汽车电子信息技术状况及趋势

1汽车电子信息技术状况及趋势中国汽车工程学会名誉理事长张兴业2以汽车电子信息为核心的技术革新、技术发明大量涌现、日新月异；人们认为现在正处于科技创新时代，预计21世纪第一个十年的技术创新将比过去一百年还要多；汽车科技进步将由量变到质变，发生新的技术革命；现代汽车已经由传统的机电产品发展成为高新技术产品，或者说是由高新技术产品装备起来的产品；汽车产业也已经成为用高新技术装备起来的产业；汽车智能运输（ITS）正迅速兴起。一、汽车工业正处于科技创新时代（Ageofinnovation）3二、法规和市场推动汽车电子信息技术发展能源、排放、安全法规日趋严格和客户对舒适性的要求不断提高，推动了汽车电子信息技术的发展；燃料经济性将大大提高：经济型轿车将达到80mpg或3升／100公里；德国2005年将生产百公里油耗一升的轿车；日本大发开发出百公里油耗1.5升的轿车；有害气体及二氧化碳的排放将大幅度降低：欧洲----2005年起将执行EUⅣ标准，并向EUV发展；美国----2004年起执行Tier2标准，达到ULEV和SULEV，加州提高0排放和部分0排放汽车的比重；欧洲2008年CO2的排放量为140g/km，相当于降低燃料消耗25%；提高汽车安全性：安全带、安全气囊、ABSABS、、ASRASR；；改善乘坐舒适性，NVH；4三、汽车电子信息技术高速发展汽车已经成为电子信息产品的最大载体，产品的价值平均已占汽车成本的1/3，其中软件占4%，人们预计近期将达10％；车载系统：显示、警告、音响、音像、通讯等数量越来越多，性能质量日益提高；控制系统：微处理器的规模越来越大，如BMW7系列发动机控制已经由16bit发展到32bit、40MHz；微处理器数量越来越多，大众辉腾已达60个，并采用CAN、LIN等总线和网络控制；远距离通讯Telematics、车内通讯无线化Bluetooth迅速发展；芯片集成度日益提高，Motorola开发出用于安全方面的具有想像能力的e－fieldIC，一个IC可以代替原来的多个甚至10个IC；为了扩充汽车电力容量将逐步采用42伏电压。5四、发展电控电喷提高动力系统的效率当前各种动力系统全部采用电控电喷，正普及和提高：现代电控高压直喷柴油机正大量用于轿车；电力电子模块控制的混合动力驱动开始成为主流趋势；氢燃料电池混合动力汽车的商业化有新进展；电控电喷复合火花点火发动机（Complexspark-ignationengine）技术已经成熟，现正大力推广普及；高级电控均匀充气压燃（HCCI）发动机正加紧研究。61、电控高压现代直喷柴油机发展迅速电子控制的泵喷嘴或共轨喷油的直喷、增压、中冷柴油机，采用多气门、变截面增压器、废气再循环和颗粒扑捉器等新技术；热效率45%，可省油30%，装于经济型轿车百公里油耗３升，排放达到EUⅣ，也可达到EUV；欧盟柴油机轿车，2002年已经占轿车销量的40%，其中法国60%，去年已达47%，预计很快将超过50%；压电喷油器，速度更快，预喷、主喷和后喷，每冲程可喷油7次；喷油压力提高，泵喷嘴喷油压力Bosch达到2050bar，Delphi达到2000bar；第二代共轨喷油压力由1350提高到1600，Denso达1800bar；美国决定发展柴油机轿车，EPA要求2006年中在全美生产（15ppm）的低硫柴油和柴油机轿车；我国也必将发展柴油机轿车，并生产低硫柴油。72、电力电子模块控制的混合动力汽车正成为主流丰田的Prius投放2004年型，电机50kw500v，提高50%，由紧凑型发展成接近Camry的中等尺寸型，按EPA燃料经济性，城市60mpg，已被加州认证为部分０排放（AT-PZEV），售价$20000美元、保证期8年/100000mi,年销量将超过30-40万辆；美国将突破混合动力SUV、Pickup：福特EscapeSUV、用I42.3L取代V6、Atkinson循环、排放AT-PZEV；戴克6座TourerSUV、用184kwV8柴油机＋50kw电动机、33mpg（7.1L/100km）；本田的AccordHEV，用VCM变排量发动机、经济性相当于Civic；丰田LexusRXHEVSUV，3.3LV6Atkinson；GM和戴克开发了弱混合动力轻卡，采用起动/发电机，发动机能自动停车、起动，具有制动再生，可降低油耗和排放；电动混合动力已经是通用技术，汽油、柴油、天然气、燃料电池任何一级动力都可采用；我国已经将混合动力车列入科技部863计划，正加快商业化；8３、氢燃料电池混合动力汽车有新发展氢燃料电池核心部件电池堆取得进展，BallardMark902型，是最优化设计，UTC大气压力燃料电池堆，通用的电池堆能在-20℃（-4℉）低温运转；降低成本是实现商业化的关键，现在燃料电池系统的成本（包括配套部件和重整器）是$300/Kw，目标成本是$50/Kw；氢气配送和基础设施获得进步，其中压缩氢气前景看好；商业化迈出第一步，日本丰田、本田以租赁方式开始出售；通用燃料电池混合动力厢式货车开始在华盛顿为邮政服务；美国燃料电池协会为商业化拟定了国际、国内和行业标准；美国政府的2002年1月FreedomCAR、2003年1月FreedomFuel，分别投资5亿和12亿美元，开发燃料电池和氢气配送系统，其中2004财政年度投资2.73亿美元；我国863燃料电池汽车计划进展很好，现正进行有关商业化的工作；9４、电控复合火花点火发动机迅速普及采用缸内直喷、增压、分层稀薄燃烧等新技术，减小汽油机尺寸，提高出力和部分负荷效率；关键技术是智能变气门正时及升程（VVT-i），有多种形式如本田i-VTEC、Porsche变凸轮升程（varioCamPlus）和BMW的气门电子(valvetronic)，引发了一系列变化，可变压缩比、可变排量等；SiemensVDO汽车公司供给BMW的气门电子，可以在0.3-9.7mm范围内无限制的连续改变进气门升程，适应怠速、加速、减速和全负荷等工况，消除了节气门，降低泵气损失，轻负荷时气门升程控制在0.5-2mm，改善燃料汽化，可降低10%的燃油消耗；电子控制的电磁（或电液）气门正时（EVT）系统，消除凸轮轴、气门推杆、正时链和驱动气门的各种零部件，而由电磁铁所取代，能使气门在需要的任何时间、单独或同时开关，改善燃料经济性15%，改善扭矩20-30%；现在技术已经完全成熟，正普及推广，如GM的DOD、本田的VCM变排量发动机，丰田的GR系列和VVT-i将普及；西门子VDO汽车公司开发了一项新技术叫做电子脉冲充气（简称为EIC），Mazda62.0L已用于生产；英国正研发一种在两冲程和四冲程之间自动切换的汽油机，称为2/4SIGHT；105、高级电控均匀充气压燃（HCCI）发动机正加紧研究HCCI的基本原理是将燃料和空气预先混合成稀薄气体充入发动机的汽缸，随后将其压缩到较高的压力和温度直到发生类似汽油机的敲缸反应，爆发温度峰值不超过1850K，燃烧过程能够在不形成颗粒和NOx排放的情况下完成；可使用多种燃料，是未来柴油机和汽油机的趋同，过程发生的温度和压力取决于所用燃料的燃烧特性，使用高辛烷值燃料如天然气，发动机效率接近柴油机，使用低辛烷值燃料如柴油，燃料经济性将与标准的汽油机相当，但不发生通常的污染；HCCI的爆发过程非常难以驾驭，控制系统非常复杂，不仅要控制进气温度、压力，还要控制空燃比和燃料辛烷值等各种变量；需要采用大规模高效率的电子信息技术逐个汽缸的实时控制，是对控制系统的一个严峻挑战；能否开发出可行的系统，生产发动机仍需待以时日。11五、发展汽车电子信息技术提高安全舒适性安全是汽车技术发展的首要问题，所谓安全第一；避免和减少发生碰撞的技术即主动安全技术，用于高级车的电子稳定控制（ESC）装置，零售价降到$280，2003年美国装用率为10％，预计2007年将超过50%，如都装上电子稳定控制器，每年可拯救上万人的性命；汽车碰撞时避免和减少人员死伤的技术即被动安全技术，如智能安全带和安全气囊；大陆公司正在探讨将其安全原理倡议为主动安全和被动安全的集成趋势APIA（activepassiveintigrationapproach）；今年4月美国SAE-I百周年年会专门讨论了这个问题，大家一致看好APIA，认为只靠增加安全气囊是不能解决问题的；娱乐的革命在汽车电子中的消费电子领域，家用和车用数字革命将连在一起，咖啡店的Wi-Fi将进入汽车；12各种线控制系统或线驱动系统将迅速发展：线控换档（shiftby-wire）、线控转向（steer-by-wire）、线控制动（brake-by-wire）正加紧研究开发；线控制或驱动系统将取代机械连杆机构而实现以电子信息技术为基础的电动化，汽车底盘结构将发生革命性变化；AUTOnomy概念车底盘－滑板结构就是SKF线控制的、燃料电池驱动的，加上不同形状车身的轿车，现在已经可以开动，通用公司宣传DringtheHy-wire，这种车有可能在未来10年上市；这一目标实现时汽车将是一种完全的高新技术产品，发动机、变苏器、传动轴、驱动桥、转向机全部不见了，当然4个轮子还是要的，所以有人说是轮子上的计算机。六、线控制或驱动系统（x-by-wiresystem）迅速发展13七、智能汽车运输系统（ITS）正在迅速兴起智能汽车运输系统，包括汽车的智能化，公路的自动化，卫星导航等；汽车的智能化又包括指示系统、警告系统、辅助操作系统、信息收发系统、音像系统以及自动交费等服务功能；美国政府再次提出开发智能汽车的倡议，重点是改善汽车的设计，采用警告司机注意险情的新技术，对司机的操作提出建议，并部分地参与对汽车的控制，以避免汽车碰撞；预计采取此项措施，可以减少75%的因司机的操作差错而导致的汽车碰撞，可以减少一半的汽车变线事故，可以减少49%的追尾事故；据美国运输部统计，每年在美国道路上发生的交通事故，导致大约41500人死亡和340万人受伤，造成的经济损失每年大约为1500亿美元；最高境界应是无人驾驶，汽车自动行驶，可使司机从繁忙的操作中解脱出来．还可以增加2-3倍的汽车流量，汽车成为流动办公室；城市的道路信号及服务设施，也要适应智能运输要求，正兴起一个为智能运输提供各种产品和服务的行业。14八、汽车产业已用高新技术装备起来汽车需求的个性化和人性化；首先签订供货合同，然后按订单安排生产计划；多品种柔性生产和混流装配；模块化采购和准时供货；现代化物流和配送体系迅速发展；网上交易（BtoB、BtoC）和服务正在发展。15九、综合控制是汽车电子信息技术发展趋势分系统综合控制：动力传动、底盘、车身；线控驱动、传动、转向、制动为核心的整车底盘控制系统；主动和被动安全的集成趋势；远程信息处理系统（Telematics），紧急呼救、调度管理、车辆诊断、信息咨询，利用现有无线通讯，比卫星导航费用较低，也能过渡到智能交通；车内通讯无线化，Bluetooth高速安全无线通信技术，传送声音和数码，减少车用电线，并与手机连接；车辆内部通讯系统，CAN、LIN等网络系统；信息显示系统，为驾驶员和乘客提供各种信息；车身系统：车灯、可调车窗玻璃、智能气囊、智能安全带、车外气囊等；新能源特别是氢燃料可能给汽车带来新的生命；汽车智能化将使汽车从交通工具转变为流动办公室和人们生活中的一部分。16十、汽车电子信息产品是一个大市场据计算和测算汽车电子信息产品已占汽车成本的1/3，汽车电子信息产品已占电子信息产品总量的1/3；预测市场将年递增7%，到2007年将达1060亿美元，仅车载远程信息处理系统就能达到200亿美元，底特律的OnStar开始进入我国，深圳赛格和一汽启明公司已经开始实施；汽车用品行业发展迅速，已开始成为现实大市场，许多消费电子产品作为汽车用品进入汽车，预计今后几年还将高速增长；中国汽车电子信息产品市场将迅速扩大，所以必须加快我国汽车电子信息产业的发展，否则外国汽车电子信息产品将大举进入中国市场。17十一、我国汽车电子信息产品发展重点汽车电子信息产品的关键技术是专