第五篇汽车电气系统总体设计-汽车总体设计

汽车电气系统是汽车电器、电子执行和控制装置的总称，它分车体和车载两部分。车体汽车电气系统的执行和控制装置，包括发动机控制系统、底盘控制系统和车身电子控制系统（车身电子ECU）等；车载汽车电气系统的执行和控制装置，包括汽车信息系统、导航系统、汽车音响及电视娱乐系统、车载通信系统、上网设备等，与汽车本身的性能并无直接关系。但随着技术的发展以及功能的相互渗透，这种分类变得越来越不明显。

汽车电气系统对电能的生产、输送、分配与应用起着控制、调节、检测和保护的作用。汽车电气系统分照明指示电器和执行控制电器两类，其中执行控制电气部分是根据外界施加的信号和要求，手动或自动地断开或接通电路，断续或连续地改变电路参数，以实现对电或非电对象的切换、控制、检测、保护、变换和调节的执行电子器械。

目前汽车电子也可分为汽车车体电子控制系统和车载电子装置两大类。车载电子装置包括汽车信息系统、汽车导航系统和汽车娱乐系统等装置。汽车电子最显著的特征是向控制系统化推进，由传感器、微处理器（MPU）、执行器、数十甚至上百个电子元器件及其零部件组成的电控系统，正获得极其广泛的市场。

近年来自动驾驶汽车的兴起，将汽车电子化推向了一个全新的阶段，大量的电子系统被安装到汽车内部。由于汽车上电器、电子装置的数量急剧增多，为了减少连接导线的数量和重量，网络、总线技术在此期间有了很大的发展。

汽车电气系统总体设计在汽车总体设计中是相对独立的设计课题，随着汽车科技不断发展，电气（电器、电子）系统总体设计也将在未来汽车设计中扮演更加重要的角色。因此，汽车电气系统总体设计在满足功能需要的同时，还要解决汽车的布置问题，即如何将汽车电气的执行功能和汽车电子的控制功能发挥好。1.汽车电子的发展现状

电子技术的快速发展，为汽车向电子化、智能化、网络化、多媒体的方向发展创造了条件。汽车电子化被认为是汽车技术发展进程中的一次革命，汽车电子化的程度被看作是衡量现代汽车技术水平的重要标志，是用来开发新车型、改进汽车性能最重要的技术措施。汽车制造商认为增加汽车电子设备的数量、促进汽车电子化是夺取未来汽车市场重要且有效的手段。

据统计，从2000年～2015年，平均每辆车上电子装置的成本在整个汽车制造成本中所占的比例由16%增至23%以上。一些豪华轿车上使用单片微型计算机的数量已经达到72个，电子产品成本占到整车成本的62%以上，目前电子技术的应用几乎已经深入汽车所有的系统。现代汽车已不再仅仅是一个代步工具，它已同时具有了交通、娱乐、办公和通信等多种功能。

我国汽车行业电子技术发展概况：伴随着汽车工业和电子技术的飞速发展，电子技术在汽车上的应用已日趋广泛，汽车电子化程度不断提高，汽车已然成为现代科技的载体和结晶。而今，汽车的电子配置便是提升汽车品牌的体现，汽车电子化已经成为提升汽车品牌的必要方式。

汽车上广泛采用电子技术，装备有ABS、ASR、ESP、SRS及DVD等机电产品，使安全性能有了大幅提高。虽然我国汽车的保有量在增加，但交通事故死亡人数呈下降趋势，这说明先进的汽车电子技术可提高汽车的安全性能，降低交通事故发生概率。

随着电子信息技术的快速发展和汽车制造业的不断变革，汽车电子系统势必将向智能化、网络化、集成化趋势演进。未来汽车产业即将迎来高新技术变革，无人驾驶、全电动汽车如Tesla等即将或已经成为未来的发展趋势。可以很确定地预料到，汽车电子行业也正处于爆发前期，大有可为。2.汽车电子技术的应用

所谓现代汽车电子技术，是指集电子技术、汽车技术、信息技术、计算机技术和网络技术等于一体。随着人们对汽车安全性和舒适性要求的不断提高，汽车企业在很大程度上要依赖于电子技术来提高（或扩充）产品性能。近十几年来，汽车工业的技术进步在很大程度上是因为应用了电子技术。当前，我国汽车电子技术进入了第四个发展阶段。随着汽车技术和电子技术的发展，汽车安全技术经历了从碰撞后易于救助到减少损伤，再到事故避免和预防的发展过程，逐渐由被动安全到主动安全，向更加人性化和智能化的方向发展。微波系统、多路传输系统、ASKS-32位微处理器、数字信号处理方式的应用，使通信与导向协调系统、自动防撞系统、动力最优化系统、自动驾驶与电子地图技术得到发展，智能化汽车已出现。而且随着新能源技术在汽车上的应用逐渐增多，针对新能源汽车的电子技术也不断成熟。汽车电子技术的应用将使汽车发生以下主要变化：

①汽车的机械结构还将发生重大的变化。汽车的各种操纵系统向电子化和电动化发展，将实现“线操控”，即用导线代替原来的机械传动机构，如“导线制动”“导线转向”“电子节气门”等。

②汽车由12V供电系统向42V转化。随着汽车电子装置越来越多，消耗的电能正在大幅度地增加。现有的12V动力电源已满足不了汽车电气系统的需要。今后将采用集成起动机-发电机42V供电系统，发电机最大输出功率将由目前的1kW提高到8kW左右，发电效率将达到80%以上。42V汽车电气系统新标准的实施，将会使汽车电器零部件的设计和结构发生重大的变革，机械式继电器、熔丝式保护电路将被淘汰。

③汽车电子技术的应用将使汽车更加智能化。智能汽车装备有多种传感器，能够充分感知驾驶人和乘客的状况，以及交通设施和周边环境的信息，从而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。

今天，社会进入了信息网络时代，人们希望汽车不仅仅是一种代步工具，更希望汽车是生活及工作范围的一种延伸，坐在汽车上就像待在自己的办公室和家里一样，可以收听广播、打电话、上互联网、处理工作。

随着数字技术的进步，汽车也将步入多媒体时代。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。在可以预见到的将来，汽车将装置自动导航和辅助驾驶系统，驾驶人可把行车的目的地输入汽车计算机中，汽车就会沿着最佳行车路线行驶到达目的地。人们可以通过语言识别系统操纵车内的各种设施，一边驾驶着汽车，一边欣赏着音乐、电视节目，还可上网预定餐饮、机票等。3.汽车电子产品的分类

汽车电子化被认为是汽车技术发展进程中的一次革命。汽车电子化的程度被看作是衡量现代汽车技术水平的重要标志，是用来开发新车型、改进汽车性能的最重要的技术措施。汽车制造商认为增加汽车电子设备的数量、促进汽车电子化是夺取未来汽车市场的重要且有效的手段。

（1）汽车电子行业定义

汽车电子是车体和车载电子控制装置的总称。它是由传感器、微处理器MPU、执行器、数十甚至上百个电子元器件及其零部件组成的电控系统。车体电子控制装置，包括发动机控制系统、底盘控制系统和车身电子控制系统（车身电子ECU）。据中国汽车电子行业市场调查报告显示，汽车电子最重要的作用是提高汽车的安全性、舒适性、经济性和娱乐性。

（2）汽车电子行业分类

按照对汽车行驶性能作用的影响划分，可以把汽车电子产品归纳为两类。

①汽车电子控制装置。汽车电子控制装置要和车上机械系统配合使用，即所谓“机电结合”的汽车电器、电子装置，包括发动机、底盘、车身电子控制，如电子燃油喷射系统、制动防抱死控制、防滑控制、牵引力控制、电子控制悬架、电子控制自动变速器、电子动力转向等。(www.xing528.com)

②车载汽车电子装置。车载汽车电子装置是在汽车环境下能够独立使用的电子装置，它和汽车本身的性能并无直接关系。车载汽车电子装置包括汽车信息系统（行车电脑）、导航系统、汽车音响及电视娱乐系统、车载通信系统、上网设备等。

（3）电子技术发展方向

电子技术的发展方向是集中综合控制：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在最佳水平，形成一体化底盘控制系统（UCC）。

由于汽车上电子电器装置的急剧增多，为了减少连接导线的数量和重量，网络、总线技术在此期间有了很大的发展。总线技术是将各种汽车电子装置连接成为一个网络，通过数据总线发送和接收信息。电子装置除了独立完成各自的控制功能外，还可以为其他控制装置提供数据服务。由于使用了网络化的设计，简化了布线，减少了电气节点的数量和导线的用量，使装配工作更为简化，同时也增加了信息传送的可靠性。通过数据总线可以访问任何一个电子控制装置，读取故障码并对其进行故障诊断，使整车维修工作变得更为简单。4.汽车电器、电子发展前景

根据中国汽车工业协会的统计，2015年我国汽车产销分别完成2450.33万辆和2459.76万辆，创历史新高。我国车体电子控制系统市场规模达到了2883.6亿元，占汽车电子市场规模总量的80%；其中发动机控制产品市场规模为868.7亿元，底盘与安全控制产品规模为1175.1亿元，车身电子控制市场规模为839.8亿元。

综上所述，我国汽车电子产业呈现出如下一些特点：

（1）娱乐、信息成为汽车电子市场的主要增长点

随着消费者对汽车娱乐性需求的不断提高，车载娱乐系统产品技术得到了快速发展，如导航、数字电子化的普及。从技术、产品、功能实现等各个方面探索如何更好地满足消费者的需求，预示着车载电子的发展方向：新一代车载娱乐信息系统不仅是娱乐方式的变革，更是用户体验方式、人机交互方式的变革，系统监控的部件会增多。

（2）在底盘控制和安全领域，主动安全系统的普及成为市场的主要增长点

在防抱死制动系统（ABS）普及的基础上，基本完成了电子制动力分配（EBD）和弯道制动力控制（CBC）功能的升级；制动辅助系统（EBA）、急速防滑系统（ASR）、电子稳定程序（ESP）和定速巡航（ACC）等主动安全系统市场的不断扩大以及安全气囊产品的升级换代，共同推动了底盘控制和安全系统市场的增长。

（3）高端汽车电子产品由高端车型不断向低端车型渗透普及

例如，ESP之前主要装备在宝马等高端车型上，随着市场的发展和价格的下降，ESP开始在一些中级车中普及，并已出现在一些紧凑车型中。由于紧凑型车和中级车是我国轿车市场的主要车型，ESP市场规模快速增长。此外，中低端车型的倒车可视系统、车载导航系统的装备率不断提高。其中制造商大力发展“智能移动汽车”，能够为消费者提供更高效的升级的交通出行方案。

（4）汽车电子产品的国产化率不断提高

在高附加值及高端汽车电子领域，我国本土汽车电子厂商从技术实力、产品性能及市场份额方面均与外资零部件厂商存在较大的差距。

由于我国汽车工业相较于欧美起步较晚，因此汽车电子领域的发展也并没有遵循全球汽车电子发展历程，而是呈现出断代发展的情形。目前我国汽车电子厂商多集中在附加值较低的基础元器件及部件供应和通信娱乐系统领域，而在较为专业化的牵引力控制、车身控制、自适应巡航、无人驾驶领域鲜有建树。因此，此类专业化汽车电子领域主要由欧美零部件巨头厂商把控，占据70%左右的市场份额。国外企业和合资企业一直是中国汽车电子市场的主力，占据了大部分市场份额。但由于中国汽车厂商的快速发展，技术水平不断提高，在成本优势的推动下，本土企业的市场份额得到大大提升。国内企业首先在汽车音响和车载娱乐系统实现了突破，然后在安全气囊、汽车防盗系统、汽车导航系统领域快速发展，目前，在发动机管理系统（EMS）等领域也实现了市场突破。

（5）市场发展前景

我国汽车电子制造企业近3000家，其中外资企业占19.8%，本土企业占80.2%。在中国汽车市场的份额中，外资企业占67.7%，本土企业占32.3%。目前，我国汽车电子企业的规模普遍较小，产业能力处于较低层次，配套集中在汽车电子零部件的中低端市场领域。据不完全统计，我国汽车电子本土企业营销在10亿元以上的不足20家。近年来，部分企业在政府的支持下，通过自主创新向产业化、规模化发展，在产品质量和价格竞争力上有了提高，扩大了在我国自主品牌整车中的配套率，部分汽车电器、电子产品开始在中档汽车中配套。中高档轿车用的动力总成控制、电控装置、关键传感器、执行器、总线技术仍处于起步阶段。由于汽车配套的高门槛条件，本土企业把握机遇的能力备受考验，尤其是要进入主流合资品牌整车配套任重而道远。

未来汽车电子化、智能化、网络化是大势所趋，结构性变迁可能带来数千亿元的市场空间。依托车联网平台与自动驾驶技术生态系统是智能汽车产业的下一个高地，而电子化、传感识别与自动驾驶是智能汽车的三大核心技术。相对消费电子市场，汽车电子门槛更高，单机价值量也更大，而新能源和智能化趋势则给电子产业链带来了新增市场，中国汽车电器、电子厂商也在逐步崛起，加速进口替代，我国汽车电器、电子产业定会迎来发展新高峰。

要点

现代汽车技术通过汽车电子化的应用，电子技术的应用几乎已经深入汽车所有的系统。现代汽车已不再仅仅是一个代步工具，它已同时具有了交通、娱乐、办公和信息通信等多种功能。