汽車電子系統(tǒng)發(fā)展和實用化的三大技術(shù)
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采用傳統(tǒng)的線束方案將使得連線的長度和數(shù)量大大增加，而不斷加長的線束和增多的插接器增加了汽車質(zhì)量，削弱了性能，使得可靠性很難保證。一輛正常行駛的車輛，線束每超過50g 或能量損耗每超過100W，百公里油耗將增加0.2L。而且，繁雜的線束插接器使得電壓大幅下降，限制了其他功能的正常使用，成為汽車電子系統(tǒng)中最昂貴、最繁瑣的的一部分。
車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)就是將電器元件連接在汽車控制網(wǎng)上，如同計算機(jī)連接在局域網(wǎng)上一樣。這些網(wǎng)絡(luò)都可以方便地進(jìn)行信息和資源共享，從而成功的解決了上述技術(shù)難題，這也是現(xiàn)代計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和汽車電子技術(shù)成功結(jié)合的一個典型范例。目前，車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)已開始在全世界范圍內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用。而在汽車中應(yīng)用最廣泛的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)就是CAN（Controller Area Network）網(wǎng)。
20 世紀(jì)80 年代中期，Bosch 公司開發(fā)出了這種控制局域網(wǎng)，這是最早的、使用時間最長的汽車控制網(wǎng)絡(luò)。CAN 網(wǎng)已在當(dāng)前的汽車上廣泛應(yīng)用。僅2000 年其相關(guān)器件的銷量就超過的1 億個。
一臺典型安裝有CAN 網(wǎng)的車輛能同時容納2～3 個獨立的運行在不同傳輸速率下的CAN 網(wǎng)，低速CAN網(wǎng)運行在125 Kbps 下，通常負(fù)責(zé)管理“舒適性功能”，如：電動座椅，電動玻璃升降等。一般情況下，沒有實時要求的控制采用低速網(wǎng)。它有能量存儲-睡眠模式，在此模式下，節(jié)點停止振蕩直到一個CAN 網(wǎng)信息喚醒它。睡眠模式可防止電量消耗。
高速CAN 網(wǎng)用于滿足實時性高的重要控制。如：發(fā)動機(jī)管理、ABS、巡航。盡管高速CAN 網(wǎng)最大波特率可達(dá)到1Mbps，但是CAN 網(wǎng)高速運行時雙絞線電纜中產(chǎn)生很大的電磁輻射，當(dāng)傳輸速率超過500kbps后，其能量的損失會迅速增大。所以一般高速網(wǎng)為500kbps。圖2 給出了一個典型的雙速CAN 網(wǎng)的模型。
圖2 一個典型的CAN 網(wǎng)模型
隨著汽車上電子系統(tǒng)的迅速增多，他們將消耗大量的電能，使得總負(fù)荷即將超過2kW。內(nèi)部能量需求將以每年4%的速度遞增，如果這種趨勢持續(xù)下去，那么，保守一點估計，到2005 年，高級汽車的平均電能需求將達(dá)到2.5kW。這種增長將使目前的供電系統(tǒng)顯得力不從心。例如：在3kW 負(fù)荷下，帶托架和皮帶傳動的發(fā)電機(jī)會發(fā)出明顯的噪聲，并且需要附加額外的冷卻裝置。
表1 指出了一些重要系統(tǒng)可能消耗的電能負(fù)荷。汽車專家們預(yù)計在2005 年的電器負(fù)荷水平會達(dá)到表中的指定值。
表1 汽車主要電器系統(tǒng)負(fù)載預(yù)計 
采用42V 的電器系統(tǒng)需要一個36V 蓄電池，最大工作電壓50V， 峰值電壓可達(dá)58V。這是因為60V 是工程師們認(rèn)為的最大安全界限。更高的電壓將產(chǎn)生危害。
盡管42V 系統(tǒng)的優(yōu)點顯而易見，但從沿用了半個世紀(jì)的12V 系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成42V 系統(tǒng)，產(chǎn)品的重新設(shè)計和制造的費用極大，維護(hù)和升級將帶來障礙。因此，目前比較現(xiàn)實的是采用一種14V/42V 的雙電壓方案，以減小對汽車零部件制造業(yè)的沖擊，實現(xiàn)平穩(wěn)過渡。
14V/42V 雙電壓的變換過程如下：交流發(fā)電機(jī)輸出42V 高電壓，借助一個DC/DC 變換器（直流變換器），由42V 變換14V。在這個系統(tǒng)中，DC/DC 變換器將供電系統(tǒng)分隔為兩個具有不同電壓等級的供電系統(tǒng)，除降壓外，還在整個電氣系統(tǒng)的電能分配管理中起到重要作用。
5 結(jié)束語
通過對以上三種汽車電子發(fā)展和實用化技術(shù)的分析，大家不難看出，他們之間有著十分明顯的因果關(guān)系。為了滿足人們對汽車性能的新要求，必須廣泛采用X-by-wire 技術(shù)實現(xiàn)電控化，而X-by-wire 技術(shù)的發(fā)展又使得線束系統(tǒng)過于復(fù)雜化而不堪重負(fù)，車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的發(fā)展則成功的解決了這一技術(shù)難題。同時采用42V 能量方案又保障了前兩者的能量供應(yīng)，并為其發(fā)展提供了更廣泛的空間和保證。這三者相輔相成、互相促進(jìn)的共同發(fā)展，必將使汽車電子技術(shù)水平邁上一個新的臺階?？梢灶A(yù)見，在最近幾年，我國與國際同步推出的新車型里，我們將會經(jīng)常看到成功應(yīng)用這些技術(shù)的例子。
參考文獻(xiàn)
1 Gabriel Leen， Donal Heffernan “Expanding Automotive Electronic systems” IN VEHICLE NETWORKS 0018-91621021 January 2002
2 吳玉生，劉曙生，陳大恒. CAN 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件的設(shè)計. 微機(jī)算計信息2002 (2)
3 鄔寬明. CAN 總線原理和應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計. 第一版. 北京航空航天大學(xué)出版社， 1996(end)
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