1.1 汽车电子控制技术的发展

1.1.1 汽车电子控制技术的发展历程

电子控制技术的飞速发展和汽车相关法规（节能、安全、排放等）的建立，是汽车电子控制技术形成与发展的两大主要因素。汽车电子控制技术形成和发展过程可分为3个阶段。

第一阶段：20世纪60年代中期至70年代末，是汽车电子技术萌芽及初级发展阶段。其主要特点是改善汽车单个零部件的性能，比较有代表性的技术有电子收音机、发电机硅整流器、电压调节器、晶体管无触点电子点火、电子控制燃油喷射等。

第二阶段：20世纪70年代末到90年代中期，是汽车电子控制技术的大发展阶段。该阶段开始出现具有一定综合性的汽车电子控制系统。大规模集成电路和超大规模集成电路技术的快速发展（导致电子控制装置小型化）和自动控制理论的引入，使得汽车电子控制技术基本成熟，并逐渐向汽车的其他组成部分扩展。这一阶段的代表性技术有发动机电子控制系统、自动变速器、防抱死制动系统、电控悬架、电控转向、电子仪表和影音娱乐设备等。

第三阶段：20世纪90年代中期至今，电子装置成为汽车设计中必不可少的装置。20世纪90年代以后，汽车电子控制技术进入广泛应用阶段，几乎渗透到了汽车的各个组成部分。汽车电子控制技术成为提高和改善汽车性能的主要途径。在此期间，各种控制系统的功能进一步增强，性能更加完善。

（1）动力控制方面。在发动机管理系统（Engine Management System, EMS）的基础上，增加了变速器控制功能，拓展为动力传动控制系统（Powertrain Control Module, PCM）。

（2）汽车主动安全控制方面。在防抱死制动系统（ABS）的基础上，增加了牵引力控制系统（TCS）和驱动防滑系统（Acceleration Slip Regulation, ASR）控制的功能。

（3）车辆稳定性控制方面。出现了车辆稳定性控制（Vehicle Stable Control, VSC）系统、强化车辆稳定性系统（Vehicle Stable Enhance, VSE）以及智能悬架控制系统。

（4）被动安全控制方面。发展了主动安全带和安全气囊的综合控制技术。

（5）改善驾驶员劳动强度和保障行车安全方面。在传统的巡航控制系统的基础上，又出现了智能巡航控制（也称自适应巡航控制，Adaptive Cruise Control, ACC），其控制项目包括防抱死制动、牵引力控制及车辆稳定性控制等。驾驶员即使没有踩制动踏板，ACC也能在必要的时刻自动完成汽车制动操作，以保证安全。

此外，在汽车内部环境的人性化设计方面、无线网络通信技术、防盗报警系统和车载防撞雷达等电子装置，都得到了进一步的开发和应用。

以控制器局域网（Controller Area Network, CAN）为代表的数据总线（Data Bus）技术在此期间有了很大的发展。CAN总线将各种汽车电子装置连接成为车载网络。在车载网络中，各控制装置独立运行，完成各自的控制功能，同时还可以通过通信线为其他控制装置提供数据服务，实现信息共享。

出现了以大规模集成电路和控制器局域网为特征的、多学科综合的汽车电子控制技术，是这一阶段的突出特点。其代表性技术有智能传感器、16位和32位微处理器、车载网络系统等。

1.1.2 汽车电子控制技术的发展特点

从上述3个发展阶段来看，汽车电子技术发展的特点如下。

（1）汽车电子控制技术从单一的控制逐步发展到综合控制，如点火时刻、燃油喷射、怠速控制、排气再循环等。

（2）电子控制技术从发动机控制扩展到汽车的各个组成部分，如防抱死制动系统、自动变速系统、信息显示系统等。

（3）从汽车本身到融入外部社会环境。

1.1.3 汽车电子控制技术的发展趋势

当前，汽车电子控制技术的发展趋势主要体现在集成化、网络化和智能化几个方面。

1．控制系统集成化

将发动机管理系统和自动变速器控制系统集成为动力传动系统的综合控制（PCM）；将制动防抱死控制系统（ABS）、牵引力控制系统（TCS）和驱动防滑控制系统（ASR）综合在一起进行制动控制；通过中央底盘控制器，将制动、悬架、转向、动力传动等控制系统通过总线进行连接。控制器通过复杂的控制运算，对各子系统进行协调，将车辆行驶性能控制到最佳水平，形成一体化底盘控制系统（UCC）。

2．信息传输网络化

由于汽车上电子装置数量急剧增多，为了减少连接导线的数量，网络、总线技术有了很大的发展。如使用了网络，简化了布线，减少了电气节点的数量和导线的用量，同时也增加了信息传送的可靠性。

利用总线技术将汽车中各种电控单元、智能传感器、智能仪表等连接起来，从而构成汽车内部的控制器局域网，实现各系统间的信息资源共享。

根据侧重功能的不同，SAE将总线协议划分为A、B、C三大类：A类是面向传感器和执行器的一种低速网络，主要用于后视镜调整、灯光照明控制、电动车窗控制等，目前A类的主流是LIN; B类是应用于独立模块间的数据共享中速网络，主要用于汽车舒适性、故障诊断、仪表显示等，其目前主流是低速CAN; C类是面向高速、实时闭环控制的多路传输网络，主要用于发动机、ABS和自动变速器、安全气囊等的控制，目前C类主流是高速CAN。

但是，随着X-by-Wire线控技术的发展，下一代高速、具有容错能力的时间触发方式的通信协议，将逐渐代替高速CAN在C类网中的位置，力求在未来几年之内使传统的汽车机械系统变成通过高速容错通信总线与高性能CPU相连的百分之百的电控系统，完全不需要后备机械系统的支持，其主要代表有TTP/C和F1exRay。而在多媒体与通信系统中，MOST、IDB1394和蓝牙技术成为了今后的发展主流。此外，光纤凭借其高传输速率和抗干扰能力，越来越广泛地用作高速信号传输介质。

3．汽车、交通智能化

汽车智能化相关的技术问题已受到汽车制造商们的高度重视。智能汽车是一个集环境感知、规划决策、多等级辅助驾驶等功能于一体的综合系统，它集中运用了计算机、现代传感、信息融合、通信、人工智能及自动控制等技术，是典型的高新技术综合体。

智能汽车（Intelligent Vehicle）装备有多种传感器，能够充分感知驾车者和乘客的状况、交通设施和周边环境的信息，判断乘员是否处于最佳状态，车辆和人是否会发生危险，并及时采取对应措施。

汽车智能化还表现在汽车由交通工具到移动办公室的转变上。利用Windows操作系统开发的车载计算机多媒体系统，具有信息处理、通信、导航、防盗、语言识别、图像显示和娱乐等功能。

智能汽车与智能交通系统的发展是相辅相成的。智能交通系统（Intelligent Transportation System, ITS）是将先进的信息技术、通信技术、传感技术、控制技术以及计算机技术等有效地集成运用于整个交通运输管理体系，而建立起的一种在大范围内、全方位发挥作用的，实时、准确、高效的综合的运输和管理系统。汽车、交通智能化代表着未来汽车和未来交通系统的发展方向。