在第四代汽車電子系統(tǒng)階段，微處理器和數字信號處理器在汽車中的應用更為普及。這些21世紀的系統(tǒng)中，每輛車的汽車電子系統(tǒng)采用了40到80個以上的微處理器和35到100個以上的電機。新的系統(tǒng)由軟件控制，并廣泛地依賴于廉價和魯棒的存儲器硬件的可用性。

　　將來汽車中電子系統(tǒng)的數量可能不會像二代時增長那么快，但是，軟件系統(tǒng)將呈指數增長。例如，目前正呈現(xiàn)的一個趨勢就是通過免疫系統(tǒng)工程把在線診斷(OBD)升級為下一代的OBD1。之所以出現(xiàn)這種趨勢是因為：目前的系統(tǒng)復雜性如此之高，以至于接近2/3的故障模式根本無法解讀，并且將繼續(xù)惡化。

　　要診斷未來的汽車電子系統(tǒng)，將需要擴充在線計算軟件以執(zhí)行診斷，因為將來的系統(tǒng)所包含的電氣化高安全性子系統(tǒng)比現(xiàn)有的系統(tǒng)要多一個數量級以上，這些高安全性子系統(tǒng)包含在此已討論過的電氣化子系統(tǒng)及更多的子系統(tǒng)。目前，電子節(jié)氣門控制(ETC)和電子助力轉向系統(tǒng)(EPS)已經被延伸到電子穩(wěn)定程序(ESP)系統(tǒng)，以管理汽車縱向運動控制到電子受控剎車(ECB)系統(tǒng)等等功能。這些子系統(tǒng)成為表中所列的第6類?！?P>PowerNet穩(wěn)定性

　　隨著汽車電子系統(tǒng)的增多和汽車電力供電系統(tǒng)負擔的加重，設計工程師如何才能減輕各種各樣汽車用電設備的影響？雖然這些用電設備的平均功率需求以每年 110W的速度持續(xù)增長，實際上這不是一個小數，因為我們已經看到汽車電子系統(tǒng)的用電量已經讓供電系統(tǒng)超負荷運行。問題是什么才是讓汽車供電系統(tǒng)崩潰的“ 最后一根稻草”？什么時候會發(fā)生這種情況？

　　當混沌系統(tǒng)行為受到某種壓力因素作用的時候，如果該壓力因素的增長悄無聲息，最終會接近一個崩潰點或傾翻點。隨著對汽車PowerNet需求的增加，汽車上正在發(fā)生這種情況。從電網穩(wěn)定度的觀點看，這種情況并不是如此嚴重，因為有汽車蓄電池的穩(wěn)定作用。

PowerNet瞬間波動所帶來的問題

　　如上所述，21世紀的汽車電子系統(tǒng)高度依賴于軟件，因此，越來越易于受到PowerNet可變性的影響，并且擁擠雜亂的電力分配網絡對用電量的瞬間變化更為敏感。制造商要在更敏感的電子模塊中安裝電源線濾波和較大的電容器組，以解決日益惡化的電源分配網絡所面臨的問題。實際上依然是所有電子模塊都具有不同級別的噪聲免疫性；有時在已惡化的電源分配網絡與模塊本身負載開關的共同作用下，可能導致軟件故障。造成如此混亂的原因在于：微處理器或一些支持邏輯功能易于受到同時出現(xiàn)的電源線波動、涌動和負載驅動脈沖的影響。

　　目前，汽車制造商正尋求利用超級電容分布式模塊或本地電能儲存器件，那就可以向與ECU有關的位置提供平滑和穩(wěn)定的PowerNet。下圖描述分布式電子模塊、機電傳動裝置和超級電容部分儲能器件之間實現(xiàn)平衡的分層視圖。

　　在這個高度簡化的描述中，超級電容分布模塊或雙層電容(DLC)緊靠高耗能用電負載，如EPS(1.2KW)、電子機械剎車(1到2KW)和新型照明系統(tǒng) (如最近出現(xiàn)的白光LED頭燈)。本地分布式模塊為高峰負載供電，避免造成來自交流發(fā)電機和電池的14V電源線出現(xiàn)強烈的波動。

　　高耗能負載的切換，如上圖中加亮的那些部分對汽車電力分配網絡—14V PowerNet—有重大的干擾。例如，在一些最新提出的EPS設計中，電動助力轉向(EPS)系統(tǒng)有130A的電力需求，最高達到160A。過去，人們假設EPS電力需求在85A(1.2KW)到130A(1.8KW)范圍內，如果超出那個范圍就表示PowerNet處于最壞供電狀態(tài)，就可能危及EPS 的正常運行。當引擎幾乎處于怠速且連續(xù)負載已經是27A加67A或1.3KW時，把1.2到1.8KW的瞬時負載加在PowerNet上，意味著電力分配系統(tǒng)的電壓波動為14.2V到12.8V；這也是電池電位的波動范圍。如果電力分配系統(tǒng)電壓下降10%，那么，那么從前大燈變暗就顯而易見，并且EPS性能也會退化，更不要提PowerNet瞬態(tài)波動傳導到所有其它相連ECU所引起的問題了。

負載平滑方法

　　本文前半部分描繪了汽車附件電力瞬態(tài)超載的情況，這里將通 過仿真對此做進一步的解釋。在圖解說明的過程中，假設電動助力系統(tǒng)(EPS)工作的過程中，引擎管理和一些氣候控制電子系統(tǒng)也在連續(xù)地工作。假設EPS從汽車電力線(PowerNet)上持續(xù)300ms吸取90A的電流，例如，在堅硬的路面上做變道機動或以低速在停車場駐車。

　　在如下所示的第一種情況下，當PowerNet相對處于重載時EPS被激活，但是，沒有安裝超級電容電力分配模塊。相連負載代表27A的引擎管理、55A 的氣候控制和15A的遙控電子控制單元(ECU)。例如，該遙控ECU可能是音響模塊，并有意顯示為采用本地電解電容器做濾波和平滑。

圖：該PowerNet為處于工作狀態(tài)的EPS供電，但是，沒有安裝超級電容分配模塊。

　　在上圖中，汽車充電系統(tǒng)由交流發(fā)電機和鉛酸電池來表示。在這種情況下，要利用Ansoft公司的汽車工具箱之中的Simplorer電化學建模工具對電池進行比較詳細的建模。PowerNet被高度簡化為由線規(guī)電阻建模的四個分支電路，包括引擎控制、車箱氣候控制、本地ECU和EPS(最右邊)。 PowerNet分配點被標注為PDB或電力分配箱。

　　當EPS工作時，下圖描繪了上述電路引起的PowerNet瞬態(tài)波動。注意：當電力分配網絡穩(wěn)定時，交流發(fā)電機提供給電池的最初充電電流。

圖：當EPS被激活時，造成PowerNet的瞬態(tài)波動。