浅析汽车电子技术及其发展趋势

中图分类号：U463.6 文献标识码：A文章编号：1007-0745（2012）02-0092-01

摘要：本文介绍了汽车电子的分类及目前在汽车上所应用的总线技U技术、传感器技术等,并对汽车电子技术的安全化、网络化和智能化发展趋势作了展望。

关键词：汽车电子技术发展

一、汽车电子产品的分类

通常按照对汽车各部分控制作用把汽车电子划分为发动机电子、底盘电子、车身电子、信息通信与娱乐系统几类:①发动机电子技术包括空燃比控制、点火正时控制、废气再循环控制、怠速控制等;②底盘电子技术包括制动防抱死控制、驱动防滑控制、牵引力控制、电子控制悬架、车辆稳定性控制、电子控制自动变速器、汽车动力转向控制、巡航控制、车载防撞雷达控制等;③车身电子包括电子控制安全带、安全气囊、主动式膝垫、车内气候控制、电子防盗系统、遥控门锁、电动座椅、电动后视镜、电子仪表板、灯光控制、轮胎压力监测等;④信息通信包括汽车行驶的自身信息系统、车载通信系统、语音信息系统、上网设备等;⑤汽车娱乐系统包括数字式收音机、音响、冰箱、电视、CD/DAT、导航系统和智能运输系统的辅助设备等。

二、汽车电子技术的发展现状

（一）软件仿真设计

汽车电子设计已成为汽车系统设计中的重点和难点。为了缩短开发周期和降低开发成本,现在引入了软件仿真技术进行汽车系统技术的验证和开发。通过对整个汽车系统进行有效地建模和分析,能够节约大量的试验设备和试验时间。现在许多大公司已经开始使用仿真技术进行设计,其中使用较多的是Simplorer和SABER。

Ansoft Simplorer是一个功能强大的跨学科多领域的高性能系统仿真软件,适合于进行汽车电子、机电、电力电子和传动等领域的仿真。Simplorer包括一个面向对象的求解器核与以及第二代模型描述语言。SABER仿真技术通过对整个汽车系统进行有效的建模和分析,能够节约大量的试验设备和试验时间。SABER仿真器能够让设计人员对从汽车的最初设计方案(方框图)到由实际电路和机械实现的完整系统进行仿真。这种能力对于复杂运动控制系统的设计(如ABS系统、安全气囊系统、发动机控制系统、车身控制系统等)尤为重要。国际上几大跨国汽车公司都已使用SABER仿真技术进行设计,如美国通用、大众、克莱斯勒等。

（二）总线系统

由于汽车电子装置的不断增加,使得连接这些专用的电子线路迅速膨胀,线束复杂和布线困难甚至使得在汽车设计、装配、维护中的负担到了无法承受的程度,而且线路以及接插头的增加会带来更多的安全隐患。要摆脱这种困境,而使用总线技术是解决问题的一条好途径。车载网络技术标准已成汽车电子应用的决定性因素,目前世界上有近10种车辆网络技术标准,但最主要的应用则是控制器局域网CAN、局部互联协议LIN、车辆多媒体网络MOST,以及最近才开始得到商用的具有高速容错功能的网络协议FlexRay。〔3-6〕为方便研究和设计使用,美国汽车工程师协会(SAE)根据速率的不同,将汽车网络划分为A、B、C三类。A类网主要总线技术是LIN协议。它适用于汽车内进行低成本、短距离、低速网络通信,其用途是传输开关设置状态以及对开关变化回应.B类和C类网技术总线主要是CAN总线,是德国Bosch公司从20世纪80年代初,为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换问题而开发的一种串行数据通信协议。它是一种多主总线,通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维,通信速率可达1Mbps。CAN(控制局域网络)是汽车产业中得到广泛应用的数据与控制通信网路,通过遍布车内的各种感应控制模块及时采集各项数据,控制模块之间进行相互通信、让全车的信息资源得以共享,以及各控制器的自动协调应变来增强系统可靠性。

（三）微处理单元

微处理控制单元是汽车中的核心部件,不但发动机上应用,在其他许多地方如防抱死制动系统、四轮驱动系统、电控自动变速器、主动悬架系统、安全气囊系统、多向可调电控座椅等都有配置。通过车内网络完成协调与连接完成对发动机、车身、底盘、通信等系统的控制。微处理单元在汽车上的广泛应用,使得汽车的动力性、经济性、安全性、舒适性、可靠性都得到了显著的改善和提高。就目前的市场来看, MCU扔将持续发展,车身控制用得最多的是8位MCU;动力安全方面,使用最多的是16位MCU。汽车多媒体,包括导航、DVD等可能更多的将会使用32位的MCU。

三、汽车电子的未来发展

（一）智能化

智能化是指随着信息化道路的建设,越来越多的实时信息开始在车辆、道路和交通系统中共享,这不但为更科学的交通管理提供丰富的数据,也将为人们的出行提供更大的方便。智能化要求“车识路”和“路识车”,需要有完善的交通管理体系和服务中心相配合。汽车智能化相关的技术问题已受到汽车制造商们的高度重视。其主要技术中“自动驾驶仪”的构想必将依赖于电子技术实现。而智能交通系统(ITS)的开发将与电子、卫星定位等多个交叉学科相结合,它能根据驾驶员提供的目标资料,向驾驶员提供距离最短而且能绕开车辆密度相对集中处的最佳行驶路线。从全球定位卫星获取沿途天气、车流量、交通事故、交通堵塞等各种情况,自动筛选出最佳行车路线。具有自动控制车速、自主寻路、自动导航、主动避撞、自动电子收费、无人驾驶等功能。智能汽车是今后国内外汽车发展的热点领域,是未来汽车发展的必由之路。

（二）网络化

汽车制造商和一级供应商面临日益复杂的安全性、动力总成、底盘和车身系统协调统一的问题。诸如线控、碰撞避免、辅助驾驶等新兴系统都需要一个能以可预测的可靠方式提供极高数据速率的网络MOST可支持高数据速率,但主要是专为连接车内多媒体设计的;CAN网络有相对较低的数据速率以及容错功能;而LIN从本质上讲则是一种用于连接CAN的价格便宜且速度相对较慢的子网络,它无法达到下一代车辆中采用的高级安全系统所需的要求。近两三年提出的FlexRay总线是一种高速网络,由FlexRay联盟为高速通信所制订的标准,最初是作为电动控制(x-by-wire)应用的通信协议被提出的。从技术上讲FlexRay作为下一代汽车网络协议,提供了充足的带宽、可靠性和实时响应能力,以实现线控应用。该标准已开始商用并将被越来越多的汽车制造商采用也是确定无疑的,但其高成本因素决定了FlexRay在一定的时间内只能定位于高端汽车的应用。

（三）安全化

汽车安全性是集成电路设计师面临的一大挑战。新型汽车安全系统越来越智能化和自动化,而技术挑战也越来越严峻。比如说,安全气囊系统是从最初采用的单驾驶员系统逐步演进而来的。目前有一些制造商已经使用安全总线和协议如Delphi公司的Safety Bus和BMW公司的Bytelight,为被动安全提供保障,主要用于安全气囊系统以连接速度计安全传感器等装置。