汽車電子系統發展和實用化的三大技術
在過去的數十年里,車用電子系統在數量和復雜程度上取得了極大的增長。由于大量使用了電子元件,如各類傳感器、微處理器、電動驅動器等,汽車成本已大大增加。而今,中高級汽車上的電子系統已經占整車總制造成本的23%以上。一輛汽車上的電子產品所占的平均費用由1977 年110 美元上升到2001 年的1800 美元。汽車專家們認為,當前汽車上的新技術有80%來源于電子系統的不斷更新和進步。預計在未來十年內,汽車電子及電子技術相關產品在整車成本中所占的比例將從目前的20%上升到32%。汽車電子的增長率將從目前的10%上升到20%。
由于人們對汽車節能、安全、舒適、便捷和豪華的追求,對汽車的性能提出了更高的要求。使用傳統機械的辦法已不能使汽車的性能進一步得到明顯的改善和提高。近年來,微電子技術的飛速發展,特別是微型計算機技術的巨大進步,將電子技術和傳統的機械相結合,使得汽車的環保、節能、安全、舒適、便捷和智能化等方面的問題均能得到很好的解決。
筆者認為,目前可實用化和正在實用化的汽車電子技術主要集中在三個方面,即以下的三種技術:
(1)電控技術的發展和使用,即電控化或叫線控化(X-by-wire)技術;
(2)車載網絡系統特別是CAN 網的不斷使用和普及;
(3)即將采用的新的電壓系統42V(伏)整車電器系統。
這三種技術的發展,有的已經開始實用,有的即將投入實用。為此,我國在引進擁有這些新技術的新車型的同時,也需要對這些技術有必要的認識和研究,這樣才有利于提高我們的汽車設計和制造水平,使得我國汽車生產企業能盡快的達到國際水平。
2 X-by-wire 技術
過去的汽車曾經是機械和液壓系統的天下,隨著人們對汽車要求的不斷提高,特別是對排放和安全性的要求,如今的汽車已經變成了一個高度的機電一體化的自動系統。隨著技術的發展這種趨勢越來越明顯。
人們現在常常提到一個名詞“X-by-wire”,“wire”是電線的意思,“by-wire”可理解為電控方式,而這里的“X”就像數學方程中的未知數,代表著汽車中傳統上由機械或液壓控制的各個部件,大的如:發動機、懸架、轉向機等,小的如:油門、門鎖等。顯然,為了滿足人們對汽車更高的要求,這些由機械或液壓控制的部件正在逐漸的轉化為由機電液壓一體化控制,甚至轉換為純電子控制方式。
目前,用合理配置的電子部件取代機械部件的工作正在有條不紊的進行中,系統的性能和水平也獲得了不斷提升。先進的電子系統的費用也在直線下降。底盤控制和靈敏傳感等復雜的高性能的電子部件已被應用在高級汽車上,并逐漸的成為主流。圖1 表明自1920 年以來在制動穩定性控制方面,電子控制化趨勢十分明顯。
事實上,到2010 年將有1/3 的新車擁有電子駕駛系統。正在開發的X-by-wire 駕駛系統將用角度感應器和反饋電機取代轉向柱。一個串行網絡給安裝在車輪上的執行電機提供控制鏈接。轉向柱的這一變化將在發生沖撞時改進駕駛者的安全性。它將簡化左右手駕駛零件。
在此電子系統基礎之上,增加一些先進功能是很容易的。如:在機械轉向系統中,駕駛員在高速時不能正確使用轉向盤(如:由于驚慌,過快的轉向),而電控方式可在適當范圍內驅動執行電機跳過這一失控階段。
所有大型汽車制造商都在開發X-by-wire 系統雛形及其產品。如:TRW 電子輔助駕駛系統使得燃油經濟性上升5%,Delphi 汽車宣稱在E-steer system 中也作了類似改進。Bosch,Valeo 公司和其他一些設備制造商已開發或正在開發X-by-wire 技術和產品。
3 車載網絡
隨著汽車電子技術的發展,汽車上出現了許多的電控單元,如:發動機控制模塊(ECM)、BVA 電腦、智能顯示屏、ABS 等。這些帶微處理器的電子元件之間存在著大量的信息交換。以往,電線作為電器元件的標準連接方式。但是隨著電子產品的不斷增加,愈來愈多的連接線成為阻礙技術發展的壁壘。
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