鄭迎華

作為汽車(chē)工業(yè)與電子工業(yè)的結(jié)合，汽車(chē)電子產(chǎn)業(yè)得到了快速發(fā)展。目前，歐美發(fā)達(dá)國(guó)家的電子產(chǎn)品在轎車(chē)整車(chē)制造價(jià)格中所占份量已經(jīng)達(dá)到16%～22%，預(yù)計(jì)到 2014 年將達(dá)到 26%～38%。尤其是近幾年各種燃油經(jīng)濟(jì)性能、排放性能和安全性能等法規(guī)的強(qiáng)制性要求和實(shí)施，極大推動(dòng)了電子技術(shù)在汽車(chē)領(lǐng)域的推廣和使用，使汽車(chē)電子化密度不斷提高，性能不斷加強(qiáng)。汽車(chē)電子技術(shù)不僅推動(dòng)了汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展，而且也極大地促進(jìn)了電子產(chǎn)品市場(chǎng)的發(fā)展?，F(xiàn)代汽車(chē)電子技術(shù)在改善汽車(chē)經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性、安全性、乘坐舒適性和行駛穩(wěn)定性等方面發(fā)揮著不可替代的作用。隨著更加先進(jìn)的智能型傳感器、高性能 ECU、先進(jìn)的控制策略、快速響應(yīng)的執(zhí)行器、信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、雷達(dá)技術(shù)以及移動(dòng)通訊技術(shù)在汽車(chē)上的廣泛應(yīng)用，現(xiàn)代汽車(chē)正朝著更加自動(dòng)化、信息化和智能化的機(jī)電一體化方向發(fā)展，以達(dá)到“人—汽車(chē)—環(huán)境”的完美協(xié)調(diào)，使得汽車(chē)這一消費(fèi)品成為更具有人性化的產(chǎn)品。

一、課題研究背景與研究現(xiàn)狀

車(chē)電器發(fā)展所面臨的問(wèn)題汽車(chē)電子化是現(xiàn)代汽車(chē)發(fā)展的一個(gè)重要標(biāo)志?，F(xiàn)代汽車(chē)電子技術(shù)的應(yīng)用不僅提高了汽車(chē)的經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性和安全性，改善了汽車(chē)行駛的舒適性和穩(wěn)定性，推動(dòng)了汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展，而且還為電子產(chǎn)品拓寬了市場(chǎng)，從而推動(dòng)了電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?？傊?，汽車(chē)電氣系統(tǒng)所面臨的諸多問(wèn)題是一個(gè)系統(tǒng)性的問(wèn)題集合，它們相互之間聯(lián)系非常緊密：操控模式多樣化必然要求電器功能更加復(fù)雜，電器的增加必然導(dǎo)致線(xiàn)束增加，基于導(dǎo)線(xiàn)的協(xié)調(diào)機(jī)制越多，則線(xiàn)束也越多，電器的增加，對(duì)查找故障電器越不利；同時(shí)線(xiàn)束的增加，使得電器故障診斷不得不考慮線(xiàn)束故障的因素。這一系列問(wèn)題將是整車(chē)廠(chǎng)和汽車(chē)電子電器供應(yīng)商共同面臨的挑戰(zhàn)。

二、汽車(chē)智能電器的發(fā)展

在電氣工程領(lǐng)域，人們?cè)谂潆娤到y(tǒng)中開(kāi)始將開(kāi)關(guān)電器智能化，以解決電力系統(tǒng)中配電的短路故障識(shí)別、自動(dòng)保護(hù)和電源質(zhì)量控制等問(wèn)題，出現(xiàn)了智能電器。在工業(yè)控制領(lǐng)域出現(xiàn)了智能化儀表等各種智能儀器，建筑工程領(lǐng)域，也出現(xiàn)了各種智能建筑，智能住宅等，智能交通系統(tǒng)中出現(xiàn)的智能車(chē)輛、智能收費(fèi)站，甚至在我們生活中涌現(xiàn)出如智能手機(jī)、智能卡等大量的智能器件。智能電器從其功能來(lái)說(shuō)是具有一種或多種敏感功能，能夠完成對(duì)信號(hào)的探測(cè)、邏輯判斷、變換處理、功能計(jì)算、雙向通訊后處理，電器本身可以實(shí)現(xiàn)自檢查、自校驗(yàn)、自補(bǔ)償、自診斷等具備以上相關(guān)功能的器件。國(guó)內(nèi)有人將汽車(chē)智能電器從信息采集、信息輸出、信息處理、信息傳輸以及電器系統(tǒng)邏輯控制方面將汽車(chē)智能電器劃分為汽車(chē)智能傳感器、智能化執(zhí)行器和總成、車(chē)載微機(jī)、數(shù)字信號(hào)傳輸技術(shù)以及智能控制系統(tǒng)。比如智能雨刮系統(tǒng)，它是一種機(jī)械雨刮和智能光電產(chǎn)品的合成。它通過(guò)雨量傳感器感應(yīng)汽車(chē)擋風(fēng)玻璃上的降雨情況而自動(dòng)調(diào)整刮雨速，省去了手動(dòng)調(diào)整雨刷速度的麻煩。安裝有智能雨刮的車(chē)輛，無(wú)疑更舒適更安全。

OnStar 的出現(xiàn)讓人和汽車(chē)之間的交互性越來(lái)越強(qiáng)，由此智能車(chē)載微機(jī)使得汽車(chē)為人的提供的服務(wù)更加智能化、人性化。清華大學(xué)在全電子汽車(chē)項(xiàng)目上對(duì)汽車(chē)智能電器做了很好的解釋?zhuān)虼吮菊n題的研究也是基于清華大學(xué)全電子汽車(chē)項(xiàng)目而進(jìn)行的升級(jí)。根據(jù)該項(xiàng)目可以了解到智能電器系統(tǒng)的關(guān)鍵是利用車(chē)載網(wǎng)絡(luò)對(duì)電器系統(tǒng)做全分布式設(shè)計(jì)，每個(gè)電器都是網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)。相比目前的汽車(chē)電子控制系統(tǒng)，智能電器系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)數(shù)量龐大，因此采用局域網(wǎng)對(duì)局域電器先進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化組織，再將整車(chē)電器利用骨干網(wǎng)連接起來(lái)，骨干網(wǎng)和局域網(wǎng)組成了整車(chē)的信息網(wǎng)。通過(guò)給電器添加控制器的方式，使智能電器具備標(biāo)準(zhǔn)的電氣接口，因此可以得到一種與電器無(wú)關(guān)的并且更加簡(jiǎn)化的線(xiàn)束；并基于中央?yún)f(xié)調(diào)器實(shí)現(xiàn)電子協(xié)調(diào)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)電器間的協(xié)調(diào)控制，并通過(guò)中央微機(jī)作對(duì)電器實(shí)現(xiàn)多種模式的操控。通過(guò)這個(gè)項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了吉利 EC718 車(chē)型車(chē)身電器的智能化改造，使得原本單一而孤立的電器變成了網(wǎng)絡(luò)化、智能化的電器。

三、ZigBee 在汽車(chē)領(lǐng)域內(nèi)的發(fā)展

無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)在汽車(chē)產(chǎn)業(yè)中一直是提升汽車(chē)產(chǎn)品安全性、人性化、舒適性以及更具有科技含量方面性?xún)r(jià)比的重要技術(shù)力量。在過(guò)去不算長(zhǎng)久的幾十年中，無(wú)線(xiàn)技術(shù)領(lǐng)域中的紅外、藍(lán)牙、移動(dòng)通信以及衛(wèi)星通信等技術(shù)都一個(gè)個(gè)閃亮登場(chǎng)，為人們?cè)谄?chē)生活中獲得更高的人生愜意和更新享受。ZigBee 技術(shù)是基于 IEEE802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)，與 802.11b（WiFi）和 802.15.1（藍(lán)牙）一樣工作在 2.4GHz 頻段，有效傳輸范圍在 10～1000 米，支持的最高數(shù)據(jù)傳輸速率為 250kbps。它的最大優(yōu)勢(shì)是低功耗和低成本，從 2004 年起 ZigBee 就開(kāi)始引起許多公司的關(guān)注，這些公司從事家庭自動(dòng)化、工業(yè)控制和商業(yè)建筑控制等領(lǐng)域，幾乎涉及了從核電廠(chǎng)到酒店的所有領(lǐng)域。

不僅如此，ZigBee 在汽車(chē)傳感網(wǎng)絡(luò)上也有運(yùn)用，比如，已經(jīng)發(fā)展很成熟的胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由輪胎壓力傳感器、微控制單元、射頻收發(fā)器和接收器組成。安裝在輪胎里的傳感器采集輪胎內(nèi)部溫度和壓力信息，并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，通過(guò)相應(yīng)數(shù)據(jù)處理后，由射頻收發(fā)器將信號(hào)幀發(fā)送給位于駕駛艙內(nèi)的主機(jī)接收器，駕駛員即可了解各個(gè)輪胎內(nèi)部的溫度、壓力情況。如輪胎內(nèi)部的氣壓、溫度發(fā)生超出相應(yīng)閥值時(shí)，主機(jī)接收器就會(huì)通過(guò)相應(yīng)報(bào)警裝置提醒駕駛員采取相應(yīng)的措施，使得胎壓保持在正常的運(yùn)行狀態(tài)，從而保證車(chē)輛行駛的安全性。同其他無(wú)線(xiàn)技術(shù)相比，ZigBee 耗能更少、成本更低、傳輸信號(hào)穩(wěn)定可靠，非常適合用于胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，而且由于 ZigBee 設(shè)備的地址是全球惟一的，所以能使監(jiān)控報(bào)警端快速識(shí)別出工作異常的輪胎，而不會(huì)在車(chē)輛與車(chē)輛之間造成信號(hào)干擾。此外有將 ZigBee 運(yùn)用于蓄電池檢測(cè)以及非敏感類(lèi)傳感器或者開(kāi)關(guān)信號(hào)的傳遞，用于減少線(xiàn)束的安裝和降低汽車(chē)信號(hào)傳輸?shù)呢?fù)載。汽車(chē)的供電系統(tǒng)由汽車(chē)發(fā)電機(jī)和蓄電池兩個(gè)設(shè)備構(gòu)成，汽車(chē)在啟動(dòng)時(shí)蓄電池為起動(dòng)機(jī)提供大電流。通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)行來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池的充電，此時(shí)，發(fā)電機(jī)與蓄電池一起對(duì)車(chē)身上的所有電氣設(shè)備供電，當(dāng)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)不工作時(shí)，即發(fā)電機(jī)不工作，由蓄電池對(duì)整個(gè)電氣系統(tǒng)進(jìn)行供電。由于蓄電池為化學(xué)儲(chǔ)能方式，電池電量和電壓必然受到環(huán)境及外部供電條件等諸多因素的影響，而且蓄電池和發(fā)電機(jī)共同作用為汽車(chē)供電，尤其是在長(zhǎng)時(shí)間停車(chē)條件下，這都會(huì)使蓄電池的自身性能變化較大。因此對(duì)蓄電池進(jìn)行電壓檢測(cè)成為全電子汽車(chē)系統(tǒng)必要的具備功能，也是本課題延伸的一個(gè)應(yīng)用方向之一。