电子信息科学与电动汽车的发展.doc

电子信息科学与电动汽车的发展电动汽车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。由于对环境影响相对传统汽车较小，其前景被广泛看好，但当前技术尚不成熟。电动汽车有着许多独特的优点：1、采用混合动力后可按平均需用的功率来确定内燃机的最大功率，此时处于油耗低、污染少的最优工况下工作。需要大功率内燃机功率不足时，由电池来补充；负荷少时，富余的功率可发电给电池充电，由于内燃机可持续工作，电池又可以不断得到充电，故其行程和普通汽车一样。2、因为有了电池，可以十分方便地回收制动时、下坡时、怠速时的能量。3、在繁华市区，可关停内燃机，由电池单独驱动，实现“零”排放。4、有了内燃机可以十分方便地解决耗能大的空调、取暖、除霜等纯电动汽车遇到的难题。5、可以利用现有的加油站加油，不必再投资。6、可让电池保持在良好的工作状态，不发生过充、过放，延长其使用寿命，降低成本。因此，发展电动汽车技术并将其投入量产很有必要。作为一个学电子信息的学生，我所学的专业与电动汽车的发展还是有很大联系的。首先，电动汽车作为高科技的产物，内部的各种电路与电子设备的研究与发展，都要依靠我们专业的技术。其次，在这个信息化的时代，汽车必将向更为智能的方向发展，缺少不了电子信息技术。目前，国际上也很重视电子产业在电动汽车领域的应用与发展。德国政府继2009年发布“国家电动汽车发展计划”以后，又接连出台了一系列计划和促进措施。作为“国家电动汽车发展计划”的一部分，德国经济和技术部以竞赛的形式，力推ICT(信息通信技术)在智能汽车、智能电网以及智能交通中的应用。ICT在电动汽车中的作用德国经济和技术部通过前期的调查分析“eCar-ICT-电动汽车的系统构架”发现，汽车动力的电气化将引起汽车产业整个价值链的深层变化。这种影响将不仅仅局限于汽车及汽车零部件供应产业本身，而且还将广泛地引起其他产业的转变，如能源以及信息通信产业。电动汽车将比现在的内燃机汽车更大程度地与周围的环境相联系，并与交通基础设施以及能源网络紧紧地结合在一起。为此，一方面，未来的电动汽车将具备全新的功能和特点，而这需要一个以信息通信技术为基础的全新的汽车架构。另一方面，电动汽车将每隔一定的距离就能连接到电力系统中，从而作为移动存储器对能源管理做出贡献。此外，预计电动汽车将成为智能运输系统的一部分，因其具有先进的安全系统并与运输系统中其他的车辆等保持良好的信息交流。而作为将电动汽车、能源、智能交通三个方面连接到一起的因素，信息通信技术将发挥决定性的作用。ICT在电动汽车中的作用 因此，德国联邦经济与技术部开展了“ICT在电动汽车中的作用竞赛”，为加速ICT在电动汽车中统一而广泛的应用选定研发试点。这一竞赛活动是在德国政府2010年11月份出台的信息通信技术战略“数字德国2015”时便提出来的。同时，这项技术竞赛活动也是德国联邦政府2009年8月出台的“国家电动汽车发展计划”的有机组成部分。该计划为德国电动汽车未来技术的发展以及市场开拓构建了基本框架。在该计划的基础上，德国政府又于2010年5月3日建立了“国家电动汽车平台”作为跨行业的交流平台。德国政府的目标是，到2020年实现百万辆电动汽车的突破。随着2011-2015年研发与培训方案以及2010年11月份的国家电动汽车平台中期报告的推出，德国政府确定了这一平台具体的行动方案，为电动汽车的发展奠定了基础。根据德国政府的建议，加大ICT技术在电动汽车领域的应用成为研发重点，包括操控、计算系统以及智能电网、新型商业模式的解决方案等。德国政府就上述技术竞赛制定了以下战略目标：提高德国在技术和产业方面的区位优势：德国要打造电动汽车的领先市场，引领世界电动汽车的发展潮流，其中ICT行业将担当重要作用。将电动车集成到电网：使用电池供电驱动的车辆在信息通信技术的帮助下，将有助于提高电网的使用效率，并能够促进可再生能源的发展。创造以信息通信技术为基础的全新的运输系统：电动汽车将成为未来智能化多式联运交通运输系统的基石。具体的促进目标：在电力供应的基础设施和交通以及多种多样的电动汽车之间，将出现许多跨系统的融合进程。为此，信息通信技术将对运输和能源系统向更加经济、环保和高效的方向发展提供帮助。 德国政府的这项技术竞赛活动旨在从整体上有重点地对电动汽车的三个方面智能汽车、智能电网和智能交通(见上图)进行支持。1、智能汽车(采用新的信息通信技术系统架构的汽车)以电气、电子和软件等信息通信技术对于汽车业的竞争力至关重要。现代信息通信技术在小客车的附加值中占到约30-40%，并推动着汽车行业的创新。目前，汽车上的创新大约有90%来自车上的信息通信技术。现代汽车的很多功能是依靠信息通信技术的，如ABS、电子燃油喷射系统、电子除尘器、自适应巡航控制系统、停车助手、紧急制动辅助系统等。作为现代汽车的“神经系统”，信息通信技术扮演的是一个整合和优化汽车功能的角色。但是，今天的汽车已经将信息通信技术几乎用到了极致。车载的传统信息通信技术陷入形式上的复杂化。现在的车辆载入了大量的控制装置、传感器和驱动器，各种电缆错综复杂，致使汽车的用材、安装和维修成本都非常之高。除此以外，这些固定线路的布置以及不断增多的各种功能还导致新的功能的开发、集成和测试所耗的时间、费用越来越高。同时，现在复杂的车载信息通信技术也使得在车辆交付之后升级新功能变得越来越难。有一个办法可以解决上述问题，那就是重新制定一套车载信息通信技术的系统架构。这一点对于电动汽车来说尤其重要，原因如下： 减轻车身重量，增加续驶里程：今天的车辆安全还处在依靠被动安全措施的阶段(如安全气囊，吸能块与溃缩式副车架等)，而不是通过信息通信技术实现的。主动安全措施，即前瞻性、智能的安全措施，(如紧急制动辅助系统，自动保持间距等)，可以代替被动安全措施(预防而不是缓解意外事故)，使电动汽车实现减轻车身重量、增加续驶里程的目标。降低车辆复杂性和成本：通过车载电脑设备或集中化或分散化的分布来减少车辆内控制器的数量。这些设备都将通过带执行器和传感器的合适的通信接口连接。简化而灵活的架构可以使流程更加透明且操作更加简单。便于车辆新功能的实现以及可续性调整与传统汽车相比，电动汽车的电池成本极高。因此必须为顾客提供转向电力驱动系统的增值服务。这些增值服务可以包括提高舒适性和安全性的新的性能以及新的娱乐功能。通过硬件和软件的优化，可以使消费者快速调整适应电动汽车这一新的驱动形式，并延长电动汽车的使用寿命。尤其重要的是加强软件的模式化。2、智能电网(让电动汽车并入能源智能供应系统)未来，智能汽车必须更好地融合到由信息通信技术控制的智能电网，以便不影响电网的稳定性，并促进替代能源潜力的充分发挥。但电动汽车充电时必须不会使电力系统超负荷。此外，将来的电动汽车还可以通过智能控制系统被用作备用电源和电力存储器，在电网的电力需求较大时可向电网回馈电力。目前，该技术已经在德国政府主导的七个试验区进行试验。当然，用户如何操作以及给消费者带来种种益处的新的基础设施如何配置，都需要在真实的现场测试中进行验证。但可以预计，电动汽车和电网之间的相互作用将是复杂而相互影响的，两者之间的相互作用将决定电动汽车的成败。 3、智能交通(提高效率、续驶里程和安全性的智能交通运输基础设施)电动汽车和未来的交通基础设施之间也存在密切的互动关系。尽管电动汽车在环保方面比传统汽车做得更好，但在可预见的时间内，续驶里程、充电时间和电量可持续性都是其软肋。今天的电动汽车的行驶距离还很有限，因此必须确保由电动汽车转乘其他交通工具(如公共交通、轨道交通等)的便捷。此外，电动汽车将拥有比传统的内燃机汽车更先进的远程信息处理和导航技术。这样可以更好地对交通流量进行控制，减少交通拥堵，并从整体上提高交通安全。不同服务提供商之间通过数据交换也可以允许增值服务的跨地区共享。以信息通信技术为基础的导航系统可以将电动汽车更好地集成到交通基础设施中。国际上汽车电子技术的发展可以说一日千里，但中国本土的市场如何呢？可以说中国电子技术还处于起跑阶段，与国际上的差距是明显的（虽然中国的汽车产量已占全球第一）。汽车电子的核心技术还掌握在别人手里，君不见，汽车核心的三大件发动机、底盘、变速箱的先进技术都掌握在国外的品牌手中，以中高档汽车用的发动机V6为例，我国去年年底由南汽名爵研制成功，才彻底打破中国自主品牌无法制造V6发动机的历史，而早在1988年丰田就在其第三代品牌车CAMARY装上了2.5升V6发动机。由此可见，中国在这方面的差距有多大。中国不单单在三大件技术处于落后状态，而且汽车电子的核心技术的缺失一直受到国人批评。近日，上海硅知识产权交易中心副总经理俞慧月表示：“汽车技术创新的70%源于汽车电子技术，目前，国外汽车电子巨头均已进入中国并全面布局，几乎垄断了核心技术领域。”此外，据笔者了解，汽车电子的芯片在国内几乎为零，涵盖多类汽车电子产品的企业更是为