汽车电子技术发展及应用ppt课件

.,汽车电子技术发展及应用,东风汽车公司陈光前,2010.08,.,目录一汽车电子概述二汽车电子技术及其发展三.国内汽车电子技术自主开发与应用四.加快汽车电子技术及产业化发展,1,.,一、汽车电子概述,现代汽车电子是由基础技术层、电控系统层和人车环境交互层所组成；是面向汽车而集电控技术、信息、网络技术和汽车技术于一体的平台。,2,.,二汽车电子技术及其发展,1.汽车电控系统平台技术发展汽油发动机电控技术：基本功能是提供正确的混合气空燃比控制和在所有工况下进行精确的点火定时；节能减排推动了汽油发动机可变气门正时VVT、涡轮增压和缸内直喷，还有稀薄燃烧、可变压缩比、OBD在线诊断等控制技术的发展应用。32位嵌入式电控ECU开发将成为应用主流。予测至2012年，采用VVT技术发动机将占世界轿车汽油机市场80%的份额；日美欧等国开发的缸内直喷发动机技术产品已成熟应用。,3,.,柴油发动机电控技术：从位置控制、时间控制、到高压共轨燃油喷射控制。共轨喷射电控系统是柴油机的主流技术。柴油发动机达到欧3排放标准可采用：高压共轨、电控直列组合泵等技术，而要达到欧IV、欧V排放标准，在采用OBD技术基础上，需采用电控高压燃油喷射、可变截面涡轮增压、废气再循环（EGR）控制和排放后处理技术（还原摧化器SCR和颗粒捕捉器DPF）。目前国外高压共轨喷射技术产品很成熟并已推广应用。发动机电控技术在不断发展，以32位嵌入式控制器及实时操作系统为内核的电控ECU开发成为应用主流。,4,.,自动变速器电控技术:变速器分为手动机械变速器(MT)和自动变速器。自动变速器:电控液力自动变速器（AT）目前是轿车应用主流，同时电控无级变速器（CVT）、电控机械自动变速器(AMT)和双离合器变速器（DCT）都得到快速发展应用，奔驰、沃尔沃和雷诺汽车公司在新的中重型商用车上均装备了AMT系统。在发展方面，实现动力传动一体化的集成控制以优化动力性和燃油经济性是目前技术发展的热点。,5,.,转向系统电控技术:电动助力转向EPS是继液压动力转向之后的又一重大技术进步，系统由转矩传感器、电控单元、电动机、减速器、机械转向器组成。提供各种路况和车速情况下最佳的转向助力或必要的阻尼。目前EPS在集成传感器新技术、控制策略方式、助力电机(永磁同步电机)等开发不断取得新进展.四轮转向系统（4WS）、主动转向系统（AS）、线控转向(SBW)等技术发展很快。2007年在欧洲上市的轿车50%已采用EPS。本田、雷诺、德尔福相继推出自己的四轮转向系统，线控转向国外已有样机；,6,.,悬架系统电控技术:电控空气悬架系统(ECAS)靠调节空气弹簧刚度和减震器阻尼来实现悬架的控制，也可调节车辆高度。同时，使用可控型的横向稳定杆来满足悬架系统侧倾角刚度控制功能。目前在发达国家，大客车几乎已全部使用电控空气悬架，重型载货车应用的比例也很高。电控空气悬架系统也应用在豪华轿车和SUV车型上。近年来在欧洲和北美市场需求呈增长态势，2007年应用空气悬架的乘用车已超过150万。以阻尼连续可调的电磁流变减震器的半主动悬架系统已有实际应用。,7,.,制动系统电控技术:制动领域集成了ABS/ASR技术和整车横摆稳定控制技术的车辆稳定性控制（ESP或ESC）是最先进的主动安全技术之一，而且ESP的强大扩展功能使其可作为底盘一体化控制系统的核心。现在欧美国家几乎所有的高中档轿车都已安装或正在安装ESP产品。ESP已在向商用车及重型卡车普及。如德国奔驰公司在载货车上装用ESP作为标准配置，沃尔沃的牵引车系列也开始装备ESP系统。电子机械制动EMB和线控制动BBW研究热点已取得可喜进展；,8,.,综合集成控制技术:汽车控制技术的发展经历了用单一技术解决某一特定问题的阶段，现代技术是进入综合解决系统问题的时候了。而网络总线技术又提供了好的支持手段。综合集成控制是实现对多个控制目标的统一协调控制.在底盘一体化电子控制技术中融合了ABS、ASR、AFS和DYC的功能；在汽车动力学综合管理系统中结合了DYC（直接横摆控制）、AFS（主动前轮转向）和主动悬架控制技术的功能；还有主动、被动安全集成技术。未来的综合集成控制技术还将融合各种其它的控制子功能，这需要一个处于最高级别的控制器进行全面综合协调（如整车控制器VECU），采用全局优化的方法得到最佳整车控制效果。德国大陆公司、宝马公司等都开发了自己的底盘一体化控制技术。,9,.,辅助驾驶（安全）系统:利用车载红外视觉传感器、毫米波雷达、车速传感器、陀螺仪等，采集车辆运行道路环境以及车速、车辆姿态信息，运用图像处理、模式识别、智能技术，实现周边车辆检测与跟踪、道路标志识别、环境场景实时显示、安全语音提示、车距保持,驾驶疲劳监控等，并实现自适应巡航运行控制。最终发展方向是具有自动防撞功能和全自动驾驶系统等的安全车辆。,10,.,车用传感器技术:传感器的多功能集成和系统化集成封装使电控系统变得更加智能、反应灵敏。世界各国都非常重视对车用传感器的研究开发。以MEMS技术为代表的传感器设计制造技术正逐步成为汽车传感器的主流技术，未来的汽车用传感器技术总的发展趋势是多功能化、集成化、智能化。预计在未来五年内,车用传感器领域的复合年增长率将超过10%。,11,.,2.信息系统平台和网络总线技术发展信息系统平台:以人、车、环境交互为特征的信息系统平台是基于嵌入式车载远程信息处理技术，提供包括多媒体娱乐、GPS定位导航、移动通信、车辆远程故障诊断、综合信息显示、辅助驾驶等功能,还有语音识别控制技术应用。在车载信息系统开发上,依托嵌入式实时操作系统,以Eclipse集成构架为基础并融入多媒体和网络中间件,以软件平台方式展开。汽车上的电子系统可以通过CAN、FlexRay、MOST、蓝牙无线局域网等组成车辆网络系统，并与外界INTENET构成完整的车载信息网络系统。,12,.,智能交通系统基于视频技术的车辆检测和车牌识别城市交通管理与诱导车辆导航与定位车辆运输调度物流管理高速公路通讯、监控、收费,.,网络总线系统,为简化日益增加的汽车电控装置的线路连接、提高系统可靠性和故障诊断水平、利于各电控装置之间数据资源共享、并便于建成开放式的标准化模块化结构，汽车网络总线技术得到了很大的发展.以汽车分布式控制系统为基础的车载网络总线技术的应用为整车综合集成控制提供了技术保证，带来了整车电气系统设计的革新和结构优化。,.,网络总线技术:网络总线技术的应用为集成控制提供了技术保证。网络总线本着平台化开发思想,目标是使开发出来的网络总线尽可能的满足各种车型配置,复用程度高。网络总线平台化开发另一重要标志就是独立网关的使用,各子网之间以独立网关为枢纽,独立网关的转换功能保证在子网更换或ECU供应商变更下不影响整车网络通讯。专家认为，网络总线未来发展方向是以局部互联网络LIN，控制器局域网络CAN和一种更可靠具备故障容错的网络FlexRay为主，另外媒体信息传送网络MOST和ByteFlight也将分别在媒体网络和安全网络中占有重要地位。FlexRay未来成为网络总线中的骨干网络。,13,.,3.基础技术平台技术发展汽车半导体产品技术：汽车半导体制造工艺的的不断发展使半导体产品的功能向一体化智能化加速提升，集成度越来越高，越来越多的采用90nm工艺的32位MCU不断面世。日本有许多半导体厂商正在加快进行具有高温适应能力的碳化硅（SiC）元件研究，逐渐扩大的应用趋势将会推动碳化硅技术发展。在今后的两三年内，32位甚至64位MCU将成为汽车电子产品中上升幅度最大的产品之一。目前半导体公司已经推出了配合底盘和安全系统等解决方案的MCU产品，实现基于FlexRay产品的开发和普及.,14,.,嵌入式实时操作系统和软件平台：嵌入式实时操作系统、中间件、应用软件是ECU软件的一体化整体架构。国外汽车工业界推出的OSEK/VDX规范体系主要包括：操作系统规范(OSEKOS)、通信规范(OSEKCOM)、网络管理规范(OSEKNM)和OSEK实现语言(OSEKOIL)。世界主流的汽车公司、汽车电子开发厂商和半导体芯片供应商已经不约而同的开始推进ECU相关技术（软、硬件）的标准化，汽车开放系统体系结构AUTOSAR是一个平台，它有助于定义所有汽车共同的ECU硬件和软件模块子功能，实现软件和硬件通用功能模块的标准化和增加软件的复用性。让以该平台为基础的硬件和软件可以互通，软、硬件的开发工作将以标准平台为基础进行开发。,15,.,4.新能源汽车电子技术减少汽车工业对石油的依赖已成为有关全球经济和能源安全的紧迫任务，促进了新能源汽车（混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车和代用燃料汽车）的快速发展，我国新能源汽车的技术发展思路是以混合动力为新能源汽车的起点、以纯电动汽车为中期目标、以燃料电池为远期目标。电子技术在其动力系统匹配控制技术、车载动力蓄电池管理技术、燃料电池发动机控制技术和电液复合制动技术等关键技术方面发挥重要作用。电池技术是现阶段我国新能源汽车实现产业化存在的最大难点，包括镍氢电池和锂电池的寿命、一致性、成本等各方面的问题。,14,.,14,超级电容列为2006年世界七大科技发现之一，是能量储存领域的一项革命性发展，将在某些领域取代传统蓄电池,有希望成为本世纪新型的绿色能源。超级电容（supercapacitor）它既具有电容器可以快速充放电的特点，又具有二次电池的储能机理。它具有比二次电池更高的比功率，比静电电容器更高的比能量特性。以活性炭材料为电极，以电极双电层电容的机制储存电荷，通过极化电解质来储能。但在其储能的过程并不发生化学反应，这种储能过程是可逆的，也正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次。,C,C,C,C,.,超级电容应用,超级电容优越的充放电性能、高的比功率特点非常适用汽车的使用特性.用于车辆的牵引和启动能源。在汽车启动时快速提供大电流以提供强大的启动力；在正常行驶时快速充电；在刹车时快速存储发电机产生的瞬时大电流回收能量,惯性滑行时的能量回收；还可作为某些部件总成的辅助或备用电源。本田汽车公司更是将双电层电容器与汽油机相结合，研制出一种综合电动机助力器系统，使内燃机主要工作在最佳工况点附近，大大降低内燃机的排放，并可回收制动能量.从技术角度和降低成本大规模应用看，超级电容是21世纪最理想的储能再生动力电源！但在汽车上大规模应用超级电容器相对蓄电池的优越性要靠性价比来体现。,.,超级电容电池是将超级电容和二次电池外并联为一体的复合型电池，将超级电容器优越的充放电性能、高比功率特点，加上传统铅酸电池成熟低成本的储电性能结合起来，达到提高电池功率密度、减小质量和体积、延长使用寿命、实现绿色环保的目的.超级电池是将超级电容和二次电池内并融为同一单体中。如将超级电容与铅酸电池二者内并融为一体,这要重点研究适用于硫酸电解液的电容炭材料和解决电容炭与铅负极的复合,达到进一步提高性能、优化结构降低成本,综合各种新技术后，铅酸“超级电池”的能量密度可提高到60-80wh/kg，功率密度可提高到600-700w/kg。另一有前景方案为将超级电容和锂离子电池内融为一体.成为理想的超级电池。,.,三.国内汽车电子技术自主开发与应用1.汽车电子技术自主开发汽车电子技术自主开发的思路、方法、流程基本同国外接轨,己普遍应用嵌入式系统技术、标准化V模式设计开发流程和先进辅助设计开发工具，但在应用水平及经验积累上有一定差距。尤其在产品化方面差距较大。汽车电子自主开发技术路线上方式多样:有企业完全自主开发的；有产、学、研结合自主开发的；同时还有通过技术引进和消化或采取联合开发的方式开发的。无论哪种方式都是开放中的自主开发,成效显著。,16,.,2.汽车电子技术产业化发动机电控方面：清华大学等高校研究工作已取得不少实质成果，国内企业在自主开发和产业化方面表现突出。汽油发动机电控已产业化,但没进入主流市场;柴油机企业采取自主、委托开发或联合开发的方式加紧电控燃油喷射系统的开发。玉柴集团2006年推出了拥有自主知识产权达到欧4的柴油机。清华大学电控组合泵系统和ECU研究工作已取得产业化成果。一汽技术中心在单体泵上进行了电控系统开发并应用在载重车上。成都汪氏威特电喷公司自主研制的“电控组合泵系统”柴油机电喷技术，在较低的成本下满足国以上排放法规。,17,.,自动变速器方面：国内正加快研发和产业化,吉林大学和北京理工大学等研发成果突出。吉利06年推出了Z系列AT，贵州航天一直在从事重型车用AT的研究开发；杭州依维柯变速器公司与意大利玛瑞利、奇瑞汽车公司合作开发的AMT已投放市场，不少变速器公司也正在开发AMT，东风电动车公司开发的AMT已成功应用在混合动力公交车上；07年洛阳联变公司一期5万台CVT项目开建,标志CVT开始步入产业化阶段。博格华纳双离合器传动系统公司是博格华纳（中国）投资有限公司与中国中发联投资有限公司共同投资成立的合资公司，计划于2011年建成并投入使用。,18,.,悬架系统方面:国内电控空气悬架产品的自主开发处于起步阶段。清华大学汽车工程系在主动、半主动悬架方面进行了多年研究、试验工作，开发了硬件在环仿真系统，可调阻尼减震器，刚度、阻尼和高度可调油气悬架。北京理工大学开展了主动悬架的理论及试验研究，开发了半主动悬架系统样机并进行了民用车辆和军用车辆半主动悬架的整车道路试验研究。东风汽车悬架弹簧有限公司目前已经开发了全系列的空气悬架产品，将有力地促进自主电子控制空气悬架的发展。,19,.,制动系统方面：近年来，东风电子科技、科密制动系统公司等已相继完成了具有自主知识产权的ABS产业化，并已大量投放市场装车应用，东风电子科技公司07年又成功开发ASR系统并投放市场，现正在开展ESP的开发和产业化工作。浙江亚太机电股份有限公司是一家能研发生产整套汽车制动系统，也是国内自主研发生产液压汽车防抱死制动系统（ABS）的大型专业化一级汽车零部件供应商，ABS系统20万套的年生产能力。,20,.,转向系统方面：国内这几年发展较快。企业、院校和科研单位联合开发,经过7年的努力已经取得了相当的成就。已批量生产：株洲易力达机电有限公司,浙江福林国瑞汽车零部件有限公司,湖北恒隆汽车转向器有限公司，浙江世宝汽车转向器有限公司等。重庆三祥汽车电控系统有限公司已经投产的转向管助式EPS应用于微轿、微客等汽车领域。,21,.,智能汽车、智能交通系统方面：国防科技大学等高校经过多年的研究，在智能汽车总体结构及智能控制理论等多个领域都拥有一定的技术积累。国防科大与一汽合作研制的“红旗自主驾驶轿车”在高速公路正常交通状况下的稳定自主驾驶速度达130公里/小时。中国ITS技术已经从概念引入发展到初级应用阶段，智能交通相关的基础建设取得了一定的进步，未来10年ITS的发展将还是以解决城市交通拥堵问题为核心。目前中国自主研发的北斗卫星系统是中国ITS领域最为成功的应用之一。中国的导航产品目前装在一汽丰田、上海大众等主流汽车厂商的高端品牌汽车上。,22,.,信息平台方面：这是国内发展最活跃领域,差异化特征明显深圳航盛电子公司在信息平台方面全面规划,自主开发成果突出,尤其在车载娱乐等方面己创品牌。武汉蓝星科技公司以车载电脑为核心建立功能齐全的信息平台(多媒体娱乐、无线上网、语音导航、可视泊车、显示等)。佛山三水好帮手电子公司在该领域思路清晰,发展很快。,23,.,四.加快汽车电子技术及产业化发展1.加快国内汽车电子技术发展坚持开放中的自主开发多赢运行机制下的产学研结合务实解决若干关键技术,24,.,关於汽车电子系统架构:如何从平台的角度进行优质高效的系统开发并优化电子系统架构是一个关键问题。为此须推进ECU相关技术（软、硬件）的标准化，提高软件的复用性。国家在核高基战略专项中提出“实时嵌入式操作系统”和“汽车电子控制器嵌入式软件平台”课题。,25,实时操作系统、中间件、应用软件是ECU软件的一体化整体架构。,.,关於设计开发:我们应该跟踪和应用先进的设计开发流程，以及相关的标准和规范，并根据我国的实际情况，应用到我们的产品设计，研发，测试及生产的环节，提升我们自主开发水平、产品性能及质量。在开发中，对产品功能的完整性和安全性的认识一定