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【摘要】本文主要集中分析了汽车电器的智能化设计方法，针对汽车电子控制技术发展，对智能汽车电器电子控制系统问题进行了研究。
【关键词】汽车电器；智能化；设计
中图分类号：G353文献标识码： A
一、前言
随着汽车行业的不断壮大，电器的智能化设计成为了发展的必然结果。因此，明确电器的智能化设计方法，进而提出有针对性的方案，对确保汽车的发展具有重要的意义。
二、汽车电子控制技术发展简述
传统的汽车电子控制技术在发展过程中主要是针对机械部件的控制进行研究，其目的是实现机电一体化的汽车产品。传统的汽车电子控制技术下的汽车，在进行汽车电器，如汽车照明、汽车信号、汽车仪表及保险等装置操作控制时，主要是通过驾驶人员直接操纵电器开关的方式来实现。传统汽车电子控制方法存在着较多的缺陷，主要表现在以下几个方面：汽车中电线数量较多，线束布置上存在难度，大量的线束会占据很大空间；电气接点数量较多，汽车工作可靠性及稳定性降低；当汽车出现故障时，不利于维修工作；众多操作需要通过驾驶人员直接操作，增加驾驶人员劳动强度；汽车电子控制系统与其他系统协调不容易处理，不利于提高汽车智能化水平等。
汽车电气系统包括汽车电器与电子控制两大部分。随着科学技术的发展，汽车电气系统逐渐与汽车车身、汽车底盘及汽车发动机成为了汽车的重要组成部分。如今，汽车行业技术领域的电控技术研究获得了很多技术成果，如汽车自动变速技术、电控燃油喷射技术、ABS及ASR等技术及其产品逐渐成熟，并逐渐在汽车产品中获得应用。通过电控技术，改变了原来的机械控制系统，并实现了根据车辆运行状态，利用电子信息处理装置完成相应机械机构动作的执行，降低了汽车驾驶人员劳动强度，克服了传统机械装置存在的缺陷及不足，提高了汽车安全性及舒适性。
三、汽车电器电子控制系统
1、结构及工作原理
由于汽车电器在汽车上的布置比较分散以及机械结构复杂性的限制，采用单一ECU集中控制并不能实现减少线束的目的，因此系统采用按汽车整车电器布置进行分区的结构。如图1所示，将汽车电器布置分为左前区、右前区、左后区、右后区、驾驶室区、仪表信号区，各区分别用一个ECU对区域内的电器进行控制，然后用信号总线(图中较细的公共实线)将各个ECU连接起来并连到集中控制区的ECU上，同时，各个区域用一根电源线(图中较粗的公共实线)连接起来接到蓄电池上，以提供电器及控制电路工作所需电能。集中控制区主要负责接收、检验和执行从机电转换装置得到的驾驶员控制指令和相关传感器信号，通过软件产生控制信号，并将这些控制信号发送到总线上，同时发挥总线主节点的作用来协调各区域ECU的工作，如图2所示。
各区域ECU主要是接收总线上属于该区域的控制信号和其他區域的控制协调信号，并采集只和本区域有关的传感器信号，来控制区域内电器的工作。各区域工作原理基本相同，如图3所示。图2，图3中箭头表示信号流向，调压器的作用是产生控制电路工作所需电压。
2、功能
汽车电器的一般功能主要是起动、点火、照明、信号指示、工况监测和一些必要的辅助功能，如刮水、洗涤、空调、预热等，另外还有一些确保电气系统工作安全的保险丝、接线盒等配电装置的功能，其中与发动机有关的起动、点火、预热功能的控制一般集成于发动机电子控制系统中。
3、关键技术
（1）容错及故障自诊断技术
由于传统的电气线路不复存在，系统完全依靠电子元件、总线及其控制信号工作，各用电器(特别是归属于同一区域的电器)之间关系更为紧密，为了在某一信号通道发生故障时系统仍能正常工作，要求系统有必要的容错能力，并且能显示所发生的故障。容错技术的实现主要依靠冗余，即系统在功能或数量上有一定的重复，当某处发生故障时，其冗余部分能承担相应功能。采用分区技术后，各区域控制量并不多，所以这里主要采用软件冗余来实现容错功能。容错功能只对控制电路的故障有效，对于类似于灯丝烧毁等的故障，则必须依靠故障自诊断技术及时报告驾驶员。
（2）系统通信技术
采用电子控制系统后，能够大大减少导线数量，其关键技术就在于各区域间的通信上。由于对电器的控制在速度和响应时间以及抗干扰方面要求较低，因此采用基于事件触发方式的单线控制器局域网(CAN)串行多路传输技术(传输速度为10kb／s)，将各区域用信号总线连接起来即可。其信号传输格式如图4所示。CAN数据传输以数据帧的格式进行，一个数据帧中除了包含传递数据的数据域外，还有帧起始、仲裁域、控制域、CRC校检码域、应答域、帧结束等用于总线同步和确保正确传输的辅助信息。数据域中要传送的数据可以为0～8个字节(CAN2．0B以上版本可以有更长的数据域)，传送时高位在前低位在后，这样就可以通过软件方便地实现区域寻址和各区域电器数量的增减。
随着CAN总线在汽车电子伺服技术领域的普及，该系统使用CAN通信技术也有利于与其它电子控制系统进行通信，提高汽车的网络化、智能化水平。
四、电器智能化的系统规划
试验车的智能化改造目标为实现汽车智能电器系统(SEED)，即一种以车载总线为基础的彻底全分布式电器系统．全车所有电器均实现网络化和智能化，为独立的网络节点，电器连接关系规范、简洁，其电器拓扑如图5所示．智能化设计通过为原电器添加控制器实现，控制器的外部连接关系如图6所示。
五、智能化控制器的结构设计
1、控制器硬件结构
控制器硬件电路UH={Md，Rd}，其中Md为控制器的电路模块集，Rd为电路模块之间的连接关系描述集．控制器硬件电路由电路模块“无缝”拼接而成，除此之外没有任何其他的元器件．控制器的模块集Md={Xi│i=1，2，…，X(d)}，其中Xi表示不同的模块，X(d)为Md集合中的元素数．在图5中，通用模块F、P、C/L与直接连接zB在没有强电保护模块的控制器中，F不存在)，简单电器的控制器只有一个执行模块，而复杂电器的控制器则有多个执行模块。
如图7所示，电路模块之间通过模块接口实现连接，具有相同电气信号定义的模块接口可以进行连接．模块接口分为物理接口和虚拟接口，物理接口采用接插件的形式，可分离，记做Ji；虚拟接口采用芯片引脚、印制电路引线等形式，一旦制作完成则物理上不可分离，记做Ji’．控制器的模块连接关系Rd={RX，RE，Ri│i=1，2，…，5}，其中，Rx用于描述计算模块C／L与执行模块E之间的连接；RE用于描述执行模块Ei与电器接口zj的连接；Ri│i=1，2，…，5用于描述P、F的电源信号连接及C／L的网络信号连接(在没有F的控制器中，连接关系R1和R5不存在)。
2、指令化控制算法结构
控制器软件算法US={As，Bs}，其中As为下行算法集，As={AR，Ai│i=1，2，…，A(d)}，A(d)为指令执行算法的个数，Bs为上行算法集，Bs={BT，Bj│j=1，2，…，B(d)}，智能电器系统实现了指令化的控制方式，但单个智能电器的功能较为简单，因此将算法结构选用带有中断的轮转结构，如图8所示。
控制器算法程序包括中断程序和前台主程序，指令接收算法在中断程序中完成，每次到达一个信息帧，则总线信息帧中断发生一次。指令执行算法模块、状态采集算法模块根据实际所采用的输出和采集方式，在前台主程序或者中断程序中完成，BT在前台主程序中完成，并由T来保证程序的周期性轮转运行。
六、建议
随着社会经济的不断发展，人们生活水平也持续攀升，迈向了更高的台阶。为了更好地适应并满足社会经济水平的发展，市场对汽车安全性和舒适性方面的性能提出了更高的要求。现代化汽车电器电子控制技术不仅实现了汽车电气系统中各个电器之间的联网，还实现了汽车电气系统中电器与其他系统之间的联网，将汽车的网络化及智能化程度推向了更高的台阶。但是为了更好地实现并发展这一技术，需要非常多的ECU电子设备提供支持，这样也会导致系统所花费的成本较高，因此该技术在市场中还未被广泛使用。即使如此，我们也相信在不久的将来，随着科学技术水平的不断发展，汽车电器电子控制技术一定会取得突破性的进展。
七、结束语
综上所述，通过对汽车电器的智能化设计方法的研究，明确了智能化设计在汽车电器中的重要性。所以，我们必须要提高汽车电器的智能化设计方法水平，确保汽车行业的发展。
参考文献
[1]朱俊.现代汽车的电子控制技术[J].电力电子，2013，（2）：89-93.
[2]王忠良.汽车电子控制技术的应用及分类[J].现代商贸工业，2012（5）：93-97.
【关键词】汽车电器；智能化；设计
中图分类号：G353文献标识码： A
一、前言
随着汽车行业的不断壮大，电器的智能化设计成为了发展的必然结果。因此，明确电器的智能化设计方法，进而提出有针对性的方案，对确保汽车的发展具有重要的意义。
二、汽车电子控制技术发展简述
传统的汽车电子控制技术在发展过程中主要是针对机械部件的控制进行研究，其目的是实现机电一体化的汽车产品。传统的汽车电子控制技术下的汽车，在进行汽车电器，如汽车照明、汽车信号、汽车仪表及保险等装置操作控制时，主要是通过驾驶人员直接操纵电器开关的方式来实现。传统汽车电子控制方法存在着较多的缺陷，主要表现在以下几个方面：汽车中电线数量较多，线束布置上存在难度，大量的线束会占据很大空间；电气接点数量较多，汽车工作可靠性及稳定性降低；当汽车出现故障时，不利于维修工作；众多操作需要通过驾驶人员直接操作，增加驾驶人员劳动强度；汽车电子控制系统与其他系统协调不容易处理，不利于提高汽车智能化水平等。
汽车电气系统包括汽车电器与电子控制两大部分。随着科学技术的发展，汽车电气系统逐渐与汽车车身、汽车底盘及汽车发动机成为了汽车的重要组成部分。如今，汽车行业技术领域的电控技术研究获得了很多技术成果，如汽车自动变速技术、电控燃油喷射技术、ABS及ASR等技术及其产品逐渐成熟，并逐渐在汽车产品中获得应用。通过电控技术，改变了原来的机械控制系统，并实现了根据车辆运行状态，利用电子信息处理装置完成相应机械机构动作的执行，降低了汽车驾驶人员劳动强度，克服了传统机械装置存在的缺陷及不足，提高了汽车安全性及舒适性。
三、汽车电器电子控制系统
1、结构及工作原理
由于汽车电器在汽车上的布置比较分散以及机械结构复杂性的限制，采用单一ECU集中控制并不能实现减少线束的目的，因此系统采用按汽车整车电器布置进行分区的结构。如图1所示，将汽车电器布置分为左前区、右前区、左后区、右后区、驾驶室区、仪表信号区，各区分别用一个ECU对区域内的电器进行控制，然后用信号总线(图中较细的公共实线)将各个ECU连接起来并连到集中控制区的ECU上，同时，各个区域用一根电源线(图中较粗的公共实线)连接起来接到蓄电池上，以提供电器及控制电路工作所需电能。集中控制区主要负责接收、检验和执行从机电转换装置得到的驾驶员控制指令和相关传感器信号，通过软件产生控制信号，并将这些控制信号发送到总线上，同时发挥总线主节点的作用来协调各区域ECU的工作，如图2所示。
各区域ECU主要是接收总线上属于该区域的控制信号和其他區域的控制协调信号，并采集只和本区域有关的传感器信号，来控制区域内电器的工作。各区域工作原理基本相同，如图3所示。图2，图3中箭头表示信号流向，调压器的作用是产生控制电路工作所需电压。
2、功能
汽车电器的一般功能主要是起动、点火、照明、信号指示、工况监测和一些必要的辅助功能，如刮水、洗涤、空调、预热等，另外还有一些确保电气系统工作安全的保险丝、接线盒等配电装置的功能，其中与发动机有关的起动、点火、预热功能的控制一般集成于发动机电子控制系统中。
3、关键技术
（1）容错及故障自诊断技术
由于传统的电气线路不复存在，系统完全依靠电子元件、总线及其控制信号工作，各用电器(特别是归属于同一区域的电器)之间关系更为紧密，为了在某一信号通道发生故障时系统仍能正常工作，要求系统有必要的容错能力，并且能显示所发生的故障。容错技术的实现主要依靠冗余，即系统在功能或数量上有一定的重复，当某处发生故障时，其冗余部分能承担相应功能。采用分区技术后，各区域控制量并不多，所以这里主要采用软件冗余来实现容错功能。容错功能只对控制电路的故障有效，对于类似于灯丝烧毁等的故障，则必须依靠故障自诊断技术及时报告驾驶员。
（2）系统通信技术
采用电子控制系统后，能够大大减少导线数量，其关键技术就在于各区域间的通信上。由于对电器的控制在速度和响应时间以及抗干扰方面要求较低，因此采用基于事件触发方式的单线控制器局域网(CAN)串行多路传输技术(传输速度为10kb／s)，将各区域用信号总线连接起来即可。其信号传输格式如图4所示。CAN数据传输以数据帧的格式进行，一个数据帧中除了包含传递数据的数据域外，还有帧起始、仲裁域、控制域、CRC校检码域、应答域、帧结束等用于总线同步和确保正确传输的辅助信息。数据域中要传送的数据可以为0～8个字节(CAN2．0B以上版本可以有更长的数据域)，传送时高位在前低位在后，这样就可以通过软件方便地实现区域寻址和各区域电器数量的增减。
随着CAN总线在汽车电子伺服技术领域的普及，该系统使用CAN通信技术也有利于与其它电子控制系统进行通信，提高汽车的网络化、智能化水平。
四、电器智能化的系统规划
试验车的智能化改造目标为实现汽车智能电器系统(SEED)，即一种以车载总线为基础的彻底全分布式电器系统．全车所有电器均实现网络化和智能化，为独立的网络节点，电器连接关系规范、简洁，其电器拓扑如图5所示．智能化设计通过为原电器添加控制器实现，控制器的外部连接关系如图6所示。
五、智能化控制器的结构设计
1、控制器硬件结构
控制器硬件电路UH={Md，Rd}，其中Md为控制器的电路模块集，Rd为电路模块之间的连接关系描述集．控制器硬件电路由电路模块“无缝”拼接而成，除此之外没有任何其他的元器件．控制器的模块集Md={Xi│i=1，2，…，X(d)}，其中Xi表示不同的模块，X(d)为Md集合中的元素数．在图5中，通用模块F、P、C/L与直接连接zB在没有强电保护模块的控制器中，F不存在)，简单电器的控制器只有一个执行模块，而复杂电器的控制器则有多个执行模块。
如图7所示，电路模块之间通过模块接口实现连接，具有相同电气信号定义的模块接口可以进行连接．模块接口分为物理接口和虚拟接口，物理接口采用接插件的形式，可分离，记做Ji；虚拟接口采用芯片引脚、印制电路引线等形式，一旦制作完成则物理上不可分离，记做Ji’．控制器的模块连接关系Rd={RX，RE，Ri│i=1，2，…，5}，其中，Rx用于描述计算模块C／L与执行模块E之间的连接；RE用于描述执行模块Ei与电器接口zj的连接；Ri│i=1，2，…，5用于描述P、F的电源信号连接及C／L的网络信号连接(在没有F的控制器中，连接关系R1和R5不存在)。
2、指令化控制算法结构
控制器软件算法US={As，Bs}，其中As为下行算法集，As={AR，Ai│i=1，2，…，A(d)}，A(d)为指令执行算法的个数，Bs为上行算法集，Bs={BT，Bj│j=1，2，…，B(d)}，智能电器系统实现了指令化的控制方式，但单个智能电器的功能较为简单，因此将算法结构选用带有中断的轮转结构，如图8所示。
控制器算法程序包括中断程序和前台主程序，指令接收算法在中断程序中完成，每次到达一个信息帧，则总线信息帧中断发生一次。指令执行算法模块、状态采集算法模块根据实际所采用的输出和采集方式，在前台主程序或者中断程序中完成，BT在前台主程序中完成，并由T来保证程序的周期性轮转运行。
六、建议
随着社会经济的不断发展，人们生活水平也持续攀升，迈向了更高的台阶。为了更好地适应并满足社会经济水平的发展，市场对汽车安全性和舒适性方面的性能提出了更高的要求。现代化汽车电器电子控制技术不仅实现了汽车电气系统中各个电器之间的联网，还实现了汽车电气系统中电器与其他系统之间的联网，将汽车的网络化及智能化程度推向了更高的台阶。但是为了更好地实现并发展这一技术，需要非常多的ECU电子设备提供支持，这样也会导致系统所花费的成本较高，因此该技术在市场中还未被广泛使用。即使如此，我们也相信在不久的将来，随着科学技术水平的不断发展，汽车电器电子控制技术一定会取得突破性的进展。
七、结束语
综上所述，通过对汽车电器的智能化设计方法的研究，明确了智能化设计在汽车电器中的重要性。所以，我们必须要提高汽车电器的智能化设计方法水平，确保汽车行业的发展。
参考文献
[1]朱俊.现代汽车的电子控制技术[J].电力电子，2013，（2）：89-93.
[2]王忠良.汽车电子控制技术的应用及分类[J].现代商贸工业，2012（5）：93-97.