鉅大LARGE | 點擊量：423次 | 2024年02月02日
汽車電子系統發展和實用化的三大技術介紹
[摘要]目前在汽車上使用的新技術有80%來源于電子系統的不斷更新和進步。目前已經開始進進實用狀態的有三大技術，即：X-by-wire技術、車載網絡和42V電能方案。他們之間相輔相成、互相促進，使得汽車電子技術水平邁上了一個新的臺階。
關鍵詞：汽車電子X-by-wire技術CAN網42V能量方案
1、引言
在過往的數十年里，車用電子系統在數目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，汽車本錢已大大增加。而今，中高級汽車上的電子系統已經占整車總制造本錢的23%以上。一輛汽車上的電子產品所占的均勻用度由1977年110美元上升到2001年的1800美元。汽車專家們以為，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本錢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進步。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題目均能得到很好的解決。
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筆者以為，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，有的即將投進實用。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熟悉和研究，這樣才有利于進步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
過往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進步，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。
人們現在經常提到一個名詞“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，用公道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。先進的電子系統的用度也在直線下降。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。
高可靠性的容錯電子控制系統X-by-wire不依靠于傳統的機械和液壓裝置，它使得汽車更輕、更便宜、更安全、更省油。其自診斷系統和適配系統對各類型車輛都適宜。這個系統可取消汽車的驅動帶，液壓制動泵，甚至轉向柱，出現無轉向盤的汽車。
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輕易的。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-steersystem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，汽車上出現了很多的電控單元，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。
采用傳統的線束方案將使得連線的長度和數目大大增加，而不斷加長的線束和增多的插接器增加了汽車質量，削弱了性能，使得可靠性很難保證。一輛正常行駛的車輛，線束每超過50g或能量損耗每超過100W，百公里油耗將增加0.2L。而且，繁雜的線束插接器使得電壓大幅下降，限制了其他功能的正常使用，成為汽車電子系統中最昂貴、最繁瑣的的一部分。
車載網絡系統就是將電器元件連接在汽車控制網上，如同計算機連接在局域網上一樣。這些網絡都可以方便地進行信息和資源共享，從而成功的解決了上述技術困難，這也是現代計算機網絡技術和汽車電子技術成功結合的一個典型范例。目前，車載網絡系統已開始在全世界范圍內得到廣泛的應用。而在汽車中應用最廣泛的網絡協議標準就是CAN（ControllerAreaNetwork）網。
20世紀80年代中期，Bosch公司開發出了這種控制局域網，這是最早的、使用時間最長的汽車控制網絡。CAN網已在當前的汽車上廣泛應用。僅2000年其相關器件的銷量就超過的1億個。
一臺典型安裝有CAN網的車輛能同時容納2～3個獨立的運行在不同傳輸速率下的CAN網，低速CAN網運行在125Kbps下，通常負責治理“舒適性功能”，如：電動座椅，電動玻璃升降等。一般情況下，沒有實時要求的控制采用低速網。它有能量存儲-睡眠模式，在此模式下，節點停止振蕩直到一個CAN網信息喚醒它。睡眠模式可防止電量消耗。
高速CAN網用于滿足實時性高的重要控制。如：發動機治理、ABS、巡航。盡管高速CAN網最大波特率可達到1Mbps，但是CAN網高速運行時雙絞線電纜中產生很大的電磁輻射，當傳輸速率超過500kbps后，其能量的損失會迅速增大。所以一般高速網為500kbps。
4、電能供給和42V方案
隨著汽車上電子系統的迅速增多，他們將消耗大量的電能，使得總負荷即將超過2kW。內部能量需求將以每年4%的速度遞增，假如這種趨勢持續下往，那么，守舊一點估計，到2005年，高級汽車的均勻電能需求將達到2.5kW。這種增長將使目前的供電系統顯得力不從心。例如：在3kW負荷下，帶托架和皮帶傳動的發電機會發出明顯的噪聲，并且需要附加額外的冷卻裝置。
在一個汽車電子系統內部，對于特定的功率，電壓值的進步可使得系統電流減小。而小的電流可使得導線上的損耗減少，從而可使用更細更小的線束。進步電壓值，也可以減少電器裝置本身的體積、質量和損耗，也有利于控制裝置的小型化，進步集成度。
采用42V的電器系統需要一個36V蓄電池，最大工作電壓50V，峰值電壓可達58V。這是由于60V是工程師們以為的最大安全界限。更高的電壓將產生危害。
盡管42V系統的優點顯而易見，但從沿用了半個世紀的12V系統轉換成42V系統，產品的重新設計和制造的用度極大，維護和升級將帶來障礙。因此，目前比較現實的是采用一種14V/42V的雙電壓方案，以減小對汽車零部件制造業的沖擊，實現平穩過渡。
14V/42V雙電壓的變換過程如下：交流發電機輸出42V高電壓，借助一個DC/DC變換器（直流變換器），由42V變換14V。在這個系統中，DC/DC變換器將供電系統分隔為兩個具有不同電壓等級的供電系統，除降壓外，還在整個電氣系統的電能分配治理中起到重要作用。
5、結束語
通過對以上三種汽車電子發展和實用化技術的分析，大家不丟臉出，他們之間有著十分明顯的因果關系。為了滿足人們對汽車性能的新要求，必須廣泛采用X-by-wire技術實現電控化，而X-by-wire技術的發展又使得線束系統過于復雜化而不堪重負，車載網絡系統的發展則成功的解決了這一技術困難。同時采用42V能量方案又保障了前兩者的能量供給，并為其發展提供了更廣泛的空間和保證。這三者相輔相成、互相促進的共同發展，必將使汽車電子技術水平邁上一個新的臺階?？梢灶A見，在最近幾年，我國與國際同步推出的新車型里，我們將會經常看到成功應用這些技術的例子。
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