緒論：寫作既是個人情感的抒發，也是對學術真理的探索，歡迎閱讀由發表云整理的11篇汽車機電論文范文，希望它們能為您的寫作提供參考和啟發。

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復雜功能

這些特色僅是冰山一角，其它精心設計的復雜功能雖不會被乘客看到或摸到，卻會影響他們的行車經驗，這些功能也逐漸導入汽車設計。感應照明系統、多軸調整座椅、智能型天候控制系統、防撞系統和動力巡航控制在21世紀汽車市場變得格外重要。消費者甚至期望車商提供高質量的儀表板功能。要將這些先進功能導入汽車系統往往需要付出代價。

汽車電子設計人員的一項挑戰是迅速推出新的電子元器件，提高乘客的舒適性、安全保護和其它加強功能。設計人員必須縮短整體的設計與認證時間和增強現有系統功能，并且不能影響日益嚴格的質量與可靠性要求和成本目標。為了克服這些挑戰，汽車電子設計人員需要集成度更高的解決方案以便提高系統的功能密度。混合信號元器件的高功能集成就是很有吸引力的一項替代方案。

捕捉、運算和通訊

幾乎所有的嵌入式汽車電子系統都必須執行捕捉、運算和通訊等三種功能。“捕捉”是從實際世界取得信息，再將它轉為數字形式。這可能是車胎監控系統的壓力傳感器所傳來的模擬電壓，或是碰撞偵測感應器I/O接腳的上升沿波形，這個感應器可能會連接到安全氣囊的觸發系統。“運算”是指在應用環境下處理數字信息的能力，例如安全氣囊控制器可能在極短時間內就決定不啟動安全氣囊，因為它發現座位上有小孩。“通訊”是指將處理結果傳送給其它需要該信息的系統，譬如啟動指示燈就是很簡單的例子。其它復雜功能可能會通過網絡總線把排氣系統的一氧化碳含量告知引擎管理計算機，以便提高燃油的氧氣混合比例。解決方案的有效性最終將由系統執行這三種功能的程度決定。

新設計挑戰

油箱感測是一個很好例子，說明汽車電子設計人員所須面對的挑戰。僅在幾年前，油量傳感器還是一個相當直接的設計問題。它包含一個簡單的浮筒裝置，上面有掃描式碳刷接觸著電阻性表面，它會使得模擬輸出電壓正比于油箱的剩余油量。但對今日汽車而言，通常必須等到平臺設計快結束時才會開始油箱設計，而且多半要利用任何尚未使用的空間。這可能使得油箱的形狀怪異，容量也不再與液面高低成正比，這會讓浮筒系統的設計變得很復雜。更重要的是，替代燃料的出現和燃料衍生物讓油箱的燃料成份變得很重要。舉例來說，汽油與乙醇燃料的比例會影響點火、燃燒時間和廢氣排放等引擎動力特性。廠商現已認為新一代油箱傳感器必須能決定燃油成份，同時將這項信息提供給汽車的其它電子控制系統。這使得過去被認為很簡單的感測設計現已變為一種復雜的分析控制挑戰。

值得注意的是，幾乎車內的所有系統都在擴充功能。主動式露點(dew-point)控制器正在取代擋風玻璃除霧功能，它可以避免或排除水滴凝結所需的條件。雨水感應雨刷系統則會把馬達控制和雨水感應功能整合為一套系統。下一代防夾車窗與天窗的關閉則是這些安全系統的微電子元器件所需整合的另一代表性應用。

第一代防夾技術

第一代防夾設計通常包含一套由電動馬達驅動的機械驅動系統。馬達電流由一顆控制器監測，然后與代表失速狀態(stallcondition，亦即馬達轉動受阻)的固定臨界值比較；只要達到該臨界值，車窗方向就會從上升反轉為下降。這套系統如圖1所示。

圖1：第一代防夾車窗升降系統的控制圖

第一代設計有幾項缺點。首先是要開發一套方法分辨馬達啟動和車窗受阻時的馬達失速電流(圖2和3)。為了達到這項要求，比較電路中增加一段固定延遲時間，確保它只在馬達轉動后才開始比較失速電流臨界值，只不過這種做法有時無法為半開的車窗提供防夾保護。舉例來說，如果車窗的起始位置僅距頂端10毫米，那么在臨界定時器的計時結束前，車窗很可能早已撞到頂端的擋板(hard-stop)。

圖2：關閉車窗時的電流變化

圖3：關閉車窗遇到阻礙時的電流變化

第二個缺點是機械系統的參數會隨著時間改變，這會影響馬達的工作負載，使得防夾臨界值變大或變小。

最后，這些系統由于使用固定臨界值，所以無法適應行車環境的改變。車窗密封條的熱膨脹效應會讓溫度變化對工作負載產生很大影響。汽車靜止時關閉天窗所需的力量與行駛中車輛有很大不同，在平滑路面升起車窗所需的力量也不同于車輛在石頭路上行駛時。在這兩種情形中，無法補償這些變動的狀況都會影響安全或造成車窗無法正常操作。

設計人員過去是以不同方式應付這三項重要挑戰。在有些情形下，他們會增加更多的傳感器或使用更精確的控制材料與元器件來減輕這些問題，但這些方法都會增加設計的成本與復雜性。這使他們日益需要一套低成本的防夾功能設計來克服這些缺點。

新的設計解決方案

如圖4所示，一顆包含高速中央處理單元(CPU)和高效能模擬數字轉換器(亦即帶寬大于180MSPS和分辨率超過12位)的混合信號微控制器是此問題的最佳解決方案。

圖4：采用混合信號微控制器的防夾系統

這種做法讓設計人員利用一顆微控制器同時執行馬達的通訊功能和監控馬達電流。通訊噪聲可由芯片內建的模擬數字轉換器直接在馬達電源電路的電流傳感器(亦即分流電阻)上偵測。這種方法能更精確分辨馬達處于轉動或失速狀態，不僅比較器電路不需再增加一段固定延遲時間，就算車窗已經半開也可提供完整的防夾功能。

如圖5所示，系統會根據歷史數據和參數計算結果設定可變的馬達電流臨界值，以便動態響應馬達負載變動和將系統扭力限制在適當范圍，同時將長期因素(例如馬達磨損和密封材料老化)和短期因素(例如環境、濕度、溫度和振動)都列入考慮。另外，系統還能與其它的電子控制裝置(ECU)交換信息，把外界溫度和車速等信息當成加權輸入來決定適當的臨界值(參考圖6)。利用其它系統不僅會提高整體系統效能，還能避免在車上重復安裝傳感器的額外成本。

圖5：使用可變臨界值后的車窗關閉過程電流變化

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2汽車電子技術領域新技術的發展應用趨勢

2.1智能傳感器技術

隨著人民群眾的需求發展，智能化傳感器技術亟待普及。具體來講，未來的汽車傳感器應具有模擬和處理信號的功能、對信號放大和處理的功能、較強的抵抗外部電磁干擾的能力、自動進行校正功能等。

2.2多媒體娛樂與智能通訊系統

現階段，隨著智能交通系統的發展，信息通信技術和計算機網絡技術應用的普及，交通指揮中心和司乘人員之間的通信已經很通暢，未來更多的應用將在網絡導航、行車指南、無線因特網以及汽車與家庭等外部環境的互動和遠程救援等方面開展。汽車逐步將變成移動的工作和休閑娛樂場所。

2.3安全防護技術

安全防護設計軟硬件兩個方面。硬件安全性從耐高低溫、耐電擊、耐火花、阻燃等方面考慮，質量監控是主要手段。軟件方面，軟件漏洞的隱患與后果，如功能的缺失、安全威脅等。對車輛電子控制安全造成的威脅，主要從局部物理、遠程和內部電子三個方面考慮。

3汽車電子技術的應用領域展望

（1）汽車整車系統總體控制。各功能單元通過總線進行通信，傳輸信息，接受中央控制單元的指令并執行特定的功能，使車輛行駛功能控制達到最佳水平。系統化還使汽車制造核心技術同時重視硬件和軟件，由技術成熟者牽頭各相關企業制定切實可行的通信協議，使得技術實力弱勢的中小企業圍繞強勢的大公司，促使行業整體良性發展。

（2）功能模塊化。各種技術進行系統集成化，使得汽車零部件產品功能模塊化，便于企業之間采購和組裝。以統一標準進行模塊的集成和接口，標準化的配套和整車制造工藝統一，有利于產品質量得到有效控制。汽車電子技術應用于各個功能模塊，使得所有功能模塊協調控制，統一服務于整個車輛。電子零部件企業承擔的職責將越來越大，汽車零部件產業在整個汽車工業中的作用和地位將越來越重要。

（3）高配成為標配。汽車電子技術新產品的應用變得普及。經過近些年的發展，實際應用。在未來汽車電子控制技術在汽車上將作為標準配置被使用。先如今，輪胎智能壓力監測系統（TPMS）與ABS、安全氣囊并稱為汽車三大安全系統，僅在奧迪A8、寶馬7系/5系、奔馳S/E系列等高端車型中作為標準配置。在電子技術的發展和人民大眾對汽車安全性的重視之下，不久的將來，這些東西很快會成為所有汽車的標準配置。現如今ABS已經普及。

（4）傳感器技術的應用。在汽車的電子控制過程中，傳感器技術的應用已經有了一定的基礎。當前我國在高檔車輛上開始逐步使用傳感器技術用于輔助的駕駛防撞。另外在汽車駕駛考試過程中，傳感器技術在考試各關鍵評分環節應用，但是在普通的民用環節還缺少物美價廉的更多產品。傳感器相關產品必將在汽車電子技術相關產品的應用過程中起到較大作用，以促進車輛駕駛的智能化。

（5）“云計算”技術在自動駕駛領域應用。目前IT技術已經發展到了云時代。“云計算”可以把局部信息處理共享處理。未來汽車駕駛和控制突破“傳感器-避障-目標-方向盤”的傳統固有模式，使實現“目標-電子控制-方向盤-自動駕駛”完全有可能。而且“云計算”將大大提高導航功能，降低出行者在陌生地區出行的壓力。

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二、新技術體系探討

在續航里程短、充電時間長這兩個妨礙電動汽車遠程行駛的關鍵障礙中，續航里程雖然受電池技術制約難以比肩燃油汽車，但續航150公里～200公里還不難實現。這個距離相當于在高速公路上駛過三四個服務區或大多數人日常行駛兩三天的路程，只要電力耗盡時快速得到供給，駕駛電動汽車500公里一日往返、1000公里朝發夕至亦非難事。如此，快速電力供給就成為問題的焦點。既然沿用先開發出電動汽車而后為其配套電力供給體系的傳統發展策略不能解決問題，那么運用一下逆向思維，先規劃一個滿足需求且容易實現的電力供給體系，然后再開發適應這一電力供給體系的電動汽車會怎樣。出現總理所講的“顛覆性技術”也未可知。說到快速電力供給，首先需要界定電力供給的快與慢。多年來，人們已經習慣于燃油汽車加油所需的數分鐘時間，電動汽車的快速電力供給采用這一標準順理成章。從物理學原理來看，現存的三種電動汽車電力供給方式中，快速充電相對來講接近這個標準但也需數倍于加油耗時的30分鐘（80%），普通充電所需的數小時可說是天壤之別，只有換電方式符合標準。有報道說特斯拉換電站一分半鐘可以完成一次換電操作。自從曾經的明星換電運營商BetterPlace破產以來，支持換電的觀點似乎已經銷聲匿跡。但是，既然特斯拉又開始換電了，事情看來尚存回旋余地。多數專家認為BetterPlace的換電方式一是換電站建設運營成本高，二是電池不能在多種車型間通用，使其最終走向破產。BetterPlace的失敗說明它的換電方案和商業模式行不通，但是如果據此斷定換電方式行不通特斯拉首先不會認同。達成一個既定目標從來都不止有一種方法，能否成功在于能否尋找到技術可行、經濟合算的解決方案，將問題簡單化的最有效手段莫過于“分解”。例如古代印刷書籍采用雕版印刷技術，一頁印版雕成書頁的內容布局、字的形狀、大小無法更改，一部書的雕版需要具有高超技藝的雕刻工匠耗費大量時日，因而書籍昂貴。活字印刷技術普及之后，一套字模可以反復用來鑄造鉛字，而后隨意排成印版，字模和鉛字的通用性保證了印刷成本的低廉。如果說快速電力供給是電動汽車的必然選擇，BetterPlace失敗的主要原因是沒有實現電池通用化，而將雕版上的字符分解為一個個鉛字可以破解通用化難題，那么何不嘗試一下將電動汽車的大箱電池組分解，代之以多個（比如說十個2kWh的）參照電動自行車鋰電池標準的小箱電池。以小箱電池為基礎可以構建一個簡單的快速電力供給體系。只要電池體積和重量都適合人力搬動，而且借用電動自行車鋰電池適合快速裝拆的安裝結構，換電作業就可以采用純人工方式。從人工換電出發，繼而將換電站的充電功能剝離出去，剩下的數個收納電池的專用周轉貨架和兩三個操作人員就能構成一個典型的簡約換電站。接下來要做的是，將從各個換電站剝離出來的充電服務匯集到一個大型的儲能電站，充分利用夜間電網的低谷電力為電池充電。最后用貨運車輛在換電站與儲能電站之間往返穿梭，為各個換電站運來充滿的電池并帶走放空的電池。在這樣一個類似WI-FI無線局域網架構的電力供給體系中，如果說換電站好比WI-FI熱點、儲能電站好比無線路由器、貨運車輛好比無線電波，一個個標準電池好比“無線電波”所攜帶的數字信號，那么電動汽車就相當于移動終端。可以預見，流通的商品從電轉化為標準電池、消費者支付滿電電池和空電電池之間的差價，上述電力供給體系各個利益相關方都能獲得顯而易見的經濟收益。第一個受益者是電動汽車的購買者，不為電池付費卻可以盡情享用別人提供的電，自然也就無需關心電池的價格壽命幾何。電池制造者則不再因百來個“雞肋”般的訂單而苦惱，可以日復一日地生產同樣的電池。電動汽車制造者不再為選用多大的電池而殫精竭慮，可以按自己的喜好靈活設計續航里程，只需考慮如何將所需個數的電池塞進車里。城市的管理者不必再為從哪里擠出充換電站的建設用地、為如何壓迫小區物業放行充電樁安裝、為可能到來的配電網增容改造而苦惱，只需將電動汽車的基礎設施建設交給電力供給體系的運營者就萬事大吉。電力供給體系的運營者的收益則更大。先是從“先有雞還是先有蛋”的無休止口水官司中脫身，不說“雞”也不說“蛋”，轉而建造一個相當于自然界中“野生原雞”進化地位的儲能電站，先收獲著電網峰谷電價差的利益，隨著電動汽車擁有量的增加逐步轉身為充電工廠，等到流通中標準電池壽命期來臨梯級利用自然而然地發生，充電工廠再一次轉化為儲能電站。其次電力供給體系運營者不必煩惱換電站如何“建”只需籌劃“擱”在哪里，只要能騰出幾十平米的場地，加油站、公共停車場、居民小區、工廠商場都可以加入換電站的行列。

不僅如此，這些換電站的數量、換電站的地點和容量可以隨時根據形勢的發展任意調整。長遠看，不僅這樣的儲能電站很容易與風力光伏電站相融合，如果將標準電池看作一個大的“充電寶”其應用領域甚至可以涵蓋日常生活、生產的方方面面。有了電力供給體系和適合人工換電的小箱標準電池，接下來的課題就是能否將這些標準電池用于電動汽車的電源系統。其關鍵在于處理好三個問題：一是電池的安裝位置，二是電池固定可靠便于快速更換安裝結構，三是電池與電機之間的電氣連接關系。對于采用一個大箱電池的電動汽車而言，考慮到車內空間和車輛重心、軸荷，其安裝位置大多利用座椅下的空間安裝在車輛下部中間位置。當采用多數個標準電池時，安裝位置不僅可以在前后座椅下面還可以在引擎倉或者行李箱的邊角處分布安裝，設計者的選擇自由度大大提高。若說電池安裝結構，QB/T4428-2012《電動自行車用鋰離子電池產品規格尺寸》所定電池外殼滑槽及配對的安裝滑道是現成可用的，既安裝可靠又方便插拔。至于電池與電機間的電氣連接關系則需要多些文字加以說明。電動汽車以數個小箱標準電池為電源，除去上面所述種種以外還可為解決高電壓觸電風險、簡化整車電池管理系統、簡化電池熱管理等電池相關問題創造機會。通常的電動汽車為在限制過大電流的條件下保證驅動電機的輸出功率，單個大箱電池的工作電壓多在300V以上。將電壓分解給十個小箱標準電池，每個標準電池的電壓就低于40V，處于安全電壓范圍內。如果不將這些電池串聯一起而是分別經逆變器接入驅動電機，高電壓的弊端就可以徹底根除。驅動電機可以相應地將定子繞組分解為十個分繞組，工作時各個分繞組產生的磁通勢相疊加與原繞組相當。各個標準電池分別接入驅動電機還可以帶來一個好處，電池均衡的對象不再是整個電源系統而轉化為各個標準電池，所涉單體電池數量僅為整體電池的十分之一。更有意義的是，十個標準電池分別經逆變器接入具有十個分繞組的驅動電機，其功效相當于用十個小電機共同承擔電動汽車的驅動。從理論上講可以分別控制每個分繞組參與或者不參與驅動，利于電動汽車應對多種復雜工況。尤其是在電動汽車起步或者加速時確保全部分繞組參與驅動抑制大電流沖擊，巡航行駛時控制各個分繞組逐次停歇方便相應的小電池散熱，當某個分繞組或者為其供電的標準電池發生故障時其余分繞組繼續工作就能避免電動汽車突然失速。

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1）單片機內部采用了增強型XGATE協處理器模塊，允許高速數據自主地在單片機外設和內部RAM、I／O端口之間進行數據傳輸與處理。XGATE內置有一個16位的精簡指令集內核，可以對要傳輸的數據進行預處理并執行復雜的通信協議，易于用C語言進行編程。XGATE可以顯著降低CPU的負荷，使CPU能夠集中資源運行關鍵的系統活動，從而提高了單片機的數據處理能力。

2）S12XE系列包括一個存儲器保護單元（MPU），用于防止軟件中的系統錯誤。這個MPU解決了不同模塊之間的錯誤交互導致的潛在問題，這項特性在汽車設計中非常關鍵，因為它有助于最大程度地控制汽車中系統故障的擴散。

3）單片機片內集成了可達1024KB的閃速存儲器Flash。近年來，隨著Flash在單片機片內的應用走向成熟，單片機的開發和應用又迎來了一次新的飛躍。Flash是一種非易失性存儲介質，讀取它的內容同RAM的讀取一樣方便，而對它的寫操作卻比EEPROM還要快。在系統掉電后，Flash中的內容仍能可靠保持不變。Flash的主要優點是結構簡單、集成密度大、成本低。由于Flash可以局部擦除，且寫入、擦除次數可達數萬次以上，從而使開發微控制器不再需要昂貴的仿真器。

4）簡單的背景開發模式（BDM）：PC主機BDM調試器目標板，使得開發成本進一步降低，也使得現場開發和系統升級變得比較方便。

5）應用鎖相環技術提高了系統的電磁兼容性。在以往不使用鎖相環的微控制器應用系統中，晶振電路由于其工作頻率比較高（通常為幾兆赫茲至幾十兆赫茲）而成為一個很大的干擾源，這一問題給系統設計、線路板布局帶來了很多不便。MC9S12XE系列單片機在時鐘發生系統中巧妙地使用了鎖相環技術，因而可在幾兆赫茲的外部晶振情況下，通過軟件編程產生上百兆的系統時鐘，從而降低了對外輻射干擾，提高了系統的穩定性。

2在汽車電子中的應用

現以一個典型的后處理系統電控單元的設計開發為例，說明XEP100在汽車電子領域的應用，該系統基于模塊化的設計思想，主要從電源模塊、信號輸入調理模塊、中央處理模塊、通信模塊、尿素泵的驅動模塊、尿素噴嘴的驅動模塊、尿素泵管箱加熱的驅動模塊、故障診斷模塊而設計。中央處理模塊采用了飛思卡爾16位單片機XEP100作為核心處理器，主要功能是根據從CAN總線上獲得的發動機的實時工況、數字信號（包括鑰匙開關、蓄電池的電源開關等）和模擬信號（包括尿素溫度、尿素液位、尿素壓力、催化器前溫等）由單片機XEP100進行精確的邏輯運算，來控制尿素溶液的噴射時刻和噴射量，尿素溶液被噴射到排氣管中與發動機尾氣進行化學反應，從而起到凈化尾氣的作用。電源模塊需要把蓄電池電壓24V轉換為5V的直流電壓，為單片機等集成芯片及傳感器提供5V電源。中央處理模塊是由中央處理器、晶振電路、復位電路、程序刷寫電路和接口電路組成，它是整個控制器DCU的核心，也是單片機XEP100工作必不可少的最小模塊單元。CAN通信模塊實現與發動機控制器ECU、儀表控制器信息的交互，通過CAN總線實現參數的在線標定調試、程序的刷寫。信號調理模塊主要用于處理模擬信號和鑰匙開關等數字信號，模擬信號需要經過一系列的調理電路處理成0~5V的電壓信號給單片機的AD端口，再由單片機進行AD轉換，數字信號經過一系列的調理電路給單片機的IO口。尿素泵的驅動模塊中采用了infineon公司的電機控制芯片，它內部集成了H橋電路，用來驅動泵內的電機，實現電機的正反轉；對噴嘴、尿素箱加熱、尿素泵加熱、尿素管加熱的驅動采用了安森美公司的MOSFET功率驅動芯片，對執行器的診斷可通過SPI接口與單片機通信，實時讀取故障信息。該后處理系統的電控單元被應用在重汽國Ⅳ重型柴油車輛上，主要包括A7車型和HOWO車型，以滿足重型柴油機國Ⅳ排放法規的需要。經過長期的試驗驗證，證明以單片機XEP100為主控芯片的電控單元具有非常好的穩定性和可靠性，并贏得了良好的市場反映。

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無源保護電路

用于汽車電子產品的無源保護網絡如圖1所示。與此相同或類似的電路廣泛用于保護與汽車12V總線連接的各種系統。這種網絡防止高壓尖峰、持續過壓、電池反向和電流過度消耗造成損害。圖1的電流保護作用很明顯，如果負載電流超過1A的時間很長，保險絲F1就會熔化。D1與F1結合防止電池反向連接造成損害，大電流流經正向偏置的D1并燒斷保險絲。電解電容器大約在額定電壓的150時有一個有趣的特性：隨著終端電壓的提高，這種電容消耗的電流也越來越大，就C1而言，它在輸入持續升高時起箝位作用(最終燒斷保險絲)。雙電池助推時的電壓為28V左右，這不會燒斷保險絲，因為C125V的額定值足夠高，額外消耗的電流很少。電感器增加了很小的電阻，以限制峰值故障電流以及輸入瞬態的轉換率，從而在存在尖峰時幫助C1實現箝位。

無源網絡的主要缺點是它依靠燒斷保險絲來防止過流、過壓和電池反向造成損害。另一個缺點是，它依靠電解電容實現箝位。這種電容器老化以后，電解質會變干，等效串聯電阻(ESR)提高的特性也就消失了，這會損害箝位效果。有時D1采用大的齊納二極管以幫助這個電容器發揮作用。人們已經設計出了有源電路來克服這些缺點。

有源電路

圖2顯示了一個有源解決方案，該方案用于屏蔽敏感電路，使其免受變化不定的12V汽車系統的影響。采用LT1641來驅動輸入N溝道MOSFET，而上述提供無源解決方案就不具備這種附加保護：首先，LT1641在輸入低于9V時斷開負載，以防在低輸入電壓時系統失靈，并在起動時或充電系統出現故障時，減少系統向非關鍵負載提供寶貴的電流的機會；其次，LT1641在首次加電時逐漸升高輸出電壓，對負載實行軟啟動；第三，通過限流和定時斷路器保護輸出免受過載和短路影響。如果發生電流故障，斷路器就以1至2Hz的速率自動重新嘗試建立連接，可以設定保護電路上行線路保險絲的容限，讓它在LT1641的下行線路出現電流故障時不熔化；最后，圖2所示電路隔離出現在輸入端的過壓狀態，同時提供箝位輸出，以便負載電路在出現過壓時能繼續正常工作。

在12V輸入的通常情況下，LT1641將MOSFET的柵極充電至大約20V以充分提升MOSFET的電壓，并向負載提供電源。27V齊納二極管D1的兩端分別連接柵極與地，但是在9至16V的工作電壓范圍內不起作用。當輸入升高到超過16V時，LT1641繼續給MOSFET的柵極充電，試圖保持MOSFET完全接通。如果輸入升得太高，齊納二極管就會對MOSFET的柵極箝位，并將輸出電壓限制在大約24V。LT1641本身在其輸入端能夠處理高達100V的電壓，而且不受柵極箝位動作的影響。柵極箝位電路比無源解決方案的箝位電路精確得多，而且簡單地通過選擇一個具有合適擊穿電壓的D1，就可以輕松調整柵極箝位電路以滿足負載要求。

圖2所示電路在負載電流高達1A左右時工作得很好，但是就更高的負載電流而言，推薦使用圖3所示電路來防止MOSFET過度消耗功率。如果過壓狀態持續存在，如電氣系統由兩個串聯電池供電的時間超過通常所需時間，或負載突降后電流慢速上升以及MOSFET較小時，那么過度消耗功率是有風險的。輸出由D1和D2取樣，如果輸入超過16.7V，那么就向“SENSE”引腳反饋一個信號，以將輸出穩定在16.7V。這里的調節比圖1所示電路的調節更精確，并且可以通過選擇合適的齊納二極管輕松定制，以滿足負載的需求。

總的功耗由“TIMER”引腳限制，這個引腳記錄MOSFET調節輸出所用的總時長。如果過壓狀態持續超過15ms，那么LT1641就停機并允許MOSFET停止輸出調節。在大約半秒鐘以后，該電路嘗試重新啟動。這種重啟周期一直持續，直到過壓狀態消失并恢復正常工作為止。處理過流故障的方法與圖2描述的方法相同。

電池反向保護

簡單地增加一個串聯二極管，就可以給圖2或圖3所示電路增加電池反向保護功能。

在大多數情況下，采用普通p-n二極管就可以，如果正向壓降很重要，可以選擇肖特基二極管。在隔離二極管中的功耗不可接受的關鍵應用中，圖4所示的簡單電路就可以解決這個問題。

在正常工作情況下，MOSFETQ2的體二極管正向偏置，并傳送功率至LT1641。LT1641接通時，Q2柵極獲得驅動，從而完全接通。如果輸入反向，那么Q3的射極就被拉低至低于地電平，Q3接通，從而將Q2的柵極拉低并保持其接近Q2的源極電平。在這種情況下，Q2保持斷開狀態，并隔離反向輸入，使其不能到達LT1641和負載電路。微安級電流流經1MΩ電阻，到達LT1641的“GATE”引腳。

高壓LDO用作電壓限幅器

最高輸入電壓額定值為25V或更低的降壓穩壓器(如LT1616)一般不考慮用于汽車應用。然而，如果與LT3012B/LT3013B等低壓差(LDO)線性穩壓器結合使用，在輸入電壓上的缺點就可以輕松克服。這種尺寸小、效率高的組合如圖5所示，可以在汽車環境中提供3.3V輸出。

LT3013B擁有4V至80V的寬輸入電壓范圍，并集成了電池反向保護功能，無需特殊電壓限制或箝位電路，因此節省了成本和電路板面積。在以適中的負載電流工作時，LDO穩壓器的效率近似等于VOUT/VIN。如果VOUT比VIN低得多，那么LDO的效率就會下降。例如，將12V輸入降至3.3V輸出時，效率僅為28。

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2汽車電子監測關鍵性技術分析

在智能交通系統中主要汽車電子技術、傳感器及監測系統三各部分作用于汽車電子監測，下面對前兩項關鍵性技術進行簡要分析：

2.1汽車電子技術

隨著社會科學技術水平的提高，真空管、集成電路、晶體管等技術的發展促進了計算機信息技術電子裝置的發展進程并擴大了其應用范圍。電子技術在汽車中的應用也逐漸受到了國內外汽車行業的重視，自動優化控制技術、機電一體耦合技術以及電子技術等綜合交叉使得小系統商品的發展已逐漸專業化和成熟化。

2.2傳感器

傳感器即轉換器，通過以轉換行駛車輛電子設備之外信號的方式能夠有效實現將非電量轉化為電量并進行監測的目的，最終使得電能形態被轉換。由于傳感器具有獲取電子設備外信息的功能并實現對行駛車輛安全性能的監測，其作為汽車電子監測的關鍵性技術使得汽車能夠實現電子化、自動化及高檔化。通過利用傳感器的優勢從設計角度出發，對汽車行駛過程中的參數進行控制監測，能夠有效降低汽車燃耗及安全故障的發生率。同時將傳感器與微電腦信息處理功能相結合使其在汽車電子監測技術中具有關鍵性的作用。傳感器設置的數量一般都會以汽車的整體設計情況、軟硬件的配置以及機械結構的差異為依據，在其尺寸、形成及價格等方面進行調整。傳感器的使用通常會受到較為嚴格的要求，由于汽車在行駛中需要適應各種環境條件，環境溫度的變化、路面狀況及異常氣候等因素都會使汽車受到溫度變化的考驗，因此傳感器的設計必須達到抗震、溫度耐受性、耐水及抗電磁干擾等要求。

3在ITS系統中對汽車電子監測技術的設計

電子數據的采集方案設計作為ITS系統中汽車電子監測技術的設計首先需要考慮的問題，通常會以ITS系統的功能為前提對數據采集的時間間隔進行合理設置，并對相關信號獲取的設備對象信息進行采集，從而保證數據采集方案設計的科學合理性，這一方式即程序輪詢式數據采集。此外，還需采取必要手段對采集的數據信息進行相關處理，從而保證系統能夠及時對數據信息進行處理以及信號來源設備的級別。例如，在設計過程中應優先對汽車的安全系統、剎車系統等進行數據采集。汽車電子監測系統以車載嵌入計算機系統為主要實現方式，對其進行設計時應保證整體系統的可靠性、實時性與靈活性。監測系統主要包括數據采集、處理及信息傳輸與執行三個模塊，并以下圖所示的具體流程進行工作。其中數據采集模塊是通過集合紅外線、傳感器、超聲波、攝像機及激光雷達等技術從而實現對汽車行駛中的路面情況進行監測，同時能夠對有行駛路線發生變化等因素造成的異常及故障問題進行快速反映，并收集汽車全局信號對其各項數據信息進行采集。通過利用傅里葉對采集數據信息進行分析和判斷，使得故障診斷就有合理的參考依據。

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1）實時性。快速反應并不是實時性的核心內涵，快速性僅是系統實時能力的表現。當系統不能滿足實時性要求時，必須提高系統的運行速度，而運行速度的提高會帶來系統功耗加大、電磁兼容性下降等負面效應。因而在設計具體的控制系統時，在保證能滿足實時性要求的條件下，應使系統的運行速度降到最低，以滿足系統在功耗、可靠性和電磁兼容性等方面獲得最佳的綜合品質。

2）安全性。安全性是指產品防止、減少故障和事故的性能。硬件的耐高低溫、耐電擊、耐火花、阻燃等從原材料制作工藝到檢測包裝儲運，有效的質量控制是關鍵；軟件漏洞的隱患與后果，如功能的缺失、安全威脅與客戶抱怨等，有一種名為“組策略”的手段提供對微處理器進行更改注冊表來實現軟件的安全。對車輛電子控制安全造成的威脅，可分成局部物理、遠程和內部電子3大類。①局部物理性威脅。通過物理性地接入傳動系統CAN網絡并破壞通信，這種入侵式的攻擊極易破壞汽車關鍵功能。其對策是在一個或多個ECU內部的某處存儲著隱秘的私有密鑰，用于受保護的通信通道，提供局部數據的保護服務，汽車算法、多媒體內容和保密資料都需要私鑰存儲進行數據保護，抵擋凌厲的入侵和攻擊。②遠程威脅。黑客通過偵測汽車的遠距離無線接口尋找網絡安全協議、網絡服務和程序中的軟肋，以找到內部各電子系統中的路徑。與數據中心不同，汽車不可能擁有完整的IDS、IPS、防火墻和UTM，防衛機制的客觀缺失需依靠汽車的關鍵系統必須與非關鍵的ECU完全隔離開，以確保駕駛安全。③內部電子威脅。雖然物理網絡隔離是理想的方案，但接觸點和干擾總是難以避免，安全標準有極大差異的系統間通信的干擾會很敏感。業界又出現強烈的設計整合趨勢，使用更強大的多內核微處理器來實現不同系統的控制，從而將許多ECU變為虛擬的ECU，這將增加源于軟件的威脅風險，從而導致操作系統缺陷、對密碼系統的旁路攻擊以及拒絕服務等。因而，關鍵和非關鍵的系統與網絡之間的接口必須在最高管理層面進行論證和窮盡分析，并按ISO15408等評估安保等級（EAL）6+的最高等級安保標準進行驗證，確認缺陷無虞。

3）可靠性。可靠性是指產品的平均無故障運行時間（MTBF）。為確保可靠性，在汽車電子電路上實施冗余設計，元器件應選用汽車級。高可靠性軟件及安全工程實施原則（PHASE）協議支持最大限度地簡化復雜性、軟件組件架構、最低權限原則、安全軟件和系統開發過程。

4）環保性。產品符合國家相關的環保標準和規定，包括產品是否含有毒、有害原材料，芯片是否含鉛、鎘，EMC輻射是否超標，須有嚴格的檢測和認證。必須認識到切實實施ISO/TS16949和ISO14001僅是一項基礎工作。

2我國汽車電子產業概況

市場化的經濟體制帶來了高效的資源配置，我國汽車電子產業在這10年間有了飛速的發展。在汽車產業高速發展的直接推動下，2012年我國汽車電子市場規模已逾2500億元，連續7年增長率超過30％。其原因除市場需求迅猛發展外，還有國家政策帶動、國際產業轉移和地區競爭的促進。但由于基礎研發工作薄弱，掌握的自主知識產權匱乏，產品在技術上還依附于國外，核心技術仍受制于人，至今沒有世界知名的汽車電子產品品牌和供應商。石油資源日趨緊缺，人們對環境保護的意識在不斷增強。國際上對汽車排放出臺了一系列嚴格的標準，加上人們對汽車的安全性、舒適性和使用壽命的要求越來越高，汽車電子也越來越復雜，進入汽車電子零部件行業的門檻就越來越高。我國汽車電子產業雖實現了持續快速發展，產業的技術水平、規模、機構都得到了大幅度的提升，但這產業鏈中的成就僅局限于加工制造。硬件方面，元器件集成芯片幾乎全從國外公司購買；軟件方面，從開發工具到核心軟件全由國外公司提供；生產方面，從貼片到出廠，從生產檢測設備到技術規范、標準，也依循國外企業。現狀是久負盛名的跨國芯片巨頭能針對特定的應用提供專用芯片及解決方案，使汽車電子產品開發周期縮短，質量有保障，成本較低。這樣更使我國目前幾乎所有汽車電子單元全是由芯片廠商提供設計，而我們只是二次開發。微電子行業基礎核心技術的薄弱是決定我國汽車電子產業在總體上受制于國際跨國公司的根本原因，必須徹底改變。

3汽車電子技術發展趨勢

1）總線化和中央電子控制單元向汽車電子的整體化、系統化邁出了革新的一步。各電子控制單元通過總線進行通信，傳輸當前狀態的信息，接受中央控制單元的指令并執行特定的功能，使車輛行駛功能控制達到最佳水平。總線化還使汽車制造核心技術由硬件逐漸向軟件過渡，由諳熟全程制造技術和掌握汽車各系統、各零部件原理功能的龍頭企業執掌制定切實可用通信協議的主動權。這就導致技術實力弱勢的中小企業只得依附強勢的大公司，促使行業兼并。

2）模塊化。電子技術和多領域高新技術進行系統集成化汽車零部件產品的構成，便于國際化采購和整車廠組裝。模塊化就是根據需求定制，完成所需的功能，以標準模塊的規格作大集成化的封裝，提高功效和可靠性，也簡化配套和整車制造工藝，有利于產品質量得到有效控制。結果將會使現在處于領先地位的行業寡頭逐漸成為系統集成商，電子零部件企業承擔的產品工作量越來越大，汽車零部件產業在汽車工業中的作用和地位更顯重要。

3）智能化。微控制器大量進入汽車電子各系統，帶來控制技術智能水平提高，性能更優越，控制成本更低。

4）規范化和高配普及化。新的汽車電子技術不斷涌現、不斷進步，但有些電子控制技術在汽車上實施還需歷經一段時間，才能在標準配置上被確認。例如，輪胎智能壓力監測系統（TPMS）與ABS、安全氣囊并稱為汽車3大安全系統。但目前，僅在奧迪A8、寶馬7系/5系、奔馳S/E系列等高端車型中作為標準配置。在高度重視汽車安全性的當下，輪胎壓力監測系統必然很快會成為所有汽車的標準配置。就如同ABS從出現到普及一樣，需要一個過程。

5）重視傳感器的研發。汽車電子技術的應用中無處不在的傳感器，在控制技術環節里作用至關重要，應受到充分的重視。我國在傳感器技術的演進發展和實踐中雖已有一定基礎性的成果，但因投入的研發資源遠遠不足，也顯得十分薄弱。必須與汽車電子的研發齊頭并進才能相得益彰。期望在“十二五”計劃期間，我國傳感器技術及產業迎頭趕上。

6）“云控制”技術。計算機技術和信息融合技術已經發展到了云時代。“云控制”技術由以往的局部信息處理到信息共享到現代的信息融合，已經完全突破了汽車“傳感器-避開障礙-目標-方向盤”的傳統固有模式，使實現“目標-方向盤”的自動駕駛成為可能。“云駕駛”將大大提高識別道路行駛目標的效能，同時降低燃油耗費，將使駕駛由低事故向高可靠轉變。

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仿真技術能夠實現較多的教學工作，從現有的教學來看，通過較好的運用汽車電工與電子技術課程方針技術，能夠在很大程度上解決試驗場所、設備不足的問題，更好的創新課程。在案例分析的過程中，可以實現較為真實的效果。首先，學生不必經常下車間進行體驗，而是在課堂中就可以很好的應用和學習汽車電工與電子技術課程，即便是在課下，也可以通過系統來反復的練習，提高了技術的熟練度。以電子工作平臺EWB為例，提供了方便的操作界面，學生可以輕松地完成原理圖的輸入。單擊鼠標，可以方便地完成元件的選擇;拖動鼠標，就可將元件放在原理圖上。EWB具有自動排列連線的功能，同時也允許用戶調整電路連線和元件的位置。第二，在實際的實習中，可以將遇到的問題和學習到的解決方法，利用汽車電工與電子技術課程仿真技術，反復的鉆研和學習，配合其他的案例分析，增加技術上的經驗，對于畢業后的工作，具有較大的積極意義。

(二)著重培養學生的操作能力

使學生對于理論知識與操作技能的掌握達到該專業人才培養目標要求。汽車電工與電子技術課程仿真技術并不是理論上的技術，通過運用該技術，能夠在很多方面完成對人才的較強培養，并且在理論學習、技能操作、個人方法建立等方面，均實現了較大的進步。本文認為，通過利用汽車電工與電子技術課程仿真技術，完全能夠較好的培養學生自身的操作能力。首先，通過在教學中運用汽車電工與電子技術課程仿真技術，能夠更好的完成基礎課程的教學，提高學生的基礎能力，促使學生向著多元化方向發展，培養更多的“一專多能”人才。其次，在運用汽車電工與電子技術課程仿真技術的過程中，可實現拓展課程的全新優化。可以通過汽車電工與電子技術課程仿真技術的幫助，學生可以對課題提出更多的猜想和假設，自己去證明和解答，與教師共同討論，這對人才培養來講，才是最需要的。

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1引言

汽車歷經百余年的發展，其機械結構已經達到了近乎完美的程度，業界對汽車機械性能的改善已經很難再有更大的提升空間。為了提高汽車的可靠性、功能性和舒適性，電子技術在汽車上被廣泛應用。電子技術與機械結構的結合，被認為是當前汽車技術發展過程中的一次“革命”。

汽車電子技術是汽車設計中的核心技術。汽車電子化的程度是衡量一個國家汽車工業發展水平的重要標志。汽車的設計者利用汽車電子技術開發新的車型，把它作為改善和提高汽車整體水平所采用的最重要的技術方案；汽車制造商則通過加快汽車電子化的進程，把增加汽車電子裝置的數量等措施作為汽車的新賣點和奪取未來汽車市場的最重要手段。目前在國際上的中、高檔轎車的設計中，汽車電子產品平均已經占到了汽車制造成本的27。這個數字還在不斷創造新高。據英飛凌（Infineon）公司預測，到2010年用于轎車上的汽車電子裝置的支出平均將占到整車制造成本的50。而在我國，每輛汽車的平均汽車電子設備應用比例要比國際水平低5.5倍[1>。汽車電子技術的發展與應用是目前我國汽車產業進步所面臨的一大契機和挑戰。

可重構計算技術成形于上個世紀九十年代中期[2>。如圖1所示，其主要思想是利用可重構邏輯器件（如FPGA）的可重構特性，通過不同的器件配置文件來改變器件實現的功能，從而能夠以硬件的性能靈活實現多種應用。可重構計算技術避免了微處理器計算模式因為取指、譯碼等步驟導致的性能損失，同時也消除了專用集成電路（ASIC）計算模式因為前期設計制造的復雜過程帶來的高代價和不可重用等缺陷。可重構計算技術目前已經應用在了很多領域，如目標匹配、大數值運算等等，都取得了非常好的效果。

圖1：微處理器、可重構計算、專用集成電路等三種計算模式的比較

汽車電子產品有著很多特殊的需求，而可重構計算作為一項新興的技術，具有的高性能、高靈活性、低開發周期、低成本等特征非常適合于汽車電子領域的應用。

2汽車電子領域的需求分析

從1950年美國通用公司開創了將半導體技術應用于汽車制造領域的先河—將晶體管收音機安裝在汽車上開始，汽車電子產業歷經50多年的發展，目前已經形成了功能多樣化、技術一體化、系統集成化、通信網絡化、技術標準化等技術特征。當前，汽車電子技術已經進入了優化人-汽車-環境的整體關系的研究階段。汽車在滿足安全、節能、環保的同時，將進一步滿足人們生活的需要，向舒適、便利、高效、數字化、信息化和智能化方向發展。

汽車電子技術主要有兩個大的應用領域：一個是汽車電子控制系統，另一個是車載汽車電子裝置[3>。其中，汽車電子控制系統是機械和電子相結合的汽車電子產品，它的工作狀況會直接影響到汽車的性能。而車載汽車電子裝置則是可以在汽車環境下獨立使用的電子裝置，它的性能好壞并不影響汽車的性能。相比之下，汽車電子控制系統的設計與開發涉及到了機械和電子兩個學科領域，這兩部分的研發要協同進行，所以整個過程比較復雜。車載電子裝置是IT行業中的應用在汽車領域的擴展，種類較多，例如遙控中央門鎖、車載電話、后座娛樂系統、GPS導航系統、車載計算機等等。這些產品因和整車的性能無關，可以獨立地進行開發，所以和汽車電子控制系統相比，在開發的環節上比較簡單。

汽車電子領域對電子技術發展的主要需求有如下幾個方面：

·性能高。目前在汽車電子產品中對性能要求最高的部分是車內的信息娛樂系統。一個信息娛樂系統可能包括多通道音頻系統、DVD播放器、GPS導航系統以及免提移動電話等等。這些子系統中涉及到的功能（如視頻處理等操作）需要強大的信號處理能力，對性能要求極高。另外，隨著汽車主動安全理念的深入人心，新的汽車安全系統開始采用圖像、視頻和雷達處理，同時引擎和剎車控制系統也將采用更復雜的計算控制策略，計算量龐大的實時運算將在應付突發事件的時候發揮重要作用。這也給相關的汽車電子產品的處理能力提出了挑戰。

·靈活性強。汽車的設計者和制造商都面臨的一個嚴峻問題是必須保證汽車電子設備的壽命與汽車的壽命相匹配。汽車電子設備的生命周期很短，不斷出現的新興的汽車標準以及標準本身的不斷變化進一步導致選擇標準時必須考慮到其壽命、靈活性以及被接受的廣泛程度。為了保證汽車電子產品能夠緊跟汽車產業的發展，就要求汽車電子產品具有相當的靈活性使其能夠根據需求做適時的改動。在當前各種新的技術標準層出不窮，而業界又缺乏占據有絕對優勢的標準的時候，對汽車電子技術的這一需求顯得尤其重要。

·可靠性高。汽車作為一類特殊的產品，經常會工作在惡劣的環境下，這對應用在其中的電子產品的可靠性提出了嚴格要求。電子產品的精密性使它成為影響整車可靠性、安全性的重要因素。特別是在汽車電子控制系統中，高溫的工作環境往往會給電子產品帶來損傷，這極大地增加了整車的危險性。這就要求電子產品能夠抵御住惡劣工作環境的干擾，同時具有適當的容錯能力，能夠在受到部分損傷的時候將其造成的影響降到最低。

·開發時間短。盡量縮短新車型新產品的研發時間是汽車設計者和制造商追求的目標之一。圖2顯示出在汽車電子產品方面的新技術研發周期是非常短的。這就要求汽車電子技術的研發需要有方便快捷的開發平臺，并且在技術研發上有延續性和可復用性，盡量縮短開發時間。特別是在車載汽車電子裝置的研發中，因為它們與汽車本身的性能無關，所以更可以不受到整車其它部分研發進展的約束，需要在盡量短的時間內開發出適合需要的產品。

·成本低。汽車產業對價格的影響十分敏感。價格是決定汽車產品競爭力的重要因素之一。選用合適的技術、材料和器件對汽車工業的發展起著舉足輕重的作用。隨著汽車電子產品在整車成本中所占份額的增加，盡量降低這部分電子產品的成本是一個極為關鍵的問題。

圖2：汽車領域項目創新周期和開發時間示意圖[4>

以上我們討論了在汽車電子領域對電子產品技術的一些基本需求。除此之外汽車電子產品還需要盡量降低能耗以及減少占據的空間等。

3可重構計算技術在汽車電子領域的應用前景

在當前的汽車電子產品中，大量使用了微處理器和專用集成電路實現關鍵功能。可重構計算技術的出現為汽車電子產品提供了另一個高效靈活的選擇。

可重構計算技術的發展主要依賴于可重構邏輯器件技術和動態重構技術的發展。隨著半導體技術的進步，目前商用的可重構邏輯器件在單片上已經可以集成數以百萬計的基本邏輯門單元和其它各種復雜的計算邏輯，甚至有的高端器件上已經集成了多個微處理器核進一步加強器件的計算能力[5>。這為原來只是用于實現簡單的膠合邏輯和原形系統設計的可重構邏輯器件能夠逐步占領計算系統的核心地位提供了基本支持。動態重構是當前可重構計算技術的研究熱點之一，它是指在不影響當前系統正常運行的前提下，將可重構邏輯器件上的部分資源配置為新的功能，從而提高資源利用率和增加系統性能。動態重構是可重構技術的發展方向，目前主要集中在如何減少器件重構開銷、優化資源調度等方面的研究上。

與傳統的采用微處理器和專用集成電路的汽車電子產品相比較，利用可重構計算技術的汽車電子產品具有以下優點：

·可重構計算技術能夠高效實現特定功能。可重構邏輯器件上都是硬連線邏輯，它是通過改變器件的配置來改變功能的。器件的配置信息一旦被加載，整個系統就可以以硬件的性能大大加快功能的實現。汽車電子產品中那些計算量龐大的功能，典型的例子如視頻處理，其核心算法是定點數據上的算術密集型信號處理操作。經過研究發現，這些操作是適合在可重構邏輯器件上高效實現的。將可重構邏輯器件用于加速核心算法的執行，再補充另外的微處理器與之耦合用于執行輔助功能，如輸入、輸出等操作，是很好的可重構計算系統的構建方式。目前已經有多個利用可重構計算技術的高效的視頻處理系統，并已經在汽車電子領域廣泛使用[6>。

·可重構計算技術能夠通過動態改變器件配置來靈活滿足多種功能需求。動態可重構特性使得同一可重構邏輯器件能夠滿足不同的設計需求，這一點是傳統的專用集成電路計算模式不能夠達到的。汽車電子產品不同于一般的電子產品，它受到了很多因素的束縛。例如車型的限制，采用相同基本設計的同一款汽車會有經濟型、標準型和豪華型等不同型號。這就要求針對不同的型號都要有相應的電子產品支持。為每個型號的汽車都分別設計專門的計算核心單元和電路的代價是高昂的，可重構計算技術就可以消除這個障礙。汽車設計者可以僅開發出一款運用了可重構邏輯器件的原型系統，然后根據不同的車型要求靈活地將可重構邏輯器件配置為相應的功能。另外，由于在業界缺少占有絕對優勢的標準，采用何種技術標準也是設計者必須解決的難題。例如，當前車上總線就有LIN、CAN、MOST等多種標準共存，不同標準的技術參數都有很大差異，為了使這些總線標準間不發生沖突，就可以考慮利用可重構邏輯器件作為各標準間的橋接邏輯。

·可重構計算技術適合惡劣工作環境下的應用。當前的可重構計算技術已經經受住了很多極端工作環境的考驗，例如NASA的“勇氣”號和“機遇”號火星車上就使用了大量可重構邏輯器件。在汽車應用領域，溫度會給汽車電子產品帶來最大的損傷。業界最高的節點溫度是150攝氏度，而用于惡劣環境下的可重構邏輯器件的特殊封裝足夠保證系統在此情況下的正常運行。利用可重構邏輯器件的另一個優勢是不需要微處理器必需的散熱系統，大大減少了電子產品占據的空間。另外可重構邏輯器件具有的大量的冗余可重構邏輯資源，使得當器件的某些區域被破壞的時候，系統可以使用動態重構技術自動避開這些區域同時利用周邊的其它邏輯資源組合替代該區域被破壞的功能。

·可重構計算技術具有強大的技術支持來加速產品開發。不同于專用集成電路的設計，可重構計算技術不需要大量的NRE（Non-RecurringEngineering）工作。器件廠商會配合不同的可重構邏輯器件提供相應的開發工具和流程，同時還會提供大量參考設計和IP核以減少設計者的重復勞動并提高設計的可靠性。還有很多技術已經成熟的仿真工具和驗證工具可以在設計的各個階段用于保證設計的正確性，減少了出錯返工導致的時間浪費。

·可重構計算技術的使用能夠大大降低系統成本。系統成本的降低主要體現在兩個部分：一個是在設計過程中，另一個是在運行過程中。目前的車用可重構邏輯器件的單價最低已經降至1.5美元，而且利用它實現應用的開發成本又遠遠低于專用集成電路。可重構邏輯器件的靈活性使得它不必像專用集成電路一樣，一個細微的修改就會導致整個電路的重新設計與制作。同時，在系統運行的時候經過分析可以確定有的功能不會同時被使用，那么設計者就可以考慮利用動態重構技術在不同的需求時段里分別實現這兩個功能，做到“一片多用”，節省了資源、空間和成本。

從上面的討論可以看出，將可重構計算技術應用于汽車電子領域有著很大的優勢，是切實可行的技術方案。當前，業界也已經注意到了可重構計算技術的應用前景。

4可重構計算技術在汽車電子領域面臨的問題

雖然可重構計算技術當前已經在多個領域取得了長足進展，但是在汽車電子領域具體應用的時候，還會面臨很多問題。下面列舉幾個最典型的問題：

·可重構邏輯器件的選型。目前生產商用可重構邏輯器件的幾大廠商：Xilinx，Actel，Altera和Lattice等都已經開始關注汽車電子領域并陸續有產品推出。這些產品的硬件結構、處理能力和市場價格等都各不相同。如何針對應用進行合適的器件選型是一個非常重要的問題。當前的可重構邏輯器件基本都是基于SRAM、Flash或者反熔絲技術。這三種技術各有千秋，其中主流的基于SRAM的器件目前已經具有非常強大的處理能力；基于Flash的器件較少但是性價比較高；基于反熔絲技術的器件不具有多次重構的能力但是可靠性較好。所以針對不同的應用場合進行器件選型需要在對應用和器件信息都非常熟悉的基礎上進行。

·可重構邏輯器件上應用的實現。雖然目前已經有多種方法簡化了利用可重構計算技術實現應用的開發過程。但是用硬件描述語言或者硬件原理圖來設計由可重構邏輯器件執行的應用程序對于大部分應用開發者來說還是陌生和困難的。為了排除軟件設計者在軟件算法的硬件化實現中碰到的困難，已經有多種類高級語言的硬件描述語言被開發出來，但是這些技術還并不成熟。由EDA軟件廠商推出的各種硬件應用設計軟件，也還存在著一些局限和缺陷，而且不能夠完全發揮出可重構計算技術的威力。這就要求汽車電子產品的設計者務必掌握利用可重構計算技術的設計思想并將其滲透到產品的設計中去。

·可重構邏輯器件的可靠性保證。不同于傳統的微處理器和專用集成電路計算模式，可重構邏輯器件是通過改變器件配置來改變功能的。特別是基于SRAM的器件，是由存儲在器件上的配置信息來控制器件中各邏輯單元間的硬連線的。因此通過配置端口輸入其它的配置信息就可能改變甚至損壞器件的功能，而在以前則不會出現類似情況。為了防范這些問題，就需要在關鍵電子設備上采用基于反熔絲技術的只能一次重構的可重構邏輯器件或者使用對配置信息加密等方法。

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通訊系統可以說是汽車電子信息系統的核心和中樞，同時也是車輛內部系統和外部網絡實現信息交互和重要橋梁，對于實現系統的各項功能而言有著不可替代的作用。從目前來看，在汽車電子信息系統中，最為常用的是GPRS無限數據傳輸系統，按照相應的網絡協議，利用傳統GSM網絡的相關資源，進行數據的傳輸工作，可以保證數據傳輸的速度和質量。不僅如此，在不斷的發展過程中，全球的運營商都針對商用GPRS系統進行了研發，為車載通訊系統提供了必要的網絡支持，也使得汽車電子信息系統有了一個接入時間短、傳輸速率高、安全可靠的信息交互平臺。

2車載嵌入系統

在科技發展的帶動下，車載系統的嵌入技術愈發成熟，逐漸成為汽車信息網絡的控制中心。車載嵌入系統可以對車輛內部設備的運行狀況進行檢測，一旦發現異常，可以立即向駕駛人員發送相應的警報信息，如語音提示或燈光信號等，同時針對故障進行前面細致的分析，向駕駛員提出合理化建議，如停車檢修或者調整路線前往維修點等，對安全事故進行規避，保證行車安全。在車載嵌入系統中，利用相應的處理器、GPS接收機、GPRS模塊以及人機交互接口等，可以構建出一個具備強大通信能力和信息處理能力的平臺，利用無線通訊、藍牙數據交互等網絡通訊技術，實現信息的交互和共享。系統的標準化和模塊化設計不僅便于系統功能的實現和維護，也使得其具備良好的拓展性，可以實現車輛定位、動態導航等功能。

3外部系統

從目前的發展情況看，外部系統包括一個專業的門戶網站，可以為每一位用戶提供個性化的服務，滿足用戶不同的使用需求，同時還可以根據相應的情況，進行動態更新，為用戶提供完整、合理、準確、可靠的信息。需要進行動態更新的情況包括：汽車自身的地理位置，或者用戶指定的道路路況圖；用戶的具體需求；與汽車服務供應商服務協議的相關內容；汽車在行駛過程中遇到的特殊狀況。

汽車電子信息系統功能的實現，不僅需要相應的硬件資源，還需要良好的軟件支持，因此，做好系統軟件的設計工作是非常重要的，應該重視以下兩個方面的內容：

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1、講解示范與規范練習相結合

講解和示范在技能訓練過程中是不可缺少的，準確講解與標準示范有利于學習者不斷的調整頭腦中的動作表象，形成準確的定向映象，進而在實際操作中可以調節動作的執行。示范操作必須按照正確的姿勢去準確地操作，教師的肢體移動，一招一式，乃至指向解說必須標準、規范，不能有任何的多余動作、不良動作，更不能有錯誤動作，以免造成學生錯誤模仿。練習是技能形成的基本途徑，是有目的的、有步驟、有指導的活動。教師的準確講解結合操作示范，可以使學生具體、直觀的感受到所學操作技能的形成過程，加深對技能訓練內容的理解。

在汽車電工技能訓練過程中，教師對每一種電工工具、儀表儀器的使用方法要講解清楚。例如：關于萬用表的使用，教師要講清以下幾個方面：①萬用表要水平放置；②使用前應先檢查指針是否指在零點；若不指在零點，應先進行機械調零；③萬用表面板上有兩個插孔，分別標注“+”、“-”兩種符號。測量時，應把紅色表棒插入“+”插孔，黑色表棒插入“-”插孔；④根據測量的種類和量程調準轉換開關的位置；⑤選擇合適的量程。測量電壓和電流時，如事先不知道被測量的大小，應把轉換開關撥到最大量程試測，然后根據指針偏轉情況逐步變換為合適的量程，再進行測量；萬用表的指針偏轉到滿刻度的三分之二位置以上時，表明量程合適，測量結果比較準確。測量電阻時，萬用表的指針偏移到歐姆中心值時，測量結果最準確。⑥萬用表使用完畢后，務必將轉換開關置于交流電壓的最高量程檔，以防他人誤用，造成損壞。

在準確講解的基礎上，結合動作示范，指導學生進行規范練習，做到講練一體化。因為實習教學就是以專業理論的系統性和工藝過程的連貫性為內在聯系的技術技能的有效傳授方式，所以在給學生作操作示范的過程中，應輔以必要的“解說詞”，交待動作的順序和要領，講清操作的關鍵和理由。講解的語言應當注意邏輯性和專業術語化。例如：使用萬用表測量電阻，第一步，把萬用表轉換開關放在電阻檔上，選擇適當量程（測量前根據被測電阻值用表的轉換開關選擇適當量程，一般以電阻刻度的中間位置接近被測電阻值為好）。第二步，量程選定后，測量前將兩個表筆短路，調節調零旋鈕，使指針在電阻刻度的零位上。第三步，將兩個表筆分別與電阻兩端相連接，讀出電阻的讀數。傳授給學生正確的操作方法之后，讓學生自主練習。這些看似簡單的操作，如果學生不能使用正確的方法進行規范練習，很難達到預期的訓練效果，甚至發生儀表損壞等故障。特別是對于一些學生容易出錯的操作規程，一開始就應該讓學生進行規范練習。

2、循序漸進與啟發引導相結合

技能訓練是一個循序漸進的過程，操作技能的形成，一般都要經過掌握局部動作階段、動作交替階段、動作協調階段和動作完善階段。在教學過程中，必須遵循課題的邏輯順序，由淺入深、由易到難、由簡到繁由局部到整體、由慢速到快速地進行，使學生易于理解和記憶、便于掌握和鞏固所學的基本操作技能。不可貪多求快，否則會欲速則不達。筆者認為整個汽車電工技能訓練過程可分為四個階段：第一階段，安全用電常識及常用工具、儀器、儀表的正確使用。教師對學生進行必要的安全用電常識教育，使其了解電的性能，熟悉電工操作規程，學會正確使用常用儀器儀表，為安全、有序、正確、規范的汽車電工技能訓練打下良好的基礎。第二階段，用常用儀器、儀表檢測汽車電器各總成件。要求學生了解汽車電器各總成件的結構與作用，熟悉它們的技術性能和主要參數，掌握各總成件質量的判斷方法。第三階段，綜合性技能訓練。著重培養學生綜合知識的應用能力及實踐能力，要求學生將所學過的知識進行綜合，通常一個技能訓練課題中用到幾部分內容，當同學以學過全車線路的有關基礎知識，例如：電源系、啟動系、點火系等概念后，讓學生綜合運用這些知識對車輛電路故障進行檢測。教師對技能訓練的內容進行簡單的講解，然后引導同學按步驟進行檢測。第四階段，熟悉協調和操做水平的提高。在學生掌握如何診斷與排除汽車電路故障以后，應著重強調工藝要求，并讓學生運用中間斷路法進行故障的診斷與排除。上述四個階段是一個由淺到深、由易到難的過程，教師在技能訓練過程中應按照循序漸進的原則進行講解，同時對重點、難點問題，堅持循序漸進和啟發引導相結合。例如：在前照燈光線路連接時，采用把實驗分成兩部分：先讓學生自己動手進行燈光線路的連接，當學生看到自己連接的前照燈線路接上電源后即正常發光時，欣喜之情溢于言表，學生對實習產生濃厚的興趣；此時再讓學生把變光線路燈光繼電器線路接上進行實驗，從而達到化繁為簡的效果。另外，對學生技能訓練中出現的問題和錯誤加以啟發性的分析，如學生在不解體檢測硅整流發電機時，測出的數據有時是錯誤的，但不知道如何檢查和判斷數據的正確與否，這就需要老師給予啟發和指導，引導學生分析產生測量數據不符的原因及檢查方法，一步步給予指導，通過教師由淺入深的逐步引導和分析，學生對檢測方法有了整體上的認識，并將逐漸提高如何發現問題和解決問題的能力。3、正確評價與反饋整改相結合

正確評價技能訓練成績是激發學生熱情、調動學生積極性的重要手段。通過考評發現問題，并及時反饋給學生進行整改，做到正確評價和反饋整改相結合，逐漸提高學生的操作技能。在技能訓練過程中，筆者采取多元化的評價方式評價學生的成績，具體做法是：①將技能訓練成績分為應知和應會兩部分，既考核理論知識，又考核實際操作。②采取教師與學生評價相結合的方式，除了教師根據學生操作情況進行評定成績外，設定一定比例的學生的自評分。學生的自評分，又分為學生本人自我評價和小組評價。③讓一位學生操作，其余學生觀看，通過評議得出分數。④每進行一次技能訓練評定一次成績。對那些不滿意自己目前成績的同學允許他們通過一段時間練習改進后重新評定成績，引導并鼓勵學生對自己不斷提出新要求，從而達到不斷提高、不斷創新的目的。多元化的考核方式有教師考核、學生自我考核、師生間、學生間能相互學習相互促進，極大調動了學生技能訓練的積極性，效果很好。教師在正確評價的基礎上及時將信息反饋給學生，對出現的問題，提出整改措施，達到糾正錯誤提高技能的目的。另外，筆者還通過舉辦一年一度的學生技能比賽，考核學生獨立完成實際操作任務的能力，檢測學生的技訓水平。例如：2007年11月份筆者組織的汽車電子工程專業學生技能比賽，考題是《硅整流發電機故障的檢修》，要求學生在規定時間內，完成檢測與維修，并有一定的工藝要求。通過嚴格的考評，不僅能比較公平地評定技能訓練的成績，而切可以督促學生認真、規范地完成技能訓練的每一個環節，增強學生的競爭意識，提高技能訓練的實效性。教師要培養學生善于從自己的體驗中獲得內部反饋信息，發現自己操作中存在的問題，確定改正方法，并主動地嘗試、糾正與自我完善。

二、技能訓練過程中應把握“三個環節”

在技能訓練過程中，教師應把握好以下三個環節：第一個環節：教師引導學生參與；第二個環節：教師輔導學生操作；第三個環節：教師指導學生應用。教師活動主要表現為引導-輔導-指導，學生活動主要表現為參與-操作-應用。筆者認為學生的技能訓練既要適合專業的崗位需求，又要注重中職學生動手能力的培養，提高學生的職業技能。

1、教師引導學生參與

教師引導指技能訓練起步上的引導。中職學生文化基礎比較薄弱，學習興趣不濃厚。由于汽車電子工程專業課程理論較深，專業性、實踐性強，許多學生學習存在一定的困難，上課聽不懂而學不好，由于學不好而不愿學，因此學習動力不足，容易失去信心，產生厭學情緒。教師要善于正確巧妙地引動學生，激發學生的學習興趣，做好知識儲備，保證技能訓練的順利進行。初次接觸技能訓練，部分學生存在對“電”的恐懼心理而縮手所腳，教師應加強引導，對學生進行必要的安全用電常識教育使其了解電的性能，鼓勵學生多動手、多實踐。同時教師還應對安全文明操作規范和如何防止操作中易出現的問題做出必要的說明，列舉錯誤操作可能帶來得危害。例如：按裝起動機往接線柱上連接電源線時，首先要注意，工具不能與鐵接觸否則會出現打火現象，同時指出螺母緊固要適當，如果過緊，不僅費事費力，而且還會將起動機電磁開關絕緣墊損壞。小的失誤可能造成嚴重的后果，這樣非常簡單的細節如不按規范去做，可能存在重大安全隱患（老師可以演示一遍）。

2、教師輔導學生操作