1. 今天的汽車已經(jīng)進(jìn)入信息時代
人類進(jìn)入21世紀(jì)，現(xiàn)代汽車工業(yè)已進(jìn)入成熟期，世界汽車生產(chǎn)能力已大于需求總量的20%。世界各大汽車公司為進(jìn)一步爭奪世界市場，不斷增加開發(fā)投資力度，試圖從不斷提高汽車安全性、減低能耗、改善乘坐舒適性和擴(kuò)大功能范圍方面繼續(xù)保持汽車工業(yè)的生存，從而推動汽車工業(yè)向高附加值方向發(fā)展。其重要標(biāo)志是汽車技術(shù)向機(jī)電一體化邁進(jìn)，汽車電子化程度不斷提高。
據(jù)報載，近年來是日本以汽車導(dǎo)航系統(tǒng)為主角的汽車多媒體時代。汽車多媒體是汽車的音頻裝置、電視裝置、微機(jī)和交通工具的復(fù)合體，通用型微機(jī)的普及是汽車多媒體時代的必要條件。在歐美汽車保有率達(dá)到500輛/千人以上的情況下，為了保證交通安全、防止交通堵塞，必須大力改進(jìn)現(xiàn)代車輛的交通信息設(shè)備。汽車信息化發(fā)展的重要標(biāo)志是電子導(dǎo)航系統(tǒng)。電子導(dǎo)航系統(tǒng)對汽車交通的現(xiàn)代化具有重要的作用。例如由日本建設(shè)省、警視廳、郵政省共同推進(jìn)的道路交通信息系統(tǒng)(VICS)，通過車載導(dǎo)航系統(tǒng)的FM發(fā)射電波，使車輛能在繁雜的交通條件下以最短時間到達(dá)目的地。隨著TFF液晶成本的下降與半導(dǎo)體元件的高集成化，車輛選裝件的普及價格為整車價格的10%。歐美日跨國汽車公司都相繼成立了汽車電子研究中心，而世界著名的電子和計算機(jī)公司也積極開拓汽車電子產(chǎn)品市場，如德國波許、西門子、法國瓦雷奧、英國盧卡斯、日本日立、松下，美國英特爾、摩托羅拉等。可以說，汽車電子化引起了現(xiàn)代汽車工業(yè)的重大變革。
汽車電子化速度進(jìn)入新世紀(jì)以來，其發(fā)展之速，應(yīng)用之廣與日俱增，汽車電子產(chǎn)品的種類和產(chǎn)量不斷增加。電子技術(shù)的進(jìn)步無疑奠定了電子裝備在汽車上應(yīng)用的深厚基礎(chǔ)。其中必須提到的是為減少汽車的公害，節(jié)約能源，電子技術(shù)被充分應(yīng)用到汽車排放凈化與提高燃油經(jīng)濟(jì)性等方面。半導(dǎo)體技術(shù)，特別是微機(jī)的發(fā)展為汽車技術(shù)帶來了根本性變革。電子技術(shù)首先應(yīng)用于汽車發(fā)動機(jī)排放控制與燃油耗控制上，接著被應(yīng)用于底盤系統(tǒng)的控制，以提高汽車行駛性與乘坐舒適性。而且隨著交通運輸?shù)母呙芏劝l(fā)展，電子技術(shù)進(jìn)一步被應(yīng)用于汽車乘坐安全性提高和導(dǎo)航等方面。隨著汽車工業(yè)與電子工業(yè)的不斷發(fā)展，在現(xiàn)代汽車上，電子技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛。今天的汽車已經(jīng)逐步進(jìn)入了電腦控制的時代。專家預(yù)測未來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)品向高級的機(jī)電一體化產(chǎn)品方向發(fā)展，成為所謂的“電子汽車;?，F(xiàn)代汽車電子化的應(yīng)用情況見圖1。
2. 現(xiàn)代汽車電子技術(shù)的應(yīng)用空間
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、轉(zhuǎn)向和懸架的集中控制以及發(fā)動機(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，未來汽車電子技術(shù)應(yīng)在以下幾方面進(jìn)行突破。
傳盛器技術(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，而且還能對信號作放大和處理。同時，它還能自動進(jìn)行時漂、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，從而免受機(jī)械特性的影響。
微處理機(jī)技術(shù)。微處理機(jī)的出現(xiàn)給汽車儀表帶來了革命性的變化，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量都檢測出來，分別顯示和打印需要的結(jié)果，而且還有運算、判斷、預(yù)測和引導(dǎo)等功能。如可監(jiān)視汽車各大部件的工作情況，還可以對蓄電池電壓、輪胎氣壓、車速等檢測量的高低限量進(jìn)行報警。微處理機(jī)將更廣泛地應(yīng)用于安全、環(huán)保、發(fā)動機(jī)、傳動系、速度控制和故障診斷中。
軟件新技術(shù)。隨著汽車電子技術(shù)應(yīng)用的增加，對有關(guān)控制軟件的需求也將會增加，并可能要求進(jìn)一步計算機(jī)聯(lián)網(wǎng)。因此，要求使用多種軟件，并開發(fā)出通用的高水平語言，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，將能夠使計算機(jī)能完成越來越復(fù)雜的任務(wù)。
智能汽車及智能交通系統(tǒng)(ITS)。汽車智能化相關(guān)的技術(shù)問題已受到汽車制造商們的高度重視。其主要技術(shù)中“自動駕駛儀;的構(gòu)想必將依賴于電子技術(shù)實現(xiàn)。智能交通系統(tǒng)(ITS)的開發(fā)將與電子、衛(wèi)星定位等多個交叉學(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車輛密度相對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，自動篩選出最佳行車路線。未來的某天，路上行駛的都會是由計算機(jī)控制的智能汽車。
多通道傳輸技術(shù)。多通道傳輸技術(shù)由試驗室將逐步進(jìn)入實用階段。采用這種技術(shù)后，使各個數(shù)據(jù)線成為一個網(wǎng)絡(luò)，以便分離汽車中心計算機(jī)的信息。微處理機(jī)可通過網(wǎng)絡(luò)接收其它單元的信號。傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間要有一個新式接口，以便與多通道傳輸系統(tǒng)相聯(lián)系。
數(shù)據(jù)傳輸載體方面的電子新技術(shù)。汽車電子技術(shù)未來將實現(xiàn)整車控制系統(tǒng)。這一系統(tǒng)要求有一個龐大而復(fù)雜的信息交換與控制系統(tǒng)，車用計算機(jī)的容量要求更大，計算速度則要求更高。由于汽車用計算機(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)防電磁干擾的問題。
汽車車載電子網(wǎng)絡(luò)。隨著電控器件在汽車上越來越多的應(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、高可靠性及價廉是對汽車電子網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的要求。在該系統(tǒng)中，各從處理機(jī)獨立運行，控制改善汽車某一方面的性能。同時在其它處理機(jī)需要時提供數(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。
此外，電子技術(shù)中的集成化制造技術(shù)等在未來幾年內(nèi)也將會有大的突破。
隨著中國汽車工業(yè)的發(fā)展，以及汽車消費者對汽車各方面要求的不斷提高，汽車電子產(chǎn)品市場在中國逐步興起并迅速壯大起來。汽車電子不僅僅是汽車中的儀表盤和半導(dǎo)體收音機(jī)，EMS、ABS、安全氣囊等眾多汽車電子產(chǎn)品被應(yīng)用到國產(chǎn)汽車中，由于汽車電子產(chǎn)品符合消費者的需求，順應(yīng)中國汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向，汽車電子產(chǎn)品正以驚人的速度在國產(chǎn)汽車產(chǎn)品中普及，從2006年開始，中國汽車電子產(chǎn)品市場進(jìn)入加速增長階段，增長的主要動力除了汽車增產(chǎn)以外，很大程度上取決于新型汽車電子產(chǎn)品在汽車產(chǎn)品中的普及速度不斷加快，汽車穩(wěn)定系統(tǒng)、車載娛樂系統(tǒng)、車載信息系統(tǒng)、車載網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品等汽車電子產(chǎn)品將逐漸與汽車儀表、汽車空調(diào)等產(chǎn)品一樣作為汽車的基本配置應(yīng)用到汽車產(chǎn)品中。汽車電子市場這種加速增長的局面將一直持續(xù)到2010年，由于市場規(guī)模以達(dá)到較高的高度，而且中國汽車產(chǎn)業(yè)進(jìn)入穩(wěn)定發(fā)展時期，汽車電子市場規(guī)模增長速度放緩，但仍保持相當(dāng)高的水平。預(yù)計到2010年，中國汽車電子產(chǎn)品市場規(guī)模將達(dá)到1500億元。
3. 基礎(chǔ)電子元器件助推現(xiàn)代汽車的發(fā)展
傳感器、控制器、執(zhí)行器作為汽車電子的基礎(chǔ)，對整個汽車系統(tǒng)起著重要的支撐作用，這些技術(shù)的發(fā)展也隨著汽車的發(fā)展不斷前進(jìn)?，F(xiàn)代汽車已經(jīng)越來越接近于“自動車;、“智能車;，汽車用基礎(chǔ)電子元器件也已經(jīng)成為這些先進(jìn)系統(tǒng)的“神經(jīng)末梢;或“控制神經(jīng);。當(dāng)今只要有新的汽車電子應(yīng)用系統(tǒng)出現(xiàn)，都將催生新的汽車用基礎(chǔ)電子元器件與之配套。
傳感器。汽車傳感器作為汽車電子控制系統(tǒng)的信息“捕獲者;，是其關(guān)鍵部件，也是汽車電子技術(shù)領(lǐng)域研究的核心內(nèi)容之一。世界各國對車用傳感器的研究開發(fā)、提高性價比都非常重視。“沒有傳感器技術(shù)就沒有現(xiàn)代汽車;的觀點已被世界所公認(rèn)。汽車電子化越發(fā)達(dá)，自動化程度越高，對傳感器依賴性就越大。目前，一輛普通家用轎車上大約安裝幾十只傳感器，而豪華轎車上的傳感器數(shù)量可多達(dá)200余只。據(jù)市場研究報告，2005年全球汽車傳感器市場已達(dá)到90.5億美元，在2006年達(dá)到101億美元，預(yù)計到2012年汽車傳感器銷售額達(dá)158億美元。傳感器在汽車上主要應(yīng)用在發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)、底盤控制系統(tǒng)和車身控制系統(tǒng)。主要有溫度傳感器、壓力傳感器、位置和轉(zhuǎn)速傳感器、加速度傳感器、距離傳感器、陀螺儀和車速傳感器、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器等。
智能傳感器的迅速發(fā)展將汽車的安全性能提高到一個前所未有的高度。從目前發(fā)展來看，正在逐漸開始被導(dǎo)入高檔轎車的智能傳感器系統(tǒng)有以下幾種：酒精檢測MEMS系統(tǒng)，如意法半導(dǎo)體的新型信號處理電路集成酒精傳感器，自動雨刷系統(tǒng)，電子式自動照明系統(tǒng)，胎壓監(jiān)測系統(tǒng)，安全氣囊觸發(fā)系統(tǒng)，如飛思卡爾推出的衛(wèi)星加速度傳感器。
加速度、振動、速度傳感器是汽車運動測量中的三種主要傳感器，目前，世界生產(chǎn)這三種傳感器的大型企業(yè)有30幾家，其中前5名公司占據(jù)了31.3%的市場份額。例如Endeveo占13.6%，WilcoxaResearch占9.1%，摩托羅拉占4.2%，IMI占3.0%，AnalogDevices占1.4%。西方發(fā)達(dá)國家排放法規(guī)對尾氣排放量日益嚴(yán)格的要求，推動了汽車用氧傳感器的開發(fā)與生產(chǎn)。目前，已實用的汽車氧傳感器有氧化鍺氧傳感器、二氧化鈦氧傳感器等幾種。
目前國內(nèi)汽車行業(yè)引進(jìn)國外的先進(jìn)技術(shù)及與之相配套的傳感器生產(chǎn)技術(shù)，基本滿足了國內(nèi)小批量、低水平車型的配套需求。但國內(nèi)汽車傳感器行業(yè)品種少，生產(chǎn)廠家分散，各廠產(chǎn)品品種單一，不配套；性能較落后，抗干擾性差；缺少核心傳感器等。國內(nèi)部分企業(yè)采用與國外進(jìn)行合資經(jīng)營的方式，消化吸收國外先進(jìn)的傳感器技術(shù)，使產(chǎn)品升級換代，逐步發(fā)展壯大，但絕大多數(shù)企業(yè)還只是處于配套生產(chǎn)的狀態(tài)，利潤薄、產(chǎn)品單一、產(chǎn)品質(zhì)量和技術(shù)水平低下。
控制器(ECU)。車用控制器以微控制器(MCU)為核心，還包括前置的A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)字信號緩沖器以及放大器等。當(dāng)前ECU的發(fā)展總趨勢是從單系統(tǒng)向多系統(tǒng)集中控制過渡。隨著通信、連接、計算機(jī)技術(shù)與汽車的日益融合，MCU在汽車中應(yīng)用的數(shù)量越來越多。過去幾年里，平均一部汽車大約會用到20個MCU，而現(xiàn)在汽車中使用的MCU數(shù)量已達(dá)40-60個，部分高檔轎車MCU數(shù)量已經(jīng)達(dá)到上百個。2004年，全球汽車半導(dǎo)體的收入是160億美元，其中汽車MCU的銷售收入就占到34%，數(shù)年內(nèi)這一比例繼續(xù)保持。MCU是汽車電子中的核心部件，由于它在汽車電子中實現(xiàn)的功能呈現(xiàn)多樣性，從簡單的車燈控制到復(fù)雜的發(fā)動機(jī)控制、汽車遠(yuǎn)程通信等，因此高、中、低端MCU在汽車中都可以發(fā)揮作用，可以共存于一個系統(tǒng)中。通過各類MCU銷售收入所占百分比的變化可以看出，未來幾年高、中、低端MCU在汽車中的應(yīng)用格局與現(xiàn)在差別不大。總體上呈現(xiàn)出中檔MCU所占份額有所下降，而高、低端MCU不斷對中檔MCU進(jìn)行擠壓。在應(yīng)用方面來看，未來8位MCU的應(yīng)用集中在中、低端，32位MCU的應(yīng)用集中在高端。我國近年來在車身控制器方面取得了很大的發(fā)展，中國車身控制系統(tǒng)的增幅僅次于車載信息通信系統(tǒng)的增幅。但是，由于我國缺乏高端MCU應(yīng)用(如汽車動力和ABS等方面)的開發(fā)經(jīng)驗且中國汽車電子應(yīng)用多受成本抑制，導(dǎo)致中國汽車電子市場低端MCU占據(jù)主導(dǎo)地位。
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