電子技術在現(xiàn)代汽車上的應用及發(fā)展趨勢

自20世紀70年代以來，電子技術開始在汽車上快速發(fā)展和廣泛應用，尤其是近幾年各種排放性能、燃油經濟性和安全性能等法規(guī)的強制性要求，極大推動了電子技術在汽車領域的推廣使用，使汽車電子化程度不斷提高，性能不斷加強。

1 汽車電子技術應用現(xiàn)狀

作為汽車工業(yè)與電子工業(yè)的結合，汽車電子產業(yè)得到了飛速發(fā)展。目前，西方發(fā)達國家的電子產品在轎車整車制造價格中所占的份量已經達到了15%~20%，預計到2010年將達到25%~35%。汽車電子技術不僅推動了汽車工業(yè)的發(fā)展，同時也極大地促進了電子產品市場的發(fā)展。現(xiàn)代汽車電子技術在改善汽車動力性、經濟性、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。具體來說，汽車電子技術的應用主要可分為以下四個方面。

1.1 動力傳動電子控制系統(tǒng)

主要包括發(fā)動機電子控制(包括汽油機和柴油機)、自動變速器控制(ECT、CVT/ECVT等)以及動力傳動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)行機構和電控單元(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)下運行，并簡化駕駛員的有關操作，從而降低油耗和排放，減少動力傳動系統(tǒng)的沖擊，減輕駕駛人員的勞動強度，提高汽車的動力性、經濟性和舒適性。

1.2 底盤電子控制系統(tǒng)

包括制動防滑與動態(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)測系統(tǒng)(TPMS)、巡航控制系統(tǒng)(CCS)、轉向控制系統(tǒng)(如4WS)、驅動控制系統(tǒng)(如4WD)等。其主要用于提高汽車的安全性、舒適性和動力性等。近些年來，這類控制系統(tǒng)開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)、自動座椅、自動空調控制、車內噪音控制、中央防盜門鎖、視野照明控制、自動刮水器、自動門窗、自動防撞系統(tǒng)以及滿足不同用電設備的電源管理系統(tǒng)。主要是用來增強汽車的安全性、舒適性和方便性。

1.4 多媒體娛樂、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)、語音系統(tǒng)、智能交通系統(tǒng)(1TS)，車輛導航系統(tǒng)(GPS/DGPS等)、計算機網絡系統(tǒng)、狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)等。用于聯(lián)結“人—車—外界環(huán)境信息”，以及協(xié)調整車各部分的電子控制功能。

2 汽車電子技術發(fā)展趨勢

隨著更加先進的靈巧型傳感器、快速響應的執(zhí)行器、高性能ECU、先進的控制策略、計算機網絡技術、雷達技術、第3代移動通訊技術在汽車上的廣泛應用，現(xiàn)代汽車正朝著更加智能化、自動化和信息化的機電一體化產品方向發(fā)展，以達到“人—汽車—環(huán)境”的完美協(xié)調。

2.1 傳感器

隨著汽車電子化發(fā)展，自動化越高，對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。這些將使未來的智能化集成傳感器不僅能提供用于模擬和處理的信號，而且還能對信號作放大等處理；同時它還能自動進行時漂、溫漂和非線性的自校正，具有較強的抵抗外部電磁干擾的能力，保證傳感器信號的質量不受影響，即使在特別嚴酷的使用條件下仍能保持較高的精度；另外，它還具有結構緊湊、安裝方便的優(yōu)點，從而免受機械特性的影響。

2.2 微處理器(ECU)

自從1976美國通用汽車公司成功的將ECU應用到汽車發(fā)動機的控制系統(tǒng)中后，汽車電子控制系統(tǒng)進入到了新的高速發(fā)展階段，隨后ECU被應用到動力傳動、車身、安全等控制系統(tǒng)中。由于汽車用ECU對可靠性、信息處理能力、實時控制能力及成本上的特殊要求，基于通用芯片開發(fā)出的ECU已經很難滿足汽車電子控制系統(tǒng)的要求，因此，開發(fā)出具有多路同步實時控制、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將成為未來汽車用ECU的首選，預計在今后幾年內需求量將增加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、電動式和氣動/液動式。電磁和電動式的執(zhí)行器是以電為動力的操作機構，具有體積小、重量輕、響應速度快、耗能小的特點，但是，與氣動/液動式執(zhí)行器相比，輸出驅動能力則不足，無法滿足未來汽車控制領域大驅動輸出的需要。但是，隨著新材料、新工藝、新機構設計的采用，電磁和電動式執(zhí)行器將逐漸取代氣動/液動執(zhí)行器，尤其是在未來汽車普遍更換42V新型電源系統(tǒng)之后，輸出驅動能力將大幅度提升，完全可以取代傳統(tǒng)的氣動/液動系統(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)的經典控制理論，但是，由于汽車中需要控制的對象往往具有很強的時變和非線性，控制系統(tǒng)的輸入和輸出參數(shù)也越來越多，采用以狀態(tài)空間為基礎、適用于多輸入/輸出、非線性時變系統(tǒng)的現(xiàn)代控制理論已成必然，如最優(yōu)控制、自適應控制、模糊控制等。