汽车电子技术的发展趋势

汽车电子技术的发展趋势

巨永锋

（长安大学信息工程学院陕西西安710064）

摘要：本文就汽车电子化和控制理论发展概况、网络技术在汽车中的应用以及汽车传感器的发展方向进行了详细地综述，对我国汽车工业的发展具有一定的指导意义。

关键词：汽车电子技术；模糊控制；网络技术；汽车传感器

1汽车电子化发展概况

汽车电子化是建立在电子学的发展基础之上，从真空管、晶体管、集成电路、大规模集成电路到超大规模集成电路的技术进步，出现了计算机等各种各样的电子装置，汽车电子化也随着逐年的深化与发展，而且有的汽车电子装置占整车造价的1／3，高级轿车有的就装几十个微控器、上百个传感器。电子化的程度可以说是衡量汽车高档与否的主要标志。

20世纪50年代，人们开始在汽车上安装电子管收音机，这是电子技术在汽车上应用的雏形。1959年晶体管收音机问世后，很快在汽车上得到了应用。60年代，汽车上应用了硅整流交流发电机和晶体管调节器，到60年代中期，汽车上开始采用晶体管电压调节器和晶体管点火装置。但更多地应用电子技术则是在70年代以后，主要是为解决汽车安全、污染和节油3大问题。进入70年代后期，电子工业有了长足的进步，特别是集成电路、大规模集成电路和超大规模集成电路技术得到了巨大发展，微机在汽车上的应用，给汽车工业带来了划时代的变革。20世纪90年代，汽车电子技术进入了其发展的第三个阶段，这是对汽车工业的发展最有价值、最有贡献的阶段，超微型磁体、超高效电机及集成电路的微型化，为汽车上的集中控制提供了基础。目前汽车电子技术已发展到第四代，即包括电子技术（含微机技术）、优化控制技术、传感器技术、网络技术、机电一体化耦合交叉技术等综合技术的小系统，并且早已从科研阶段进入了商品生产的成熟阶段。

汽车电子技术主要包括硬件和软件方面的内容：硬件包括微机及其接口、执行部件、传感器等；软件主要是以汇编语言及其他高级语言编制的各种数据采集、计算判断、报警、程控、优化控制、监控、自诊断系统等程序。

微机是整个系统的核心，负责指挥其他设备工作。目前汽车上用的微机以通用单片机和高抗干扰及耐振的汽车专用微机为主，其速度和精度要求不像计算用微机高，但抗干扰性能较强，能适应汽车振动大等恶劣的工作环境。有的由单机控制（即一个微机控制一个项目，如控制点火）向集中控制发展，而汽车集中控制也由原来的多个计算机通信向网络化管理过渡。

2汽车电子控制理论发展概况

础，是“汽车电子技术”中的难点和重点。利用自动控制理论而建立的开环、闭环、最优、自适应控制系统，在汽车优化控制中都有采用。建立这些控制系统时，首先对汽车某个系统，如点火提前角优化控制系统进行系统辨识，建立数学

模型，然后采用相应的控制方法进行优化控制。但是发动机本身结构比较复杂，影响点火的因素较多，理论推导优化点火状态下的数学模型比较困难。因此，一般采用实验方法找出各种工况下的最佳点火提前角，然后存入微机内存。在实行控制过程中，微机不断检测发动机的工况，用查表的方法，查出该工况下的最佳点火提前角，进行修正后再通过微机接口、放大电路去控制点火，这是目前国外应用较多的优化控制方法。

此外，目前应用较成熟的另一种方法为自适应在线搜索法：他包括顶点保持法和登山法2种。该方法并不需要知道模型的原型，而是由微机在汽车运行中自行搜索最优工况，使控制接近或达到最优化。

模糊控制是近年来出现的新的控制理论，在汽车中也有所应用。模糊控制系统也是一种自动控制系统，他是以模糊数、模糊语言形式的知识表示和模糊逻辑推理为理论基础，采用计算机控制技术构成的一种具有闭环结构的数字控制系统。模糊逻辑从含义上比其他传统逻辑更接近人类的思想和自然语言。

3网络技术在汽车中的应用

3．1 网络技术在汽车内部的应用

比较高级的汽车上装有几十个微机控制器、上百个传感器。这就给汽车进行网络应用提供了条件，而且解决了汽车一直存在集中控制和分散控制的矛盾。所谓分散控制就是汽车上的一个部件如点火或喷油，用一个微控器进行控制，这是微机在汽车上应用的起始。后来发展到汽车集中控制系统，包括完全集中控制系统，如美国的通用汽车公司采用一个微机系统分别控制汽车防滑制动、牵引力控制、优化点火、超速报警、自动门锁和防盗等；分级控制系统，如日产公司的分级控制系统，用1台中央控制计算器分别指挥4台微机，分别控制防滑制动、优化点火、燃油喷射、数据传输等；分布集中控制系统，他是根据汽车的各大部分而进行分块集中控制，如发动机、底盘、信息、显示和报警等几大件控制系统，如日本五十铃生产的汽车I-TEC系统，他对发动机的点火、燃油喷射、怠速及废气再循环进行集中控制。上述各种类型的控制都

有优缺点，但网络在汽车上应用后，就可发挥各型控制的优点，克服了他们的缺点。例如集中控制和分散控制的最大问题是可靠性问题，如完全集中控制，一旦微机出现故障全车瘫痪。采用网络技术后，不但共用所有传感器，还可以共用其他设备，如进行了环形网控制，几十个微机，就是个别出现问题，整车还可以正常运行。所以网络在汽车应用中不但增加了许多功能，而且还大大增加了可靠性。

为适应汽车网络控制的需要，更好地在各控制系统之间完成交流信息、协调控制、共享资源及标准化与通用化，世界各国都在积极合作，进行汽车局域网的研究与开发。国外在网络标准的制定以及符合网络通信标准的微处理器、通信协议等方面都已经有了成果。网络标准方面有Bosch公司制定的控制器局域网络（CAN）协议和Intel推出的SAEJ18065网络标准。又如Philips，Intel，Motorola 等公司推出了符合网络相关协议的微处理器产品。同时，为整合各种标准，一份有关汽车网络的国际标准正在国际标准化组织起草。

3．2 网络技术在汽车外部的应用

汽车上网系统，是一种无线的网络结构。通过他，人们在驾驶汽车时就可以像在家一样进行上网、发E-mail等所有网上操作。目前不少公司在进行这方面的工作，如IBM公司和Motorola公司已合作开发车用无线Internet技术，这项技术将使驾驶员和乘客能够在车上发送电子邮件以及从事网上各种活动，如电子