汽車電子技術主要包括硬件和軟件方面的內容:硬件包括微機及其接口、執(zhí)行部件、傳感器等;軟件主要是以匯編語言及其他高級語言編制的各種數(shù)據(jù)采集、計算判斷、報警、程控、優(yōu)化控制、監(jiān)控、自診斷系統(tǒng)等程序。
微機是整個系統(tǒng)的核心,負責指揮其他設備工作。目前汽車上用的微機以通用單片機和高抗干擾及耐振的汽車專用微機為主,其速度和精度要求不像計算用微機高,但抗干擾性能要強,能適應汽車振動大等惡劣的工作環(huán)境。有的由單機控制(即一個微機控制一個項目,如控制點火)向集中控制發(fā)展,而汽車集中控制也由原來的多個計算機通信向網(wǎng)絡化管理過渡。
目前,汽車電子技術已經(jīng)滲透到汽車的各主要系統(tǒng)中,人們常說的智能技術就是汽車電子技術的一個熱點分項。下面就近年汽車電子技術的發(fā)展趨勢作一簡要描述。
1、電子控制技術
電子控制技術是“汽車電子技術”中的難點和重點。利用自動控制理論而建立的開環(huán)、閉環(huán)、最優(yōu)、自適應控制系統(tǒng),在汽車優(yōu)化控制中都有采用。建立這些控制系統(tǒng)時,首先對汽車某個系統(tǒng),如點火提前角優(yōu)化控制系統(tǒng)進行系統(tǒng)辨識,建立數(shù)學模型,然后采用相應的控制方法進行優(yōu)化控制。但是發(fā)動機本身結構比較復雜,影響點火的因素較多,理論推導優(yōu)化點火狀態(tài)下的數(shù)學模型比較困難。因此,一般采用實驗方法找出各種工況下的最佳點火提前角,然后存入微機內存。在實行控制過程中,微機不斷檢測發(fā)動機的工況,用查表的方法,查出該工況下的最佳點火提前角,進行修正后再通過微機接口、放大電路去控制點火,這是目前國外應用較多的優(yōu)化控制方法。
此外,目前應用較成熟的另一種方法為自適應在線搜索法:其包括頂點保持法和登山法2種。該方法并不需要知道模型的原型,而是由微機在汽車運行中自行搜索最優(yōu)工況,使控制接近或達到最優(yōu)化。
模糊控制是近年來出現(xiàn)的新的控制理論,在汽車中也有所應用。模糊控制系統(tǒng)也是一種自動控制系統(tǒng),它是以模糊數(shù)、模糊語言形式的知識表示和模糊邏輯推理為理論基礎,采用計算機控制技術構成的一種具有閉環(huán)結構的數(shù)字控制系統(tǒng)。模糊邏輯從含義上比其他傳統(tǒng)邏輯更接近人類的思想和自然語言。
2、網(wǎng)絡技術
2.1網(wǎng)絡技術在汽車內部的應用
相對高檔的汽車上一般都裝有幾十個微機控制器、上百個傳感器。這就給汽車進行網(wǎng)絡應用提供了條件,而且解決了汽車一直存在集中控制和分散控制的矛盾。所謂分散控制就是汽車上的一個部件如點火或噴油,用一個微控器進行控制,這是微機在汽車上應用的起始。后來發(fā)展到汽車集中控制系統(tǒng),包括完全集中控制系統(tǒng),如美國的通用汽車公司采用一個微機系統(tǒng)分別控制汽車防滑制動、牽引力控制、優(yōu)化點火、超速報警、自動門鎖和防盜等;分級控制系統(tǒng),如日產(chǎn)公司的分級控制系統(tǒng),用1臺中央控制計算器分別指揮4臺微機,分別控制防滑制動、優(yōu)化點火、燃油噴射、數(shù)據(jù)傳輸?shù)?;分布集中控制系統(tǒng),他是根據(jù)汽車的各大部分而進行分塊集中控制,如發(fā)動機、底盤、信息、顯示和報警等幾大件控制系統(tǒng),如日本五十鈴生產(chǎn)的汽車I-TEC系統(tǒng),其對發(fā)動機的點火、燃油噴射、怠速及廢氣再循環(huán)進行集中控制。上述各種類型的控制都有優(yōu)缺點,但網(wǎng)絡在汽車上應用后,就可發(fā)揮各型控制的優(yōu)點,克服了它們的缺點。例如集中控制和分散控制的最大問題是可靠性問題,如完全集中控制,一旦微機出現(xiàn)故障全車癱瘓。采用網(wǎng)絡技術后,不但共用所有傳感器,還可以共用其他設備,如進行了環(huán)形網(wǎng)控制,幾十個微機,就是個別出現(xiàn)問題,整車還可以正常運行。所以網(wǎng)絡在汽車應用中不但增加了許多功能,而且還大大增加了可靠性。
為適應汽車網(wǎng)絡控制的需要,更好地在各控制系統(tǒng)之間完成交流信息、協(xié)調控制、共享資源及標準化與通用化,世界各國都在積極合作,進行汽車局域網(wǎng)的研究與開發(fā)。國外在網(wǎng)絡標準的制定以及符合網(wǎng)絡通信標準的微處理器、通信協(xié)議等方面都已經(jīng)有了成果。網(wǎng)絡標準方面有Bosch公司制定的控制器局域網(wǎng)絡(CAN)協(xié)議和Intel推出的SAEJ18065網(wǎng)絡標準。又如Philips,Intel,Motorola等公司推出了符合網(wǎng)絡相關協(xié)議的微處理器產(chǎn)品。同時,為整合各種標準,一份有關汽車網(wǎng)絡的國際標準正在國際標準化組織起草。
2.2網(wǎng)絡技術在汽車外部的應用
汽車上網(wǎng)系統(tǒng)(又稱車聯(lián)網(wǎng)),是一種無線的網(wǎng)絡結構。通過它,人們在駕駛汽車時就可以像在家一樣進行上網(wǎng)、發(fā)E-mail等所有網(wǎng)上操作。目前不少公司在進行這方面的工作,如IBM公司和Motorola公司已合作開發(fā)車用無線Internet技術,這項技術將使駕駛員和乘客能夠在車上發(fā)送電子郵件以及從事網(wǎng)上各種活動,如電子商務和網(wǎng)上購物、查看股市行情和天氣預報等。另外Microsoft公司新推出了專門為“車上網(wǎng)”設計的AutoPC軟件,采用WindowsCE操作系統(tǒng),其具有交互式語言識別等各種多媒體功能。這種功能能夠有效地保障汽車行車安全,因為其可以讓汽車駕駛員在手不離方向盤、眼不離行駛前方的情況下,與PC機系統(tǒng)交換各種信息,例如行車前方的交通狀況有無塞車,最短時間導航等;也可以通過其在車上收發(fā)E-mail、打網(wǎng)絡電話和其他上網(wǎng)活動。通用公司不但開發(fā)了“車上網(wǎng)”系統(tǒng),而且還裝有車載自動化辦公系統(tǒng)。由于該系統(tǒng)采用了超高速光纖串行數(shù)據(jù)通道(MML),因此具有多路的數(shù)字式影音能力,可以有效地調控多信道大容量的輸入、輸出信號,例如CD、DVD、顯示器、電視接收天線、音響和全球衛(wèi)星定位導航系統(tǒng)都可以和該系統(tǒng)交換信息。
3、傳感器
車用傳感器是促進汽車高檔化、電子化、自動化發(fā)展的關鍵技術之一,世界各國對車用傳感器的研究開發(fā)、提高性價比都非常重視。“沒有傳感器技術就沒有現(xiàn)代汽車”的觀點現(xiàn)在已被全世界所公認。汽車電子化越發(fā)達,自動化程度越高,對傳感器依賴性就越大,所以,國內外都將車用傳感器技術列為重點發(fā)展的高技術。
汽車現(xiàn)代傳感器總的發(fā)展趨勢是:多功能化、集成化、智能化、微型化,其技術的發(fā)展方向是:(1)開展基礎研究,發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象、采用新原理、開發(fā)新材料和采用新工藝;(2)擴大傳感器的功能與應用范圍。
3.1發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象
利用物理現(xiàn)象、化學反應和生物效應等是各種傳感器的基本原理,所以發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象與新效應是現(xiàn)代傳感器發(fā)展的重要基礎。
3.2開發(fā)新材料
功能材料是發(fā)展傳感器技術的另一個重要基礎。由于材料科學的進步,在制造各種材料時,人們可以任意控制它的成份,從而可以設計與制造出各種用于傳感器的功能材料。例如控制半導體氧化物的成份,可以制造出各種氣體傳感器;光導纖維用于傳感器是傳感器功能材料的一個重大發(fā)現(xiàn);有機材料作為功能材料,正引起國內外汽車電子化專家的極大關注。
3.3采用新工藝
傳感器的敏感元件性能除了由其功能材料決定外,還與其加工工藝有關。隨著半導體、陶瓷等新型材料用于傳感器敏感元件,許多現(xiàn)代先進制造技術也引入汽車傳感器制造技術,例如集成技術,微細加工技術,離子注入技術,薄膜技術等,能制作出性能穩(wěn)定、可靠性高、體積小、重量輕的微型化敏感元件。近年來從半導體集成電路技術發(fā)展而來的微電子機械系統(tǒng)(MEMS)技術日漸成熟,利用這一技術可以制作各種能敏感和檢測力學量、磁學量、熱學量、化學量和生物量的微型傳感器,這些傳感器的體積和能耗小,可實現(xiàn)許多全新的功能,便于大批量和高精度生產(chǎn),單件成本低,易構成大規(guī)模和多功能陣列,這些特點使得他們非常適合于汽車方面的應用。
上世紀80年代初,微型壓阻式多路絕對壓力傳感器開始大批量生產(chǎn),取代了早期采用LVDT技術的壓力傳感器。80年代中期微型加速度傳感器開始用于汽車安全氣囊,它們是到目前為止大量生產(chǎn)的、并在汽車中得到廣泛應用的微型傳感器。然而微型傳感器的大規(guī)模應用勢必將不限于發(fā)動機燃燒控制和安全氣囊,在未來5~7年內包括發(fā)動機運行管理、廢氣與空氣質量控制、ABS、車輛動力的控制、自適應導航、車輛行駛安全系統(tǒng)在內的應用將為MEMS技術提供廣闊的市場。
3.4研究多功能集成傳感器
研究多功能集成傳感器是傳感器發(fā)展的一個重要方向,即在一個芯片上集成多種功能敏感組件和同一功能的多個敏感組件。例如日本研制出復合壓阻傳感器,一個芯片可同時檢測汽車壓力與溫度。
3.5研究智能式傳感器
智能傳感器是一種帶微型計算機兼有檢測、判斷、信息處理等功能的傳感器。與傳統(tǒng)傳感器相比,他具有很多特點。例如,他可以確定傳感器工作狀態(tài),對測量資料進行修正,以便減少環(huán)境因素如溫度引起的誤差;用軟件解決硬件難以解決的問題;完成資料計算與處理工作等等。世界各國都在車用傳感器硬件的基礎上,努力用軟件來解決汽車電氣干擾大、環(huán)境差(溫度高、溫度梯度大、污染厲害等)等問題造成的對汽車參數(shù)測量的影響。而且智能式傳感器精度高、量程覆蓋范圍大、輸出信號大、信噪比高、抗干擾性能好,有的還帶有自檢功能。不少汽車大公司在該方面進行研制與開發(fā),并取得了成就和應用。
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