汽车电子系统发展和实用化的三大技术介绍

　　[摘要]目前在汽车上使用的新技术有80%来源于电子系统的不断更新和进步。目前已经开始进进实用状态的有三大技术，即：X-by-wire技术、车载网络和42V电能方案。他们之间相辅相成、互相促进，使得汽车电子技术水平迈上了一个新的台阶。

　　关键词：汽车电子X-by-wire技术CAN网42V能量方案

　　1、引言

　　在过往的数十年里，车用电子系统在数目和复杂程度上取得了极大的增长。由于大量使用了电子元件，如各类传感器、微处理器、电动驱动器等，汽车本钱已大大增加。而今，中高级汽车上的电子系统已经占整车总制造本钱的23%以上。一辆汽车上的电子产品所占的均匀用度由1977年110美元上升到2001年的1800美元。汽车专家们以为，当前汽车上的新技术有80%来源于电子系统的不断更新和进步。预计在未来十年内，汽车电子及电子技术相关产品在整车本钱中所占的比例将从目前的20%上升到32%。汽车电子的增长率将从目前的10%上升到20%。

　　由于人们对汽车节能、安全、舒适、便捷和豪华的追求，对汽车的性能提出了更高的要求。使用传统机械的办法已不能使汽车的性能进一步得到明显的改善和进步。近年来，微电子技术的飞速发展，特别是微型计算机技术的巨大进步，将电子技术和传统的机械相结合，使得汽车的环保、节能、安全、舒适、便捷和智能化等方面的题目均能得到很好的解决。

　　笔者以为，目前可实用化和正在实用化的汽车电子技术主要集中在三个方面，即以下的三种技术：

　　(1)电控技术的发展和使用，即电控化或叫线控化(X-by-wire)技术;

　　(2)车载网络系统特别是CAN网的不断使用和普及;

　　(3)即将采用的新的电压系统42V(伏)整车电器系统。

　　这三种技术的发展，有的已经开始实用，有的即将投进实用。为此，我国在引进拥有这些新技术的新车型的同时，也需要对这些技术有必要的熟悉和研究，这样才有利于进步我们的汽车设计和制造水平，使得我国汽车生产企业能尽快的达到国际水平。

　　2、X-by-wire技术

　　过往的汽车曾经是机械和液压系统的天下，随着人们对汽车要求的不断进步，特别是对排放和安全性的要求，如今的汽车已经变成了一个高度的机电一体化的自动系统。随着技术的发展这种趋势越来越明显。

　　人们现在经常提到一个名词“X-by-wire”，“wire”是电线的意思，“by-wire”可理解为电控方式，而这里的“X”就像数学方程中的未知数，代表着汽车中传统上由机械或液压控制的各个部件，大的如：发动机、悬架、转向机等，小的如：油门、门锁等。显然，为了满足人们对汽车更高的要求，这些由机械或液压控制的部件正在逐渐的转化为由机电液压一体化控制，甚至转换为纯电子控制方式。

　　目前，用公道配置的电子部件取代机械部件的工作正在有条不紊的进行中，系统的性能和水平也获得了不断提升。先进的电子系统的用度也在直线下降。底盘控制和灵敏传感等复杂的高性能的电子部件已被应用在高级汽车上，并逐渐的成为主流。

　　高可靠性的容错电子控制系统X-by-wire不依靠于传统的机械和液压装置，它使得汽车更轻、更便宜、更安全、更省油。其自诊断系统和适配系统对各类型车辆都适宜。这个系统可取消汽车的驱动带，液压制动泵，甚至转向柱，出现无转向盘的汽车。

　　事实上，到2010年将有1/3的新车拥有电子驾驶系统。正在开发的X-by-wire驾驶系统将用角度感应器和反馈电机取代转向柱。一个串行网络给安装在车轮上的执行电机提供控制链接。转向柱的这一变化将在发生冲撞时改进驾驶者的安全性。它将简化左右手驾驶零件。

　　在此电子系统基础之上，增加一些先进功能是很轻易的。如：在机械转向系统中，驾驶员在高速时不能正确使用转向盘(如：由于惊慌，过快的转向)，而电控方式可在适当范围内驱动执行电机跳过这一失控阶段。

　　所有大型汽车制造商都在开发X-by-wire系统雏形及其产品。如：TRW电子辅助驾驶系统使得燃油经济性上升5%，Delphi汽车宣称在E-steersystem中也作了类似改进。Bosch，Valeo公司和其他一些设备制造商已开发或正在开发X-by-wire技术和产品。

　　3、车载网络

　　随着汽车电子技术的发展，汽车上出现了很多的电控单元，如：发动机控制模块(ECM)、BVA电脑、智能显示屏、ABS等。这些带微处理器的电子元件之间存在着大量的信息交换。以往，电线作为电器元件的标准连接方式。但是随着电子产品的不断增加，愈来愈多的连接线成为阻碍技术发展的壁垒。

　　采用传统的线束方案将使得连线的长度和数目大大增加，而不断加长的线束和增多的插接器增加了汽车质量，削弱了性能，使得可靠性很难保证。一辆正常行驶的车辆，线束每超过50g或能量损耗每超过100W，百公里油耗将增加0.2L。而且，繁杂的线束插接器使得电压大幅下降，限制了其他功能的正常使用，成为汽车电子系统中最昂贵、最繁琐的的一部分。

　　车载网络系统就是将电器元件连接在汽车控制网上，如同计算机连接在局域网上一样。这些网络都可以方便地进行信息和资源共享，从而成功的解决了上述技术困难，这也是现代计算机网络技术和汽车电子技术成功结合的一个典型范例。目前，车载网络系统已开始在全世界范围内得到广泛的应用。而在汽车中应用最广泛的网络协议标准就是CAN(ControllerAreaNetwork)网。

　　20世纪80年代中期，Bosch公司开发出了这种控制局域网，这是最早的、使用时间最长的汽车控制网络。CAN网已在当前的汽车上广泛应用。仅2000年其相关器件的销量就超过的1亿个。

　　一台典型安装有CAN网的车辆能同时容纳2～3个独立的运行在不同传输速率下的CAN网，低速CAN网运行在125Kbps下，通常负责治理“舒适性功能”，如：电动座椅，电动玻璃升降等。一般情况下，没有实时要求的控制采用低速网。它有能量存储-睡眠模式，在此模式下，节点停止振荡直到一个CAN网信息唤醒它。睡眠模式可防止电量消耗。

　　高速CAN网用于满足实时性高的重要控制。如：发动机治理、ABS、巡航。尽管高速CAN网最大波特率可达到1Mbps，但是CAN网高速运行时双绞线电缆中产生很大的电磁辐射，当传输速率超过500kbps后，其能量的损失会迅速增大。所以一般高速网为500kbps。

　　4、电能供给和42V方案

　　随着汽车上电子系统的迅速增多，他们将消耗大量的电能，使得总负荷即将超过2kW。内部能量需求将以每年4%的速度递增，假如这种趋势持续下往，那么，守旧一点估计，到2005年，高级汽车的均匀电能需求将达到2.5kW。这种增长将使目前的供电系统显得力不从心。例如：在3kW负荷下，带托架和皮带传动的发电机会发出明显的噪声，并且需要附加额外的冷却装置。

　　在一个汽车电子系统内部，对于特定的功率，电压值的进步可使得系统电流减小。而小的电流可使得导线上的损耗减少，从而可使用更细更小的线束。进步电压值，也可以减少电器装置本身的体积、质量和损耗，也有利于控制装置的小型化，进步集成度。

　　采用42V的电器系统需要一个36V蓄电池，最大工作电压50V，峰值电压可达58V。这是由于60V是工程师们以为的最大安全界限。更高的电压将产生危害。

　　尽管42V系统的优点显而易见，但从沿用了半个世纪的12V系统转换成42V系统，产品的重新设计和制造的用度极大，维护和升级将带来障碍。因此，目前比较现实的是采用一种14V/42V的双电压方案，以减小对汽车零部件制造业的冲击，实现平稳过渡。

　　14V/42V双电压的变换过程如下：交流发电机输出42V高电压，借助一个DC/DC变换器(直流变换器)，由42V变换14V。在这个系统中，DC/DC变换器将供电系统分隔为两个具有不同电压等级的供电系统，除降压外，还在整个电气系统的电能分配治理中起到重要作用。

　　5、结束语

　　通过对以上三种汽车电子发展和实用化技术的分析，大家不丢脸出，他们之间有着十分明显的因果关系。为了满足人们对汽车性能的新要求，必须广泛采用X-by-wire技术实现电控化，而X-by-wire技术的发展又使得线束系统过于复杂化而不堪重负，车载网络系统的发展则成功的解决了这一技术困难。同时采用42V能量方案又保障了前两者的能量供给，并为其发展提供了更广泛的空间和保证。这三者相辅相成、互相促进的共同发展，必将使汽车电子技术水平迈上一个新的台阶。可以预见，在最近几年，我国与国际同步推出的新车型里，我们将会经常看到成功应用这些技术的例子。