汽车电子技术的发展和应用

TRENDTRACKING趋势跟踪汽车电子技术的发展和应用目前约70%的汽车技术创新来源于电子技术的应用。汽车电子技术可划分为基础技术、电控系统和人车环境交互三个层次。电控技术在汽车发动机上有大量应用，如：可变气门正时、涡轮增压、缸内直喷、稀薄燃烧、陈光前东风汽车公司商用车技术中心一、汽车电子技术的发展执行器电控技术层人、车、环境交互层基础技术层传感器随着社会对汽车节能、环保、安全要求的日益严格以及人们对乘坐舒适性、驾驶便捷性要求的日益提升，电子化、信息化、网络化和智能化成为汽车产品先进性的重要体现。当前世界汽车工业约70%的技术创新来源于电子技术的应用。现代汽车电子集电控技术、信息、网络技术和汽车技术于一体，包括基础技术层、电控系统层和人车环境交互层。上网办公、移动电话、多媒体娱乐导航定位、智能交通…辅助驾驶、运程诊断动力传动电控底盘电控车身电子转向控制仪表显示发动机电控制动控制空调控制变速器电控悬架控制安全气囊车身附件1． 汽车电控系统平台技术发展动力传动方面：在汽油发动机上，可变气门正时VVT、涡轮增压、缸内直喷、稀薄燃烧、可变压缩比、OBD在线诊断控制技术正在得到发展应用，基于缸压控制的电控发动机和均质压燃发动机研究工作不断深入。预计到多功能集成芯片实时操作系统技术标准2009No.317TRENDTRACKING趋势跟踪可变压缩比、OBD在线诊断、基于缸压控制的电控发动机、均质压燃发动机、高压共轨、单体泵、电控直列组合泵及高压燃油喷射、可变截面涡轮增压、废气再循环EGR控制和排放后处理等。将发动机与自动变速器（包括AT、AMT、CVT、DCT）组成的动力传动系统进行一体化集成控制，以实现动力性和经济性目标，是目前的技术热点。电控技术在转向系统上的应用包括：电动助力转向系统、主动性前轮转向电控技术、四轮转向、主动转向和线控转向等。车辆稳定控制系统集成了多项制动系统控制技术，为底盘一体化控制系统的核心。电控技术在制动系统上的应用还包括：电子驻车制动系统、电控液压制动系统及电子机械制动和线控制动技术。电控悬架是电控技术在底盘上的又一方面应用，目前电控空2012年，采用VVT技术发动机将占世界轿车汽油机市场80%的份额。日、美、欧开发的缸内直喷发动机技术产品已比较成熟，我国市场上已有装用缸内直喷发动机的轿车。在柴油发动机上，采用高压共轨、单体泵或电控直列组合泵技术，可以达到欧Ⅲ排放标准，而要达到欧Ⅳ、欧Ⅴ或以上排放标准，需要在采用OBD在线诊断技术基础上，采用电控高压燃油喷射、可变截面涡轮增压、废气再循环EGR控制和排放后处理技术（还原催化器SCR和颗粒捕捉器DPF）。目前，国外高压共轨喷射技术产品已很成熟，系统开发技术已发展到第三代。在发动机电控技术上，以32位嵌入式微控制器及多任务实时操作系统为内核的电控ECU开发成为主流。在自动变速器上，通过动力传动一体化的集成控制优化动力性和燃油经济性是目前的技术发展热点，目前电控液力自动变速器AT是轿车应用主流，电控无级变速器CVT、电控机械自动变速器AMT和双离合器变速器DCT也得到快速发展，商用车则越来越多地装用AMT，奔驰、沃尔沃和雷诺在新中重型商用车上均装备了AMT系统。底盘方面：在转向系统上，电动助力转向系统EPS是继液压助力转向之后，汽车转向系统的又一重大技术进步。2007年在欧洲上市的轿车50%采用了EPS。目前，EPS在集成传感器、控制策略、助力电机（永磁同步电机）等开发方面不断取得新进展。主动性前轮转向电控技术AFS能够改善对方向盘输入的动态响应特性和增强汽车横摆稳定性。四轮转向4WS、主动转向AS、线控转向SBW等技术发展迅速。本田、雷诺、德尔福相继推出四轮转向系统，线控转向样机也已出现。在制动系统上，集成防抱死制动技术和驱动轮防滑技术ABS/ASR和汽车横摆稳定控制技术DYC的车辆稳定控制系统ESP（或ESC）是一项最先进的主动安全技术，ESP强大的扩展功能使其可作为底盘一体化控制系统的核心。目前欧美几乎所有的中高档轿车都已安装或准备安装ESP系统，并逐步向重型载货车等商用车普及。奔驰Actros载货车上ESP为标准配备，沃尔沃牵引车系列也开始装备ESP系统。电子驻车制动系统EPB、电控液压制动系统EHB也有产品投放市场。电子机械制动EMB和线控制动BBW已成为研究热点并取得可喜进展。悬架系统主要由弹簧、减震器和横向稳定杆等组成。电控空气悬架系统ECAS技术越来越受到关注。电控空气悬架系统靠调节空气弹簧刚182009No.3TRENDTRACKING趋势跟踪气悬架应用正从大客车和重型载货车逐步向乘用车普及。此外，采用阻尼连续可调的电磁流变减震器的半主动悬架系统也进入实际应用阶段。综合协调集成控制的目的是实现对多控制目标的统一协调控制。为此需建立处于最高级别的控制层，如整车控制器，通过全局优化方法得到最佳整车控制效果。而以汽车分布式控制系统为基础的车载网络总线技术的应用，为此提供了技术保证。辅助驾驶（安全）系统即将智能传感技术和响应快速可靠的执行器技术与汽车的集成协调控制策略和网络通讯技术相结合，提高汽车的环境实时感知/预警、车辆行驶路线规划决策和自动驾驶操作能力，从而获得具有全自动驾驶系统和自动防撞功能的安全、智能汽车。车用传感器技术未来总的发展趋势是多功能化、集成化和度和减震器阻尼来实现对悬架的控制，也可调节车辆高度，使用可控型的横向稳定杆来满足悬架系统侧倾角刚度控制功能。目前，发达国家大客车几乎全部使用电控空气悬架，重型载货车应用的比例也很高，电控空气悬架系统也日益广泛地应用在豪华轿车和SUV车型上。近年来，在欧洲和北美市场，乘用车电控空气悬架系统需求呈增长态势，2007年应用电控空气悬架的乘用车已超过150万辆。此外，采用阻尼连续可调的电磁流变减震器已应用在高级轿车上，如美国德尔福公司的磁流变减震器半主动悬架系统己用于凯迪拉克高挡旅行轿车上.综合协调集成控制：汽车电子技术已从用单一技术解决特定问题阶段发展到用综合协调集成控制技术解决系统问题阶段。综合协调集成控制所追求的目标是实现对多个控制目标的统一协调控制，以全面提高整车的动力经济性、平顺性和稳定性。以底盘一体化电子控制技术为例，融合了防抱死制动系统ABS、驱动轮防滑技术ASR、主动性前轮转向系统AFS和直接横摆控制DYC的功能；在汽车动力学综合管理系统中，结合了DYC、AFS和主动悬架控制技术的功能；对主动和被动安全技术也要进行集成控制。为了实现多目标的综合集成控制，需要建立一个处于最高级别的控制层，起全面综合协调作用，如整车控制器VECU，通过全局优化的方法得到最佳整车控制效果。而以汽车分布式控制系统为基础的车载网络总线技术的应用，为整车综合集成控制提供了技术保证。辅助驾驶（安全）系统： 通过车载红外视觉传感器、毫米波雷达、车速传感器、陀螺仪等装备，采集车辆运行道路环境及车速、车辆姿态等信息，再运用图像处理、信息融合、模式识别等技术，实现道路标志识别、道路环境场景实时显示、驾驶安全语音提示、安全车距保持、驾驶疲劳监控及对周边车辆的检测与跟踪等功能，并可实现自适应巡航辅助驾驶控制。如果将能够感知周围环境的智能传感技术和响应快速可靠的执行器技术与汽车的集成协调控制策略和网络通讯技术相结合，可使汽车的环境实时感知/预警能力、车辆行驶路线规划决策能力和自动驾驶操作能力大大提高。最终将发展为具有全自动驾驶系统和自动防撞功能的真正意义上的安全的、智能的汽车。车用传感器技术： 传感器的多功能集成和系统化集成封装将使电控系统反应更灵敏、更智能。世界各国都非常重视对车用传感器的研究开发。以微电子机2009No.319TRENDTRACKING趋势跟踪智能化。信息系统平台是以人、车、环境交互为特征的，能够提供多种汽车娱乐和车载信息服务功能。各种车载信息系统又可通过CAN、FlexRay、MOST、蓝牙无线局域网等组成车辆网络系统，并与外界的INTENET网构成完整的车载信息网络系统。汽车网络总线技术带来了整车电气系统设计的革新和结构优化。网络总线开发秉承平台化开发理念，同时在网络总线中使用独立网关，并重视路试前的模拟仿真。网络总线未来将以LIN、CAN和FlexRay等三大网络为主。械系统技术MEMS为代表的传感器设计、制造技术正逐步成为汽车传感器的主流设计、制造技术，未来车用传感器技术总的发展趋势是多功能化、集成化和智能化。2． 信息系统平台和网络总线技术发展信息系统平台：信息系统平台是以人、车、环境交互为特征的，它基于嵌入式车载远程信息处理系统技术Telematics，能够提供多媒体移动视频音频、GPS定位导航、移动通信、移动办公、车辆远程故障诊断、综合信息显示、辅助驾驶等多项功能，并可应用人性化人机界面和语音识别控制技术。目前信息显示终端发展为液晶显示屏LED，汽车仪表信息、车身状况信息、导航信息、多媒体信息、车辆后视信息等均可以一屏或多屏方式显示其上。汽车娱乐和车载信息系统是消费电子工业和汽车工业的结合，已经成为汽车的一个重要组成部分。车载信息系统的开发，是依托嵌入式实时操作系统，以Eclipse集成构架为基础，融入多媒体和网络中间件，以软件平台方式进行的。各种车载信息系统可以通过CAN、FlexRay、MOST、蓝牙无线局域网等组成车辆网络系统，并与外界的INTENET网构成完整的车载信息网络系统。网络总线技术：为简化日益增多的汽车电控装置线路连接，提高系统可靠性和故障诊断水平，利于各电控装置之间的数据资源共享，便于建成开放式的标准化、模块化结构，汽车网络总线技术得到了很大的发展，带来了整车电气系统设计的革新和结构优化。在欧美等国家和地区，网络总线的开发大都秉承平台化开发理念，目的是使开发的网络总线尽可能满足各种车型配置需求。即同一平台可供多个车型使用，平台复用程度高。网络总线平台化开发的另一特点在网络总线中使用独立网关。整车网络总线一般包含几个子网，各子网之间以独立网关为枢纽。独立网关具有独立的翻译转换功能，因而能够保证在子网更换或ECU供应商变更情况下不影响整车网络通讯。而重视路试前的模拟仿真可提高开发质量和降低开发成本。专家认为，网络总线的未来发展方向将以局部互联网络LIN、控制器局域网络CAN和具有更可靠的高速可确定性、故障容错性的网络FlexRay为主。其中，FlexRay将是未来网络总线中的骨干网络。另外，媒体信息传送网络MOST和ByteFlight也都将在媒体网络和安全网络中占202009No.3TRENDTRACKING趋势跟踪目前，汽车半导体产品的功能向一体化、智能化方向加速发展，集成度越来越高。以微控制器MCU为例，32位乃至64位MCU今后两三年将是增长幅度最大的汽车电子产品之一。已实现了基于FlexRay的产品开发。嵌入式实时操作系统、平台中间件、应用软件组成了ECU软件平台的一体化整体架构。随着ECU设计的复杂性越来越高，世界主流汽车公司、汽车电子产品供应商和半导体芯片供应商开始推进ECU相关技术（软、硬件）的标准化。虽然我国汽车电子技术远不适应汽车工业的发展需要，但在技术开发和产业化方面仍取得有重要地位。3． 基础技术平台技术发展汽车半导体产品技术：车用半导体产品在汽车中发挥着日益重要的作用。制造工艺的不断进步使汽车半导体产品的功能向一体化、智能化方向加速发展，集成度越来越高，采用90nm工艺的32位微控制器MCU越来越多。日本许多半导体厂商正在加紧进行具有高温适应能力的碳化硅（SiC）元件研究，碳化硅技术正获得越来越多的应用。车用半导体产品在发动机控制系统、底盘和安全控制系统、车身控制系统、汽车通讯娱乐和导航系统中的应用增长迅速，而所有这些控制系统技术水平的提高，都有赖于处理能力更强大的中央微控制器。此外，随着高档轿车上多功能车载电子产品数量的增加，32位MCU开始逐渐受到重视。今后两三年内，32位乃至64位MCU将是增长幅度最大的汽车电子产品之一。目前半导体生产商已经推出了针对底盘和安全系统等解决方案的MCU产品，实现了基于FlexRay的产品开发，加速了F