✖


Jump to content

Автомобильная электроника

Автомобильная электроника — это электронные системы , используемые в транспортных средствах , включая управление двигателем , зажигание , радио , компьютеры , телематику , автомобильные развлекательные системы и другие. Электроника зажигания, двигателя и трансмиссии также встречается в грузовиках , мотоциклах , внедорожниках и других машинах с двигателем внутреннего сгорания, таких как вилочные погрузчики , тракторы и экскаваторы . Соответствующие элементы управления соответствующими электрическими системами также встречаются на гибридных автомобилях и электромобилях .

Электронные системы становятся все более важным компонентом стоимости автомобиля: с примерно 1% его стоимости в 1950 году до примерно 30% в 2010 году. [1] Современные электромобили полагаются на силовую электронику для управления основным двигателем, а также для управления аккумуляторной системой . Будущие автономные автомобили будут опираться на мощные компьютерные системы, набор датчиков, сети и спутниковую навигацию, и для всего этого потребуется электроника.

История [ править ]

Самыми ранними электронными системами, доступными в качестве заводских установок, были на электронных лампах автомобильные радиоприемники , начиная с начала 1930-х годов. Развитие полупроводников после Второй мировой войны значительно расширило использование электроники в автомобилях: твердотельные диоды сделали автомобильный генератор переменного тока стандартом примерно после 1960 года, а первые транзисторные системы зажигания появились в 1963 году. [2]

Появление технологии металл-оксид-полупроводник (МОП) привело к развитию современной автомобильной электроники. [3] МОП -транзистор (МОП-полевой транзистор или МОП-транзистор), изобретенный Мохамедом М. Аталлой и Давоном Кангом в Bell Labs в 1959 году. [4] [5] привело к разработке силового МОП-транзистора компанией Hitachi в 1969 году. [6] и однокристальный микропроцессор Федерико Фаггина , Марсиана Хоффа , Масатоши Шимы и Стэнли Мазора из Intel в 1971 году. [7]

Разработка микросхем и микропроцессоров МОП-интегральных схем (МОП-ИС) сделала ряд автомобильных приложений экономически целесообразными в 1970-х годах. В 1971 году компании Fairchild Semiconductor и RCA Laboratories предложили использовать МОП- чипы большой интеграции (LSI) для широкого спектра автомобильных электронных приложений, включая блок управления коробкой передач (TCU), адаптивный круиз-контроль (ACC), генераторы переменного тока , автоматические фары. диммеры , электрические топливные насосы , электронный впрыск топлива , зажиганием электронное управление , электронные тахометры , последовательные указатели поворотов , указатели скорости , датчики давления в шинах , регуляторы напряжения , управление стеклоочистителями , электронная система предотвращения скольжения (ESP), а также отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха (ОВиК). [8]

В начале 1970-х годов японская электронная промышленность начала производить интегральные схемы и микроконтроллеры для японской автомобильной промышленности , используемые для автомобильных развлечений, автоматических дворников, электронных замков, приборной панели и управления двигателем. [9] Система Ford EEC (электронное управление двигателем), в которой использовался микропроцессор Toshiba TLCS-12 PMOS , была запущена в массовое производство в 1975 году. [10] [11] В 1978 году в Cadillac Seville появился «путевой компьютер» на базе микропроцессора 6802 . Системы зажигания и впрыска топлива с электронным управлением позволили автоконструкторам создать транспортные средства, отвечающие требованиям по экономии топлива и снижению выбросов, сохраняя при этом высокий уровень производительности и удобства для водителей. Сегодняшние автомобили содержат дюжину или более процессоров, выполняющих такие функции, как управление двигателем, управление коробкой передач, климат-контроль, антиблокировочная система тормозов, системы пассивной безопасности, навигация и другие функции. [12]

Силовой МОП-транзистор и микроконтроллер , тип однокристального микропроцессора, привели к значительному прогрессу в электромобилей технологии MOSFET . Преобразователи мощности позволяли работать на гораздо более высоких частотах переключения, упрощали управление, снижали потери мощности и значительно снижали цены, в то время как однокристальные микроконтроллеры могли управлять всеми аспектами управления приводом и имели возможность управления батареями . [3] МОП-транзисторы используются в транспортных средствах. [13] например, автомобили , [14] автомобили , [15] грузовики , [14] электромобили , [3] и умные автомобили . [16] MOSFET используются для электронного блока управления (ECU), [17] в то время как силовые MOSFET и IGBT используются в качестве драйверов нагрузки для автомобильных нагрузок, таких как двигатели , соленоиды , катушки зажигания , реле , обогреватели и лампы . [13] В 2000 году среднестатистический пассажирский автомобиль на сумму 100–200 долларов США среднего класса содержал силовые полупроводники это потенциально увеличивалось в 3–5 раз , а для электромобилей и гибридных автомобилей . По состоянию на 2017 год Среднестатистический автомобиль имеет более 50 приводов , обычно управляемых силовыми МОП-транзисторами или другими силовыми полупроводниковыми устройствами . [13]

передвигаться по шоссе, Еще одна важная технология, которая позволила современным электромобилям — это литий-ионный аккумулятор . [18] Его изобрели Джон Гуденаф , Рашид Язами и Акира Ёсино в 1980-х годах. [19] и коммерциализирован Sony и Asahi Kasei в 1991 году. [20] Литий-ионная батарея способствовала развитию электромобилей, способных путешествовать на дальние расстояния, к 2000-м годам. [18]

Типы [ править ]

Автомобильная электроника или автомобильные встроенные системы представляют собой распределенные системы, и в соответствии с различными областями автомобильной отрасли их можно классифицировать на:

  1. Электроника двигателя
  2. Электроника коробки передач
  3. Электроника шасси
  4. Пассивная безопасность
  5. Помощь водителю
  6. Комфорт пассажиров
  7. Развлекательные системы
  8. Электронные интегрированные системы кабины

По словам Криса Исидора из CNN Business, в среднем автомобиль 2020-х годов имеет 50–150 чипов . [21]

Электроника двигателя [ править ]

Одной из самых требовательных электронных частей автомобиля является блок управления двигателем (ЭБУ). Для управления двигателем требуются одни из самых высоких сроков в режиме реального времени, поскольку двигатель сам по себе является очень быстрой и сложной частью автомобиля. Из всей электроники в любом автомобиле наибольшая вычислительная мощность у блока управления двигателем, обычно это 32-битный процессор. [ нужна ссылка ]

Современный автомобиль может иметь до 100 ЭБУ, а коммерческий автомобиль – до 40. [ нужна ссылка ]

ЭБУ двигателя управляет такими функциями, как:

В дизельном двигателе :

В бензиновом двигателе:

Многие другие параметры двигателя активно отслеживаются и контролируются в режиме реального времени. Их от 20 до 50, которые измеряют давление, температуру, расход, скорость двигателя, уровень кислорода и уровень NOx , а также другие параметры в разных точках двигателя. Все эти сигналы датчиков отправляются в ЭБУ, который имеет логические схемы для фактического управления. Выход ЭБУ подключен к различным исполнительным устройствам дроссельной заслонки, клапана рециркуляции отработавших газов, рейки (в ВГТ ), топливной форсунки (с использованием сигнала с широтно-импульсной модуляцией ), дозирующей форсунки и многого другого. Всего имеется от 20 до 30 актуаторов.

Электроника трансмиссии [ править ]

Они управляют системой трансмиссии, в основном переключением передач, для повышения комфорта переключения и снижения прерывания крутящего момента при переключении. В автоматических трансмиссиях используются элементы управления для их работы, а также во многих полуавтоматических трансмиссиях, имеющих полностью автоматическое сцепление или полуавтоматическое сцепление (только выключение). Блок управления двигателем и блок управления коробкой передач обмениваются сообщениями, сигналами датчиков и сигналами управления своей работой.

Электроника шасси [ править ]

Система шасси имеет множество подсистем, которые контролируют различные параметры и активно управляются:

Пассивная безопасность [ править ]

Основная статья: Пассивная безопасность

Эти системы всегда готовы действовать в случае столкновения или предотвратить его, обнаружив опасную ситуацию:

Помощь водителю [ править ]

Основная статья: Передовые системы помощи водителю
  • Системы помощи при движении по полосе
  • Система помощи при скорости
  • Обнаружение слепых зон
  • Система помощи при парковке
  • Адаптивная система круиз-контроля
  • Помощь перед столкновением

Комфорт пассажиров [ править ]

  • Автоматический климат-контроль
  • Электронная регулировка сиденья с памятью.
  • Автоматические дворники
  • Автоматические фары - автоматически регулирует свет
  • Автоматическое охлаждение – регулировка температуры

Развлекательные системы [ править ]

Все вышеперечисленные системы образуют информационно-развлекательную систему. Методы разработки этих систем различаются в зависимости от производителя. используются разные инструменты Для разработки аппаратного и программного обеспечения .

Электронные интегрированные системы кабины [ править ]

Это гибридные ЭБУ нового поколения, которые сочетают в себе функции нескольких ЭБУ информационно-развлекательного головного устройства, усовершенствованных систем помощи водителю (ADAS), комбинации приборов, камеры заднего вида/системы помощи при парковке, систем кругового обзора и т. д. Это позволяет сэкономить на стоимости электроники, а также на механические/физические части, такие как межсоединения между ЭБУ и т. д. Существует также более централизованное управление, поэтому данные могут беспрепятственно обмениваться между системами.

Конечно, есть и проблемы. Учитывая сложность этой гибридной системы, требуется гораздо больше строгости для проверки ее надежности, безопасности и защищенности. Например, если приложение информационно-развлекательной системы, которое может работать под управлением ОС Android с открытым исходным кодом, будет взломано, у хакеров может возникнуть возможность удаленно получить контроль над автомобилем и потенциально злоупотребить им для антиобщественной деятельности. Обычно использование гипервизоров с аппаратным и программным обеспечением используется для виртуализации и создания отдельных зон доверия и безопасности, невосприимчивых к сбоям или нарушениям друг друга. В этой области ведется большая работа, и потенциально такие системы появятся в ближайшее время, если не уже сейчас.

Требования функциональной безопасности [ править ]

Чтобы свести к минимуму риск опасных отказов, электронные системы, связанные с безопасностью, должны быть разработаны в соответствии с применимыми требованиями ответственности за качество продукции. Игнорирование или ненадлежащее применение этих стандартов может привести не только к травмам, но и к серьезным юридическим и экономическим последствиям, таким как аннулирование или отзыв продукции .

Стандарт IEC 61508 , обычно применимый к электрическим, электронным и программируемым продуктам, связанным с безопасностью, лишь частично соответствует требованиям автомобильной разработки. Следовательно, для автомобильной промышленности этот стандарт заменяется существующим стандартом ISO 26262 , который в настоящее время выпущен как окончательный проект международного стандарта (FDIS). ISO/DIS 26262 описывает весь жизненный цикл электрических/электронных систем, связанных с безопасностью, для дорожных транспортных средств. В своей окончательной версии он был опубликован в качестве международного стандарта в ноябре 2011 года. Внедрение этого нового стандарта приведет к изменениям и различным инновациям в процессе разработки автомобильной электроники, поскольку он охватывает полный жизненный цикл продукта от этапа разработки концепции до его вывод из эксплуатации.

Безопасность [ править ]

См. Также: Автомобильная безопасность.

Поскольку все больше функций автомобиля подключены к сетям ближнего или дальнего действия, кибербезопасность требуется систем от несанкционированной модификации. Поскольку критически важные системы, такие как органы управления двигателем, трансмиссия, подушки безопасности и тормозная система, подключены к внутренним диагностическим сетям, удаленный доступ может привести к тому, что злоумышленник изменит работу систем или отключит их, что может привести к травмам или гибели людей. Каждый новый интерфейс представляет собой новую « поверхность атаки ». Тот же объект, который позволяет владельцу разблокировать и завести автомобиль с помощью приложения для смартфона, также представляет риски из-за удаленного доступа. Производители автомобилей могут защищать память различных микропроцессоров управления как для защиты их от несанкционированных изменений, так и для того, чтобы гарантировать, что только авторизованные производители смогут диагностировать или ремонтировать автомобиль. Такие системы, как вход без ключа, основаны на криптографических методах, гарантирующих, что атаки « повтор » или « атаки «человек посередине »» не смогут записывать последовательности, позволяющие позднее взломать автомобиль. [22]

В 2015 году Генеральный автомобильный клуб Германии заказал расследование уязвимостей электронной системы одного производителя, которые могли привести к таким эксплойтам, как несанкционированная удаленная разблокировка автомобиля. [23]

См. также [ править ]

Ссылки [ править ]

  1. ^ https://www.statista.com/statistics/277931/automotive-electronics-cost-as-a-share-of-total-car-cost-worldwide/ Стоимость автомобильной электроники как доля от общей стоимости автомобиля, данные получены за июль. 11, 2017
  2. ^ ВинсС (07.05.2019). «История автомобилестроения: электронное зажигание – потеря очков, часть 1» . Кербсайд Классик . Проверено 3 октября 2022 г.
  3. ^ Перейти обратно: а б с Госден, Д.Ф. (март 1990 г.). «Современные технологии электромобилей с использованием электродвигателя переменного тока» . Журнал электротехники и электроники . 10 (1). Институт инженеров Австралии : 21–7. ISSN   0725-2986 .
  4. ^ «1960 — Демонстрация металлооксидно-полупроводникового (МОП) транзистора» . Кремниевый двигатель . Музей истории компьютеров .
  5. ^ «Кто изобрел транзистор?» . Музей истории компьютеров . 4 декабря 2013 года . Проверено 20 июля 2019 г.
  6. ^ Окснер, ЕС (1988). Технология и применение Фет . ЦРК Пресс . п. 18. ISBN  9780824780500 .
  7. ^ «1971: Микропроцессор объединяет функции ЦП в одном кристалле» . Кремниевый двигатель . Музей истории компьютеров . Проверено 22 июля 2019 г.
  8. ^ Бенри, Рональд М. (октябрь 1971 г.). «Микроэлектроника в 70-е годы» . Популярная наука . 199 (4). Боннье Корпорейшн : 83–5, 150–2. ISSN   0161-7370 .
  9. ^ «Тенденции в полупроводниковой промышленности: 1970-е годы» . Музей истории полупроводников Японии . Архивировано из оригинала 27 июня 2019 года . Проверено 27 июня 2019 г.
  10. ^ «1973: 12-битный микропроцессор управления двигателем (Toshiba)» (PDF) . Музей истории полупроводников Японии . Архивировано из оригинала (PDF) 27 июня 2019 года . Проверено 27 июня 2019 г.
  11. ^ Белзер, Джек; Хольцман, Альберт Г.; Кент, Аллен (1978). Энциклопедия компьютерных наук и технологий: Том 10 - Линейная и матричная алгебра микроорганизмов: компьютерная идентификация . ЦРК Пресс . п. 402. ИСБН  9780824722609 .
  12. ^ http://www.embedded.com/electronics-blogs/significant-bits/4024611/Motoring-with-microprocessors Motoring с микропроцессорами, получено 11 июля 2017 г.
  13. ^ Перейти обратно: а б с Эмади, Али (2017). Справочник по автомобильной силовой электронике и моторным приводам . ЦРК Пресс . п. 117. ИСБН  9781420028157 .
  14. ^ Перейти обратно: а б «Новости дизайна» . Новости дизайна . 27 (1–8). Cahners Publishing Company: 275. 1972. Сегодня по контрактам примерно с 20 крупными компаниями мы работаем над почти 30 программами продуктов — приложениями технологии MOS/LSI для автомобилей, грузовиков, бытовой техники, бизнес-машин, музыкальных инструментов, компьютерной периферии, кассовые аппараты, калькуляторы, оборудование для передачи данных и телекоммуникаций.
  15. ^ «Призывник NIHF Бантвал Джаянт Балига изобрел технологию IGBT» . Национальный зал славы изобретателей . Проверено 17 августа 2019 г.
  16. ^ «MDmesh: 20 лет суперпереходных МОП-транзисторов STPOWER™, история об инновациях» . СТ Микроэлектроника . 11 сентября 2019 года . Проверено 2 ноября 2019 г.
  17. ^ «Автомобильные силовые МОП-транзисторы» (PDF) . Фуджи Электрик . Проверено 10 августа 2019 г.
  18. ^ Перейти обратно: а б Скросати, Бруно; Гарче, Юрген; Тиллмец, Вернер (2015). Достижения в области аккумуляторных технологий для электромобилей . Издательство Вудхед . ISBN  9781782423980 .
  19. ^ «Медаль IEEE для получателей технологий защиты окружающей среды и безопасности» . Медаль IEEE за технологии защиты окружающей среды и безопасности . Институт инженеров электротехники и электроники . Проверено 29 июля 2019 г.
  20. ^ «Ключевые слова для понимания устройств Sony Energy – ключевое слово 1991 г.» . Архивировано из оригинала 4 марта 2016 года.
  21. ↑ Крис Исидор (22 марта 2021 г.) Нехватка компьютерных чипов начинает бить автопроизводителей по больным местам.
  22. ^ https://www.eetimes.com/document.asp?doc_id=1279038 Tech Trends: Проблемы безопасности автомобильной электроники нового поколения , получено 11 ноября 2017 г.
  23. ^ Машинка, открой! Бреши в безопасности в BMW ConnectedDrive. Архивировано 23 ноября 2020 г. в Wayback Machine , c't, 05 февраля 2015 г.

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Уильям Б. Риббенс и Норман П. Мансур (2003). Понимание автомобильной электроники (6-е изд.). Ньюнес. ISBN  9780750675994 .

Внешние ссылки [ править ]

Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Automotive_electronics&oldid=1227858417"
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 67566a6f06b68d871eaecbe74d1642b9__1717813620
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/67/b9/67566a6f06b68d871eaecbe74d1642b9.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Automotive electronics - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)