第1章 绪论(汽车电子技术)

1、2021-6-19 1 现代汽车电子技术现代汽车电子技术 信号与信息处理研究所 丁 山 2021-6-19 现现代汽代汽车电车电子技子技术术2 2 第1章 汽车嵌入式系统概述 汽车电子控制技术是汽车的重要组成部分，其性能的好 坏直接影响到汽车的动力性、经济性、可靠性、安全性、排 气净化及舒适性。 例如：为使汽车发动机获得最高的经济性，需靠点火系 统才能在最适当的时间点火； 为使汽车在制动过程中有良好的操纵性能，需采用电子控 制防抱死制动装置； 为保证汽车工作可靠、行驶安全，则有赖于各种其他电 子控制系统的正常工作。 2021-6-192021-6-19 现现代汽代汽车电车电子技子技术术3 3

2、1.1 汽车电子及汽车嵌入式系统概述 随着汽车结构的改进与性能的不断提高，汽车上装用 的传统电气设备正面临着巨大的冲击。 近年来，伴随电子工业的发展，电子技术在汽车上的 应用越来越多，车用电子装置的新产品不断涌现，特别是大规 模集成电路及微型处理机的应用，大大推动了汽车工业的发展， 同时亦给汽车的控制装置带来了巨大的变革。 当前，电子技术在解决汽车所面临的油耗、安全、排放等 方面正起着重要作用。 2021-6-19 现现代汽代汽车电车电子技子技术术4 4 如电子控制汽油喷射装置和电子点火装置的应用不仅可节 油5%到10%，同时对排气净化也十分有利； 电子控制防抱死制动装置的应用不但可使汽车在泥

3、泞路面 上高速行驶，而且紧急制动时可防止侧滑，保证汽车安全制动。 此外，在实现操纵自动化和提高舒适性等方面也离不开 电器与电子设备的应用。 可见随着汽车工业和电子工业的高速发展，汽车上所装用 的电器与电子设备的数量将与日俱增，所起的作用也会越来 越重要。 2021-6-19 现现代汽代汽车电车电子技子技术术5 5 v汽车电子汽车电子 动力系统（如发动机、变速箱）控制、底盘控制、车身 电子控制系统（Electronic Control System, ECS）以及车载 电子控制装置。 v汽车电子产品汽车电子产品 汽车电子控制装置 电子燃油喷射系统（Electronic Control Fuel

4、Injection System， EFI） 制动防抱死控制（Anti-lock Brake system, ABS） 加速防滑控制（Acceleration Skid Control System, ASR） 牵引力控制系统系统（Traction Control System, TCS） 电子控制悬挂（Electronic Control Suspension system, ECS） 电子控制自动变速器（Automatic Transimission, AT） 电子动力转向（Electronic Power Steering, EPS）等 2021-6-19 现现代汽代汽车电车电子技子技术

5、术6 6 车载电子装置：汽车信息系统（行车电脑）、导航系统 、汽车音响及电视娱乐系统，车载通信系统、上网设备 等。 v综合控制：综合控制： 发动机管理系统、自动变速器控制系统集成为动力传动 系统的综合控制（Power Control Management, PCM） 制动防抱死系统（ABS）、牵引力控制系统系统（TCS ）、加速防滑控制（ASR）集成制动控制 制动、悬架、转向、动力传动等控制系统集成为一体化 底盘控制系统（Uniform Chassis Control, UCC） 2021-6-19 现现代汽代汽车电车电子技子技术术7 7 2021-6-192021-6-19现代汽车电子技术现

6、代汽车电子技术8 8 1.2 汽车嵌入式系统的硬件组成 微处理器实质上就是一种比较简单、便宜的单片计算机。 它把中央处理单元(CPU)、存储器和输入/输出接口电路集成在 一块芯片上。 微处理器工作时，通过各种传感器接收各种输入信号，经过分 析、计算后再向执行机构发出指令，控制机械装置动作。 由于汽车运行时，发动机和传动机构的工作过程相当复 杂，因此，要对其进行适时控制，传统的机械机构已力不从 心，而微处理器在这方面却能大显身手。 2021-6-19 现现代汽代汽车电车电子技子技术术9 9 1.3 汽车嵌入式系统的软件组成 嵌入式系统的软件包括设备驱动层、嵌入式操作系统、应 用程序接口层（API

7、）以及应用程序层。 1.硬件抽象层：包括相关硬件的初始化、数据的输入/输出 操作、硬件设备的配置等操作。 2.嵌入式操作系统及底层软件：常用操作系统包括VxWorks、 pSOS、PalmOS、uC/OSII、uClinux、WindowCE以及 Windowxp Embedded.而德国1993年提出OSEK标准，2003年制 定一个汽车嵌入式系统软件的行业标准- AUTOSAR。 3.应用软件层：通过调用API函数，结合实际应用编制的 用户软件。 2021-6-19 现现代汽代汽车电车电子技子技术术1010 2021-6-19 现现代汽代汽车电车电子技子技术术1111 1.4 基于网络技术

8、的分布式嵌入式系统 为实现汽车内部的数据通信，开发和组建了以 CAN为代表 的车载网络系统。 车载网络系统在各个汽车公司的高端产品中均有应用。 例如，德国宝马(BMW)汽车公司在其3系、5系、7系中广泛 使用K-CAN、F-CAN、PT-CAN、byteflight、MOST等网络技 术，极大地提高了车辆的技术水准。 车载网络系统的大量应用将是今后汽车电子控制技术的 发展趋势之一。 2021-6-19 现现代汽代汽车电车电子技子技术术1212 2021-6-19 现现代汽代汽车电车电子技子技术术1313 1.5 嵌入式系统开发基本方法与流程 汽车工业要求必须有一个完整的综合开发过程，这个过程

9、包括开发的各个步骤，从用户需求分析到最终的电子系统的验 收测试。 汽车嵌入式系统的软件开发分为功能描述、软件设计、代 码生成、操作系统环境下调试等步骤。 嵌入式系统设计一般由需求分析，体系结构设计，硬件、 软件、执行机构设计，系统集成及系统测试5个阶段组成，汽 车电子产品是软硬件结合的嵌入式系统。 V模式开发流程分为五个阶段：即功能设计、原型仿真、 代码生成、硬件在回路仿真（HIL）、标定。 2021-6-19 现现代汽代汽车电车电子技子技术术1414 1.6 汽车嵌入式系统的开发工具 嵌入式软件技术发展的过程中，出现了很多优秀的开发软 件。 常用的一些开发工具/环境包括Keil、Freesc

10、ale公司的 CodeWarrior、Infineon公司的Tasking等。这些工具往往用于特 定硬件平台的软件开发。 而V模式的出现将一些新的、有效的、更方便的开发工具引 入开发工程中，如Mathworks、Vector、dSpace、Etas等公司开 发了许多的开发工具，有助于我们确认需求、指标、规范，并 对相关功能进行有效的标定。 汽车工业几乎是世界上最大的工业体系，需要有自己的独 特的理论来指导开发过程。 2021-6-19 现现代汽代汽车电车电子技子技术术1515 1.7 汽车电子控制技术应用概况 纵观近20年汽车技术电子化的发展过程，日益激烈的世界 商业汽车市场的竞争，以及节油、

11、排放和安全方面的严重挑战 成为当代汽车技术革命巨大的推动力。 同时，随着计算机技术越来越多地应用于汽车，因而便提 供了处理各种事故和紧迫问题的十分有效的手段，各种车用电 控系统应运而生，许多新技术、新设备也层出不穷。 目前在汽车上已经使用的电子装置品种已发展到了几十种， 它们由品种繁多的传感器、电子控制单元(ECU)、微处理器、 存储器、输入/输出接口、执行 2021-6-19 现现代汽代汽车电车电子技子技术术1616 机构、显示器和设计软件集合而成，完成了极为复杂的多元控 制过程，以改进汽车技术性能来满足现行法规的要求。 目前，国外汽车上应用较多、较为成熟的电子控制装置大 致可分为四个方面

12、: 1.仪表通信 仪表通信类的应用主要有电子钟、电子油耗表、电子温度 计、电子车速里程表、电子转速表、旅程计算器、燃料消耗计、 电子定时、电子化图示仪表盘、电话及其通信装置、各种报警 (灯丝切断，排气温度，水面，液面，未关门，未系安全带等)。 2021-6-19 现现代汽代汽车电车电子技子技术术1717 仪表通信类即将采用的新技术主要有大型电子化薄式仪表 盘、多路信息传输、光纤通信传输、惯性导航、卫星导航、屏 幕显示街道图及交通阻塞状况图、多功能综合屏幕显示等。 2.发动机及传动系 发动机及传动系已经采用的技术主要有交流发电机的整流 及集成调节器、电子点火(全晶体管式，集成式，无触点分电 器式

13、，一体化点火线圈式)、点火正时控制、废气再循环控制 (氧传感器)、燃油喷射电子控制、电子控制化油器、柴油机最 佳参数电子控制(喷射，进气，正时等)、发动机最佳参数电子 控制(空燃比，点火，废气再循环，怠速，爆燃控制，喷 2021-6-19 现现代汽代汽车电车电子技子技术术1818 射控制等)、车速自动控制、柴油机启动控制、增压器自动控 制、变速器电子控制、离合器电子控制、却系电子控制、冷启 动控制、换挡提示器、发动机停缸控制、车速感应的动力转向 装置等。 发动机及传动系即将采用的新技术主要有发动机气缸电子 控制、发动机和传动系综合控制、无级变速和自适应速度控制、 热电变换、蓄电池容量余值显示、

14、自动巡航系统、电子控制消 声器、电子控制动力转向等。 2021-6-19 现现代汽代汽车电车电子技子技术术1919 3.安全方面 安全方面已经采用的技术主要有电子防抱制动控制、 驱动防滑控制装置、电子主动悬架控制、电子控制四轮转向系 统、安全气囊自控装置、刮水器自动控制、速度控制(限速与 恒速)、车窗自动控制、轮胎气压报警、防盗报警、防撞车间 距报警、未系安全带报警、安全带自动锁紧控制、明暗灯光控 制、冲撞记录仪 、前大灯控制、后视镜控制、电子门锁等。 安全方面即将采用的技术主要有路面状态显示、防碰 撞自动控制、死角处障碍物报警、安全雷达、制动管路故障 应急制动、睡眠检测 2021-6-19

15、现现代汽代汽车电车电子技子技术术2020 报警、司机突病时自控、电子操纵紧急制动、酒醉检测安全自 控、后视摄像及屏幕显示、声音合成报警系统、故障预警提示 系统、倒车测距系统等。 4.舒适性方面 舒适性方面已经采用的技术主要有空调自动控制、座 椅自动调整、自动照明、红外线控制车门开关、车窗及车门自 动开关(声控)、高级立体音响、无线电调谐自动预选、无钥匙 开车、车用电视机及音响等。 舒适性方面已经采用的技术主要有全自动空调(温度、 湿度、清洁度、含氧量)系统、道路交通信息指示表、行驶路 线最优化选择控制、声控驾驶等。 2021-6-19 现现代汽代汽车电车电子技子技术术2121 本门课学习目的:

16、 理解汽车电子工程开发流程理解汽车电子工程开发流程 掌握汽车电子工程手段掌握汽车电子工程手段 理解汽车电子工程开发基本内容理解汽车电子工程开发基本内容 2021-6-19 现现代汽代汽车电车电子技子技术术2222 学习方法： 深度学习深度学习 芝加哥大学芝加哥大学David Beazley教授认为，在计算机领域培养高教授认为，在计算机领域培养高 素质人才的最好方法，是让他们解决似乎超出他们能力的实素质人才的最好方法，是让他们解决似乎超出他们能力的实 际问题。这些问题肯定是学生们不会解决的，而且需要他们际问题。这些问题肯定是学生们不会解决的，而且需要他们 付出超长的努力。但是，恰恰就是这种需要超长工作强度的付出超长的努力。但是，恰恰就是这种需要超长工作强度的 挑战，可以激发同学们自己也意识不到的潜能，让他们在克挑战，可以激发同学们自己也意识不到的潜能，让他们在克 服一个个困难中学会学习，学会创新，并且掌握解决实际问服一个个困难中学会学习，学会创新，并且掌握解决实际问 题的动手能力。题的动手能力。 建立自己建立自己“知识的砖头知识的砖头” 2021-6-19 现现代汽代汽车电车电子技子技术术2323 参考文献： 魏学哲，戴海峰魏学哲，戴海峰. 汽车嵌入式系统原理、设计