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汽车与电子技术的关系解析

    SAE预测,到2010年,汽车中的电子设备平均将占到总价格的 40%!以美元为单位,2008年独立微处理器器件的销售额约为200亿(源自Databeans公司的市场调查)。这一数字因为众所周知的原因在2009年将有所下降,但这是暂时性的,因为汽车里面已经再也不能没有电子设备了。喷射系统,燃油控制,导航,安全系统全部在由电子设备控制。

  要想理解汽车电子技术,就需要回顾一下汽车与电子两大技术在20世纪的发展史。图1为汽车与电子技术的发展历史。世界首辆汽油4轮汽车是在1886年由戈特利布·戴姆勒(Gottlieb 戴姆勒)发明的。汽车圆了“随时随地自由移动”这一人类多年来的梦想。

  从那以后过了大约20年,美国福特汽车(Ford 半导体tor)的“Model T”(通称T型福特)将工艺品似的的汽车改变成了工业产品。生产线通过传送带方式提高了生产效率,这在当时具有划时代意义。始于19世纪末的汽车就这样被1908年推出的T型福特带入了全面普及期。这款T型福特在大约20年间生产了1500万辆,然后,直到德国大众汽车(Volkswagen AG)的“Type 1”(通称甲壳虫)生产了2100万辆以上为止,T型福特一直是单一车型中最热销的汽车。

  汽车的实用化,是工业发展历史的集大成。也就是说,是产业革命由外燃机开始进一步引发能源革命,进而催生了内燃机。自T型福特以来,截至上世纪60年代为止,支撑汽车技术进步的是机械技术及制造技术。在这一时期,汽车业界通过机械加工及内燃机技术,实现了发动机性能的提升,而且,与“行驶、转弯、停车”相关的性能全凭机械技术的进步便可提供支持,这一点足以令人称奇。

电子技术是应对尾气排放规定的“救命稻草”

  另一大技术——电子技术发端于1947年发明的晶体管,在此前不断发展形成的固体物理学及量子力学的理论的支持下,上世纪60年代以后电子技术取得了长足发展。从晶体管到IC(集成电路),再经过远程,最终促进了软件技术的发展。电子技术的应用遍及所有产业,在汽车电子技术领域的推广应用也毫不逊色于其他领域。

  对于因为苦于应对尾气排放规定而停滞不前的汽车产业而言,上世纪70年代后电子式燃料喷射装置的实用化可以是成为了汽车产业的一棵“救命稻草”。借助电子技术,该装置超越了此前机械控制的极限,在不牺牲输出功率及燃效等性能的情况下成功地实现了尾气净化。汽车电子技术的发展带来了机械技术的新进展,汽车借助电子技术与机械技术的相乘效应,进一步实现了发展。电子技术的应用领域也开始不仅限于发动机控制,而是向数字仪表、安全气囊、ABS(Anti-lock Brake System)以及汽车导航系统等领域不断扩展。

  就这样,汽油4轮汽车发明以来已度过了大约120年的时光,晶体管度过了约60年、T型福特度过了大约100年、微处理器度过了约40年的时光。

  且不说汽车电装部件,汽车电子技术得以全面发展的时期是在上世纪70年代电子式燃料喷射技术面世以后。首先被应用于以发动机控制为代表的动力传动控制领域,之后,汽车电子技术逐渐扩大到车体系统、行驶安全系统以及信息系统


  动力传动系统方面,从减少尾气、节省燃耗的系统开始,目前发展到了混合动力车及电动汽车的驱动控制。车体系统方面,车门锁等旨在提高方便性的系统被开发出来,之后,电子技术又为安全气囊以及ABS之类安全性能的提升作出了贡献。

  目前,由于汽车与外部之间的通信功能的进步,紧急通报以及IC服务等已实现了实用化。在从上世纪90年代开始全面普及的汽车导航系统的技术进步中,通信功能发挥了重要作用,近年来,通信功能与ETC(Electronic Toll Collection)系统等交通基础设施的联动得到了强化。

 
  今后,可进一步提高燃效以及用于安全预防的技术的应用产品将会越来越多。为了满足汽车所要求的环保性能、安全性、方便性以及信息高速处理等各领域的要求,新产品将会不断被开发出来。

  电子技术的进步,得益于半导体集成度的提高。图3通过单个Mo中集成的元件数的逐年走势展示了这种进步,可以看出,其元件数呈几何级数式增加。   

 
 

  在作为上世纪20年代以来的固体物理学研究成果、量子力学的实际应用形成高潮是在1947年,William Shockley等人发明了晶体管。单个的晶体管从点接触式发展到平板式,再发展到开发出将多个晶体管集成在1个元件中的、以Kilby专利为代表的集成电路,进而最终发明了微控制器。

  美国英特尔创始人之一的戈登·摩尔(Gordon Moore)提出了摩尔定律:“半导体的集成度每过18~24个月就会倍增”。集成电路应用产品一直在按照摩尔定律向前发展。如图3所示,双极IC、MOS(金属氧化膜半导体)IC以及内存等元件被开发出来,这些元件组成了单芯片微控制器,由此迎来了半导体技术的更大飞跃。 

  当时正是全世界数量庞大的电子技术人员竞相进行技术开发的年代。微细化技术为上述微控制器的性能提升提供了支持,引领了软件产业的崛起,并一直为目前电子技术产业的发展提供着支持。汽车也是从中受益的一个领域。

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