科技進(jìn)步帶來(lái)的巨變，汽車電子技術(shù)發(fā)展史

汽車本來(lái)是主要偏向于機(jī)械配合的一項(xiàng)技術(shù)，可就在近幾十年隨著電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，各行各業(yè)都開(kāi)始提倡機(jī)電一體化。汽車也不例外，如今的汽車技工如果還停留在以前的純經(jīng)驗(yàn)積累式修車，那也只能證明他從事汽車行業(yè)的時(shí)間很久了而已。如今的汽車上都是動(dòng)輒數(shù)百個(gè)電子元件，數(shù)以捆計(jì)的汽車線路控制著汽車多個(gè)部門的協(xié)調(diào)工作，汽車電子技術(shù)已經(jīng)全面覆蓋汽車行業(yè)。如今的汽車先進(jìn)的技術(shù)都于電子技術(shù)掛鉤：電噴發(fā)動(dòng)機(jī)，電動(dòng)車窗，電動(dòng)座椅，電控車身穩(wěn)定系統(tǒng)，電子顯示屏，電控懸架等等。而如今的汽車都配備了一個(gè)電腦—ECU來(lái)調(diào)節(jié)整個(gè)汽車的運(yùn)行，汽車電子技術(shù)已經(jīng)成了汽車技術(shù)進(jìn)步的最大源泉。國(guó)外專家預(yù)測(cè)未來(lái)3-5年內(nèi)汽車上裝用的電子裝置成本將占汽車整車成本的25%以上，汽車將由單純的機(jī)械產(chǎn)品向高級(jí)的機(jī)電一體化產(chǎn)品方向發(fā)展，成為所謂的“電子汽車”。
    當(dāng)然汽車并不是以前跟電路豪無(wú)關(guān)系，歸結(jié)起來(lái)，早期的汽車電路主要是能量的轉(zhuǎn)換，如今的電子技術(shù)主要在于汽車整體的控制。
點(diǎn)火系統(tǒng)
    回顧一下汽車上最早的電路非汽油機(jī)的點(diǎn)火系統(tǒng)莫屬。要點(diǎn)燃汽缸里的汽油，就必須不停的產(chǎn)生火花，于是那時(shí)侯的科學(xué)家利用了電磁感應(yīng)原理在汽車內(nèi)用線圈制造了一個(gè)小型變壓器使火花塞瞬間能產(chǎn)生極高的電壓而點(diǎn)火。這項(xiàng)技術(shù)在現(xiàn)代的汽車上依然通用!
起動(dòng)系統(tǒng)
    另外一項(xiàng)早期的汽車與電路相關(guān)的非起動(dòng)機(jī)莫屬，早期的汽車都是用手搖式起動(dòng)(就像如今的部分拖拉機(jī))，但手搖式對(duì)于女性很不方便。于是就又了起動(dòng)機(jī)的發(fā)明，據(jù)傳，起動(dòng)機(jī)的發(fā)明是由于一起事故的發(fā)生。一位英國(guó)紳士幫一位半路熄火的凱迪拉克姑娘起動(dòng)汽車時(shí)，起動(dòng)桿反打?qū)е逻@位紳士死亡，而這位紳士正是當(dāng)時(shí)通用老總的好朋友，于是一場(chǎng)技術(shù)攻堅(jiān)戰(zhàn)在老總的下令下開(kāi)始展開(kāi)，起動(dòng)機(jī)通過(guò)電能轉(zhuǎn)化為推動(dòng)飛輪旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能的工作形式也確立了下來(lái)。如今的起動(dòng)機(jī)依然是這樣的工作原理，只是做工和耐久度上更加完善了而已。
    在很長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，汽車上的電子技術(shù)也僅僅局限于電機(jī)帶動(dòng)的工作方面，可以說(shuō)很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，汽車僅僅是一個(gè)帶了幾個(gè)電路的“純”機(jī)械怪獸而已。但隨著科學(xué)家對(duì)電子技術(shù)的突破發(fā)展，汽車電子技術(shù)也迎來(lái)了春天。
汽車電子技術(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用：
    1.電子控制噴油裝置 (EFI)
    在現(xiàn)代汽車上，機(jī)械式或機(jī)電混合式燃油噴射系統(tǒng)已趨于淘汰，電控燃油噴射裝置因其性能優(yōu)越而得到了日益普及。電子噴油裝置可以自動(dòng)地保證發(fā)動(dòng)機(jī)始終工作在最佳狀態(tài)，使其在輸出一定功率的條件下最大限度地節(jié)油和凈化空氣。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)并修正得到發(fā)動(dòng)機(jī)最佳工況時(shí)的供油控制規(guī)律、事先把這些客觀規(guī)律編成程序存在微機(jī)的存儲(chǔ)器中，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，根據(jù)各傳感器測(cè)得的空氣流量、排氣管中含氧量、進(jìn)氣溫度、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及工作溫度等參數(shù)，按預(yù)先編好的運(yùn)算程序進(jìn)行運(yùn)算、然后和內(nèi)存中的最佳工況的參數(shù)進(jìn)行比較和判斷再調(diào)整供油量。這樣就能夠使發(fā)動(dòng)機(jī)一直處于最優(yōu)工作條件下運(yùn)行，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)的綜合性能得到提高。
    2.電子點(diǎn)火裝置(ESA)
    它由微機(jī)、傳感器及其接口、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等幾部分構(gòu)成。該裝置可根據(jù)傳感器送來(lái)的發(fā)動(dòng)機(jī)各種參數(shù)進(jìn)行運(yùn)算、判斷，然后進(jìn)行點(diǎn)火時(shí)刻的調(diào)節(jié)，這樣可以節(jié)約燃料，減少空氣污染。此外，新型發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制裝置還有自適應(yīng)控制、智能控制及自診斷操作等。一般認(rèn)為，發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制裝置的節(jié)能效果在15%以上，而效果更明顯的則是在環(huán)境保護(hù)方面。
    除此之外，在發(fā)動(dòng)機(jī)部分利用電子技術(shù)的內(nèi)容還有：廢氣再循環(huán)(EGR)、怠速控制(ISC)、電動(dòng)油泵、發(fā)電機(jī)輸出、冷卻風(fēng)扇、發(fā)動(dòng)機(jī)排量、節(jié)氣門正時(shí)、二次空氣噴射、發(fā)動(dòng)機(jī)增壓、油汽蒸發(fā)及系統(tǒng)自我診斷功能等，它們?cè)诓煌能囆蜕隙蓟蚨嗷蛏俚乇粦?yīng)用。
    3，智能可變氣門正時(shí)技術(shù)(VVT-I)
    為了使發(fā)動(dòng)機(jī)獲得最佳的空然比，使發(fā)動(dòng)機(jī)在不同轉(zhuǎn)速能得到不同的燃油供應(yīng)，豐田的智能可變氣門正時(shí)技術(shù)相當(dāng)又代表性。
    VVT-i系統(tǒng)由傳感器、ECU和凸輪軸液壓控制閥、控制器等部分組成。ECU儲(chǔ)存了最佳氣門正時(shí)參數(shù)值，曲軸位置傳感器、進(jìn)氣歧管空氣壓力傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、水溫傳感器和凸輪軸位置傳感器等反饋信息匯集到ECU并與預(yù)定參數(shù)值進(jìn)行對(duì)比計(jì)算，計(jì)算出修正參數(shù)并發(fā)出指令到控制凸輪軸正時(shí)液壓控制閥，控制閥根據(jù)ECU指令控制機(jī)油槽閥的位置，也就是改變液壓流量，把提前、滯后、保持不變等信號(hào)指令選擇輸送至VVT-i控制器的不同油道上。
電子技術(shù)在底盤上的應(yīng)用：
    1.電控自動(dòng)變速器(ECT)
    ECT可以根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的載荷、轉(zhuǎn)速、車速、制動(dòng)器工作狀態(tài)及駕駛員所控制的各種參數(shù)，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)的計(jì)算、判斷后自動(dòng)地改變變速桿的位置，從而實(shí)現(xiàn)變速器換擋的最佳控制，即可得到最佳擋位和最佳換擋時(shí)間。它的優(yōu)點(diǎn)是加速性能好、靈敏度高、能準(zhǔn)確地反映行駛負(fù)荷和道路條件等。傳動(dòng)系統(tǒng)的電子控制裝置，能自動(dòng)適應(yīng)瞬時(shí)工況變化，保持發(fā)動(dòng)機(jī)以盡可能低的轉(zhuǎn)速工作。電子氣動(dòng)換擋裝置是利用電子裝置取代機(jī)械換擋桿及其與變速機(jī)構(gòu)間的連接，并通過(guò)電磁閥及氣動(dòng)伺服閥汽缸來(lái)執(zhí)行。它不僅能明顯地簡(jiǎn)化汽車操縱，而且能實(shí)現(xiàn)最佳的行駛動(dòng)力性和安全性。
    2.防抱死制動(dòng)系統(tǒng)(ABS)
    該系統(tǒng)是一種開(kāi)發(fā)時(shí)間最長(zhǎng)、推廣應(yīng)用最為迅速的重要的安全性部件。它通過(guò)控制防止汽車制動(dòng)時(shí)車輪的抱死來(lái)保證車輪與地面達(dá)到最佳滑動(dòng)率(15-20%)，從而使汽車在各種路面上制動(dòng)時(shí)，車輪與地面都能達(dá)到縱向的峰值附著系數(shù)和較大的側(cè)向附著系數(shù)，以保證車輛制動(dòng)時(shí)不發(fā)生抱死拖滑、失去轉(zhuǎn)向能力等不安全的工況，提高汽車的操縱穩(wěn)定性和安全性，減小制動(dòng)距離。驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)(ASR)也叫做牽引力控制系統(tǒng)(TCS或TRC)，是ABS的完善和補(bǔ)充，它可以防止起動(dòng)和加速時(shí)的驅(qū)動(dòng)輪打滑，既有助于提高汽車加速時(shí)的牽引性能，又能改善其操作穩(wěn)定性。
     3.電子轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)(EPS)
    電子轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)是用一部直流電機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的液壓助力缸、用蓄電池和電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力。這種微機(jī)控制的轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)和傳統(tǒng)的液壓助力系統(tǒng)比起來(lái)具有部件少、體積小、重量輕的特點(diǎn)，最優(yōu)化的轉(zhuǎn)向作用力、轉(zhuǎn)向回正特性，提高了汽車的轉(zhuǎn)向能力和轉(zhuǎn)向響應(yīng)特性，增加了汽車低速時(shí)的機(jī)動(dòng)性以及調(diào)整行駛時(shí)的穩(wěn)定性。
    4.適時(shí)調(diào)節(jié)的自適應(yīng)懸掛系統(tǒng)
    自適應(yīng)懸掛系統(tǒng)能根據(jù)懸掛裝置的瞬時(shí)負(fù)荷，自動(dòng)地適時(shí)調(diào)節(jié)懸架彈簧的剛度和減震器的阻尼特性，以適應(yīng)當(dāng)時(shí)的負(fù)荷，保持懸掛的既定高度。這樣就能夠極大地改進(jìn)車輛行駛的穩(wěn)定性、操縱性和乘坐的舒適性。
    5.定速巡行自動(dòng)控制系統(tǒng)(CCS)
    在高速長(zhǎng)途行駛時(shí)，可采用常速巡行自動(dòng)控制系統(tǒng)，恒速行駛裝置將根據(jù)行車阻力自動(dòng)調(diào)整節(jié)氣門開(kāi)度，駕駛員不必經(jīng)常踏油門以調(diào)整車速。若遇爬坡，車速有下降趨勢(shì)，微機(jī)控制系統(tǒng)則自動(dòng)加大節(jié)氣門開(kāi)度;在下坡時(shí)，又自動(dòng)關(guān)小節(jié)氣門開(kāi)度，以調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)功率達(dá)到一定的轉(zhuǎn)速。當(dāng)駕駛員換低速擋或制動(dòng)時(shí)，這種控制系統(tǒng)則會(huì)自動(dòng)斷開(kāi)。
    隨著世界各大汽車產(chǎn)家對(duì)汽車安全問(wèn)題的高度重視，安全氣囊系統(tǒng)、行駛動(dòng)力學(xué)調(diào)節(jié)系統(tǒng)(FDR或VDC)、防撞系統(tǒng)、安全帶控制、照相控制等方面已大量采用了電子新技術(shù)。
汽車電子技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
    當(dāng)前，汽車電子技術(shù)進(jìn)入了優(yōu)化人-汽車-環(huán)境的整體關(guān)系的階段，它向著超微型磁體、超高效電機(jī)以及集成電路的微型化方向發(fā)展，并為汽車上的集中控制提供了基礎(chǔ)(例如制動(dòng)、轉(zhuǎn)向和懸架的集中控制以及發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器的集中控制)。汽車電子技術(shù)成就汽車工業(yè)的未來(lái)，未來(lái)汽車電子技術(shù)應(yīng)在以下幾方面進(jìn)行突破。
    1.傳感器技術(shù)
    由于汽車電子控制系統(tǒng)的多樣化，使其所需要的傳感器種類和數(shù)量不斷增加。為此，研制新型、高精度、高可靠性和低成本的傳感器是十分必要的。未來(lái)的智能化集成傳感器，不僅要能提供用于模擬和處理的信號(hào)，而且還能對(duì)信號(hào)作放大和處理。同時(shí)，它還能自動(dòng)進(jìn)行時(shí)漂、溫漂和非線性的自校正，具有較強(qiáng)的抵抗外部電磁干擾的能力，保證傳感器信號(hào)的質(zhì)量不受影響，即使在特別嚴(yán)酷的使用條件下仍能保持較高的精度。它還具有結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便的優(yōu)點(diǎn)，從而免受機(jī)械特性的影響。
    2.微處理機(jī)技術(shù)
    微處理機(jī)的出現(xiàn)給汽車儀表帶來(lái)了革命性的變化，世界汽車工業(yè)的微處理機(jī)用量激增，由從前單一的儀器逐步發(fā)展為多用途、智能化儀表，不但可以很精確地把汽車上所有的待測(cè)量都檢測(cè)出來(lái)，分別顯示和打印需要的結(jié)果，而且還有運(yùn)算、判斷、預(yù)測(cè)和引導(dǎo)等功能。如可監(jiān)視汽車各大部件的工作情況，還可以對(duì)蓄電池電壓、輪胎氣壓、車速等檢測(cè)量的高低限量進(jìn)行報(bào)警。微處理機(jī)將更廣泛地應(yīng)用于安全、環(huán)保、發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系、速度控制和故障診斷中。
    3.軟件新技術(shù)應(yīng)用
    隨著汽車電子技術(shù)應(yīng)用的增加，對(duì)有關(guān)控制軟件的需求也將會(huì)增加，并可能要求進(jìn)一步計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)。因此，要求使用多種軟件，并開(kāi)發(fā)出通用的高水平語(yǔ)言，以滿足多種硬件的要求。轎車上多通道傳輸網(wǎng)絡(luò)將大大地依賴于軟件，軟件總數(shù)的增加及其功能的提高，將能夠使計(jì)算機(jī)能完成越來(lái)越復(fù)雜的任務(wù)。
    4.智能汽車及智能交通系統(tǒng)(ITS)的研究及應(yīng)用
    汽車智能化相關(guān)的技術(shù)問(wèn)題已受到汽車制造商們的高度重視。其主要技術(shù)中“自動(dòng)駕駛儀”的構(gòu)想必將依賴于電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)。智能交通系統(tǒng)(ITS)的開(kāi)發(fā)將與電子、衛(wèi)星定位等多個(gè)交叉學(xué)科相結(jié)合，它能根據(jù)駕駛員提供的目標(biāo)資料，向駕駛員提供距離最短而且能繞開(kāi)車輛密度相對(duì)集中處的最佳行駛路線。它裝有電子地圖，可以顯示出前方道路、并采用衛(wèi)星導(dǎo)航。從全球定位衛(wèi)星獲取沿途天氣、車流量、交通事故、交通堵塞等各種情況，自動(dòng)篩選出最佳行車路線。未來(lái)的某天，路上行駛的都會(huì)是由計(jì)算機(jī)控制的智能汽車。
     5.多通道傳輸技術(shù)
    多通道傳輸技術(shù)由試驗(yàn)室將逐步進(jìn)入實(shí)用階段。采用這種技術(shù)后，使各個(gè)數(shù)據(jù)線成為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，以便分離汽車中心計(jì)算機(jī)的信息。微處理機(jī)可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接收其它單元的信號(hào)。傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間要有一個(gè)新式接口，以便與多通道傳輸系統(tǒng)相聯(lián)系。
    6.數(shù)據(jù)傳輸載體方面的電子新技術(shù)應(yīng)用
    汽車電子技術(shù)未來(lái)將實(shí)現(xiàn)整車控制系統(tǒng)。這一系統(tǒng)要求有一個(gè)龐大而復(fù)雜的信息交換與控制系統(tǒng)，車用計(jì)算機(jī)的容量要求更大，計(jì)算速度則要求更高。由于汽車用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)量日益增多，采用高速數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)日益顯得必要。光導(dǎo)纖維可為此傳輸網(wǎng)絡(luò)提供傳輸介質(zhì)，以解決電子控制系統(tǒng)防電磁干擾的問(wèn)題。
    7.汽車車載電子網(wǎng)絡(luò)
    隨著電控器件在汽車上越來(lái)越多的應(yīng)用，車載電子設(shè)備間的數(shù)據(jù)通信變得越來(lái)越重要。以分布式控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)構(gòu)造汽車車載電子網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是很有必要的。大量數(shù)據(jù)的快速交換、高可靠性及價(jià)廉是對(duì)汽車電子網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的要求。在該系統(tǒng)中，各從處理機(jī)獨(dú)立運(yùn)行，控制改善汽車某一方面的性能。同時(shí)在其它處理機(jī)需要時(shí)提供數(shù)據(jù)服務(wù)。主處理機(jī)收集整理各從處理機(jī)的數(shù)據(jù)，并生成車況顯示。通信控制器保證數(shù)據(jù)的正常流動(dòng)。
總結(jié)：
    汽車電子技術(shù)的發(fā)展及其大規(guī)模地應(yīng)用是從20世紀(jì)70年代末開(kāi)始的，從20世紀(jì)70年代到80年代，大致經(jīng)歷了3個(gè)發(fā)展階段。
    第一個(gè)發(fā)展階段為1971年以前，開(kāi)始生產(chǎn)技術(shù)起點(diǎn)較低的交流發(fā)電機(jī)、電壓調(diào)節(jié)器、電子閃光器、電子喇叭、間歇刮水裝置、汽車收音機(jī)、電子點(diǎn)火裝置和數(shù)字鐘等。
    第二個(gè)發(fā)展階段為1974～1982年，以集成電路和16位以下的微處理器在汽車上的應(yīng)用為標(biāo)志。主要包括電子燃油噴射、自動(dòng)門鎖、程控駕駛、高速警告系統(tǒng)、自動(dòng)燈光系統(tǒng)、自動(dòng)除霜控制、防抱死系統(tǒng)、車輛導(dǎo)向、撞車預(yù)警傳感器、電子正時(shí)、電子變速器、閉環(huán)排氣控制、自動(dòng)巡航控制、防盜系統(tǒng)、實(shí)車故障診斷等電子產(chǎn)品。這期間最具代表性的是電子汽油噴射技術(shù)的發(fā)展和防抱死(ABS)技術(shù)的成熟，使汽車的主要機(jī)械功能用電子技術(shù)來(lái)控制。但是，在此階段機(jī)械與電器的聯(lián)接并不十分理想。
    第三個(gè)發(fā)展階段為1982～1990年，微電腦在汽車上的應(yīng)用日趨可靠和成熟，并向智能化方向發(fā)展。開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品有胎壓控制、數(shù)字式油壓計(jì)、防睡器、牽引力控制、全輪轉(zhuǎn)向控制、直視儀表板、聲音合成與識(shí)別器、電子負(fù)荷調(diào)節(jié)器、電子道路監(jiān)視器、蜂窩式電話、可熱式擋風(fēng)玻璃、倒車示警、高速限制器、自動(dòng)后視鏡系統(tǒng)、道路狀況指示器、電子冷卻控制和寄生功率控制等。
    從2005年開(kāi)始，可以說(shuō)進(jìn)入了汽車電子技術(shù)的第四個(gè)發(fā)展階段。微波系統(tǒng)、多路傳輸系統(tǒng)、ASKS-32位微處理器、數(shù)字信號(hào)處理方式的應(yīng)用，使通訊與導(dǎo)向協(xié)調(diào)系統(tǒng)、自動(dòng)防撞系統(tǒng)、動(dòng)力最優(yōu)化系統(tǒng)、自動(dòng)駕駛與電子地圖技術(shù)得到發(fā)展，特別是智能化汽車的出現(xiàn)。當(dāng)然目前第三代技術(shù)有些我們都還沒(méi)辦法實(shí)現(xiàn)。
    汽車電子化是現(xiàn)代汽車發(fā)展的重要標(biāo)志。從現(xiàn)代汽車上所使用的電子設(shè)備的價(jià)格比例看，歐美汽車上所用的電子設(shè)備的價(jià)格已占到整車價(jià)格的15%～20%，而我國(guó)生產(chǎn)的汽車，目前所用的電子設(shè)備的價(jià)格只占到整車價(jià)格的2.5%。從世界汽車電子市場(chǎng)的銷售來(lái)看，1991年，每輛汽車平均消耗電子產(chǎn)品的費(fèi)用只占到整車的10%，1998年則接近15%，而2003年已經(jīng)提高到20%，某些車型則更高。現(xiàn)代汽車電子技術(shù)的應(yīng)用不僅提高了汽車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和安全性，改善了汽車行駛的穩(wěn)定性和舒適性，推動(dòng)了汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，而且還為電子產(chǎn)品開(kāi)拓了更加廣闊的市場(chǎng)，從而推動(dòng)了電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。作為汽車產(chǎn)業(yè)和電子產(chǎn)業(yè)結(jié)合的產(chǎn)物，汽車電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展已經(jīng)駛上了快車道。