一些关于汽车电子的话题

混合动力和系统控制的课题

　　1997年上市的HEV在这10年来逐渐获得了市场。通过改进其配备的主电池的配置位置，在维持舱室容量等参数不变的情况下实现节能的壮举具有划时代的意义。可以说这改变了用户的认识，指明了今后汽车发展的方向。

　　但HEV无论是单马达式，还是双马达式，都是在发动机的基础上附加马达，从本质上来说增加了部件的数量。因此存在复杂程度增加，容易导致成本上升的问题。

　　实现HEV的最大课题是主电池。可以说，正是因为开发出了需要重复随时充放电的HEV需要的镍氢充电电池，HEV才得以成立。现在，性能更高的锂离子充电电池正在开发之中，大幅的小型化和高功率化值得期待。但是，对于EV和与之相近的插电式混合动力车（PHEV）、增程发动机EV等车辆，由于配备的电池容量增加，因此，性能比现在更高的电池也有望得以实现。

　　对于HEV和EV等电动车辆的普及，电池以外的马达和逆变器等部件的小型化和低成本化同样重要。马达虽然历史悠久，但包括绕线方法、磁铁配置在内，小型化研究依然火热。逆变器方面，新功率元件的开发值得期待，以冷却技术改良为基础的小型化也在推进之中。此外，包括车辆控制在内，通过马达控制和电池控制等方式提高能量使用效率的研究也必须持续下去。

　　与10年前相比，从事HEV和EV开发的技术人员数量激增。不用说汽车厂商和部件厂商，电机厂商、各种研究机构也积极开始参与。不光是日本，这也成为了全世界的动态。这一潮流不会停止，今后还会继续加速。

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展望未来的汽车电子

　那么，汽车电子在今后将走向何方呢？准确预测未来并不容易。但我们可以思考未来的合理走向。在此，本文将探讨21世纪汽车方向和汽车电子应有形态。

　汽车电子变迁和汽车发展的年表如图所示。对于诞生于20世纪上半期，拥有120年历史的汽车产业，与电子的关联只集中在近30年间，仍处于发展阶段。


  
汽车电子的变迁

汽车与电子的关联集中在最近30年，仍在发展之中。

　　1900年以后，以T型福特为代表的汽车进入批量生产时代。但初期的汽车技术大部分是由机械技术和燃烧技术发展而来，是没有电子干预的前电子时代。随着晶体管和IC的开发，这一情况在上世纪70年代后出现了重大转变。尤其是1980年以后，以发动机控制为先锋，电子技术开始投入使用，揭开了个别系统飞跃式发展的汽车电子第1幕。

　　第1幕时代的汽车以“更快，更安全，更舒适”为追求，在此基础上还要求“尽量减少尾气”。“更快”的代表是F1赛车，而竞争车辆性能也成为了20世纪的汽车文化之一。

　　另一方面，如今，电子技术发展再次带动了机械技术和燃烧技术的进步。今后，除了延续过去的方式，实现个别系统的高度化之外，对于围绕汽车的环境变化也需要加以适应。比方说，包括应对新兴国家市场需求加大的汽车低成本化，应对原油枯竭，降低CO2排放，减少交通事故造成的死伤者数量在内，此前的课题将愈发严重。对于这个时代，找到解决措施已经成为了必须任务。

　　而且，时至今日，面对“21世纪的汽车是什么”这一根本性问题，人们已经需要在社会系统中思考行驶性能、安全性、舒适和便利性的发展。可以预见的是，旨在与列车联动的多模方式和借助信息通信的ITS（高级道路交通系统）的实用化将全面展开。这就需要设想出汽车的新用途，预测各系统的需求，使进化后的关键技术与之完美匹配。

　　在这个意义上，今后可谓是汽车电子拉开第2幕的时代。以实现不相撞的汽车为目标强化与外部的通信功能、以单个故障不导致实际危险为目标配备功能安全、实现超低燃耗、电动化等有望成为今后的方向，车辆安全估计会得到进一步发展。

ECU的结构与控制内容的变化

　　随着时代转入汽车电子的第二乐章，ECU的结构和控制内容也可能发生变化。

　　图示的是各ECU群今后的方向。此前主要分成动力传动系统、车体、行驶安全、信息等四大群的ECU将通过深化联动发展网络化，在另一方面还将发展综合化。在动力传动系统领域，HEV和EV将迎来普及期，在行驶安全领域，预防安全将得到发展。而在信息领域，焦点估计会向能耗更低的环保且安心放心的汽车转移。


  
ECU今后的方向
向深化各ECU联动的方向前进。

　　从整体来看，随着HEV和EV的增加，车辆产生的热量减少，包括冷暖气需要的热管理、降低行驶能量和辅机类耗电量在内的能源管理应该会成为一大课题。

　　另一方面，随着传感器和致动器智能化的发展，具有通信功能和用于提高精度的校正功能的智能传感器和智能致动器估计将会普及。机械部件方面，可以预测，为了实现控制电路内置，机电一体技术将会进步，从而达到简化线束和提高机械精度的目的。

　　上述ECU的动向不仅对半导体的发展，估计对功能安全的思路和软件制作方法等方面也将产生影响。

2020～2030年可能出现的课题是什么

　　作为重大变化的背景，除了提高燃效、燃料问题之外，汽车的安全和放心也会成为这一时期的焦点。与追求“更快，更安全，更舒适”的以往汽车相比，“更安全，更放心”的比重估计将会增加。在这个转换期内，包括呆在车内的方式在内，应该会产生各种变化。比方说，现在，驾驶员需要在驾驶时随时留意周围情况，一旦自动驾驶车道实现，汽车可能会变成一边行驶一边放松的交通工具。这样不仅在燃效方面有利，而且有望提高安全性。

　　下表总结了各领域10～20年后的需求（表1）。

  

　　①发动机控制方面，尾气排放规定将更加严格。借助增压的小型化，汽油发动机中燃效最高的HCCI（均质混合气压燃）将成为开发内容。发动机内部的实时观察和缸内同时点火将成为必需，缸内压传感器、激光点火、等离子点火技术将面临需求。

　　②HEV和EV方面，首先，功率半导体——氮化镓（GaN）和碳化硅（SiC）等高耐压、大电流驱动元件的实用化将会开始。而且，电池技术需要实现突破，取代锂离子充电电池的新一代电池有待出现。对于主要动力源马达，遏制了反电动势的感应马达的实用化值得期待。虽然均为电子技术，但其控制需要采用新的算法。

　　③车体控制、行驶安全控制与信息系统将融为一体，安全商品的开发节节攀升。其中包括驾驶建议、走神警告，车辆状态历史、汽车黑匣子的导入等。

　　④车辆管理方面，管理功能安全和能源整体的系统估计会成为需求。因此，软件必须采用层次化设计，HILS（hardware in the loop simulator）和SILS（software in the loop simulator）等车辆整体仿真技术必不可少。

　　⑤远程服务方面，燃效驾驶辅助和准自动驾驶辅助将开始出现。随着现有远程安全技术的进步，监控车辆行驶情况、协助完成远程驾驶操作的无人车道导航等新一代系统将向实用化发展。从上世纪90年代开始，ITS受到的期待开始升温，今后，随着支持中心质量的提升，远程服务估计会向上述方向发展。与此同时，通信品质也需要大幅提升。

　　从20世纪末开始飞跃的通信技术仍处在发展阶段。需要开发的通信技术在水平上完全不同于输送语音的现行通信网和允许重复发送数据的现行数据通信网。只有进入可以确保通信绝对品质，而不是依靠QOS（通信质量）概率保证信号的时代，车用通信技术才能真正实现普及。

20世纪是人类拥有汽车，将其变成年产量高达7000万辆的庞大产业的时代。21世纪初，随着中国和印度等地的崛起，年产量达到1亿辆也已近在咫尺。21世纪的前25年会延续20世纪的趋势，汽车产业仍然在BRICs等国飞跃式发展。

但面对着随之出现的能源问题、环境问题、安全问题，21世纪的汽车需要重新审视存在意义。虽然目前还是在“市场营销（market in）”的经济原理下，以“更快，更舒适”为优先，但“应有形态”更受重视的时期已不再遥远。技术需要着眼于未来，先行予以储备。

多看点东西,长知识了.