汽车电子控制与车载网络综述

1、第一章第一章 汽车电子控制与车载网络综述汽车电子控制与车载网络综述第一节第一节 网络技术在汽车上的应用网络技术在汽车上的应用第二节第二节 信息技术在汽车上的应用信息技术在汽车上的应用第三节第三节 网络与信息技术在汽车上应用的网络与信息技术在汽车上应用的发展趋势发展趋势第四节第四节 汽车电子控制技术概况汽车电子控制技术概况汽车电子控制与车载网络综述汽车电子控制与车载网络综述汽车电子控制技术汽车电子控制技术汽车电子控制技术是以汽车微电子、汽车汽车电子控制技术是以汽车微电子、汽车电器技术、汽车新材料与新工艺为基础，电器技术、汽车新材料与新工艺为基础，应用电子技术、计算机与通信技术快速发应用电子技术、

2、计算机与通信技术快速发展的成果，使汽车电子控制的范围、精度、展的成果，使汽车电子控制的范围、精度、智能化及人性化水平不断提高的多项综合智能化及人性化水平不断提高的多项综合应用的统称。应用的统称。下一页返回汽车电子控制与车载网络综述汽车电子控制与车载网络综述汽车电子控制属于过程控制汽车电子控制属于过程控制汽车电子控制强调控制的连续性、实时性汽车电子控制强调控制的连续性、实时性和控制性能的整体性。和控制性能的整体性。汽车电子控制集合控制、优化、调整及管汽车电子控制集合控制、优化、调整及管理于一体的新模式。理于一体的新模式。下一页返回汽车电子控制与车载网络综述汽车电子控制与车载网络综述从从20世纪世

3、纪60年代中期开始，微电子技术的迅猛发展使其在年代中期开始，微电子技术的迅猛发展使其在汽车上被广泛应用，给汽车工业的进一步发展带来了新的生汽车上被广泛应用，给汽车工业的进一步发展带来了新的生机。电子控制系统具有控制精度高、响应速度快，集成度高、机。电子控制系统具有控制精度高、响应速度快，集成度高、体积小、重量轻、应用更加灵活等特点用于汽车后，可使汽体积小、重量轻、应用更加灵活等特点用于汽车后，可使汽车有关系统在各种工况下都处在最佳的工作状况，各项受控车有关系统在各种工况下都处在最佳的工作状况，各项受控指标均能获得较大的改善，使任何机械控制系统都难以达到指标均能获得较大的改善，使任何机械控制系统

4、都难以达到的。的。50年代到年代到70年代末，主要用电子装置改善部分机械部年代末，主要用电子装置改善部分机械部件的性能；件的性能；70年代末到年代末到90年代中期，汽车电子控制技术开年代中期，汽车电子控制技术开始形成，大规模集成电路得到广泛应用，减小了汽车电子产始形成，大规模集成电路得到广泛应用，减小了汽车电子产品的体积，特别是品的体积，特别是8位、位、16位单片机的广泛应用，提高了电位单片机的广泛应用，提高了电子装置的可靠性和稳定性。子装置的可靠性和稳定性。下一页返回汽车电子控制与车载网络综述汽车电子控制与车载网络综述下一页返回80年代中期到年代中期到90年代末被认为是电子技术在汽车上应年代

5、末被认为是电子技术在汽车上应用的第三阶段，在这一阶段中，以微处理器为核心的微用的第三阶段，在这一阶段中，以微处理器为核心的微机控制系统在汽车上大规模的应用趋于成熟和可靠，并机控制系统在汽车上大规模的应用趋于成熟和可靠，并向智能化发展，汽车全面进入电子化时代。向智能化发展，汽车全面进入电子化时代。2000年以年以后，汽车电子化被认为已进入第四阶段后，汽车电子化被认为已进入第四阶段智能化和网智能化和网络化时代，在这一阶段中，汽车产品将大量采用人工智络化时代，在这一阶段中，汽车产品将大量采用人工智能技术，并利用网络进行信息的传递和交换。汽车电子能技术，并利用网络进行信息的传递和交换。汽车电子技术的中

6、的由解决汽车部件或总成问题开始向广泛应用技术的中的由解决汽车部件或总成问题开始向广泛应用计算机网络与信息技术发展，使汽车更加自动化、智能计算机网络与信息技术发展，使汽车更加自动化、智能化，并向解决汽车与社会融为一体等问题转移。汽车电化，并向解决汽车与社会融为一体等问题转移。汽车电子设备成本占汽车总成本的比重越来越大，汽车制造技子设备成本占汽车总成本的比重越来越大，汽车制造技术由机械制造逐步步入电子控制技术时代。术由机械制造逐步步入电子控制技术时代。汽车电子控制与车载网络综述汽车电子控制与车载网络综述下一页返回什么叫单片机？什么叫单片机？单片机是在一块同精度、高密度、多层电路板上把单片机是在一块

7、同精度、高密度、多层电路板上把CPU、存储器以及、存储器以及I/O接口电路等大规模集成电路组接口电路等大规模集成电路组装在一起而成的微机。装在一起而成的微机。网络技术在汽车上的应用网络技术在汽车上的应用下一页返回1、CIMS在汽车内部的应用概况在汽车内部的应用概况汽车集中控制系统分：完全集中式控汽车集中控制系统分：完全集中式控制系统、分级式控制系统、分布式集制系统、分级式控制系统、分布式集中控制。中控制。网络技术在汽车上的应用网络技术在汽车上的应用下一页返回车载网络系统的优点车载网络系统的优点1、结构配置的灵活性、结构配置的灵活性2、系统开发的方便性、系统开发的方便性3、信息使用的一致性、信息

8、使用的一致性4、降低成本的可行性、降低成本的可行性5、功能扩充的现实性、功能扩充的现实性6、自我诊断的完善性、自我诊断的完善性网络技术在汽车上的应用网络技术在汽车上的应用目前总线的种类有很多，如目前总线的种类有很多，如CAN总线、总线、LIN总线、总线、IDB-M、MOST、USB和和IEEE1394等。现阶段的车载网络业必须等。现阶段的车载网络业必须用到多种总线。这些车用总线由于在应用对象和网络性能上用到多种总线。这些车用总线由于在应用对象和网络性能上各有特色，将会在竞争中共存相当长一段时间。另外，随着各有特色，将会在竞争中共存相当长一段时间。另外，随着车载网络技术的发展进步，一些特定用途的

9、新型总线还会被车载网络技术的发展进步，一些特定用途的新型总线还会被陆续研发出来。陆续研发出来。一、一、SAE分类总线分类总线目前，绝大多数车用总线都被目前，绝大多数车用总线都被SAE（Society of Automotive Engineers:美国汽车工程师协会）下属的美国汽车工程师协会）下属的汽车网络委员会按照协议特性划分为汽车网络委员会按照协议特性划分为A、B、C、D四类。四类。上一页 下一页返回网络技术在汽车上的应用网络技术在汽车上的应用A类是面向传感器或执行器管理的低速网络，它传输数据的类是面向传感器或执行器管理的低速网络，它传输数据的位速率通常小于位速率通常小于10Kb/s，主要

10、用于调整后视镜、电动窗和，主要用于调整后视镜、电动窗和灯光照明灯设备；灯光照明灯设备；B类是面向独立控制模块间的信息共享的类是面向独立控制模块间的信息共享的中速网络，位速率一般在中速网络，位速率一般在10125Kb/s之间，主要用在车之间，主要用在车身电子的舒适性模块和显示仪表等设备中；身电子的舒适性模块和显示仪表等设备中；C类是面向闭环类是面向闭环实时控制的多路传输高速网络，位速率多在实时控制的多路传输高速网络，位速率多在125Kb/s1Mb/s之间，主要服务于动力传动系统；之间，主要服务于动力传动系统；D类类则是面向多媒体设备、高速数据流传输的高性能网络，位速则是面向多媒体设备、高速数据流

11、传输的高性能网络，位速率一般在率一般在2KMb/s以上，主要用于以上，主要用于CD播放机、播放机、VCD/DVD播放机和液晶显示等设备。播放机和液晶显示等设备。上一页 下一页返回网络技术在汽车上的应用网络技术在汽车上的应用1.A类总线类总线A类总线以类总线以LIN（Local Interconnect Network:本地互联网）规范最有前途。本地互联网）规范最有前途。它是由摩托罗拉与奥迪等知名企业联手推它是由摩托罗拉与奥迪等知名企业联手推出的一种新型低成本的开放式串行通讯协出的一种新型低成本的开放式串行通讯协议，主要用于车内分布式电控系统，尤其议，主要用于车内分布式电控系统，尤其是面向智能传

12、感器或执行器的数字化通讯是面向智能传感器或执行器的数字化通讯场合。场合。上一页 下一页返回网络技术在汽车上的应用网络技术在汽车上的应用2.B类总线类总线B类总线以类总线以CAN最为著名。最为著名。CAN是是20世纪世纪80年年代中期由德国博世公司开发出来的一种车用现场总代中期由德国博世公司开发出来的一种车用现场总线，不久便在业界得到了推广普及。线，不久便在业界得到了推广普及。3.C类总线类总线C类总线以类总线以CAN为代表，主要用于车上动力传动系为代表，主要用于车上动力传动系统中对通讯的实时性要求比较高的场合。统中对通讯的实时性要求比较高的场合。上一页 下一页返回网络技术在汽车上的应用网络技术

13、在汽车上的应用4.D类总线类总线D类总线一度被称为多媒体总线，随着汽车信息娱类总线一度被称为多媒体总线，随着汽车信息娱乐系统的兴起，它近期才被采纳入乐系统的兴起，它近期才被采纳入SAE对总线的分对总线的分类范畴之中。类范畴之中。D类总线的带宽范围相当大，用到的类总线的带宽范围相当大，用到的传输介质也有好几种。针对这种情况，传输介质也有好几种。针对这种情况，D类总线又类总线又被划出低速、高速和无线三大范畴，分别对应于被划出低速、高速和无线三大范畴，分别对应于SAE中的中的IDB-C（Intelligent Transportation System Data Bus-CAN:基于基于CAN的智能

14、交通系统数据总线）、的智能交通系统数据总线）、IDB-M（IDB-Multimedia:智能交通系统多媒体数据智能交通系统多媒体数据总线）和总线）和IDB-Wireless（基于无线通讯方式的（基于无线通讯方式的智能交通系统数据总线）。智能交通系统数据总线）。多媒体总线所涉及的车用区域相当广，所服务的对多媒体总线所涉及的车用区域相当广，所服务的对象在汽车电子系统中也占有相当重的份量。象在汽车电子系统中也占有相当重的份量。上一页 下一页返回网络技术在汽车上的应用网络技术在汽车上的应用下一页返回3、CAN的主要特性及应用的主要特性及应用CAN数据传输系统主要是靠数据总线（数据传输系统主要是靠数据总

15、线（BUS线）线）数据总线的技术特点数据总线的技术特点1）网络系统的开放性）网络系统的开放性2）互操作性与互用性）互操作性与互用性3）设备智能化与自治）设备智能化与自治4）系统结构高度分散）系统结构高度分散5）现场环境的适应性）现场环境的适应性网络技术在汽车上的应用网络技术在汽车上的应用下一页返回3、CAN的主要特性及应用的主要特性及应用CAN数据传输系统的优点数据传输系统的优点用最少的传感器信号线，使传感器信号传递高速数用最少的传感器信号线，使传感器信号传递高速数据，最小化应用电控单元及其插脚，节省电控单元据，最小化应用电控单元及其插脚，节省电控单元占有的空间，软件升级可增加系统新的功能，各

16、电占有的空间，软件升级可增加系统新的功能，各电控单元可监控控单元可监控CAN总线，总线，CAN数据总线符合国际数据总线符合国际标准。标准。信息技术在汽车上的应用信息技术在汽车上的应用下一页返回信息技术在汽车上主要用于车辆信息技术在汽车上主要用于车辆安全系统，电子导航系统，智能安全系统，电子导航系统，智能交通系统主，网络、通信、车身交通系统主，网络、通信、车身前后摄像系统和移动多媒体系统。前后摄像系统和移动多媒体系统。信息技术在汽车上的应用信息技术在汽车上的应用下一页返回1、车辆安全系统、车辆安全系统1）自适应巡航控制系统。）自适应巡航控制系统。2）防撞警告和撞车通告系统。）防撞警告和撞车通告系

17、统。3）集成安全系统。）集成安全系统。4）被盗车辆寻回系统。）被盗车辆寻回系统。信息技术在汽车上的应用信息技术在汽车上的应用下一页返回2、电子导航系统、电子导航系统3、智能交通系统（、智能交通系统（ITS）技术）技术1）交通信息服务系统（）交通信息服务系统（ATIS）2）交通管理系统（）交通管理系统（ATMS）3）公共交通系统（）公共交通系统（APTS）4）车辆控制系统（）车辆控制系统（AVCS）5）货运管理系统。）货运管理系统。6）电子收费系统（）电子收费系统（ETC）信息技术在汽车上的应用信息技术在汽车上的应用下一页返回4、网络、通信、车身前后摄像系、网络、通信、车身前后摄像系统统(ink

18、anet)5、移动多媒体系统、移动多媒体系统网络与信息技术在汽车上应网络与信息技术在汽车上应用的发展趋势用的发展趋势下一页返回1、智能化的传感器、智能化的传感器2、大量应用新的控制理论与方法、大量应用新的控制理论与方法3、在汽车信号传输中应用光导纤、在汽车信号传输中应用光导纤维维4、蓝牙技术、蓝牙技术汽车电子控制技术概况汽车电子控制技术概况下一页返回1、发动机电子控制技术概述、发动机电子控制技术概述汽车发动机电控技术包括汽油机电子控制汽车发动机电控技术包括汽油机电子控制技术和柴油机电子控制技术技术和柴油机电子控制技术汽油机电子控制系统的电控装置汽油机电子控制系统的电控装置1）电控汽车喷射系统）

19、电控汽车喷射系统2）微机控制点火系统）微机控制点火系统3）爆燃控制系统）爆燃控制系统4）怠速控制系统）怠速控制系统5）排放控制系统）排放控制系统6）进气控制系统）进气控制系统7）警告显示）警告显示8）故障自诊断系统）故障自诊断系统9）失效保护）失效保护10）备用功能）备用功能11）其他控制）其他控制第二节第二节 汽车发动机的电子控制汽车发动机的电子控制一、汽油机的电子控制一、汽油机的电子控制目前汽油机电控系统一般包括三大部分：传感器部分、电子目前汽油机电控系统一般包括三大部分：传感器部分、电子控制单元（控制单元（ECU）和执行器部分，如）和执行器部分，如图图所示。以所示。以ECU为中心，为中心

20、，包括前置的包括前置的A/D转换器、数字信号缓冲器以及后置的信号放转换器、数字信号缓冲器以及后置的信号放大器等。微机运算速度快、精度高，能实时控制，并具备多大器等。微机运算速度快、精度高，能实时控制，并具备多中断响应等功能。中断响应等功能。1.电控汽油喷射（电控汽油喷射（EFI）系统）系统目前，电喷系统主要采用开环与闭环控制（反馈控制）相结目前，电喷系统主要采用开环与闭环控制（反馈控制）相结合的方式。系统控制的原理是：由空气流量计或进气歧管绝合的方式。系统控制的原理是：由空气流量计或进气歧管绝对压力传感器和转速传感器测量进气空气量，由对压力传感器和转速传感器测量进气空气量，由ECU根据冷根据冷

21、却水温、进气温度、氧传感器信号等确定合适的空燃比，计却水温、进气温度、氧传感器信号等确定合适的空燃比，计算所需喷油量，进而对执行器进行控制。按照喷油器的安装算所需喷油量，进而对执行器进行控制。按照喷油器的安装位置的不同，电喷系统可分为三种型式：单点喷射（位置的不同，电喷系统可分为三种型式：单点喷射（SPI）、）、多点喷射（多点喷射（MPI）和缸内直接喷射。）和缸内直接喷射。下一页返回第二节第二节 汽车发动机的电子控制汽车发动机的电子控制2.电子点火控制系统电子点火控制系统早在早在20世纪初，点火系统在汽车发动机上已开始应用，从有世纪初，点火系统在汽车发动机上已开始应用，从有触点式、普通无触点式

22、、集成电路式，发展到现今的微机控触点式、普通无触点式、集成电路式，发展到现今的微机控制电子点火系统。微机控制电子点火系统可控制并维持发动制电子点火系统。微机控制电子点火系统可控制并维持发动机点火前提角（机点火前提角（ESA）在最佳范围内，使汽油机的点火时刻）在最佳范围内，使汽油机的点火时刻更接近于理想状态，进一步挖掘发动机的潜能。目前在微机更接近于理想状态，进一步挖掘发动机的潜能。目前在微机控制点火系统中，出现了一种无分电器点火（控制点火系统中，出现了一种无分电器点火（DLI）系统，）系统，它取消了普通微机控制点火系统中的分电器，改由它取消了普通微机控制点火系统中的分电器，改由ECU内部内部控

23、制各缸配电。无分电器点火系统根据点火顺序的不同，有控制各缸配电。无分电器点火系统根据点火顺序的不同，有两缸同时点火和各缸独立点火两种。在发动机的点火控制中，两缸同时点火和各缸独立点火两种。在发动机的点火控制中，同样采用了开环和闭环相结合的控制形式。同样采用了开环和闭环相结合的控制形式。上一页 下一页返回第二节第二节 汽车发动机的电子控制汽车发动机的电子控制3.怠速控制（怠速控制（ISC）系统）系统怠速性能的好坏是平均发动机性能优越与否的重要指标，怠怠速性能的好坏是平均发动机性能优越与否的重要指标，怠速性能差将导致油耗增加，排污严重，因此需进行必要的控速性能差将导致油耗增加，排污严重，因此需进行

24、必要的控制。怠速控制通常是指怠速转速控制，其实质就是对怠速工制。怠速控制通常是指怠速转速控制，其实质就是对怠速工况时的进气量进行调节。怠速控制的基本原理是况时的进气量进行调节。怠速控制的基本原理是ECU根据冷根据冷却水温、空调负荷、空挡信号等计算目标转速，并与实际转却水温、空调负荷、空挡信号等计算目标转速，并与实际转速相比较，同时检测节气门全关信号及车速信号，判断是否速相比较，同时检测节气门全关信号及车速信号，判断是否处于怠速状态，确认后则按目标转速与实际转速之间的差值处于怠速状态，确认后则按目标转速与实际转速之间的差值来驱动执行器调整控制进气量。怠速控制系统根据进气量控来驱动执行器调整控制进

25、气量。怠速控制系统根据进气量控制方式的不同可分为节气门直动式和旁通空气式两种。制方式的不同可分为节气门直动式和旁通空气式两种。上一页 下一页返回第二节第二节 汽车发动机的电子控制汽车发动机的电子控制二、柴油机的电子控制二、柴油机的电子控制随着时代的发展，位置控制式地电控系统将逐渐被淘汰。本随着时代的发展，位置控制式地电控系统将逐渐被淘汰。本书在这里介绍时间控制式的柴油机电控系统的控制方法。如书在这里介绍时间控制式的柴油机电控系统的控制方法。如图图所示，在芯片上采用了所示，在芯片上采用了32位的处理器，这一种模块化设计位的处理器，这一种模块化设计的的MCU，每一个模块都有其较为独立的功能。这些模

26、块有中，每一个模块都有其较为独立的功能。这些模块有中央处理器单元（央处理器单元（CPU32）、定时处理器（）、定时处理器（TPU）、队列式）、队列式A/D转换模块（转换模块（QADC）、队列串行模块（）、队列串行模块（QSM）、系统）、系统集成模块（集成模块（SIM）以及片内存储器（）以及片内存储器（SRAM）。这些模块通）。这些模块通过内部总线（过内部总线（IMB）相连，外扩的存储器通过外部总线接口）相连，外扩的存储器通过外部总线接口（EBI）与）与SIM模块相连。模块相连。上一页 下一页返回第二节第二节 汽车发动机的电子控制汽车发动机的电子控制柴油机输出功率的大小由每循环供入气缸内的主要燃

27、油量来柴油机输出功率的大小由每循环供入气缸内的主要燃油量来控制，因而燃油量的控制是控制，因而燃油量的控制是ECU最为核心的任务，在发动机最为核心的任务，在发动机运行过程中，根据不同的工况依据一定的控制逻辑向系统供运行过程中，根据不同的工况依据一定的控制逻辑向系统供油，这种逻辑关系如油，这种逻辑关系如图图所示。所示。柴油机的启动状态有冷启动和热启动两种。柴油机的启动状态有冷启动和热启动两种。对于车用柴油机而言，怠速工况无疑是一个重要的环节，采对于车用柴油机而言，怠速工况无疑是一个重要的环节，采用的控制策略是开环的前馈控制结合闭环的用的控制策略是开环的前馈控制结合闭环的PID调节和各缸调节和各缸均匀性控制。均匀性控制。上一页 下一页返回第二节第二节 汽车发动机的电子控制汽车发动机的电子控制对油量的限制工况有两种情况，一种