汽車電子與智能化技術(shù)的運(yùn)用研究

張延明

（撫順市現(xiàn)代服務(wù)學(xué)校 遼寧撫順 113001）

汽車電子技術(shù)包括發(fā)動機(jī)電子控制系統(tǒng)、底盤電子控制系統(tǒng)、車體控制系統(tǒng)和車載電子設(shè)備（車載電腦、胎壓檢測系統(tǒng)、導(dǎo)航、視聽娛樂系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、倒車影像系統(tǒng)、后視攝像頭等）。汽車智能化運(yùn)用傳感技術(shù)、信息分析技術(shù)、人工智能技術(shù)等進(jìn)行環(huán)境分析、行車線路規(guī)劃、輔助駕駛、自動駕駛等，提升了汽車的駕駛體驗(yàn)和現(xiàn)代化水平，是提高企業(yè)品牌市場占有率的重要技術(shù)手段。

1 汽車電子技術(shù)應(yīng)用歷程

20 世紀(jì)50年代、60年代末，電子技術(shù)開始在汽車上進(jìn)行單獨(dú)的應(yīng)用，以改良機(jī)械零件的功能，如點(diǎn)火設(shè)備、電壓控制設(shè)備等，電子技術(shù)開始進(jìn)入到汽車制造過程中，提高了汽車的駕駛性能。20 世紀(jì)70年代到20世紀(jì)80年代中期，計(jì)算機(jī)技術(shù)和集成控制技術(shù)組成了獨(dú)立的電子系統(tǒng)，如EFI（Electronic Fuel Injection System）電子燃油系統(tǒng)、ABS（Anti-lock Braking System）車輪防抱死制動系統(tǒng)等，這些獨(dú)立的電子系統(tǒng)對汽車進(jìn)行自動控制，提高了汽車的環(huán)保指數(shù)，減少了空氣污染問題，使汽車的安全性有所提高。20世紀(jì)80年代中期到20 世紀(jì)90年代中期，電子技術(shù)開始大量運(yùn)用，集成電路、通信技術(shù)使電子技術(shù)的應(yīng)用更加復(fù)雜和廣泛，形成了完整的電子控制系統(tǒng)，使汽車由單純的機(jī)械產(chǎn)品向機(jī)械電子化發(fā)展［1］。

2 汽車電子技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 汽車電子技術(shù)總體應(yīng)用狀況

相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，汽車電子技術(shù)在汽車制造中的重要性逐年增加，占汽車成本的30%以上，在一些現(xiàn)代車型中，電子零件占到成本的一半以上。電子技術(shù)逐漸向集成化控制轉(zhuǎn)變，動力控制模塊（PCM）整合了發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)和變速器控制系統(tǒng)，制動控制整合了ABS、TCS（Traction Control System）循跡控制系統(tǒng)、ASR（Acceleration Slip Regulation）驅(qū)動輪防滑系統(tǒng)，通過底盤控制系統(tǒng)的整體控制，協(xié)調(diào)各個分系統(tǒng)，使汽車達(dá)到最佳駕駛狀態(tài)。汽車上的電子零件增多，為簡化節(jié)點(diǎn)布置和導(dǎo)線用量形成了網(wǎng)絡(luò)總線技術(shù)，汽車電子設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)式布線，由總線進(jìn)行處理和傳輸信息，使數(shù)據(jù)傳輸更加準(zhǔn)確，總線可以讀取汽車任一電子設(shè)備數(shù)據(jù)，給汽車裝配和維修帶來了便利。汽車電子技術(shù)的運(yùn)用使汽車系統(tǒng)更加自動化和電子化，汽車42V供電系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)的輸出功率達(dá)到8000W，大幅提高發(fā)電效率，改變了汽車電器結(jié)構(gòu)。近年來，互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)信息技術(shù)迅速普及，人們對汽車有了更高的期望，汽車從傳統(tǒng)的交通工具向新型多媒體終端轉(zhuǎn)變，能夠進(jìn)行導(dǎo)航、電子通信、語音識別、路況識別、影音娛樂、自動報(bào)警等智能化操作。汽車電子系統(tǒng)市場潛力巨大，是兼具軟硬件功能的電子控制系統(tǒng)。汽車電子軟件系統(tǒng)的研發(fā)包括總體功能、軟件組成、代碼、調(diào)試等，硬件系統(tǒng)研發(fā)包括總體功能、設(shè)計(jì)、調(diào)試等。當(dāng)今汽車電子產(chǎn)品更加注重安全設(shè)計(jì)，運(yùn)用傳感技術(shù)、雷達(dá)監(jiān)測等新技術(shù)進(jìn)行汽車距離、速度和轉(zhuǎn)向控制，大大降低了事故發(fā)生的概率［2］。

2.2 汽車電子技術(shù)在汽車中的具體應(yīng)用

電子技術(shù)在EFI、ESAS（Electronic Spark Advance System）電控點(diǎn)火系統(tǒng)、ECAT（ElectronicControlAutomatic Transmission）汽車電控自動變速器、ABS、EPS（Electronic Power Steering）電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、ECS（Electronic Control Suspension System）自動懸掛系統(tǒng)、CCS（Cruise Control System）汽車巡航控制系統(tǒng)、EGR（Exhaust Gas Recirculation）廢氣再循環(huán)系統(tǒng)、ISC（Idle Speed Control）怠速控制系統(tǒng)、電子油泵、冷卻、輸出、排量、增壓及發(fā)電機(jī)系統(tǒng)修復(fù)等方面都有所應(yīng)用。

2.2.1 動力系統(tǒng)中電子技術(shù)的運(yùn)用

EFI 使發(fā)動機(jī)工作狀態(tài)穩(wěn)定，技術(shù)先進(jìn)，在維持一定的輸出功率的同時，節(jié)能保持空氣凈化，根據(jù)發(fā)動機(jī)的最佳油耗情況進(jìn)行電子控制，利用傳感器獲得空氣流量溫度和含氧量數(shù)值，與程序內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對提供油量的合理數(shù)值，使發(fā)動機(jī)持續(xù)在合理優(yōu)化狀態(tài)下進(jìn)行工作，提高了發(fā)動機(jī)的使用效率和整體性能。ESA 系統(tǒng)根據(jù)傳感器中發(fā)動機(jī)的工作參數(shù)進(jìn)行分析，控制點(diǎn)火時間，達(dá)到節(jié)約油耗降低污染的效果。ECAT利用發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、承載能力、汽車車速、制動器情況和駕駛數(shù)據(jù)進(jìn)行測算，以得到合理的擋位和換擋時刻，根據(jù)路況和汽車駕駛狀態(tài)進(jìn)行靈活換擋加速。傳動控制系統(tǒng)能夠根據(jù)汽車運(yùn)行狀態(tài)自動調(diào)整發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速。電子換擋系統(tǒng)代替了手動換擋桿，通過電磁閥等與變速裝置相連，使汽車的操作更為簡單安全，提高了發(fā)動機(jī)的利用率。ABS經(jīng)過了長時間的實(shí)踐和應(yīng)用安全性大大提高，通過控制車輪和接觸面的摩擦率避免制動時車輪抱死滑動和轉(zhuǎn)向失靈的情況，縮小了制動長度，增加汽車的操作安全性和持續(xù)性。ASR系統(tǒng)對ABS起到了輔助作用，避免汽車起動加速時驅(qū)動輪打滑，增加了加速時的動力性能和操作的安全性。EPS使用電機(jī)替換了原有的液壓缸，零部件數(shù)量減少，體積縮小，質(zhì)量變輕，轉(zhuǎn)向動力和回正能力加強(qiáng)，使汽車低速行駛的靈活性和穩(wěn)定性大幅增加［3］。

2.2.2 車身控制系統(tǒng)中電子技術(shù)的應(yīng)用

ECS根據(jù)懸掛設(shè)備的載荷自動調(diào)整懸掛架彈簧和減震器，使駕駛體驗(yàn)更為簡潔舒適。CCS 能夠在汽車高速持續(xù)駕駛時自動調(diào)節(jié)氣門控制發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和輸出功率，阻力增大時加大氣門增加發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，阻力減小時調(diào)小氣門降低發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，汽車速度降低或進(jìn)行制動時系統(tǒng)自動關(guān)閉。汽車制造商對安全問題愈發(fā)關(guān)注，在VDC行駛動力學(xué)調(diào)節(jié)系統(tǒng)、安全氣囊、安全帶等系統(tǒng)中電子技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛。

3 汽車電子技術(shù)體系特征

3.1 電子總線結(jié)構(gòu)

隨著電子技術(shù)在汽車制造中的應(yīng)用日益廣泛復(fù)雜，以往的布線方法已經(jīng)難以適應(yīng)汽車流程化的生產(chǎn)需要，EEA（Electronic&Electrical Architecture）汽車電子結(jié)構(gòu)以電氣配置、源頭管理、網(wǎng)絡(luò)總線、路由設(shè)計(jì)和布線設(shè)計(jì)為主要內(nèi)容進(jìn)行汽車電子數(shù)據(jù)的分析和處理，形成具有典型性的數(shù)據(jù)處理模式，降低了汽車電子技術(shù)的應(yīng)用成本，提高了汽車的生產(chǎn)效率，保證了汽車電子的生產(chǎn)質(zhì)量和功能要求［4］。

3.2 開放式模型軟件結(jié)構(gòu)

汽車的電子系統(tǒng)軟件種類多，有許多重復(fù)的功能和結(jié)構(gòu)，為了簡化軟件系統(tǒng)，節(jié)約成本，避免重復(fù)應(yīng)用，汽車電子系統(tǒng)形成了開放共享式的軟件模型結(jié)構(gòu)。開放式軟件平臺為汽車電子系統(tǒng)提供了一個具有包容性的軟件結(jié)構(gòu)，對軟件進(jìn)行統(tǒng)一的設(shè)計(jì)和管理，整合了汽車的電子應(yīng)用系統(tǒng)，對于基礎(chǔ)的功能性軟件和其他軟件系統(tǒng)進(jìn)行接入和通用化配比，減少了不同軟件之間的沖突和不匹配問題，使汽車軟件系統(tǒng)的開發(fā)更加高效，也逐漸形成了汽車自身軟件的應(yīng)用特色［5］。

3.3 開發(fā)流程工具的標(biāo)準(zhǔn)化

由于汽車的多元化和安全舒適高質(zhì)量的要求，汽車電子系統(tǒng)從設(shè)計(jì)到測試和應(yīng)用都有專門的科學(xué)開發(fā)工具進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的生產(chǎn)，使電子技術(shù)方法從理念落實(shí)到了實(shí)際，保證了電子系統(tǒng)的科學(xué)規(guī)范，也使開發(fā)人員便于使用標(biāo)準(zhǔn)的軟件和硬件工具進(jìn)行設(shè)計(jì)測試和管理。開發(fā)全程都有相應(yīng)的工具進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)參照對汽車電子系統(tǒng)的發(fā)展產(chǎn)生了積極而重要的影響，為汽車的電子化提供了科學(xué)穩(wěn)定的技術(shù)支持［6］。

4 汽車智能化技術(shù)的應(yīng)用

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、5G通信和人工智能的迅速發(fā)展，汽車的智能化和信息互聯(lián)成為新的發(fā)展趨勢。汽車電子技術(shù)的發(fā)展使汽車從機(jī)械交通工具進(jìn)行了信息化的轉(zhuǎn)變，而汽車智能化將汽車的信息化提升到了一個新的層次。利用現(xiàn)代化的通信互聯(lián)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)人車交互、環(huán)境檢測、智能處理、共同控制，成為未來汽車技術(shù)的最具潛力的發(fā)展方向。汽車智能化包括汽車結(jié)構(gòu)、信息處理和技術(shù)支持，通過云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、先進(jìn)的衛(wèi)星定位技術(shù)進(jìn)行信息交換，實(shí)現(xiàn)汽車與信息庫的數(shù)據(jù)流通共享。汽車智能化主要涉及以下的技術(shù)方面。

4.1 信息通信技術(shù)

與傳統(tǒng)的汽車只進(jìn)行內(nèi)部信息交流不同，汽車智能化實(shí)現(xiàn)的是車車互聯(lián)、車網(wǎng)互聯(lián)，使汽車能夠進(jìn)行準(zhǔn)確的環(huán)境檢測，以最新的信息通信技術(shù)為支撐，更快地接入互聯(lián)網(wǎng)，提高信息傳遞的同步性和準(zhǔn)確安全性，并減少信息間的干擾［7］。

4.2 環(huán)境檢測技術(shù)

準(zhǔn)確的環(huán)境檢測能力是智能汽車進(jìn)行決策判斷的前提。憑借單獨(dú)的傳感器數(shù)據(jù)不能進(jìn)行有效的環(huán)境檢測以做出正確科學(xué)的智能判斷，汽車智能化利用車體不同部位的傳感器進(jìn)行綜合數(shù)據(jù)處理，通過整合各個傳感器的信息進(jìn)行整體判斷，利用先進(jìn)的雷達(dá)檢測系統(tǒng)、圖像分析技術(shù)等進(jìn)行自動巡航、自動行車、自動避開障礙、倒車影像等復(fù)雜的技術(shù)操作。智能汽車通過先進(jìn)的傳感技術(shù)和雷達(dá)技術(shù)進(jìn)行安全的汽車控制，大大提高了駕駛的舒適性［8］。

4.3 智能化汽車的信息安全技術(shù)

汽車高度的信息化也帶來了信息安全問題，一旦信息安全受到威脅，會直接影響汽車智能化的發(fā)展和應(yīng)用。汽車智能化的信息安全技術(shù)包括通過信息加密技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的安全傳輸，保證數(shù)據(jù)在傳輸中不被惡意獲取，保護(hù)車主的隱私安全；通過數(shù)字技術(shù)保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐晟?、?zhǔn)確，避免數(shù)據(jù)傳輸失誤；數(shù)據(jù)可追溯性保證數(shù)據(jù)來源的可靠性；身份準(zhǔn)入性保證信息網(wǎng)絡(luò)的安全性；數(shù)據(jù)的私密性最大限度地保證用戶的信息未經(jīng)允許不會被第三方獲?。?］。

5 汽車電子與智能化的發(fā)展趨勢

汽車電子與智能化經(jīng)過了幾十年的發(fā)展，對汽車行業(yè)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。汽車的電子化使汽車的能源利用由石油燃料向電能進(jìn)行轉(zhuǎn)變，而智能化使信息處理的主要方面向汽車自身進(jìn)行轉(zhuǎn)換，兩方面的整體變化使汽車的發(fā)展趨勢向高效環(huán)保智能的方向進(jìn)行轉(zhuǎn)變，為未來汽車的指明了新的發(fā)展道路。汽車電子與智能化更加注重信息互聯(lián)和智能操作，在保證信息安全性的同時，提升了汽車行業(yè)的現(xiàn)代化水平。

有相關(guān)權(quán)威機(jī)構(gòu)預(yù)估，到2050年智能化汽車將占全球汽車市場的3/4 左右，將實(shí)現(xiàn)汽車無人駕駛，交通系統(tǒng)、基本交通設(shè)施和汽車產(chǎn)業(yè)模式將發(fā)生重大改變。智能化汽車將代替?zhèn)鹘y(tǒng)的燃油和電動汽車成為未來汽車行業(yè)的主流，對于目前汽車行業(yè)將有以下變化。

5.1 汽車行業(yè)逐漸實(shí)現(xiàn)合作共享

汽車行業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的合作將進(jìn)一步加強(qiáng)，與信息技術(shù)、金融服務(wù)、線上線下服務(wù)商等的融合加快，實(shí)現(xiàn)行業(yè)的互補(bǔ)和合作共享。

5.2 信息安全前提下實(shí)現(xiàn)有效共享

汽車智能化的信息需求促使汽車行業(yè)在保護(hù)自身信息數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)據(jù)的可靠共享，形成科學(xué)的數(shù)據(jù)交流方式，汽車制造行業(yè)也更加開放包容。

5.3 數(shù)據(jù)商業(yè)化增強(qiáng)

汽車智能化涉及到軟硬件的應(yīng)用，隨著客戶數(shù)量的增多和應(yīng)用模式的逐漸成熟，數(shù)據(jù)互聯(lián)將產(chǎn)生新的應(yīng)用模式，數(shù)據(jù)服務(wù)的軟硬件實(shí)現(xiàn)對汽車行業(yè)的全方位對接，汽車行業(yè)通過提供數(shù)據(jù)進(jìn)行回饋，汽車行業(yè)向消費(fèi)者開放軟硬件系統(tǒng)，以獲得進(jìn)一步的盈利和數(shù)據(jù)支持。

5.4 汽車互聯(lián)功能進(jìn)一步增強(qiáng)

汽車智能化從簡單的輔助功能升級為全方位的智能處理和無人駕駛，利用車身各個部位的傳感器、攝像系統(tǒng)和雷達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行智能控制，去掉目前一些并不實(shí)用的試用功能，實(shí)現(xiàn)人性化和智能的人車交互體系。

5.5 汽車國產(chǎn)化增強(qiáng)

隨著汽車智能化需求的增加，國外汽車品牌將尋求與國內(nèi)汽車企業(yè)合作，以便更好地適應(yīng)國內(nèi)用戶的消費(fèi)習(xí)慣和使用需求，給國內(nèi)汽車相關(guān)行業(yè)帶來了一定的發(fā)展機(jī)遇。

5.6 汽車生產(chǎn)方式的改變

汽車智能化對汽車的功能和需求的增加使汽車從行業(yè)內(nèi)的制造模式向汽車制造商、自身網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和共享網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的方向轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)綜合制造模式。

5.7 汽車將實(shí)現(xiàn)行業(yè)轉(zhuǎn)型

汽車智能化發(fā)展初期將是汽車行業(yè)的生死存亡之戰(zhàn)，技術(shù)應(yīng)用、資金投入、相關(guān)人才、市場潛力、客戶需求等影響著汽車智能化的發(fā)展進(jìn)程，也對汽車企業(yè)產(chǎn)生了重要影響。汽車制造企業(yè)要把握未來發(fā)展趨勢，保證有層次的產(chǎn)業(yè)布局和人才資金儲備，實(shí)現(xiàn)汽車制造的進(jìn)一步轉(zhuǎn)型，實(shí)現(xiàn)企業(yè)利潤增長和長遠(yuǎn)發(fā)展。

6 結(jié)語

傳統(tǒng)汽車是人們重要的交通工具，與消費(fèi)者的生命財(cái)產(chǎn)安全緊密相連，在信息和科技快速發(fā)展的背景下，人們對汽車的需求也由出行工具變?yōu)榧ぷ鲓蕵沸蓍e為一體的互動網(wǎng)絡(luò)平臺，汽車的電子與智能化成為新的發(fā)展趨勢。在現(xiàn)今已經(jīng)形成的電子技術(shù)體系基礎(chǔ)上，深入安全的人車互動和智能化體系成為汽車新的發(fā)展方向，形成完善、科學(xué)的電子與智能技術(shù)應(yīng)用體系，能夠?yàn)槠嚢l(fā)展拓展新的技術(shù)空間，促進(jìn)汽車行業(yè)的新發(fā)展升級。