不管孬好，忙了16个小时，这篇文章终于写好了。

汽车电子方向分析报告

何宗键

2004年10月23日

一、汽车电子简介
1.1 汽车工业的发展
1885年，德国机械工程师卡尔·本茨发明了世界上第一辆实用的内燃机汽车，被称之为自动车。当时，本茨在自己的院子里手扶车把，驾驶着这辆木制的、装有辐条的三轮汽车神奇地开了起来。这辆车用单缸发动机驱动，时速4英里，最后撞到了砖墙上。１８８６年１月２９日，德国曼海姆专利局批准卡尔·本茨为其在１８８５年研制成功的三轮汽车申请的专利，这一天被大多数人称为现代汽车诞生日。

从这辆笨拙的木制汽车问世开始，汽车在人类社会中逐渐成为像电灯、电话一样的生活、工作必需品，成为不可缺少的交通工具。100多年后的今天，汽车不仅是交通工具，而且被人们视为文化教养的象征，成为人们的玩物和艺术品，更是文学作品和影视片经常着意渲染的活动场景，它载着人们的理想，奔驰在广袤无垠的原野、城镇，让人们纵情享受大自然的奇异风光。在世界发达国家，人们外出旅行，汽车几乎同鞋子一样必不可少。今天，美国平均每户拥有1.5辆轿车。美国人口占世界总人口数的5%，但却占有世界汽车总数的1/3，每辆车每年平均行驶12500公里[1]。

100多年以来，汽车工业已经经历了长足的发展，其中经过了三次变革，并在全球形成了底特律，丰田，都灵和斯图加特四大汽车城。1914年美国福特汽车公司安装的汽车装配流水线带来了汽车工业史上的第一次变革。第二次变革发生在上个世纪50年代。当时欧洲内部关税壁垒逐渐拆除，使欧洲市场空前繁荣，有力地推动了汽车制造工业的发展。上个世纪60年代末，日本汽车工业出现奇迹，生产出物美价廉的汽车，使得世界汽车工业发生第三次变革。

2002年，全世界共售出新车57,700,000辆。由于新兴国家（例如中国和印度，两国人口相加占世界人口的三分之一）经济快速增长的需要，预计2005年，世界上将有20亿辆汽车。

1.2 汽车电子的诞生
随着社会的发展，人类对汽车的性能和环保提出了更高的要求。传统的汽车多半以机械装置为载体，大部分汽车零部件供应商也都是以机械为基础的。但是随着人们对汽车功能的需求的日益增加，传统的机械装置已经无法解决某些与汽车功能要求有关的问题。因而人们就想到了把新兴的电子技术融入到汽车当中，形成把电子技术和汽车融为一体的现代汽车电子控制技术，汽车电子也就这样诞生了。

汽车电子正被极大的应用在汽车的各个方面，它不仅能提高汽车的动力性、经济性和安全性，改善行驶的稳定性和舒适性，推动汽车工业的发展，还为电子产品和计算机软硬件开拓了广阔的市场。

汽车电子技术正在发展之中，它不再将电子技术作为机械结构的替代或增补，而是强调汽车总体设计的机电一体化。强调汽车的自动化、智能化、网络化和信息化。而只有靠电子技术和不断发展的高科技投入，才能使汽车产品焕发青春。研究汽车电子要努力学习国外汽车先进电子控制技术，充分应用现代“系统、信息、控制”这一横断科学理论，充分发挥汽车研究人员的才能，努力提高我国汽车电子控制技术水平，使未来的汽车成为国民生活中通讯、信息、环境等系统中不可缺少的环节。

日前，美国《汽车新闻》杂志对目前每年生产5000万辆汽车的公司做了统计调查，预测国际市场汽车结构将出现的几大特点中提到：电动汽车将进入实用阶段。各种电子装置将在汽车上更多地应用，如ç”

µå­å‘动机锁，它使偷车贼无法下手；全球卫星定位系统使驾驶人员无论身处何处，都不会迷路。因此，我们有理由相信，在未来，汽车电子必将在汽车领域拥有更广阔的空间。

1.3 汽车电子学科的特点
1.3.1 涉及的技术、知识广泛
因为汽车电子是汽车产业与电子信息产业的“融合体”。因此，汽车电子学科需要技术和知识相对广泛。既要对传统的机械，汽车产业有一定的了解，也要对电子信息产业，自动化，微电子，计算机软硬件知识有一些涉猎。目前，国内大学鲜有培养汽车电子方面的人才。而研究机构中的汽车电子研究人员亦有机械制造，动力工程，汽车，微电子，自动化，计算机等不同出身。

下面是国内某学校列出的汽车电子方向的培养目标和主要课程，我们也可以看出汽车电子所涉及实施的广泛：

汽车电子技术专业

培养目标：本专业培养德智体美全面发展，适用现代汽车电子工业迅速发展需要，即掌握应用电子技术基础理论和专业知识。又具有现代汽车构造，维修，营销技术的复合人才。汽车电子产品生产，销售，设计，开发企业，汽车维修，营销，售后服务企业，交通运输管理服务部门。

主要课程：电工与电子技术、高频电路、电子产品工艺与管理技术、音视技术原理及应用、EDA技术、单片机原理与应用 、通信原理、VB程序设计、传感与检测、USB总线接口技术、汽车构造 、汽车电器与电子设备、电气控制与PLC技术、汽车诊断与检测技术等。

而下文摘自某汽车电子研究所的简单介绍，我们更加可以看到这一点：

主要研究方向：

(1) 汽车动力系统仿真与性能优化。研究汽车纵向驱动特性、动力总成匹配、传动系统优化等。

(2) 电动汽车动力系统集成与控制。目前承担国家863计划电动汽车重大专项3个课题，研究多能源动力总成控制、驱动控制策略、电驱动总成等内容。

(3) 内燃机性能优化与电子控制。研究与内燃机性能相关的各种问题，正在进行柴油机高压共轨燃油喷射系统的开发，并结合高压共轨系统进行柴油机性能与排放的优化

(4) 汽车电子技术，正在进行汽车车载控制器的开发(软硬件)

目前承担项目：

(1) 国家863计划课题“QR纯电动汽车整车开发”

(2) 国家863计划课题“燃料电池轿车多能源动力总成控制系统的开发”

(3) 国家863计划课题“燃料电池轿车高性能镍氢蓄电池及其管理系统的开发”

(4) 厂校合作项目“YC6112高压共轨系统电控柴油机的开发”

1.3.2 应用的层次宽，水平参差不齐
电子技术在汽车上的应用极为广泛，水平也参差不齐。

有些应用与机械，工业控制结合的比较紧密，例如汽车电子在发动机上的应用：电子控制喷油装置，电子点火装置（ESA），废气再循环（EGR）、怠速控制（ISC）、电动油泵、发电机输出、冷却风扇、发动机排量、节气门正时、二次空气喷射、发动机增压、油汽蒸发及系统自我诊断功能。汽车电子在底盘上的应用有：电控自动变速器（ECAT），防抱死制动系统（ABS），电子转向助力系统，适时调节的自适应悬挂系统和常速巡行自动控制系统（CCS）等。

有些应用则与微电子，计算机技术比较相近。例如：车载多媒体系统，自动导航系统，卫星定位系统，电子地图，电子智能化仪表，车载移动通信，Internet接入等。

有些简单的工业控制应用只需要简单的

传感器单片机就可以实现，而有些比较高端的应用则需要功能比较强大的硬件，甚至在嵌入式操作系统的帮助下才能完成。

1.3.3 技术没有国际统一的标准
汽车电子发展到现在，无论在软件还是硬件上，都还没有一个国际公认的标准。因此，现在的场面可以说是群雄纷争：一方面，全球各大厂商都在努力的发展汽车电子，想在汽车电子行业分一杯羹。另一方面，由于没有统一的标准，各个厂商，地区又都想推出自己的标准。

例如车载系统的总线，就有J1850，ODB-2，CAN，LIN，IDB等等不同的规范。汽车电子所采用的嵌入式操作系统也纷繁芜杂，有的采用市场上流行的嵌入式系统例如：VxWorks，嵌入式Linux，微软的Windows CE或者Windows Automotive。OSEK是欧洲汽车制造商指定的作为车用嵌入式控制器的标准的操作系统平台。2004年9月，丰田汽车公司（Toyota）和日产汽车公司(Nissan)达成协议，双方计划联手打造汽车电子系统的软件国际标准并缩减制造成本。

二、汽车电子的现状和前景
2.1 汽车电子的技术
因为汽车电子涉及比较广泛，因此本部分仅仅打算介绍与我们以后的工作相关的一些技术。

2.1.1 智能控制器、传感器及执行器
许多年以来，对用于汽车上的新型电子系统的需求一直十分迫切，各类控制器、计算机和车载网络协同工作，使驾驶变得月来月容易，安全和舒适。

传感器（sensor）检测各种可能的参数，比如降雨量，轮胎的压力或者日照的强度；所有这些数据，被送到不同的处理单元，根据需要，可以触发不同的动作。例如：下雨的时候雨刷就可以自动工作；或者当汽车的轮胎压力低于最小阈值，就会在仪表盘上显示警报信息；当车外的温度高于特定温度时，车内的空调系统就自动开启。

下面几段会给出一些例子，介绍在今天的汽车上已经使用了的电子模块：

动力系和传动控制器调整引擎和变速箱，使之处于最佳性能。这些成熟的装置采用功能强大的32位处理器和先进的实时操作系统；经过复杂的计算，确保引擎更有效的工作、燃料更省，以及尾气排放降到最低水平。只有靠这些电子系统的帮助，才有可能达到环境保护法规定的节能指标要求。参数和测量值可以有通用的诊断接口（例如ISO 9141标准所定义的）访问；维修工程师能读取和修改这些数值，以发现和修复引擎的毛病。

OSEK是汽车控制器系统中常用的一种实时操作系统，它被欧洲汽车制造商指定为车用嵌入式控制器的标准操作系统平台。OSEK包含了车用环境下的通信协议和网络管理。

ABS防抱死刹车系统有一个智能控制器，负责监测四个轮子和发动机的转速，以及车辆的行驶速度和档位；如果控制器发现这些参数不匹配，相关的制动装置将会在很短的时间内暂时松开以防止锁死。

检测轮胎的压力有两种方法第一种方法是由一个控制器根据车辆速度和轮带转速计算出轮胎压力变化，所有这些参数能从ABS防抱死刹车系统获得。另外一种方法是在轮胎里放一个传感器，通过无线的方式与车上的电子系统相连。

当电子和计算机技术在汽车内普及，电力消耗的增长将不可忽略。现今汽车的耗电已经达到800瓦勒，这相当于每百公里耗一升的油料。在今后10年，汽车的平均能源消耗将达到4千瓦。应对的方案之一是使用更高的电压。

2.1.2 车载计算系统
汽车上的智能控制系统和电器远不止控制器、传感器和执行器。车辆上司机和乘客的传统界面将被扩展，并提供导航，远程信息业务，个人通信、信息娱乐系统。汽车将集Internet多媒体、无线连接、消费类电子设备和汽车电子等于一身。

l &nb

sp;导航系统

导航系统使用数字地图引导驾驶员经过优化的路线开往目的地。通过将汽车目前的地理位置与地图进行比较，系统会提示驾驶员转弯和穿越路口。

确定位置的标准做法是使用全球定位系统（Global Positioning System，GPS）。它用一台GPS接收机接收多个GPS卫星发出的信号，每个信号都携带卫星发出该信号的精确时标；接收机会把收到的时标和自己内部的时间进行比较，据此计算出和卫星的距离；这样最少需要三颗卫星才能确定当前的接收机的位置。为了实现全球定位，共有24颗卫星构成了网络，提供覆盖全球的GPS服务。该系统最早由美国军方部署，现在已向民用开放。

汽车导航系统的定位精度能达到一百米左右，结合其他的附加信息，比如数字地图或者轮胎转速，精度可以提高到误差五米。

l 汽车通信

车载系统和外界之间的无线链路开创了汽车通信（telematic）应用的广阔领域。车载系统不再局限于车内自身的信息，还能从远端的网络和服务设施受益。

动态导航系统使用汽车通信服务，从内容提供商那里获得最新的交通信息，它弥补了简单导航系统的不足。导航系统给出的路线图需要把交通拥堵、修路、甚至恶劣天气等因素都考虑进来。

如果控制系统检测到汽车出现了毛病或者报告了可能发生故障的提示，汽车通信系统就可以把数据发送给汽车制造商，或者最近的维修店。这样维修系统就可以访问车身内部的电子系统从而使实现远程故障诊断，而且维修点也有可能在车辆到达之前准备好零件。

可以通过不同的途径获得外部的信息：

GPRS无线上网是比较流行的途径之一。GPRS是Gerneral Packer Radio Service的英文缩写，中文译为通用无线分组业务，具体来讲，GPRS是一项高速数据处理的科技，即以分组的“形式”把数据传送到用户手上。因此，GPRS技术可以令手机上网省时、省力、省花费。

无线应用协议（Wireless Application Protocol，WAP）和短消息服务（Short Message Service）都可以被用作汽车通信的信息载体。

这样，只需要在汽车上配置一台基本的GSM手机，就既可以实现车载电话，也可以实现汽车通信。

l 信息娱乐系统

汽车中涉及的另一个领域是信息娱乐系统（infotaiment），一种结合了娱乐和信息服务的应用。数字音频广播（digital audio broadcasting，DAB）、电视和Internet等技术开始将移动应用拓展到车用场合，在不久的将来，数据、视频和音频将通过宽带无线链路传送给驾驶员，提供与出行有关的内容及电子商务，游戏和电影等丰富的信息。

Internet逐渐成为提供此类信息娱乐服务的主要平台。现在一些车内的Internet浏览器使用基于无线连接的WAP技术传输数据；这些系统允许用户使用类似移动电话上网的技术进行冲浪，不过比移动电话拥有更大的屏幕和更方便的输入能力。只要有所需的带宽，服务的内容可以包括Internet多媒体。

车上的多媒体应用意味着对于人机界面有了新的要求，让驾驶员不用手，也不需要分散眼睛的注意力就能操纵设备。

用语音操纵汽车是实现这种应用的一种方法：通过语音识别（Voice Recognition）接受用户口授的命令，例如，向网络服务器请求交通信息，或者对导航系统进行编程；语音合成（Text-To-Speech，TTS）技术可用作合成è

¯­éŸ³è¾“出，给用户提示驾驶方向之类信息。

l 车载计算机系统

前面描述的应用会运行在功能强大的计算设备上。这就需要一个可扩展的软件和硬件架构。下面给出了两个这种高端应用平台的例子。一个是基于Microsoft Windows CE的Windows Automotive，一个是Motorola公司的mobileGT。

Microsoft在推崇其Windows CE操作系统作为通用的车用软件平台时，遵循的是以PC为中心的路线。基于Windows CE的Automotive是用于机动车辆的信息，工作和娱乐综合系统，包括双向语音界面，个人信息管理（Personal Information Manager，PIM）、蜂窝电话和数字音响系统等。

车用版Windows CE的硬件配置要求还是相当高的：60MIPS的处理器、256 x 64的点阵彩屏、8MB的RAM，8MB的ROM，1个CF卡的插槽，CD ROM驱动器，前置放大器、AM/FM接收机，话筒，USB和红外线端口。

Motorola的MobileGT体系是一个专门为驾驶员信息系统而设计的模块化的通用计算平台。可用于实现一套嵌入车内的信息娱乐系统。其应用程序为运行在IBM的java虚拟机上的java程序。

2.1.3 车载网络
仅仅几年前，其车内的电子装备还很少；与机械部分相比，电子部件对于汽车产品的价格影响十分有限。随着越来越多的传感器、控制器和设备实现互联，汽车工业开始面临三个问题：

1．电子部件传统蛛网式布线增加了汽车的重量和组装的复杂度，成本太高了。

2．电子设备本身在生产成本中所占的比重越来越大，其复杂性和相互依赖性使得开发工作变得更加困难。专为某一种款式汽车定制电子部件变得难以承受。

3．电子设备的周期比汽车的开发周期和销售周期都短，当新的汽车上市的时候，其上的电子系统有可能就比最新的电子系统落后了一代或数代。

这些问题促使汽车工业致力于研发能让最新的电子部件实现互联的通用总线系统。这类总线带来的好处十分明显：

1． 不需要复杂的，端到端（perr-to-peer）的连线，每个部件都是接在车在网络上的。

2． 部件有针对总线的，定义明确的接口。这保证了可重用性，减少了开发成本，而且使得第三方产品能够集成进来。

3． 因为有了统一的接口，部件的开发可以单独进行，甚至在车辆售出后还能替换或者扩展。

从第一个总线发展至今，已经有J1850，ODB-2，CAN，LIN，IDB等多种标准。但是至今没有一个统一的标准出台。其中CAN应用的最为广泛。

ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）总线协议最初是以研发和生产汽车电子产品著称的德国ＢＯＳＣＨ公司开发的，它是一种支持分布式实时控制系统的串行通信局域网。目前，ＣＡＮ总线以其高性能、高可靠性、实时性等优点，而被广泛应用于控制系统中的检测和执行机构之间的数据通信中。ＣＡＮ总线具有以下一些技术特性：

l 多主方式工作，采用非破坏性的基于优先权的总线仲裁技术；

l 借助接收滤波可实现多地址的帧传送；

l 数据采用短帧结构，抗干扰性强，数据帧的信息ＣＲＣ校验及其它错误检测措施完善；

l 发送期间丢失仲裁或由于出错而遭破获的帧可以自动重发；

l 严重错误时可自动关闭总线功能，以使总线其它操作不受影响。

2.2汽车电子市场介绍
2.2.1 国内的汽车电子
目光转向国内。我国的汽车产量从1991年到2001年以年均17%的速度增长。2001年，我国生产汽车223万辆，2002å¹´è¾¾350万辆。2003年突破了400万辆，居世界第四。据国家统计局统计，2002年我国汽车工业规模以上企业销售收入为5625亿元，按照20%的年均增长速度，2005å¹´æ

ˆ‘国汽车需求量将超过550万辆，汽车市场销售额将达到10000亿元，其电子产品价值含量按25%~30%计算，汽车电子产品市场规模大约可达到2500亿元~3000亿元。汽车电子的发展速度将从目前10%的增长率上升到20%。

巨大的市场蛋糕吸引了著名汽车零部件厂商如德尔福、博世和摩托罗拉、西门子等电子公司。他们采取跟随原国际知名汽车厂或与中国企业合资、独资或控股的方式来占据中国汽车电子市场。2003年9月17日，在天津经济技术开发区建立的天津现代航盛电子有限公司就是韩国现代奥拓耐特公司与航盛电子股份有限公司合作的结果。统计数据显示，近几年我国新建成了千余家汽车电子及相关企业，其中70%为合资企业，主要来自汽车、电子、通讯和高科技等行业。

巴斯夫、德尔福、霍尼韦尔等知名汽车电子的专业厂商已经抢先感受到了收获的喜悦。作为全球最大汽车电子半导体器件供应商的摩托罗拉一直致力于汽车电子半导体器件的开发与推广，其在中国汽车电子半导体市场也是遥遥领先。TI是全球第二大汽车微控制器供应商。2003年在中国汽车半导体市场营业额较2002年增长了70%，TI在中国市场的付出已经得到丰厚的回报。意法半导体在LIN硅技术中居领先水平。据悉，ST今年在中国汽车电子半导体市场份额已跃居第三。汽车电子产品供应商RVSI目前正在中国寻找积极扩张其市场份额的机会。RVSI日前宣布，该公司旗下分公司Acuity ChMatrix已在中国上海开办了销售处。日本三洋最近宣布，将斥资400万美元在中国成立一家子公司，在中国从事汽车电子产品的设计、开发和制造。与此同时，美国通用和福特、德国大众、日本本田和丰田等汽车制造商也在加紧与中国企业在汽车电子产业方面的合作。

中国汽车电子市场可谓热闹非凡，其巨大经济规模效应开始显现出来。2003年中国汽车电子产品共销售2448万套，同比增长33.7%，销售额超过300亿元，同比增长41.5%。根据信息产业部预测，2004年汽车电子产品市场规模将超过2000亿元，2005年将突破2500亿元。汽车电子产品市场已经成为我国电子信息产品的一个新增长点。

然而，在这样的形势下，中国企业面临的却是艰难的处境与残酷的竞争。我国汽车电子系统的研究较晚，汽车电子产品水平大约落后国际先进水平10~15年，汽车电子设备的研发和生产能力非常薄弱，主要差距是在电子控制单元的软硬件、传感器、执行器、系统的可靠性和控制精度等方面。而且应用范围也比较窄，目前仅有电控燃油喷射系统得到了大量应用。世界各大汽车厂商陆续进驻，带来了资本和技术，凭其强大的优势垄断了中国汽车电子市场。目前，全国汽车电子企业约１０００家，但绝大部分企业规模小，产品单一且技术含量低。国内市场70%以上的汽车电子市场份额被国外企业如德尔福、日本电装、博世三家占领，而连同合资企业在内，国内企业在汽车电子领域的市场份额仅为三成，而且多是从事附加值较低的汽车音响等车载电子，实力相关悬殊，暂不具备参与国外厂商竞争的实力。

表1：2001-2004年中国汽车电子应用比例与全球平均水平情况对比

2001å¹´
2002å¹´
2003å¹´
2004å¹´
全球平均每辆新车汽车电子支出
1800
1854
2025
2123

全球每辆新车平均汽车电子设备含量
23.10%
23.90%
26.20%
27.50%

中国每辆新车平均汽车电子设备含量
3.40%
4.20%
4.80%
5.80%

中国平均每辆新车汽车电子支出
754
790
885
1024
</p>

2.2.2 汽车电子市场的前景
据美国某部门调查：在1980年，一辆普通的汽车大概有价值250美元的电子产品。时至今日，大概已升至700美元。到2010年，每辆车所拥有的电子产品将超过1000美元。在未来3-5年内汽车上装用的电子装置成本将占汽车整车成本的25%以上。

据美国Reed Business Research公司的最新报告称，全球汽车电子系统市场不包括娱乐系统将由2002年的269亿美元的销售额增长到2007年的354亿美元。环保和安全立法、消费者需求和汽车商都将推动汽车电子的需求。

2002年发动机电子占了全球汽车电子市场的34.8%，但由于降价的压力，到2007年该比例将下降到31%。车身/底盘电子设备将在2002~2007年价格平均增长11.7%，由27亿美元增长到47亿美元。

2002年汽车安全电子设备和电子遥控器占了全球汽车电子市场的47.3%，预计到2007年将达到48.8%。车身控制器、电气分配和导航系统都将显示强劲的增长。汽车导航系统市场将继续集中在音响和娱乐方面，将成为汽车电子市场增长最快的市场之一。

报告还发现，由于客户需求有限和缺乏应用，信息通讯系统的需求将会趋缓。市场调查公司（Venture development Corp）称，大多数信息通讯系统使用在卫星导航的通用汽车中，目前尽管数百万辆通用轿车拥有卫星导航能力，但大多数系统不能使用。一旦仪表板电子与手提式蜂窝电话集成一体，信息通讯系统的需求可能就会增长。尽管受到价格压力，全球汽车仪表市场将增长，该市场将从2002年21亿美元的交易额增长到2007年的25亿美元。

2.3 汽车电子的应用前景
电子技术作为支撑现代汽车工程的技术基础之一，在解决提高汽车性能、环保、能源、安全等问题中将占有不可替代的重要地位。预计在2010年以前，汽车电子技术的研究将主要围绕汽车各重要零部件解决其自动控制问题，包括研究电子控制系统的输入(传感器和采样系统)、输出(执行器)、控制策略与实现方法；从控制理论与实践上解决被控对象是强非线性时变系统、且具有随机输入时的问题；在低成本的前提下，研究高实时性、高可靠性和高精度的控制系统。21世纪，汽车将应用电子计算机网络和信息技术，在汽车与社会紧密相联方面有较大的进展，包括广泛应用全球定位系统GPS和广泛使用车载信息系统，以及采用多路传输系统(总线分布式网络)来集成汽车所有零部件的电子控制模块，使整个汽车电子系统具有数据融合、故障诊断和一定的自我修复功能。

2.3.1 汽车自动行驶系统及自动化高速公路
美国最近进行的自动行驶汽车试验预示着汽车电子控制技术的未来。1997å¹´8月美国在圣迭戈附近12km道路上进行了公路自动行驶的试验。所选的车辆是别克·利马万(Le　sabre)XP2000概念车。该车经改装后带有计算机、雷达和其他电子装置，能够控制汽车的转向、加速以及前后保持一定的距离。汽车的行驶依据是埋人 …