自动化汽车

自动化汽车摘要现代汽车工业随着科学技术的飞速发展而日新月异,新工艺、新材料、新技术广泛运用,特别是电子技术、液压技术在汽车上应用,使当今的汽车是集各种先进技术的大成,新颖别致的汽车时时翻新。而现代汽车的故障诊断不再是眼看、耳听、手摸,汽车维修也不再是师傅带徒弟的一门手艺,而是利用各种新技术的过程。随着汽车技术的快速发展,日益呈现出汽车维修的高科技特征,与其同时汽车维修理念也不断更新。关键词无人驾驶技术、汽车维修、自动化汽车、环保汽车、新能源汽车正文1、汽车的发展趋势真正的高科技无人驾驶车，不是没人碰的老爷车多年以来，汽车产业涌现出了大量的自动化智能技术，这些技术能够实现自适应巡航定速(adaptivecruisecontrol)、车道偏离检测、智能安全气囊系统等特性。下一步，我们将推出具备视觉功能的汽车，其不仅可为驾驶员提供建议，甚至还能根据道路、交通以及天气状况的变化自动做出反应。目前，实现自动化汽车所必需的大量技术已经具备。当前的挑战主要在于，如何进行产品定义、系统集成，如何构建智能汽车的基础结构，以及如何界定汽车的可靠性和容限要求。不过，正如汽车和半导体产业在过去的发展经历中所表现出的那样，下一步发展的主要障碍还是在于缺乏足够的想象力。DigitalAutoDrive(DAD)是一家总部位于美国加利福尼亚州的研发机构，专门从事基于视觉识别的3D影像和导航技术研究，其研究领域充满挑战性和感召力。DAD已经采用德州仪器(TI)的数字信号处理器(DSP)开发出了无人驾驶的丰田Tundra卡车，这辆车能自动识别前方道路，进行即时导航决策，完全无需人工干预就能自动行驶。DAD车队将参加美国国防部高级计划研究署(DARPA)于2005年10月8日在内华达州Prim举行的无人驾驶汽车挑战赛(DARPAGrandChallenge)，参赛队伍达23支。获参赛资格的车队必须让全自动越野车辆在莫哈韦沙漠上行驶约150英里，以帮助国防部(Do)开发无人驾驶军用车辆的新技术，相关技术将用于装备美军车辆。促进DARPA挑战赛举办的部分原因是，国会曾要求到2015年前，所有军用车辆中三分之一必须实现自动化。在2004年的DARPA挑战赛中，无人驾驶车辆穿越了约110英里的沙漠，从加利福尼亚州的巴斯托直到内华达州的Prim。观察2004年挑战赛的赛道示意图，我们发现这条赛道几乎与从巴格达到法鲁贾的道路一模一样。“自动化”一词有许多含义，不过本文中的“自动化”是指车辆必须能够实现完全自动导航，即不采用遥控或通过其他外界方式对车辆施加影响。军用市场是无人驾驶车辆技术的直接目标，这也是DAD卡车队的市场对象，不过，消费类汽车市场也将受益于上述技术的进步。在挑战赛车辆中使用的许多技术，如障碍检测等，甚至会影响目前领先汽车制造商正在开发中的防撞系统技术。2、汽车的关键技术A、无人驾驶技术历史过程：无人驾驶，应当是汽车变革的最核心内容。看似很科幻，但其实汽车自动化过程贯穿整个汽车发展史，我们已经实现了无人驾驶所需要的大部分功能：1912年凯迪拉克发明自动发动系统，不必再手摇发动汽车；1939年第一款自动变速器问世；1915年第一款克莱斯勒提供了第一款助力转向系统；1958年克莱斯勒安装巡航系统，使驾驶者不必太关心形式速度；1970年防抱死系统；2002-2005年，各种安全预警系统在危险时发出警报；2006年雷克萨斯自助泊车系统2008年至今，行人警告系统、低速自动转向系统等等。2012年，谷歌研制的、真正的自动驾驶汽车，已行驶超过32万公里，仅有的一次事故也是因为人类司机代驾引起。关键技术:无人驾驶汽车开发的关键技术主要有两个方面:车辆定位和车辆控制技术。这两方面相辅相成共同构成无人驾驶汽车的基础。车辆定位技术是无人驾驶汽车行驶的基础。目前常用的技术包括磁导航和视觉导航等。其中,磁导航是目前最成熟可靠的方案,现大多数均采用这种导航技术。例如,荷兰阿姆斯特丹国际机场和鹿特丹的Park系统,上海交通大学的CyberC3系统等。磁导航最大的优点是不受天气等自然条件的影响,即使风沙或大雪埋没路面也一样有效,而且便于维护。另外,通过变换磁极朝向进行编码,可以向车辆传输道路特性信息,诸如位置、方向、曲率半径、下一个道路出口位置等信息。但是,磁导航方法往往需要在道路上埋设一定的导航设备(如磁钉或电线),系统实施过程比较繁琐,且不易维护,变更运营线路需重新埋设导航设备。视觉导航就不存在这个问题。视觉导航的优点是车载计算机可以在试验样车偏离目标车道前,事先知道并预防其发生,同时当在高速公路使用时,不需要对现有的道路结构做变化,并且在混合交通中,也可使用;其缺点为,当风沙、大雾等自然因素致使能见度过低或路面上的白色标线不清晰时,导航系统会失效。但由于视觉导航对基础设施的要求很低,被公认为是最有前景的定位方法。车辆控制技术是无人驾驶汽车的核心,主要包括速度控制和方向控制等几个部分。无人驾驶其实就是用电子技术控制汽车进行的仿人驾驶。通过对驾驶员的驾驶行为进行分析可知,车辆的控制是一个典型的预瞄控制行为,驾驶员找到当前道路环境下的预瞄点,根据预瞄点控制车辆的行为。目前最常用的方法是经典的智能PID算法,例如模糊PID、神经网络PID等。除以上两个方面,无人驾驶汽车作为智能交通系统的一部分,还需要一些其它相关技术的支持,如车辆调度系统、通讯系统和人机交互系统等,最终得以实现整个交通系统的高效、安全。发展方向：无人驾驶汽车的研究,可以归纳为3个方面:高速公路环境、城市环境和特殊环境下的无人驾驶系统。就具体研究内容而言,3个方面相互重叠,只是技术的侧重点不同。1、高速公路环境下的无人驾驶系统这类系统将使用在环境限定为具有良好标志的结构化高速公路上,主要完成道路标志线跟踪、车辆识别等功能。这些研究把精力集中在简单结构化环境下的高速自动驾驶上,其目标是实现进入高速公路之后的全自动驾驶。尽管这样的应用定位有一定的局限性,但它的确解决了现代社会中最为常见、危险、也是最为枯燥的驾驶环节的驾驶任务。2、城市环境下的无人驾驶系统与高速环境研究相比,城市环境下的无人驾驶由于速度较慢,因此更安全可靠,应用前景更好。短期内,可作为城市大容量公共交通(如地铁等)的一种补充,解决城市区域交通问题,例如大型活动场所、公园、校园、工业园、机场等。但是,城市环境也更为复杂,对感知和控制算法提出了更高的要求。城市环境中的无人自动驾驶将成为下一阶段研究重点。例如,美国国防部“大挑战”比赛2007年将采用城市环境。目前这类环境的应用已经进入到小范围推广阶段,但其大范围应用目前仍存在一定困难,例如可靠性问题、多车调度和协调问题、与其它交通参与者的交互问题、成本问题、商业模型等。3、特殊环境下的无人驾驶系统无人驾驶汽车研究走在前列的国家,一直都很重视其在军事和其他一些特殊条件下的应用。但其关键技术和基于高速公路和城市环境的车辆是一致的,只是在性能要求上的侧重点不一样。例如,车辆的可靠性、对恶劣环境的适应性是在特殊环境下考虑的首要问题,也是在未来推广应用要重点解决的问题。B、汽车维修现代汽车的维修特征：故障诊断特征现代汽车已不是简单的机械产品,也不是最初的交通工具,而是由原始汽车进化到一个高科技的结晶体。特别是电子技术、电脑技术的飞速发展,使汽车的科技化程度不断得到提高。电子燃油喷射系统发动机(EFIE)、ABS防抱死制动系统、SRS安全气囊系统、电子控制自动变速箱系统(AT)、加速滑动调整系统(ASR)、自动空调系统(A/C)、电子悬挂系统(ECS)、动力转向系统、自动巡航系统、中控门锁及防盗系统、TCS动力牵引系统及自我诊断系统等,这些总成均由电控单元件(ECU)全面控制,电控单元具有自诊断功能,能记录出现的故障,并以代码形式存储在电控单元存储器中。通过解码器可从电控单元储存器中读出存储的故障码,从而确定故障的部位和提供排除故障的在线帮助[2,3]。检修工具特征随着汽车技术的发展,维修设备也随之产生了质的变化。汽车保修设备的生产,也不再是多以机具类为主。20世纪90年代以来,一批批先进的进口汽车检测设备和仪器涌入国门。四轮定位仪、解码器、汽车专用示波器、汽车专用电表、发动机分析仪、尾气测试仪及电脑动平衡机等,这些昔日人们十分陌生的检测设备,已经成为现代维修企业的必备工具[4]。而这些检测设备,本身就是高科技化的产品,是电子检测技术、电脑技术的高级集成物。要熟练地操作使用这些检测设备,技术人员需要经过严格的培训,并要掌握外语和电脑技术,才能掌握正确的使用方法,充分发挥检测设备的各项功能。这种高科技化的现代汽车检测设备,使现代汽车维修的科技含量大为提高。现代汽车维修与传统方法的区别：传统汽车维修是以机械修理为核心的手工操作技艺。传统汽车维修强调修理工艺并以零部件修复为手段，是总成拆装调整工艺与零件修复工艺的组合；传统汽车维修的故障检查以定性分析为基础，主要采用直观检查和少量仪表测量的方法来完成；传统汽车维修过程中技术资料的应用主要表现为技术标准的查阅，技术资料的形式为技术标准手册。现代汽车维修是以机、电、液一体化系统诊断为核心的综合诊断技术。现代汽车维修突出诊断技术，并以准确诊断故障点为目标；现代汽车维修是总成拆装调整工艺与系统诊断技术的组合；现代汽车维修的故障诊断是以定量分析为基础，主要采用仪器仪表检测分析和部分直观检查的方法来完成；现代汽车维修过程中技术资料的应用主要表现为维修诊断工艺和技术参数的详细查阅，技术资料的形式为生产厂家的维修手册或资料光盘。C、新能源汽车发展背景与趋势：随着世界能源危机和环保问题日益突出，汽车工业面临着严峻的挑战。一方面，石油资源短缺，汽车是油耗大户，且目前内燃机的热效率较低，燃料燃烧产生的热能大约只有35%—40%用于实际汽车行驶，节节攀升的汽车保有量加剧了这一矛盾；另一方面，汽车的大量使用加剧了环境污染，城市大气中CO的82%、NOx的48%、HC的58%和微粒的8%来自汽车尾气，此外，汽车排放的大量CO2加剧了温室效应，汽车噪声是环境噪声污染的主要内容之一。我国作为石油进口国和第二大石油消费大国，污染严重，世行认定的20个污染最严重的城市有16个在中国。国内汽车产品水平与国外差距很大，平均油耗高出10%—30%，排放约为15—20倍，汽车工业面临的压力更大。《新能源汽车生产企业及产品准入管理规则》已于2009年7月1日正式实施，《规则》强调说明：新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源（或使用常规的车用燃料、采用新型车载动力装置），综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。新能源汽车包括混合动力汽车、纯电动汽车（BEV，包括太阳能汽车）、燃料电池电动汽车（FCEV）、氢发动机汽车、其他新能源（如高效储能器、二甲醚）汽车等各类别产品。关键技术：电池技术是新能源汽车的重要驱动力。目前，新能源汽车中的电池对新能源汽车的发展带来了很大的挑战，例如：如何改善电池的充电时间、使用寿命、减轻电池的重量，增加电池的续航能力、降低成本、保证使用安全等等问题，都是新能源汽车迫切需要并且必须解决的问题。最近，随着业界对电池电量计算的精度要求不断提高，以及越来越优异的电池工艺技术的出现，结果使得电池充放电曲线更加平坦，因此，电池管理芯片需要拥有更高的测量精度。另外，由于锂电池的失效特性，电池管理系统的可靠性和安全性至关重要。国内厂商开始关注系统级的安全性设计，以及ISO26262标准的引入。在电池管理芯片领域，主流半导体厂商均在芯片中集成了越来越完备的故障报错机制、数据校验机制、以及冗余监控机制，以帮助客户实现更高等级的系统级安全。此外，很多厂商开始关注效率更高的主动式电池均衡，以降低电池管理模块的发热，节省电量消耗，这几个新的技术趋势也是目前ADI在电池管理芯片领域致力的方向。这些问题的解决，意味着消费者所担心的电池系统安全性、电池的使用寿命以及成本等一系列问题将随之迎刃而解，这将加快新能源汽车的普及速度。在新能源汽车中的铅酸电池控制是提高能源效率的