汽車電子電動化與智能化的技術(shù)發(fā)展新需求和趨勢

摘要：汽車電子技術(shù)是決定汽車功能和性能的關(guān)鍵技術(shù)，汽車電子控制技術(shù)和汽車電子信息技術(shù)的不斷拓展使得汽車更加節(jié)能、安全、舒適、可靠，隨著電動化和智能化的發(fā)展，汽車電子技術(shù)的發(fā)展出現(xiàn)了新的功能和新的需求，以電力電子技術(shù)和信息技術(shù)為代表的新型汽車電子技術(shù)開始在汽車上大規(guī)模應(yīng)用，由此支撐汽車向低碳環(huán)保、安全智能的新型移動出行交通工具轉(zhuǎn)型，汽車電子技術(shù)面臨新的問題和挑戰(zhàn)，同時(shí)汽車電子技術(shù)將更加開放包容，該領(lǐng)域?qū)⒊霈F(xiàn)更加廣闊的發(fā)展空間。

引言：自20世紀(jì)70年代以來，汽車開始了電子化過程，汽車電子化被認(rèn)為是汽車技術(shù)發(fā)展進(jìn)程中的一次革命，汽車電子化的程度被看作衡量現(xiàn)代汽車水平的重要標(biāo)志，是用來開發(fā)新車型、改進(jìn)汽車性能最重要的技術(shù)措施，目前電子技術(shù)的應(yīng)用幾乎已經(jīng)深入到汽車所有的系統(tǒng)［1］。毫無疑問，增加汽車電子設(shè)備的數(shù)量、促進(jìn)汽車電子化是奪取未來汽車市場的最重要的技術(shù)手段之一。

回顧歷史，在汽車電子技術(shù)形成獨(dú)具特色的知識體系之前，經(jīng)歷了以下三個(gè)重要的階段：

1、電子-機(jī)械替代（20世紀(jì)50年代至60年代末）：由分立元件組成的單一電子零部件被應(yīng)用到汽車上，用來改善某些機(jī)械部件的性能或直接取代傳統(tǒng)的機(jī)械部分，比較典型的應(yīng)用有晶體管點(diǎn)火裝置、晶體管電壓調(diào)節(jié)器等，這一階段電子技術(shù)在汽車上的成功開啟了電子技術(shù)與汽車產(chǎn)業(yè)融合的大門，也在一度程度上提升了汽車使用性能。

2、獨(dú)立模塊電子控制（20世紀(jì)70年代初至80年代中期）：這一階段為了解決汽車的安全、燃油經(jīng)濟(jì)性和污染等問題，出現(xiàn)了以微型計(jì)算機(jī)和集成電路為基礎(chǔ)的專用獨(dú)立汽車電子系統(tǒng)，例如電子控制汽油噴射系統(tǒng)、制動防抱死（ABS）系統(tǒng)等。這些獨(dú)立系統(tǒng)解決了機(jī)械結(jié)構(gòu)無法應(yīng)對的復(fù)雜控制問題，有效提高了車輛的可靠性、節(jié)能性和環(huán)保性。

3、分布式電子控制（20世紀(jì)80年代中期至90年代中期）：隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展、計(jì)算控制技術(shù)的突破、通信技術(shù)的發(fā)展，使得汽車電子技術(shù)可完成多種功能的綜合系統(tǒng)成為這一階段汽車電子產(chǎn)品的典型代表，例如集發(fā)動機(jī)控制與自動變速器控制為一體的動力傳動系統(tǒng)控制系統(tǒng)等。在這一階段，通過汽車電子技術(shù)，汽車已經(jīng)從純粹的機(jī)械產(chǎn)品轉(zhuǎn)變成為了一個(gè)具有機(jī)電一體化顯著特征的工業(yè)產(chǎn)品。

按照對汽車行駛性能作用的影響劃分，可以把汽車電子產(chǎn)品歸納為兩類：一類是汽車電子控制裝置，汽車電子控制裝置要和車上機(jī)械系統(tǒng)耦合在一起工作，即所謂“機(jī)電結(jié)合”的汽車電子裝置，它們主要包括發(fā)動機(jī)、傳動、底盤、車身電子控制等。典型系統(tǒng)如電子燃油噴射系統(tǒng)（Electronic Control Fuel Injection System，EFI）、制動防抱死控制（Anti-lock Brake System，ABS）、加速防滑控制（Acceleration Skid Control System，ASR）、牽引力控制系統(tǒng)（Traction Control System，TCS）、電子控制懸架（Eletronic Control Suspension System，ECS）、電子控制自動變速器（Automatic Transimission，AT）、電子動力轉(zhuǎn)向（Electronic Power Steering，EPS）等。這一類電子系統(tǒng)的關(guān)鍵詞是“控制”。

另一類是車載汽車電子信息裝置，它們和汽車本身的行駛性能并無直接關(guān)系，主要是輔助駕駛員駕駛和為車內(nèi)成員提供信息支撐，包括汽車信息系統(tǒng)（行車電腦）、導(dǎo)航系統(tǒng)、汽車音響及娛樂系統(tǒng)、車載通信系統(tǒng)、上網(wǎng)設(shè)備等，第二類電子系統(tǒng)的關(guān)鍵詞是“信息”。作為電子信息技術(shù)與傳統(tǒng)汽車技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用，本文根據(jù)作用和目的將汽車電子分為汽車電子控制技術(shù)和汽車電子信息技術(shù)兩大類別，前者實(shí)現(xiàn)汽車零部件的控制，而后者實(shí)現(xiàn)信息的處理。

（ECU： Electronic Control Unit，電子控制單元） 圖1 汽車電子系統(tǒng)

由于汽車上的電子電器裝置數(shù)量的急劇增多，為了減少連接導(dǎo)線的數(shù)量和重量，網(wǎng)絡(luò)、總線技術(shù)在此期間有了很大的發(fā)展。通信線將各種汽車電子裝置連接成為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，通過數(shù)據(jù)總線發(fā)送和接收信息。電子裝置除了獨(dú)立完成各自的控制功能外，還可以為其他控制裝置提供數(shù)據(jù)服務(wù)。由于使用網(wǎng)絡(luò)化的設(shè)計(jì)，簡化了布線，減少了電氣節(jié)點(diǎn)的數(shù)量和導(dǎo)線的用量，使裝配工作更為簡化，同時(shí)也增加了信息傳送的可靠性。通過數(shù)據(jù)總線可以訪問任何一個(gè)電子控制裝置，讀 取故障碼對其進(jìn)行故障診斷，使整車維修工作變得更加簡單。

依賴于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和多體動力學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，電子技術(shù)發(fā)展向集成綜合控制發(fā)展，例如，將發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)和自動變速器控制系統(tǒng)，集成為動力傳動系統(tǒng)的綜合控制（Powertrain Control Management，PCM）；將制動防抱死控制系統(tǒng)（ABS）、牽引力控制系統(tǒng)（TCS）和加速防滑控制系統(tǒng)（ASR）綜合在一起進(jìn)行制動控制；將制動、懸架、轉(zhuǎn)向、動力傳動等控制系統(tǒng)結(jié)合在一起，對各子系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)，將車輛行駛性能控制到最佳水平，形成一體化底盤控制系統(tǒng)（Uniform Chassis Control，UCC）。 隨著汽車電子裝置的增多，車輛上的汽車電子系統(tǒng)的復(fù)雜程度也逐漸增加，隨之而來開發(fā)過程也日益復(fù)雜，開發(fā)成本壓力也越來越大、優(yōu)化程度也越來越高，也就是說，汽車電子的問題從具體明確的機(jī)電耦合系統(tǒng)的控制問題演變成了復(fù)雜系統(tǒng)問題，復(fù)雜性成為了汽車電子的主要特點(diǎn)，為了更有體系性地解決汽車電子復(fù)雜性增加帶來的問題，需要形成獨(dú)具特色的汽車電子的方法論和工具鏈。

二、汽車電子學(xué)科體系的形成 自20世紀(jì)90年代中期至2010年左右，面對汽車電子系統(tǒng)日益增加的復(fù)雜性，為了進(jìn)一步縮短開發(fā)周期、降低開發(fā)成本，人們已開始考慮以成本、質(zhì)量、可重用性、可移植性這樣一些非功能性需求驅(qū)動的開發(fā)架構(gòu)體系的建立，出現(xiàn)了以電子電氣架構(gòu)、軟件架構(gòu)、開發(fā)流程為代表的汽車電子方法論的形成。其主要特點(diǎn)在于：

1、分布式電子電氣架構(gòu) 傳統(tǒng)的原理以及線束設(shè)計(jì)已經(jīng)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)今汽車平臺化、模塊化開發(fā)的要求，在這樣的背景下，在CAN總線技術(shù)、LIN總線技術(shù)及FlexRay總線技術(shù)等通訊技術(shù)支撐下，汽車電子電氣架構(gòu)（Electronic & Electrical Architecture，EEA）的概念誕生了。EEA可以理解為汽車電子電氣系統(tǒng)的總布置，是在功能需求、法規(guī)和設(shè)計(jì)要求等的特定約束下，綜合考慮功能、性能、成本和裝配等方面的因素后，得到的最佳電子電器模型。 汽車電子電器架構(gòu)的宏觀表現(xiàn)為物理架構(gòu)和邏輯架構(gòu)［2］。其主要內(nèi)容包括：配置定義、電源管理、網(wǎng)絡(luò)管理、路由規(guī)劃、原理設(shè)計(jì)和線束設(shè)計(jì)等。EEA開發(fā)過程中需要處理龐雜的數(shù)據(jù)和流程，完備的模型庫和合適的開發(fā)工具可以有效加快開發(fā)進(jìn)度［3］。

2、模塊化開放式軟件架構(gòu) 為了避免大量基本功能軟件的重復(fù)開發(fā)造成的資金和資源的浪費(fèi)，使汽車制造商和系統(tǒng)供應(yīng)商可以專注于開發(fā)具有各自特色的系統(tǒng)應(yīng)用軟件，需要提出一個(gè)基于共享理念的開放的、標(biāo)準(zhǔn)化的架構(gòu)。 AUTOSAR就是這樣一個(gè)針對分布式嵌入系統(tǒng)軟件開發(fā)的汽車開放系統(tǒng)架構(gòu)，根據(jù)該架構(gòu)的規(guī)范可實(shí)現(xiàn)基本系統(tǒng)功能（基本軟件）標(biāo)準(zhǔn)化和功能接口標(biāo)準(zhǔn)化［4， 5］。其根本宗旨是要建立汽車電子電氣架構(gòu)的開放式標(biāo)準(zhǔn)，使其成為汽車嵌入式應(yīng)用功能管理的基礎(chǔ)架構(gòu)，基于一個(gè)統(tǒng)一的由標(biāo)準(zhǔn)軟件模塊組成的開發(fā)設(shè)計(jì)平臺，可以避免由異構(gòu)子系統(tǒng)集成而產(chǎn)生的問題，使各電子系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)中的集成、匹配更加容易，同時(shí)也使得同步開發(fā)、縮短開發(fā)周期和實(shí)現(xiàn)差異化競爭成為可能。

3、V模式開發(fā)流程及其工具鏈 汽車具有移動性強(qiáng)、多樣化、安全、舒適、低成本的和可靠耐用的商品屬性，便要求汽車嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用具有很高的功能完備性和運(yùn)行可靠性。 為了保證這一要求的實(shí)現(xiàn)，必須采用建立科學(xué)的開發(fā)流程，對整個(gè)產(chǎn)品開發(fā)過程加以控制。從系統(tǒng)產(chǎn)品的功能定義和方案設(shè)計(jì)一直到產(chǎn)品完成后的集成測試/匹配/標(biāo)定，可靠的功能性設(shè)計(jì)—實(shí)現(xiàn)—驗(yàn)證貫穿研發(fā)過程的每一個(gè)階段。普遍應(yīng)用于汽車電子系統(tǒng)產(chǎn)品研發(fā)的V模式開發(fā)流程是反映這種全新開發(fā)理念的一個(gè)代表，與專門針對汽車嵌入式應(yīng)用軟件開發(fā)的AUTOSAR體系規(guī)范以及其他一些由非功能性需求驅(qū)動建立的架構(gòu)方法構(gòu)成了汽車電子系統(tǒng)產(chǎn)品開發(fā)的方法論。

汽車電子系統(tǒng)產(chǎn)品開發(fā)的方法論與嵌入式系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)技術(shù)都對汽車電子的發(fā)展產(chǎn)生重要的影響。汽車電子產(chǎn)品開發(fā)流程中任何一個(gè)設(shè)計(jì)、驗(yàn)證和按架構(gòu)體系進(jìn)行的任何設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過程都需要有相應(yīng)的符合規(guī)范的開發(fā)預(yù)測試工具，即所謂開發(fā)理念的工具化，將方法論物化成為開發(fā)工程師和項(xiàng)目管理者易于使用的軟硬件工具。因此，汽車嵌入式產(chǎn)品開發(fā)工具對汽車嵌入式技術(shù)的發(fā)展具有重要的意義。

以汽車控制用嵌入式軟件技術(shù)形成方法論和工具鏈為特征，汽車電子軟件開發(fā)脫離了個(gè)性藝術(shù)，以電子電氣架構(gòu)、AUTOSAR軟件架構(gòu)、V模式開發(fā)和代碼自動生成為典型技術(shù)的汽車電子技術(shù)進(jìn)行了深度整合，形成了具有自身特征的方法論和工具鏈，形成了平臺化、流程化的大型工程規(guī)范，大大提高了軟件的生產(chǎn)效率和可靠性［6］。汽車電子技術(shù)因此成為具有自身明顯特征的專業(yè)知識體系［7］。

自2010年至今，汽車電動化、智能化的兩大趨勢開始出現(xiàn)，在電子控制領(lǐng)域，電力電子技術(shù)被廣泛應(yīng)用在汽車上，控制技術(shù)從弱電擴(kuò)展到強(qiáng)電；而在汽車電子信息領(lǐng)域，隨著車內(nèi)車外信息互聯(lián)互通，信息來源極大豐富，其功能也從輔助駕駛員駕駛到逐步替代駕駛員駕駛，智能技術(shù)成為信息處理的主要技術(shù)手段［8］。電動化和智能化對汽車電子技術(shù)形成了很大的挑戰(zhàn)，也帶來了新一輪發(fā)展的可能。 三、電動化對汽車電子技術(shù)發(fā)展新需求 電動汽車包含混合動力汽車（含插電式混合動力）、純電動汽車、燃料電池汽車等。電動化主要針對是動力系統(tǒng)的改變，其主要分類如圖2所示。

圖2 汽車的電動化 電動汽車帶來了全新的動力系統(tǒng)控制對象，如鋰離子電池、燃料電池等。雖然其特征與內(nèi)燃機(jī)完全不同，但從控制方法論上，與內(nèi)燃機(jī)控制并無根本不同。但電動汽車中電動機(jī)成為主要的動力源，電能變換成為主要的功率變換手段，電力電子技術(shù)也因此大規(guī)模應(yīng)用，帶來了電動化條件下汽車電子控制技術(shù)的主要差異，所涉及的主要技術(shù)問題包括：

1、高效能電力電子技術(shù) 傳統(tǒng)汽車只有發(fā)電機(jī)和啟動電機(jī)是千瓦級的用電負(fù)載，電壓等級也是12V-24V的低壓直流體系，而電動汽車把電功率提高到了百千瓦級別。 電動汽車的電驅(qū)系統(tǒng)和電能轉(zhuǎn)換和變流系統(tǒng)是高電壓、大電流、高功率的電力電子裝置集合，從部件上看主要包括驅(qū)動電機(jī)控制器、發(fā)電機(jī)控制器、車載充電機(jī)、無線電能傳輸、高低壓電源變換器和輔助電機(jī)控制器等功率變換控制器；從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也有橋式電路、升壓、降壓和各種零電壓、零電流諧振電路等；從功率開關(guān)器件看主要包括絕緣柵場效應(yīng)管（IGBT）和金屬場效應(yīng)晶體管（MOSFET），以及新一代寬禁帶電力電子器件如SiC、GaN等［9-11］，大規(guī)模電力電子技術(shù)的應(yīng)用，是電動汽車電子技術(shù)有別于傳統(tǒng)汽車電子技術(shù)的根本特征。

2、高集成電磁兼容技術(shù) 與傳統(tǒng)汽車相比，電動汽車集成了包括高壓動力驅(qū)動系統(tǒng)和信息智能設(shè)備在內(nèi)的更多的電子系統(tǒng)，這些高低壓電子器件集中布置、混合使用，共同構(gòu)成的強(qiáng)弱電共存的復(fù)雜電磁環(huán)境，而且這些電子電氣設(shè)備的電氣特性和功能特性都與電磁干擾密切相關(guān)。 EMC問題已然成為了制約電動汽車的瓶頸技術(shù)和保障車輛行駛安全和系統(tǒng)可靠性的巨大挑戰(zhàn)［12］。整車層面上的EMC干擾問題主要來源于電驅(qū)主控、DC/DC、輔驅(qū)等電氣設(shè)備，從相關(guān)研究和實(shí)驗(yàn)的結(jié)果上來看，有多達(dá)90%的電動汽車EMC干擾問題來源于電驅(qū)系統(tǒng)［13］。這些功率半導(dǎo)體器件在通過脈寬調(diào)制（PWM）進(jìn)行能量變換過程中，會產(chǎn)生干擾強(qiáng)度高、耦合路徑復(fù)雜且與工況密切先關(guān)的電磁干擾。 電力電子裝置作為一個(gè)集成安裝在車輛內(nèi)部的強(qiáng)電磁干擾源，其對車輛內(nèi)部電磁環(huán)境，尤其是對于弱電系統(tǒng)的影響是不可忽視的，針對電力電子系統(tǒng)車用環(huán)境下的電磁兼容問題，還需要在基礎(chǔ)理論、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和測試標(biāo)準(zhǔn)等方面加強(qiáng)研究。

3、高電壓電氣安全技術(shù) 電動汽車電氣安全的問題主要包括絕緣監(jiān)測、高壓互鎖和碰撞安全三個(gè)典型高電壓安全問題。電動汽車的高壓供電系統(tǒng)一般為電動汽車的能量儲存裝置其工作電壓已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了人體安全電壓的范圍，一般為300V以上，有些車輛的工作電壓已經(jīng)達(dá)到了600V甚至800V，面對如此高的工作電壓，許多潛在的風(fēng)險(xiǎn)都需要相對應(yīng)的措施予以防范。

首先，在電動汽車上安裝相應(yīng)的絕緣監(jiān)測系統(tǒng)，必要時(shí)斷開高壓回路對于有效防范乘員觸電風(fēng)險(xiǎn)是非常有必要的。其次，在系統(tǒng)運(yùn)行過程中如果高壓回路連接不正常松脫或斷開，車輛將斷電并失去動力，并有可能在斷開瞬間高壓擊穿兩端口間的空氣，產(chǎn)生電弧傷害。針對該風(fēng)險(xiǎn)需使用高壓互鎖設(shè)計(jì)進(jìn)行有效防范。

第三，電動汽車的高壓風(fēng)險(xiǎn)在碰撞危險(xiǎn)發(fā)生時(shí)將變得更為突出。 電動汽車在高速行駛過程中如果發(fā)生碰撞或充電過程中被其他車輛碰撞，都有可能造成車輛動力系統(tǒng)的高壓漏電、短路等危險(xiǎn)情況，車內(nèi)乘員也可能遭受觸電傷害［14］，為了規(guī)避這一風(fēng)險(xiǎn)，就要求電動汽車在碰撞危險(xiǎn)發(fā)生時(shí)能夠主動切斷高壓回路防止電擊傷人和起火。

四、智能化對汽車電子技術(shù)發(fā)展新需求 以移動互聯(lián)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、5G通訊以及人工智能等技術(shù)為代表的新一輪科技革命方興未艾，在這些高新技術(shù)的強(qiáng)力推動下，互聯(lián)網(wǎng)革命的浪潮正在席卷以汽車行業(yè)為代表的傳統(tǒng)制造行業(yè)，汽車與信息的融合度不斷提升，成為解決能源、環(huán)境、安全、擁堵等產(chǎn)業(yè)發(fā)展困局的關(guān)鍵手段之一，汽車也邁上了智能化的道路。如果說傳統(tǒng)汽車的電子系統(tǒng)能夠完成產(chǎn)生信息、處理信息和反饋信息的自我閉環(huán)，每輛車都是一個(gè)信息的“孤島”，那么具備了先進(jìn)環(huán)境感知和V2X通訊能力的智能網(wǎng)聯(lián)汽車就是行駛在開放信息的“海洋”里。 借助現(xiàn)代通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以及先進(jìn)的車載傳感器、控制器、執(zhí)行器等裝置，汽車正在逐步實(shí)現(xiàn)車與X（人、車、路、后臺等）的智能信息交換，并逐步具備復(fù)雜的環(huán)境感知、智能決策、協(xié)同控制和執(zhí)行等功能，催生出了智能網(wǎng)聯(lián)汽車的概念［15］，智能網(wǎng)聯(lián)汽車、智能汽車與車聯(lián)網(wǎng)、智能交通等概念間的相互關(guān)系如圖3所示。

圖3 汽車智能化相關(guān)概念關(guān)系圖

智能網(wǎng)聯(lián)汽車被公認(rèn)為汽車智能化發(fā)展的最佳方向，其整體技術(shù)架構(gòu)十分復(fù)雜，涉及車輛、信息交互與基礎(chǔ)支撐三個(gè)領(lǐng)域。云平臺與大數(shù)據(jù)技術(shù)、高精度地圖與高精度定位技術(shù)是智能網(wǎng)聯(lián)汽車的基礎(chǔ)信息平臺，而V2X通訊技術(shù)是車聯(lián)與基礎(chǔ)信息平臺之間交互的通道，環(huán)境感知、智能決策、控制執(zhí)行、信息安全這5大技術(shù)則是與汽車電子信息系統(tǒng)的主要內(nèi)涵。圍繞信息展開的智能化對汽車電子技術(shù)需求主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1、高可靠、高帶寬、低時(shí)延信息傳輸技術(shù) 傳統(tǒng)的車載通信僅僅局限在車內(nèi)通訊，使用總線、藍(lán)牙、WiFi等通訊方式，完成是的車輛系統(tǒng)內(nèi)部的信息傳輸功能，但是在汽車智能化的背景下，車載通信模式也出現(xiàn)了向車際通訊、廣域通訊的方向發(fā)展的趨勢。V2X通信技術(shù)能夠?yàn)檐囕v的自動駕駛提供先驗(yàn)信息，提高車輛環(huán)境識別效率和準(zhǔn)確率，消除車輛視野盲點(diǎn)安全隱患，起到提高行車安全和疏導(dǎo)交通流量等作用。

V2X車聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的通信需求包括： 1）極短的網(wǎng)絡(luò)接入時(shí)間； 2）低傳輸時(shí)延； 3）高傳輸可靠性； 4）高信息安全性和隱私保護(hù)； 5）在有限的范圍內(nèi)，使頻譜再利用和低干擾； 6）擁有足夠的通信帶寬。 目前應(yīng)用較為廣泛的通訊技術(shù)方案是DSRC和LTE-V。DSRC基于802.11p協(xié)議及其延伸擴(kuò)展，起源于20世紀(jì)90年代，適合應(yīng)用在V2V（車與車）和V2I（車與路邊設(shè)施）場景下，尤其是一些和安全相關(guān)的場景［16］，而且DSRC目前的技術(shù)成熟度和標(biāo)準(zhǔn)化程度也較高，但是它也存在可容納用戶數(shù)受限和商業(yè)化推廣困難等問題［17］。LTE-V是基于第四代移動通信技術(shù)的擴(kuò)展技術(shù)，是專門針對車間通訊的協(xié)議而設(shè)計(jì)的V2X標(biāo)準(zhǔn)，目前的LTE-V版本屬于4.5G技術(shù)，未來可以平滑演進(jìn)到5G，相較于DSRC，LTE-V的部署也更加容易，頻譜帶寬也可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行靈活分配，傳輸更為可靠，覆蓋范圍也可以更廣［18］。隨著今年以來5G技術(shù)開始步入商用時(shí)代，基于5G通訊的車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將成為網(wǎng)聯(lián)汽車信息傳輸最有效的解決方案［19］。

2、復(fù)雜環(huán)境感知與信息融合技術(shù) 環(huán)境感知中的信息融合就是指把分布在不同位置的多個(gè)同類或不同類傳感器所提供的局部數(shù)據(jù)資源加以綜合，采用計(jì)算機(jī)技術(shù)對其進(jìn)行分析，消除信息與信息之間可能存在的冗余和矛盾，加以互補(bǔ)，降低其不確實(shí)性，獲得被測對象的一致性解釋與描述，從而提高系統(tǒng)決策、規(guī)劃、反應(yīng)的快速性和正確性，使系統(tǒng)獲得更充分的信息［20， 21］。 信息融合技術(shù)可以通過整合不同來源的數(shù)據(jù)來提高系統(tǒng)的可靠性、安全性以及信息的精度和可信度。環(huán)境感知獲得的駕駛環(huán)境信息是智能網(wǎng)聯(lián)車輛的決策基礎(chǔ)，毫米波雷達(dá)、視覺傳感器等先進(jìn)傳感器的出現(xiàn)和圖像識別技術(shù)的發(fā)展提高了車輛對環(huán)境的自適應(yīng)能力，催生了一批包括自適應(yīng)巡航、車道保持、主動避撞、全景倒車輔助等在內(nèi)的系列高級駕駛輔助技術(shù)。 但是單一傳感器都有其局限性，以激光雷達(dá)為例，其優(yōu)點(diǎn)是方向性好，波束窄，測角、測距精度高，不受地面雜波干擾，但是其在濃霧、雨、雪天氣就無法工作，因?yàn)樗鼘Νh(huán)境的探測效果受大氣的光傳輸效應(yīng)影響很大。所以在復(fù)雜的車輛行駛環(huán)境（包括各種天氣情況）下，單一傳感器不能夠完整地完成對全部環(huán)境的感知，因此智能汽車必須配備多種類型的傳感器，并利用傳感器融合技術(shù)，將各種類型的傳感器采集到的信息加以融合，為智能網(wǎng)聯(lián)汽車決策終端提供更加真實(shí)可靠的環(huán)境信息，保障其高級輔助駕駛或自動駕駛的安全性［16］。

3、高可靠決策技術(shù) 基于環(huán)境感知技術(shù)得到的信息，結(jié)合車輛的行駛意圖及其當(dāng)前位置，考慮安全、舒適、節(jié)能、高效的行駛目標(biāo)，系統(tǒng)對車輛做出最合理的行為決策即為智能決策技術(shù)，其主要包括駕駛員多樣性影響分析、群體決策和協(xié)同技術(shù)、危險(xiǎn)事態(tài)建模技術(shù)、危險(xiǎn)預(yù)警與控制優(yōu)先級劃分、局部軌跡規(guī)劃及軌跡跟蹤等。 在車路互聯(lián)架構(gòu)下，車端的信息獲取和決策與路況信息獲取和決策的界面劃分、分工協(xié)作機(jī)制是亟需厘清和界定的關(guān)鍵技術(shù)。

4、高精度運(yùn)動控制技術(shù) 運(yùn)動控制系統(tǒng)任務(wù)是將行為決策的宏觀指令解釋為帶有時(shí)間信息的軌跡曲線，從而控制車輛的速度與行駛方向，使其跟蹤規(guī)劃的速度曲線與路徑。 具體而言，運(yùn)動控制執(zhí)行技術(shù)是解決在一定的約束條件下優(yōu)化某個(gè)范圍內(nèi)的時(shí)空路徑問題，包括面向驅(qū)動/制動的縱向運(yùn)動控制，面向轉(zhuǎn)向的橫向運(yùn)動控制，基于驅(qū)動/ 制動/轉(zhuǎn)向/ 懸架的底盤一體化控制，融合車聯(lián)網(wǎng)（V2X）通信及車載傳感器的多車隊(duì)列協(xié)同和車路協(xié)同控制等。運(yùn)動控制中的執(zhí)行器需要線控執(zhí)行控制單元（X-By-Wire），具體包括線控驅(qū)動［22］、線控轉(zhuǎn)向［23］和線控制動［24］，自動駕駛和駕駛輔助技術(shù)對線控系統(tǒng)的精度、可靠性和失效安全性提出了很高的挑戰(zhàn)。

5、高可信信息安全技術(shù) 汽車智能化的發(fā)展，將消費(fèi)者對于安全問題的擔(dān)憂從實(shí)體物理層面拓展到了虛擬數(shù)字空間。隨著智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)的不斷發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)原有的安全問題可能會派生到車載系統(tǒng)中，由于車輛自身是一個(gè)高速移動系統(tǒng)，一旦遭受到針對性的安全攻擊，造成的危害將不僅僅存在與數(shù)字層面，會擴(kuò)展到其周圍的實(shí)體區(qū)域。此外，智能網(wǎng)聯(lián)交通系統(tǒng)需要根據(jù)采集的大數(shù)據(jù)，利用電腦和軟件來進(jìn)行機(jī)械化控制，這中間涉及到信息采集、儲存、交換和處理等多個(gè)環(huán)節(jié)，流程的復(fù)雜程度增加可能會使得安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)一步加大［25， 26］。 此外，車載系統(tǒng)中的很多數(shù)據(jù)也與用戶隱私相關(guān)，例如行程路線、日程安排等等，所以必須要有一個(gè)完整的網(wǎng)絡(luò)安全機(jī)制保障智能網(wǎng)聯(lián)汽車的信息安全。 在智能網(wǎng)聯(lián)汽車通信環(huán)境下的信息安全需求主要包括：

1）數(shù)據(jù)機(jī)密性，即在信息傳輸過程不能被竊聽以及被中間惡意節(jié)點(diǎn)獲取其中的內(nèi)容，數(shù)據(jù)機(jī)密性可以通過加密機(jī)制實(shí)現(xiàn)；

2）數(shù)據(jù)完整性，是指消息不能被中間節(jié)點(diǎn)修改，修改包括增加、刪除等。一般通過數(shù)字簽名的技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)完整性的保護(hù)；

3）數(shù)據(jù)的不可抵賴性（數(shù)據(jù)的不可否認(rèn)性），是指在通信過程中實(shí)體不能否認(rèn)自己發(fā)出的消息。該性質(zhì)主要是預(yù)防惡意節(jié)點(diǎn)模仿合法節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，一般可通過電子簽名技術(shù)來保護(hù)；

4）身份認(rèn)證性，是指在智能網(wǎng)聯(lián)汽車通信中，只有身份認(rèn)證通過的用戶才被授權(quán)參與V2X通信等過程。身份認(rèn)證一般是通過第三方可信機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的，惡意節(jié)點(diǎn)無法通過第三方可信機(jī)構(gòu)的注冊，這樣可以保證整個(gè)通信系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)的身份可靠；

5）數(shù)據(jù)隱私性，是指不僅僅是要求非法的惡意的用戶不能得到用戶的隱私，在有關(guān)的政府部門在未經(jīng)用戶許可的情況下，同樣不能獲取用戶隱私消息。 五、汽車電子技術(shù)發(fā)展趨勢 在半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展過程中，汽車電子已經(jīng)深刻改變了汽車技術(shù)和汽車產(chǎn)業(yè)，而汽車電動化和智能化又對汽車電子提出了新的挑戰(zhàn)。汽車的電動化的意義是車輛的能量來源將完成由化石能源向電能的切換，這也意味著汽車將成為以電能作為工作基礎(chǔ)的電氣化產(chǎn)品。汽車的智能化過程的意義是汽車駕駛中處理信息的主體從駕駛員向車輛本體切換，以上兩個(gè)趨勢的疊加將使得汽車向一個(gè)集成了高效能源轉(zhuǎn)換、復(fù)雜運(yùn)動控制和智能信息處理的全新的產(chǎn)品方向演化，這既是汽車產(chǎn)品進(jìn)化的必然方向，也是汽車電子技術(shù)發(fā)展的必然方向。

汽車作為人們重要的出行工具之一，是人的第三空間，在使用過程中會和用戶的生命財(cái)產(chǎn)息息相關(guān)，汽車在安全性、私密性、可靠性方面也將比其它電子信息產(chǎn)品有更高的要求。所以汽車電子并不是其他領(lǐng)域中的電子技術(shù)簡單向汽車中遷移，依然需要對通用電子技術(shù)附加“汽車級”的專業(yè)化改造。而汽車產(chǎn)品數(shù)量巨大，涉及的零部件眾多、產(chǎn)業(yè)鏈長的特點(diǎn)，也使得復(fù)雜性這一導(dǎo)致汽車電子學(xué)科體系化的基本動因依然存在，甚至在電動化和智能化這一新的挑戰(zhàn)下，復(fù)雜性這一問題更加突出。因此，需要在新的知識融入的過程中，發(fā)展新的理念，形成新的規(guī)范，確定新的流程，建設(shè)新的工具。

因此，在電動化和智能化的大趨勢下，電力電子技術(shù)和智能信息處理技術(shù)的加入，必然會要求重新定義汽車電子的概念，重新規(guī)范其開發(fā)理念、方法和體系，這也必將為汽車電子帶來更為廣闊的發(fā)展空間。

原文標(biāo)題：【行業(yè)資訊】汽車電子電動化與智能化的技術(shù)發(fā)展新需求和趨勢

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