电子技术在汽车上的应用.docx
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电子技术在汽车上的应用
电子技术在汽车上的应用
1.1.1汽车电子技术回顾
1.1.2现代汽车电子技术
1.2.1汽车电子技术的应用现状
1.2.2汽车电子技术的发展趋势
内容摘要
摘要：
随着汽车工业与电子工业的不断发展，在现代汽车上，电子技术的应用越来越广泛，汽车电子化的程度也越来越高。
汽车电子技术是汽车技术与电子技术相结合的产物。
可以说，今天的汽车已经进入电子控制的时代，而这一切都依赖于电子技术的发展。
技术创新能力成为竞争取胜的关键。
世界各大汽车公司已把主攻方向转向以微电子技术和信息技术为代表的高新技术，开发研制各种新车型，以此占领技术制高点。
国外专家预测，汽车上装备的电子装置成本将占汽车整车成本的15%以上。
汽车将由单纯的机械产品向高级的机电一体化产品方向发展，“电子汽车”走向未来。
论文关键词：
汽车技术汽车智能系统智能化装置
Abstract
Theautoindustryandelectronicindustrydevelopment,inthemodernbus,electronictechnologyusedmorewidely,automobileelectronicdegreemoreandmoreisalsohigh.Automobileelectronictechnologyisautotechnologyandelectronictechniques.Cansay,today'scarshaveenteredtheelectroniccontrolperiod,butitalldependsonthedevelopmentofelectronictechnology.Foreignexpertspredict,busequipmentelectronicdevicecostwillaccountformorethan15%oftheautocost.Carswillbemechanicalproductsfrompuretoadvancedmechtronieproductdirection,"electroniccar"intothefuture.
Keywords:
utomotiveTechnologyAutomobileintelligencesystemIntelligentdevice
汽车电子技术已经全面覆盖汽车行业。
如今的汽车先进的技术都于电子技术挂钩：
电喷发动机，电动车窗，电动座椅，电控车身稳定系统，电子显示屏，电控悬架等等。
而如今的汽车都配备了一个电脑—ECU来调节整个汽车的运行，汽车电子技术已经成了汽车技术进步的最大源泉。
汽车本来是主要偏向于机械配合的一项技术，可就在近几十年随着电子技术的迅猛发展，各行各业都开始提倡机电一体化。
汽车也不例外，如今的汽车技工如果还停留在以前的纯经验积累式修车，那也只能证明他从事汽车行业的时间很久了而已。
如今的汽车上都是动辄数百个电子元件，数以捆计的汽车线路控制着汽车多个部门的协调工作，国外专家预测未来3-5年内汽车上装用的电子装置成本将占汽车整车成本的25%以上，汽车将由单纯的机械产品向高级的机电一体化产品方向发展，成为所谓的“电子汽车”。
当然汽车并不是以前跟电路豪无关系，归结起来，早期的汽车电路主要是能量的转换，如今的电子技术主要在于汽车整体的控制。
点火系统
回顾一下汽车上最早的电路非汽油机的点火系统莫属。
要点燃汽缸里的汽油，就必须不停的产生火花，于是那时候的科学家利用了电磁感应原理在汽车内用线圈制造了一个小型变压器使火花塞瞬间能产生极高的电压而点火。
这项技术在现代的汽车上依然通用！
起动系统另外一项早期的汽车与电路相关的非起动机莫属，早期的汽车都是用手摇式起动（就像如今的部分拖拉机），但手摇式对于女性很不方便。
于是就又了起动机的发明，据传，起动机的发明是由于一起事故的发生。
一位英国绅士帮一位半路熄火的凯迪拉克姑娘起动汽车时，起动杆反打导致这位绅士死亡，而这位绅士正是当时通用老总的好朋友，于是一场技术攻坚战在老总的下令下开始展开，起动机通过电能转化为推动飞轮旋转的机械能的工作形式也确立了下来。
如今的起动机依然是这样的工作原理，只是做工和耐久度上更加完善了而已。
在很长的一段时间内，汽车上的电子技术也仅仅局限于电机带动的工作方面，可以说很长一段时间内，汽车仅仅是一个带了几个电路的“纯”机械怪兽而已。
但随着科学家对电子技术的突破发展，汽车电子技术也迎来了春天。
1.1.1汽车电子技术回顾
车电子技术的发展及其大规模地应用是从20世纪70年代末开始的，从20世纪70年代到80年代，大致经历了3个发展阶段。
第一个发展阶段为1971年以前，开始生产技术起点较低的交流发电机、电压调节器、电子闪光器、电子喇叭、间歇刮水装置、汽车收音机、电子点火装置和数字钟等。
第二个发展阶段为1974～1982年，以集成电路和16位以下的微处理器在汽车上的应用为标志。
主要包括电子燃油喷射、自动门锁、程控驾驶、高速警告系统、自动灯光系统、自动除霜控制、防抱死系统、车辆导向、撞车预警传感器、电子正时、电子变速器、闭环排气控制、自动巡航控制、防盗系统、实车故障诊断等电子产品。
这期间最具代表性的是电子汽油喷射技术的发展和防抱死（ABS）技术的成熟，使汽车的主要机械功能用电子技术来控制。
但是，在此阶段机械与电器的联接并不十分理想。
第三个发展阶段为1982～1990年，微电脑在汽车上的应用日趋可靠和成熟，并向智能化方向发展。
开发的产品有胎压控制、数字式油压计、防睡器、牵引力控制、全轮转向控制、直视仪表板、声音合成与识别器、电子负荷调节器、电子道路监视器、蜂窝式电话、可热式挡风玻璃、倒车示警、高速限制器、自动后视镜系统、道路状况指示器、电子冷却控制和寄生功率控制等。
从2005年开始，可以说进入了汽车电子技术的第四个发展阶段。
微波系统、多路传输系统、ASKS-32位微处理器、数字信号处理方式的应用，使通讯与导向协调系统、自动防撞系统、动力最优化系统、自动驾驶与电子地图技术得到发展，特别是智能化汽车的出现。
当然目前第三代技术有些我们都还没办法实现。
汽车电子化是现代汽车发展的重要标志。
从现代汽车上所使用的电子设备的价格比例看，欧美汽车上所用的电子设备的价格已占到整车价格的15%～20%，而我国生产的汽车，目前所用的电子设备的价格只占到整车价格的2.5%。
从世界汽车电子市场的销售来看，1991年，每辆汽车平均消耗电子产品的费用只占到整车的10%，1998年则接近15%，而2003年已经提高到20%，某些车型则更高。
现代汽车电子技术的应用不仅提高了汽车的动力性、经济性和安全性，改善了汽车行驶的稳定性和舒适性，推动了汽车产业的发展，而且还为电子产品开拓了更加广阔的市场，从而推动了电子产业的发展。
作为汽车产业和电子产业结合的产物，汽车电子产业的发展已经驶上了快车道。
1.1.2现代汽车电子技术
汽车电子是车体汽车电子控制装置和车载汽车电子控制装置的总称。
车体汽车电子控制装置，包括发动机控制系统、底盘控制系统和车身电子控制系统（车身电子ECU）。
汽车电子最重要的作用是提高汽车的安全性、舒适性、经济性和娱乐性。
用传感器、微处理器MPU、执行器、数十甚至上百个电子元器件及其零部件组成的电控系统。
汽车电子化被认为是汽车技术发展进程中的一次革命，汽车电子化的程度被看作是衡量现代汽车水平的重要标志，是用来开发新车型，改进汽车性能最重要的技术措施。
汽车制造商认为增加汽车电子设备的数量、促进汽车电子化是夺取未来汽车市场的重要的有效手段。
据统计，从1989年至2000年，平均每辆车上电子装置在整个汽车制造成本中所占的比例由16%增至23%以上。
一些豪华轿车上，使用单片微型计算机的数量已经达到48个，电子产品占到整车成本的50%以上，目前电子技术的应用几乎已经深入到汽车所有的系统。
按照对汽车行驶性能作用的影响划分，可以把汽车电子产品归纳为两类：
一类是汽车电子控制装置，汽车电子控制装置要和车上机械系统进行配合使用，即所谓“机电结合”的汽车电子装置；它们包括发动机、底盘、车身电子控制。
例如电子燃油喷射系统、制动防抱死控制、防滑控制、牵引力控制、电子控制悬架、电子控制自动变速器、电子动力转向等，另一类是车载汽车电子装置，车载汽车电子装置是在汽车环境下能够独立使用的电子装置，它和汽车本身的性能并无直接关系。
它们包括汽车信息系统（行车电脑）、导航系统、汽车音响及电视娱乐系统、车载通信系统、上网设备等。
目前电子技术发展的方向向集中综合控制发展：
将发动机管理系统和自动变速器控制系统，集成为动力传动系统的综合控制（PCM）；将制动防抱死控制系统（ABS）、牵引力控制系统（TCS）和驱动防滑控制系统（ASR）综合在一起进行制动控制；通过中央底盘控制器，将制动、悬架、转向、动力传动等控制系统通过总线进行连接。
控制器通过复杂的控制运算，对各子系统进行协调，将车辆行驶性能控制到最佳水平，形成一体化底盘控制系统（UCC）。
由于汽车上的电子电器装置数量的急剧增多，为了减少连接导线的数量和重量，网络、总线技术在此期间有了很大的发展。
总线技术是将各种汽车电子装置连接成为一个网络，通过数据总线发送和接收信息。
电子装置除了独立完成各自的控制功能外，还可以为其它控制装置提供数据服务。
由于使用了网络化的设计，简化了布线，减少了电气节点的数量和导线的用量，使装配工作更为简化，同时也增加了信息传送的可靠性。
通过数据总线可以访问任何一个电子控制装置，读取故障码对其进行故障诊断，使整车维修工作变得更为简单。
随着汽车工业与电子工业的不断发展，在现代汽车上，电子技术的应用越来越广泛。
可以说，今天的汽车已经进入了电脑控制的时代。
电子技术在汽车上最初的应用始于50年代人们开始在汽车上安装的电子管收音机，60年代初，汽车上应用了硅整流交流发电机和晶体管调节器，到60年代中期，汽车上开始采用晶体管电压调节器和晶体管点火装置。
但更多地应用电子技术则是在70年代以后为解决汽车安全、污染和节油三大问题而出现的。
70年代中期，微机在汽车上得以应用，给汽车工业带来了划时代的变革。
国外专家预测汽车上装用的电子装置成本将占汽车整车成本的15％以上；汽车将由单纯的机械产品向高级的机电一体化产品方向发展，成为所谓的“电子汽车”。
1.2.1汽车电子技术的应用现状
汽车电子技术目前发展的特征：
汽车电子技术经过较长的时间积累后，目前正处于全面快速发展的阶段，其特征主要体现在。
①功能多样性。
从最初的发动机电子点火与喷油，发展到如今的各种控制功能，如自动巡航、自动启停、自动避撞等
②技术一体化。
从最初的机电部件松散组合到如今的
机液电磁一体化。
如如直喷式发动机电控共轨燃料喷射系统。
③系统集成化。
从最初单一控制发展到如今的多变量多目标综合协调控制，如动力总成综合控制、集成安全控制系统等。
④通信网络化。
从初期的多子系统分别工作到如今的分布式模块化控制器局部网络，如以CAN总线为基础的整车信息共享的分布式控制系统，以及无线通信为基础的远程高频网络通信系统。
汽车电子技术的功能和分类：
现代汽车技术是提高汽车整体性能的保障，其功能上包括动力性、经济性、安全性、舒适性、操纵性、通过性、排放性、能源节约性和环保性等。
见表1。
汽车动力性方面
汽车经济性和排放性方面
汽车安全性方面
1.电子控制发动机燃油喷射系统（EFIS）
2.微机控制点火系统（MCIS）
3.发动机爆震控制系统（EDCS）
4.怠速控制系统（ISCS）
5.电子控制自动变速系统（ECT）
1.废气再循环控制系统（EGRC）
2.空燃比反馈控制系统（AFC）
1.防抱死控制系统（ABS）
2.加速防滑控制系统（ASRS）
3.牵引力控制系统（TCS）
4.电子控制制动力分配系统（EBD）
5.自动制动差速器（ABD）
1.2.2汽车电子技术的发展趋势
在过去10年里，汽车工业发生了两个显著变化。
一是，增长的基点正在从经欧美市场向以亚洲国家为主的发展中地区市场转移。
数据显示，2007～2012年亚洲和欧洲将会主导全球汽车产量的89％，BRICs和亚洲的其他国家将成为汽车消费的主力军。
二是，在市场成熟的欧美国家，汽车的性能的提高更多地依赖于电子技术。
有研究表明，从1989年至2005年，电子设备在整车制造成本所占比例，由16％增至30％以上。
而目前每部新车的IC的成本约在310美元左右，估计到2010年将增长到350美元左右。
无论是市场重心向发展中国家转移，还是技术重心向电子技术倾斜，都将势必影响到汽车电子发展的方向。
而且，其技术本身也将面临着来自性能、安全以及环保法规多方面的苛刻要求。
今后10年，电子技术在汽车工业中扮演着多大的作用，它又应该如何承担起汽车电子化的重任？
为此，我们的记者采访了全球一些专业的汽车导体厂商和零配件厂商，希望能从他们的答案中找到一些端倪。
■
图车身电子模块发展趋势
单位:
百万美元
数据来源:
StrategyAnalytics&IMS
20世纪90年代，汽车电子技术进入了其发展的第三个阶段，这是对汽车工业的发展最有价值、最有贡献的阶段，也将是优化人－汽车－环境的整体关系最为重要的阶段。
超微型磁体、超高效电机及集成电路的微型化，为汽车上的集中控制提供了基础（例如制动、转向和悬架的集中控制以及发动机和变速器的集中控制）。
同时，智能化集成传感器和智能执行机构将付诸实用，数字式信号处理方式将应用于声音识别、安全碰撞、适时诊断和导航系统等。
未来的智能化集成传感器，不仅应能提供用于模拟和处理的信号，而且还能对信号做放大和处理。
同时，它还能自动进行时漂、温漂和非线性的自校正，具有较强的抵抗外部电磁干扰的能力，保证传感器信号的质量不受影响，即使在特别严酷的使用条件下，仍能保持较高的精度。
它还具有结构紧凑、安装方便的优点，从而免受机械特性的影响。
微处理机已广泛地应用于安全、环保、发动机、传动系、速度控制和故障诊断中。
目前，美国汽车用微处理机，8位的占多数，约占总量的65%。
16位和32位微处理机正在迅速地扩大市场；近两年来，16位的用量增加约50%，而8位的只增加11%。
随着汽车电子技术应用的增加，对有关控制软件的需求也将会增加，并可能要求进一步计算机联网。
因此，要求使用多种软件，并开发出通用的高水平语言，以满足多种硬件的要求。
到2000年，汽车计算机总的单台处理能力将达到现在典型计算机主机的水平。
轿车上多通道传输网络将大大地依赖于软件。
软件总数的增加及其功能的提高，将使计算机能够完成越来越复杂的任务。
多通道传输技术多通道传输技术的采用，对电子控制集成化的实现是十分必要和有效的。
采用这种技术后，使各个数据线成为一个网络，以便分享汽车中心计算机的信息。
微处理机可通过网络接收其他单元的信号。
传感器和执行机构之间要有一个新式接口，以便与多通道传输系统相联系。
集成化技术汽车电子技术的一个发展趋向是功能集成化，从而实现更经济、更有效以及可诊断的数据中心。
如传感器系统的集成化可减少布线，简化控制系统，并可使传感器系统的体积减小60%-80%。
光导纤维汽车电子技术的进步，已使各系统控制走向集中，形成整车控制系统。
这一系统除了中心电脑外，甚至包括多达23个微处理器及大量传感器和执行部件，组成一个庞大而复杂的信息交换与控制系统，车用计算机的容量要求已与现代PC机不相上下，计算速度则要求更高。
由于汽车计算机控制系统的数量日益增多，采用高速数据传输网络日益显得必要。
光导纤维可为此传输网络提供传输介质，以解决电子控制系统防电磁干扰的问题。
随着光导纤维的成本不断降低，它的应用也将降低汽车各有关方面的成本。
此外采用不同线束的表面安装技术、多层印刷电路板和厚膜混合技术，将使电子控制器件变得更为紧凑，因此，作为变革电子产品安装形态的关键技术也将起重要的作用。
汽车车载电子网络由于汽车电子技术功能的日益强大和系统的日益复杂化，汽车电子设备发展的一个重要趋势是大量使用微处理机来改善汽车的性能。
随着电控器件在汽车上越来越多的应用，车载电子设备间的数据通信变得越来越重要。
为了进一步提高行驶的经济性、温度及车速等信息必须在不同控制单元间交换。
由此，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、高可靠性及价廉是对汽车电子网络系统的要求。
在该系统中，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。
主处理器收集整理各从处理机的数据，并生成车况显示。
通信控制器保证数据的正常流动。
国内汽车电子技术发展现状纵观近几十年来汽车技术方面的重大成就，几乎无一例外地是应用电子技术的结果，而且20世纪80年代以来，汽车工业的长足进步，也是以电子技术（特别是计算机、集成电路技术）为动力而实现的。
采用电子技术是解决汽车所面临的诸多技术问题的最佳方案。
因此，一个国家电子产业的水平及其在汽车工业领域的应用情况如何，就决定了它在未来的世界汽车行业竞争中能否掌握主动权。
目前，国产汽车的电子技术应用多数还处于初级阶段。
只有少数厂家，主要集中在一些中外合资的汽车上，开始采用电子控制装置。
国内现在采用的电子装置主要包括发动机的燃油喷射、电子点火控制、汽车安全性方面的安全气囊、ABS等领域，而且多数为直接引进国外产品组装。
国内科研院所目前有关汽车电子技术应用的研究也主要集中在发动机控制、电控悬架、ABS系统等几个方面，在汽车的电子网络化技术、GPS导航及智能交通系统的研究等方面与国外还有一定差距。
近年来，我国将汽车工业提到了较高的位置。
可以预料，随着国产汽车的技术进步，汽车领域的电子新技术必将会得到越来越广泛的应用，国产汽车积极采用电子装置指日可待。
虽然我们要赶上国际汽车界的最高水平还有一段路要走，但将来在世界汽车技术尤其是汽车电子技术应用这一领域，我国必将占有一席之地。
1.3变化
汽车电子技术的应用将使汽车发生以下主要变化：
一、汽车的机械结构还将发生重大的变化，汽车的各种操纵系统向电子化和电动化发展，实现“线操控”。
用导线代替原来的机械传动机构，例如“导线制动”、“导线转向”、“电子油门”等。
二、汽车12伏供电系统向42伏转化。
随着汽车电子装置越来越多，消耗的电能正在大幅度地增加。
现有的12伏动力电源，已满足不了汽车上所有电气系统的需要。
今后将采用集成起动机－发电机42伏供电系统，发电机最大输出功率将会由目前的1千瓦提高到8千瓦左右，发电效率将会达到80％以上。
42伏汽车电气系统新标准的实施，将会使汽车电器零部件的设计和结构发生重大的变革，机械式的继电器、熔丝式保护电路将被淘汰。
三、汽车电子技术的应用将使汽车更加智能化。
智能汽车装备有多种传感器，能够充分感知驾车者和乘客的状况，交通设施和周边环境的信息，判断乘员是否处于最佳状态，车辆和人是否会发生危险，并及时采取对应措施。
今天，社会进入了信息网络时代，人们希望汽车不仅仅是一种代步工具，更希望在汽车是生活及工作范围的一种延伸，在汽车上就像呆在自己的办公室和家里一样，可以收听广播，打电话，上互联网，处理工作。
随着数字技术的进步，汽车也将步入多媒体时代。
利用w1ndows操作系统开发的车载计算机多媒体系统，具有信息处理、通讯、导航、防盗、语言识别、图像显示和娱乐等功能。
可以预见到的将来，汽车装置自动导航和辅助驾驶系统，驾驶员可把行车的目的地输入到汽车电脑中，汽车就会沿着最佳行车路线行驶到达目的地。
人们可以通过语言识别系统操纵着车内的各种设施，一边驾驶着汽车，一边欣赏着音乐电视，还可上网预定饭桌、机票等。
1.4我国汽车电子行业呈现的七大特点分析
汽车电子信息产品是一大市场，市场将年增7%，车载远程信息处理系统市场达到200亿美元。
据汽车用品之家社区，专家介绍随着我国汽车业发展迅速，目前我国汽车电子业呈现出七大发展特点：
一、汽车工业正处于科技创新时代，传统机电产品成为高新技术产品，汽车产业已成为高新技术装备起来的产业。
二、法规和市场推动着汽车电子信息技术的发展，能源、排放、噪声、安全法规日趋严格，客户对舒适性的要求不断提高，推动着汽车电子信息技术的发展。
我国也将实施欧Ⅲ排放标准，欧洲将实施欧Ⅳ排放标准，德国已开发出百公里油耗一升的汽车。
提升汽车安全性的安全带、安全气囊、ABS、ASR等都已智能化。
三、汽车和发动机系统微处理器的规模越来越大。
汽车微处理器越来越多，有的车型达60个，并采用LIN、CAN网络控制，汽车电子产品已占汽车总成本的1/3，软件部分占4%，这一两年预计将超过10%。
IC也将不断趋于集成化，如今的一个IC可实现相当于以前多个IC的功能。
为适应电子系统发展需求，汽车供电系统将从12V发展到42V。
四、将普及电控电喷系统，提高动力系统效率，可以看出所有发动机已采用了电子技术，厂商也正在普及和提高：
电控高压共轭柴油机正大量研究，电力电子模块混合动力驱动系统成驱动主力，氢燃料电池混合动力汽车商业化取得新进展，电控复合火花点火发动机迅速普及，高级电控均匀充气压燃发动机正加紧研究。
五、线控或驱动系统迅速发展，线控转向、线控制动正加紧研究，线控将取代机械系统，汽车底盘将发生革命性变化。
六、ITS正迅速兴起，包括汽车的智能化、公路的自动化和导航系统等。
七、综合控制成为汽车电子信息技术发展趋势，包括动力传动系统、底盘与安全系统、车身与防盗系统等，远程信息处理系统将使蓝牙技术广泛应用于汽车，汽车智能化将不断升级。
第二章汽车电子系统开发方案的介绍
2.1车控电子产品的开发流程
车控电子产品是软硬件结合的嵌入式系统。
为了节约资源，缩短产品开发周期，一般应采取软硬件同步开发的方案。
车控电子产品的开发工具对软硬件的同步开发、调试提供了很好的支持。
车控电子产品的软件开发分为功能描述、软件设计、代码生成、操作系统环境下高级调试等步骤。
车控电子产品的硬件开发分为硬件描述、硬件设计、硬件调试等步骤。
当软件设计完成后，通过使用相应的工具，完成在虚拟ECU平台上的验证。
当硬件设计完成后，与硬件一起进行软硬件集成调试。
通过这种开发方式，缩短了产品上市的时间。
2.2车控电子产品软件开发流程
汽车车控电子产品软件开发流程是“V”形开发流程。
“V”形开发流程分为五个阶段，即功能设计、原型仿真、代码生成、硬件在回路仿真－HIL、标定。
如图3.1所示。
图2.1样式
在功能设计阶段使用的主要工具是MATLAB。
通过使用MATLAB提供的Simulink、Stateflow等工具，完成控制方案的设计、功能模块的设计、控制算法的设计等任务，并进工行初步的仿真模拟工作。
在原型仿真阶段使用的主要工具是DSPACE。
使用DSPACE提供的快速控制原型－RCP工具完成离线的仿真工作。
在开始该阶段之前，需要使用RealTimeWorkshop、Targetlink等工具完成由Simulink、Stateflow等产生的代码向标准C代码的转换工作。
2.3车控电子产品代码生成过程
在进行向标准C代码的转换的过程中，可以根据需要加入符合OSEK规范的嵌入式实时操作系统。
在代码生产阶段使用的主要工具是CodeWarrior。
通过使用CodeWarrior提供的编译器、调试器等工具，完成从标准C代码向目标硬件平台上的产品代码的转换工作。
下图表示了车控电子产品的代码生成过程。
如图3.2所示。
图2.2样式
2.4汽车电子系统划分
汽
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