智能汽车设计1000论文

汽车运动汽车运动的起源：“赛车”一词来自法文（Grand Prix），意思是大奖赛。在国外，汽车比赛几乎与汽车具有同样长的历史。今天，各式各样的汽车比赛被统称为现代汽车运动，它是世界范围内一项影响较大的体育运动。多姿多彩的汽车运动使这一冷冰冰的钢铁机器充满了柔情蜜意，同时，汽车运动的激烈、惊险、浪漫、刺激，不仅仅使成千上万的观众为之痴迷，而且还使世界汽车技术的发展日新月异。汽车运动是指汽车在封闭场地内、道路上或野外比赛速度、驾驶技术和性能的一种运动项目。19世纪80年代，欧洲大陆出现了最早的汽车。汽车运动也随着汽车工业的发展而兴起。从第一辆汽车被生产出来到第一次汽车比赛的举行只不过十年的时间。起初，汽车比赛的目的只是汽车生产厂家为了检查车辆的性能，宣传使用汽车的安全性和可靠性，因此汽车生产厂家积极资助，推销其产品。1894年，Le Petit 日报的Pierre Gifard组织了世界上第一次汽车比赛，线路由巴黎到鲁昂（Rouen），共80英里。这次比赛远不及今天大奖赛扣人心弦，引用当时的话说“without danger, easy to handle and cheap to run!”。汽车运动的魅力：与通常的体育运动相比，汽车运动不仅是车手个人技艺、意志和胆量的竞争，而且是汽车设计、产品质量的角逐，这种独具特色的双重性运动，更能体现人类精英与高新科技最完美的结合，体现人类对自然的征服能力。有了具有高科技产品的汽车公司做后盾，有了拥有雄厚经济实力的大企业集团的资助，再加之热心汽车运动的人们的积极参与，这就是汽车运动能够经久不衰的关键所在。汽车比赛不断推动着世界和各国汽车工业的技术革命，而汽车工业的日新月异的变革又推动了汽车运动水平的不断提高。汽车运动自始至终围绕交通车和专门特制赛车这两大类车种发展。有钱人驾着刚刚问世不久的汽车，炫耀他们的“绅士派头”已成为历史。如今汽车甲级赛（即F1）驾驶员，他们身穿类似潜水员潜水服的长袖防火服，头盔和宇航员戴的差不多。现在的汽车赛已完全成为一种职业活动，出现了空前繁荣的局面。在赛车场，那些五彩缤纷的赛车，随着一声令下，竟相出发，开足马力冲向前方。车手门你追我赶的争先表演，赛车如万马奔腾一泻千里而过的彩场面非常壮观，这对20～30万的现场观众和数以亿计的电视观众来说极丰富刺激。汽车运动的魅力可以表现为以下几个方面：有助于改善汽车的性能; 是强化的道路实验；动态车展最佳广告；促进汽车大众化。汽车赛是集人与车为一体的综合较量。与通常的体育运动相比，汽车运动不仅是车手个人技艺、意志和胆量的竞争，而且是汽车设计，产品质量的角逐。这种独具特色的双重性运动，更能体现人类精英与高新科技最完美的结合，体现人类对自然的征服能力。作为一项群众性体育活动，赛车不仅体现着技术革新的步伐，也体现出人类驾驭自然的能力。它壮观而激烈，充满着冒险的情趣，因而激起越来越多人的狂热。每次大奖赛到来，总有成千上万的爱好者趋之若鹜。英国以每张1500美元的往返机票组织人们前往巴西观看汽车大赛；葡萄牙人和意大利人则成群结队地乘火车奔奥地利观看比赛。联邦德国、英国和南非，是甲级赛车的会聚之地，每次都有不下10万人前往观看。汽车赛是车战？商战？金融战还是科技战？谁也无法说清。它那丰富而又复杂的内涵超过了世界上任何一项体育运动。总之，有了具有高科技产品的汽车公司做后盾，有了拥有雄厚经济实力的企业集团的资助，再加上热心汽车运动的人们的积极参与，这就是汽车运动能够经久不衰的关键所在。随着我国汽车产业的快速发展，人们对汽车的理解和认识也在逐步加深，作为汽车产业链的下游环节，汽车运动产业近年来开始在国内落地生根。“热衷于汽车运动的人越来越多，除了喜欢观看汽车赛事外，中国职业车手的队伍也在迅速壮大，他们已经开始出现在国际顶级汽车赛事中。”中国汽车运动联合会有关人士表示，汽车运动已经成为一部分中国老百姓文化生活的重要组成部分，观看各类汽车赛事更是成了都市时尚人群的生活方式。记者从中国汽车运动联合会了解到，随着F1、GT这样的世界顶级汽车赛事相继落户中国，中国国内的各项汽车赛事近年来也风起云涌，诸如全国汽车拉力锦标赛、全国汽车场地越野锦标赛、全国卡丁车锦标赛等一系列赛车运动，已经在中国汽车运动联合会的年度赛程上被排得满满当当。尤其值得一提的是，2005年8月23日国产汽车品牌吉利与中国汽车运动联合会握手，成为亚洲吉利方程式国际公开赛的汽车赞助商，为大赛提供车辆赞助。目前，亚洲吉利方程式国际公开赛是国际汽联认可的国际方程式赛事，并成为中国最高级别的方程式赛事。国际上的汽车赛事已经形成了成熟而完整的商业价值链，其所带来的市场回报相当诱人。以F1为例，据历年来的保守统计，国际标准的F1赛车场每年仅车赛就可吸引数以万计的人从世界各地汇聚而来，每场比赛现场观众可达到20万到30万人，而每张入场券的价格通常在100美元到2000美元间不等。其次，F1大赛向全球200多个国家和地区转播，世界各大报刊都报道每场比赛赛况，其所吸引的观众和读者可高达60亿人次。F1历年经济数据表明，企业跻身赛车运动，利用赛事推广的市场回报率远高于其他的市场推广方式。随着中国汽车市场景气的提升，加之外来汽车文化的强力冲击，有报告预测，如果在我国大力发展汽车运动产业，由此会带动整个中国的汽车产业，并将最终为我国GDP增长做出重要贡献。汽车运动的直接效应体现在汽车销售、零配件销售、驾驶培训等领域，间接效应体现在因赛事而产生的媒体直播、旅游等，所涉及的行业不下数十个。尽管国内的汽车运动正在如火如荼地开展，但应该清醒地看到，目前我国的汽车运动还处于起步阶段，经济回报十分有限。原中国汽车运动联合会主席石天曙认为，以目前国内注册的30家俱乐部，400多辆赛车，以及每年四站汽车拉力锦标赛、五站卡丁车赛的基础，还无法形成产业化发展的实质意义。我们更应该看到中国赛车运动的软肋所在：资金、技术、人才这三方面的缺一不可。资金是关键既然赛车运动被称为“烧钱”运动，勿需质疑，资金成为赛车运动发展的最大瓶颈。无论是F1这样的国际赛事，还是AGF、CCC等亚洲赛事，是否有足够的赞助商和赞助金额是一支车队生存壮大，赛事顺利进行，推广达到预期效果的关键所在。技术是保障一个没有自身核心技术的车队或者厂商，是无法在赛车世界里觅得一席之地；同样，一个在汽车行业没有自主研发能力的国家，也是无法成为真正意义上的赛车大国。从这个角度来看，中国赛车运动较发达国家相比，一开始就多少有些“先天不足”，不具明显优势的核心技术已经成为制约中国赛车运动发展的最大障碍，且这种软肋并不能单纯依靠市场推广和商业运作来弥补。人才是持续性发展的前提对于赛车运动而言，最为稀缺的是车手资源，据不完全统计，每年获得国际汽联超级驾驶执照的人，全世界恐怕就只有10多人，且多数是来自欧美、日本等汽车运动发展较为发达的国家。虽然中国的赛车运动还存在资金、技术、人才等软肋，但是06的AGF、CCC等赛事已经向全世界证明了国人在赛车运动方面无可限量的潜力，正是这些潜力将使得中国赛车运动“钱途”光明，最终会跻身于世界赛事之列。

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不断增加的城市空气污染 经过20年的改革开放，中国私人汽车数量迅速增加，汽车开始进入普通人的家庭生活。汽车需求的迅猛增长是推动2002年中国经济增长的重要力量。去年汽车制造商制造并销售了325万辆，比2001年增长了37%。此外，去年载客汽车的销售首次突破了100万大关，猛增56%，达到了万辆。 2001年后加入世界贸易组织（WTO），中国已经将汽车的进口关税从70-90%降低到44-51%，到2005年将进一步降低到25%。随着汽车价格的下降以及中国人较低的汽车拥有量，中国的汽车市场将会进一步繁荣。 随着轿车进入家庭，主要城市及近郊的交通拥挤状况会进一步加剧，从而使汽车废气排放问题更加严重。中国有2000万辆汽车和1亿辆摩托车，而其中大多数都在城市。在城市环境污染物中，汽车所排放的氮氧化物占到了45至60%，而一氧化碳则占到了85%。因此，中国城市居民所吸入的劣质空气主要是由汽车所排放的废气造成的。 除非政府愿意牺牲这方面的经济支柱产业，限制上路汽车数量。因此，要控制汽车废气排放问题，利用电子技术来减少汽车的废气排放是解决方案之一。 排放标准 2001年底，中国政府宣布对中国三大汽车制造商降低30%的汽车消费税，前提是他们所制造的汽车得满足欧II标准。六个月后，在第三届中国亚洲清洁燃料国际会议上，政府的另一项声明进一步表明了控制汽车排放的决心。声明称，北京将从2003年1月开始对在北京销售的机动车辆实行欧II标准，并计划于2005年实施欧III标准。 要控制废气排放所面临的挑战并不仅仅是要设计一个具有清洁燃烧能力的完美发动机，还要利用合适的半导体电子器件对发动机的燃烧过程进行合理的控制。英飞凌为今天的发动机管理平台提供了所需要的单片机、传感器和功率半导体器件。 用于动力总成系统的半导体器件 为控制废气排放量，可利用半导体传感器来精确测量吸入空气的成份。利用单片机快速计算出所使用的燃料数量，然后再起动燃料喷射器。由于有正确的空气-燃料比，因此可以达到近乎完美的燃烧状态，从而使废气的排放达到最少。 汽车动力总成应用中需要多个传感器来将"真实"环境与电子部分连接起来。基于半导体的传感器专用于测量速度、位置、温度和压力。对于动力总成应用来说，最大的变化趋势是利用集成了传感器单元和信号处理部分的有源传感器来代替过去的被动式传感器。由于需要更精确地测量发动机的状态，因此这一趋势发展很快。 在通过传感器测量到发动机的状态以后，单片机就可以处理这些数据并提供合适的控制信号来控制致动器的动作。单片机是利用逻辑技术制造的，而集成度的提高使得可以将功能强大的处理器与外设集成在一起。目前的趋势是将DSP功能集成进来，从而允许实现更为复杂和精确的信号处理软件算法。这样就可用软件实现以前采用硬件实现的功能。 一旦单片机"知道"下一步该做什么，单片机就发送合适的信号到致动器。通常，致动器需要高电压或者大电流才能动作。因此，需要利用功率半导体器件来驱动致动器，如燃料喷射器或火花塞。过去几年里，功率半导体技术的发展主要集中于优化现有系统的成本和部分集成。这产生了能够集成功率输出级（DMOS或双极）、模拟电路和数字逻辑的混合集成技术（BCD）。高集成度功率器件的优势是可以支持诊断，从而可使系统具有更好的可靠性（动力总成是汽车中的关键应用）。同时，这还可使最终产品所需要的外部器件数量大大降低。 系统解决方案 目前的动力总成电子控制单元（ECU）中，电子器件部分主要是半导体器件。 半导体传感器 传感器位于动力总成系统的前端。传感器用来测量物理参数，如水温、空气压力以及发动机曲轴的转动速度。这些数据非常关键，它们为闭环控制系统提供了关键信息。除了温度传感、压力传感和霍尔传感器以外，微机械技术还带来了崭新的加速和偏向角速度传感器，同时还允许利用标准晶圆制造工艺集成信号处理电路和数字化电路。 1.温度传感器 根据扩展电阻原理，线性和稳定的半导体传感器可低成本地替代镍或铂金属膜传感器，同时还可提供比PTC热电阻技术上更优越的器件。 2.位置和速度传感器 动态差分霍尔IC可以测量曲轴或凸轮轴速度、传动速度和车轮速度。通过使用位于单个芯片上的两个霍尔单元，一个差分放大器和处理电路，可以测量到磁场差。这意味着可以将温度漂移、制造容差和外部电磁环境等破坏性环境影响降到最小。同样的信号水平，与单片机的接口要比采用旧式的有感线圈简单得多、便宜得多。 英飞凌新开发的TLE4925C特别适合曲轴应用。其集成电路（基于霍尔效应）提供了频率与转速成正比的数字信号输出。额外的自校正模块提供最优的精度。利用新的模块型封装所集成的滤波器电容器可以减少干扰。 3.进气管绝对压力/大气绝对压力传感器 在新一代传感器中，复杂的处理电路完全集成在传感器芯片上。随着表面微机械技术得以在标准BiCMOS工艺进行微机械加工，利用其技术制造的传感器称为MEMS(微电子机械系统)。利用微机械技术，可以制作出厚度仅有400 m的多晶硅薄膜。这些薄膜构成在芯片上的多个电容器和两个参考电容器。信号则源于压感区域和参考区域的差别。 由于需要利用模拟的绝对压力传感器来测量进气管绝对压力和大气绝对压力，因此标准BiCMOS技术就特别重要。这是因为需要复杂的电路来提供模拟输出信号，进行线性化和偏差补偿。一个MAP传感器测量进气管中空气的绝对压力，并为发动机管理系统提供一个重要的参数（空气体积）。另一方面，一个BAP传感器则测量环境空气压力（是汽车高度的函数），这也是发动机管理系统所需要的同样重要的一个参数（空气密度）。有了这两个参数，就可算出空气的质量，并利用算出的空气质量来决定喷入多少燃料以实现最佳的燃烧。英飞凌的BAP传感器KP120适用于柴油和汽油发动机的管理。 单片机 单片机是动力总成系统的大脑。实时运行的高度复杂的算法用来在各种情况下管理发动机及传送动作。由于系统位于发动机罩下的恶劣环境中，因此除了合适的CPU以外，单片机的整个系统架构对于系统性能来说非常重要。目前在动力总成应用中使用的CPU架构有8位、16位和32位。 8位架构主要用于非常低端的汽车产品，但在摩托车ECU中的应用前景看起来很好。英飞凌提供低成本的增强8位C500核心，以及适合在成本敏感的摩托车市场中应用的高性能外设。由于相应的软件和工具集与业界标准的80C51单片机完全兼容，因此可加快软件开发周期。 32位单片机的市场份额正越来越大。但是，大批量生产的16位产品仍然在目前的汽车中有很大的市场。英飞凌的16位C167系列旨在满足实时嵌入式控制应用的高性能要求。该系列单片机的架构针对大指令吞吐量和对外部刺激（中断）的快速响应而优化。集成的智能外设子系统可将所需要的CPU干预降低到最低的程度。这还减少了对通过外部总线接口进行通信的需要。C167系列的成功源于其CPU，以及对于动力总成应用的要求来说非常理想的外设组合。 称为C166v2内核的新一代C166内核采用了单时钟周期执行技术，因此性能提升了一倍。内置的高级乘法和累加指令（MAC）执行单元极大地提高了DSP性能。 目前功能最强大的单片机采用了32位CPU。此类CPU中的一些源于单片机架构。而象英飞凌TriCore这样的CPU则是针对实时环境中的嵌入式控制应用而设计的，因此非常适用于象动力总成这样的应用。 功率半导体器件 在动力总成应用中，需要开关驱动喷射器、氧气传感器加热器、放气阀、冷却风扇以及一些继电器等负载。在单片IC中集成多个开关可以缩小电路板尺寸，从而降低成本。目前可提供2至18通道的多通道开关器件。根据特定的应用，可驱动从50mA直到30A的电流。负载可以是欧姆负载、容性负载或感性负载。 越来越多的数字逻辑可以在功率输出级一起实现。随着BCD技术的发展，可以在器件中集成许多此前必须由专用ASIC或单片机完成的新功能。 除了这一控制功能外，目前的开关器件还集成了保护和检测功能，如短路、过载、超温、过压、负载开路、静电放电（ESD）和反向电流保护等。此外，还可通过实现在过载时断路以及限流模式等故障保护模式来进一步提高系统可靠性。多通道开关器件通常可利用标准通信接口（SPI）进行控制。诊断信息通过SPI传输回单片机。英飞凌公司还提供了一种高速点到点通信接口，可为未来时间关键的应用（如PWM电流调整）提供更大的数据带宽，并降低微控制器和功率开关器件（如超过 8通道的器件）的I/O端口数量。