的智能化集成傳感器不僅能提供用于模擬和處理的信號(hào)，而且還能對(duì)信號(hào)作放大等處理；同時(shí)它還能自動(dòng)進(jìn)行時(shí)漂、溫漂和非線性的自校正，具有較強(qiáng)的抵抗外部電磁干擾的能力，保證傳感器信號(hào)的質(zhì)量不受影響，即使在特別嚴(yán)酷的使用條件下仍能保持較高的精度；另外，它還具有結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便的優(yōu)點(diǎn)，從而免受機(jī)械特性的影響。

2.2 微處理器(ECU)

自從1976美國(guó)通用汽車公司成功的將ECU應(yīng)用到汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)中后，汽車電子控制系統(tǒng)進(jìn)入到了新的高速發(fā)展階段，隨后ECU被應(yīng)用到動(dòng)力傳動(dòng)、車身、安全等控制系統(tǒng)中。由于汽車用ECU對(duì)可靠性、信息處理能力、實(shí)時(shí)控制能力及成本上的特殊要求，基于通用芯片開(kāi)發(fā)出的ECU已經(jīng)很難滿足汽車電子控制系統(tǒng)的要求，因此，開(kāi)發(fā)出具有多路同步實(shí)時(shí)控制、自帶A/D與D/A、自我診斷、高輸入/輸出等功能的汽車專用ECU系統(tǒng)具有很高的現(xiàn)實(shí)意義。隨著汽車電子控制日趨集中化，ECU需要處理的信息量不斷增加，因此，16位和32位ECU將成為未來(lái)汽車用ECU的首選，預(yù)計(jì)在今后幾年內(nèi)需求量將增加50%以上，逐步成為車用ECU的主流。

2.3 執(zhí)行器

目前汽車上所使用的執(zhí)行器主要有電磁式、電動(dòng)式和氣動(dòng)/液動(dòng)式。電磁和電動(dòng)式的執(zhí)行器是以電為動(dòng)力的操作機(jī)構(gòu)，具有體積小、重量輕、響應(yīng)速度快、耗能小的特點(diǎn)，但是，與氣動(dòng)/液動(dòng)式執(zhí)行器相比，輸出驅(qū)動(dòng)能力則不足，無(wú)法滿足未來(lái)汽車控制領(lǐng)域大驅(qū)動(dòng)輸出的需要。但是，隨著新材料、新工藝、新機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的采用，電磁和電動(dòng)式執(zhí)行器將逐漸取代氣動(dòng)/液動(dòng)執(zhí)行器，尤其是在未來(lái)汽車普遍更換42V新型電源系統(tǒng)之后，輸出驅(qū)動(dòng)能力將大幅度提升，完全可以取代傳統(tǒng)的氣動(dòng)/液動(dòng)系統(tǒng)。

2.4 控制策略

目前在汽車電子控制系統(tǒng)中廣泛采用的是PID控制理論，是一種使用于單輸入/輸出、線性定常系統(tǒng)的經(jīng)典控制理論，但是，由于汽車中需要控制的對(duì)象往往具有很強(qiáng)的時(shí)變和非線性，控制系統(tǒng)的輸入和輸出參數(shù)也越來(lái)越多，采用以狀態(tài)空間為基礎(chǔ)、適用于多輸入/輸出、非線性時(shí)變系統(tǒng)的現(xiàn)代控制理論已成必然，如最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制、模糊控制等。