汽车电子技术发展与未来——车载智能

武汉理工大学物理系主要研究内容典型开发模式汽车电子未来走向汽车电子技术发展与未来——车载智能组合仪表戴亚文2007-10☆课件提要☆汽车电子技术国内外发展现状汽车电子技术主要研究内容汽车电子技术的未来走向几种典型智能车载仪表开发模式课程反馈国内外发展现状武汉理工大学物理系主要研究内容典型开发模式汽车电子未来走向•汽车电子技术国内外发展现状•汽车电子技术的主要研究内容基于CAN/LIN总线的传感器网络搭建数字化、智能化组合汽车仪表开发•几种典型智能车载仪表开发模式8位微处理器+VFD真空荧光管仪表显示系统16/32位嵌入式微处理器+TFT液晶仪表显示系统PC机+数据采集卡+LabVIEW/OpenGVS虚拟仪表开发•汽车电子技术的未来走向国内外发展现状武汉理工大学物理系国内外发展现状主要研究内容典型开发模式汽车电子未来走向一、汽车电子技术国内外发展现状汽车电子技术是汽车技术与电子技术相结合的产物。它的发展归结为两方面:首先，是为了不断适应各个时期的社会背景，如能源危机、环境污染和高速公路网的发展等，满足人们对汽车使用性能的更高要求，如舒适性、安全性、操纵方便等。其次，是由于电子技术的发展给汽车电子技术的发展提供了必要的物质条件:电子技术产品质量轻，占用空间小，处理速度快，传感精确，信息容量大，发展与应用前景十分广阔。图：汽车电子技术的形成与发展0汽车电子技术的形成与发展197519852000第二阶段第二阶段第三阶段第三阶段第一阶段第一阶段车载收音机发电机硅整流器晶体管无触点点火燃油喷射控制电子时钟发动机电子管理自动变速系统制动防抱死系统巡航控制电子仪表群小气候控制动力传动总成控制车身电子控制系统综合信息显示系统在线故障诊断系统通讯和导航系统多路传输和智能电源武汉理工大学物理系国内外发展现状主要研究内容典型开发模式汽车电子未来走向车载仪表的发展从工作原理取得的重大技术创新来分，可以划分为如下五个阶段:第1代汽车仪表是基于机械作用力而土作的机械式仪表，人们习惯于称这类仪表为机械机心表第2代汽车仪表的工作原理基于电测原理，即通过各类传感器将被测的非电量变换成电信号加以测量，通常称这类仪表为电气式仪表第3代为模拟电路电子式仪表第4代为步进电动机式全数字汽车仪表第5代为充分应用光技术和机电一体化技术，并突出信息技术和网络技术的应用，通过计算机终端显示的数字化、智能化汽车仪表我国的车载仪表主要处于第3和第4代。下图为典型的电气机械式与全数字汽车仪表的外观比较武汉理工大学物理系国内外发展现状主要研究内容典型开发模式汽车电子未来走向车载仪表的发展在汽车仪表方面，我国使用老式的汽车指针仪表精确度不高，同时不能供给自动控制所需要的反馈信号，满足不了微机控制的要求。它远远落后于其他的汽车电子产品的发展，也远远落后于国外以微处理器为核心的组合式电子控制数字仪表组成的驾驶员信息系统。随着我国汽车电子化的高速发展，汽车电子仪表及显示装置作为汽车仪表系统的升级换代产品的开发和应用，日益显得迫切。因此，根据我国汽车工业“九五”发展规划以及世界汽车电子产品应用和发展趋势，我国规定的将重点发展的20种汽车电子产品中就包括了汽车电子仪表及其显示装置。国内外发展现状Services典型开发模式汽车电子未来走向主要研究内容Services二、汽车电子技术的主要研究内容基于CAN/LIN总线的传感器网络搭建什么是CAN总线——CAN全称为“ControllerAreaNetwork”,即控制器局域网,是国际上应用最广泛的现场总线之一。最初,CAN被设计作为汽车环境中的微控制器通讯,在车载各电子控制装置ECU(ElectronicControlUnit)之间交换信息,形成汽车电子控制网络。比如：发动机管理系统、变速箱控制器、仪表装备、电子主干系统中,均嵌入CAN控制装置。一个由CAN总线构成的单一网络中,理论上可以挂接无数个节点。实际应用中,节点数目受网络硬件的电气特性所限制。CAN可提供高达1Mbit/s的数据传输速率,这使实时控制变得非常容易。另外,硬件的错误检定特性也增强了CAN的抗电磁干扰能力。CAN总线典型系统组成武汉理工大学物理系国内外发展现状武汉理工大学物理系主要研究内容国内外发展现状典型开发模式汽车电子未来走向CAN总线的优点无破坏性的基于优先权竞争的总线仲裁；可借助接受滤波的多地址帧传送具有错误检测与出错帧自动重发功能数据传送方式可分为数据广播式和远程数据请求式。CAN总线通信协议包括CAN2.0A、CAN2.0B两种格式，其原理上是一致的。武汉理工大学物理系主要研究内容国内外发展现状典型开发模式汽车电子未来走向什么是LIN总线LIN(LocalInterconnectNetwork)是一种低成本的串行通讯网络，用于实现汽车中的分布式电子系统控制。LIN的目标是为现有汽车网络(例如CAN总线)提供辅助功能。因此，LIN总线是一种辅助的总线网络。在不需要CAN总线的带宽和多功能的场合，比如智能传感器和制动装置之间的通讯，使用LIN总线可大大节省成本。LIN通讯是基SCI(UART)数据格式，采用单主控制器/多从设备的模式，仅使用一根12V信号总线，和一个无固定时间基准的节点同步时钟线。这种低成本的串行通讯模式和相应的开发环境已经由LIN协会制定成标准。LIN的标准化将为汽车制造商以及供应商在研发、应用、操作系统降低成本。图：LIN总线的实际硬件实现电路武汉理工大学物理系主要研究内容国内外发展现状典型开发模式汽车电子未来走向CDC3257G-C2+嵌入式RTOS(uC/OC-II)LIN网关MC33399CAN网关数据存储模块数据采集模块诊断接口系统时钟转速表车速表水温表油压表燃油表CAN总线LIN总线数字化、智能化组合汽车仪表开发主要研究内容汽车电子未来走向国内外发展现状Services典型开发模式主要研究内容三、几种典型智能车载仪表开发模式8位单片机+VFD真空荧光管仪表显示系统图：MicrochipPIC16C72A/ATMELAVRMEGA8（8位）武汉理工大学物理系武汉理工大学物理系典型开发模式国内外发展现状主要研究内容汽车电子未来走向16/32位嵌入式微处理器+TFT液晶仪表显示系统图：TMS320LF2407（TI公司DSP）武汉理工大学物理系典型开发模式国内外发展现状主要研究内容汽车电子未来走向图：IntelXscalePXA255（ARM9处理器）武汉理工大学物理系典型开发模式国内外发展现状主要研究内容汽车电子未来走向PC机+数据采集卡+Labview/OpenGVS虚拟仪表开发LabVIEWOrOpenGVS数据采集主要研究内容典型开发模式ContactUs国内外发展现状Services典型开发模式汽车电子未来走向武汉理工大学物理系四、汽车电子技术的未来走向目前，消费者对汽车电子的要求是：可靠耐用的电子系统，更强大的安全功能，更加舒适。汽车制造商的要求是：完全集成的系统以提高性能，降低系统总成本，功能更丰富，系统更可靠。这意味着汽车电子厂商要面临严峻的技术挑战，同时也将得到更大的市场成长空间。动力与传动系统——变速箱与手动档汽车相比，自动档汽车由于其驾驶的舒适性，正受到越来越多驾驶者的欢迎。在自动变速箱中，宽齿比可提供更好的驾驶体验和更高的总体效率，因此，宽齿比正在从豪华汽车走向种类繁多的乘用车和轻型卡车。一般来说，根据车型的不同，6速变速箱可以使油耗降低3%~7%。与传统的3速和4速变速箱相比，宽齿比设计要求电子器件更精准、更灵活，功能更强大。武汉理工大学物理系汽车电子未来走向国内外发展现状主要研究内容典型开发模式混合动力系统随着节能和消除污染需求的增长，相关研究显示，在今后几年，混合动力汽车的需求将剧增。与许多功率电子应用不同，混合动力汽车模块的设计需要子系统紧密集成，以在给定成本下获得最理想的系统性能。总体功率系统架构和混合系统设计类型(微型、轻型或全面混合)决定着燃油节省程度，因此，功率电子器件在保证效率、可靠性和成本效益上起着重要作用。凭借微控制器、功率器件和传感器的产品组合，英飞凌可从系统角度分析混合动力汽车逆变器，并在优化系统性能的同时，提供最为经济有效的解决方案。业内专家预测，与内燃机相比，微型混合动力汽车可以节省5%~10%的燃料，带有再生制动和启动功能的轻型混合动力汽车可节省15%~35%的燃料，而完全混合动力汽车可节省40%~60%的燃料。软件开发平台对于引擎和传输控制、刹车防抱死系统和底盘/悬挂系统的开发来说,控制工程师通常在商用快速原型开发硬件上运行自动生成的C语言代码，以验证控制模式的运行功能。然而，原型开发硬件通常并不代表实际工作的MCU。因此，工程师无法知道控制算法在实际工作的MCU上的实际性能。此外，工程师期望在开发的早期阶段，在目标MCU上运行控制算法，以检验他们的设备选择。但是，如果必须人工编写初始化、设备驱动程序和调度器的代码，这项工作就会变成非常困难，并耗费很长时间，从而延长设计周期,增加开发成本。武汉理工大学物理系汽车电子未来走向国内外发展现状主要研究内容典型开发模式仪表显示驱动器从增强型车辆诊断、辅助倒车摄像头等驾驶员辅助功能，到数字媒体与全实时导航系统，随着汽车信息量的不断加大，对更高图形性能与集成度的显示屏的需求就愈加迫切。为了解决这一技术难题，TI推出32位TMS470MCU平台的扩展版本，TMS470PLFx专门针对多达6个步进马达的系统而设计，并与TIOMAP33x及基于TMS320DM64x的图形控制器紧密结合，以驱动高清LCD与薄膜晶体管(TFT)显示屏。从车辆数字显示技术近期的发展趋势来看，传统模拟监测技术与数字显示技术并存，但某种迹象也显示，传统模拟技术大有被数字显示完全取代之势。消费者已经习惯于个人电脑与手持式设备提供的高性能图形，他们对车辆显示屏的要求有增无减，因此，高质量图形必不可少。LED车灯控制对于车灯应用而言，OEM厂商正在将普通灯泡替换为LED，后者体积更小、更轻，并且易于整合和制造。由于LED比普通灯泡效率更高、更可靠，这使设计者可改善功率管理效率，并且会大大减少车主在车辆使用期间车灯发生故障的情况。英飞凌的5通道高侧智能功率开关SPOC系列，用于控制汽车内部和外部照明系统的标准灯泡和LED灯，从而为制造商提供灵活的解决方案，以跟上将普通灯泡替换为LED灯的趋势。车载通信娱乐系统在汽车行业内，全新汽车电子设备的开发至关重要，它会刺激其他潜在消费类电子设备的需求，如汽车中的免提电话、语音控制、GPS目的地语音录入、音/视频等相关通信娱乐产品。武汉理工大学物理系主要研究内容典型开发模式汽车电子未来走向课程反馈[e-mail]~国内外发展现状