汽车电子新技术综述

汽车的电子化、智能化、网络化是现代汽车发展的重要标志，随着消费者对汽车功能和性能要求的日益提高，汽车正在逐渐由机械系统向电子系统转换，目前全球汽车电子产业面临着高速增长的机遇。在国外，电子系统已占到一辆普通轿车总成本的30%，在高级轿车上比例更高，在国内，中高级轿车电子装置的配置已经接近或达到了国外汽车工业发达国家水平。但我国汽车电子业总体上还与国外有很大差距，需要加大研究投入的力度。汽车电子技术经过两个阶段的发展，现正处在第三个阶段。第一阶段的汽车电子设备主要采用分立电子元件组成电子控制器，并开始由分立电子元件产品向集成电路产品过渡；第二阶段则主要采用集成电路和8位微处理器开发汽车专用的独立控制系统；第三阶段开始于20世纪90年代，汽车电子设备广泛采用16位或32位微处理器进行控制，控制技术向智能化、网络化方向发展。在该阶段出现了很多新的技术研究领域和研究热点。

1.线控技术DBW

汽车的各种操纵系统正向电子化、自动化方向发展，在未来的5～10年里，传统的汽车机械操纵系统将变成通过高速容错通信总线与高性能CPU相连的电气系统。如汽车将采用电气马达和电控信号来实现线控驾驶、线控制动、线控油门和线控悬架等，采用这些线控系统将完全取代现有系统中的液压和机械控制。

在新一代雅阁V6轿车上采用的DBW就是新技术之一。DBW是线控油门的英文缩写，也可称之为电控油门，即发动机的油门是通过电子控制的。传统的油门控制方式是驾驶员通过踩油门踏板，由油门拉索直接控制发动机油门的开合程度，从而决定加速或减速，驾驶员的动作与油门动作之间是通过拉索的机械作用联系的。而DBW将这种机械联系改为电子联系。驾驶员仍然通过踩油门踏板控制拉索。但拉索并不是直接连接到油门，而是连着一个油门踏板位置传感器，传感器将拉索的位置变化转化为电信号传送至汽车的大脑ECU(电子控制器)，ECU将收集到的相关传感器信号经过处理后发送命令至油门作动器控制模块，油门作动器控制模块再发送信号给油门作动器，从而控制油门的开合程度。也就是说驾驶员的动作与油门的动作之间是通过电子元件的电信号联系的。

虽然从构造上来看，DBW比传统油门控制方式复杂，但油门的控制却比传统方式精确，发动机能够根据汽车的各种行驶信息，精确调节进入汽缸的燃油空气混合气，改善发动机的燃烧状况，从而大大提高了汽车的动力性和经济性。使用线控技术的优点很多，比如使用线控制动无需制动液，保护生态，减少维护；质量轻；性能高(制动响应快)；制动磨最小(向轮胎施力更均匀)；安装测试更简单快捷(模块结构)；更稳固的电子接口；隔板间无机械联系；简单布置就能增加电子控制功能；踏板特性一致；比液压系统的元件更少等。　　

2.CAN总线网络　　

随着电控单元在汽车中的应用越来越多，车载电子设备间的数据通信变得越来越重要，以分布式控制系统为基础构造汽车车载电子网络系统是很有必要的。大量数据的快速交换、高可靠性及廉价性是对汽车电子网络系统的要求。在该网络系统中，各处理机独立运行，控制改善汽车某一方面的性能，同时在其它处理机需要时提供数据服务。汽车内部网络的构成主要依靠总线传输技术。汽车总线传输是通过某种通讯协议将汽车中各种电控单元、智能传感器、智能仪表等联接起来，从而构成的汽车内部网络。其优点有：减少了线束的数量和线束的容积，提高了电子系统的可靠性和可维护性；采用通用传感器，达到数据共享的目的；改善了系统的灵活性，即通过系统的软件可以实现系统功能的变化。CAN总线是德国博世公司在20世纪80年代初开发的一种串行数据通讯协议。它的短帧数据结构、非破坏性总线仲裁技术以及灵活的通讯方式，使CAN总线具有很高的可靠性和抗干扰性，满足了汽车对总线的实时性和可靠性的要求。目前，国外的汽车总线技术已经十分成熟，并已在汽车上推广应用。

国内引进技术生产的奥迪A6车型已于2000年起采用总线替代原有线束，帕萨特B5、宝来、波罗、菲亚特的派立奥、西耶那、哈飞赛马等车型都不同程度地使用了CAN总线技术。此外，部分高档客车、工程机械也都开始应用总线技术。预计到2005年CAN将会占据整个汽车网络协议市场的63%。在欧洲，基于CAN的网络也占有了大约88%的市场。目前使用CAN总线网络的汽车大多具有两条或两条以上总线，一条是动力CAN总线，主要包括发动机、ABS和自动变速器三个节点，通信速率一般为500kbps；另一条是舒适CAN总线，主要包括中央控制器和四个门模块，通信速率一般为62.55kbps或100kbps。　　

3.汽车巡航控制系统CCS

汽车巡航控制系统是汽车在运行中不踩加速踏板便可按照驾驶员的要求，自动地保持一定的行车速度，减轻驾驶员的劳动强度，提高汽车舒适性的自动行驶装置。汽车巡航控制系统简称为CCS。根据其特点又称“汽车巡航控制系统”、“恒速控制系统”、“车速控制系统”、或“巡航控制系统”等。目前，不少车辆特别是高级轿车已把巡航控制系统作为配属设备或选配设备。例如日本的皇冠、凌志、佳美，美国的别克、凯迪拉克、德国的奔驰、宝马等车均装有巡航控制系统。轿车装上巡航控制系统后，当车速在40min/h以上时，该装置可自动按照驾驶员所要求的速度保持行驶，并保持这一恒定速度，驾驶员不用踩加速踏板。采用这种装置后，当在高速公路上长时间行车时，就可使驾驶员踩加速踏板的脚得以休息，不致因长时间驾车控制加速踏板稳定车速而产生疲劳，减轻了驾驶员的操作负担。由于电子系统能准确地控制车辆的工况，从而使高速行驶的车辆更加安全、平稳、耗油量减少，提高了汽车的燃油经济性和驾驶的舒适性。此功能特别适用于在高速公路上行驶的车辆。巡航控制系统如果在安装有自动变速器的汽车上使用，更能发挥其优点。

汽车巡航控制系统的主要优点是:

(1)保持车速稳定，无论由于风力和道路坡度引起汽车的行驶阻力怎样变化，只要在发动机功率允许范围内，汽车的行驶速度便可保持不变。

(2)提高汽车行驶时的舒适性，尤其是汽车在郊外或高速公路上行驶，舒适性体现得更为明显。驾驶员不需频繁地用脚踏踩加速踏板，故疲劳强度大大减轻。

(3)提高经济性和环保性，在同样的行驶条件下，对一个有经验的驾驶员来说，可节省燃油15%。在巡行控制系统中使用速度稳定器后，可使发动机燃料的供给与功率之间处于最佳的配合，降低了燃油消耗率，大大减少了排气中有害气体成分。

(4)延长发动机寿命，可使汽车工作在发动机有利转速范围内，使汽车的供油与发动机功率间处于最佳配合状态。汽车巡航控制系统发展至今已有30多年的历史，经历了机械控制、晶体管控制、模拟式微机控制和数字式微机控制4个阶段。日本丰田公司从1965年起就开始在车上装用机械控制的巡航系统，之后德国VDO公司也研制出气动机械式巡航控制系统。1968年德国奔驰公司开发了晶体管控制的巡航系统，并在莫克利汽车上装用。

4.汽车导航系统GPS

GPS为全球定位系统，是美国继阿波罗飞船和航天飞机之后的第三航天工程。开始它只用于军事方面，但随着电子技术的发展，GPS也逐渐应用于汽车导航。　

装有导航系统的汽车，在驾驶室内有一显示屏。上面显示着某个城市的交通图(称为电子地图)，以及当时汽车在图上所处的位置。如果驾驶员输入目的地的地名、在图上的位置，那么图上就会显示一条从汽车所处位置到目的地的最佳路线和行驶方向，引导汽车行驶，起到导航作用。这样，驾驶员可以安心地驾车到达陌生地区以及在夜间安全行车。此外，GPS还能够随时告诉驾驶员当时的交通状况，指出什么地方交通拥挤，什么地方车流畅通，以及什么地方有空缺位置可以停车。使驾驶员能绕过拥挤路段，较快到达目的地，避免交通阻塞,提高综合行车效率。

整个导航系统由GPS导航、自律导航、地图匹配器、信号处理单元、存贮器、显示器、传感器等几部分组成。GPS导航由GPS天线和GPS接收机组成。GPS卫星发射出电波发射时刻信息，而接收机可根据电波到达的时刻，算出电波行走的时间。将这时间乘以电波传播速度就可以知道卫星与接收机的距离，即卫星与装有该接收机的汽车的距离。同时，各GPS卫星的轨道位置也被发射出去。因此，接收点位置可由以三个卫星为中心的三个球面交点求出，即可确定该车在电子地图上的位置。当汽车行驶在地下隧道、密集森林、高层建筑群等接收不到GPS信号时，汽车会进行自律导航。行驶开始前先由驾驶员对车辆位置设置一个初始值。

在行驶中，检测每经过一定时间的行驶距离和行驶方向，从而确定车辆的位置。其中行驶距离由车速传感器得出，而方向信号由光导纤维传感器测出。GPS导航和自律导航得到的汽车状态及位置的一些信号要经过地图匹配器处理后才能准确无误地在电子地图上显示出来。电子地图是这样制成的：首先利用城市航空测量拍到的全貌照片，经过实际调查、标记、补充形成一张精确的地形图，它包括各城市道路交通图、公路网及沿线地名。然后将地形图通过数字化仪、扫描仪，送入PC机中，并用专门软件进行数据采集和编辑处理，生成数字地形模型。再经叠加、分类、标记形成一张电子地图并制成只读光盘。

汽车导航系统的发展非常迅速，目前已有一些系统上采用32位的CPU嵌入实时操作的微处理单元，便于高速行驶的汽车进行快速处理数据。激光技术的应用，产生大容量数字化视盘可以存贮更多的信息。使用薄膜晶体管有源液晶显示器可使图像更加清晰。汽车导航系统能实时提供自身位置和目的位置坐标、全部行驶的直线距离、时间、速度、前进方向等。当遇到道路阻塞、路段施工或走错路等情况，GPS能够及时进行检索，提供新路线。此外，为了让驾驶员事先了解行驶中路面情况，GPS还能进行语音提示。若将汽车导航系统与其它部门进行联网，驾驶员能够随时获得交通状况的最新信息，从而使汽车避开阻塞和拥挤路段，实现自动道路选择和无阻挡行驶。汽车导航的普及使用，将会给21世纪的城市交通带来新的面貌。

5.汽车电控制动系统EBS

汽车电控制动系统EBS是在ABS的基础上，用电子控制取代传统的机械传动来控制制动系统，以达到良好的制动效果，增加汽车制动安全性。汽车制动时，车轮的制动力与地面附着系数有关，当车轮处于半滑动半滚动状态时，地面附着系数可以达到最大，即制动力可以达到较大，此时的侧向稳定性也较好。当车轮完全抱死无滚动时，地面附着力有所下降，而侧向稳定性为零。极易出现侧滑和甩尾现象,容易造成事故。ABS防抱死制动系统就是在汽车制动时，使车轮始终处于即将抱死又未能完全抱死的状态。即保证汽车获得最大的附着力，同时又能保持相应的侧向稳定性，彻底解决常规系统中，要么车轮未抱死制动力不够，要么完全抱死，使汽车失去横向稳定性的问题。汽车制动时，ABS系统不断检测车轮的转动情况。

当车轮将要抱死时，ABS系统发一信号给压力调节器，以控制制动器的制动力，使制动力停止增加。这时制动器中的制动液少量回流减压，然后又增压，制动力增长，如此连续几次达到最佳的制动效果，可以达到10～20次/秒。EBS系统比ABS系统增加了各种传感器，包括三维力传感器、制动器摩擦片磨损传感器等。制动时，制动踏板位置信号传给电控单元，同时各力传感器把载荷、地面附着力和制动气压信号传给电控单元，由电控单元自动调节制动压力，形成闭环控制。该系统用电子控制取代机械传动，减少制动系统机械传动的滞后时，缩短制动距离，在低强度时，使摩擦片磨损最小；中等强度时，利用ABS达到最佳的道路附着系数利用率；高强度时，施加最大的制动压力，从而获得最佳的控制制动力。摩擦磨损传感器可以监测得各制动片的摩擦情况，控制各制动器压力分配延长使用寿命。EBS系统可以与其它电子控制系统一起由一个电控单元进行集中统一控制。实现各种不同要求的控制功能。

6.乘员感知系统OPDS

本田第7代雅阁V6轿车装备了前排侧气囊，因此在前排乘客座相应地配备了乘员感知系统。乘员感知系统的作用是，当前排座椅上坐着小孩或者小孩侧着头打瞌睡时，乘客座椅侧气囊将自动关闭，从而减小侧撞事故发生时安全气囊对儿童的伤害。那么安全气囊是怎么知道这一切的呢?原来在看似跟普通座椅一样的乘客座椅内暗藏了7个传感器，座椅靠背内的6个传感器负责观察乘员的坐姿高度，来判断坐着的是儿童还是大人，或者饮料瓶等其它东西；靠背侧边的一个传感器则专门检查儿童是不是侧着头打瞌睡，判断儿童的头部是不是处于侧气囊展开的范围内。

OPDS传感器是根据乘员的导电体量来做出这些判断的，座椅在出厂之前已经设定了一个座椅自身的导电体量，座椅安装到车上并坐了人后，OPDS系统检测出一个总体的导电体量，总导电体量减去座椅的导电体量就是乘员的导电体量，如果乘员导电体量低于系统初始设定的判断临界值，则OPDS系统认为坐着的是儿童或儿童的头部处于侧气囊引爆的范围中，从而自动关闭安全气囊，同时仪表板上的“SIDEAIRBAGOFF”黄色指示灯亮起，告诉驾驶员侧安全气囊已经关闭。有了OPDS这样一个关怀备至的“看护人”，儿童就可以在旅途中尽情地享受自己的梦乡了。

7.移动多媒体系统

运用移动多媒体技术可开发出汽车娱乐系统，这种音响--图像技术包括全彩屏幕、游戏设备、DVD机、录像机、DVD机和放唱机等。移动多媒体技术还体现在智能无线产品、远程通讯设备和信息处理产品等方面，其中包括提供语音识别系统，支持多种语言，使驾驶者不用于动操作娱乐系统，从而腾出双手控制转向盘。它还能将Internet的功能集成到车辆中，使人在车上就可以上网测览、收发邮件、进行股票交易，同时采用“即插即用”的方式使汽车消费者可以方便快捷地更新他们的多媒体产品，享受更丰富的全新服务。数码影音娱乐媒体方面的配备实际上已开始普遍化，车上的卡拉OK、VCD视听功能都属于此种设计。

甚至还能将车室营造成影、音、声、光效果俱佳的DVD剧院。数字技术的进步，给汽车AV世界带来了巨大变革，全新概念的汽车多媒体已经开始出现。歌乐公司与微软公司合作，利用windows操作系统，综合运用汽车音响、计算机技术、导航技术及自动语言识别技术，开发出了世界上第一台拥有车载计算机系统,将车载多媒体技术推向了一个新的阶段。预计，将声音、图像、办公通讯融为一体的汽车多媒体不久将成为现实。那

8.电气系统电压升级

目前全球汽车制造商将共同为未来电子系统电压制定一项新标准，即36V/12V双电压系统将和42V电压系统一起使用。预计第一个运用42V电压系统的汽车将在几年后出现，而且在随后的十年里国际汽车业将会发生一个长久、彻底的变化。几年前在底特律召开的SAE年会上，也有很多关于这方面的讨论，即如何去发展42V电压系统：目前面临的困难是什么:如何解决等等。

当然汽车电压升级的好处也显而易见。除了能减少线束截面积，减小电机体积外，还能趁机将车上的电器来一场“革命”，例如终结目前使用的机械式继电器，进入固态开关模式，采用电子模块代替目前的分立元件等。据行业人士认为，目前的豪华轿车使用1～3千瓦的功率，而到2010年高级轿车的使用功率将达到10～20千瓦，如果汽车性能要提高，设置要增多，唯有走电压升级这一条路才能解决问题。可以预见，汽车电气技术的改革，会给汽车发展注入新的活力。

14/42V及42V电气系统已得到国际汽车工业界的广泛认可，因此，可以相信这一新的汽车电气系统进入实用化的时间已为期不远。由于该电气系统的固有特点，以功率半导体元器件同微电子器件相结合的控制装置，将在新的电气系统中获得大量应用，这将对传统的汽车电器带来较大的冲击，并对汽车电子、电器零部件的产业结构产生深远影响。目前，我国相关行业已对新的汽车电气系统给予了应有的关注，这一汽车新技术正进入研究起步阶段。时，坐在汽车里，除了可享受高品质音响及导航外,还可预定饭店、餐馆、机票等，辅助驾驶也成为可能。