為了滿足人類對安全、舒適、方便等需求,對汽車電器也提出了更高的要求。汽車制造商紛紛利用電子技術(shù),引進(jìn)新的、性能更高的電器設(shè)備,提高汽車的動力性、安全性、舒適性和經(jīng)濟(jì)性。隨著計算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、電子技術(shù)、新材料和新工藝的不斷進(jìn)步,今后汽車電器的發(fā)展趨勢主要有以下方面[1]。
1、電源電壓標(biāo)準(zhǔn)由12V提高到24V
由于電子或電器元件在汽車上的應(yīng)用日益廣泛,現(xiàn)有汽車電源的供電能力出現(xiàn)了不足,發(fā)電機(jī)的質(zhì)量和功率在不斷增大,供電電流不斷增加,而效率卻很低?,F(xiàn)歐美的汽車制造商與零部件制造商已達(dá)成協(xié)議,將汽車的供電系統(tǒng)電壓由12V提高到24V。汽車上采用12V 電壓已有30年歷史,當(dāng)時對改善啟動性能,提率起了一定作用,但目前已不適應(yīng)技術(shù)發(fā)展的需要。當(dāng)電壓提高3倍,電流就減少2/3,因而可以大大減少電纜、電動機(jī)線圈等數(shù)量和尺寸。特別是可使一些新技術(shù)如電子控制電動氣閥機(jī)構(gòu),飛輪內(nèi)裝起動機(jī)或發(fā)電機(jī)一體式結(jié)構(gòu),以及電子控制電動制動器轉(zhuǎn)向系的應(yīng)用成為可能。另外,采用24V電源系統(tǒng)為車輛的結(jié)構(gòu)改進(jìn)提供了更大的可能性。例如,發(fā)動機(jī)的一些附件可以直接由新的電源系統(tǒng)驅(qū)動,從而減少了空轉(zhuǎn)消耗,提高了能源利用效率;這些部件也可以從發(fā)動機(jī)中分離出來,減少發(fā)動機(jī)的部件數(shù)量,改善設(shè)計,提高發(fā)動機(jī)的效率;對于電動制動系統(tǒng),由電源直接驅(qū)動,可以省去液壓或氣壓系統(tǒng),帶來更好的駕駛舒適性和更好的燃油經(jīng)濟(jì)性。
2、電器趨于集成化和模塊化
汽車電器趨于集成化和模塊化是今后另一個大有發(fā)展前景的領(lǐng)域。為了減小體積,減輕質(zhì)量,提高可靠性,要求將產(chǎn)品分散的部件組合成一個整體,趨于模塊化。比如發(fā)動機(jī)的點火系統(tǒng)、噴油系統(tǒng),現(xiàn)在已經(jīng)集成為一個發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)。通過集成化和模塊化后,可以共用傳感器、控制元件、線路,使零件數(shù)量減少,減少連接點,從而提高可靠性。西門子公司為奔馳公司*車開發(fā)的電控自動變速器,就是一個很好的例子。將控制元件及傳感器都裝入到齒輪箱內(nèi),節(jié)省了空間,電線由20根減為4根。多路傳輸技術(shù)在20世紀(jì)90年代開始推廣,先是福特公司用于林肯大陸型車上,通用公司銷售中的10%~ 20%采用此技術(shù),采用多路傳輸技術(shù)需要有智能型傳感器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的配合。此技術(shù)可減輕質(zhì)量,減少導(dǎo)線,因而降低成本,并提高可靠性。
3、電子器件趨于微型化
新的生產(chǎn)工藝的產(chǎn)生,使電子元件日趨微型化。例如:現(xiàn)在汽車的防抱死制動系統(tǒng)(ABS)及牽引力控制系統(tǒng)(TCS)其質(zhì)量與體積僅為zui初開始安裝系統(tǒng)1/4,博世公司的燃油控制系統(tǒng),在不斷提高功能的同時,大大減少了零件數(shù)量、體積與質(zhì)量。經(jīng)集成后,1996年減少到82個部件,僅為0.25kg,這是由于博世公司研究出一種復(fù)合技術(shù)。將半導(dǎo)體芯片、傳感器及其它部件,采用特殊的裝配及連接技術(shù),緊湊地裝在陶瓷基體上,使之成為一種能承受對汽車電子元件苛刻要求的堅固的電控元件。它可以在溫度為-40~130℃,振動達(dá)100g環(huán)境中工作。微處理器已廣泛地應(yīng)用于安全、環(huán)保、發(fā)動機(jī)、傳動系、速度控制和故障診斷中。目前,美國汽車用8位微處理器的占多數(shù),約占總量的65%。16位和32位微處理器正在迅速地擴(kuò)大市場。近年來16位的用量增加約50%,而8位的僅增加11 %。
4、智能型傳感器的應(yīng)用
車用傳感器是促進(jìn)汽車化、電子化、自動化發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一,目前一般汽車裝有幾十到近百只傳感器,而豪華汽車大約使用二三百只傳感器( 目前汽車行業(yè)是傳感器zui大的用戶),世界各國對車用傳感器的研究開發(fā),提高性價比都非常重視。隨著汽車電子控制的多樣化,其所需要的傳感器種類和數(shù)量不斷增加。為此,研究新型、高精度、高可靠性和低成本的傳感器是十分必要的。未來的智能化集成傳感器,不僅要能提供用于模擬和處理的信號,而且還能對信號作放大和處理。同時,它還能進(jìn)行時漂、溫漂和非線性的自動校正,具有較強(qiáng)的抵抗外部電磁干擾的能力,以保證傳感器信號的品質(zhì)不受影響。即使在特別嚴(yán)酷的使用條件下,仍能保持較高的精度。它還具有結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便的優(yōu)點,從而免受機(jī)械特性的影響。美國的ITT 公司開發(fā)了“主動式軸承傳感器”,能更準(zhǔn)確地測定車輪轉(zhuǎn)速。日本松下公司開發(fā)的汽車用角速度傳感器結(jié)構(gòu)更緊湊,其比原來的尺寸小30%,靈敏度和可靠性大大提高,可在-30~85℃,相對濕度為100%的環(huán)境下工作,并且具有自我診斷功能。
5、智能型功率集成電器
目前,智能型功率集成電路應(yīng)用zui廣泛的領(lǐng)域包括以下3個方面:一是用于高位的開關(guān)控制,以固態(tài)繼電器的型式取代傳統(tǒng)的機(jī)械觸點式喇叭繼電器、轉(zhuǎn)向燈繼電器、怠速繼電器、雨刮繼電器等,實現(xiàn)大電流、高電壓的輸出控制。由于智能功率不存在機(jī)械觸點,并可實施脈沖調(diào)制(PWM) 控制及自我保護(hù),因此可克服電磁繼電器始終存在的機(jī)械觸點電火花腐蝕的困擾,提高其可靠性和壽命。二是直接取代傳統(tǒng)的大功率晶體管。智能型功率集成電路內(nèi)部的MOSFET 器件可在150℃下工作,芯片除了提供通常的過流、過壓保護(hù)措施以外,其內(nèi)部包含兩套彼此獨立的故障識別電路,以區(qū)別器件的軟短路或由外部負(fù)載硬短路引起的過載溫升,并快速關(guān)斷器件,而內(nèi)嵌式的溫度傳感器則保證軟短路現(xiàn)象消失后恢復(fù)器件的再啟動,使其成為“*”性電子保險絲。目前,上對智能功率芯片的研制和生產(chǎn),美國IXYS公司已推出能工作在500V 2,1000V 10A的芯片,可直接與微處理器總線相連,通過MOSFET器件可直接用于電機(jī)的控制。歐洲zui大的汽車電子器件制造廠之一意法半導(dǎo)體有限公司(SGS-THOMSON),已推出采用垂直智能功率技術(shù)制造帶有垂直電流功率達(dá)林頓管的高電壓點火線圈驅(qū)動器件產(chǎn)品VB027SP,該器件具有線圈相限內(nèi)置保護(hù)電路和反壓箝位電路,允許電池線上的±100V的瞬變過沖電壓。
此外,由于汽車用計算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)量日益增多,采用高速數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)日益顯得必要。光導(dǎo)纖維可為此傳輸網(wǎng)絡(luò)提供傳輸介質(zhì),以解決電子控制系統(tǒng)防電磁干擾的問題。隨著數(shù)字技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步,給汽車業(yè)帶來了巨大的變革。進(jìn)入多媒體時代全新概念的汽車已經(jīng)開始出現(xiàn)。歌樂公司與微軟公司合作,利用Windows操作系統(tǒng),綜合運(yùn)用汽車音響、計算機(jī)技術(shù)、導(dǎo)航技術(shù)及自動語言識別技術(shù),開發(fā)出世界上*臺擁有車載計算機(jī)系統(tǒng)的“歌樂PS”,將車載多媒體技術(shù)推向了一個新階段。預(yù)計將聲音、圖像、辦公通信融為一體的汽車多媒體不久將成為現(xiàn)實。而我國汽車技術(shù)相對還比較落后,只有不斷地吸收發(fā)達(dá)國家先進(jìn)的技術(shù),充分發(fā)揮汽車機(jī)電人員、汽車集成電路研制人員、汽車軟硬件人員、汽車優(yōu)化人員的才能,才能提高我國汽車電器及電子產(chǎn)品技術(shù)水平。
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