汽车机电论文大全11篇

绪论：写作既是个人情感的抒发，也是对学术真理的探索，欢迎阅读由发表云整理的11篇汽车机电论文范文，希望它们能为您的写作提供参考和启发。

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复杂功能

这些特色仅是冰山一角，其它精心设计的复杂功能虽不会被乘客看到或摸到，却会影响他们的行车经验，这些功能也逐渐导入汽车设计。感应照明系统、多轴调整座椅、智能型天候控制系统、防撞系统和动力巡航控制在21世纪汽车市场变得格外重要。消费者甚至期望车商提供高质量的仪表板功能。要将这些先进功能导入汽车系统往往需要付出代价。

汽车电子设计人员的一项挑战是迅速推出新的电子元器件，提高乘客的舒适性、安全保护和其它加强功能。设计人员必须缩短整体的设计与认证时间和增强现有系统功能，并且不能影响日益严格的质量与可靠性要求和成本目标。为了克服这些挑战，汽车电子设计人员需要集成度更高的解决方案以便提高系统的功能密度。混合信号元器件的高功能集成就是很有吸引力的一项替代方案。

捕捉、运算和通讯

几乎所有的嵌入式汽车电子系统都必须执行捕捉、运算和通讯等三种功能。“捕捉”是从实际世界取得信息，再将它转为数字形式。这可能是车胎监控系统的压力传感器所传来的模拟电压，或是碰撞侦测感应器I/O接脚的上升沿波形，这个感应器可能会连接到安全气囊的触发系统。“运算”是指在应用环境下处理数字信息的能力，例如安全气囊控制器可能在极短时间内就决定不启动安全气囊，因为它发现座位上有小孩。“通讯”是指将处理结果传送给其它需要该信息的系统，譬如启动指示灯就是很简单的例子。其它复杂功能可能会通过网络总线把排气系统的一氧化碳含量告知引擎管理计算机，以便提高燃油的氧气混合比例。解决方案的有效性最终将由系统执行这三种功能的程度决定。

新设计挑战

油箱感测是一个很好例子，说明汽车电子设计人员所须面对的挑战。仅在几年前，油量传感器还是一个相当直接的设计问题。它包含一个简单的浮筒装置，上面有扫描式碳刷接触着电阻性表面，它会使得模拟输出电压正比于油箱的剩余油量。但对今日汽车而言，通常必须等到平台设计快结束时才会开始油箱设计，而且多半要利用任何尚未使用的空间。这可能使得油箱的形状怪异，容量也不再与液面高低成正比，这会让浮筒系统的设计变得很复杂。更重要的是，替代燃料的出现和燃料衍生物让油箱的燃料成份变得很重要。举例来说，汽油与乙醇燃料的比例会影响点火、燃烧时间和废气排放等引擎动力特性。厂商现已认为新一代油箱传感器必须能决定燃油成份，同时将这项信息提供给汽车的其它电子控制系统。这使得过去被认为很简单的感测设计现已变为一种复杂的分析控制挑战。

值得注意的是，几乎车内的所有系统都在扩充功能。主动式露点(dew-point)控制器正在取代挡风玻璃除雾功能，它可以避免或排除水滴凝结所需的条件。雨水感应雨刷系统则会把马达控制和雨水感应功能整合为一套系统。下一代防夹车窗与天窗的关闭则是这些安全系统的微电子元器件所需整合的另一代表性应用。

第一代防夹技术

第一代防夹设计通常包含一套由电动马达驱动的机械驱动系统。马达电流由一颗控制器监测，然后与代表失速状态(stallcondition，亦即马达转动受阻)的固定临界值比较；只要达到该临界值，车窗方向就会从上升反转为下降。这套系统如图1所示。

图1：第一代防夹车窗升降系统的控制图

第一代设计有几项缺点。首先是要开发一套方法分辨马达启动和车窗受阻时的马达失速电流(图2和3)。为了达到这项要求，比较电路中增加一段固定延迟时间，确保它只在马达转动后才开始比较失速电流临界值，只不过这种做法有时无法为半开的车窗提供防夹保护。举例来说，如果车窗的起始位置仅距顶端10毫米，那么在临界定时器的计时结束前，车窗很可能早已撞到顶端的挡板(hard-stop)。

图2：关闭车窗时的电流变化

图3：关闭车窗遇到阻碍时的电流变化

第二个缺点是机械系统的参数会随着时间改变，这会影响马达的工作负载，使得防夹临界值变大或变小。

最后，这些系统由于使用固定临界值，所以无法适应行车环境的改变。车窗密封条的热膨胀效应会让温度变化对工作负载产生很大影响。汽车静止时关闭天窗所需的力量与行驶中车辆有很大不同，在平滑路面升起车窗所需的力量也不同于车辆在石头路上行驶时。在这两种情形中，无法补偿这些变动的状况都会影响安全或造成车窗无法正常操作。

设计人员过去是以不同方式应付这三项重要挑战。在有些情形下，他们会增加更多的传感器或使用更精确的控制材料与元器件来减轻这些问题，但这些方法都会增加设计的成本与复杂性。这使他们日益需要一套低成本的防夹功能设计来克服这些缺点。

新的设计解决方案

如图4所示，一颗包含高速中央处理单元(CPU)和高效能模拟数字转换器(亦即带宽大于180MSPS和分辨率超过12位)的混合信号微控制器是此问题的最佳解决方案。

图4：采用混合信号微控制器的防夹系统

这种做法让设计人员利用一颗微控制器同时执行马达的通讯功能和监控马达电流。通讯噪声可由芯片内建的模拟数字转换器直接在马达电源电路的电流传感器(亦即分流电阻)上侦测。这种方法能更精确分辨马达处于转动或失速状态，不仅比较器电路不需再增加一段固定延迟时间，就算车窗已经半开也可提供完整的防夹功能。

如图5所示，系统会根据历史数据和参数计算结果设定可变的马达电流临界值，以便动态响应马达负载变动和将系统扭力限制在适当范围，同时将长期因素(例如马达磨损和密封材料老化)和短期因素(例如环境、湿度、温度和振动)都列入考虑。另外，系统还能与其它的电子控制装置(ECU)交换信息，把外界温度和车速等信息当成加权输入来决定适当的临界值(参考图6)。利用其它系统不仅会提高整体系统效能，还能避免在车上重复安装传感器的额外成本。

图5：使用可变临界值后的车窗关闭过程电流变化

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2汽车电子技术领域新技术的发展应用趋势

2.1智能传感器技术

随着人民群众的需求发展，智能化传感器技术亟待普及。具体来讲，未来的汽车传感器应具有模拟和处理信号的功能、对信号放大和处理的功能、较强的抵抗外部电磁干扰的能力、自动进行校正功能等。

2.2多媒体娱乐与智能通讯系统

现阶段，随着智能交通系统的发展，信息通信技术和计算机网络技术应用的普及，交通指挥中心和司乘人员之间的通信已经很通畅，未来更多的应用将在网络导航、行车指南、无线因特网以及汽车与家庭等外部环境的互动和远程救援等方面开展。汽车逐步将变成移动的工作和休闲娱乐场所。

2.3安全防护技术

安全防护设计软硬件两个方面。硬件安全性从耐高低温、耐电击、耐火花、阻燃等方面考虑，质量监控是主要手段。软件方面，软件漏洞的隐患与后果，如功能的缺失、安全威胁等。对车辆电子控制安全造成的威胁，主要从局部物理、远程和内部电子三个方面考虑。

3汽车电子技术的应用领域展望

（1）汽车整车系统总体控制。各功能单元通过总线进行通信，传输信息，接受中央控制单元的指令并执行特定的功能，使车辆行驶功能控制达到最佳水平。系统化还使汽车制造核心技术同时重视硬件和软件，由技术成熟者牵头各相关企业制定切实可行的通信协议，使得技术实力弱势的中小企业围绕强势的大公司，促使行业整体良性发展。

（2）功能模块化。各种技术进行系统集成化，使得汽车零部件产品功能模块化，便于企业之间采购和组装。以统一标准进行模块的集成和接口，标准化的配套和整车制造工艺统一，有利于产品质量得到有效控制。汽车电子技术应用于各个功能模块，使得所有功能模块协调控制，统一服务于整个车辆。电子零部件企业承担的职责将越来越大，汽车零部件产业在整个汽车工业中的作用和地位将越来越重要。

（3）高配成为标配。汽车电子技术新产品的应用变得普及。经过近些年的发展，实际应用。在未来汽车电子控制技术在汽车上将作为标准配置被使用。先如今，轮胎智能压力监测系统（TPMS）与ABS、安全气囊并称为汽车三大安全系统，仅在奥迪A8、宝马7系/5系、奔驰S/E系列等高端车型中作为标准配置。在电子技术的发展和人民大众对汽车安全性的重视之下，不久的将来，这些东西很快会成为所有汽车的标准配置。现如今ABS已经普及。

（4）传感器技术的应用。在汽车的电子控制过程中，传感器技术的应用已经有了一定的基础。当前我国在高档车辆上开始逐步使用传感器技术用于辅助的驾驶防撞。另外在汽车驾驶考试过程中，传感器技术在考试各关键评分环节应用，但是在普通的民用环节还缺少物美价廉的更多产品。传感器相关产品必将在汽车电子技术相关产品的应用过程中起到较大作用，以促进车辆驾驶的智能化。

（5）“云计算”技术在自动驾驶领域应用。目前IT技术已经发展到了云时代。“云计算”可以把局部信息处理共享处理。未来汽车驾驶和控制突破“传感器-避障-目标-方向盘”的传统固有模式，使实现“目标-电子控制-方向盘-自动驾驶”完全有可能。而且“云计算”将大大提高导航功能，降低出行者在陌生地区出行的压力。

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二、新技术体系探讨

在续航里程短、充电时间长这两个妨碍电动汽车远程行驶的关键障碍中，续航里程虽然受电池技术制约难以比肩燃油汽车，但续航150公里～200公里还不难实现。这个距离相当于在高速公路上驶过三四个服务区或大多数人日常行驶两三天的路程，只要电力耗尽时快速得到供给，驾驶电动汽车500公里一日往返、1000公里朝发夕至亦非难事。如此，快速电力供给就成为问题的焦点。既然沿用先开发出电动汽车而后为其配套电力供给体系的传统发展策略不能解决问题，那么运用一下逆向思维，先规划一个满足需求且容易实现的电力供给体系，然后再开发适应这一电力供给体系的电动汽车会怎样。出现总理所讲的“颠覆性技术”也未可知。说到快速电力供给，首先需要界定电力供给的快与慢。多年来，人们已经习惯于燃油汽车加油所需的数分钟时间，电动汽车的快速电力供给采用这一标准顺理成章。从物理学原理来看，现存的三种电动汽车电力供给方式中，快速充电相对来讲接近这个标准但也需数倍于加油耗时的30分钟（80%），普通充电所需的数小时可说是天壤之别，只有换电方式符合标准。有报道说特斯拉换电站一分半钟可以完成一次换电操作。自从曾经的明星换电运营商BetterPlace破产以来，支持换电的观点似乎已经销声匿迹。但是，既然特斯拉又开始换电了，事情看来尚存回旋余地。多数专家认为BetterPlace的换电方式一是换电站建设运营成本高，二是电池不能在多种车型间通用，使其最终走向破产。BetterPlace的失败说明它的换电方案和商业模式行不通，但是如果据此断定换电方式行不通特斯拉首先不会认同。达成一个既定目标从来都不止有一种方法，能否成功在于能否寻找到技术可行、经济合算的解决方案，将问题简单化的最有效手段莫过于“分解”。例如古代印刷书籍采用雕版印刷技术，一页印版雕成书页的内容布局、字的形状、大小无法更改，一部书的雕版需要具有高超技艺的雕刻工匠耗费大量时日，因而书籍昂贵。活字印刷技术普及之后，一套字模可以反复用来铸造铅字，而后随意排成印版，字模和铅字的通用性保证了印刷成本的低廉。如果说快速电力供给是电动汽车的必然选择，BetterPlace失败的主要原因是没有实现电池通用化，而将雕版上的字符分解为一个个铅字可以破解通用化难题，那么何不尝试一下将电动汽车的大箱电池组分解，代之以多个（比如说十个2kWh的）参照电动自行车锂电池标准的小箱电池。以小箱电池为基础可以构建一个简单的快速电力供给体系。只要电池体积和重量都适合人力搬动，而且借用电动自行车锂电池适合快速装拆的安装结构，换电作业就可以采用纯人工方式。从人工换电出发，继而将换电站的充电功能剥离出去，剩下的数个收纳电池的专用周转货架和两三个操作人员就能构成一个典型的简约换电站。接下来要做的是，将从各个换电站剥离出来的充电服务汇集到一个大型的储能电站，充分利用夜间电网的低谷电力为电池充电。最后用货运车辆在换电站与储能电站之间往返穿梭，为各个换电站运来充满的电池并带走放空的电池。在这样一个类似WI-FI无线局域网架构的电力供给体系中，如果说换电站好比WI-FI热点、储能电站好比无线路由器、货运车辆好比无线电波，一个个标准电池好比“无线电波”所携带的数字信号，那么电动汽车就相当于移动终端。可以预见，流通的商品从电转化为标准电池、消费者支付满电电池和空电电池之间的差价，上述电力供给体系各个利益相关方都能获得显而易见的经济收益。第一个受益者是电动汽车的购买者，不为电池付费却可以尽情享用别人提供的电，自然也就无需关心电池的价格寿命几何。电池制造者则不再因百来个“鸡肋”般的订单而苦恼，可以日复一日地生产同样的电池。电动汽车制造者不再为选用多大的电池而殚精竭虑，可以按自己的喜好灵活设计续航里程，只需考虑如何将所需个数的电池塞进车里。城市的管理者不必再为从哪里挤出充换电站的建设用地、为如何压迫小区物业放行充电桩安装、为可能到来的配电网增容改造而苦恼，只需将电动汽车的基础设施建设交给电力供给体系的运营者就万事大吉。电力供给体系的运营者的收益则更大。先是从“先有鸡还是先有蛋”的无休止口水官司中脱身，不说“鸡”也不说“蛋”，转而建造一个相当于自然界中“野生原鸡”进化地位的储能电站，先收获着电网峰谷电价差的利益，随着电动汽车拥有量的增加逐步转身为充电工厂，等到流通中标准电池寿命期来临梯级利用自然而然地发生，充电工厂再一次转化为储能电站。其次电力供给体系运营者不必烦恼换电站如何“建”只需筹划“搁”在哪里，只要能腾出几十平米的场地，加油站、公共停车场、居民小区、工厂商场都可以加入换电站的行列。

不仅如此，这些换电站的数量、换电站的地点和容量可以随时根据形势的发展任意调整。长远看，不仅这样的储能电站很容易与风力光伏电站相融合，如果将标准电池看作一个大的“充电宝”其应用领域甚至可以涵盖日常生活、生产的方方面面。有了电力供给体系和适合人工换电的小箱标准电池，接下来的课题就是能否将这些标准电池用于电动汽车的电源系统。其关键在于处理好三个问题：一是电池的安装位置，二是电池固定可靠便于快速更换安装结构，三是电池与电机之间的电气连接关系。对于采用一个大箱电池的电动汽车而言，考虑到车内空间和车辆重心、轴荷，其安装位置大多利用座椅下的空间安装在车辆下部中间位置。当采用多数个标准电池时，安装位置不仅可以在前后座椅下面还可以在引擎仓或者行李箱的边角处分布安装，设计者的选择自由度大大提高。若说电池安装结构，QB/T4428-2012《电动自行车用锂离子电池产品规格尺寸》所定电池外壳滑槽及配对的安装滑道是现成可用的，既安装可靠又方便插拔。至于电池与电机间的电气连接关系则需要多些文字加以说明。电动汽车以数个小箱标准电池为电源，除去上面所述种种以外还可为解决高电压触电风险、简化整车电池管理系统、简化电池热管理等电池相关问题创造机会。通常的电动汽车为在限制过大电流的条件下保证驱动电机的输出功率，单个大箱电池的工作电压多在300V以上。将电压分解给十个小箱标准电池，每个标准电池的电压就低于40V，处于安全电压范围内。如果不将这些电池串联一起而是分别经逆变器接入驱动电机，高电压的弊端就可以彻底根除。驱动电机可以相应地将定子绕组分解为十个分绕组，工作时各个分绕组产生的磁通势相叠加与原绕组相当。各个标准电池分别接入驱动电机还可以带来一个好处，电池均衡的对象不再是整个电源系统而转化为各个标准电池，所涉单体电池数量仅为整体电池的十分之一。更有意义的是，十个标准电池分别经逆变器接入具有十个分绕组的驱动电机，其功效相当于用十个小电机共同承担电动汽车的驱动。从理论上讲可以分别控制每个分绕组参与或者不参与驱动，利于电动汽车应对多种复杂工况。尤其是在电动汽车起步或者加速时确保全部分绕组参与驱动抑制大电流冲击，巡航行驶时控制各个分绕组逐次停歇方便相应的小电池散热，当某个分绕组或者为其供电的标准电池发生故障时其余分绕组继续工作就能避免电动汽车突然失速。

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1）单片机内部采用了增强型XGATE协处理器模块，允许高速数据自主地在单片机外设和内部RAM、I／O端口之间进行数据传输与处理。XGATE内置有一个16位的精简指令集内核，可以对要传输的数据进行预处理并执行复杂的通信协议，易于用C语言进行编程。XGATE可以显著降低CPU的负荷，使CPU能够集中资源运行关键的系统活动，从而提高了单片机的数据处理能力。

2）S12XE系列包括一个存储器保护单元（MPU），用于防止软件中的系统错误。这个MPU解决了不同模块之间的错误交互导致的潜在问题，这项特性在汽车设计中非常关键，因为它有助于最大程度地控制汽车中系统故障的扩散。

3）单片机片内集成了可达1024KB的闪速存储器Flash。近年来，随着Flash在单片机片内的应用走向成熟，单片机的开发和应用又迎来了一次新的飞跃。Flash是一种非易失性存储介质，读取它的内容同RAM的读取一样方便，而对它的写操作却比EEPROM还要快。在系统掉电后，Flash中的内容仍能可靠保持不变。Flash的主要优点是结构简单、集成密度大、成本低。由于Flash可以局部擦除，且写入、擦除次数可达数万次以上，从而使开发微控制器不再需要昂贵的仿真器。

4）简单的背景开发模式（BDM）：PC主机BDM调试器目标板，使得开发成本进一步降低，也使得现场开发和系统升级变得比较方便。

5）应用锁相环技术提高了系统的电磁兼容性。在以往不使用锁相环的微控制器应用系统中，晶振电路由于其工作频率比较高（通常为几兆赫兹至几十兆赫兹）而成为一个很大的干扰源，这一问题给系统设计、线路板布局带来了很多不便。MC9S12XE系列单片机在时钟发生系统中巧妙地使用了锁相环技术，因而可在几兆赫兹的外部晶振情况下，通过软件编程产生上百兆的系统时钟，从而降低了对外辐射干扰，提高了系统的稳定性。

2在汽车电子中的应用

现以一个典型的后处理系统电控单元的设计开发为例，说明XEP100在汽车电子领域的应用，该系统基于模块化的设计思想，主要从电源模块、信号输入调理模块、中央处理模块、通信模块、尿素泵的驱动模块、尿素喷嘴的驱动模块、尿素泵管箱加热的驱动模块、故障诊断模块而设计。中央处理模块采用了飞思卡尔16位单片机XEP100作为核心处理器，主要功能是根据从CAN总线上获得的发动机的实时工况、数字信号（包括钥匙开关、蓄电池的电源开关等）和模拟信号（包括尿素温度、尿素液位、尿素压力、催化器前温等）由单片机XEP100进行精确的逻辑运算，来控制尿素溶液的喷射时刻和喷射量，尿素溶液被喷射到排气管中与发动机尾气进行化学反应，从而起到净化尾气的作用。电源模块需要把蓄电池电压24V转换为5V的直流电压，为单片机等集成芯片及传感器提供5V电源。中央处理模块是由中央处理器、晶振电路、复位电路、程序刷写电路和接口电路组成，它是整个控制器DCU的核心，也是单片机XEP100工作必不可少的最小模块单元。CAN通信模块实现与发动机控制器ECU、仪表控制器信息的交互，通过CAN总线实现参数的在线标定调试、程序的刷写。信号调理模块主要用于处理模拟信号和钥匙开关等数字信号，模拟信号需要经过一系列的调理电路处理成0~5V的电压信号给单片机的AD端口，再由单片机进行AD转换，数字信号经过一系列的调理电路给单片机的IO口。尿素泵的驱动模块中采用了infineon公司的电机控制芯片，它内部集成了H桥电路，用来驱动泵内的电机，实现电机的正反转；对喷嘴、尿素箱加热、尿素泵加热、尿素管加热的驱动采用了安森美公司的MOSFET功率驱动芯片，对执行器的诊断可通过SPI接口与单片机通信，实时读取故障信息。该后处理系统的电控单元被应用在重汽国Ⅳ重型柴油车辆上，主要包括A7车型和HOWO车型，以满足重型柴油机国Ⅳ排放法规的需要。经过长期的试验验证，证明以单片机XEP100为主控芯片的电控单元具有非常好的稳定性和可靠性，并赢得了良好的市场反映。

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无源保护电路

用于汽车电子产品的无源保护网络如图1所示。与此相同或类似的电路广泛用于保护与汽车12V总线连接的各种系统。这种网络防止高压尖峰、持续过压、电池反向和电流过度消耗造成损害。图1的电流保护作用很明显，如果负载电流超过1A的时间很长，保险丝F1就会熔化。D1与F1结合防止电池反向连接造成损害，大电流流经正向偏置的D1并烧断保险丝。电解电容器大约在额定电压的150时有一个有趣的特性：随着终端电压的提高，这种电容消耗的电流也越来越大，就C1而言，它在输入持续升高时起箝位作用(最终烧断保险丝)。双电池助推时的电压为28V左右，这不会烧断保险丝，因为C125V的额定值足够高，额外消耗的电流很少。电感器增加了很小的电阻，以限制峰值故障电流以及输入瞬态的转换率，从而在存在尖峰时帮助C1实现箝位。

无源网络的主要缺点是它依靠烧断保险丝来防止过流、过压和电池反向造成损害。另一个缺点是，它依靠电解电容实现箝位。这种电容器老化以后，电解质会变干，等效串联电阻(ESR)提高的特性也就消失了，这会损害箝位效果。有时D1采用大的齐纳二极管以帮助这个电容器发挥作用。人们已经设计出了有源电路来克服这些缺点。

有源电路

图2显示了一个有源解决方案，该方案用于屏蔽敏感电路，使其免受变化不定的12V汽车系统的影响。采用LT1641来驱动输入N沟道MOSFET，而上述提供无源解决方案就不具备这种附加保护：首先，LT1641在输入低于9V时断开负载，以防在低输入电压时系统失灵，并在起动时或充电系统出现故障时，减少系统向非关键负载提供宝贵的电流的机会；其次，LT1641在首次加电时逐渐升高输出电压，对负载实行软启动；第三，通过限流和定时断路器保护输出免受过载和短路影响。如果发生电流故障，断路器就以1至2Hz的速率自动重新尝试建立连接，可以设定保护电路上行线路保险丝的容限，让它在LT1641的下行线路出现电流故障时不熔化；最后，图2所示电路隔离出现在输入端的过压状态，同时提供箝位输出，以便负载电路在出现过压时能继续正常工作。

在12V输入的通常情况下，LT1641将MOSFET的栅极充电至大约20V以充分提升MOSFET的电压，并向负载提供电源。27V齐纳二极管D1的两端分别连接栅极与地，但是在9至16V的工作电压范围内不起作用。当输入升高到超过16V时，LT1641继续给MOSFET的栅极充电，试图保持MOSFET完全接通。如果输入升得太高，齐纳二极管就会对MOSFET的栅极箝位，并将输出电压限制在大约24V。LT1641本身在其输入端能够处理高达100V的电压，而且不受栅极箝位动作的影响。栅极箝位电路比无源解决方案的箝位电路精确得多，而且简单地通过选择一个具有合适击穿电压的D1，就可以轻松调整栅极箝位电路以满足负载要求。

图2所示电路在负载电流高达1A左右时工作得很好，但是就更高的负载电流而言，推荐使用图3所示电路来防止MOSFET过度消耗功率。如果过压状态持续存在，如电气系统由两个串联电池供电的时间超过通常所需时间，或负载突降后电流慢速上升以及MOSFET较小时，那么过度消耗功率是有风险的。输出由D1和D2取样，如果输入超过16.7V，那么就向“SENSE”引脚反馈一个信号，以将输出稳定在16.7V。这里的调节比图1所示电路的调节更精确，并且可以通过选择合适的齐纳二极管轻松定制，以满足负载的需求。

总的功耗由“TIMER”引脚限制，这个引脚记录MOSFET调节输出所用的总时长。如果过压状态持续超过15ms，那么LT1641就停机并允许MOSFET停止输出调节。在大约半秒钟以后，该电路尝试重新启动。这种重启周期一直持续，直到过压状态消失并恢复正常工作为止。处理过流故障的方法与图2描述的方法相同。

电池反向保护

简单地增加一个串联二极管，就可以给图2或图3所示电路增加电池反向保护功能。

在大多数情况下，采用普通p-n二极管就可以，如果正向压降很重要，可以选择肖特基二极管。在隔离二极管中的功耗不可接受的关键应用中，图4所示的简单电路就可以解决这个问题。

在正常工作情况下，MOSFETQ2的体二极管正向偏置，并传送功率至LT1641。LT1641接通时，Q2栅极获得驱动，从而完全接通。如果输入反向，那么Q3的射极就被拉低至低于地电平，Q3接通，从而将Q2的栅极拉低并保持其接近Q2的源极电平。在这种情况下，Q2保持断开状态，并隔离反向输入，使其不能到达LT1641和负载电路。微安级电流流经1MΩ电阻，到达LT1641的“GATE”引脚。

高压LDO用作电压限幅器

最高输入电压额定值为25V或更低的降压稳压器(如LT1616)一般不考虑用于汽车应用。然而，如果与LT3012B/LT3013B等低压差(LDO)线性稳压器结合使用，在输入电压上的缺点就可以轻松克服。这种尺寸小、效率高的组合如图5所示，可以在汽车环境中提供3.3V输出。

LT3013B拥有4V至80V的宽输入电压范围，并集成了电池反向保护功能，无需特殊电压限制或箝位电路，因此节省了成本和电路板面积。在以适中的负载电流工作时，LDO稳压器的效率近似等于VOUT/VIN。如果VOUT比VIN低得多，那么LDO的效率就会下降。例如，将12V输入降至3.3V输出时，效率仅为28。

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2汽车电子监测关键性技术分析

在智能交通系统中主要汽车电子技术、传感器及监测系统三各部分作用于汽车电子监测，下面对前两项关键性技术进行简要分析：

2.1汽车电子技术

随着社会科学技术水平的提高，真空管、集成电路、晶体管等技术的发展促进了计算机信息技术电子装置的发展进程并扩大了其应用范围。电子技术在汽车中的应用也逐渐受到了国内外汽车行业的重视，自动优化控制技术、机电一体耦合技术以及电子技术等综合交叉使得小系统商品的发展已逐渐专业化和成熟化。

2.2传感器

传感器即转换器，通过以转换行驶车辆电子设备之外信号的方式能够有效实现将非电量转化为电量并进行监测的目的，最终使得电能形态被转换。由于传感器具有获取电子设备外信息的功能并实现对行驶车辆安全性能的监测，其作为汽车电子监测的关键性技术使得汽车能够实现电子化、自动化及高档化。通过利用传感器的优势从设计角度出发，对汽车行驶过程中的参数进行控制监测，能够有效降低汽车燃耗及安全故障的发生率。同时将传感器与微电脑信息处理功能相结合使其在汽车电子监测技术中具有关键性的作用。传感器设置的数量一般都会以汽车的整体设计情况、软硬件的配置以及机械结构的差异为依据，在其尺寸、形成及价格等方面进行调整。传感器的使用通常会受到较为严格的要求，由于汽车在行驶中需要适应各种环境条件，环境温度的变化、路面状况及异常气候等因素都会使汽车受到温度变化的考验，因此传感器的设计必须达到抗震、温度耐受性、耐水及抗电磁干扰等要求。

3在ITS系统中对汽车电子监测技术的设计

电子数据的采集方案设计作为ITS系统中汽车电子监测技术的设计首先需要考虑的问题，通常会以ITS系统的功能为前提对数据采集的时间间隔进行合理设置，并对相关信号获取的设备对象信息进行采集，从而保证数据采集方案设计的科学合理性，这一方式即程序轮询式数据采集。此外，还需采取必要手段对采集的数据信息进行相关处理，从而保证系统能够及时对数据信息进行处理以及信号来源设备的级别。例如，在设计过程中应优先对汽车的安全系统、刹车系统等进行数据采集。汽车电子监测系统以车载嵌入计算机系统为主要实现方式，对其进行设计时应保证整体系统的可靠性、实时性与灵活性。监测系统主要包括数据采集、处理及信息传输与执行三个模块，并以下图所示的具体流程进行工作。其中数据采集模块是通过集合红外线、传感器、超声波、摄像机及激光雷达等技术从而实现对汽车行驶中的路面情况进行监测，同时能够对有行驶路线发生变化等因素造成的异常及故障问题进行快速反映，并收集汽车全局信号对其各项数据信息进行采集。通过利用傅里叶对采集数据信息进行分析和判断，使得故障诊断就有合理的参考依据。

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1）实时性。快速反应并不是实时性的核心内涵，快速性仅是系统实时能力的表现。当系统不能满足实时性要求时，必须提高系统的运行速度，而运行速度的提高会带来系统功耗加大、电磁兼容性下降等负面效应。因而在设计具体的控制系统时，在保证能满足实时性要求的条件下，应使系统的运行速度降到最低，以满足系统在功耗、可靠性和电磁兼容性等方面获得最佳的综合品质。

2）安全性。安全性是指产品防止、减少故障和事故的性能。硬件的耐高低温、耐电击、耐火花、阻燃等从原材料制作工艺到检测包装储运，有效的质量控制是关键；软件漏洞的隐患与后果，如功能的缺失、安全威胁与客户抱怨等，有一种名为“组策略”的手段提供对微处理器进行更改注册表来实现软件的安全。对车辆电子控制安全造成的威胁，可分成局部物理、远程和内部电子3大类。①局部物理性威胁。通过物理性地接入传动系统CAN网络并破坏通信，这种入侵式的攻击极易破坏汽车关键功能。其对策是在一个或多个ECU内部的某处存储着隐秘的私有密钥，用于受保护的通信通道，提供局部数据的保护服务，汽车算法、多媒体内容和保密资料都需要私钥存储进行数据保护，抵挡凌厉的入侵和攻击。②远程威胁。黑客通过侦测汽车的远距离无线接口寻找网络安全协议、网络服务和程序中的软肋，以找到内部各电子系统中的路径。与数据中心不同，汽车不可能拥有完整的IDS、IPS、防火墙和UTM，防卫机制的客观缺失需依靠汽车的关键系统必须与非关键的ECU完全隔离开，以确保驾驶安全。③内部电子威胁。虽然物理网络隔离是理想的方案，但接触点和干扰总是难以避免，安全标准有极大差异的系统间通信的干扰会很敏感。业界又出现强烈的设计整合趋势，使用更强大的多内核微处理器来实现不同系统的控制，从而将许多ECU变为虚拟的ECU，这将增加源于软件的威胁风险，从而导致操作系统缺陷、对密码系统的旁路攻击以及拒绝服务等。因而，关键和非关键的系统与网络之间的接口必须在最高管理层面进行论证和穷尽分析，并按ISO15408等评估安保等级（EAL）6+的最高等级安保标准进行验证，确认缺陷无虞。

3）可靠性。可靠性是指产品的平均无故障运行时间（MTBF）。为确保可靠性，在汽车电子电路上实施冗余设计，元器件应选用汽车级。高可靠性软件及安全工程实施原则（PHASE）协议支持最大限度地简化复杂性、软件组件架构、最低权限原则、安全软件和系统开发过程。

4）环保性。产品符合国家相关的环保标准和规定，包括产品是否含有毒、有害原材料，芯片是否含铅、镉，EMC辐射是否超标，须有严格的检测和认证。必须认识到切实实施ISO/TS16949和ISO14001仅是一项基础工作。

2我国汽车电子产业概况

市场化的经济体制带来了高效的资源配置，我国汽车电子产业在这10年间有了飞速的发展。在汽车产业高速发展的直接推动下，2012年我国汽车电子市场规模已逾2500亿元，连续7年增长率超过30％。其原因除市场需求迅猛发展外，还有国家政策带动、国际产业转移和地区竞争的促进。但由于基础研发工作薄弱，掌握的自主知识产权匮乏，产品在技术上还依附于国外，核心技术仍受制于人，至今没有世界知名的汽车电子产品品牌和供应商。石油资源日趋紧缺，人们对环境保护的意识在不断增强。国际上对汽车排放出台了一系列严格的标准，加上人们对汽车的安全性、舒适性和使用寿命的要求越来越高，汽车电子也越来越复杂，进入汽车电子零部件行业的门槛就越来越高。我国汽车电子产业虽实现了持续快速发展，产业的技术水平、规模、机构都得到了大幅度的提升，但这产业链中的成就仅局限于加工制造。硬件方面，元器件集成芯片几乎全从国外公司购买；软件方面，从开发工具到核心软件全由国外公司提供；生产方面，从贴片到出厂，从生产检测设备到技术规范、标准，也依循国外企业。现状是久负盛名的跨国芯片巨头能针对特定的应用提供专用芯片及解决方案，使汽车电子产品开发周期缩短，质量有保障，成本较低。这样更使我国目前几乎所有汽车电子单元全是由芯片厂商提供设计，而我们只是二次开发。微电子行业基础核心技术的薄弱是决定我国汽车电子产业在总体上受制于国际跨国公司的根本原因，必须彻底改变。

3汽车电子技术发展趋势

1）总线化和中央电子控制单元向汽车电子的整体化、系统化迈出了革新的一步。各电子控制单元通过总线进行通信，传输当前状态的信息，接受中央控制单元的指令并执行特定的功能，使车辆行驶功能控制达到最佳水平。总线化还使汽车制造核心技术由硬件逐渐向软件过渡，由谙熟全程制造技术和掌握汽车各系统、各零部件原理功能的龙头企业执掌制定切实可用通信协议的主动权。这就导致技术实力弱势的中小企业只得依附强势的大公司，促使行业兼并。

2）模块化。电子技术和多领域高新技术进行系统集成化汽车零部件产品的构成，便于国际化采购和整车厂组装。模块化就是根据需求定制，完成所需的功能，以标准模块的规格作大集成化的封装，提高功效和可靠性，也简化配套和整车制造工艺，有利于产品质量得到有效控制。结果将会使现在处于领先地位的行业寡头逐渐成为系统集成商，电子零部件企业承担的产品工作量越来越大，汽车零部件产业在汽车工业中的作用和地位更显重要。

3）智能化。微控制器大量进入汽车电子各系统，带来控制技术智能水平提高，性能更优越，控制成本更低。

4）规范化和高配普及化。新的汽车电子技术不断涌现、不断进步，但有些电子控制技术在汽车上实施还需历经一段时间，才能在标准配置上被确认。例如，轮胎智能压力监测系统（TPMS）与ABS、安全气囊并称为汽车3大安全系统。但目前，仅在奥迪A8、宝马7系/5系、奔驰S/E系列等高端车型中作为标准配置。在高度重视汽车安全性的当下，轮胎压力监测系统必然很快会成为所有汽车的标准配置。就如同ABS从出现到普及一样，需要一个过程。

5）重视传感器的研发。汽车电子技术的应用中无处不在的传感器，在控制技术环节里作用至关重要，应受到充分的重视。我国在传感器技术的演进发展和实践中虽已有一定基础性的成果，但因投入的研发资源远远不足，也显得十分薄弱。必须与汽车电子的研发齐头并进才能相得益彰。期望在“十二五”计划期间，我国传感器技术及产业迎头赶上。

6）“云控制”技术。计算机技术和信息融合技术已经发展到了云时代。“云控制”技术由以往的局部信息处理到信息共享到现代的信息融合，已经完全突破了汽车“传感器-避开障碍-目标-方向盘”的传统固有模式，使实现“目标-方向盘”的自动驾驶成为可能。“云驾驶”将大大提高识别道路行驶目标的效能，同时降低燃油耗费，将使驾驶由低事故向高可靠转变。

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仿真技术能够实现较多的教学工作，从现有的教学来看，通过较好的运用汽车电工与电子技术课程方针技术，能够在很大程度上解决试验场所、设备不足的问题，更好的创新课程。在案例分析的过程中，可以实现较为真实的效果。首先，学生不必经常下车间进行体验，而是在课堂中就可以很好的应用和学习汽车电工与电子技术课程，即便是在课下，也可以通过系统来反复的练习，提高了技术的熟练度。以电子工作平台EWB为例，提供了方便的操作界面，学生可以轻松地完成原理图的输入。单击鼠标，可以方便地完成元件的选择;拖动鼠标，就可将元件放在原理图上。EWB具有自动排列连线的功能，同时也允许用户调整电路连线和元件的位置。第二，在实际的实习中，可以将遇到的问题和学习到的解决方法，利用汽车电工与电子技术课程仿真技术，反复的钻研和学习，配合其他的案例分析，增加技术上的经验，对于毕业后的工作，具有较大的积极意义。

(二)着重培养学生的操作能力

使学生对于理论知识与操作技能的掌握达到该专业人才培养目标要求。汽车电工与电子技术课程仿真技术并不是理论上的技术，通过运用该技术，能够在很多方面完成对人才的较强培养，并且在理论学习、技能操作、个人方法建立等方面，均实现了较大的进步。本文认为，通过利用汽车电工与电子技术课程仿真技术，完全能够较好的培养学生自身的操作能力。首先，通过在教学中运用汽车电工与电子技术课程仿真技术，能够更好的完成基础课程的教学，提高学生的基础能力，促使学生向着多元化方向发展，培养更多的“一专多能”人才。其次，在运用汽车电工与电子技术课程仿真技术的过程中，可实现拓展课程的全新优化。可以通过汽车电工与电子技术课程仿真技术的帮助，学生可以对课题提出更多的猜想和假设，自己去证明和解答，与教师共同讨论，这对人才培养来讲，才是最需要的。

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1引言

汽车历经百余年的发展，其机械结构已经达到了近乎完美的程度，业界对汽车机械性能的改善已经很难再有更大的提升空间。为了提高汽车的可靠性、功能性和舒适性，电子技术在汽车上被广泛应用。电子技术与机械结构的结合，被认为是当前汽车技术发展过程中的一次“革命”。

汽车电子技术是汽车设计中的核心技术。汽车电子化的程度是衡量一个国家汽车工业发展水平的重要标志。汽车的设计者利用汽车电子技术开发新的车型，把它作为改善和提高汽车整体水平所采用的最重要的技术方案；汽车制造商则通过加快汽车电子化的进程，把增加汽车电子装置的数量等措施作为汽车的新卖点和夺取未来汽车市场的最重要手段。目前在国际上的中、高档轿车的设计中，汽车电子产品平均已经占到了汽车制造成本的27。这个数字还在不断创造新高。据英飞凌（Infineon）公司预测，到2010年用于轿车上的汽车电子装置的支出平均将占到整车制造成本的50。而在我国，每辆汽车的平均汽车电子设备应用比例要比国际水平低5.5倍[1>。汽车电子技术的发展与应用是目前我国汽车产业进步所面临的一大契机和挑战。

可重构计算技术成形于上个世纪九十年代中期[2>。如图1所示，其主要思想是利用可重构逻辑器件（如FPGA）的可重构特性，通过不同的器件配置文件来改变器件实现的功能，从而能够以硬件的性能灵活实现多种应用。可重构计算技术避免了微处理器计算模式因为取指、译码等步骤导致的性能损失，同时也消除了专用集成电路（ASIC）计算模式因为前期设计制造的复杂过程带来的高代价和不可重用等缺陷。可重构计算技术目前已经应用在了很多领域，如目标匹配、大数值运算等等，都取得了非常好的效果。

图1：微处理器、可重构计算、专用集成电路等三种计算模式的比较

汽车电子产品有着很多特殊的需求，而可重构计算作为一项新兴的技术，具有的高性能、高灵活性、低开发周期、低成本等特征非常适合于汽车电子领域的应用。

2汽车电子领域的需求分析

从1950年美国通用公司开创了将半导体技术应用于汽车制造领域的先河—将晶体管收音机安装在汽车上开始，汽车电子产业历经50多年的发展，目前已经形成了功能多样化、技术一体化、系统集成化、通信网络化、技术标准化等技术特征。当前，汽车电子技术已经进入了优化人-汽车-环境的整体关系的研究阶段。汽车在满足安全、节能、环保的同时，将进一步满足人们生活的需要，向舒适、便利、高效、数字化、信息化和智能化方向发展。

汽车电子技术主要有两个大的应用领域：一个是汽车电子控制系统，另一个是车载汽车电子装置[3>。其中，汽车电子控制系统是机械和电子相结合的汽车电子产品，它的工作状况会直接影响到汽车的性能。而车载汽车电子装置则是可以在汽车环境下独立使用的电子装置，它的性能好坏并不影响汽车的性能。相比之下，汽车电子控制系统的设计与开发涉及到了机械和电子两个学科领域，这两部分的研发要协同进行，所以整个过程比较复杂。车载电子装置是IT行业中的应用在汽车领域的扩展，种类较多，例如遥控中央门锁、车载电话、后座娱乐系统、GPS导航系统、车载计算机等等。这些产品因和整车的性能无关，可以独立地进行开发，所以和汽车电子控制系统相比，在开发的环节上比较简单。

汽车电子领域对电子技术发展的主要需求有如下几个方面：

·性能高。目前在汽车电子产品中对性能要求最高的部分是车内的信息娱乐系统。一个信息娱乐系统可能包括多通道音频系统、DVD播放器、GPS导航系统以及免提移动电话等等。这些子系统中涉及到的功能（如视频处理等操作）需要强大的信号处理能力，对性能要求极高。另外，随着汽车主动安全理念的深入人心，新的汽车安全系统开始采用图像、视频和雷达处理，同时引擎和刹车控制系统也将采用更复杂的计算控制策略，计算量庞大的实时运算将在应付突发事件的时候发挥重要作用。这也给相关的汽车电子产品的处理能力提出了挑战。

·灵活性强。汽车的设计者和制造商都面临的一个严峻问题是必须保证汽车电子设备的寿命与汽车的寿命相匹配。汽车电子设备的生命周期很短，不断出现的新兴的汽车标准以及标准本身的不断变化进一步导致选择标准时必须考虑到其寿命、灵活性以及被接受的广泛程度。为了保证汽车电子产品能够紧跟汽车产业的发展，就要求汽车电子产品具有相当的灵活性使其能够根据需求做适时的改动。在当前各种新的技术标准层出不穷，而业界又缺乏占据有绝对优势的标准的时候，对汽车电子技术的这一需求显得尤其重要。

·可靠性高。汽车作为一类特殊的产品，经常会工作在恶劣的环境下，这对应用在其中的电子产品的可靠性提出了严格要求。电子产品的精密性使它成为影响整车可靠性、安全性的重要因素。特别是在汽车电子控制系统中，高温的工作环境往往会给电子产品带来损伤，这极大地增加了整车的危险性。这就要求电子产品能够抵御住恶劣工作环境的干扰，同时具有适当的容错能力，能够在受到部分损伤的时候将其造成的影响降到最低。

·开发时间短。尽量缩短新车型新产品的研发时间是汽车设计者和制造商追求的目标之一。图2显示出在汽车电子产品方面的新技术研发周期是非常短的。这就要求汽车电子技术的研发需要有方便快捷的开发平台，并且在技术研发上有延续性和可复用性，尽量缩短开发时间。特别是在车载汽车电子装置的研发中，因为它们与汽车本身的性能无关，所以更可以不受到整车其它部分研发进展的约束，需要在尽量短的时间内开发出适合需要的产品。

·成本低。汽车产业对价格的影响十分敏感。价格是决定汽车产品竞争力的重要因素之一。选用合适的技术、材料和器件对汽车工业的发展起着举足轻重的作用。随着汽车电子产品在整车成本中所占份额的增加，尽量降低这部分电子产品的成本是一个极为关键的问题。

图2：汽车领域项目创新周期和开发时间示意图[4>

以上我们讨论了在汽车电子领域对电子产品技术的一些基本需求。除此之外汽车电子产品还需要尽量降低能耗以及减少占据的空间等。

3可重构计算技术在汽车电子领域的应用前景

在当前的汽车电子产品中，大量使用了微处理器和专用集成电路实现关键功能。可重构计算技术的出现为汽车电子产品提供了另一个高效灵活的选择。

可重构计算技术的发展主要依赖于可重构逻辑器件技术和动态重构技术的发展。随着半导体技术的进步，目前商用的可重构逻辑器件在单片上已经可以集成数以百万计的基本逻辑门单元和其它各种复杂的计算逻辑，甚至有的高端器件上已经集成了多个微处理器核进一步加强器件的计算能力[5>。这为原来只是用于实现简单的胶合逻辑和原形系统设计的可重构逻辑器件能够逐步占领计算系统的核心地位提供了基本支持。动态重构是当前可重构计算技术的研究热点之一，它是指在不影响当前系统正常运行的前提下，将可重构逻辑器件上的部分资源配置为新的功能，从而提高资源利用率和增加系统性能。动态重构是可重构技术的发展方向，目前主要集中在如何减少器件重构开销、优化资源调度等方面的研究上。

与传统的采用微处理器和专用集成电路的汽车电子产品相比较，利用可重构计算技术的汽车电子产品具有以下优点：

·可重构计算技术能够高效实现特定功能。可重构逻辑器件上都是硬连线逻辑，它是通过改变器件的配置来改变功能的。器件的配置信息一旦被加载，整个系统就可以以硬件的性能大大加快功能的实现。汽车电子产品中那些计算量庞大的功能，典型的例子如视频处理，其核心算法是定点数据上的算术密集型信号处理操作。经过研究发现，这些操作是适合在可重构逻辑器件上高效实现的。将可重构逻辑器件用于加速核心算法的执行，再补充另外的微处理器与之耦合用于执行辅助功能，如输入、输出等操作，是很好的可重构计算系统的构建方式。目前已经有多个利用可重构计算技术的高效的视频处理系统，并已经在汽车电子领域广泛使用[6>。

·可重构计算技术能够通过动态改变器件配置来灵活满足多种功能需求。动态可重构特性使得同一可重构逻辑器件能够满足不同的设计需求，这一点是传统的专用集成电路计算模式不能够达到的。汽车电子产品不同于一般的电子产品，它受到了很多因素的束缚。例如车型的限制，采用相同基本设计的同一款汽车会有经济型、标准型和豪华型等不同型号。这就要求针对不同的型号都要有相应的电子产品支持。为每个型号的汽车都分别设计专门的计算核心单元和电路的代价是高昂的，可重构计算技术就可以消除这个障碍。汽车设计者可以仅开发出一款运用了可重构逻辑器件的原型系统，然后根据不同的车型要求灵活地将可重构逻辑器件配置为相应的功能。另外，由于在业界缺少占有绝对优势的标准，采用何种技术标准也是设计者必须解决的难题。例如，当前车上总线就有LIN、CAN、MOST等多种标准共存，不同标准的技术参数都有很大差异，为了使这些总线标准间不发生冲突，就可以考虑利用可重构逻辑器件作为各标准间的桥接逻辑。

·可重构计算技术适合恶劣工作环境下的应用。当前的可重构计算技术已经经受住了很多极端工作环境的考验，例如NASA的“勇气”号和“机遇”号火星车上就使用了大量可重构逻辑器件。在汽车应用领域，温度会给汽车电子产品带来最大的损伤。业界最高的节点温度是150摄氏度，而用于恶劣环境下的可重构逻辑器件的特殊封装足够保证系统在此情况下的正常运行。利用可重构逻辑器件的另一个优势是不需要微处理器必需的散热系统，大大减少了电子产品占据的空间。另外可重构逻辑器件具有的大量的冗余可重构逻辑资源，使得当器件的某些区域被破坏的时候，系统可以使用动态重构技术自动避开这些区域同时利用周边的其它逻辑资源组合替代该区域被破坏的功能。

·可重构计算技术具有强大的技术支持来加速产品开发。不同于专用集成电路的设计，可重构计算技术不需要大量的NRE（Non-RecurringEngineering）工作。器件厂商会配合不同的可重构逻辑器件提供相应的开发工具和流程，同时还会提供大量参考设计和IP核以减少设计者的重复劳动并提高设计的可靠性。还有很多技术已经成熟的仿真工具和验证工具可以在设计的各个阶段用于保证设计的正确性，减少了出错返工导致的时间浪费。

·可重构计算技术的使用能够大大降低系统成本。系统成本的降低主要体现在两个部分：一个是在设计过程中，另一个是在运行过程中。目前的车用可重构逻辑器件的单价最低已经降至1.5美元，而且利用它实现应用的开发成本又远远低于专用集成电路。可重构逻辑器件的灵活性使得它不必像专用集成电路一样，一个细微的修改就会导致整个电路的重新设计与制作。同时，在系统运行的时候经过分析可以确定有的功能不会同时被使用，那么设计者就可以考虑利用动态重构技术在不同的需求时段里分别实现这两个功能，做到“一片多用”，节省了资源、空间和成本。

从上面的讨论可以看出，将可重构计算技术应用于汽车电子领域有着很大的优势，是切实可行的技术方案。当前，业界也已经注意到了可重构计算技术的应用前景。

4可重构计算技术在汽车电子领域面临的问题

虽然可重构计算技术当前已经在多个领域取得了长足进展，但是在汽车电子领域具体应用的时候，还会面临很多问题。下面列举几个最典型的问题：

·可重构逻辑器件的选型。目前生产商用可重构逻辑器件的几大厂商：Xilinx，Actel，Altera和Lattice等都已经开始关注汽车电子领域并陆续有产品推出。这些产品的硬件结构、处理能力和市场价格等都各不相同。如何针对应用进行合适的器件选型是一个非常重要的问题。当前的可重构逻辑器件基本都是基于SRAM、Flash或者反熔丝技术。这三种技术各有千秋，其中主流的基于SRAM的器件目前已经具有非常强大的处理能力；基于Flash的器件较少但是性价比较高；基于反熔丝技术的器件不具有多次重构的能力但是可靠性较好。所以针对不同的应用场合进行器件选型需要在对应用和器件信息都非常熟悉的基础上进行。

·可重构逻辑器件上应用的实现。虽然目前已经有多种方法简化了利用可重构计算技术实现应用的开发过程。但是用硬件描述语言或者硬件原理图来设计由可重构逻辑器件执行的应用程序对于大部分应用开发者来说还是陌生和困难的。为了排除软件设计者在软件算法的硬件化实现中碰到的困难，已经有多种类高级语言的硬件描述语言被开发出来，但是这些技术还并不成熟。由EDA软件厂商推出的各种硬件应用设计软件，也还存在着一些局限和缺陷，而且不能够完全发挥出可重构计算技术的威力。这就要求汽车电子产品的设计者务必掌握利用可重构计算技术的设计思想并将其渗透到产品的设计中去。

·可重构逻辑器件的可靠性保证。不同于传统的微处理器和专用集成电路计算模式，可重构逻辑器件是通过改变器件配置来改变功能的。特别是基于SRAM的器件，是由存储在器件上的配置信息来控制器件中各逻辑单元间的硬连线的。因此通过配置端口输入其它的配置信息就可能改变甚至损坏器件的功能，而在以前则不会出现类似情况。为了防范这些问题，就需要在关键电子设备上采用基于反熔丝技术的只能一次重构的可重构逻辑器件或者使用对配置信息加密等方法。

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通讯系统可以说是汽车电子信息系统的核心和中枢，同时也是车辆内部系统和外部网络实现信息交互和重要桥梁，对于实现系统的各项功能而言有着不可替代的作用。从目前来看，在汽车电子信息系统中，最为常用的是GPRS无限数据传输系统，按照相应的网络协议，利用传统GSM网络的相关资源，进行数据的传输工作，可以保证数据传输的速度和质量。不仅如此，在不断的发展过程中，全球的运营商都针对商用GPRS系统进行了研发，为车载通讯系统提供了必要的网络支持，也使得汽车电子信息系统有了一个接入时间短、传输速率高、安全可靠的信息交互平台。

2车载嵌入系统

在科技发展的带动下，车载系统的嵌入技术愈发成熟，逐渐成为汽车信息网络的控制中心。车载嵌入系统可以对车辆内部设备的运行状况进行检测，一旦发现异常，可以立即向驾驶人员发送相应的警报信息，如语音提示或灯光信号等，同时针对故障进行前面细致的分析，向驾驶员提出合理化建议，如停车检修或者调整路线前往维修点等，对安全事故进行规避，保证行车安全。在车载嵌入系统中，利用相应的处理器、GPS接收机、GPRS模块以及人机交互接口等，可以构建出一个具备强大通信能力和信息处理能力的平台，利用无线通讯、蓝牙数据交互等网络通讯技术，实现信息的交互和共享。系统的标准化和模块化设计不仅便于系统功能的实现和维护，也使得其具备良好的拓展性，可以实现车辆定位、动态导航等功能。

3外部系统

从目前的发展情况看，外部系统包括一个专业的门户网站，可以为每一位用户提供个性化的服务，满足用户不同的使用需求，同时还可以根据相应的情况，进行动态更新，为用户提供完整、合理、准确、可靠的信息。需要进行动态更新的情况包括：汽车自身的地理位置，或者用户指定的道路路况图；用户的具体需求；与汽车服务供应商服务协议的相关内容；汽车在行驶过程中遇到的特殊状况。

汽车电子信息系统功能的实现，不仅需要相应的硬件资源，还需要良好的软件支持，因此，做好系统软件的设计工作是非常重要的，应该重视以下两个方面的内容：

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1、讲解示范与规范练习相结合

讲解和示范在技能训练过程中是不可缺少的，准确讲解与标准示范有利于学习者不断的调整头脑中的动作表象，形成准确的定向映象，进而在实际操作中可以调节动作的执行。示范操作必须按照正确的姿势去准确地操作，教师的肢体移动，一招一式，乃至指向解说必须标准、规范，不能有任何的多余动作、不良动作，更不能有错误动作，以免造成学生错误模仿。练习是技能形成的基本途径，是有目的的、有步骤、有指导的活动。教师的准确讲解结合操作示范，可以使学生具体、直观的感受到所学操作技能的形成过程，加深对技能训练内容的理解。

在汽车电工技能训练过程中，教师对每一种电工工具、仪表仪器的使用方法要讲解清楚。例如：关于万用表的使用，教师要讲清以下几个方面：①万用表要水平放置；②使用前应先检查指针是否指在零点；若不指在零点，应先进行机械调零；③万用表面板上有两个插孔，分别标注“+”、“-”两种符号。测量时，应把红色表棒插入“+”插孔，黑色表棒插入“-”插孔；④根据测量的种类和量程调准转换开关的位置；⑤选择合适的量程。测量电压和电流时，如事先不知道被测量的大小，应把转换开关拨到最大量程试测，然后根据指针偏转情况逐步变换为合适的量程，再进行测量；万用表的指针偏转到满刻度的三分之二位置以上时，表明量程合适，测量结果比较准确。测量电阻时，万用表的指针偏移到欧姆中心值时，测量结果最准确。⑥万用表使用完毕后，务必将转换开关置于交流电压的最高量程档，以防他人误用，造成损坏。

在准确讲解的基础上，结合动作示范，指导学生进行规范练习，做到讲练一体化。因为实习教学就是以专业理论的系统性和工艺过程的连贯性为内在联系的技术技能的有效传授方式，所以在给学生作操作示范的过程中，应辅以必要的“解说词”，交待动作的顺序和要领，讲清操作的关键和理由。讲解的语言应当注意逻辑性和专业术语化。例如：使用万用表测量电阻，第一步，把万用表转换开关放在电阻档上，选择适当量程（测量前根据被测电阻值用表的转换开关选择适当量程，一般以电阻刻度的中间位置接近被测电阻值为好）。第二步，量程选定后，测量前将两个表笔短路，调节调零旋钮，使指针在电阻刻度的零位上。第三步，将两个表笔分别与电阻两端相连接，读出电阻的读数。传授给学生正确的操作方法之后，让学生自主练习。这些看似简单的操作，如果学生不能使用正确的方法进行规范练习，很难达到预期的训练效果，甚至发生仪表损坏等故障。特别是对于一些学生容易出错的操作规程，一开始就应该让学生进行规范练习。

2、循序渐进与启发引导相结合

技能训练是一个循序渐进的过程，操作技能的形成，一般都要经过掌握局部动作阶段、动作交替阶段、动作协调阶段和动作完善阶段。在教学过程中，必须遵循课题的逻辑顺序，由浅入深、由易到难、由简到繁由局部到整体、由慢速到快速地进行，使学生易于理解和记忆、便于掌握和巩固所学的基本操作技能。不可贪多求快，否则会欲速则不达。笔者认为整个汽车电工技能训练过程可分为四个阶段：第一阶段，安全用电常识及常用工具、仪器、仪表的正确使用。教师对学生进行必要的安全用电常识教育，使其了解电的性能，熟悉电工操作规程，学会正确使用常用仪器仪表，为安全、有序、正确、规范的汽车电工技能训练打下良好的基础。第二阶段，用常用仪器、仪表检测汽车电器各总成件。要求学生了解汽车电器各总成件的结构与作用，熟悉它们的技术性能和主要参数，掌握各总成件质量的判断方法。第三阶段，综合性技能训练。着重培养学生综合知识的应用能力及实践能力，要求学生将所学过的知识进行综合，通常一个技能训练课题中用到几部分内容，当同学以学过全车线路的有关基础知识，例如：电源系、启动系、点火系等概念后，让学生综合运用这些知识对车辆电路故障进行检测。教师对技能训练的内容进行简单的讲解，然后引导同学按步骤进行检测。第四阶段，熟悉协调和操做水平的提高。在学生掌握如何诊断与排除汽车电路故障以后，应着重强调工艺要求，并让学生运用中间断路法进行故障的诊断与排除。上述四个阶段是一个由浅到深、由易到难的过程，教师在技能训练过程中应按照循序渐进的原则进行讲解，同时对重点、难点问题，坚持循序渐进和启发引导相结合。例如：在前照灯光线路连接时，采用把实验分成两部分：先让学生自己动手进行灯光线路的连接，当学生看到自己连接的前照灯线路接上电源后即正常发光时，欣喜之情溢于言表，学生对实习产生浓厚的兴趣；此时再让学生把变光线路灯光继电器线路接上进行实验，从而达到化繁为简的效果。另外，对学生技能训练中出现的问题和错误加以启发性的分析，如学生在不解体检测硅整流发电机时，测出的数据有时是错误的，但不知道如何检查和判断数据的正确与否，这就需要老师给予启发和指导，引导学生分析产生测量数据不符的原因及检查方法，一步步给予指导，通过教师由浅入深的逐步引导和分析，学生对检测方法有了整体上的认识，并将逐渐提高如何发现问题和解决问题的能力。3、正确评价与反馈整改相结合

正确评价技能训练成绩是激发学生热情、调动学生积极性的重要手段。通过考评发现问题，并及时反馈给学生进行整改，做到正确评价和反馈整改相结合，逐渐提高学生的操作技能。在技能训练过程中，笔者采取多元化的评价方式评价学生的成绩，具体做法是：①将技能训练成绩分为应知和应会两部分，既考核理论知识，又考核实际操作。②采取教师与学生评价相结合的方式，除了教师根据学生操作情况进行评定成绩外，设定一定比例的学生的自评分。学生的自评分，又分为学生本人自我评价和小组评价。③让一位学生操作，其余学生观看，通过评议得出分数。④每进行一次技能训练评定一次成绩。对那些不满意自己目前成绩的同学允许他们通过一段时间练习改进后重新评定成绩，引导并鼓励学生对自己不断提出新要求，从而达到不断提高、不断创新的目的。多元化的考核方式有教师考核、学生自我考核、师生间、学生间能相互学习相互促进，极大调动了学生技能训练的积极性，效果很好。教师在正确评价的基础上及时将信息反馈给学生，对出现的问题，提出整改措施，达到纠正错误提高技能的目的。另外，笔者还通过举办一年一度的学生技能比赛，考核学生独立完成实际操作任务的能力，检测学生的技训水平。例如：2007年11月份笔者组织的汽车电子工程专业学生技能比赛，考题是《硅整流发电机故障的检修》，要求学生在规定时间内，完成检测与维修，并有一定的工艺要求。通过严格的考评，不仅能比较公平地评定技能训练的成绩，而切可以督促学生认真、规范地完成技能训练的每一个环节，增强学生的竞争意识，提高技能训练的实效性。教师要培养学生善于从自己的体验中获得内部反馈信息，发现自己操作中存在的问题，确定改正方法，并主动地尝试、纠正与自我完善。

二、技能训练过程中应把握“三个环节”

在技能训练过程中，教师应把握好以下三个环节：第一个环节：教师引导学生参与；第二个环节：教师辅导学生操作；第三个环节：教师指导学生应用。教师活动主要表现为引导-辅导-指导，学生活动主要表现为参与-操作-应用。笔者认为学生的技能训练既要适合专业的岗位需求，又要注重中职学生动手能力的培养，提高学生的职业技能。

1、教师引导学生参与

教师引导指技能训练起步上的引导。中职学生文化基础比较薄弱，学习兴趣不浓厚。由于汽车电子工程专业课程理论较深，专业性、实践性强，许多学生学习存在一定的困难，上课听不懂而学不好，由于学不好而不愿学，因此学习动力不足，容易失去信心，产生厌学情绪。教师要善于正确巧妙地引动学生，激发学生的学习兴趣，做好知识储备，保证技能训练的顺利进行。初次接触技能训练，部分学生存在对“电”的恐惧心理而缩手所脚，教师应加强引导，对学生进行必要的安全用电常识教育使其了解电的性能，鼓励学生多动手、多实践。同时教师还应对安全文明操作规范和如何防止操作中易出现的问题做出必要的说明，列举错误操作可能带来得危害。例如：按装起动机往接线柱上连接电源线时，首先要注意，工具不能与铁接触否则会出现打火现象，同时指出螺母紧固要适当，如果过紧，不仅费事费力，而且还会将起动机电磁开关绝缘垫损坏。小的失误可能造成严重的后果，这样非常简单的细节如不按规范去做，可能存在重大安全隐患（老师可以演示一遍）。

2、教师辅导学生操作