新型技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是汽車(chē)電子發(fā)展核心

未來(lái)汽車(chē)電子的發(fā)展將主要集中在動(dòng)力總成、底盤(pán)控制、車(chē)身控制、主被動(dòng)安全、汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)、通信系統(tǒng)、安全與防盜等方面，并呈現(xiàn)出功能多樣化、技術(shù)一體化、系統(tǒng)集成化和通信網(wǎng)絡(luò)化的特點(diǎn)。預(yù)計(jì)在2010年以前，汽車(chē)半導(dǎo)體技術(shù)的研究將主要圍繞汽車(chē)各重要零部件的自動(dòng)控制問(wèn)題，包括研究電子控制系統(tǒng)的輸入(傳感器和采樣系統(tǒng))、輸出(執(zhí)行器)、控制策略與實(shí)現(xiàn)方法；從控制理論與實(shí)踐上解決伴隨被控對(duì)象為強(qiáng)非線性時(shí)變系統(tǒng)，且具有隨機(jī)輸入而產(chǎn)生的技術(shù)難題；在低成本的前提下，研究開(kāi)發(fā)高實(shí)時(shí)性、高可靠性和高精度的控制系統(tǒng)。在21 世紀(jì)，借助電子計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和信息技術(shù)，會(huì)使汽車(chē)發(fā)展更社會(huì)化與人性化，包括廣泛應(yīng)用汽車(chē)導(dǎo)航系統(tǒng)gps和廣泛使用車(chē)載信息系統(tǒng)，以及采用多路傳輸系統(tǒng)(總線分布式網(wǎng)絡(luò))來(lái)集成汽車(chē)所有零部件的電子控制模塊，使整個(gè)汽車(chē)電子系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)融合、故障診斷和一定的自我修復(fù)功能。

一輛汽車(chē)上的計(jì)算平臺(tái)不是一部計(jì)算機(jī)，而是一個(gè)小型的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。車(chē)內(nèi)使用的ECU(Engine Control Unit)和其它CPU 通過(guò)數(shù)字總線結(jié)構(gòu)連接在一起，儼然是一個(gè)井然有序的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)(LAN)。目前汽車(chē)電子設(shè)備的整體情況是每輛車(chē)擁有的獨(dú)立電子器件和系統(tǒng)數(shù)目平均超過(guò)80 個(gè)，這些器件和系統(tǒng)僅可以實(shí)現(xiàn)部分連接。未來(lái)的趨勢(shì)是實(shí)現(xiàn)所有的汽車(chē)器件網(wǎng)絡(luò)化，實(shí)現(xiàn)整車(chē)同一總線的內(nèi)部互聯(lián)。這些電子部件的互聯(lián)通信需求，引出了對(duì)相互之間接口標(biāo)準(zhǔn)化的需求。

越來(lái)越多的電子系統(tǒng)必然會(huì)需要越來(lái)越多的連線，例如最簡(jiǎn)單的四門(mén)電動(dòng)門(mén)窗和中控，如果采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連線，就需要大把的線束。不僅增加了成本，而且更重要的是給布線帶來(lái)了巨大的困難，同時(shí)還增加了很多安全隱患。有調(diào)查證明汽車(chē)自燃，有很大的比例就是因?yàn)榫€束老化或者磨損，電路打火引起火災(zāi)。通過(guò)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接的方式在上世紀(jì)90 年代中就走到了盡頭。1998 年摩托羅拉公司的一個(gè)報(bào)告顯示，用總線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)代替寶馬車(chē)的四門(mén)控制系統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連線后，因此減少的連接線重量就有15 公斤之多?？偩€網(wǎng)絡(luò)相對(duì)于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連線的優(yōu)越性由此可見(jiàn)一斑。目前，全世界有多達(dá)40 多種車(chē)輛網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)：控制區(qū)域網(wǎng)CAN、局部互聯(lián)協(xié)議LIN(Local Interconnect Protocol)、正在發(fā)展中的汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)還有高速容錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議FlexRay、用于汽車(chē)多媒體和導(dǎo)航MOST(Media Oriented System Transport 媒體定向系統(tǒng)傳輸)，以及與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)兼容的藍(lán)牙、無(wú)線局域網(wǎng)等無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

當(dāng)前汽車(chē)電子面臨標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的問(wèn)題。汽車(chē)電子的開(kāi)發(fā)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于電子產(chǎn)品技術(shù)革新的步伐：一般情況下手機(jī)等普通消耗類(lèi)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期為3 個(gè)月，產(chǎn)品壽命為6 個(gè)月。而汽車(chē)的開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)達(dá)3 年，產(chǎn)品壽命則長(zhǎng)達(dá)10 年。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化工作，可以更多吸收制造商參與，加快量產(chǎn)，提高開(kāi)發(fā)速度，提高產(chǎn)品的價(jià)值并減少成本。畢竟截止2000 年汽車(chē)電子只占整個(gè)電子市場(chǎng)的5%。與面向計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域的普通電子產(chǎn)品相比，汽車(chē)電子產(chǎn)品要求的環(huán)境溫度適應(yīng)范圍廣及定制產(chǎn)品多，因此制造商為了這5%做出的投入遠(yuǎn)大于這一比例，這是妨礙市場(chǎng)進(jìn)一步擴(kuò)大的主要原因。

1 CAN

CAN-BUS，是一種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)總線技術(shù)。該總線是一種多主方式的串行通訊總線。CAN技術(shù)最早在歐洲開(kāi)始被運(yùn)用于汽車(chē)的電子系統(tǒng)通訊，專(zhuān)門(mén)裝備高檔車(chē)型。1985 年，BOSCH 公司開(kāi)始開(kāi)發(fā)基于MCU的CAN總線——CAN-BUS。1993 年，基于汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算的ISO118989 標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)，同時(shí)SAE J1939聯(lián)盟成立，以數(shù)字微處理器為核心的ECU成為汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算的基礎(chǔ)。到了2000年，CAN-BUS已經(jīng)成為全球現(xiàn)代汽車(chē)電子設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)互連基礎(chǔ)。CAN總線結(jié)構(gòu)的提出是一項(xiàng)革命性的進(jìn)步。

CAN 包括驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、舒適性系統(tǒng)和信息系統(tǒng)三大板塊。應(yīng)用這種技術(shù)的車(chē)輛，通過(guò)遍布車(chē)身的傳感器，在收集到車(chē)輛行駛的各種信息后，不需要給出信號(hào)接收者的地址，信號(hào)發(fā)送者就可以將安全編碼后的數(shù)據(jù)發(fā)送給所有的接收者，以短幀多發(fā)的方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高實(shí)時(shí)性。

高速的CAN-BUS 每毫秒內(nèi)可以傳送32 字節(jié)的有效數(shù)據(jù)。每個(gè)信號(hào)接收者從總線上自行讀取其所需的數(shù)據(jù)。CAN 技術(shù)由于其具有極強(qiáng)的抗干擾能力及糾錯(cuò)能力，曾被美國(guó)軍方廣泛應(yīng)用于導(dǎo)彈、飛機(jī)和坦克電子系統(tǒng)的通信聯(lián)絡(luò)。

CAN-BUS技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)，是減少了線束的數(shù)量和控制器接口的引腳數(shù)，與此同時(shí)可以更簡(jiǎn)單、迅速地實(shí)現(xiàn)在線編程、在線診斷，甚至多個(gè)控制器共同作用等新功能。CAN-BUS技術(shù)中的通訊節(jié)點(diǎn)是控制器、智能傳感器或智能執(zhí)行單元。CAN-BUS技術(shù)的最大不足是，作為一種事件驅(qū)動(dòng)型總線，CAN總線最高速率僅達(dá)到1Mbps，無(wú)法提供下一代線控系統(tǒng)應(yīng)用所需的容錯(cuò)功能或帶寬。

2 LIN

LIN 總線與CAN 總線一起構(gòu)成目前汽車(chē)界最廣泛采用的兩種總線形式。LIN 是一種低成本的串行通訊網(wǎng)絡(luò)，用于實(shí)現(xiàn)汽車(chē)中的分布式電子系統(tǒng)控制。LIN 通過(guò)網(wǎng)關(guān)與CAN 網(wǎng)絡(luò)相聯(lián)。

LIN 的目標(biāo)是為現(xiàn)有汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)(例如CAN 總線)提供輔助功能。在不需要CAN 總線的帶寬和多功能的場(chǎng)合，比如智能傳感器和制動(dòng)裝置之間的通訊，使用LIN 總線可大大節(jié)省成本。LIN 防干擾性強(qiáng)，主要應(yīng)用在精度誤差不是很苛求的部件的控制上，例如轉(zhuǎn)向定時(shí)速度控制、雨刮器控制、車(chē)燈控制、后視鏡控制、電動(dòng)車(chē)窗、電動(dòng)座椅調(diào)整、發(fā)電系統(tǒng)、空調(diào)機(jī)控制等。

這種低成本的串行通訊模式和相應(yīng)的開(kāi)發(fā)環(huán)境已經(jīng)由LIN 協(xié)會(huì)制定成標(biāo)準(zhǔn)。LIN 的標(biāo)準(zhǔn)化將為汽車(chē)制造商以及供應(yīng)商降低成本。雖然LIN 最初的設(shè)計(jì)目的是用于汽車(chē)電子控制系統(tǒng)，但在工業(yè)自動(dòng)化傳感器總線、大眾消費(fèi)電子產(chǎn)品中也有著廣泛的應(yīng)用市場(chǎng)。

3 FlexRay

在未來(lái)數(shù)年的汽車(chē)設(shè)計(jì)中，最令人激動(dòng)的創(chuàng)新也許來(lái)自線控系統(tǒng)的發(fā)展。今天的汽車(chē)剎車(chē)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)都借助于物理連接和液壓傳動(dòng)，來(lái)將駕駛者的意圖傳遞到車(chē)輪和引擎。未來(lái)線控系統(tǒng)是將指令發(fā)送到剎車(chē)，或通過(guò)微處理器及電子啟動(dòng)裝置來(lái)進(jìn)行制動(dòng)。線控新技術(shù)還能簡(jiǎn)化某些功能的實(shí)現(xiàn)，如自適應(yīng)巡航控制、自動(dòng)車(chē)道保持、防碰撞，并為汽車(chē)最終實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛打下基礎(chǔ)。 這些創(chuàng)新功能的基礎(chǔ)是一種能夠滿足嚴(yán)格的容錯(cuò)要求的寬帶總線結(jié)構(gòu)(比如FlexRay總線)。對(duì)安全性至關(guān)重要的部件，如轉(zhuǎn)向和剎車(chē)系統(tǒng)，必須能夠進(jìn)行可靠的、無(wú)縫配合。汽車(chē)線控系統(tǒng)實(shí)際上也是一種局域網(wǎng)。這種系統(tǒng)是從飛機(jī)控制系統(tǒng)引來(lái)的。飛機(jī)控制系統(tǒng)Fly-by-Wire 是一種電線控制系統(tǒng)，它將飛機(jī)駕駛員的操縱、操作命令轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，利用計(jì)算機(jī)控制飛機(jī)飛行。這種控制方式引入到汽車(chē)駕駛上，就成為Drive-by-Wire，引入到制動(dòng)上就產(chǎn)生了Brake-by-Wire，引入到控制上就有Steering-by-Wire，因此統(tǒng)稱(chēng)為X-by-Wire。

采用X-by-Wire 可以降低部件的復(fù)雜性，減少液壓與機(jī)械控制裝置，可以減少杠桿、軸承等金屬連接件，減輕重量，降低油耗和制造成本，相應(yīng)也提高了可靠性和安全性。還有重要的一點(diǎn)，由于電線走向布置的靈活性，使汽車(chē)操縱部件的布置也增加了靈活性，擴(kuò)展了汽車(chē)設(shè)計(jì)的自由空間。例如汽車(chē)方向機(jī)采用X-by-Wire 技術(shù)，左置或右置就可以隨意變動(dòng)。美國(guó)通用汽車(chē)公司研制的“自主魔力”概念車(chē)，操縱系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)就采用了X-by-Wire形式，使其整車(chē)控制采用電子而不是傳統(tǒng)的機(jī)械方式進(jìn)行。

高速通信標(biāo)準(zhǔn)FlexRay 的主要驅(qū)動(dòng)力量來(lái)自多種線控和復(fù)雜汽車(chē)電子系統(tǒng)的實(shí)時(shí)訪問(wèn)需求，以及部分汽車(chē)制造商占據(jù)新興市場(chǎng)的動(dòng)機(jī)。FlexRay 是時(shí)間觸發(fā)型總線結(jié)構(gòu)。通過(guò)將傳遞信息的重要性進(jìn)行區(qū)分，F(xiàn)lexRay 的數(shù)據(jù)速率達(dá)到10Mbits/s，并能提供汽車(chē)制造商以前采用液壓系統(tǒng)時(shí)所配置的余量。許多汽車(chē)廠商準(zhǔn)備采用FlexRay 代替CAN，用在汽車(chē)傳動(dòng)和底盤(pán)上。FlexRay 總線可以實(shí)現(xiàn)以一套獨(dú)立的總線來(lái)控制各種由時(shí)間觸發(fā)或事件觸發(fā)的任務(wù)。

FlexRay成為汽車(chē)高速通信系統(tǒng)事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。一些線控技術(shù)，如線控駕駛、線控剎車(chē)、線控油門(mén)、線控減震等都會(huì)更快地成為現(xiàn)實(shí)。FlexRay最終可能成為動(dòng)力傳動(dòng)系、底盤(pán)、氣囊等的控制架構(gòu)以及把所有汽車(chē)總線匯攏在一起的主要電纜。FlexRay芯片的樣品已經(jīng)生產(chǎn)出來(lái)，預(yù)計(jì)2004年年末Philips和Motorola可以提供預(yù)生產(chǎn)芯片。