汽车电子现状及发展趋势(吴锋)

汽车电子技术现状

及发展趋势吴锋浙江大学动力机械及车辆工程研究所汽车汽车电子技术发展的背景现代汽车已不再仅仅是一个简单的代步工具，它已同时具备了交通、娱乐、办公和通讯等多种功能。汽车的电子化使汽车进入了数字化时代现代汽车设计要解决的问题仍还将是环保、节能、安全、便捷和舒适电子技术的快速发展，为汽车向电子化、智能化、网络化、多媒体的方向发展创造了条件推动汽车电子发展的动力

汽车法规:最早的主要针对安全问题，随后陆续制订了排气污染与噪声控制、燃油经济性等一系列日益严格的法规20世纪80年代，采用电子控制技术对汽车的机械系统进行改造，使汽车的动力性、经济性、操纵性、平顺性、和安全性能等都得到了进一步的提高和改善20世纪90年代，随着人们对节能、环保、安全、舒适、便捷和豪华的追求，半导体集成电路和计算机技术的进步，汽车上安装的电子装置急剧增多，一些家用电器和计算机也逐渐地移上了汽车汽车电子发展历程第一阶段：20世纪50年代初到70年代初

主要特点：应用分立元件和简单集成电路组成的电子装置代替传统的机械部件

1953年美国Bendix公司着手开发汽油电喷装置1955年晶体管收音机成为汽车的标准部件1960年起，克莱斯勒和日产开始采用二极管整流式交流发电机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，1967年德国Bosch公司公布了D-Jetronic系统

1969年开始研制汽车变速器的电子控制装置，并于1970年装车使用汽车电子发展历程（续）第二阶段：从20世纪70年代到90年代中期

主要特点：汽车电子控制技术初步开始形成。应用大规模集成电路减小电子产品的体积，应用微处理器提高电子系统的可靠性和稳定性；应用电子装置解决机械装置所无法解决的复杂的自动控制问题1970年：电子控制防滑装置——载货汽车防抱死制动装置(ABS)1972－1975年：BOSCH公司先后投产电子控制喷射系统1973年通用公司采用IC点火装置，随后逐渐普及。1974年通用公司装备高能点火系统，点火系统一体化汽车电子发展历程（续）第二阶段：从20世纪70年代到90年代中期1976年克莱斯勒公司开发出模拟计算机控制电子控制点火系统1977年美国通用公司开始采用数字式点火控制系统，是一种真正的电子控制系统。同年，福特公司扩展到能同时控制点火、废气再循环和二次空气喷射的发动机电子控制系统。1978年发动机电子控制系统具备空燃比反馈控制和怠速转速控制功能1980年丰用公司开发了能综台控制喷油、点火时刻和怠速转速，并具有自我诊断功能的TCCS系统80年代，出现了微机控制的汽车仪表系统90年代，电控燃油喷射系统普及汽车电子发展历程（续）第三阶段从90年代中期－汽车电子控制技术作为工程技术已经成熟广泛应用16位或32位微处理器进行控制，控制技术向智能化方向发展主要开发车辆智能控制技术，模拟人的思维和行为对车辆进行控制主要产品有发动机管理系统、牵引力控制系统、控制器区域网络CAN通讯系统、四轮转向控制系统、轮胎气压控制系统、声音合成与识别系统、自动防追尾碰撞系统、汽车自动导航系统和自动驾驶系统等汽车电子应用现状目前，国外汽车电子产品平均接近汽车制造成本的30％，未来平均将达到40％～50％目前，国内现生产的轿车中

—上海大众帕萨特轿车已达到18.7％

—上海通用别克轿车已达到25％

—一汽奥迪A6已达到了28%中档轿车的电子控制系统，现已超过了当年用于阿波罗登月飞船上的电子控制系统。2007年，我国轿车电子产品平均占到整车成本的比例超过20％汽车电子应用现状（续）汽车上70%的创新来源于汽车电子。国外每台汽车采用汽车电子装置的费用1990年为672美元，2000年已达到2000美元。在一些豪华轿车上，使用单片微型计算机的数量已经超过50个，电子产品占到整车成本的50％以上平均每辆新车汽车电子的成本汽车电子产品占每辆新车价值的比例汽车电子所占成本比例的增长率汽车电子应用现状（续）汽车电子增长速度的对比汽车电子产品分类汽车电子控制装置

车载汽车电子装置

动力传动总成控制系统

底盘电子控制系统

车身电子控制系统发动机管理系统自动变速器控制系统动力总成控制系统自动巡航控制系统电控悬架系统电控动力转向系统四轮转向系统防抱死制动系统牵引力控制系统驱动防滑控制系统电子稳定程序轮胎压力监测系统碰撞警示与预防系统电控安全带安全气囊电动门窗电动座椅电动后视镜自动照明系统自动空调系统自动雨刮系统智能防盗系统倒车雷达疲劳监视报警系统红外夜视系统全球卫星定位系统汽车导航系统汽车音响车载收音机电子组合仪表抬头显示器车载TV/DVD/VCD车载通信系统车载计算机后座娱乐系统智能交通系统设备主要汽车电子控制系统简介汽车电子控制系统的构成汽车电子控制系统由传感器、执行器和电子控制单元组成传感器和执行器是控制系统的重要组成部分，它们性能的好坏直接会影响到发动机或汽车的性能。电子控制单元（ECU）根据传感器采集的信息，按照一定的控制策略输出信号，控制执行器工作传感器执行器电子控制单元ECU主要汽车电子控制系统简介（续）汽车总线技术汽车电子装置增多，使用导线的数量增加，线束变粗、变重，维修困难，促进了总线技术的推广应用。汽车总线的特点信息共享、容易扩展、便于维修汽车总线的分类CAN总线、LIN总线、多媒体总线、故障诊断总线长度(m)重量（公斤）成本典型传统线束>200050100%车载网络(CAN）缩短50%以上减轻50％以上下降25%以上主要汽车电子控制系统简介（续）汽车总线主要汽车电子控制系统简介（续）发动机管理系统汽油机燃油喷射系统主要汽车电子控制系统简介（续）汽油机燃油喷射系统电子控制单元喷油器驱动电路转速信号处理主要汽车电子控制系统简介（续）汽油机燃油喷射系统主要元件主要汽车电子控制系统简介（续）变速器手动变速器机械自动变速器（AMT）液力自动变速器（AT）无级变速器（CVT）主要汽车电子控制系统简介（续）变速器发展简史及现状1939年通用公司开发出液力变矩器—行星齿轮液力变速器20世纪40年代末50年代初，液力控制换挡自动变速器1968年Renault公司在自动变速器上使用了电子元件丰田公司1976年实现了批量生产电子控制变速装置1982年丰田公司将微机技术应用于电子控制变速器系统Bosch公司于1983年研制成功发动机和自动变速器共用的电子控制单元目前，轿车自动变速器的装车率，日本超过80%，美国为70%，德国为62%，中国30%左右主要汽车电子控制系统简介（续）防抱死制动系统（Anti－lockBrakingSystem）

通过安装在各车轮或传动轴上的转速传感器检测各车轮的转速，计算车轮滑移率，并与理想的滑移率相比较，做出增大或减小制动器制动压力的决定，命令执行机构及时调整制动压力，以保持车轮处于理想的制动状态能够使车轮始终维持在有微弱滑移的滚动状态下制动，不会抱死目前小型载客汽车的标准配置主要汽车电子控制系统简介（续）ABS基本原理主要汽车电子控制系统简介（续）电子制动力分配系统（EBD）

汽车制动时，如果四只轮胎附着地面的条件不同，四轮与地面的摩擦力不同，在制动时（四个轮子的制动力相同）就容易产生打滑、倾斜和侧翻等现象功能就是在汽车制动的瞬间，高速计算出四个轮胎由于附着不同而导致的摩擦力数值，然后调整制动装置，使其按照设定的程序在运动中高速调整，达到制动力与摩擦力（牵引力）的匹配，以保证车辆的平稳和安全与ABS配合可大大提高制动性能主要汽车电子控制系统简介（续）电动助力转向系统（EPS）当操纵转向盘时，装在转向轴上的扭矩传感器不断地测出转向轴上的扭矩信号，该信号与车速信号同时输入到电子控制单元(ECU)。电子控制单元根据这些输入信号，确定助力扭矩的大小和方向，电动机的扭矩由电磁离合器通过减速机构减速增扭后，加在汽车的转向机构上，使之得到一个与汽车工况相适应的转向作用力汽车电子的发展趋势总体趋势保护环境：减少对大气的污染和节约能源安全：主动安全和被动安全架驶乘坐环境：满足“人体工程学”的设计要求公共基础设施的建设：网络通讯基础设施的建设和智能交通系统的建立节能技术将集中于信息网络化集成通讯系统互联网智能导航系统集成通信系统智能驾驶系统汽车电子的发展趋势智能巡航控制也称为自适应巡航控制(ACC)可自动完成驾驶、制动等操作智能安全保护系统是将安全带、安全气囊、乘员感知系统和碰撞预测系统集成在一起．在实际碰撞发生之前，就能够预知碰撞的发生，并采取保护措施集成控制系统把多种控制功能集成在一起，减少ECU的数量汽车电子的发