近年来，汽车电子技术的迅速发展大大改善了汽车的各项性能。专家预测：未来五年内汽车上的电子装置成本将占汽车整体成本的25％以上。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。

21世纪汽车的三大任务分别是：安全、节能与环保。其中环保与节能主要表现在引擎与传动系统的电子控制以及燃料电池、CAN通讯及X-By-Wire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表现在ABS、TCS、VDC、4WS与TPMS等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，以及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。

现代汽车电子技术的发展可以分为以下六大类：

引擎电子控制

目前，汽油引擎的电子控制技术已经日趋完善，而国内外的柴油引擎电子控制技术则发展迅速，新技术层出不穷。近年来，高压燃油直喷系统（Common-Rail Systems）和高压共轨喷射系统的发展使柴油引擎的燃油经济性和排放性都有了很大的改善。废气再循环（EGR）技术、氧化催化器和微粒捕捉器也改善了柴油引擎的各项废气排放。

引擎管理系统则对喷油和进气过程进行综合控制，保证引擎能够在保持良好动力性的基础上，达到最佳的燃油经济性和排放性，同时降低噪声和振动。引擎管理系统的核心技术是微控制器（Micro Controller Unit；MCU），它为汽车动力传动系统从机械系统向电子系统转变提供了更强的计算处理能力。近几年由于MCU功能的增强，智能型传感器、智能型功率IC的出现，使得电子控制单元（ECU）硬件电路的设计变得非常简单，工作更为可靠。燃油喷射系统使用的主要传感器，如进气歧管压力传感器和曲轴转速、曲轴位置传感器，随着半导体制程技术的提高，已将感测组件及其输出信号的处理电路都整合在一块芯片上，传感器的输出信号可以直接送给MCU。除此之外，还增加了过电压、电源极性反接和抗干扰输出保护等功能。智能功率IC，已将线性放大电路，数字电路和功率组件都整合在一块芯片上，并且还增加了一些特定的功能。例如，喷油器驱动IC是一片四路低端开关智能功率IC，可分别驱动四个独立的喷油器，并且还具有负载开路检测、电感性负载高电压钳位、过热、过电压和过电流断电保护以及自动恢复等功能。组件的输入端可以直接和MCU引脚相连，还可诊断工作状态并输出报告，通过SPI口送给MCU进行处理。使用新组件设计电路板时，可以省去传感器输入信号的调理电路（conditioning circuit）和用于驱动功率管理的前置放大电路以及监测电路，使电路板设计变得更为简单。

目前，MCU技术的发展趋势是低电压、低功耗、高速度与高整合度。Strategy Analytics的报告指出，2004年汽车电子业总市值（TAM）将达到151亿美元。其中用于引擎管理系统上进行快速数据处理的32位MCU和用于车身电路系统的8/16位MCU需求将会增加。受这些应用的推动，2010年每辆汽车所需的半导体将从2001年的200美元增加到超过300美元。

底盘系统电子控制

自动变速器

采用自动变速器，在驾驶时不需踩离合器就可以自动换档，而且引擎不会熄火，从而可以有效的提高驾驶方便性。20世纪80年代以来，随着电子技术的发展，变速器的自动控制更加完善，在各种使用状况下均能让引擎与传动系统做最佳的搭配。目前使用最为广泛的自动变速器主要有三种类型：

液力机械式自动变速器（AT）

由变矩器，自动变速器，液压电子控制系统三部分组成，目前技术成熟，应用广泛。其电子液压控制系统由传感器、电控单元、换档电磁阀、油压调节电磁阀、油泵和换档阀等组成。

电控机械式自动变速器（AMT）

由传统的离合器与手动齿轮变速器采用电控进行自动变速，目前在重型货车上使用较多。

电控机械式自动变速箱（CVT）

由V型刚带与可调半径的带轮而得到无段自动变速，广泛采用在两公升以下的轿车上。CVT的主要优点是：速比变化是无段的，在各种行驶状况下都能选择最佳的速比，其动力性、经济性和排放性与AT相比，大约可以改善5％左右。

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（Damping）特性不能改变的被动悬架，它不能根据使用状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电控主动和半主动悬架，在汽车上逐步得到应用和发展。

主动悬架

一般由传感器检测系统运动的状态信号，回馈到电控单元ECU，然后由ECU发出指令给执行机构主动力发生器，构成死循环控制。通常采用电液伺服液压缸作为主动力发生器，它由外部油源提供能量。力发生器产生主动控制力作用于振动系统，自动改变弹簧刚度和减振器阻力系数。主动悬架除可控制振动外，还可以控制车的姿态和高度。(图一)为主动悬架结构示意图。

《图一 主动悬架结构示意图》

半主动悬架

实时死循环控制的半主动悬架：主要是通过电磁阀控制可调阻尼减震器，其控制方法和主动悬架类似，属于实时死循环控制；车速控制的可调阻尼悬架：可调阻尼减振器由直流电机带动具有不同节流孔的转阀而得到舒适（软）、正常（中）、运动（硬）三个等级的阻尼；空气弹簧半主动悬架：由刚度控制阀改变主、副气室的信道面积得到软、中、硬不同的刚度，其控制与由车速控制的可调阻尼悬架类似。

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、转向与传动系统的性能来实现。随着计算机、传感器和执行机构的迅速发展，各国研发了各种能显著改善操纵稳定性和安全性的电子控制系统。如防死锁煞车系统（Anti-Lock Braking System；ABS）、牵引力控制系统（Traction Control System；TCS，或称ASR）、四轮转向系统（4WS）、车辆动力学控制系统（Vehicle Dynamic Control；VDC，也称VSC、ESP）、轮胎压力检测系统（Tire Pressure Monitoring System；TPMS）等。

车辆动力学控制系统（Vehicle Dynamic Control；VDC）

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。它综合了ABS和TCS的功能，用左右两侧车轮制动力之差产生的横摆力矩来防止出现难以控制的侧滑现象。从而使汽车由被动改变性能进入主动进行控制，使驾驶员以正常操作方式即可顺利地通过难以驾驭的危险路况。

四轮转向系统（4WS）

是指使后轮与前轮一起转向，是一种提高车辆反应性和稳定性的关键技术。使后轮与前轮同相位转向，可以减小车辆转向时的旋转运动（横摆），改善高速行驶的稳定性。使后轮与前轮逆相位转向，能够改善车辆中低速行驶的操纵性，提高快速转向性。

轮胎压力检测系统（TPMS）

是在每一个轮胎上安装高灵敏度的传感器，在行车状态下实时监视轮胎的各种数据，通过无线方式发射到接收器，并在显示器上显示各种数据，任何原因导致的轮胎漏气与温度升高（如铁钉扎入轮胎、气门蕊漏气），系统都会自动警示。如此可确保汽车行驶中的安全，并延长轮胎的使用寿命与降低燃油的消耗，是一种真正不同于ABS、安全带及安全气囊等现有汽车安全装备的「事前主动」型安全保护产品。目前，TPMS主要分为两种类型，一种是Wheel-Speed Based TPMS（WSB TPMS，或间接式TPMS），这种系统是通过汽车ABS系统的轮速传感器来比较车轮之间的转速差别，以达到监视胎压的目的。该类型系统的主要缺点是无法对两个以上的轮胎同时缺气的状况和速度超过每小时100公里的情况进行判断。另一种是Pressure-Sensor Based TPMS（PSB TPMS，或直接式TPMS），这种系统是利用安装在每一个轮胎里的压力传感器来直接测量轮胎的气压，并对各轮胎气压进行显示及监视，当轮胎气压太低或有渗漏时，系统会自动示警。一般认为PSB TPMS从功能和性能上均优于WSB TPMS。

车身电子控制

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、娱乐性以及通信功能等。

视野性是指驾驶员在驾驶过程中，不改变操作姿势时对道路及周围环境观察的可见范围。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，以及对电动雨刷、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、自动雨刷、车窗系统和多媒体系统等。

目前车身电控技术的发展趋势将进一步满足用户个性化的需求；更强调乘座舒适性、安全性和环保性；先进的驾驶和乘座信息系统，如车辆遥控检测、智能型汽车防盗、乘座适应性控制、42V电子系统与环保设计系统等。

电动汽车

随着传统引擎汽车的大范围推广应用，人们的生活变得日益方便舒适，但同时也引起了一系列的能源与环境问题。混合动力电动汽车以及燃料电池电动汽车，作为解决环境和能源问题的一种切实可行的方案，逐渐得到了世界各大汽车厂商的青睐。这是因为与传统汽车、纯电动汽车技术相比，它们具有以下一些优势：

随着Toyota Prius在日本市场的出现和畅销，混合动力电动汽车以其优良的性能、极高的燃油经济性和低排放性能引起了汽车界的高度重视。而在燃料电池电动汽车领域，从20世纪90年代初开始，戴姆勒-奔驰就先后推出了Necar1至Necar4这一系列的燃料电池电动汽车；美国通用在2003年国际巡回展北京站中展出的燃料电池原型车“氢动三号”和具备“Hy-by wire”技术的燃料电池概念车已经拥有了更好的动力性和燃油经济性能。

智能汽车与智能交通

智能汽车是指运行于智能交通系统中的车辆。智能交通系统（Intelligent Transportation System；ITS）是指将先进的电子技术、计算机技术、通讯技术及传感技术等有效的综合用于“道路－车辆－行人”系统中，并形成整合、高效能的汽车智能系统。它具有自动控制车速、道路搜寻、自动导航、主动避撞、自动电子收费以及无人驾驶等功能。智能汽车是今后国内外汽车发展的热门领域，是未来汽车发展的必经之路。智能交通系统主要包括以下几部分内容。

自动避撞系统

利用车辆上的传感器及计算机控制器，实时准确判断发生碰撞的可能，随时提醒驾驶人员注意，并在必要时采取紧急措施以避免或减轻碰撞危险。

交通管理系统

为防止由交通事故所引发的二次损失，在尽早发现交通事故、实施相关交通管制的同时，通过车载机或其他信息提供装置将交通管制信息提供给驾驶员。

电子收费系统

解决收费站的堵塞问题，为驾驶员提供更多的便利、减少管理费用，在收费道路的收费站实施无须停车的自动收费。

救援系统

当驾驶员需要紧急服务时（如感觉不适、或发生交通事故），启用车载设备呼叫救援中心，为驾驶人员提供救援服务。

车载定位、导航系统

将经由路线的堵塞信息、所需时间、交通管制信息、停车场的满空信息等通过导航系统提供给驾驶员来辅助驾驶汽车。车辆定位及导航系统是ITS环境中驾驶员信息支持系统的核心设备。其主要功能包括查询、寻路、导航、行车信息服务及提供车载娱乐等。

整车控制技术

CAN/LIN通讯

CAN（Controller Area Network）即控制器局域网络，是国际上应用最广泛的现场总线之一。一开始，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。比如在引擎管理系统、变速箱控制器、仪表装备和电子主干系统中，均嵌入CAN控制装置。CAN总线是一种多主方式的串行通讯总线，基本设计规范要求有高的比特率，高抗电磁干扰性，而且能够检测出产生的任何错误。当信号传输距离达到10Km时，CAN总线仍可提供高达5Kbps的数据传输速率。由于CAN串行通讯总线具有这些特性，它很自然地在汽车、制造业以及航空工业中受到广泛应用。CAN总线已被广泛应用到工业自动化控制系统中。从高速的网络到低价位的多路接线都可以使用CAN总线。在汽车电子、自动控制、智能型大楼、电力系统、保全监控等领域中，CAN总线都具有不可比拟的优越性。

LIN（Local Interconnect Network）

LIN（Local Interconnect Network）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（例如CAN总线）提供辅助功能。因此，LIN总线是一种辅助的串行通讯总线网络。在不需要CAN总线的带宽和多功能的场合，比如智能传感器和制动装置之间的通讯，使用LIN总线可大大节省成本。LIN技术规范中，除定义了基本协议和物理层外，还定义了开发工具和应用软件接口。LIN通讯是基于SCI（UART）数据格式，采用单主控制器/多从设备的模式，仅使用一根12V信号总线，和一个无固定时间基准的节点同步时钟线。

《图二 X-By-Wire 技术在汽车上的应用》

X-By-Wire 技术在汽车上的应用

X-By-Wire系统主要由三部分组成：控制系统，执行系统以及通讯系统。控制系统的功能是根据驾驶员的想法和车辆行驶状况，给予系统控制器预备执行的设定值。执行系统的功能是在控制系统的控制下，执行具体的动作（如转向、煞车等）。通讯系统的功能是执行控制系统和执行系统内部及它们之间的信息传输。

目前，通用在Autonomy上已使用Steer-By-Wire和Brake-By-Wire两种系统。预计到2010年，40％的欧洲汽车将全部采用X-By-Wire技术。随着X-By-Wire的发展，Brake-By-Wire、Thrust-By-Wire、Steer-By-Wire以及Shift-By-Wire等By-Wire系统将成为X-By-Wire系统中的各个子系统，它们之间会有一些数据要共享，将有一个更大的通讯系统来实现它们之间的通讯，从而使整个汽车成为一个完全的X-By-Wire系统。

结语

电子技术已经广泛应用于汽车的各个领域，大大地改善了汽车的综合性能，使汽车在安全、节能、环保与舒适等各方面都有了更大的进步。目前，汽车电控技术发展的最新动向包括：智能型控制方法的导入（自适应控制、模糊控制、神经网络控制、鲁棒控制与最佳控制等）；控制系统开发方式的革新（车载CAN网络的采用、现代开发工具dSPACE的运用、层次化系统结构和X-By-Wire控制方式开发等）；控制系统单元技术的发展（半导体、多重通讯FDI与故障诊断支持、 ECU软件开发系统等）。并从而形成了汽车电子技术中信息处理部分的集中化，控制处理部分的分散化（危险分散、功能分散）等分层控制概念的发展趋势。（作者任职于中国清华大学汽车工程系）

＜参考文献：

[1]清华大学汽车工程系，‘汽车电子学光盘’. 2001

[2]舒华、姚国平，‘汽车电子控制技术’，人民交通出版社,2002

[3]吴诰，‘汽车电子控制技术和车内局域网’，电子工业出版社, 2003＞