[摘要]目前在汽車(chē)上使用的新技術(shù)有80%來(lái)源于電子系統(tǒng)的不斷更新和進(jìn)步。目前已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)進(jìn)實(shí)用狀態(tài)的有三大技術(shù)，即：X-by-wire技術(shù)、車(chē)載網(wǎng)絡(luò)和42V電能方案。他們之間相輔相成、互相促進(jìn)，使得汽車(chē)電子技術(shù)水平邁上了一個(gè)新的臺(tái)階。

關(guān)鍵詞：汽車(chē)電子X(jué)-by-wire技術(shù)CAN網(wǎng)42V能量方案

1、引言

在過(guò)往的數(shù)十年里，車(chē)用電子系統(tǒng)在數(shù)目和復(fù)雜程度上取得了極大的增長(zhǎng)。由于大量使用了電子元件，如各類(lèi)傳感器、微處理器、電動(dòng)驅(qū)動(dòng)器等，汽車(chē)本錢(qián)已大大增加。而今，中高級(jí)汽車(chē)上的電子系統(tǒng)已經(jīng)占整車(chē)總制造本錢(qián)的23%以上。一輛汽車(chē)上的電子產(chǎn)品所占的均勻用度由1977年110美元上升到2001年的1800美元。汽車(chē)專(zhuān)家們以為，當(dāng)前汽車(chē)上的新技術(shù)有80%來(lái)源于電子系統(tǒng)的不斷更新和進(jìn)步。預(yù)計(jì)在未來(lái)十年內(nèi)，汽車(chē)電子及電子技術(shù)相關(guān)產(chǎn)品在整車(chē)本錢(qián)中所占的比例將從目前的20％上升到32％。汽車(chē)電子的增長(zhǎng)率將從目前的10％上升到20％。

由于人們對(duì)汽車(chē)節(jié)能、安全、舒適、便捷和豪華的追求，對(duì)汽車(chē)的性能提出了更高的要求。使用傳統(tǒng)機(jī)械的辦法已不能使汽車(chē)的性能進(jìn)一步得到明顯的改善和進(jìn)步。近年來(lái)，微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的巨大進(jìn)步，將電子技術(shù)和傳統(tǒng)的機(jī)械相結(jié)合，使得汽車(chē)的環(huán)保、節(jié)能、安全、舒適、便捷和智能化等方面的題目均能得到很好的解決。

筆者以為，目前可實(shí)用化和正在實(shí)用化的汽車(chē)電子技術(shù)主要集中在三個(gè)方面，即以下的三種技術(shù)：

（1）電控技術(shù)的發(fā)展和使用，即電控化或叫線(xiàn)控化（X-by-wire）技術(shù)；

（2）車(chē)載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)特別是CAN網(wǎng)的不斷使用和普及；

（3）即將采用的新的電壓系統(tǒng)42V（伏）整車(chē)電器系統(tǒng)。

這三種技術(shù)的發(fā)展，有的已經(jīng)開(kāi)始實(shí)用，有的即將投進(jìn)實(shí)用。為此，我國(guó)在引進(jìn)擁有這些新技術(shù)的新車(chē)型的同時(shí)，也需要對(duì)這些技術(shù)有必要的熟悉和研究，這樣才有利于進(jìn)步我們的汽車(chē)設(shè)計(jì)和制造水平，使得我國(guó)汽車(chē)生產(chǎn)企業(yè)能盡快的達(dá)到國(guó)際水平。

2、X-by-wire技術(shù)

過(guò)往的汽車(chē)曾經(jīng)是機(jī)械和液壓系統(tǒng)的天下，隨著人們對(duì)汽車(chē)要求的不斷進(jìn)步，特別是對(duì)排放和安全性的要求，如今的汽車(chē)已經(jīng)變成了一個(gè)高度的機(jī)電一體化的自動(dòng)系統(tǒng)。隨著技術(shù)的發(fā)展這種趨勢(shì)越來(lái)越明顯。

人們現(xiàn)在經(jīng)常提到一個(gè)名詞“X-by-wire”，“wire”是電線(xiàn)的意思，“by-wire”可理解為電控方式，而這里的“X”就像數(shù)學(xué)方程中的未知數(shù)，代表著汽車(chē)中傳統(tǒng)上由機(jī)械或液壓控制的各個(gè)部件，大的如：發(fā)動(dòng)機(jī)、懸架、轉(zhuǎn)向機(jī)等，小的如：油門(mén)、門(mén)鎖等。顯然，為了滿(mǎn)足人們對(duì)汽車(chē)更高的要求，這些由機(jī)械或液壓控制的部件正在逐漸的轉(zhuǎn)化為由機(jī)電液壓一體化控制，甚至轉(zhuǎn)換為純電子控制方式。

目前，用公道配置的電子部件取代機(jī)械部件的工作正在有條不紊的進(jìn)行中，系統(tǒng)的性能和水平也獲得了不斷提升。先進(jìn)的電子系統(tǒng)的用度也在直線(xiàn)下降。底盤(pán)控制和靈敏傳感等復(fù)雜的高性能的電子部件已被應(yīng)用在高級(jí)汽車(chē)上，并逐漸的成為主流。

高可靠性的容錯(cuò)電子控制系統(tǒng)X-by-wire不依靠于傳統(tǒng)的機(jī)械和液壓裝置，它使得汽車(chē)更輕、更便宜、更安全、更省油。其自診斷系統(tǒng)和適配系統(tǒng)對(duì)各類(lèi)型車(chē)輛都適宜。這個(gè)系統(tǒng)可取消汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)帶，液壓制動(dòng)泵，甚至轉(zhuǎn)向柱，出現(xiàn)無(wú)轉(zhuǎn)向盤(pán)的汽車(chē)。

事實(shí)上，到2010年將有1/3的新車(chē)擁有電子駕駛系統(tǒng)。正在開(kāi)發(fā)的X-by-wire駕駛系統(tǒng)將用角度感應(yīng)器和反饋電機(jī)取代轉(zhuǎn)向柱。一個(gè)串行網(wǎng)絡(luò)給安裝在車(chē)輪上的執(zhí)行電機(jī)提供控制鏈接。轉(zhuǎn)向柱的這一變化將在發(fā)生沖撞時(shí)改進(jìn)駕駛者的安全性。它將簡(jiǎn)化左右手駕駛零件。

在此電子系統(tǒng)基礎(chǔ)之上，增加一些先進(jìn)功能是很輕易的。如：在機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，駕駛員在高速時(shí)不能正確使用轉(zhuǎn)向盤(pán)（如：由于驚慌，過(guò)快的轉(zhuǎn)向），而電控方式可在適當(dāng)范圍內(nèi)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行電機(jī)跳過(guò)這一失控階段。

所有大型汽車(chē)制造商都在開(kāi)發(fā)X-by-wire系統(tǒng)雛形及其產(chǎn)品。如：TRW電子輔助駕駛系統(tǒng)使得燃油經(jīng)濟(jì)性上升5%，Delphi汽車(chē)宣稱(chēng)在E-steersystem中也作了類(lèi)似改進(jìn)。Bosch，Valeo公司和其他一些設(shè)備制造商已開(kāi)發(fā)或正在開(kāi)發(fā)X-by-wire技術(shù)和產(chǎn)品。

3、車(chē)載網(wǎng)絡(luò)

隨著汽車(chē)電子技術(shù)的發(fā)展，汽車(chē)上出現(xiàn)了很多的電控單元，如：發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊(ECM)、BVA電腦、智能顯示屏、ABS等。這些帶微處理器的電子元件之間存在著大量的信息交換。以往，電線(xiàn)作為電器元件的標(biāo)準(zhǔn)連接方式。但是隨著電子產(chǎn)品的不斷增加，愈來(lái)愈多的連接線(xiàn)成為阻礙技術(shù)發(fā)展的壁壘。

采用傳統(tǒng)的線(xiàn)束方案將使得連線(xiàn)的長(zhǎng)度和數(shù)目大大增加，而不斷加長(zhǎng)的線(xiàn)束和增多的插接器增加了汽車(chē)質(zhì)量，削弱了性能，使得可靠性很難保證。一輛正常行駛的車(chē)輛，線(xiàn)束每超過(guò)50g或能量損耗每超過(guò)100W，百公里油耗將增加0.2L。而且，繁雜的線(xiàn)束插接器使得電壓大幅下降，限制了其他功能的正常使用，成為汽車(chē)電子系統(tǒng)中最昂貴、最繁瑣的的一部分。

車(chē)載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)就是將電器元件連接在汽車(chē)控制網(wǎng)上，如同計(jì)算機(jī)連接在局域網(wǎng)上一樣。這些網(wǎng)絡(luò)都可以方便地進(jìn)行信息和資源共享，從而成功的解決了上述技術(shù)困難，這也是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和汽車(chē)電子技術(shù)成功結(jié)合的一個(gè)典型范例。目前，車(chē)載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)已開(kāi)始在全世界范圍內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用。而在汽車(chē)中應(yīng)用最廣泛的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)就是CAN（ControllerAreaNetwork）網(wǎng)。

20世紀(jì)80年代中期，Bosch公司開(kāi)發(fā)出了這種控制局域網(wǎng)，這是最早的、使用時(shí)間最長(zhǎng)的汽車(chē)控制網(wǎng)絡(luò)。CAN網(wǎng)已在當(dāng)前的汽車(chē)上廣泛應(yīng)用。僅2000年其相關(guān)器件的銷(xiāo)量就超過(guò)的1億個(gè)。

一臺(tái)典型安裝有CAN網(wǎng)的車(chē)輛能同時(shí)容納2～3個(gè)獨(dú)立的運(yùn)行在不同傳輸速率下的CAN網(wǎng)，低速CAN網(wǎng)運(yùn)行在125Kbps下，通常負(fù)責(zé)治理“舒適性功能”，如：電動(dòng)座椅，電動(dòng)玻璃升降等。一般情況下，沒(méi)有實(shí)時(shí)要求的控制采用低速網(wǎng)。它有能量存儲(chǔ)-睡眠模式，在此模式下，節(jié)點(diǎn)停止振蕩直到一個(gè)CAN網(wǎng)信息喚醒它。睡眠模式可防止電量消耗。

高速CAN網(wǎng)用于滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性高的重要控制。如：發(fā)動(dòng)機(jī)治理、ABS、巡航。盡管高速CAN網(wǎng)最大波特率可達(dá)到1Mbps，但是CAN網(wǎng)高速運(yùn)行時(shí)雙絞線(xiàn)電纜中產(chǎn)生很大的電磁輻射，當(dāng)傳輸速率超過(guò)500kbps后，其能量的損失會(huì)迅速增大。所以一般高速網(wǎng)為500kbps。

4、電能供給和42V方案

隨著汽車(chē)上電子系統(tǒng)的迅速增多，他們將消耗大量的電能，使得總負(fù)荷即將超過(guò)2kW。內(nèi)部能量需求將以每年4%的速度遞增，假如這種趨勢(shì)持續(xù)下往，那么，守舊一點(diǎn)估計(jì)，到2005年，高級(jí)汽車(chē)的均勻電能需求將達(dá)到2.5kW。這種增長(zhǎng)將使目前的供電系統(tǒng)顯得力不從心。例如：在3kW負(fù)荷下，帶托架和皮帶傳動(dòng)的發(fā)電機(jī)會(huì)發(fā)出明顯的噪聲，并且需要附加額外的冷卻裝置。

在一個(gè)汽車(chē)電子系統(tǒng)內(nèi)部，對(duì)于特定的功率，電壓值的進(jìn)步可使得系統(tǒng)電流減小。而小的電流可使得導(dǎo)線(xiàn)上的損耗減少，從而可使用更細(xì)更小的線(xiàn)束。進(jìn)步電壓值，也可以減少電器裝置本身的體積、質(zhì)量和損耗，也有利于控制裝置的小型化，進(jìn)步集成度。

采用42V的電器系統(tǒng)需要一個(gè)36V蓄電池，最大工作電壓50V，峰值電壓可達(dá)58V。這是由于60V是工程師們以為的最大安全界限。更高的電壓將產(chǎn)生危害。

盡管42V系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)顯而易見(jiàn)，但從沿用了半個(gè)世紀(jì)的12V系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成42V系統(tǒng)，產(chǎn)品的重新設(shè)計(jì)和制造的用度極大，維護(hù)和升級(jí)將帶來(lái)障礙。因此，目前比較現(xiàn)實(shí)的是采用一種14V/42V的雙電壓方案，以減小對(duì)汽車(chē)零部件制造業(yè)的沖擊，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)過(guò)渡。

14V/42V雙電壓的變換過(guò)程如下：交流發(fā)電機(jī)輸出42V高電壓，借助一個(gè)DC/DC變換器（直流變換器），由42V變換14V。在這個(gè)系統(tǒng)中，DC/DC變換器將供電系統(tǒng)分隔為兩個(gè)具有不同電壓等級(jí)的供電系統(tǒng)，除降壓外，還在整個(gè)電氣系統(tǒng)的電能分配治理中起到重要作用。

5、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)以上三種汽車(chē)電子發(fā)展和實(shí)用化技術(shù)的分析，大家不丟臉出，他們之間有著十分明顯的因果關(guān)系。為了滿(mǎn)足人們對(duì)汽車(chē)性能的新要求，必須廣泛采用X-by-wire技術(shù)實(shí)現(xiàn)電控化，而X-by-wire技術(shù)的發(fā)展又使得線(xiàn)束系統(tǒng)過(guò)于復(fù)雜化而不堪重負(fù)，車(chē)載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的發(fā)展則成功的解決了這一技術(shù)困難。同時(shí)采用42V能量方案又保障了前兩者的能量供給，并為其發(fā)展提供了更廣泛的空間和保證。這三者相輔相成、互相促進(jìn)的共同發(fā)展，必將使汽車(chē)電子技術(shù)水平邁上一個(gè)新的臺(tái)階。可以預(yù)見(jiàn)，在最近幾年，我國(guó)與國(guó)際同步推出的新車(chē)型里，我們將會(huì)經(jīng)常看到成功應(yīng)用這些技術(shù)的例子。