汽車電子技術的應用與發展研究

摘 要:隨著汽車工業與電子工業的不斷發展，在現代汽車上，電子技術的應用越來越廣泛，汽車電子技術的應用極大地改善了汽車在節能、安全、舒適等方面的性能。本文介紹了汽車電子技術的應用與發展歷程，全面分析了汽車電子技術的應用現狀，并在此基礎上，總結了汽車電子技術的發展趨勢與方向。

隨著汽車工業與電子工業的不斷發展，為滿足消費者在汽車節能、安全、舒適、便捷和豪華等方面對汽車性能所提出的更高要求，在現代汽車上，電子技術的應用越來越廣泛。例如:為使發動機更節能、更環保，采用了電子點火系及微機控制點火系;為保證汽車在制動中的操縱性能，采用了自動防保死系統(即ABS)。汽車電子技術是汽車技術與電子技術相結合的產物。目前，汽車上裝用的電子裝置成本一般已達整車成本的23%左右，有些品牌的高檔轎車上甚至達到了30%以上，在高檔豪華轎車上更是占到50％～60%，汽車已由單純的機械產品向高級的機電一體化產品方向發展，汽車電子控制技術成為現代汽車的重要組成部分，其性能的好壞直接影響到汽車的動力性、經濟性、可靠性、安全性、環保及安全舒適性，電子化、智能化、網絡化也成為現代汽車發展的重要標志之一。

1汽車電子技術的發展進程

汽車電子技術是汽車技術與電子技術相結合的產物。汽車電子化是汽車技術發展進程中的一次重要革命，汽車電子化的程度被看做是衡量現代汽車水平的重要標志之一。隨著大眾對汽車經濟性、安全性和舒適性等方面要求的不斷提高和汽車技術、電子技術、計算機及信息技術的不斷發展，電子技術在現代汽車上的研究應用越來越廣泛。汽車電子技術的發展可分為以下四個階段。

第一階段，從20世紀50年代初到60年代末，主要著重于開發單一的電子零部件，改善汽車某些機械部件的性能，應用電子裝置代替傳統的機械部件，此階段代表的電子器件有整流器、電壓調節器、晶體管無觸點點火裝置、閃光器等。

第二階段，從20世紀70年代初到80年代中期，主要是開發汽車各系統專用的獨立控制部分，電子裝置被應用在某些機械裝置無法解決的復雜控制功能方面，如發動機控制系統、制動防抱死(ABS)系統等。

第三階段，從20世紀80年代中期到90年代中期，隨著大規模集成電路技術的快速發展和計算機在控制技術方面的應用，汽車電子技術迅速發展。此階段主要是開發可完成各種功能的綜合系統及各種汽車整體系統的微機控制，如集發動機控制與自動變速器控制為一體的動力傳動系統控制，制動防抱死與防滑轉控制系統等。

第四階段，從20世紀90年代中期開始至今，微機運算速度提高和存取位數增加，計算機網絡與信息技術的發展日新月異，此階段主要研究發展車輛的智能控制技術和網絡控制技術，更好地實現控制的實時性、可靠性以及各控制系統之間的資源共享和協調控制，使汽車更加自動化、智能化，并向人、車、路、環境的整體關聯方向發展，如汽車自動駕駛系統、汽車自動導航及巡航系統。

2汽車電子技術的應用現狀

目前，汽車電子技術應用主要可分為以下幾個方面。

2.1 發動機電子控制系統

(1)電子點火裝置(ESA):根據發動機的轉速、負荷、水溫、進氣溫度等因素使發動機在不同工況下均能在最佳點火時刻(即最佳點火提前角)點火，降低油耗及排放污染。

(2)電子控制燃油噴射裝置(EFI):根據各種傳感器輸送來空氣流量、排氣管中含氧量、進氣溫度、發動機轉速及工作溫度等信號，精確控制混合氣濃度，實現最佳空燃比，自動保證發動機始終工作在最佳狀態，實現高功率、低油耗、小污染等節能減排目的。

(3)可變氣門正時和氣門升程控制(VTEC):根據發動機的轉速改變氣門的正時和升程，使發動機在高速下充氣量多，提高發動機的功率。

(4)可變進氣控制(VIS):利用發動機工作時進氣管道的進氣動態效應來提高充氣效率，以達到發動機在不同轉速范圍內增大發動機扭矩和功率的目的。

此外，還有渦輪增壓控制、廢氣再循環系統(EGR)、進氣噪聲控制、電子節氣門及系統自診斷等功能，也在汽車上廣泛應用。

2.2 底盤電子控制系統

(1)電控自動變速器(ECT):根據發動機的載荷、轉速、車速、制動器工作狀態及駕駛員所控制的各種參數，按照換擋特性要求精確地控制變換擋的最佳擋位和最佳換擋時間，能有效地提高傳動效率、降低油耗、提高汽車行駛平順性及延長變速器及汽車使用壽命。

(2)自動防抱死系統(ABS):在各種路面條件下，防止汽車制動時車輪抱死，減小制動距離，提高制動效能，減少輪胎磨損，避免行車安全和防止事故發生。

(3)電子轉向助力系統(EPS):用一部直流電機代替傳統的液壓助力缸、用蓄電池和電動機提供動力，提高轉向能力和轉向特性及改善高速行駛時的穩定性。

(4)自適應電控懸架系統(TEMS):根據懸掛裝置的瞬時負荷，調整懸掛的阻尼特性及彈性剛度，保持懸掛的既定高度，改善車輛行駛的穩定性、操縱性和舒適性。

(5)巡航控制系統(CCS):在高速長途行駛時，打開CCS的自動操縱開關后，該系統能根據行駛阻力自動調節節氣門開度，使汽車按照設定的速度勻速行駛，減輕駕駛員長途駕駛的疲勞程度。

2.3 安全與舒適系統

(1)安全氣囊(SRS):該系統是國內外汽車上一種常見的被動安全裝置。在車輛相撞時，由電控元件用電流引爆安置在方向盤中央(有的在儀表盤板雜務箱后邊也安裝)等處氣囊中的滲氮物，迅速燃燒產生氮氣，瞬間充滿氣囊。氣囊的作用是在駕駛員與方向盤之間、前座乘員與儀表板間形成一個緩沖軟墊，避免硬性撞擊而受傷。此裝置一定要與安全帶配合使用，否則效果大為降低。

(2)安全帶收緊裝置:在汽車發生任何碰撞時，瞬間收緊安全帶，保障乘客安全。

(3)自動空調系統:該系統可自動將車內溫度調節至乘客設定的溫度保持恒定，并能有效調節車內的空氣濕度，實現制冷、取暖、除霜、除霧、空氣過濾和濕度控制等功能，甚至可實現車內溫度分溫區獨立調整。

(4)自動調節座椅系統:該裝置通過傳感器感知乘坐人員的體態，并使座椅狀態與之相適應，滿足乘客的舒適性要求，是人體工程技術與電子控制技術相結合的產物。有些車型配備的電子座椅還可實現通風、加熱、按摩及坐姿記憶等功能。

(5)車載影視音響系統:車內裝配立體音響、DVD系統、收音機、車載電視等，全方位滿足乘客高品質影音娛樂的需要。

此外，還有自適應前照燈系統(AFS)、輪胎壓力監測系統、加速防滑控制系統(ASR)、電動車窗、電動天窗、自動雨刮、后視鏡電動調節、后視鏡電動折疊、前大燈清洗等功能也在中高檔車型上廣泛應用，滿足人們對汽車舒適性的要求。

2.4 信息與通訊系統

(1)信息顯示與報警系統:可將發動機的工況和其他信息參數(如:水溫、轉速、行駛里程、瞬時油耗、車速等)，通過IC電路或ECU處理后，在儀表盤或液晶顯示屏顯示出來，并在各系統故障時向駕駛員提供報警信息(如:水溫超標、燃油不足、ABS故障、制動液不足、安全帶未系、車門未關等)。

(2)汽車導航系統與定位系統(NTIS):該系統可在城市或公路網范圍內，定向選擇最佳行駛路線，并能在屏幕上顯示地圖，表示汽車行駛中的位置，以及到達目的地的方向和距離。

(3)語音系統(VS):該系統包括語音報警和語音控制兩類。語音報警是在汽車出現不正常情況，如燃油溫度、冷卻液溫度、油壓、充電、尾燈、前照燈、排氣溫度、制動液量、手制動、車門未關嚴等出現不正常現象或自診斷系統測出有故障時，計算機經過邏輯判斷后輸出信息至揚聲器或警示器報警。語音控制是用駕駛員的聲音來指揮和控制汽車的某個部件、設備進行動作。

(4)通訊系統(CS):目前使用最多的是汽車電話，可以實現車與路之間，車與車之間，車與飛機等交通工具之間的通話外，還可通過衛星與國際網絡相聯，實現行駛過程中的國際間電話通信，實現網絡信息交換，圖像傳輸等。

3汽車電子技術的發展趨勢

當前，汽車電子技術進入了優化人-汽車-環境的整體關系的階段，隨著人們對汽車的安全、環保、舒適、娛樂等要求的不斷提高，汽車電子技術在功能多樣化、系統集成化、體積微型化、系統網絡化等方面不斷取得新的突破。汽車電子技術成就汽車工業的未來，以下幾個方面將是未來汽車電子技術發展的主要方向。

(1)傳感器技術。

車用傳感器是促進汽車高檔化、電子化、自動化發展的關鍵技術之一，隨著汽車電子化發展，自動化程度越高，對傳感器的依賴程度也就越大。由于汽車電子控制系統的多樣化，使其所需要的傳感器種類和數量不斷增加。為此，研制新型、高精度、高可靠性和低成本的傳感器是十分必要的。現代傳感器將往多功能化、集成化、智能化、微型化的方向發展。

(2)汽車車載電子網絡。

隨著汽車上電子電器裝置數量的急劇增多，車載電子設備間的數據通信變得越來越重要。以分布式控制系統為基礎構造汽車車載電子網絡系統是很有必要的。通訊線將各種汽車電子裝置連接成為一個網絡，通過數據總線發送和接收信息。大量數據的快速交換、高可靠性及價廉是對汽車電子網絡系統的要求。電子裝置除了獨立完成各自的控制功能外，還可以為其他控制裝置提供數據服務。由于使用了網絡化的設計，簡化了布線，減少了電氣節點的數量和導線的用量，使裝配工作更為簡化，同時也增加了信息傳送的可靠性。通過數據總線可以訪問任何一個電子控制裝置，讀取故障碼對其進行故障診斷，使整車維修工作變得更為簡單。

(3)環保性。

環保性的要求決定了全球汽車行業最主要的發展趨勢為發展燃料燃燒更高效、排放更低碳的發動機。目前最主要的發展方向有兩個:其一，采用先進的柴油發動機并發展先進的配套電子控制系統，一般而言，柴油發動機的燃料經濟性比汽油發動機可提高3～4成;其二，環保型電動汽車也是未來發展的主要趨勢，其主要可分為純電動、混合動力和燃料電池等類型。此外，汽車制造商也在抓緊開發氣缸壓力傳感和均質充量壓燃燒(HCCI)等系統，將進一步在燃油經濟性和發動機減排方面獲得更大的進展。

(4)安全性。

目前，在汽車上應用的主要安全系統可分為被動安全系統和主動安全系統。在被動安全技術(即在汽車發生碰撞時為駕駛者和乘客提供保護的技術和產品)方面目前已取得較重大進展，安全氣囊、安全帶、碰撞傳感器、防撞橫梁及金屬板沖撞區等產品和技術的應用使汽車安全事故中人員的傷亡率大幅度下降。但在汽車安全性方面的下一步最新發展方向為主動安全性，通過在汽車上配備和發展碰撞警示和預防系統，利用雷達、光學、超聲波傳感器、行車可視及語音提示等技術，提醒駕駛員控制車速，避免可能發生的安全事故。主動安全系統的發展將有助于汽車安全性能的進一步提高。

(5)通訊連通性。

隨著電子技術、網絡技術及通訊技術的進一步發展，消費者也必將對汽車多媒體影音娛樂、車載網絡及通訊等功能提出更高的要求，以使駕駛過程更加高效、方便、充滿情趣。GPS導航、衛星廣播、車載信息服務及后座電視等產品和技術功能進一步完善和提升也必將是汽車電子技術發展的趨勢之一。

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