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IND4汽车电子系统入门学习

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目前汽车产品的创新而言,未来出行的格局已经改变,渐渐呈现出“汽车新四化”的趋势,就是电动化、网联化、智能化与共享化。电动化可能是对传统燃料汽车产品的颠覆性创新,智能化、网联化是作为一个全新的技术,未来会改变出行方式的产品创新,而共享化具有高效智能的交通出行模式。而在这个四化当中,汽车电子作为一种汽车产品本体与服务的链接走向了前台。

图1 不管ADAS与自动驾驶系统之间的部署分歧有多大,对于零件的需求始终存在

图2 汽车电子在汽车里面越来越重要

汽车电子系统是整个汽车内子系统的一部分,是指以汽车电子控制模块为核心,加上传感器、执行器和汽车线束等部分组成的控制环路,它的主要目的是和被控对象一起形成一个汽车的子系统来实现所要求的功能。

图3 汽车电子系统

汽车电子的系统内通常包括:

1) 传感器

汽车内的传感器主要作用是将物理量转换为可识别的电信号,一般是为控制器收集所需对象的信息和状态。在发动机控制系统、底盘控制系统、娱乐导航系统和车身控制系统等所有涉及的领域都有应用。以物理量来分类有温度、压力、位置和转速、加速度、距离、陀螺仪和车速、方向盘转角、雨量、电流器、胎压等,对于电子控制模块而言,传感器信号是重要的输入信号。

而在汽车电子控制系统的快速增长的市场需求下,汽车传感器技术不断发展。随着MEMS技术的发展(MEMS Micro Electromechanical System是微型电子机械系统),汽车传感器本身就朝着智能化、微型化、集成化、多功能化方向发展,通过整合传感器、执行器、机械机构、信号处理和控制电路等集成于一体的MEMS,简化了传统汽车电子系统,真正实现了体积小、功耗降低和重量减少,这一分支也成为汽车电子重要的发展方向,如参考文献5所谈的就是MEMS在验证中所注意的事项。

图4 汽车电子的MEMS技术和传感器

2)汽车开关

传统汽车中有着大量的开关,这是由于汽车企业为每个单独的功能设计开启和调整的入口,为汽车电子模块提供车主控制汽车的输入信号,是传统HMI设计师重要的人机接口。根据实际的应用,汽车中的开关可分为旋转式开关、顶杆式开关、翘板式开关、电子型开关、按钮式开关和板柄式开关;从时间特性上来说,针对不同的响应时间,可分为长效开关和短时开关;从开关的电气特性而言,可分为组合开关和单一开关。

随着手机的发展,人们开始一边倒的习惯于使用触摸屏,以特斯拉为代表的新兴电动汽车企业,都把实体按键往中控屏幕上进行虚拟化;而手势操控和触觉反馈等新技术的导入为开关的未来蒙上了阴影;消费者追求更好的体验,车企追求体验和安全应急之间的平衡。如下图所示,汽车开关可能在未来确实要被逐渐淘汰。
图5 汽车开关所代表的人机交互演变(开关的简化)

3) 汽车电子控制模块

车用电子控制模块以微控制器为核心,包括各种电源电路、通信电路、输入处理电路和输出功率电路几个重要的组成部分。随着车用电子模块越来越多,传输的数据量越来越大,汽车总线速率在不停地发展,电子模块开始转向多系统集中的方向发展。在控制模块中,MCU是汽车电子中的核心部件;但是随着要求的不断提高,在某些应用中,FPGA和CPLD等逻辑处理器件也登上了汽车电子的舞台,由逻辑控制为主导的部件实现了模块功能的多样性,整个模块的复杂度也在不断提高。

4) 执行器

汽车里的执行器用来执行电子控制器发出的控制信号,对电子模块来说是负载。目前汽车用的执行器多为机电式类型,如电磁阀、压电元件、继电器和直流电机等,这些执行器大部分在电气上具有很大的感性特点。正是由于执行器基本都是由机械器件构成的,因此也就决定了电子控制模块具有机电一体的特性。

5)HMI设备(光学和声音)

在汽车的发展里面,如何有效的利用声音和光学设备提供HMI接口是非常重要的部分,也是不同汽车企业往前整合的非常重要的部分。这里分为对外和对内两个部分:

1) 对内:现在各个主要的Tier1零部件企业无不把电子座舱作为一个重要的未来,包括大陆、博世、Denso、佛吉亚和伟世通都要扮演一个系统整合者的角色,这是兵家必争之地;因为通过设计电子座舱可以接近车主,了解其对于汽车的功能的反馈,其使用的体验直接影响到车主对于汽车产品的看法。


a.从设计风格来看,各家都倾向于全舱布满显示屏和触摸屏,从数字侧视镜到中央显示屏,形成了一个完整的系统
b.信息输入都需要借助于驾驶舱摄像头和算法识别驾驶者和相应的动作
c.在智能座舱里面配置人工智能驱动技术,可基于不断变化的交通道路条件调e.对外:传统意义上的对外主要是指喇叭和车灯,后者主要分为室外照明和室内照明。


室外照明有近光灯、远光灯、转向灯、雾灯、倒车灯和牌照灯等;室内照明有门灯、顶灯、点烟灯、脚灯和手套灯等。现在对于车辆要求有情感化的个性表达,会采用外部灯光显示和交互,通过内部软件组合的控制内容视觉化地呈现在外观内饰的设计当中。这个又和内部的系统完整的整合了,利用车辆前、后部的 LED 灯带和发光 LOGO 组合成独特的智能表情,在不同的使用场景下(如不同的电量状态、车辆解锁以及行进期间),开启不同的显示模式,与用户和行人进行“对话”。
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