1 汽車電子化發(fā)展概況 汽車電子化是建立在電子學(xué)的發(fā)展基礎(chǔ)之上，從真空管、晶體管、集成電路、大規(guī)模集成電路到超大規(guī)模集成電路的技術(shù)進(jìn)步，出現(xiàn)了計(jì)算機(jī)等各種各樣的電子裝置，汽車電子化也隨著逐年的深化與發(fā)展，而且有的汽車電子裝置占整車造價(jià)的1／3，高級(jí)轎車有的就裝幾十個(gè)微控器、上百個(gè)傳感器。電子化的程度可以說是衡量汽車高檔與否的主要標(biāo)志。 20世紀(jì)50年代，人們開始在汽車上安裝電子管收音機(jī)，這是電子技術(shù)在汽車上應(yīng)用的雛形。1959年晶體管收音機(jī)問世后，很快在汽車上得到了應(yīng)用。60年代，汽車上應(yīng)用了硅整流交流發(fā)電機(jī)和晶體管調(diào)節(jié)器，到60年代中期，汽車上開始采用晶體管電壓調(diào)節(jié)器和晶體管點(diǎn)火裝置。但更多地應(yīng)用電子技術(shù)則是在70年代以后，主要是為解決汽車安全、污染和節(jié)油3大問題。進(jìn)入70年代后期，電子工業(yè)有了長足的進(jìn)步，特別是集成電路、大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路技術(shù)得到了巨大發(fā)展，微機(jī)在汽車上的應(yīng)用，給汽車工業(yè)帶來了劃時(shí)代的變革。 20世紀(jì)90年代，汽車電子技術(shù)進(jìn)入了其發(fā)展的第三個(gè)階段，這是對(duì)汽車工業(yè)的發(fā)展最有價(jià)值、最有貢獻(xiàn)的階段，超微型磁體、超高效電機(jī)及集成電路的微型化，為汽車上的集中控制提供了基礎(chǔ)。目前汽車電子技術(shù)已發(fā)展到第四代，即包括電子技術(shù)（含微機(jī)技術(shù)）、優(yōu)化控制技術(shù)、傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、機(jī)電一體化耦合交叉技術(shù)等綜合技術(shù)的小系統(tǒng)，并且早已從科研階段進(jìn)入了商品生產(chǎn)的成熟階段。 汽車電子技術(shù)主要包括硬件和軟件方面的內(nèi)容：硬件包括微機(jī)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(jí)語言編制的各種數(shù)據(jù)采集、計(jì)算判斷、報(bào)警、程控、優(yōu)化控制、監(jiān)控、自診斷系統(tǒng)等程序。 微機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)指揮其他設(shè)備工作。目前汽車上用的微機(jī)以通用單片機(jī)和高抗干擾及耐振的汽車專用微機(jī)為主，其速度和精度要求不像計(jì)算用微機(jī)高，但抗干擾性能較強(qiáng)，能適應(yīng)汽車振動(dòng)大等惡劣的工作環(huán)境。有的由單機(jī)控制（即一個(gè)微機(jī)控制一個(gè)項(xiàng)目，如控制點(diǎn)火）向集中控制發(fā)展，而汽車集中控制也由原來的多個(gè)計(jì)算機(jī)通信向網(wǎng)絡(luò)化管理過渡。 2 汽車電子控制理論發(fā)展概況 汽車電子控制理論基礎(chǔ)，是“汽車電子技術(shù)”中的難點(diǎn)和重點(diǎn)。利用自動(dòng)控制理論而建立的開環(huán)、閉環(huán)、最優(yōu)、自適應(yīng)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(shí)，首先對(duì)汽車某個(gè)系統(tǒng)，如點(diǎn)火提前角優(yōu)化控制系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)辨識(shí)，建立數(shù)學(xué)模型，然后采用相應(yīng)的控制方法進(jìn)行優(yōu)化控制。但是發(fā)動(dòng)機(jī)本身結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，影響點(diǎn)火的因素較多，理論推導(dǎo)優(yōu)化點(diǎn)火狀態(tài)下的數(shù)學(xué)模型比較困難。因此，一般采用實(shí)驗(yàn)方法找出各種工況下的最佳點(diǎn)火提前角，然后存入微機(jī)內(nèi)存。在實(shí)行控制過程中，微機(jī)不斷檢測發(fā)動(dòng)機(jī)的工況，用查表的方法，查出該工況下的最佳點(diǎn)火提前角，進(jìn)行修正后再通過微機(jī)接口、放大電路去控制點(diǎn)火，這是目前國外應(yīng)用較多的優(yōu)化控制方法。 此外，目前應(yīng)用較成熟的另一種方法為自適應(yīng)在線搜索法：他包括頂點(diǎn)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(jī)在汽車運(yùn)行中自行搜索最優(yōu)工況，使控制接近或達(dá)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(yīng)用。模糊控制系統(tǒng)也是一種自動(dòng)控制系統(tǒng)，他是以模糊數(shù)、模糊語言形式的知識(shí)表示和模糊邏輯推理為理論基礎(chǔ)，采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)構(gòu)成的一種具有閉環(huán)結(jié)構(gòu)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。 3 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在汽車中的應(yīng)用 3.1 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在汽車內(nèi)部的應(yīng)用 比較高級(jí)的汽車上裝有幾十個(gè)微機(jī)控制器、上百個(gè)傳感器。這就給汽車進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)應(yīng)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(gè)部件如點(diǎn)火或噴油，用一個(gè)微控器進(jìn)行控制，這是微機(jī)在汽車上應(yīng)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(gè)微機(jī)系統(tǒng)分別控制汽車防滑制動(dòng)、牽引力控制、優(yōu)化點(diǎn)火、超速報(bào)警、自動(dòng)門鎖和防盜等；分級(jí)控制系統(tǒng)，如日產(chǎn)公司的分級(jí)控制系統(tǒng)，用1臺(tái)中央控制計(jì)算器分別指揮4臺(tái)微機(jī)，分別控制防滑制動(dòng)、優(yōu)化點(diǎn)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(jìn)行分塊集中控制，如發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤、信息、顯示和報(bào)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)，他對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火、燃油噴射、怠速及廢氣再循環(huán)進(jìn)行集中控制。上述各種類型的控制都。 有優(yōu)缺點(diǎn)，但網(wǎng)絡(luò)在汽車上應(yīng)用后，就可發(fā)揮各型控制的優(yōu)點(diǎn)，克服了他們的缺點(diǎn)。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(jī)出現(xiàn)故障全車癱瘓。采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)后，不但共用所有傳感器，還可以共用其他設(shè)備，如進(jìn)行了環(huán)形網(wǎng)控制，幾十個(gè)微機(jī)，就是個(gè)別出現(xiàn)問題，整車還可以正常運(yùn)行。所以網(wǎng)絡(luò)在汽車應(yīng)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(yīng)汽車網(wǎng)絡(luò)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(diào)控制、共享資源及標(biāo)準(zhǔn)化與通用化，世界各國都在積極合作，進(jìn)行汽車局域網(wǎng)的研究與開發(fā)。國外在網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的制定以及符合網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)的微處理器、通信協(xié)議等方面都已經(jīng)有了成果。網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)方面有Bosch公司制定的控制器局域網(wǎng)絡(luò)（CAN）協(xié)議和Intel推出的SAEJ18065網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。又如Philips，Intel，Motorola等公司推出了符合網(wǎng)絡(luò)相關(guān)協(xié)議的微處理器產(chǎn)品。同時(shí)，為整合各種標(biāo)準(zhǔn)，一份有關(guān)汽車網(wǎng)絡(luò)的國際標(biāo)準(zhǔn)正在國際標(biāo)準(zhǔn)化組織起草。 3.2 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在汽車外部的應(yīng)用 汽車上網(wǎng)系統(tǒng)，是一種無線的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。通過他，人們?cè)隈{駛汽車時(shí)就可以像在家一樣進(jìn)行上網(wǎng)、發(fā)E-mail等所有網(wǎng)上操作。目前不少公司在進(jìn)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(shù)，這項(xiàng)技術(shù)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(dòng)，如電子商務(wù)和網(wǎng)上購物、查看股市行情和天氣預(yù)報(bào)等。另外Microsoft公司新推出了專門為“車上網(wǎng)”設(shè)計(jì)的AutoPC軟件，采用Windows CE操作系統(tǒng)，他具有交互式語言識(shí)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?yàn)樗梢宰屍囻{駛員在手不離方向盤、眼不離行駛前方的情況下，與PC機(jī)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(shí)間導(dǎo)航等；也可以通過他在車上收發(fā)E-mail、打網(wǎng)絡(luò)電話和其他上網(wǎng)活動(dòng)。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(dòng)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(diào)控多信道大容量的輸入、輸出信號(hào)，例如CD、DVD、顯示器、電視接收天線、音響和全球衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)都可以和該系統(tǒng)交換信息。 4 汽車傳感器的發(fā)展趨勢(shì) 車用傳感器是促進(jìn)汽車高檔化、電子化、自動(dòng)化發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一，世界各國對(duì)車用傳感器的研究開發(fā)、提高性價(jià)比都非常重視?！皼]有傳感器技術(shù)就沒有現(xiàn)代汽車”的觀點(diǎn)現(xiàn)在已被全世界所公認(rèn)。汽車電子化越發(fā)達(dá)，自動(dòng)化程度越高，對(duì)傳感器依賴性就越大，所以，國內(nèi)外都將車用傳感器技術(shù)列為重點(diǎn)發(fā)展的高技術(shù)。 汽車現(xiàn)代傳感器總的發(fā)展趨勢(shì)是：多功能化、集成化、智能化、微型化，其技術(shù)的發(fā)展方向是： （1） 開展基礎(chǔ)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(kuò)大傳感器的功能與應(yīng)用范圍。 4.1 發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象 利用物理現(xiàn)象、化學(xué)反應(yīng)和生物效應(yīng)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(yīng)是現(xiàn)代傳感器發(fā)展的重要基礎(chǔ)。 4.2 開發(fā)新材料 功能材料是發(fā)展傳感器技術(shù)的另一個(gè)重要基礎(chǔ)。由于材料科學(xué)的進(jìn)步，在制造各種材料時(shí)，人們可以任意控制他的成份，從而可以設(shè)計(jì)與制造出各種用于傳感器的功能材料。例如控制半導(dǎo)體氧化物的成份，可以制造出各種氣體傳感器；光導(dǎo)纖維用于傳感器是傳感器功能材料的一個(gè)重大發(fā)現(xiàn)；有機(jī)材料作為功能材料，正引起國內(nèi)外汽車電子化專家的極大關(guān)注。 4.3 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(guān)。隨著半導(dǎo)體、陶瓷等新型材料用于傳感器敏感元件，許多現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)也引入汽車傳感器制造技術(shù)，例如集成技術(shù)，微細(xì)加工技術(shù)，離子注入技術(shù)，薄膜技術(shù)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(dǎo)體集成電路技術(shù)發(fā)展而來的微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)日漸成熟，利用這一技術(shù)可以制作各種能敏感和檢測力學(xué)量、磁學(xué)量、熱學(xué)量、化學(xué)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(shí)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(gòu)成大規(guī)模和多功能陣列，這些特點(diǎn)使得他們非常適合于汽車方面的應(yīng)用。 20世紀(jì)80年代初，微型壓阻式多路絕對(duì)壓力傳感器開始大批量生產(chǎn)，取代了早期采用LVDT技術(shù)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，他們是到目前為止大量生產(chǎn)的、并在汽車中得到廣泛應(yīng)用的微型傳感器。然而微型傳感器的大規(guī)模應(yīng)用勢(shì)必將不限于發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒控制和安全氣囊，在未來5～7年內(nèi)包括發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行管理、廢氣與空氣質(zhì)量控制、ABS、車輛動(dòng)力的控制、自適應(yīng)導(dǎo)航、車輛行駛安全系統(tǒng)在內(nèi)的應(yīng)用將為MEMS技術(shù)提供廣闊的市場。 4.4 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(gè)重要方向，即在一個(gè)芯片上集成多種功能敏感組件和同一功能的多個(gè)敏感組件。例如日本研制出復(fù)合壓阻傳感器，一個(gè)芯片可同時(shí)檢測汽車壓力與溫度。 4.5 研究智能式傳感器 智能傳感器是一種帶微型計(jì)算機(jī)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(diǎn)。例如，他可以確定傳感器工作狀態(tài)，對(duì)測量資料進(jìn)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(jì)算與處理工作等等。世界各國都在車用傳感器硬件的基礎(chǔ)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(duì)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(hào)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(jìn)行研制與開發(fā)，并取得了成就和應(yīng)用。