汽车电子发展现状：武汉大学免费版

汽车电子信息工程的现状及展望武汉大学汽车电子信息工程研究院教授、博导郑贵林博士2005年10月第一部分汽车电子信息工程的现状在我国，随着经济的发展，汽车逐渐进入家庭，汽车工业也开始迅猛发展。汽车，作为一种交通工具，在人们日常生活中的作用越来越重要，汽车的性能和外观也随之被关注。汽车不仅是一种交通工具，今后更将是人们工作和生活的一部分。汽车电子系统不仅要保证汽车的安全可靠运行，而且要给人们提供的各种现代生活的资讯和享受。前言汽车正变成一个集应用电子、通讯、IT、家电、服务等产业最新技术为一体的机械平台。从动力系统、底盘、车身到电子零部件的自动控制均融入了通讯、半导体芯片、计算机控制、软件等电子信息技术，各种汽车电子设备因此产生。特别是汽车的网络化、多媒体和智能化发展趋势，使汽车电子技术进一步渗透汽车制造。汽车电子设备承担控制、驱动、安全、显示、通信、娱乐等功能，涉及软件、计算机、系统集成、电信、消费类电子和基础元器件等几乎所有的电子信息产品。目前我国“国家汽车计算平台工程”的目标为：攻克汽车控制、驾驶、信息处理、智能交通、传感、执行等重大核心技术，实现我国汽车工业的自主创新能力。汽车电子信息产业的技术突破，还将为第三代移动通信、高清晰度数字电视、卫星导航、智能交通、移动网络的应用和信息化建设提供一个重要机遇。随着全球步入信息化时代，人们对了解事物、交换信息的要求发生了变化，从纸、笔、书本、话音等发展到通过声光电信号等各种方式更准确、更快捷、更丰富地表达出来。在需求的推动下，多媒体计算机技术与通信技术相结合，逐渐发展成为一种新的边缘技术-----多媒体通信技术。个人计算机的普及、微电子技术和多媒体技术的飞速发展、综合业务数字网的建立及宽带综合业务数字网的研究进展，都有力地推动了多媒体通信的发展。如果说19世纪是电报的时代，20世纪是电话的时代，那么，即将到来的21世纪将是多媒体通信的时代。随着数字信号处理、压缩编码技术和数据传输新技术的不断涌现，新产品层出不穷，同时出现了许多新的多媒体通信方式。从单一应用目的向综合性应用发展。主要表现为：从功能上，向支持综合性应用方向发展。如增加内嵌视频点播、流广播等各种在线功能，支持网络在线应用；增加各种应用中间件和应用集成接口，增加分布式智能管理功能、在线安全加密功能等，支持各种应用系统集成。从系统结构上，从独立系统向与各种综合信息化系统结合方向发展。与GIS系统结合，作为GIS的有机组成部分，充分发挥多媒体“面对面”交流的功能，将显著提高整个GIS系统的作用和效益。由封闭式平台向开放式平台转移。开放式综合平台的视频会议设备就如同PC机一样能够轻松地实现各种多媒体数据的传输和共享、上网冲浪，并且能够连接各种辅助设备，还能根据不同用户的需求应用各种软件，能够轻松地把自己电脑里的或者网上的任何信息，以及重要资料随时在汽车里获得，使汽车不在只是一个交通工具，而成为一个功能强大的综合信息服务中心。

第二部分汽车电子工程的几个方面国家汽车计算平台智能交通(ITS)车载电子汽车总线智能汽车传感器国家家汽汽车车计计算算平平台台2004年年由由王王大大恒恒等等80名名院院士士在在北北京京讨讨论论提提出出的的建建设设国国家家汽汽车车计计算算平平台台工工程程，，将将涉涉及及硬硬件件、、芯芯片片、、系系统统软软件件、、控控制制平平台台、、驾驾驶驶平平台台、、信信息息平平台台、、智智能能交交通通平平台台、、传传感感平平台台、、执执行行平平台台和和设设计计平平台台等等核核心心平平台台的的研研究究与与开开发发作作为为关关系系到到国国家家安安全全高高度度的的重重大大任任务务提提交交国国务务院院。。目目前前，，国国家家汽汽车车计计算算平平台台工工程程已已经经进进入入方方案案完完善善阶阶段段，，它它是是一一个个面面向向所所有有汽汽车车控控制制与与计计算算的的专专用用计计算算机机系系统统，，是是一一个个所所有有汽汽车车都都通通用用的的计计算算平平台台，，目目标标为为攻攻克克汽汽车车控控制制、、驾驾驶驶、、信信息息处处理理、、智智能能交交通通、、传传感感、、执执行行等等重重大大核核心心技技术术，，实实现现我我国国汽汽车车工工业业的的自自主主创创新新能能力力的的系系统统工工程程。。“国家汽汽车计算算平台工工程”的的启动有有望攻克克汽车控控制、驾驾驶、信信息处理理、智能能交通、、传感、、执行等等重大核核心技术术，从而而为第三三代移动动通信、、高清晰晰度数字字电视、、卫星导导航、智智能交通通、移动动网络的的应用和和信息化化在汽车车电子的的应用提提供重大大发展机机遇，并并将形成成汽车工工业和电电子信息息产业良良性互动动的发展展格局。。未来汽车车电子化化将呈现现六大趋趋势：一一是功能能集成化化，如车车身控制制模块，，将取代代诸如中中控门锁锁、防盗盗、雨刮刮、空调调、座椅椅调节等等单项控控制系统统；二是是数字控控制取代代模拟控控制；三三是多微微处理器器协同工工作，以以实现既既有独立立运行、、又有协协同功能能的数据据共享和和灵活组组成的优优势；四四是无线线与有线线技术相相结合，，实现车车内车外外信息传传输智能能化、高高速化；；五是硬硬件通用用化、高高速化，，软件专专业化，，以软件件功能提提升硬件件功能；；六是在在开发流流程上，，由“底底层向上上”模式式演变为为“由上上向下””模式，，整车厂厂将掌握握更大的的主动权权和知识识产权。。调查分析析表明，，中国目目前发展展前景较较大的汽汽车电子子产品市市场是：：汽车车载载娱乐导航信息息系统车身电子子系统汽车安全全系统智能交通通(ITS)智能交通通管理系系统是高高新科技技（通讯讯、导航航、智能能公路检检测、预预警等））与最新新的交通通流优化化控制理理论研究究成果相相结合的的产物。。对整个个交通系系统进行行全面实实时监控控，优化化交通组组织和控控制，全全方位为为驾驶人人员提供供有效道道路、车车辆信息息，从而而实现整整个交通通系统交交通流的的分布与与交通网网络通行行能力的的协调匹匹配，最最大限度度地发挥挥交通网网络的通通行能力力，有效效缓解交交通拥挤挤、缩短短旅行时时间、降降低能耗耗、减少少交通事事故的重重要体系系。ITS系系统主要要内容包包括以下下几个方方面汽车超重重检测汽车违章章信息检检测与记记录汽车事故故紧急处处理桥梁和隧隧道的安安全驾驶驶管理高速公路路不停车车收费系系统车辆实时时跟踪基于互联联网和IPv6的车辆辆维护和和部件、、配件全全球化管管理系统统智能为车车辆提供供安全驾驾驶的道道路参数数及周边边车辆运运行的实实时信息息汽车超重重检测这里包含含两个内内容：在在车辆行行进中对对车辆车车型进行行识别；；对行进进中的车车辆称重重。其中中后者是是技术的的关键。。被称车辆辆在运动动中通过过称台时时称重系系统处于于动态变变化（或或者说是是瞬态变变化）之之中，因因此称重重信号不不能达到到稳态。。动态称称重（WIM））技术是是利用动动态行驶驶的车辆辆经过特特定的传传感器后后，传感感器感受受到动态态车辆的的压力信信号，再再由处理理器进行行一系列列的分析析、处处理、计计算，最最后得到到车辆的的动态称称重值。。汽车违章章信息检检测与记记录主要采用用计算机机技术、、图形图图像处理理技术、、通信技技术、自自动化控控制技术术等，利利用CCD摄像像机作检检测传感感器，通通过对动动态的视视频图像像进行实实时处理理，实现现对车辆辆违章行行为的自自动识别别以及利利用辅助助设备对对违章行行为抓拍拍记录。。如下图图为超速检测测系统构构成框图图超速检测测系统构构成框图图汽车事故故紧急处处理高速公路路沿线布布设与车车辆电子子信息系系统联网网或独立立的报警警电子设设备，在在发生异异常情况况时，来来往司机机可以通通过车载载联网功功能或通通过独立立分布的的报警电电子设备备通知高高速公路路管理局局信息系系统，或或者由视视频监控控系统捕捕获异常常情况，，并根据据情况的的不同将将异常处处理的结结果发送送到高速速巡警和和电子指指示牌为为后续车车辆提供供指导。。并在通通过ITS道路路---车辆管管理信息息系统在在网上技技术公告告事故对对相关车车辆的影影响情况况和路段段、提供供避让预预案，桥梁和隧隧道的安安全驾驶驶管理实现桥梁梁和隧道道的安全全驾驶管管理，主主要是通通过桥梁梁、隧道道及车辆辆的各种种传感器器掌握道道路、周周围车辆辆的状况况等驾驶驶环境信信息，通通过车载载机、道道路信息息提供装装置等实实时地提提供给驾驾驶员和和智能交交通控制制管理站站，进行行危险警警告和控控制，并并且现自自动汽车车驾驶。。该系统有有以下几几个基本本组成部部分：装装设在桥桥梁、隧隧道上的的传感器器（微波波雷达、、激光雷雷达、摄摄像机、、其他形形式的传传感器等等）、现现场处理理机及通通信设备备、智能能交通控控制管理理终端、、车载计计算机及及通信设设备、相相应的车车载控制制执行机机构等。该系统实实现两层层功能。。一是通通过安装装在桥梁梁、隧道道中的传传感器测测量行驶驶中的车车辆与桥桥梁和隧隧道设施施的距离离和相关关情况，，由现场场处理机机进行信信息处理理和各种种方式的的通信（（现场光光电警报报、对车车载电子子系统发发警报通通信和控控制信息息），对对驾驶员员提出警警告，并并在紧急急情况下下实现车车辆制动动。二是是实现车车辆自动动驾驶系系统，实实现在行行驶中的的自动导导向、自自动检测测和回避避障碍物物，并能能够在较较高的速速度下自自动保持持与桥梁梁、隧道道周围障障碍物的的距离。。高速公路不停停车收费系统统不停车收费系系统（又称电电子收费系统统ElectronicTollCollectionSystem,简简称ETC系系统）利用车车辆自动识别别（AutomaticVehicleIdentification简简称AVI）技术完成成车辆与收费费站之间的无无线数据通讯讯，进行车辆辆自动识别和和有关收费数数据的交换，，通过计算机机网路进行收收费数据的处处理，实现不不停车自动收收费的全电子子收费系统。。和传统的人工工收费系统不不同，ETC技术是以IC卡或车辆辆网络IP作作为数据载体体，通过无线线数据交换方方式实现收费费计算机与IC卡的远程数数据存取功能能。计算机可可以读取IC卡中存放的的有关车辆的的固有信息（（如车辆类别、车主、、车牌号等））、道路运行行信息、征费费状态信息。。按照既定的的收费标准，，通过计算，，从IC卡卡中扣除本次次道路使用通通行费。当然然，ETC也也需要对车辆辆进行自动检检测和自动车车辆分类。ETC系统的的关键技术主主要集中在以以下几个方面面：自动车辆识别别（AVIAutomaticVehicleIdentification）技技术自动车型分类类（AVCAutomaticVehicleClassification）技术术短程通信（DSRCDedicatedShortCommunication）技技术逃费抓拍系统统（VESVideoEnforcementSystem）ETC的管理理模式车辆实时跟踪踪对在高速公路路上行驶的车车辆实时跟踪踪，查看车辆辆的相应位置置，便于实现现车辆的跟踪踪管理。此外外还可以给装装有导航设备备的车辆提供供导航信息。。可以运用卫星星导航定位技技术，根据车车辆网络IP和公路GIS系统定位位、跟踪汽车车。并可应用用ITS系统统实现双向信信息交互，提提供相关车辆辆运行信息和和去向信息。。车载电子车辆GPS自自主导航系统统。车载GPS自主导航航系统集成GIS、GPS、多媒体体技术、车载载传感器技术术于一体的嵌嵌入式应用软软件系统。车车载GPS自自主导航系统统在我国发展展还处于初级级阶段，而从从汽车的前装装市场和后装装市场来看，，我国车载GPS自主导导航系统有广广阔的市场前前景，可能在在最近几年会会有一个非常常大的增加需需求。车载多媒体信信息服务平台台。利用嵌入入式操作系统统开发车载计计算机多媒体体系统，具有有信息处理、、通讯、导航航、防盗、语语言识别、图图像显示和娱娱乐等功能，，人们可以通通过语言识别别系统操纵车车内的各种设设施。可以通通过车载卫星星电视、卫星星电台为驾驶驶提供方便，，同时卫星通通信、卫星定定位、卫星导导航可以使在在全球范围内内自由通信，，车辆本身信信息与路况信信息的结合，，给汽车的安安全舒适驾驶驶提供了有力力保障车辆电源系统统的研究。为为减小汽车发发动和运行电电源的电流，，将现有12V汽车电源源提升为未来来汽车电源标标准的４2V电源，以适适应汽车电子子装置不断增增加的需要和和有效降低整整车热耗及各各类电子开关关、执行部件件成本高、故故障率高的根根本手段，是是国外正在研研究的重点技技术之一。这这一改变将对对汽车产业带带来巨大影响响，汽车电子子产品会因其其电源电压的的升级而更新新换代，在我我国，汽车技技术电子和信信息技术的研研究可以直接接进入４2伏伏电源的配套套和应用研究究汽车总线随着车用电气气设备越来越越多，从发动动机控制到传传动系统控制制，从行驶、、制动、转向向系统控制到到安全保证系系统及仪表报报警系统，从从电源管理到到为提高舒适适性而作的各各种努力，使使汽车电气系系统形成一个个复杂的大系系统，并且都都集中在驾驶驶室控制。另另外，随着近近年来ITS的发展，以以3G（GPS、GIS和GSM））为代表的新新型电子通讯讯产品的出现现，它对汽车车的综合布线线和信息的共共享交互提出出了更高的要要求。目前存在的多多种汽车网络络标准，其侧侧重的功能有有所不同，为为方便研究和和设计应用，，SAE车辆辆网络委员会会将汽车数据据传输网划分分为A、B、、C三类。A类面向传感器/执行器控制制的低速网络络，数据传输输位速率通常常只有1-10kbps。主要应用用于电动门窗窗、座椅调调节、灯光照照明等控制。。B类面向独立模块块间数据共享享的中速网络络，位速率一一般为10-100kbps。主要要应用于电子子车辆信息中中心、故障诊诊断、仪表显显示、安全气气囊等系统，，以减少冗余余的传感器和和其它电子部部件。C类面向高速、实实时闭环控制制的多路传输输网，最高位位速率可达1Mbps，，主要用于悬悬架控制、牵牵引控制、先先进发动机控控制、ABS等系统，以以简化分布式式控制和进一一步减少车身身线束。到目目前为止，满满足C类网要要求的汽车控控制局域网只只有CAN协协议。三类网络功能能均向下涵盖盖，即B类支支持A类网的的功能，C类类网能同时实实现B类和A类网功能。。三类网络划分分示意图CAN总线是是德国BOSCH公司在在20世纪80年代初，，为了解决现现代汽车中众众多的控制与与测试仪器之之间的数据交交换而开发的的一种串行数数据通讯协议议。它的短帧帧数据结构、、非破坏性总总线性仲裁技技术以及灵活活的通讯方式式适应了汽车车的实时性和和可靠性要求求。汽车CAN总线的技技术背景来源源于工业现场场总线和计算算机局域网这这样非常成熟熟的技术，因因此具有很高高的可靠性，，抗干扰性。。基于CAN总总线的汽车内内各模块的联联接图智能汽车传感感器智能汽车的耳耳目就是汽车车传感器，为为了使汽车信信息化得以实实现，汽车传传感器的研究究十分重要，，要将现有的的传感器实现现数字化、总总线化，与嵌嵌入式系统实实现标准化、、参数化接口口。为基于WEB系统的的汽车信息平平台奠定基础础。同时由于汽车车电子控制系系统的多样化化，使其所需需要的传感器器种类和数量量不断增加，，对传感器的的新能要求也也在提高，以以适应汽车电电子系统的发发展需要。主主要是要求具具备智能化计计算和通信的的能力第三部分汽车电子信息息的发展趋势势随着科技的飞飞速发展，汽汽车装备日趋趋完善，汽车车不仅融性能能、安全、时时尚和舒适于于一体的杰作作，同时也是是电气控制系系统的精品。。汽车电子技技术进入了优优化“人－车车－环境”关关系的阶段。。汽车电子系系统的发展改改善了汽车的的性能。其发发展主要特点点有：车用微处理器器技术得到广广泛应用新的控制理论论和方法的应应用信息化趋势蓝牙技术在汽汽车中的应用用现场总线技术术在汽车中的的应用车用微处理器器技术得到广广泛应用自从1976年美国通用用汽车公司成成功地把微处处理器应用于于汽车发动动机系统后，，世界汽车工工业的微处理理器用量激增增。微处理器器已广泛应用用于安全、环环保、发动机机、传动系、、速度控制和和故障诊断中中,车用微处处理器的应用用提高了汽车车电子的性能能，改善了复复杂的汽车电电子电路，减减小了汽车内内部电路的体体积，赋予汽汽车更多更好好的功能。目目前16位、、32位微处处理器正在迅迅速扩大市场场，将这些新新型的微处理理器应用于汽汽车电子系统统将进一步促促进汽车电子子的发展。新的控制制理论和和方法的的应用控制理论论的应用用极大地地改善了了汽车的的性能。。除了PID控控制方法法外，一一些新的的控制方方法将更更多地应应用于汽汽车的控控制系统统中。如如最优控控制理论论在汽车车悬架系系统中的的应用、、滑模控控制在ABS控控制中的的应用、、模糊控控制在自自动变速速器控制制中的应应用及人人工神经经网络在在四轮转转向控制制中应用用等。探探索这些些新的控制理论论在汽车车电子中中的应用成为为一种趋趋势。信息化趋趋势随着以计计算机技技术、卫卫星定位位和网络络技术为为基础的的汽车信信息系统统技术日日益发展展，信息息网络汽汽车呼之之欲出。。例如福福特“24－7”概念念车，装装置了GPS，，前后摄摄影系统统，视听听功能、、网上收收发等设设备，驾驾车者和和乘客能能够在任任何时刻刻享受网网络信息息的氛围围。网络汽车车不仅仅仅是一种种交通工工具，而而且能够够成为办办公、通通讯、娱娱乐的场场所。它它综合现现有的硬硬件与软软件技术术，包括括卫星全全球定位位（GPS）、、卫星电电视、电电话、无无线通信信、网络络访问、、语音识识别、平平面显示示、夜视视技术、、人工神神经网络络以及与与其它众众多交通通工具实实时交流流信息等等技术。。主要的新新功能有有远程诊断断与车辆辆控制功功能、智智能交通通、智能能公路管管理及电电子收费费功能、、移动办办公功能能、汽车车网址功功能、道道路导航航功能、、视频点播播、流广广播等各各种在线线功能，，支持网网络在线线应用功功能、增增加分布布式智能能管理功功能、汽汽车安全全防盗功功能等，，支持各各种应用用系统集集成。蓝牙技术术在汽车车中的应应用蓝牙技术术是一种种无线数数据与语语音通信信的开放放全球规规范，它它将取代代目前多多种电缆缆连接方方式，以以低成本本的近距距离无线线连接为为基础，，使各种种电子装