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汽车电子的运用及前景

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按现代观点,汽车乃是一些部件和子系统组成的整体。它能对驾驶员的输入信息和环境因素的影响做出及时响应,并给出最佳输出。单纯由机械部件组合而成的汽车,由于部件之间在配合上的固有矛盾,无法使整体获得最佳输出。化油器与发动机的匹配便是其中一例。6。年代以来,由于节能及排放法规的实施;消费者对舒适、安全、操纵简便及娱乐方面日益增长的要求;及微电子、计算机工业的迅猛发展,一门新型的边缘学科—汽车电子学诞生了。

1汽车电子产品的现状与发展趋势

60年l七,在硅元件整流的交流发电机、调节器和电子点火中运用了晶体管。70年代,由于排放法规严格,汽车开始装备电子燃油喷射(EFI)以降低污染;同时,汽车的电子控制单元(ECT)中已采用模拟与数字IC。80年代,以微处理器为代表的电子技术已应用到汽车的动力系、底盘系、信息交换系统及安全娱乐等四大领域;传感器、执行部件、专用IC也获得广泛发展。

1.1汽车动力系

这一系统包括发动机和变速箱,它在设计要求上存在许多矛盾,如燃油经济性与降低排放的矛盾等。现代电子技术则能够协调这些关系,汽车电子最早的应用就是控制发动机。电子点火系60年代便应用于汽车。人们发现点火正时对排放有重大影响,稀薄气燃烧需200mJ点火能量,丰田汽车1976年开始装备燃油喷射系统,此后,单点与多点电子喷射系统得到广泛应用。据BOSCH公司统计,1984年仅美国就有近400万辆汽车装有此系统。在高能点火及采用氧传感器反馈的条件下,空燃比可高达23。日本的试验表明采用这种稀薄燃烧的发动机,燃油经济性可提高10%~15%。现代汽车发动机由于采用高压缩比、多气门及涡轮增压技术,加上燃用无铅汽油,使防爆控制(KCS)技术在1983年进入实用化。这种闭环点火系能使点火正时曲线以。.50的精度自动跟踪爆震极限曲线,使发动机获得最大扭矩输出。电子控制的变速箱比液压变速箱有更高精度,容易在经济性最佳的范围内运行。日本在1985年已有近50%的汽车装备这种变速箱,不仅提高了整车的经济性,而且驾驶员通过按钮实现功率型、经济性及中间型等不同驾驶模式,直接改善了整车的操作性能。电控动力系是电子技术对发动机和变速箱的一种综合控制,由专用单片机传感器,执行元件组成。据报导,汽车的动力控制系统中,单项控制功能由1978年的5项将发展至111995年的33项;传感器从7个将增至12个;执行部件从4个将增至20个。动力系从此会有本质性的变化。

1.2底盘系统

底盘控制包括悬架、制动和转向系统的电子控制。1977年,通用汽车公司用一种新的电动压缩机代替机械压缩机,使后轮高度调整系统实现电气化。80年代,日本加入了悬架电控系统的竞争。悬架电子控制,是指计算机检测到转向和制动状况的信号后,能自适应地处理车辆的侧倾、前后仰,并自动调整减振器阻尼力的控制系统。它能防止倾斜并提高车轮的地面附着力。超声波高度传感器用来控制车身高度,空气弹簧用来调整弹性系数,光栅检测器用来测定转向角等等。这种完整的控制系统已投入大规模生产。新的制动控制理论和模拟电子技术相结合,产生了电控防抱死制动系统(ABS),它有可靠的硬件结构、容错系统、安全自锁与自诊断功能,极大地提高了行车安全性。液压助力转向可减轻驾驶劳动强度,电子控制的转向系统能使低速费力小,高速费力大,从而提高了操作的安全性和舒适性。1974年丰田公司推出这种以车辆速度为控制量的转向系统。近年来更出现了电机驱动的电子转向及四轮转向系统,进一步改善了操作性能。

1.3信息交换系统

汽车的信息交换包括内部交换及汽车与外界信息交换两个范畴。内部交换又分为各电控子系统内部及系统之间的信息交换,以及车辆与人之间的信息交换两个方面。自1970年提出第1个方案以来,这种交换系统的总线结构已变得十分复杂,并成为汽车电子一个专门研究的领域。对消费者来说,直接关心的是人机交换系统。驾驶员需要了解的如发动机转速、车速、里程、有关温度等重要信息,已采用液晶、真空萤光、发光二极管等技术,格式化地出现在显示屏上,驾驶员可按自己喜欢的方式选择显示阵列。维修诊断系统采用自动显示,并提醒用户及时采取措施,人机工程学由此也在汽车领域中找到了它韵应用。汽车电话与导航系统用于车辆与外界进行信息交换。驾驶员可根据基地台(或卫星)发出的信号在车载彩色阴极一射像显示器(CRT)上显示车辆位置、交通状况和最佳行车路线。1985年此系统已投入使用。

1.4安全和娱乐系统

运用雷达、‘激光、红外视觉和超声传感技术的电控防碰撞系统,不仅能搜索前方障碍,防止快速接近目标,而且可侦测车辆后方盲区情况,防止背部碰撞;驾驶警告系统则可侦测驾驶员应变能力的丧失并自动采取措施防止事故;电子空调系统不仅自动调节温度、湿度和空气质量,而且分配系统能向车内提供选定的温度区域;电热供给系统则可快速响应峰值温度要求并迅速降低过热现象;汽车音响与电视已与家用设备毫无二样,汽车电子发展阶段中出现的语音的识别系统,将使娱乐设备的控制、显示方式的选择和电话拨号实现声控。公路交通将由此成为人们一种前所未有的享受。90年代,汽车电子将集中发展系统模型,电源系统,多信道处理,汽车软件和诊断系统五项关键技术。汽车将成为一个复杂而庞大的机械与电子系统。它将迫使人们更新设计思想,要求运用系统工程的方法,建立系统的数学模型,在计算机辅助设计(CAD)与计算机辅助制造(CAM)的帮助下进行设计与制造。欧洲已有17个汽车厂家联合进行技术攻关与车辆制造,日、美亦有类似行动,人们已用“三厂集中度”来描述全球汽车工业日趋垄断化的竞争形势。车用电源的峰值将从现在的Ikw升至skw,从而要求设置双电源。低压(lZV)电源为包括照明在内的大多数电器与电子设备供电;高压(24或48V)电源则向重负荷,如空调压缩机、底盘液压设备提供电力。双重电源有赖干大容量蓄电池的进展,它应具备高能量密度、平坦的充电曲线和高可靠性。汽车电子技术的进步,将促使各子系统的控制走向集中化,形成整车电控系统,这一系统除中心电脑外,甚至包括多达23个微处理器以及大量传感器和执行部件,组成一个庞大而复杂的信息交换与电力控制系统。车用计算机的容量已与现代PC机不相上下,计算速度则要求更高。为此,设计者们希望采用并行算法,及时处理车辆内部的纵横交换信息。多信道网络、复杂的总线系统要求强大的软件支持,这将促使车用软、硬件系统在今后的岁月中获得更大的进展。最后,车辆信息数据积累后,足以作为部件生命的期望统计量,构成自诊断的基础,从而开发出更高水平的自诊断系统。这一系统与维修检测站的电子检测系统结合,将改变现行汽车维修保养方式。

2差距与对策上的思考

汽车电子30年现状的分析与本世纪末发展的展望,使人们十分清楚地感到了国内与发达国家的差距正在扩大的严峻形势。平心而论,国内汽车电子起步并不晚。60年代就已开始研制电子点火,然而现实发人深省。一项简单的交流发电机推广应用长达10年之久;研究近30年的电子点火至今未被主机广泛采用。近年来,尽管少数单位已研制出燃油喷射、微机点火、防爆震点火等电子部件,但从整体来看,国内汽车电子技术尚属60年代国际水平。这个令人膛目结舌的差距如不认真对待,将对国内汽车工业的前景带来极不利的影响。造成差距的主要原因主要有以下几个方面。

2.1研究工作缺乏宏观调控

汽车电子是一项涉及汽车、电子、计算机等诸多工业的系统工程,就国情而言不是只靠市场调节可搞得上去的。现在缺乏整体研究规划,研究经费极为匾乏,研究人员如散兵游勇,即使坚持下去,也是举步维艰,停留在实验室阶段J汽车的设计与制造大多停于机械模仿,’缺乏机理研究,导致主机对电子技术提不出精确数据要求,上不了研究子系统的台阶。

2.2缺乏专门人才和信息交流

汽车电子属知识密集型交叉学科,靠企业或社会自发的努力是很难培养人才的。目前,国内有关生产和交通部门几乎没有这方面人才的现状应引起教育部门的严重关注。人才的缺乏必然导致信息不灵,除个别单位有少量文摘索引外,人们似乎不关心国外汽车电子研究的方向和发展情况,更谈不上国际交流和合作,这种自锁是产生有关技术引进失误和现有研究在低水平上徘徊的原因之一。

2.3有关基础工业急待加强

传感器与电子及微电子组件是汽车电子的基础,随着汽车工业的发展,其潜在市场容量能带来的社会效益与经济效益前景诱人。仅以电子点火为例,严格的道路对比试验证明能节油3%左右。我国现有汽车保有量为580万辆,若有50万辆装备电子点火,年节油可达5万吨;合人民币790万元。其中仅电子部分将由此创产值4千万元,利税1千万元。据有关专家估计,汽车工业将成为电子行业最大的市场,而国内在这一领域的许多项目尚属空白,急待开发填补。

2.4对策及建议

2.4.1国家有关职能部门宏观调控时应考虑:

a.投资与价格政策必要的倾斜,调动主机厂与配套厂上电子产品的积极性。

b.公布必要的法规,除已有的排放法规外,可考虑增加油耗法规。国外经验表明,强制性执行这些法规,不但有利干保护生态环境和节约能源,而且可大力推进汽车电子技术的进步和电子工业的繁荣。

c.制定汽车电子十年发展规划和指令性装备汽车电子产品的规划,力争在本世纪末最大限度地缩短与发达国家差距。

d.国家投资建立汽车电子研究中心,负责汽车电子产品开发及研究导向(如建立有关技术标准,抑制低水平研究);组织情报与学术交流;创办《汽车电子》期刊,向国家职能部门提供有关情况及政策咨询等。

e.向国家教委建议,在调整高校专业时,设置汽车电子专业。国内应在本世纪末培养一支素质较高,具有一定规模的汽车电子专家队伍,以迎接21世纪的挑战。.

2.4.2在国内汽车机电一体化的进程中,保持汽车本体与电子产品技术水平的适当同步。这是出于价值工程的考虑,既可使整车价格性能比实现优化,又可使电子产品配套厂集中精力上质量。

2.4.3正确处理引进技术与国内研究的关系。考虑到汽车工业是国民经济的支柱工业,引进应着眼于扶持民族工业,汽车电子产品不宜搞国外散件国内组装的发展模式。我国即将参加关贸总协定,这对国内汽车、电子和计算机工业既是严峻的挑战,又是汽车电子工业面临的机遇。现在,汽车零部件行业的国际环境相对宽松,只要及时制定正确的对策,抓住机遇迎接挑战,中国汽车电子工业必将从此顺利发展,并有着光明的未来。

汽车电子的运用及前景责任编辑:陈老师    阅读:人次