摘要：汽車(chē)電子技術(shù)是決定汽車(chē)功能和性能的關(guān)鍵技術(shù)，汽車(chē)電子控制技術(shù)和汽車(chē)電子信息技術(shù)的不斷拓展使得汽車(chē)更加節(jié)能、安全、舒適、可靠，隨著電動(dòng)化和智能化的發(fā)展，汽車(chē)電子技術(shù)的發(fā)展出現(xiàn)了新的功能和新的需求，以電力電子技術(shù)和信息技術(shù)為代表的新型汽車(chē)電子技術(shù)開(kāi)始在汽車(chē)上大規(guī)模應(yīng)用，由此支撐汽車(chē)向低碳環(huán)保、安全智能的新型移動(dòng)出行交通工具轉(zhuǎn)型，汽車(chē)電子技術(shù)面臨新的問(wèn)題和挑戰(zhàn)，同時(shí)汽車(chē)電子技術(shù)將更加開(kāi)放包容，該領(lǐng)域?qū)⒊霈F(xiàn)更加廣闊的發(fā)展空間。

引言：自20世紀(jì)70年代以來(lái)，汽車(chē)開(kāi)始了電子化過(guò)程，汽車(chē)電子化被認(rèn)為是汽車(chē)技術(shù)發(fā)展進(jìn)程中的一次革命，汽車(chē)電子化的程度被看作衡量現(xiàn)代汽車(chē)水平的重要標(biāo)志，是用來(lái)開(kāi)發(fā)新車(chē)型、改進(jìn)汽車(chē)性能最重要的技術(shù)措施，目前電子技術(shù)的應(yīng)用幾乎已經(jīng)深入到汽車(chē)所有的系統(tǒng)［1］。毫無(wú)疑問(wèn)，增加汽車(chē)電子設(shè)備的數(shù)量、促進(jìn)汽車(chē)電子化是奪取未來(lái)汽車(chē)市場(chǎng)的最重要的技術(shù)手段之一。

回顧歷史，在汽車(chē)電子技術(shù)形成獨(dú)具特色的知識(shí)體系之前，經(jīng)歷了以下三個(gè)重要的階段：

1、電子-機(jī)械替代（20世紀(jì)50年代至60年代末）：由分立元件組成的單一電子零部件被應(yīng)用到汽車(chē)上，用來(lái)改善某些機(jī)械部件的性能或直接取代傳統(tǒng)的機(jī)械部分，比較典型的應(yīng)用有晶體管點(diǎn)火裝置、晶體管電壓調(diào)節(jié)器等，這一階段電子技術(shù)在汽車(chē)上的成功開(kāi)啟了電子技術(shù)與汽車(chē)產(chǎn)業(yè)融合的大門(mén)，也在一度程度上提升了汽車(chē)使用性能。

2、獨(dú)立模塊電子控制（20世紀(jì)70年代初至80年代中期）：這一階段為了解決汽車(chē)的安全、燃油經(jīng)濟(jì)性和污染等問(wèn)題，出現(xiàn)了以微型計(jì)算機(jī)和集成電路為基礎(chǔ)的專(zhuān)用獨(dú)立汽車(chē)電子系統(tǒng)，例如電子控制汽油噴射系統(tǒng)、制動(dòng)防抱死（ABS）系統(tǒng)等。這些獨(dú)立系統(tǒng)解決了機(jī)械結(jié)構(gòu)無(wú)法應(yīng)對(duì)的復(fù)雜控制問(wèn)題，有效提高了車(chē)輛的可靠性、節(jié)能性和環(huán)保性。

3、分布式電子控制（20世紀(jì)80年代中期至90年代中期）：隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展、計(jì)算控制技術(shù)的突破、通信技術(shù)的發(fā)展，使得汽車(chē)電子技術(shù)可完成多種功能的綜合系統(tǒng)成為這一階段汽車(chē)電子產(chǎn)品的典型代表，例如集發(fā)動(dòng)機(jī)控制與自動(dòng)變速器控制為一體的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)控制系統(tǒng)等。在這一階段，通過(guò)汽車(chē)電子技術(shù)，汽車(chē)已經(jīng)從純粹的機(jī)械產(chǎn)品轉(zhuǎn)變成為了一個(gè)具有機(jī)電一體化顯著特征的工業(yè)產(chǎn)品。

按照對(duì)汽車(chē)行駛性能作用的影響劃分，可以把汽車(chē)電子產(chǎn)品歸納為兩類(lèi)：一類(lèi)是汽車(chē)電子控制裝置，汽車(chē)電子控制裝置要和車(chē)上機(jī)械系統(tǒng)耦合在一起工作，即所謂“機(jī)電結(jié)合”的汽車(chē)電子裝置，它們主要包括發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)、底盤(pán)、車(chē)身電子控制等。典型系統(tǒng)如電子燃油噴射系統(tǒng)（Electronic Control Fuel Injection System，EFI）、制動(dòng)防抱死控制（Anti-lock Brake System，ABS）、加速防滑控制（Acceleration Skid Control System，ASR）、牽引力控制系統(tǒng)（Traction Control System，TCS）、電子控制懸架（Eletronic Control Suspension System，ECS）、電子控制自動(dòng)變速器（Automatic Transimission，AT）、電子動(dòng)力轉(zhuǎn)向（Electronic Power Steering，EPS）等。這一類(lèi)電子系統(tǒng)的關(guān)鍵詞是“控制”。

另一類(lèi)是車(chē)載汽車(chē)電子信息裝置，它們和汽車(chē)本身的行駛性能并無(wú)直接關(guān)系，主要是輔助駕駛員駕駛和為車(chē)內(nèi)成員提供信息支撐，包括汽車(chē)信息系統(tǒng)（行車(chē)電腦）、導(dǎo)航系統(tǒng)、汽車(chē)音響及娛樂(lè)系統(tǒng)、車(chē)載通信系統(tǒng)、上網(wǎng)設(shè)備等，第二類(lèi)電子系統(tǒng)的關(guān)鍵詞是“信息”。作為電子信息技術(shù)與傳統(tǒng)汽車(chē)技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用，本文根據(jù)作用和目的將汽車(chē)電子分為汽車(chē)電子控制技術(shù)和汽車(chē)電子信息技術(shù)兩大類(lèi)別，前者實(shí)現(xiàn)汽車(chē)零部件的控制，而后者實(shí)現(xiàn)信息的處理。

（ECU： Electronic Control Unit，電子控制單元） 圖1 汽車(chē)電子系統(tǒng)

由于汽車(chē)上的電子電器裝置數(shù)量的急劇增多，為了減少連接導(dǎo)線(xiàn)的數(shù)量和重量，網(wǎng)絡(luò)、總線(xiàn)技術(shù)在此期間有了很大的發(fā)展。通信線(xiàn)將各種汽車(chē)電子裝置連接成為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)數(shù)據(jù)總線(xiàn)發(fā)送和接收信息。電子裝置除了獨(dú)立完成各自的控制功能外，還可以為其他控制裝置提供數(shù)據(jù)服務(wù)。由于使用網(wǎng)絡(luò)化的設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化了布線(xiàn)，減少了電氣節(jié)點(diǎn)的數(shù)量和導(dǎo)線(xiàn)的用量，使裝配工作更為簡(jiǎn)化，同時(shí)也增加了信息傳送的可靠性。通過(guò)數(shù)據(jù)總線(xiàn)可以訪(fǎng)問(wèn)任何一個(gè)電子控制裝置，讀 取故障碼對(duì)其進(jìn)行故障診斷，使整車(chē)維修工作變得更加簡(jiǎn)單。

依賴(lài)于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和多體動(dòng)力學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，電子技術(shù)發(fā)展向集成綜合控制發(fā)展，例如，將發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)和自動(dòng)變速器控制系統(tǒng)，集成為動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合控制（Powertrain Control Management，PCM）；將制動(dòng)防抱死控制系統(tǒng)（ABS）、牽引力控制系統(tǒng)（TCS）和加速防滑控制系統(tǒng)（ASR）綜合在一起進(jìn)行制動(dòng)控制；將制動(dòng)、懸架、轉(zhuǎn)向、動(dòng)力傳動(dòng)等控制系統(tǒng)結(jié)合在一起，對(duì)各子系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)，將車(chē)輛行駛性能控制到最佳水平，形成一體化底盤(pán)控制系統(tǒng)（Uniform Chassis Control，UCC）。 隨著汽車(chē)電子裝置的增多，車(chē)輛上的汽車(chē)電子系統(tǒng)的復(fù)雜程度也逐漸增加，隨之而來(lái)開(kāi)發(fā)過(guò)程也日益復(fù)雜，開(kāi)發(fā)成本壓力也越來(lái)越大、優(yōu)化程度也越來(lái)越高，也就是說(shuō)，汽車(chē)電子的問(wèn)題從具體明確的機(jī)電耦合系統(tǒng)的控制問(wèn)題演變成了復(fù)雜系統(tǒng)問(wèn)題，復(fù)雜性成為了汽車(chē)電子的主要特點(diǎn)，為了更有體系性地解決汽車(chē)電子復(fù)雜性增加帶來(lái)的問(wèn)題，需要形成獨(dú)具特色的汽車(chē)電子的方法論和工具鏈。

二、汽車(chē)電子學(xué)科體系的形成 自20世紀(jì)90年代中期至2010年左右，面對(duì)汽車(chē)電子系統(tǒng)日益增加的復(fù)雜性，為了進(jìn)一步縮短開(kāi)發(fā)周期、降低開(kāi)發(fā)成本，人們已開(kāi)始考慮以成本、質(zhì)量、可重用性、可移植性這樣一些非功能性需求驅(qū)動(dòng)的開(kāi)發(fā)架構(gòu)體系的建立，出現(xiàn)了以電子電氣架構(gòu)、軟件架構(gòu)、開(kāi)發(fā)流程為代表的汽車(chē)電子方法論的形成。其主要特點(diǎn)在于：

1、分布式電子電氣架構(gòu) 傳統(tǒng)的原理以及線(xiàn)束設(shè)計(jì)已經(jīng)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足現(xiàn)今汽車(chē)平臺(tái)化、模塊化開(kāi)發(fā)的要求，在這樣的背景下，在CAN總線(xiàn)技術(shù)、LIN總線(xiàn)技術(shù)及FlexRay總線(xiàn)技術(shù)等通訊技術(shù)支撐下，汽車(chē)電子電氣架構(gòu)（Electronic & Electrical Architecture，EEA）的概念誕生了。EEA可以理解為汽車(chē)電子電氣系統(tǒng)的總布置，是在功能需求、法規(guī)和設(shè)計(jì)要求等的特定約束下，綜合考慮功能、性能、成本和裝配等方面的因素后，得到的最佳電子電器模型。 汽車(chē)電子電器架構(gòu)的宏觀(guān)表現(xiàn)為物理架構(gòu)和邏輯架構(gòu)［2］。其主要內(nèi)容包括：配置定義、電源管理、網(wǎng)絡(luò)管理、路由規(guī)劃、原理設(shè)計(jì)和線(xiàn)束設(shè)計(jì)等。EEA開(kāi)發(fā)過(guò)程中需要處理龐雜的數(shù)據(jù)和流程，完備的模型庫(kù)和合適的開(kāi)發(fā)工具可以有效加快開(kāi)發(fā)進(jìn)度［3］。

2、模塊化開(kāi)放式軟件架構(gòu) 為了避免大量基本功能軟件的重復(fù)開(kāi)發(fā)造成的資金和資源的浪費(fèi)，使汽車(chē)制造商和系統(tǒng)供應(yīng)商可以專(zhuān)注于開(kāi)發(fā)具有各自特色的系統(tǒng)應(yīng)用軟件，需要提出一個(gè)基于共享理念的開(kāi)放的、標(biāo)準(zhǔn)化的架構(gòu)。 AUTOSAR就是這樣一個(gè)針對(duì)分布式嵌入系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)的汽車(chē)開(kāi)放系統(tǒng)架構(gòu)，根據(jù)該架構(gòu)的規(guī)范可實(shí)現(xiàn)基本系統(tǒng)功能（基本軟件）標(biāo)準(zhǔn)化和功能接口標(biāo)準(zhǔn)化［4， 5］。其根本宗旨是要建立汽車(chē)電子電氣架構(gòu)的開(kāi)放式標(biāo)準(zhǔn)，使其成為汽車(chē)嵌入式應(yīng)用功能管理的基礎(chǔ)架構(gòu)，基于一個(gè)統(tǒng)一的由標(biāo)準(zhǔn)軟件模塊組成的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)平臺(tái)，可以避免由異構(gòu)子系統(tǒng)集成而產(chǎn)生的問(wèn)題，使各電子系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)中的集成、匹配更加容易，同時(shí)也使得同步開(kāi)發(fā)、縮短開(kāi)發(fā)周期和實(shí)現(xiàn)差異化競(jìng)爭(zhēng)成為可能。

3、V模式開(kāi)發(fā)流程及其工具鏈 汽車(chē)具有移動(dòng)性強(qiáng)、多樣化、安全、舒適、低成本的和可靠耐用的商品屬性，便要求汽車(chē)嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用具有很高的功能完備性和運(yùn)行可靠性。 為了保證這一要求的實(shí)現(xiàn)，必須采用建立科學(xué)的開(kāi)發(fā)流程，對(duì)整個(gè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程加以控制。從系統(tǒng)產(chǎn)品的功能定義和方案設(shè)計(jì)一直到產(chǎn)品完成后的集成測(cè)試/匹配/標(biāo)定，可靠的功能性設(shè)計(jì)—實(shí)現(xiàn)—驗(yàn)證貫穿研發(fā)過(guò)程的每一個(gè)階段。普遍應(yīng)用于汽車(chē)電子系統(tǒng)產(chǎn)品研發(fā)的V模式開(kāi)發(fā)流程是反映這種全新開(kāi)發(fā)理念的一個(gè)代表，與專(zhuān)門(mén)針對(duì)汽車(chē)嵌入式應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)的AUTOSAR體系規(guī)范以及其他一些由非功能性需求驅(qū)動(dòng)建立的架構(gòu)方法構(gòu)成了汽車(chē)電子系統(tǒng)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的方法論。

汽車(chē)電子系統(tǒng)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的方法論與嵌入式系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)技術(shù)都對(duì)汽車(chē)電子的發(fā)展產(chǎn)生重要的影響。汽車(chē)電子產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程中任何一個(gè)設(shè)計(jì)、驗(yàn)證和按架構(gòu)體系進(jìn)行的任何設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過(guò)程都需要有相應(yīng)的符合規(guī)范的開(kāi)發(fā)預(yù)測(cè)試工具，即所謂開(kāi)發(fā)理念的工具化，將方法論物化成為開(kāi)發(fā)工程師和項(xiàng)目管理者易于使用的軟硬件工具。因此，汽車(chē)嵌入式產(chǎn)品開(kāi)發(fā)工具對(duì)汽車(chē)嵌入式技術(shù)的發(fā)展具有重要的意義。

以汽車(chē)控制用嵌入式軟件技術(shù)形成方法論和工具鏈為特征，汽車(chē)電子軟件開(kāi)發(fā)脫離了個(gè)性藝術(shù)，以電子電氣架構(gòu)、AUTOSAR軟件架構(gòu)、V模式開(kāi)發(fā)和代碼自動(dòng)生成為典型技術(shù)的汽車(chē)電子技術(shù)進(jìn)行了深度整合，形成了具有自身特征的方法論和工具鏈，形成了平臺(tái)化、流程化的大型工程規(guī)范，大大提高了軟件的生產(chǎn)效率和可靠性［6］。汽車(chē)電子技術(shù)因此成為具有自身明顯特征的專(zhuān)業(yè)知識(shí)體系［7］。

自2010年至今，汽車(chē)電動(dòng)化、智能化的兩大趨勢(shì)開(kāi)始出現(xiàn)，在電子控制領(lǐng)域，電力電子技術(shù)被廣泛應(yīng)用在汽車(chē)上，控制技術(shù)從弱電擴(kuò)展到強(qiáng)電；而在汽車(chē)電子信息領(lǐng)域，隨著車(chē)內(nèi)車(chē)外信息互聯(lián)互通，信息來(lái)源極大豐富，其功能也從輔助駕駛員駕駛到逐步替代駕駛員駕駛，智能技術(shù)成為信息處理的主要技術(shù)手段［8］。電動(dòng)化和智能化對(duì)汽車(chē)電子技術(shù)形成了很大的挑戰(zhàn)，也帶來(lái)了新一輪發(fā)展的可能。 三、電動(dòng)化對(duì)汽車(chē)電子技術(shù)發(fā)展新需求 電動(dòng)汽車(chē)包含混合動(dòng)力汽車(chē)（含插電式混合動(dòng)力）、純電動(dòng)汽車(chē)、燃料電池汽車(chē)等。電動(dòng)化主要針對(duì)是動(dòng)力系統(tǒng)的改變，其主要分類(lèi)如圖2所示。

圖2 汽車(chē)的電動(dòng)化 電動(dòng)汽車(chē)帶來(lái)了全新的動(dòng)力系統(tǒng)控制對(duì)象，如鋰離子電池、燃料電池等。雖然其特征與內(nèi)燃機(jī)完全不同，但從控制方法論上，與內(nèi)燃機(jī)控制并無(wú)根本不同。但電動(dòng)汽車(chē)中電動(dòng)機(jī)成為主要的動(dòng)力源，電能變換成為主要的功率變換手段，電力電子技術(shù)也因此大規(guī)模應(yīng)用，帶來(lái)了電動(dòng)化條件下汽車(chē)電子控制技術(shù)的主要差異，所涉及的主要技術(shù)問(wèn)題包括：

1、高效能電力電子技術(shù) 傳統(tǒng)汽車(chē)只有發(fā)電機(jī)和啟動(dòng)電機(jī)是千瓦級(jí)的用電負(fù)載，電壓等級(jí)也是12V-24V的低壓直流體系，而電動(dòng)汽車(chē)把電功率提高到了百千瓦級(jí)別。 電動(dòng)汽車(chē)的電驅(qū)系統(tǒng)和電能轉(zhuǎn)換和變流系統(tǒng)是高電壓、大電流、高功率的電力電子裝置集合，從部件上看主要包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器、發(fā)電機(jī)控制器、車(chē)載充電機(jī)、無(wú)線(xiàn)電能傳輸、高低壓電源變換器和輔助電機(jī)控制器等功率變換控制器；從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也有橋式電路、升壓、降壓和各種零電壓、零電流諧振電路等；從功率開(kāi)關(guān)器件看主要包括絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管（IGBT）和金屬場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET），以及新一代寬禁帶電力電子器件如SiC、GaN等［9-11］，大規(guī)模電力電子技術(shù)的應(yīng)用，是電動(dòng)汽車(chē)電子技術(shù)有別于傳統(tǒng)汽車(chē)電子技術(shù)的根本特征。

2、高集成電磁兼容技術(shù) 與傳統(tǒng)汽車(chē)相比，電動(dòng)汽車(chē)集成了包括高壓動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和信息智能設(shè)備在內(nèi)的更多的電子系統(tǒng)，這些高低壓電子器件集中布置、混合使用，共同構(gòu)成的強(qiáng)弱電共存的復(fù)雜電磁環(huán)境，而且這些電子電氣設(shè)備的電氣特性和功能特性都與電磁干擾密切相關(guān)。 EMC問(wèn)題已然成為了制約電動(dòng)汽車(chē)的瓶頸技術(shù)和保障車(chē)輛行駛安全和系統(tǒng)可靠性的巨大挑戰(zhàn)［12］。整車(chē)層面上的EMC干擾問(wèn)題主要來(lái)源于電驅(qū)主控、DC/DC、輔驅(qū)等電氣設(shè)備，從相關(guān)研究和實(shí)驗(yàn)的結(jié)果上來(lái)看，有多達(dá)90%的電動(dòng)汽車(chē)EMC干擾問(wèn)題來(lái)源于電驅(qū)系統(tǒng)［13］。這些功率半導(dǎo)體器件在通過(guò)脈寬調(diào)制（PWM）進(jìn)行能量變換過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生干擾強(qiáng)度高、耦合路徑復(fù)雜且與工況密切先關(guān)的電磁干擾。 電力電子裝置作為一個(gè)集成安裝在車(chē)輛內(nèi)部的強(qiáng)電磁干擾源，其對(duì)車(chē)輛內(nèi)部電磁環(huán)境，尤其是對(duì)于弱電系統(tǒng)的影響是不可忽視的，針對(duì)電力電子系統(tǒng)車(chē)用環(huán)境下的電磁兼容問(wèn)題，還需要在基礎(chǔ)理論、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)等方面加強(qiáng)研究。

3、高電壓電氣安全技術(shù) 電動(dòng)汽車(chē)電氣安全的問(wèn)題主要包括絕緣監(jiān)測(cè)、高壓互鎖和碰撞安全三個(gè)典型高電壓安全問(wèn)題。電動(dòng)汽車(chē)的高壓供電系統(tǒng)一般為電動(dòng)汽車(chē)的能量?jī)?chǔ)存裝置其工作電壓已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了人體安全電壓的范圍，一般為300V以上，有些車(chē)輛的工作電壓已經(jīng)達(dá)到了600V甚至800V，面對(duì)如此高的工作電壓，許多潛在的風(fēng)險(xiǎn)都需要相對(duì)應(yīng)的措施予以防范。

首先，在電動(dòng)汽車(chē)上安裝相應(yīng)的絕緣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，必要時(shí)斷開(kāi)高壓回路對(duì)于有效防范乘員觸電風(fēng)險(xiǎn)是非常有必要的。其次，在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中如果高壓回路連接不正常松脫或斷開(kāi)，車(chē)輛將斷電并失去動(dòng)力，并有可能在斷開(kāi)瞬間高壓擊穿兩端口間的空氣，產(chǎn)生電弧傷害。針對(duì)該風(fēng)險(xiǎn)需使用高壓互鎖設(shè)計(jì)進(jìn)行有效防范。

第三，電動(dòng)汽車(chē)的高壓風(fēng)險(xiǎn)在碰撞危險(xiǎn)發(fā)生時(shí)將變得更為突出。 電動(dòng)汽車(chē)在高速行駛過(guò)程中如果發(fā)生碰撞或充電過(guò)程中被其他車(chē)輛碰撞，都有可能造成車(chē)輛動(dòng)力系統(tǒng)的高壓漏電、短路等危險(xiǎn)情況，車(chē)內(nèi)乘員也可能遭受觸電傷害［14］，為了規(guī)避這一風(fēng)險(xiǎn)，就要求電動(dòng)汽車(chē)在碰撞危險(xiǎn)發(fā)生時(shí)能夠主動(dòng)切斷高壓回路防止電擊傷人和起火。

四、智能化對(duì)汽車(chē)電子技術(shù)發(fā)展新需求 以移動(dòng)互聯(lián)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、5G通訊以及人工智能等技術(shù)為代表的新一輪科技革命方興未艾，在這些高新技術(shù)的強(qiáng)力推動(dòng)下，互聯(lián)網(wǎng)革命的浪潮正在席卷以汽車(chē)行業(yè)為代表的傳統(tǒng)制造行業(yè)，汽車(chē)與信息的融合度不斷提升，成為解決能源、環(huán)境、安全、擁堵等產(chǎn)業(yè)發(fā)展困局的關(guān)鍵手段之一，汽車(chē)也邁上了智能化的道路。如果說(shuō)傳統(tǒng)汽車(chē)的電子系統(tǒng)能夠完成產(chǎn)生信息、處理信息和反饋信息的自我閉環(huán)，每輛車(chē)都是一個(gè)信息的“孤島”，那么具備了先進(jìn)環(huán)境感知和V2X通訊能力的智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)就是行駛在開(kāi)放信息的“海洋”里。 借助現(xiàn)代通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以及先進(jìn)的車(chē)載傳感器、控制器、執(zhí)行器等裝置，汽車(chē)正在逐步實(shí)現(xiàn)車(chē)與X（人、車(chē)、路、后臺(tái)等）的智能信息交換，并逐步具備復(fù)雜的環(huán)境感知、智能決策、協(xié)同控制和執(zhí)行等功能，催生出了智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)的概念［15］，智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)、智能汽車(chē)與車(chē)聯(lián)網(wǎng)、智能交通等概念間的相互關(guān)系如圖3所示。

圖3 汽車(chē)智能化相關(guān)概念關(guān)系圖

智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)被公認(rèn)為汽車(chē)智能化發(fā)展的最佳方向，其整體技術(shù)架構(gòu)十分復(fù)雜，涉及車(chē)輛、信息交互與基礎(chǔ)支撐三個(gè)領(lǐng)域。云平臺(tái)與大數(shù)據(jù)技術(shù)、高精度地圖與高精度定位技術(shù)是智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)的基礎(chǔ)信息平臺(tái)，而V2X通訊技術(shù)是車(chē)聯(lián)與基礎(chǔ)信息平臺(tái)之間交互的通道，環(huán)境感知、智能決策、控制執(zhí)行、信息安全這5大技術(shù)則是與汽車(chē)電子信息系統(tǒng)的主要內(nèi)涵。圍繞信息展開(kāi)的智能化對(duì)汽車(chē)電子技術(shù)需求主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1、高可靠、高帶寬、低時(shí)延信息傳輸技術(shù) 傳統(tǒng)的車(chē)載通信僅僅局限在車(chē)內(nèi)通訊，使用總線(xiàn)、藍(lán)牙、WiFi等通訊方式，完成是的車(chē)輛系統(tǒng)內(nèi)部的信息傳輸功能，但是在汽車(chē)智能化的背景下，車(chē)載通信模式也出現(xiàn)了向車(chē)際通訊、廣域通訊的方向發(fā)展的趨勢(shì)。V2X通信技術(shù)能夠?yàn)檐?chē)輛的自動(dòng)駕駛提供先驗(yàn)信息，提高車(chē)輛環(huán)境識(shí)別效率和準(zhǔn)確率，消除車(chē)輛視野盲點(diǎn)安全隱患，起到提高行車(chē)安全和疏導(dǎo)交通流量等作用。

V2X車(chē)聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的通信需求包括： 1）極短的網(wǎng)絡(luò)接入時(shí)間； 2）低傳輸時(shí)延； 3）高傳輸可靠性； 4）高信息安全性和隱私保護(hù)； 5）在有限的范圍內(nèi)，使頻譜再利用和低干擾； 6）擁有足夠的通信帶寬。 目前應(yīng)用較為廣泛的通訊技術(shù)方案是DSRC和LTE-V。DSRC基于802.11p協(xié)議及其延伸擴(kuò)展，起源于20世紀(jì)90年代，適合應(yīng)用在V2V（車(chē)與車(chē)）和V2I（車(chē)與路邊設(shè)施）場(chǎng)景下，尤其是一些和安全相關(guān)的場(chǎng)景［16］，而且DSRC目前的技術(shù)成熟度和標(biāo)準(zhǔn)化程度也較高，但是它也存在可容納用戶(hù)數(shù)受限和商業(yè)化推廣困難等問(wèn)題［17］。LTE-V是基于第四代移動(dòng)通信技術(shù)的擴(kuò)展技術(shù)，是專(zhuān)門(mén)針對(duì)車(chē)間通訊的協(xié)議而設(shè)計(jì)的V2X標(biāo)準(zhǔn)，目前的LTE-V版本屬于4.5G技術(shù)，未來(lái)可以平滑演進(jìn)到5G，相較于DSRC，LTE-V的部署也更加容易，頻譜帶寬也可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行靈活分配，傳輸更為可靠，覆蓋范圍也可以更廣［18］。隨著今年以來(lái)5G技術(shù)開(kāi)始步入商用時(shí)代，基于5G通訊的車(chē)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將成為網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)信息傳輸最有效的解決方案［19］。

2、復(fù)雜環(huán)境感知與信息融合技術(shù) 環(huán)境感知中的信息融合就是指把分布在不同位置的多個(gè)同類(lèi)或不同類(lèi)傳感器所提供的局部數(shù)據(jù)資源加以綜合，采用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行分析，消除信息與信息之間可能存在的冗余和矛盾，加以互補(bǔ)，降低其不確實(shí)性，獲得被測(cè)對(duì)象的一致性解釋與描述，從而提高系統(tǒng)決策、規(guī)劃、反應(yīng)的快速性和正確性，使系統(tǒng)獲得更充分的信息［20， 21］。 信息融合技術(shù)可以通過(guò)整合不同來(lái)源的數(shù)據(jù)來(lái)提高系統(tǒng)的可靠性、安全性以及信息的精度和可信度。環(huán)境感知獲得的駕駛環(huán)境信息是智能網(wǎng)聯(lián)車(chē)輛的決策基礎(chǔ)，毫米波雷達(dá)、視覺(jué)傳感器等先進(jìn)傳感器的出現(xiàn)和圖像識(shí)別技術(shù)的發(fā)展提高了車(chē)輛對(duì)環(huán)境的自適應(yīng)能力，催生了一批包括自適應(yīng)巡航、車(chē)道保持、主動(dòng)避撞、全景倒車(chē)輔助等在內(nèi)的系列高級(jí)駕駛輔助技術(shù)。 但是單一傳感器都有其局限性，以激光雷達(dá)為例，其優(yōu)點(diǎn)是方向性好，波束窄，測(cè)角、測(cè)距精度高，不受地面雜波干擾，但是其在濃霧、雨、雪天氣就無(wú)法工作，因?yàn)樗鼘?duì)環(huán)境的探測(cè)效果受大氣的光傳輸效應(yīng)影響很大。所以在復(fù)雜的車(chē)輛行駛環(huán)境（包括各種天氣情況）下，單一傳感器不能夠完整地完成對(duì)全部環(huán)境的感知，因此智能汽車(chē)必須配備多種類(lèi)型的傳感器，并利用傳感器融合技術(shù)，將各種類(lèi)型的傳感器采集到的信息加以融合，為智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)決策終端提供更加真實(shí)可靠的環(huán)境信息，保障其高級(jí)輔助駕駛或自動(dòng)駕駛的安全性［16］。

3、高可靠決策技術(shù) 基于環(huán)境感知技術(shù)得到的信息，結(jié)合車(chē)輛的行駛意圖及其當(dāng)前位置，考慮安全、舒適、節(jié)能、高效的行駛目標(biāo)，系統(tǒng)對(duì)車(chē)輛做出最合理的行為決策即為智能決策技術(shù)，其主要包括駕駛員多樣性影響分析、群體決策和協(xié)同技術(shù)、危險(xiǎn)事態(tài)建模技術(shù)、危險(xiǎn)預(yù)警與控制優(yōu)先級(jí)劃分、局部軌跡規(guī)劃及軌跡跟蹤等。 在車(chē)路互聯(lián)架構(gòu)下，車(chē)端的信息獲取和決策與路況信息獲取和決策的界面劃分、分工協(xié)作機(jī)制是亟需厘清和界定的關(guān)鍵技術(shù)。

4、高精度運(yùn)動(dòng)控制技術(shù) 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)任務(wù)是將行為決策的宏觀(guān)指令解釋為帶有時(shí)間信息的軌跡曲線(xiàn)，從而控制車(chē)輛的速度與行駛方向，使其跟蹤規(guī)劃的速度曲線(xiàn)與路徑。 具體而言，運(yùn)動(dòng)控制執(zhí)行技術(shù)是解決在一定的約束條件下優(yōu)化某個(gè)范圍內(nèi)的時(shí)空路徑問(wèn)題，包括面向驅(qū)動(dòng)/制動(dòng)的縱向運(yùn)動(dòng)控制，面向轉(zhuǎn)向的橫向運(yùn)動(dòng)控制，基于驅(qū)動(dòng)/ 制動(dòng)/轉(zhuǎn)向/ 懸架的底盤(pán)一體化控制，融合車(chē)聯(lián)網(wǎng)（V2X）通信及車(chē)載傳感器的多車(chē)隊(duì)列協(xié)同和車(chē)路協(xié)同控制等。運(yùn)動(dòng)控制中的執(zhí)行器需要線(xiàn)控執(zhí)行控制單元（X-By-Wire），具體包括線(xiàn)控驅(qū)動(dòng)［22］、線(xiàn)控轉(zhuǎn)向［23］和線(xiàn)控制動(dòng)［24］，自動(dòng)駕駛和駕駛輔助技術(shù)對(duì)線(xiàn)控系統(tǒng)的精度、可靠性和失效安全性提出了很高的挑戰(zhàn)。

5、高可信信息安全技術(shù) 汽車(chē)智能化的發(fā)展，將消費(fèi)者對(duì)于安全問(wèn)題的擔(dān)憂(yōu)從實(shí)體物理層面拓展到了虛擬數(shù)字空間。隨著智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)的不斷發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)原有的安全問(wèn)題可能會(huì)派生到車(chē)載系統(tǒng)中，由于車(chē)輛自身是一個(gè)高速移動(dòng)系統(tǒng)，一旦遭受到針對(duì)性的安全攻擊，造成的危害將不僅僅存在與數(shù)字層面，會(huì)擴(kuò)展到其周?chē)膶?shí)體區(qū)域。此外，智能網(wǎng)聯(lián)交通系統(tǒng)需要根據(jù)采集的大數(shù)據(jù)，利用電腦和軟件來(lái)進(jìn)行機(jī)械化控制，這中間涉及到信息采集、儲(chǔ)存、交換和處理等多個(gè)環(huán)節(jié)，流程的復(fù)雜程度增加可能會(huì)使得安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)一步加大［25， 26］。 此外，車(chē)載系統(tǒng)中的很多數(shù)據(jù)也與用戶(hù)隱私相關(guān)，例如行程路線(xiàn)、日程安排等等，所以必須要有一個(gè)完整的網(wǎng)絡(luò)安全機(jī)制保障智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)的信息安全。 在智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)通信環(huán)境下的信息安全需求主要包括：

1）數(shù)據(jù)機(jī)密性，即在信息傳輸過(guò)程不能被竊聽(tīng)以及被中間惡意節(jié)點(diǎn)獲取其中的內(nèi)容，數(shù)據(jù)機(jī)密性可以通過(guò)加密機(jī)制實(shí)現(xiàn)；

2）數(shù)據(jù)完整性，是指消息不能被中間節(jié)點(diǎn)修改，修改包括增加、刪除等。一般通過(guò)數(shù)字簽名的技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)完整性的保護(hù)；

3）數(shù)據(jù)的不可抵賴(lài)性（數(shù)據(jù)的不可否認(rèn)性），是指在通信過(guò)程中實(shí)體不能否認(rèn)自己發(fā)出的消息。該性質(zhì)主要是預(yù)防惡意節(jié)點(diǎn)模仿合法節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，一般可通過(guò)電子簽名技術(shù)來(lái)保護(hù)；

4）身份認(rèn)證性，是指在智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)通信中，只有身份認(rèn)證通過(guò)的用戶(hù)才被授權(quán)參與V2X通信等過(guò)程。身份認(rèn)證一般是通過(guò)第三方可信機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的，惡意節(jié)點(diǎn)無(wú)法通過(guò)第三方可信機(jī)構(gòu)的注冊(cè)，這樣可以保證整個(gè)通信系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)的身份可靠；

5）數(shù)據(jù)隱私性，是指不僅僅是要求非法的惡意的用戶(hù)不能得到用戶(hù)的隱私，在有關(guān)的政府部門(mén)在未經(jīng)用戶(hù)許可的情況下，同樣不能獲取用戶(hù)隱私消息。 五、汽車(chē)電子技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 在半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展過(guò)程中，汽車(chē)電子已經(jīng)深刻改變了汽車(chē)技術(shù)和汽車(chē)產(chǎn)業(yè)，而汽車(chē)電動(dòng)化和智能化又對(duì)汽車(chē)電子提出了新的挑戰(zhàn)。汽車(chē)的電動(dòng)化的意義是車(chē)輛的能量來(lái)源將完成由化石能源向電能的切換，這也意味著汽車(chē)將成為以電能作為工作基礎(chǔ)的電氣化產(chǎn)品。汽車(chē)的智能化過(guò)程的意義是汽車(chē)駕駛中處理信息的主體從駕駛員向車(chē)輛本體切換，以上兩個(gè)趨勢(shì)的疊加將使得汽車(chē)向一個(gè)集成了高效能源轉(zhuǎn)換、復(fù)雜運(yùn)動(dòng)控制和智能信息處理的全新的產(chǎn)品方向演化，這既是汽車(chē)產(chǎn)品進(jìn)化的必然方向，也是汽車(chē)電子技術(shù)發(fā)展的必然方向。

汽車(chē)作為人們重要的出行工具之一，是人的第三空間，在使用過(guò)程中會(huì)和用戶(hù)的生命財(cái)產(chǎn)息息相關(guān)，汽車(chē)在安全性、私密性、可靠性方面也將比其它電子信息產(chǎn)品有更高的要求。所以汽車(chē)電子并不是其他領(lǐng)域中的電子技術(shù)簡(jiǎn)單向汽車(chē)中遷移，依然需要對(duì)通用電子技術(shù)附加“汽車(chē)級(jí)”的專(zhuān)業(yè)化改造。而汽車(chē)產(chǎn)品數(shù)量巨大，涉及的零部件眾多、產(chǎn)業(yè)鏈長(zhǎng)的特點(diǎn)，也使得復(fù)雜性這一導(dǎo)致汽車(chē)電子學(xué)科體系化的基本動(dòng)因依然存在，甚至在電動(dòng)化和智能化這一新的挑戰(zhàn)下，復(fù)雜性這一問(wèn)題更加突出。因此，需要在新的知識(shí)融入的過(guò)程中，發(fā)展新的理念，形成新的規(guī)范，確定新的流程，建設(shè)新的工具。

因此，在電動(dòng)化和智能化的大趨勢(shì)下，電力電子技術(shù)和智能信息處理技術(shù)的加入，必然會(huì)要求重新定義汽車(chē)電子的概念，重新規(guī)范其開(kāi)發(fā)理念、方法和體系，這也必將為汽車(chē)電子帶來(lái)更為廣闊的發(fā)展空間。

原文標(biāo)題：【行業(yè)資訊】汽車(chē)電子電動(dòng)化與智能化的技術(shù)發(fā)展新需求和趨勢(shì)

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