電子技術(shù)在現代汽車(chē)上的應用及發(fā)展趨勢

自20世紀70年代以來(lái)，電子技術(shù)開(kāi)始在汽車(chē)上快速發(fā)展和廣泛應用，尤其是近幾年各種排放性能、燃油經(jīng)濟性和安全性能等法規的強制性要求，極大推動(dòng)了電子技術(shù)在汽車(chē)領(lǐng)域的推廣使用，使汽車(chē)電子化程度不斷提高，性能不斷加強。

1 汽車(chē)電子技術(shù)應用現狀

作為汽車(chē)工業(yè)與電子工業(yè)的結合，汽車(chē)電子產(chǎn)業(yè)得到了飛速發(fā)展。目前，西方發(fā)達國家的電子產(chǎn)品在轎車(chē)整車(chē)制造價(jià)格中所占的份量已經(jīng)達到了15%~20%，預計到2010年將達到25%~35%。汽車(chē)電子技術(shù)不僅推動(dòng)了汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展，同時(shí)也極大地促進(jìn)了電子產(chǎn)品市場(chǎng)的發(fā)展?，F代汽車(chē)電子技術(shù)在改善汽車(chē)動(dòng)力性、經(jīng)濟性、安全性、行駛穩定性和乘坐舒適性等方面發(fā)揮著(zhù)不可替代的作用。具體來(lái)說(shuō)，汽車(chē)電子技術(shù)的應用主要可分為以下四個(gè)方面。

1.1 動(dòng)力傳動(dòng)電子控制系統

主要包括發(fā)動(dòng)機電子控制(包括汽油機和柴油機)、自動(dòng)變速器控制(ECT、CVT/ECVT等)以及動(dòng)力傳動(dòng)總成的綜合電子控制等?？刂葡到y主要由各種傳感器、執行機構和電控單元(ECU)組成。其主要是保證汽車(chē)在不同的工況下均能處在最佳狀態(tài)下運行，并簡(jiǎn)化駕駛員的有關(guān)操作，從而降低油耗和排放，減少動(dòng)力傳動(dòng)系統的沖擊，減輕駕駛人員的勞動(dòng)強度，提高汽車(chē)的動(dòng)力性、經(jīng)濟性和舒適性。

1.2 底盤(pán)電子控制系統

包括制動(dòng)防滑與動(dòng)態(tài)車(chē)身控制系統(ABS/ASR、ESP/VDC)、牽引力控制系統、懸架及車(chē)高控制系統、輪胎監測系統(TPMS)、巡航控制系統(CCS)、轉向控制系統(如4WS)、驅動(dòng)控制系統(如4WD)等。其主要用于提高汽車(chē)的安全性、舒適性和動(dòng)力性等。近些年來(lái)，這類(lèi)控制系統開(kāi)始在普通轎車(chē)上廣泛采用。

1.3 車(chē)身電子控制系統

主要包括安全氣囊(SRS)、自動(dòng)座椅、自動(dòng)空調控制、車(chē)內噪音控制、中央防盜門(mén)鎖、視野照明控制、自動(dòng)刮水器、自動(dòng)門(mén)窗、自動(dòng)防撞系統以及滿(mǎn)足不同用電設備的電源管理系統。主要是用來(lái)增強汽車(chē)的安全性、舒適性和方便性。

1.4 多媒體娛樂(lè )、通訊系統

主要包括車(chē)載多媒體系統、駕駛員信息系統、語(yǔ)音系統、智能交通系統(1TS)，車(chē)輛導航系統(GPS/DGPS等)、計算機網(wǎng)絡(luò )系統、狀態(tài)監測與故障診斷系統等。用于聯(lián)結“人—車(chē)—外界環(huán)境信息”，以及協(xié)調整車(chē)各部分的電子控制功能。

2 汽車(chē)電子技術(shù)發(fā)展趨勢

隨著(zhù)更加先進(jìn)的靈巧型傳感器、快速響應的執行器、高性能ECU、先進(jìn)的控制策略、計算機網(wǎng)絡(luò )技術(shù)、雷達技術(shù)、第3代移動(dòng)通訊技術(shù)在汽車(chē)上的廣泛應用，現代汽車(chē)正朝著(zhù)更加智能化、自動(dòng)化和信息化的機電一體化產(chǎn)品方向發(fā)展，以達到“人—汽車(chē)—環(huán)境”的完美協(xié)調。

2.1 傳感器

隨著(zhù)汽車(chē)電子化發(fā)展，自動(dòng)化越高，對傳感器的依賴(lài)程度也就越大。汽車(chē)用傳感器的種類(lèi)多樣化和使用數量的增加，使得傳感器朝著(zhù)多功能化、集成化、智能化和微型化方向發(fā)展。這些將使未來(lái)的智能化集成傳感器不僅能提供用于模擬和處理的信號，而且還能對信號作放大等處理；同時(shí)它還能自動(dòng)進(jìn)行時(shí)漂、溫漂和非線(xiàn)性的自校正，具有較強的抵抗外部電磁干擾的能力，保證傳感器信號的質(zhì)量不受影響，即使在特別嚴酷的使用條件下仍能保持較高的精度；另外，它還具有結構緊湊、安裝方便的優(yōu)點(diǎn)，從而免受機械特性的影響。

2.2 微處理器(ECU)

自從1976美國通用汽車(chē)公司成功的將ECU應用到汽車(chē)發(fā)動(dòng)機的控制系統中后，汽車(chē)電子控制系統進(jìn)入到了新的高速發(fā)展階段，隨后ECU被應用到動(dòng)力傳動(dòng)、車(chē)身、安全等控制系統中。由于汽車(chē)用ECU對可靠性、信息處理能力、實(shí)時(shí)控制能力及成本上的特殊要求，基于通用芯片開(kāi)發(fā)出的ECU已經(jīng)很難滿(mǎn)足汽車(chē)電子控制系統的要求，因此，開(kāi)發(fā)出具有多路同步實(shí)時(shí)控制、自帶A/D與D/A、自我診斷、高輸入/輸出等功能的汽車(chē)專(zhuān)用ECU系統具有很高的現實(shí)意義。隨著(zhù)汽車(chē)電子控制日趨集中化，ECU需要處理的信息量不斷增加，因此，16位和32位ECU將成為未來(lái)汽車(chē)用ECU的首選，預計在今后幾年內需求量將增加50%以上，逐步成為車(chē)用ECU的主流。

2.3 執行器

目前汽車(chē)上所使用的執行器主要有電磁式、電動(dòng)式和氣動(dòng)/液動(dòng)式。電磁和電動(dòng)式的執行器是以電為動(dòng)力的操作機構，具有體積小、重量輕、響應速度快、耗能小的特點(diǎn)，但是，與氣動(dòng)/液動(dòng)式執行器相比，輸出驅動(dòng)能力則不足，無(wú)法滿(mǎn)足未來(lái)汽車(chē)控制領(lǐng)域大驅動(dòng)輸出的需要。但是，隨著(zhù)新材料、新工藝、新機構設計的采用，電磁和電動(dòng)式執行器將逐漸取代氣動(dòng)/液動(dòng)執行器，尤其是在未來(lái)汽車(chē)普遍更換42V新型電源系統之后，輸出驅動(dòng)能力將大幅度提升，完全可以取代傳統的氣動(dòng)/液動(dòng)系統。

2.4 控制策略

目前在汽車(chē)電子控制系統中廣泛采用的是PID控制理論，是一種使用于單輸入/輸出、線(xiàn)性定常系統的經(jīng)典控制理論，但是，由于汽車(chē)中需要控制的對象往往具有很強的時(shí)變和非線(xiàn)性，控制系統的輸入和輸出參數也越來(lái)越多，采用以狀態(tài)空間為基礎、適用于多輸入/輸出、非線(xiàn)性時(shí)變系統的現代控制理論已成必然，如最優(yōu)控制、自適應控制、模糊控制等。