世界汽车电子产业发展现状及趋势
李剑平
(重庆汽车研究所,重庆400039)
摘要:汽车电子技术的迅猛发展极大地改善了汽车的各项性能.随着汽车市场的快速发展和汽车电子价值含量的迅速提高,汽车电子产业将形成巨大经济规模效应,成为支持汽车工业发展的相对独立的新兴支柱产业.全球汽车电子产业增长迅速,市场总量巨大.本文详细阐述世界汽车电子产品技术发展的现状和趋势.
1 概述经过100多年的发展,汽车产品在机械结构方面已经非常完善,靠改变传统的机械结构和有关结构参数来提高汽车的性能已临近极限.由于日益增强的安全,节能与环保要求和激烈的市场竞争,汽车工业还需不断研发新技术,特别是电子技术的不断发展,为汽车新技术发展提供重要的技术手段.汽车电子技术的应用从早期的电子燃油喷射,电子点火控制,进一步扩展到汽车底盘控制,主动安全性控制,以及故障诊断显示,娱乐和通信等各个领域.汽车电子化被认为是汽车技术发展进程中的一次革命,汽车电子化的程度被看作是衡量现代汽车水平的重要标志,是用来开发新车型,改进汽车性能最重要的技术.通过增加汽车电子设备的数量,促进汽车电子化
已成为夺取未来汽车市场重要的有效手段.汽车已经由单纯的机械产品发展成为高级的机电一体化产品.汽车电子技术的迅猛发展极大地改善了汽车的各项性能.相关研究表明,目前汽车上70%的创新来源于汽车电子技术.汽车电子产品的开发和应用,正是电子信息技术改造传统产业的一大热点,不仅给汽车产业的发展壮大带来新的生机和活力,也会带动整个信息产业的发展.随着汽车市场的快速发展和汽车电子价值含量的迅速提高,汽车电子产业将形成巨大经济规模效应,成为支持汽车工业发展相对独立的新兴支柱产业.汽车电子的发展将不仅颠覆人们对汽车产业的传统认识观念,而且会给经济的发展带来新的经济增长亮点,产生极大的经济效益.根据对全球汽车行业情况的研究估算和预测,2002年全球汽车电子系统市场的规模约为1000亿美元,而到2007年全球汽车电子系统市场的规模将达到约1500亿美元,汽车电子系统市场的年平均增长率约为7%,而这样高的增长率还有保持下去的趋势.
2 发展现状和趋势
21世纪汽车产品发展的趋势是:安全,节能,环保,舒适.其中环保与节能主要体现在发动机与传动系的电子控制以及燃料电池,CAN通讯,电控系统为代表的电动汽车,整车控制技术方面,而行驶安全性则主要体现在ABS,TCS,VDC,4WS,TPMS
等(各缩写含义见后)核心电子控制技术的发展上.除此之外,还有为提高行驶舒适性而开发的电控悬架技术,为提高汽车智能化而开发的自动避撞系统,车载导航系统等电子控制技术以及为乘员提供各种通讯娱乐的车载通讯娱乐系统等.现代汽车电子技术的发展可以分为以下几大类:发动机电子控制,底盘系统电子控制,车身电子控制,主被动安全技术,智能汽车与智能交通(ITS)技术,整车控制技术,车载通讯娱乐系统.
2.1 发动机电子控制系统
目前,汽油机的电子控制技术已经日趋完善,而国内外的柴油机电子控制技术则发展迅猛,新技术层出不穷.近年来,高压燃油直喷系统和高压共轨喷射系统的发展使柴油机的燃油经济性和排放性都有很大的改善.发动机管理系统则对喷油和进气过程进行综合控制,保证发动机能够在保持良好动力性的基础上,达到最优的燃油经济性和排放性,同时降低噪声和振动.发动机管理系统的核心技术是单片机(MCU),为汽车动力传动系统从机械系统向电子系统转变提供更强的计算处理能力.目前,单片机技术的发展趋势是低电压,低功耗,高速度,高集成度.
2.2 底盘系统电子控制系统
1)自动变速器电子控制系统.采用自动变速器,可以有效地提高驾驶方便性.目前得到广泛采用的自动变速器主要有三种类型:液力机械式自动变速器(AT),电控机械式自动变速器
(AMT)和电控机械式无级变速器(CVT).自动变速器的自动变速控制需要大量采用电子控制芯片和电控驱动装置.
2)电控悬架.目前,汽车的悬架系统一般是弹簧刚度和减振器阻尼特性不能改变的被动悬架,它不能根据使用工况和路面输入的变化进行控制和调整,故难以满足汽车平顺性和操纵稳定性的更高要求.近年来,随着电控和随动液压技术的发展,弹簧刚度和减振器阻尼特性参数可调的电控主动和半主动悬架,在汽车上逐步得到应用和发展.
2.3 汽车主被动安全系统
1)操纵稳定性的电子控制系统.提高汽车的操纵稳定性,过去一直局限于通过改进轮胎,悬架,转向与传动系的性能来实现.随着计算机,传感器和执行机构的迅速发展,研发各种显著改善操纵稳定性和安全性的电子控制系统,如防抱死制动系统(ABS),牵引力控制系统(TCS,也称ASR),四轮转向系统(4WS),车辆动力学控制系统(VDC,也称VSC,ESP).其中,VDC是在ABS和TCS的基础上,增加汽车转向行驶时横摆运动的角速度传感器,通过ECU控制各个车轮的驱动力和制动力,确保汽车行驶的横向稳定性,防止转向时车辆被推离弯道或从弯道甩出.
2)轮胎压力检测系统.轮胎压力监测系统(TPMS)是在每一个轮眙上安装高灵敏度的传感器,在行车状态下实时监测轮胎的各种数据,通过无线方式发射到接收器,并在显示器上显示
各种数据,任何原因(如铁针扎入轮胎,气门芯漏气)等导致的轮胎漏气,温度升高,系统都会自动报警,从而确保汽车行驶中的安全,延长轮胎的使用寿命.
3)汽车安全气囊和座椅安全带控制系统.汽车安全气囊的合理触发以及座椅安全带的及时束紧,需要安全系统对汽车行驶状况的及时监测和判断.汽车安全气囊和座椅安全带控制系统将采用越来越多的先进电子传感器,控制芯片以及电子控制装置.
2.4 车身电子控制系统
汽车车身电子控制技术所涉及的内容很多,如汽车的视野性,方便性,舒适性,娱乐性,通信功能等.视野控制技术指的是对汽车照明灯(包括前照灯,钥匙孔照明灯,车门灯和日光灯)和转向信号灯的电子控制,以及对电动刮水器,洗涤器和除霜器等的电子控制;方便性除指驾驶员,乘员进出车厢和行李货物装卸方便外,还包括对汽车电动门窗,电动门锁与点火钥匙锁,电动后视镜,电动车顶(天窗)等的控制;车身电控设备主要包括照明系统,自动座椅系统(如存储式座椅),自动空调系统,自动雨刮和车窗系统,多媒体系统等.目前车身电控技术呈现如下的发展趋势:进一步满足用户个性化的需求;先进的驾驶和乘坐信息系统,如车辆遥控检测,智能型汽车防盗,乘坐适应性控制,42V电子系统,环保设计系统等.
2.5 智能交通系统
智能交通系统(ITS)是指将先进的电子技术,计算机技术,通讯技术,传感技术,运筹学等有效地综合用于"道路—车辆一行人"系统中,以形成统一,高效的汽车智能系统.它具有自动控制车速,自主寻路,自动导航,主动避撞,自动电子收费,无人驾驶等功能.智能汽车是今后国内外汽车发展的热点领域,是未来汽车发展的必由之路.
2.6 整车控制技术
1)汽车CAN/LIN通讯系统.CAN(ControllerAreaNetwork)即控制器局域网络,是国际上应用最广泛的现场总线之一.CAN总线被设计作为汽车环境中的微控制器通讯,在车载各电子控制装置ECU之间交换信息,形成汽车电子控制网络.LIN(LocalInterconnectNetwork)是一种低成本的串行通讯网络,用于实现汽车中的分布式电子系统控制.LIN的目标是为现有汽车网络(如CAN总线)提供辅助功能.2)电控驾驶控制系统.电控驾驶控制系统是没有机械和液力后备系统的,由于结构的原因(间隙,运动惯量等),传统的机械和液力系统从控制指令发出到指令执行会有一定的延迟,这在极限情况下是不能允许的.
电控驾驶控制系统主要由三部分组成:控制系统,执行系统,通讯系统.控制系统的功能是根据驾驶员的意图和车辆行驶状况,对执行器给出执行的设定值.执行系统的功能是在控制系
统的控制下,完成具体的执行动作(转向,制动等).预计到2010年,欧洲生产的40%的汽车将采用电控驾驶控制系统.
2.7 车载电子通讯,导航和娱乐系统
随着信息时代和信息高速公路的发展,汽车的通讯功能已不只限于收听广播和用车载电话通话,还能显示信息和日程表,让你阅读或发送电子邮件和传真,收看天气预报和股市行情,访问互联网络.人们在车内将能使用办公室中的一切,例如数据库,电话号码,通讯录,约会记录,笔记本,参考资料,寻呼机,计算器以及银行业务等.汽车导航及巡航控制系统包括:惯性导航系统,卫星定位汽车导航系统,导向行驶系统,无线电定向定位导航系统,无线路标导航系统,自动调节速度和车距系统以及智能驾驶系统等.汽车导航系统是指车辆道路交通信息通讯系统,包括微机及显示屏,同步卫星定位系统,雷达等.它在微机内存储有大量的与道路相关的系统资料,用安装在道路上的雷达测定车辆间距及数量等交通信息,传输到电脑控制中心并发射到通讯卫星上,卫星把交通信号发回汽车接收器,驾驶员便可从车内显示屏上掌握交通信息.汽车产品将进入多媒体时代.随着数字技术的进步,给汽车工业将带来巨大变革,全新概念的汽车多媒体系统己经出现.微软公司合作利用Win2dows操作系统,综合运用汽车音响,计算机技术,导航技术及自动语言识别技术,开发出世界上第一台拥有车载计算机系统,将车载多媒体技术推向一个新的阶段.预计将声音,图
像,办公通讯融为一体的汽车多媒体不久将成为现实.
3 结束语
电子技术已经广泛应用于汽车的各个领域,极大地改善汽车的综合性能,使汽车在安全,节能,环保,舒适等各方面都有长足的进步.随着汽车电子设备对汽车产品重要性的不断增加,预计在未来5年内,汽车上的电子装置成本将可能占汽车整车成本的20%～30%之间,这样汽车电子产品将获得巨
大的市场容量.汽车电子产业拥有广阔的发展空间和前景.。