汽車電子的運(yùn)用及前景

1、汽車電子的使用及前景按現(xiàn)代觀點(diǎn)，汽車乃是一些部件和子系統(tǒng)組成的整體。它能對(duì)駕駛員的輸入信息和環(huán)境因素的影響做出即時(shí)響應(yīng)，并給出最佳輸出。單純由機(jī)械部件組合而成的汽車，因?yàn)椴考g在配合上的固有矛盾，無法使整體獲得最佳輸出?；推髋c發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配便是其中一例。6。年代以來，因?yàn)楣?jié)能及排放法規(guī)的實(shí)施; 消費(fèi)者對(duì)舒適、安全、操縱簡便及娛樂方面日益增長的要求; 及微電子、計(jì)算機(jī)工業(yè)的迅猛發(fā)展，一門新型的邊緣學(xué)科汽車電子學(xué)誕生了。1 汽車電子產(chǎn)品的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢60 年 l 七，在硅元件整流的交流發(fā)電機(jī)、調(diào)節(jié)器和電子點(diǎn)火中使用了晶體管。 70 年代，因?yàn)榕欧欧ㄒ?guī)嚴(yán)格，汽車開始裝備電子燃油噴射（EFI）以降

2、低污染；同時(shí)，汽車的電子控制單元（ECT）中已采用模擬與數(shù)字 IC 。 80 年代，以微處理器為代表的電子技術(shù)已應(yīng)用到汽車的動(dòng)力系、底盤系、信息交換系統(tǒng)及安全娛樂等四大領(lǐng)域; 傳感器、執(zhí)行部件、專用 IC 也獲得廣泛發(fā)展。1.1 汽車動(dòng)力系油經(jīng)濟(jì)性與降低排放的矛盾等?，F(xiàn)代電子技術(shù)則能夠協(xié)調(diào)這些關(guān)系，汽車電子最早的應(yīng)用就是控制發(fā)動(dòng)機(jī)。電子點(diǎn)火系60 年代便應(yīng)用于汽車。人們發(fā)現(xiàn)點(diǎn)火正時(shí)對(duì)排放有重大影響，稀薄氣燃燒需200mJ點(diǎn)火能量，豐田汽車1976 年開始裝備燃油噴射系統(tǒng)，此后，單點(diǎn)與多點(diǎn)電子噴射系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用。據(jù) BOSC公司統(tǒng)計(jì)，1984年僅美國就有近400 萬輛汽車裝有此系統(tǒng)。在高能點(diǎn)火

3、及采用氧傳感器反饋的條件下，空燃比可高達(dá)23。日本的試驗(yàn)表明采用這種稀薄燃燒的發(fā)動(dòng)機(jī)，燃油經(jīng)濟(jì)性可提升10%15%?，F(xiàn)代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)因?yàn)椴捎酶邏嚎s比、多氣門及渦輪增壓技術(shù)，加上燃用無鉛汽油，使防爆控制（KCS）技術(shù)在1983年進(jìn)入實(shí)用化。這種閉環(huán)點(diǎn)火系能使點(diǎn)火正時(shí)曲線以。.50 的精度自動(dòng)跟蹤爆震極限曲線，使發(fā)動(dòng)機(jī)獲得最大扭矩輸出。電子控制的變速箱比液壓變速箱有更高精度，容易在經(jīng)濟(jì)性最佳的范圍內(nèi)運(yùn)行。日本在1985 年已有近50%的汽車裝備這種變速箱，不但提升了整車的經(jīng)濟(jì)性，而且駕駛員通過按鈕實(shí)現(xiàn)功率型、經(jīng)濟(jì)性及中間型等不同駕駛模式，直接改善了整車的操作性能。電控動(dòng)力系是電子技術(shù)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱

4、的一種綜合控制，由專用單片機(jī)傳感器，執(zhí)行元件組成。據(jù)報(bào)導(dǎo)，汽車的動(dòng)力控制系統(tǒng)中，單項(xiàng)控制功能由1978 年的 5 項(xiàng)將發(fā)展至111995年的 33項(xiàng) ; 傳感器從7 個(gè)將增至12個(gè) ; 執(zhí)行部件從4個(gè)將增至20 個(gè)。動(dòng)力系從此會(huì)有本質(zhì)性的變化。1.2 底盤系統(tǒng)底盤控制包括懸架、制動(dòng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電子控制。1977年，通用汽車公司用一種新的電動(dòng)壓縮機(jī)代替機(jī)械壓縮機(jī)，使后輪高度調(diào)整系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電氣化。80 年代，日本加入了懸架電控系統(tǒng)的競爭。懸架電子控制，是指計(jì)算機(jī)檢測到轉(zhuǎn)向和制動(dòng)狀況的信號(hào)后，能自適合地處理車輛的側(cè)傾、前后仰，并自動(dòng)調(diào)整減振器阻尼力的控制系統(tǒng)。它能防止傾斜并提升車輪的地面附著力。超聲波

5、高度傳感器用來控制車身高度，空氣彈簧用來調(diào)整彈性系數(shù)，光柵檢測器用來測定轉(zhuǎn)向角等等。這種完整的控制系統(tǒng)已投入大規(guī)模生產(chǎn)。新的制動(dòng)控制理論和模擬電子技術(shù)相結(jié)合，產(chǎn)生了電控防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）,它有可靠的硬件結(jié)構(gòu)、容錯(cuò)系統(tǒng)、安全自鎖與自診斷功能，極大地提升了行車安全性。液壓助力轉(zhuǎn)向可減輕駕駛勞動(dòng)強(qiáng)度，電子控制的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能使低速費(fèi)力小，高速費(fèi)力大，從而提升了操作的安全性和舒適性。1974 年豐田公司推出這種以車輛速度為控制量的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。近年來更出現(xiàn)了電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電子轉(zhuǎn)向及四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，進(jìn)一步改善了操作性能。1.3 信息交換系統(tǒng)汽車的信息交換包括內(nèi)部交換及汽車與外界信息交換兩個(gè)范疇。內(nèi)部交換又分為各

6、電控子系統(tǒng)內(nèi)部及系統(tǒng)之間的信息交換，以及車輛與人之間的信息交換兩個(gè)方面。自1970年提出第1 個(gè)方案以來，這種交換系統(tǒng)的總線結(jié)構(gòu)已變得十分復(fù)雜，并成為汽車電子一個(gè)專門研究的領(lǐng)域。對(duì)消費(fèi)者來說，直接關(guān)心的是人機(jī)交換系統(tǒng)。駕駛員需要了解的如發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、車速、里程、相關(guān)溫度等重要信息，已采用液晶、真空螢光、發(fā)光二極管等技術(shù)，格式化地出現(xiàn)在顯示屏上，駕駛員可按自己喜歡的方式選擇顯示陣列。維修診斷系統(tǒng)采用自動(dòng)顯示，并提醒用戶即時(shí)采取措施，人機(jī)工程學(xué)由此也在汽車領(lǐng)域中找到了它韻應(yīng)用。汽車電話與導(dǎo)航系統(tǒng)用于車輛與外界實(shí)行信息交換。駕駛員可根據(jù)基地臺(tái)（或衛(wèi)星）發(fā)出的信號(hào)在車載彩色陰極一射像顯示器（CRT）上顯

7、示車輛位置、交通狀況和最佳行車路線。1985年此系統(tǒng)已投入使用。1.4 安全和娛樂系統(tǒng)使用雷達(dá)、激光、紅外視覺和超聲傳感技術(shù)的電控防碰撞系統(tǒng)，不但能搜索前方障礙，防止快速接近目標(biāo)，而且可偵測車輛后方盲區(qū)情況，防止背部碰撞; 駕駛警告系統(tǒng)則可偵測駕駛員應(yīng)變水平的喪失并自動(dòng)采取措施防止事故; 電子空調(diào)系統(tǒng)不但自動(dòng)調(diào)節(jié)溫度、濕度和空氣質(zhì)量，而且分配系統(tǒng)能向車內(nèi)提供選定的溫度區(qū)域; 電熱供給系統(tǒng)則可快速響應(yīng)峰值溫度要求并迅速降低過熱現(xiàn)象; 汽車音響與電視已與家用設(shè)備毫無二樣，汽車電子發(fā)展階段中出現(xiàn)的語音的識(shí)別系統(tǒng)，將使娛樂設(shè)備的控制、顯示方式的選擇和電話撥號(hào)實(shí)現(xiàn)聲控。公路交通將由此成為人們一種前所未有

8、的享受。90 年代，汽車電子將集中發(fā)展系統(tǒng)模型，電源系統(tǒng)，多信道處理，汽車軟件和診斷系統(tǒng)五項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。汽車將成為一個(gè)復(fù)雜而龐大的機(jī)械與電子系統(tǒng)。它將迫使人們更新設(shè)計(jì)思想，要求使用系統(tǒng)工程的方法，建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）W計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）的協(xié)助下實(shí)行設(shè)計(jì)與制造。歐洲已有 17 個(gè)汽車廠家聯(lián)合實(shí)行技術(shù)攻關(guān)與車輛制造，日、美亦有類似行動(dòng)，人們已用“三廠集中度”來描述世界汽車工業(yè)日趨壟斷化的競爭形勢。車用電源的峰值將從現(xiàn)在的Ikw升至skw,從而要求設(shè)置雙電源。低壓 （lZV） 電源為包括照明在內(nèi)的絕大多數(shù)電器與電子設(shè)備供電; 高壓（24或48V）電源則向重負(fù)荷，如空調(diào)壓

9、縮機(jī)、底盤液壓設(shè)備提供電力。雙重電源有賴干大容量蓄電池的進(jìn)展，它應(yīng)具備高能量密度、平坦的充電曲線和高可靠性。汽車電子技術(shù)的進(jìn)步，將促使各子系統(tǒng)的控制走向集中化，形成整車電控系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)除中心電腦外，甚至包括多達(dá) 23 個(gè)微處理器以及大量傳感器和執(zhí)行部件，組成一個(gè)龐大而復(fù)雜的信息交換與電力控制系統(tǒng)。車用計(jì)算機(jī)的容量已與現(xiàn)代PC機(jī)不相上 下，計(jì)算速度則要求更高。為此，設(shè)計(jì)者們希望采用并行算法，即時(shí)處理車輛內(nèi)部的縱橫交換信息。多信道網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜的總線系統(tǒng)要求強(qiáng)大的軟件支持，這將促使車用軟、硬件系統(tǒng)在今后的歲月中獲得更大的進(jìn)展。最后，車輛信息數(shù)據(jù)積累后，足以作為部件生命的期望統(tǒng)計(jì)量，構(gòu)成自診斷的基礎(chǔ)，

10、從而開發(fā)出更高水平的自診斷系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)與維修檢測站的電子檢測系統(tǒng)結(jié)合，將改變現(xiàn)行汽車維修保養(yǎng)方式。2 差別與對(duì)策上的思考汽車電子30 年現(xiàn)狀的分析與本世紀(jì)末發(fā)展的展望，使人們十分清楚地感到了國內(nèi)與發(fā)達(dá)國家的差別正在擴(kuò)大的嚴(yán)峻形勢。平心而論，國內(nèi)汽車電子起步并不晚。60 年代就已開始研制電子點(diǎn)火，不過現(xiàn)實(shí)發(fā)人深省。一項(xiàng)簡單的交流發(fā)電機(jī)推廣應(yīng)用長達(dá)10 年之久 ; 研究近 30 年的電子點(diǎn)火至今未被主機(jī)廣泛采用。近年來，即使少數(shù)單位已研制出燃油噴射、微機(jī)點(diǎn)火、防爆震點(diǎn)火等電子部件，但從整體來看，國內(nèi)汽車電子技術(shù)尚屬60 年代國際水平。這個(gè)令人膛目結(jié)舌的差別如不認(rèn)真對(duì)待，將對(duì)國內(nèi)汽車工業(yè)的前景帶來

11、極不利的影響。造成差別的主要原因主要有以下幾個(gè)方面。2.1 研究工作缺乏宏觀調(diào)控汽車電子是一項(xiàng)涉及汽車、電子、計(jì)算機(jī)等諸多工業(yè)的系統(tǒng)工程，就國情來說不是只靠市場調(diào)節(jié)可搞得上去的。現(xiàn)在缺乏整體研究規(guī)劃，研究經(jīng)費(fèi)極為匾乏，研究人員如散兵游勇，即使堅(jiān)持下去，也是舉步維艱，停留在實(shí)驗(yàn)室階段J 汽車的設(shè)計(jì)與制造大多停于機(jī)械模仿，缺乏機(jī)理研究，導(dǎo)致主機(jī)對(duì)電子技術(shù)提不出精確數(shù)據(jù)要求，上不了研究子系統(tǒng)的臺(tái)階。2.2 缺乏專門人才和信息交流汽車電子屬知識(shí)密集型交叉學(xué)科，靠企業(yè)或社會(huì)自發(fā)的努力是很難培養(yǎng)人才的。當(dāng)前，國內(nèi)相關(guān)生產(chǎn)和交通部門幾乎沒有這方面人才的現(xiàn)狀應(yīng)引起教育部門的嚴(yán)重注重。人才的缺乏必然導(dǎo)致信息不靈

12、，除個(gè)別單位有少量文摘索引外，人們似乎不關(guān)心國外汽車電子研究的方向和發(fā)展情況，更談不上國際交流和合作，這種自鎖是產(chǎn)生相關(guān)技術(shù)引進(jìn)失誤和現(xiàn)有研究在低水平上徘徊的原因之一。2.3 相關(guān)基礎(chǔ)工業(yè)急待增強(qiáng)傳感器與電子及微電子組件是汽車電子的基礎(chǔ)，隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，其潛在市場容量能帶來的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益前景誘人。僅以電子點(diǎn)火為例，嚴(yán)格的道路對(duì)比試驗(yàn)證明能節(jié)油3%左右。我國現(xiàn)有汽車保有量為 580 萬輛，若有50 萬輛裝備電子點(diǎn)火，年節(jié)油可達(dá)5 萬噸 ; 合人民幣 790萬元。其中僅電子部分將由此創(chuàng)產(chǎn)值4千萬元，利稅1 千萬元。據(jù)相關(guān)專家估計(jì)，汽車工業(yè)將成為電子行業(yè)最大的市場，而國內(nèi)在這個(gè)領(lǐng)域的很多項(xiàng)

13、目尚屬空白，急待開發(fā)填補(bǔ)。2.4 對(duì)策及建議2.4.1 國家相關(guān)職能部門宏觀調(diào)控時(shí)應(yīng)考慮：a. 投資與價(jià)格政策必要的傾斜，調(diào)動(dòng)主機(jī)廠與配套廠上電子產(chǎn)品的積極性。b. 公布必要的法規(guī)，除已有的排放法規(guī)外，可考慮增加油耗法規(guī)。國外經(jīng)驗(yàn)表明，強(qiáng)制性執(zhí)行這些法規(guī)，不但有利干保護(hù)生態(tài)環(huán)境和節(jié)約能源，而且可大力推動(dòng)汽車電子技術(shù)的進(jìn)步和電子工業(yè)的繁榮。c. 制定汽車電子十年發(fā)展規(guī)劃和指令性裝備汽車電子產(chǎn)品的規(guī)劃，力爭在本世紀(jì)末最大限度地縮短與發(fā)達(dá)國家差別。d. 國家投資建立汽車電子研究中心，負(fù)責(zé)汽車電子產(chǎn)品開發(fā)及研究導(dǎo)向 （ 如建立相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，抑制低水平研究）; 組織情報(bào)與學(xué)術(shù)交流; 創(chuàng)辦汽車電子期刊，向國家職能部門提供相關(guān)情況及政策咨詢等。e. 向國家教委建議，在調(diào)整高校專業(yè)時(shí)，設(shè)置汽車電子專業(yè)。國內(nèi)應(yīng)在本世紀(jì)末培養(yǎng)一支素質(zhì)較高，具有一定規(guī)模的汽車電子專家隊(duì)伍，以迎接 21 世紀(jì)的挑戰(zhàn)。.2.4.2 在國內(nèi)汽車機(jī)電一體化的進(jìn)程中，保持汽車本體與電子產(chǎn)品技 術(shù)水平的適當(dāng)同步。這是出于價(jià)值工程的考慮，既可使整車價(jià)格性能 比實(shí)現(xiàn)優(yōu)化，又可使電子產(chǎn)品配套廠集中精