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1、 模拟电子技术研究专题现代电子技术在智能汽车中的发展和应用综述作者 作者单位 北京交通大学 电子信息工程学院 指导教师 任 希 时间 2013年3月6日 目录1 智能汽车电子技术的发展过程22 智能汽车电子技术的应用现状42.1传感器42.2微处理器(ECU)42.3执行器42.4控制策略52.5总线技术52.6新型42V供电电源62.7安全技术62.8多媒体娱乐与智能通讯系统63智能汽车电子技术的发展前景73.1驾驶员行分析73.2环境感知73.3极端情况下的自主驾驶73.4车辆运动控制系统73.5主动安全系统73.6交通监控、车辆导航及协作73.7车辆交互通信83.8车辆自动化系統84 智
2、能汽车电子技术的未来展望85 结束语10摘 要：本文介绍现代电子技术在智能汽车中的发展和应用综述，说明现代电子技术在智能汽车中的最新发展情况及未来的发展趋势。现代电子技术的应用现状，着重说明其在智能汽车中的应用。关 键 词：电子技术 智能汽车 发展前景 应用现状 信息技术0 引言:智能汽车的研究、开发和应用，涉及传感技术、电气技术、电气控制技术、智能控制等学科，智能控制技术是一门跨科学的综合性技术，当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。智能作为现代社会的新产物，是以后的发展方向，它可以按照预先设定的模块在一个特定的环境里自动的运行，可运用于科学勘探等用途，无需人为的管理，便可以完成预期所要达到
3、的或更高的目标。1 智能汽车电子技术的发展过程智能汽车电子技术化被认为是汽车技术发展进程中的一次革命，智能汽车电子技术化的程度被看作是衡量现代汽车水平的重要标志，是用来开发新车型，改进汽车性能最重要的技术措施。汽车制造商认为增加智能汽车电子技术设备的数量、促进智能汽车电子技术化是夺取未来汽车市场的重要的有效手段。据统计，从1989年至2000年，平均每辆车上电子装置在整个汽车制造成本中所占的比例由16增至23以上。一些豪华轿车上，使用单片微型计算机的数量已经达到48个，电子产品占到整车成本的50以上，目前电子技术的应用几乎已经深入到汽车所有的系统。按照对汽车行驶性能作用的影响划分，可以把智能汽
4、车电子技术产品归纳为两类：一类是智能汽车电子技术控制装置，智能汽车电子技术控制装置要和车上机械系统进行配合使用，即所谓“机电结合”的智能汽车电子技术装置；它们包括发动机、底盘、车身电子控制。例如电子燃油喷射系统、制动防抱死控制、防滑控制、牵引力控制、电子控制悬架、电子控制自动变速器、电子动力转向等，另一类是车载智能汽车电子技术装置，车载智能汽车电子技术装置是在汽车环境下能够独立使用的电子装置，它和汽车本身的性能并无直接关系。它们包括汽车信息系统（行车电脑）、导航系统、汽车音响及电视娱乐系统、车载通信系统、上网设备等。 智能汽车电子技术的发展到目前为止主要经历了四个阶段：第一个发展阶段为1971
5、年以前，开始生产技术起点较低的交流发电机、电压调节器、电子闪光器、电子喇叭、间歇刮水装置、汽车收音机、电子点火装置和数字钟等。第二个发展阶段为19741982年，以集成电路和16位以下的微处理器在汽车上的应用为标志。主要包括电子燃油喷射、自动门锁、程控驾驶、高速警告系统、自动灯光系统、自动除霜控制、防抱死系统、车辆导向、撞车预警传感器、电子正时、电子变速器、闭环排气控制、自动巡航控制、防盗系统、实车故障诊断等电子产品。这期间最具代表性的是电子汽油喷射技术的发展和防抱死(ABS)技术的成熟，使汽车的主要机械功能用电子技术来控制。但是，在此阶段机械与电器的联接并不十分理想。第三个发展阶段为1982
6、1990年，微电脑在汽车上的应用日趋可靠和成熟，并向智能化方向发展。开发的产品有胎压控制、数字式油压计、防睡器、牵引力控制、全轮转向控制、直视仪表板、声音合成与识别器、电子负荷调节器、电子道路监视器、蜂窝式电话、可热式挡风玻璃、倒车示警、高速限制器、自动后视镜系统、道路状况指示器、电子冷却控制和寄生功率控制等。从2005年开始，可以说进入了汽车电子技术的第四个发展阶段。微波系统、多路传输系统、ASKS-32位微处理器、数字信号处理方式的应用，使通讯与导向协调系统、自动防撞系统、动力最优化系统、自动驾驶与电子地图技术得到发展，特别是智能化汽车的出现。当然目前第三代技术有些我们都还没办法实现。当前
7、智能汽车电子技术技术的主要向着功能多样化、技术一体化、系统集成化和通讯网络化发展。发展重点是动力总成控制、底盘控制、车身控制、主被动安全、汽车网络、通信系统和安全与防盗技术。智能汽车电子技术领域主要的新热点技术，包括新能源汽车动力系统及其控制技术、总线与网络控制技术、车载42V供电控制技术、车载信息系统和线传操控等技术。而需要解决的关键问题主要在于系统结构设计、定义与集成能力，动力、制动、智能空调、车载信息服务系统等核心智能汽车电子技术系统技术，产品开发平台技术以及芯片、传感器等基础器件技术。2 智能汽车电子技术的应用现状2.1传感器 随着汽车电子化发展,自动化越高,对传感器的依赖程度也就越大
8、。汽车用传感器的种类多样化和使用数量的增加,使得传感器朝着多功能化、集成化、智能化和微型化方向发展。这些将使未来的智能化集成传感器不仅能提供用于模拟和处理的信号,而且还能对信号作放大等处理,同时它还能自动进行时漂、温漂和非线性的自校正。具有较强的抵抗外部电磁干扰的能力，保证传感器信号的质量不受影响，即使在特别严酷的使用条件下仍能保持较高的2.2微处理器(ECU) 自从1976美国通用汽车公司成功的将ECU应用到汽车发动机的控制系统中后，汽车电子控制系统进入到了新的高速发展阶段，随后ECU被应用到动力传动、车身、安全等控制系统中。由于汽车用ECU对可靠性、信息处理能力、实时控制能力及成本上的特殊
9、要求，基于通用芯片开发出的ECU已经很难满足汽车电子控制系统的要求，因此，开发出具有多路同步实时控制、自带A/D与D/A、自我诊断、高输入/输出等功能的汽车专用ECU系统具有很高的现实意义。随着汽车电子控制日趋集中化，ECU需要处理的信息量不断增加，因此，16位和32位ECU将成为未来汽车用ECU的首选，预计在今后几年内需求量将增加50%以上，逐步成为车用ECU的主流。2.3执行器 目前汽车上所使用的执行器主要有电磁式、电动式和气动/液动式。电磁和电动式的执行器是以电为动力的操作机构，具有体积小、重量轻、响应速度快、耗能小的特点，但是，与气动/液动式执行器相比，输出驱动能力则不足，无法满足未来
10、汽车控制领域大驱动输出的需要。但是，随着新材料、新工艺、新机构设计的采用，电磁和电动式执行器将逐渐取代气动/液动执行器，尤其是在未来汽车普遍更换42V新型电源系统之后，输出驱动能力将大幅度提升，完全可以取代传统的气动/液动系统。2.4控制策略 目前在汽车电子控制系统中广泛采用的是PID控制理论，是一种使用于单输入/输出、线性定常系统的经典控制理论。但是，由于汽车中需要控制的对象往往具有很强的时变和非线性，控制系统的输入和输出参数也越来越多，采用以状态空间为基础、适用于多输入/输出、非线性时变系统的现代控制理论已成必然，如最优控制、自适应控制、模糊控制等。2.5总线技术 利用总线技术将汽车中各种
11、电控单元、智能传感器、智能仪表等联接起来，从而构成汽车内部局域网，实现各系统间的信息资源共享。其优点主要有：1.大大减少线束数量、连接点及体积，提高系统的可靠性和可维护性。2.采用通用传感器，达到数据信息共享的目的。3.改善系统的灵活性，即通过系统的软件可实现系统功能的变化。根据侧重功能的不同SAE将总线划分为A、B、C三大类：A类是面向传感器和执行器的一种低速网络，主要用于后视镜调整、灯光照明控制、电动车窗等控制等，目前A类的主流是LIN；B类是应用于独立模块间的数据共享中速网络，主要用于汽车舒适性、故障诊断、仪表显示及四门中央控制等，其目前主流是低速CAN(又称动力CAN)； C类是面向高
12、速、实时闭环控制的多路传输网络，要用于发动机、ABS和自动变速器、安全气囊等的控制，目前C类主流是高速CAN(又称动力CAN)，但是随着下一代高速、具有容错能力的时间触发方式的“X by Wire线控技术的发展，将逐渐代替高速CAN在C类网中的位置，力求在未来510年之内使传统的汽车机械系统变成通过高速容错通讯总线与高性能CPU相连的百分之百的电控系统，完全不需要后备机械系统的支持，其主要代表有TTP/C和Flex Ray。 在多媒体与通讯系统中，MOST、IDB 1394和“蓝牙”技术成为了今后的发展主流。另外，光纤凭借其高传输速率和抗干扰能力，越来越广泛的用作高速信号传输介质。2.6新型4
13、2V供电电源 随着汽车电控技术的不断发展使汽车电子装置在整车中所占比例和相应的耗电量不断提高，使现有的12V电源系统供电能力趋于饱和或不足，无法满足下一代汽车设计中新增电子设备的需求，如无凸轮轴电磁式电控配气相位机构、飞轮复合式起动发电机系统、电加热三效催化转化器以及新型电力制动和电力转向系统等，它们在传统的12V电源系统中难于实现，而这些新技术又是公认的未来汽车技术发展的重要方向。因此，采用更高供电电压的电源系统成为必然趋势。2.7安全技术 从近两年召开的一些大型国际汽车技术研讨会和展会(如“2004国际ITS会议”、“Convergence 2004国际汽车电子展等”)可以看出未来汽车电子
14、控制的重要发展方向是汽车安全领域。主要有以下几个方向：1.利用雷达技术和车载摄像技术开发各种自动避撞系统2.利用近红外技术开发各种能监测司机行为的安全系统3.高性能的轮胎综合监测系统 4.自适应自动驾驶系统5.驾驶员身份识别系统6.安全气囊和ABS/ASR以及车身动态控制系统将更加完善。2.8多媒体娱乐与智能通讯系统 随着第3代移动通讯技术和计算机网络技术的不断发展,未来汽车正朝着移动办公室、家庭影院方向发展,为司机和乘客提供进行中的实时通讯和娱乐信息,并把汽车和道路及其它远程服务系统结合起来,构建未来的智能交通系统(1TS)。具体功能:1.提供丰富的多媒体设施环境，利用GPS、GSM网络实现
15、导航、行车指南、无线因特网以及汽车与家庭等外部环境的互动。2.具备远程汽车诊断功能,紧急时能够引导救援服务机构赶到故障或事故地点。3智能汽车电子技术的发展前景3.1驾驶员行分析 监控和分析驾驶员状态、设计先进车辆和良好的用户信息交互界面。以便学习、控制甚至是模拟驾驶员行为。高级的驾辅助系统应该能确保驾驶员反应恰当而且安全。在该研究领域的不同方法中，监视驾驶员头部位置已经成为研究重点。这能帮助探测和推理驾驶员的疲劳等级(特别是结合驾驶员眼睛凝视方向。并应用灵活的安全气囊。澳大利亚LF1etcher等提出了一种推断驾驶员疲劳程度的方法。研究道路场景的单调性与驾驶员疲劳强度的关系。该项研究依据心理学特征，定义单调性为一个驾驶员疲劳的外部因素，利用驾驶员头部姿态、眼睛凝视跟踪以及道路单性分析组成一个性能良好的驾驶员疲劳检测系统。法国的一些研究机构研制出一种能够监测司机注意力下降的系统，并可以通过声音或光信号提醒司机。该系统首先用多种传感器提供关于方向盘的活动情况、脚踏板上的压力情况、车速。并在汽车司机座前方安装一个红外线探测仪，用来检测驾驶员眼皮的眨动。如果驾驶员感到疲劳打瞌睡，眼皮的眨动就会变慢，这时候红外线监测器便会发出尖锐的警告声，将司机从瞌睡中惊醒3.2环境感知 主要是运用传感器融合等技术，来获得车辆行驶环境的有用信息，车流信息、车道状况信息、周边车辆的速度信息
