1、汽車車載網絡技術第一章 汽車電子控制與車載網絡綜述第一節 網絡技術在汽車上的應用第二節 信息技術在汽車上的應用 第三節網絡與信息技術在汽車上應用的發 展趨勢第四節汽車電子控制技術概況汽車電子控制與車載網絡綜述汽車電子控制技術汽車電子控制技術是以汽車微電子、汽車電子控制技術是以汽車微電子、 汽車電 器技術、汽車新材料與新工藝為基 礎，器技術、汽車新材料與新工藝為基礎，應用電子技術、電子技術、計算機與通信技術快速發展的成使汽車電子控制的范圍、精度、果，使汽車電子控制的范圍、精度、智能化及人性化水平不斷提高的多項綜合應用的統稱。汽車電子控制與車載網絡綜述汽車電子控制屬于過程控制汽車電子控制強調控制的

2、連續性、 汽車電子控制強調控 制的連續性、實時性和 控制性能的整體性。 控制性能的整 體性。 汽車電子控制集合控制、優化、汽車電子控制集合控制、優化、調整及管理 于一體的新模式。 于一體的新模汽車電子控制與車載網絡綜述世紀 60 年代中期開始從 20 世紀 年代中期開始，微電子技術的迅猛發展使其在世紀 年代中期開始，汽車上被廣泛應用，汽車上被廣泛應用，給汽車工業的進一步發展帶來了新的生電子控制系統具有控制精度高、響應速度快，集成度高、機。電子控制系統具有控制精度高、響應速度快，集成度高、體積小、 重量輕、 應用更加靈活等特點用于汽車后，體積小、重量輕、應用更加靈活等特點用于汽車后，可使汽 車有

3、關系統在各種工況下都處在最佳的工作狀況，車有關系統在各種工況下都處在最佳的工作狀況，各項受控指標均能獲得較大的改善，指標均能獲得較大的改善，使任何機械控制系統都難以達到年代到 70 年代末 的。 50 年代到 年代末，主要用電子裝置改善部分機械部年代到 年代末，件的性能； 年代末到年代中期，年代末到90 年代中期件的性能；70 年代末到年代中期，汽車電子控制技術開始形成，大規模集成電路得到廣泛應用，始形成， 大規模集成電路得到廣泛應用，減小了汽車電子產品的體積，特別是8 位 位單片機的廣泛應用，品的體積，特別是位、 16 位單片機的廣泛應用，提高了電位單片機的廣泛應用子裝置的可靠性和穩定性。

4、子裝置的可靠性和穩定性。80 年代中期到年代末被認為是電子技術在汽車上應年代中期到90 年代末被認為是電子技術在汽車上應年代中期到 用的第三階段，在這一階段中，用的第三階段，在這一階段中， 以微處理器為核心的微機控制系統在汽車上大規模的應用趨于成熟和可靠，機控制系統在汽車上大規模的應用趨于成熟和可靠，并 向智能化發展，汽車全面進入電子化時代。 2000 年以 向智能化發展，汽車全面進入電子化時代。年以 汽車電子化被認為已進入第四階段智能化和網 后，汽車電子化被認為已進入第四階段智能化和網絡化時代，在這一階段中，絡化時代，在這一階段中，汽車產品將大量采用人工智能技術， 并利用網絡進行信息的傳遞和

5、交換。能技術，并利用網絡進行信息的傳遞和交換。汽車電子技術的中的由解決汽車部件或總成問題開始向廣泛應用計算機網絡與信息技術發展，使汽車更加自動化、計算機網絡與信息技術發展，使汽車更加自動化、智能 并向解決汽車與社會融為一體等問題轉移?；?并向解決汽車與社會融為一體等問題轉移。汽車電子設備成本占汽車總成本的比重越來越大，子設備成本占汽車總成本的比重越來越大，汽車制造技術由機械制造逐步步入電子控制技術時代。術由機械制造逐步步入電子控制技術時代。什么叫單片機？什么叫單片機？單片機是在一塊同精度、高密度、單片機是在一塊同精度、高密度、多層電路板上把 CPU、存儲器以及、存儲器以及 I/O 接口電路等

6、大規模集成電路組接口電路等大規模集成電路組 裝在一起而成的微機。裝在一起而成的微機。網絡技術在汽車上的應用1 、CIMS在汽車內部的應用概況、在汽車內部的應用概況 汽車集中控制系統分：汽車集中控制系統分：完全集中式控 制系統、分級式控制系統、制系統、分級式控制系統、分布式集中控制。中控制。網絡技術在汽車上的應用車載網絡系統的優點1 、結構配置的靈活性、 2 、系統開發的方便性、 3 、信息使用的一致性、 4 、降低成本的可行性、 5 、功能擴充的現實性、 6 、自我診斷的完善性、網絡技術在汽車上的應用目前總線的種類有很多，總線、 總線、 目前總線的種類有很多，如CAN總線、LIN總線、IDB-

7、M、總線 總線、MOSTUSB和IEEE1394等?，F階段的車載網絡業必須、和等用到多種總線。用到多種總線。這些車用總線由于在應用對象和網絡性能上各有特色，將會在競爭中共存相當長一段時間。另外，各有特色，將會在競爭中共存相當長一段時間。另外，隨著車載網絡技術的發展進步，車載網絡技術的發展進步， 一些特定用途的新型總線還會被陸續研發出來。陸續研發出來。一、SAE分類總線分類總線絕大多數車用總線都被目前， 絕大多數車用總線都被SAE( Society of ( Automotive Engineers: 美國汽車工程師協會）下屬的美國汽車工程師協會）美國汽車工程師協會 汽車網絡委員會按照協議特性劃

8、分為A、 四類四類。 汽車網絡委員會按照協議特性劃分為、 B、 C、 D 四類。上一頁 網絡技術在汽車上的應用A 類是面向傳感器或執行器管理的低速網絡，它傳輸數據的 類是面向傳感器或執行器管理的低速網絡，類是面向傳感器或執行器管理的低速網絡位速率通常小于10Kb/s ， 主要用于調整后視鏡、電動窗和位速率通常小于，主要用于調整后視鏡、燈光照明燈設備；類是面向獨立控制模塊間的信息共享的燈光照明燈設備；B 類是面向獨立控制模塊間的信息共享的中速網絡，位速率一般在10125Kb/s 之間，主要用在車之間， 中速網絡，位速率一般在之間 身電子的舒適性模塊和顯示儀表等設備中；類是面向閉環身電子的舒適性模

9、塊和顯示儀表等設備中；C類是面向閉環 實時控制的多路傳輸高速網絡，實時控制的多路傳輸高速網絡，位速率多在 125Kb/s1Mb/s 之間，主要服務于動力傳動系統；D類 之間， 之間 主要服務于動力傳動系統；類 則是面向多媒體設備、高速數據流傳輸的高性能網絡，則是面向多媒體設備、 高速數據流傳輸的高性能網絡，位速 率一般在2KMb/s以上，主要用于以上， 播放機、率一般在以上 主要用于CD播放機、VCD/DVD播放機 播放機和液晶顯示等設備。播放機和液晶顯示等設備。上一頁網絡技術在汽車上的應用1.A 類總線 類總線 A 類總線以類總線以LIN（ LocalInterconnect 類總線以（ N

10、etwork: 本地互聯網）規范最有前途。 本地互聯網）本地互聯網規范最有前途。它是由摩托羅拉與奧迪等知名企業聯手推出的一種新型低成本的開放式串行通訊協議，的一種新型低成本的開放式串行通訊協議，主要用于車內分布式電控系統，主要用于車內分布式電控系統，尤其是面向智能傳感器或執行器的數字化通訊場合。智能傳感器或執行器的數字化通訊場合。上一頁網絡技術在汽車上的應用2.B 類總線 類總線B類總線以 類總線以CANt為著名。CANM 20世紀 年 最為著名。 世紀80年 類總線以 最為著名 是 世紀 代中期由德國博世公司開發出來的一種車用現場總 線，不久便在業界得到了推廣普及。不久便在業界得到了推廣普及

11、。3.C 類總線 類總線 C 類總線以類總線以CAN為代表，主要用于車上動力傳動系為代表，類總線以 為代表 統中對通訊的實時性要求比較高的場合。統中對通訊的實時性要求比較高的場合。上一頁網絡技術在汽車上的應用4.D 類總線 類總線D 類總線一度被稱為多媒體總線，隨著汽車信息娛類總線一度被稱為多媒體總線，類總線一度被稱為多媒體總線樂系統的興起，它近期才被采納入SAE對總線的樂系統的興起， 它近期才被采納入對總線的分類范疇之中。類總線的帶寬范圍相當大類總線的帶寬范圍相當大，分類范疇之中。D 類總線的帶寬范圍相當大，用到的傳輸介質也有好幾種。針對這種情況，類總線 的傳輸介質也有好幾種。針對這種情況，

12、D類總線 又被劃由低速、高速和無線三大范疇，又被劃出低速、高速和無線三大范疇，分別對應于SAE 中的 中的IDB-C ( Intelligent 中的 ( Transportation System DataBus-CAN:基于CAN的智能交通系統數據總線）、的智能交通系統數據總線）、 基于 的智能交通系統數據總線）、 IDB-M（ IDB-Multimedia: 智能交通系統多媒體數據智能交通系統多媒體數據總線） 總線）和IDB-Wireless （基于無線通訊方式的 （ 智能交通系統數據總線）。 智能交通系統數據總線） 。 多媒體總線所涉及的車用區域相當廣，多媒體總線所涉及的車用區域相當廣

13、，所服務的對象在汽車電子系統中也占有相當重的份量。象在汽車電子系統中也占有相當重的份量。上一頁網絡技術在汽車上的應用3 、CAN的主要特性及應用、的主要特性及應用CAN 數據傳輸系統主要是靠數據總線（BUS線） 數據傳輸系統主要是靠數據總線（ 數據傳輸系統主要是靠數據總線線 數據總線的技術特點1 ）網絡系統的開放性） 2 ）互操作性與互用性）3 ）設備智能化與自治） 4 ）系統結構高度分散 ） 5 ）現場環境的適應性）網絡技術在汽車上的應用3 、CAN的主要特性及應用、的主要特性及應用CAN 數據傳輸系統的優點數據傳輸系統的優點用最少的傳感器信號線，使傳感器信號傳遞高速數用最少的傳感器信號線，

14、最小化應用電控單元及其插腳，據，最小化應用電控單元及其插腳，節省電控單元占有的空間，軟件升級可增加系統新的功能，占有的空間，軟件升級可增加系統新的功能，各電 控單元可監控 CAN總線，CANB據總線符合國際總線， 控單元可監控總線 數據總線符合國際標準。 標準。信息技術在汽車上的應用信息技術在汽車上主要用于車輛安全系統，電子導航系統， 安全系統，電子導航系統，智能交通系統主，網絡、通信、 交通系統主，網絡、通信、車身前后攝像系統和移動多媒體系統。前后攝像系統和移動多媒體系統。信息技術在汽車上的應用1 、車輛安全系統、2 )自適應巡航控制系統。)自適應巡航控制系統。2 )防撞警告和撞車通告系統。

15、) 防撞警告和撞車通告系統。3 )集成安全系統。) 集成安全系統。4 ) 被盜車輛尋回系統。)被盜車輛尋回系統。信息技術在汽車上的應用3 、電子導航系統、 3 、智能交通系統(ITS )技術智能交通系統（）1 ） 交通信息服務系統（ ATIS） 交通信息服務系統（）2）交通管理系統（ATMS）交通管理系統（） 3 ）公共交通系統 （ APTS） ） 公共交通系統（） 4 ） 車輛控制系統（ AVCS） ）車輛控制系統（） 5 ） 貨運管理系統。） 貨運管理系統。6 ）電子收費系統（ETC）電子收費系統（）信息技術在汽車上的應用4 、網絡、通信、車身前后攝像系、網絡、通信、統（inkanet）

16、5 、移動多媒體系統、網絡與信息技術在汽車上應用的發展趨勢1 、智能化的傳感器、 2 、大量應用新的控制理論與方法 、 3 、 在汽車信號傳輸中應用光導纖、 維 4 、 藍牙技術、汽車電子控制技術概況2 、發動機電子控制技術概述、汽車發動機電控技術包括汽油機電子控制技術和柴油機電子控制技術汽油機電子控制系統的電控裝置3 ）電控汽車噴射系統） 3 ）爆燃控制系統） 5 ）排放控制系統） 7 ）警告顯示） 9 ）失效保護）11 ）其他控制 ） 2 ）微機控制點火系統） 4 ）怠速控制系統） 6 ）進氣控制系統） 8 ）故障自診斷系統）10 ）備用功能）第二節 汽車發動機的電子控制一、汽油機的電子控

17、制目前汽油機電控系統一般包括三大部分：傳感器部分、目前汽油機電控系統一般包括三大部分：傳感器部分、電子控制單元（所示。 為中心， 控制單元（ECU和執行器部 分，如圖所示。以ECU為中心，）和執行器部分， 為中心 包 括前置的A/D 轉換器、 數字信號緩沖器以及后置的信號放轉換器、 包括前置的轉換器 大器等。微機運算速度快、精度高，能實時控制，大器等。微機運算速度快、精度高，能實時控制，并具備多中斷響應等功能。中斷響應等功能。1.電控汽油噴射（EFI ）系統 電控汽油噴射（電控汽油噴射）目前， 電噴系統主要采用開環與閉環控制（反饋控制）目前，電噴系統主要采用開環與閉環控制（反饋控制）相結 合的

18、方式。系統控制的原理是：合的方式。系統控制的原理是：由空氣流量計或進氣歧管絕對壓力傳感器和轉速傳感器測量進氣空氣量，對壓力傳感器和轉速傳感器測量進氣空氣量，由ECU根據冷 根據冷 卻水溫、進氣溫度、氧傳感器信號等確定合適的空燃比，卻水溫、進氣溫度、氧傳感器信號等確定合適的空燃比，計 算所需噴油量，進而對執行器進行控制。算所需噴油量，進而對執行器進行控制。按照噴油器的安裝位置的不同，電噴系統可分為三種型式：單點噴射（位置的不同，電噴系統可分為三種型式：單點噴射（SPI） 、） 、 多點噴射（多點噴射（MPI）和缸內直接噴射。 ）和缸內直接 噴射。第二節 汽車發動機的電子控制4 . 電子點火控制系

19、統電子點火控制系統早在 20 世紀初，點火系統在汽車發動機上已開始應用，早在 世紀初，點火系統在汽車發動機上已開始應用，從有 世紀初 觸點式、普通無觸點式、集成電路式，觸點式、普通無觸點式、集成電路式，發展到現今的微機控制電子點火系統。制電子點火系統。 微機控制電子點火系統可控制并維持發動機點火前提角（機點火前提角（ESAA在最佳范圍內，使汽油機的點火時刻 ）在最佳范圍內，更接近于理想狀態，進一步挖掘發動機的潛能。更接近于理想狀態，進一步挖掘發動機的潛能。 目前在微機控制點火系統中，出現了一種無分電器點火（ 控制點火系統中，出現了一種無分電器點火（ DLI ） 系統， ）系統， 它取消了普通微

20、機控制點火系統中的分電器，改由 ECU內部 它取消了普通微機控制點火系統中的分電器，改由內部 控制各缸配電。無分電器點火系統根據點火順序的不同，控制各缸配電。無分電器點火系統根據點火順序的不同，有兩缸同時點火和各缸獨立點火兩種。在發動機的點火控制中，兩缸同時點火和各缸獨立點火兩種。在發動機的點火控制中，同樣采用了開環和閉環相結合的控制形式。同樣采用了開環和閉環相結合的控制形式。上一頁第二節 汽車發動機的電子控制5 .怠速控制（ISC）系統怠速控制（怠速控制）怠速性能的好壞是平均發動機性能優越與否的重要指標，怠速性能的好壞是平均發動機性能優越與否的重要指標，怠 速性能差將導致油耗增加，排污嚴重，

21、速性能差將導致油耗增加，排污嚴重，因此需進行必要的控怠速控制通常是指怠速轉速控制，制。怠速控制通常是指怠速轉速控制，其實質就是對怠速工況時的進氣量進行調節。怠速控制的基本原理是ECU根據冷況時的進氣量進行調節。怠速控制的基本原理是ECU根據冷卻水溫、空調負荷、空擋信號等計算目標轉速，卻水溫、空調負荷、空擋信號等計算目標轉速，并與實際轉速相比較，同時檢測節氣門全關信號及車速信號，速相比較，同時檢測節氣門全關信號及車速信號，判斷是否處于怠速狀態， 處于怠速狀態，確認后則按目標轉速與實際轉速之間的差值 來驅動執行器調整控制進氣量。來驅動執行器調整控制進氣量。怠速控制系統根據進氣量控制方式的不同可分為

22、節氣門直動式和旁通空氣式兩種。制方式的不同可分為節氣門直動式和旁通空氣式兩種。上一頁第二節 汽車發動機的電子控制 二、柴油機的電子控制隨著時代的發展，位置控制式地電控系統將逐漸被淘汰。隨著時代的發展，位置控制式地電控系統將逐漸被淘汰。本書在這里介紹時間控制式的柴油機電控系統的控制方法。如書在這里介紹時間控制式的柴油機電控系統的控制方法。所示，在芯片上采用了32 位的處理器位的處理器，圖所示，在芯片上采用了位的處理器，這一種模塊化設計的 MCU， 每一個模塊都有其較為獨立的功能。這些模塊有中， 每一個模塊都有其較為獨立的功能。央處理器單元（） 、定時處理器 ） 、隊列式央處理器單元（CPU32）

23、 、定時處理器（TPU） 、隊列式 ） 、定時處理器（） 、 A/D 轉換模塊（QADC） 、隊列串行模塊（QSM） 、系統轉換模塊（） 、隊列串行模塊） 、系統轉換模塊）、隊列串行模塊（）、集成模塊（SIM）以及片內存儲器（SRAM） 。這些模塊通集成模塊（）以及片內存儲器（ ） 。這些模塊通） 。 過內部總線（過內部總線（IMB）相連，外擴的存儲器通過外部總線接口）相連，模塊相連。（EBI）與SIM模塊相連。）模塊相連上一頁第二節 汽車發動機的電子控制柴油機輸出功率的大小由每循環供入氣缸內的主要燃油量來 控制，因而燃油量的控制是最為核心的任務，控制，因而燃油量的控制是 ecuk為核心的任務，在發動機最為核心的任務運行過程中，運行過程中，根據不同的工況依據一定的控制邏輯向系統供油，這種邏輯關系如圖所示。這種邏輯關系如圖所示。柴油機的啟動狀態有冷啟動和熱啟動兩種。 柴油機的啟動狀態有冷啟動和熱啟動兩種。對于車用柴油機而言，怠速工況無疑是一個重要的環節，對于車用柴油機而言，怠速工況無疑是一個重要的環節，采 用的控制策略是開環的