汽车电子技术绪论

1、2022年年4月月9日星期六日星期六2重庆交通大学机电与汽车工程学院重庆交通大学机电与汽车工程学院 隗寒冰隗寒冰第一章 绪论汽汽车电车电子子技技术术汽汽车电车电子子控制系控制系统统车载电车载电子子信息系信息系统统车车身控制身控制发动发动机控制机控制底底盘电盘电子控制系子控制系统统自自动变动变速速器控制器控制动动力力传动传动控制系控制系统统3重庆交通大学机电与汽车工程学院重庆交通大学机电与汽车工程学院 隗寒冰隗寒冰第一章 绪论n简单讲述简单讲述电控发动机电控发动机、传动系统传动系统（自动变速器）、（自动变速器）、底盘底盘的基本结构、工作原理及其控制的基本结构、工作原理及其控制技术，为学生参加专业

2、实践和毕业后从事本专业相关工作奠定基础技术，为学生参加专业实践和毕业后从事本专业相关工作奠定基础。参考书目参考书目4重庆交通大学机电与汽车工程学院重庆交通大学机电与汽车工程学院 隗寒冰隗寒冰第一章 绪论n简单讲述简单讲述电控发动机电控发动机、传动系统传动系统（自动变速器）、（自动变速器）、底盘底盘的基本结构、工作原理及其控制的基本结构、工作原理及其控制技术，为学生参加专业实践和毕业后从事本专业相关工作奠定基础技术，为学生参加专业实践和毕业后从事本专业相关工作奠定基础。5重庆交通大学机电与汽车工程学院重庆交通大学机电与汽车工程学院 隗寒冰隗寒冰第一章 绪论了解各种类型电控发动机的特点；了解各种类

3、型电控发动机的特点；掌握电控发动机空气供给系统的结构和工作原理；掌握电控发动机空气供给系统的结构和工作原理；掌握电控发动机燃油供给系统的结构和工作原理；掌握电控发动机燃油供给系统的结构和工作原理；掌握电控发动机点火系统的结构和工作原理；掌握电控发动机点火系统的结构和工作原理；了解控制系统的组成与控制原理；了解控制系统的组成与控制原理；掌握排气控制系统中各种类型的结构与控制原理；掌握排气控制系统中各种类型的结构与控制原理；掌握车辆传动系统结构与控制原理；掌握车辆传动系统结构与控制原理；了解底盘电子控制系统结构与工作原理了解底盘电子控制系统结构与工作原理；n 课程要求课程要求6重庆交通大学机电与汽

4、车工程学院重庆交通大学机电与汽车工程学院 隗寒冰隗寒冰第一章 绪论第一阶段第一阶段上世纪上世纪70年代中期以前，汽车电子控制技术年代中期以前，汽车电子控制技术发展的初级阶段。发展的初级阶段。第二阶段第二阶段70年代末期到年代末期到90年代中期是汽车电子控制技年代中期是汽车电子控制技术迅速发展阶段，微型计算机在汽车上应用日趋成熟并向术迅速发展阶段，微型计算机在汽车上应用日趋成熟并向智能化发展。智能化发展。 第三阶段第三阶段1990年以后，是汽车电子控制技术向智能化年以后，是汽车电子控制技术向智能化发展的高级阶段发展的高级阶段。 n 汽车电子技术发展汽车电子技术发展史史7重庆交通大学机电与汽车工程

5、学院重庆交通大学机电与汽车工程学院 隗寒冰隗寒冰第一章 绪论1973年年10月第四次中东战争爆发，石油输出国组织月第四次中东战争爆发，石油输出国组织(OPEC)为了为了打击对手以色列及支持以色列的国家，宣布石油禁运，暂停出打击对手以色列及支持以色列的国家，宣布石油禁运，暂停出口，造成油价上涨。当时原油价格从口，造成油价上涨。当时原油价格从1973年的每桶不到年的每桶不到3美元美元涨到超过涨到超过13美元。这次石油危机对美国等少数依靠廉价石油起美元。这次石油危机对美国等少数依靠廉价石油起家的国家产生极大冲击，加深了世界经济危机。家的国家产生极大冲击，加深了世界经济危机。n 背景知识背景知识8重庆

6、交通大学机电与汽车工程学院重庆交通大学机电与汽车工程学院 隗寒冰隗寒冰第一章 绪论n背景知识背景知识1978年底，伊朗政局动荡，之后又爆发两伊战争，伊朗的石年底，伊朗政局动荡，之后又爆发两伊战争，伊朗的石油产量因此大受影响，从每天油产量因此大受影响，从每天580万桶骤降到万桶骤降到100万桶以下，万桶以下，打破了当时全球原油市场上供求关系的脆弱平衡。随着产量打破了当时全球原油市场上供求关系的脆弱平衡。随着产量剧减，全球市场上每天都有剧减，全球市场上每天都有560万桶的缺口。油价在万桶的缺口。油价在1979年年开始暴涨，从每桶开始暴涨，从每桶13美元猛增至美元猛增至1981年的年的34美元，导致

7、了第美元，导致了第二次石油危机的出现。二次石油危机的出现。9重庆交通大学机电与汽车工程学院重庆交通大学机电与汽车工程学院 隗寒冰隗寒冰第一章 绪论n背景知识背景知识20世纪世纪80年代以后，随着石油输出国组织团结力量的瓦解以年代以后，随着石油输出国组织团结力量的瓦解以及新兴产油国的出现，石油权力开始分散。石油价格持续下及新兴产油国的出现，石油权力开始分散。石油价格持续下降，阿拉伯国家的政治势力逐渐衰退，权力再度回到美国、降，阿拉伯国家的政治势力逐渐衰退，权力再度回到美国、日本和欧洲。日本和欧洲。1990年年8月初伊拉克攻占科威特之后，遭受国月初伊拉克攻占科威特之后，遭受国际经济制裁，使得伊拉克

8、的原油供应中断，国际油价因而急际经济制裁，使得伊拉克的原油供应中断，国际油价因而急升至升至42美元美元/桶的高点。美国经济在桶的高点。美国经济在1990年第三季度加速陷入年第三季度加速陷入衰退，拖累全球衰退，拖累全球GDP增长率在增长率在1991年跌破年跌破2%。10重庆交通大学机电与汽车工程学院重庆交通大学机电与汽车工程学院 隗寒冰隗寒冰第一章 绪论n背景知识背景知识11重庆交通大学机电与汽车工程学院重庆交通大学机电与汽车工程学院 隗寒冰隗寒冰第一章 绪论199019911994Nitric Oxides (NOx)Particulates (Smoke )1998200497% reduc

9、tion98% reductionEmission Reduction Fronts Combustion Development- Tools & Technologies Air Systems Pre & Aftertreatment Fuels & Fuel Systems New Power Source Concepts20072011n美国公路运输车辆排放标准展望美国公路运输车辆排放标准展望Emission Standards Roadmap(USA On-Highway）12重庆交通大学机电与汽车工程学院重庆交通大学机电与汽车工程学院 隗寒冰隗寒冰第一章

10、 绪论n各国排放各国排放法法规及规及CO2排放展望排放展望13重庆交通大学机电与汽车工程学院重庆交通大学机电与汽车工程学院 隗寒冰隗寒冰第一章 绪论n基于安全的汽车电子技术基于安全的汽车电子技术主动安全主动安全n指事故将要发生时操纵制动或转向系，指事故将要发生时操纵制动或转向系，防止事故发生的能力，以及汽车正常防止事故发生的能力，以及汽车正常行驶时保证其动力性、操纵稳定性、行驶时保证其动力性、操纵稳定性、驾驶舒适性、信息正常的能力。驾驶舒适性、信息正常的能力。n典型应用典型应用ABSASREBDESPADAS胎压监测胎压监测主动避撞主动避撞V2V无人车辆等。无人车辆等。被动安全被动安全n事故发

11、生时保护乘员和行人，使直接事故发生时保护乘员和行人，使直接损失降到最小的能力。又可分为车外损失降到最小的能力。又可分为车外部安全性、车内部安全性。部安全性、车内部安全性。n典型应用包括安全气囊、预张紧安全典型应用包括安全气囊、预张紧安全带、高强度车身、碰撞吸能车身设计带、高强度车身、碰撞吸能车身设计等。等。14重庆交通大学机电与汽车工程学院重庆交通大学机电与汽车工程学院 隗寒冰隗寒冰第一章 绪论n公共基础设施建设公共基础设施建设充电设施充电设施n无线充电站无线充电站n充电桩充电桩n公交换电站公交换电站15重庆交通大学机电与汽车工程学院重庆交通大学机电与汽车工程学院 隗寒冰隗寒冰第一章 绪论n公

12、共基础设施建设公共基础设施建设智能交通系统智能交通系统ITSV2IV2G16重庆交通大学机电与汽车工程学院重庆交通大学机电与汽车工程学院 隗寒冰隗寒冰第一章 绪论n汽车电子控制系统的基本特点汽车电子控制系统的基本特点汽车电子控制系统特点汽车电子控制系统特点为满足车辆高为满足车辆高速移动时的安速移动时的安全性和发动机全性和发动机以及整车控制以及整车控制器精确控制的器精确控制的需要需要由于气温的变化、由于气温的变化、光照、潮湿或液体，光照、潮湿或液体，甚至振动等都会对甚至振动等都会对控制系统的性能带控制系统的性能带来不利影响来不利影响为了满足各种法规及为了满足各种法规及不同客户的需求，以不同客户的

13、需求，以及适应多变的外部环及适应多变的外部环境、不同风格的驾驶境、不同风格的驾驶员操作，基于安全性员操作，基于安全性的考虑，控制系统包的考虑，控制系统包括有：诊断、容错、括有：诊断、容错、失效安安全等失效安安全等须具有非常须具有非常强的实时性强的实时性必须能够满足必须能够满足苛刻和剧烈变苛刻和剧烈变化的环境要求化的环境要求必须具有灵活必须具有灵活性和可靠性性和可靠性具有很强的具有很强的机电结合、机电结合、复杂的软件复杂的软件和硬件结合，和硬件结合，以及控制算以及控制算法和法和MAPMAP图图数据相结合数据相结合可实现系可实现系列化、规列化、规模化、大模化、大批量、低批量、低成本的生成本的生产产

14、目前著名的国际汽车电子公司有：德国的博世目前著名的国际汽车电子公司有：德国的博世(BOSCH)和西门子、美国的德尔福和西门子、美国的德尔福(Delphi)、飞思卡尔、飞思卡尔(Freescale)等。等。17重庆交通大学机电与汽车工程学院重庆交通大学机电与汽车工程学院 隗寒冰隗寒冰第一章 绪论n汽车电子控制系统的基本框架汽车电子控制系统的基本框架微处理微处理器或微器或微控制器控制器传感器传感器传感器传感器传感器传感器执行器执行器执行器执行器执行器执行器 传感器传感器 电子控制单元电子控制单元ECU 执行器执行器ECU数据处理数据处理信号放大信号放大和驱动和驱动物理变量物理变量测量值测量值测量值

15、测量值测量值测量值反馈反馈输出输出输出输出输出输出传递力和运动传递力和运动18重庆交通大学机电与汽车工程学院重庆交通大学机电与汽车工程学院 隗寒冰隗寒冰第一章 绪论n传感器l功能：将某种变化的物理量（绝大部分是非电量）转化成对应的电信号l作用：感受运行过程中诸如温度、压力、转速、位置、空气流量、气体浓度等物理量的状态及变化情况l一些常用传感器 n 汽车电子控制系统的基本框架汽车电子控制系统的基本框架19重庆交通大学机电与汽车工程学院重庆交通大学机电与汽车工程学院 隗寒冰隗寒冰第一章 绪论n执行器l是ECU动作命令的执行者l各类执行器件：继电器、直流电机、步进电机、电磁阀等l一些常用的执行器件

16、n 汽车电子控制系统的基本框架汽车电子控制系统的基本框架20重庆交通大学机电与汽车工程学院重庆交通大学机电与汽车工程学院 隗寒冰隗寒冰第一章 绪论n电子控制单元（ECU）l一些ECU实物图 汽车电子控制系统的基本框架汽车电子控制系统的基本框架21重庆交通大学机电与汽车工程学院重庆交通大学机电与汽车工程学院 隗寒冰隗寒冰第一章 绪论汽车电子控制单元的硬件框架 ECU的组成的组成u 传感器的接口电路传感器的接口电路u 单片机及其外围电路单片机及其外围电路,俗称为数字核心电路俗称为数字核心电路u 驱动执行器的功率放驱动执行器的功率放大电路，俗称功率驱大电路，俗称功率驱动电路动电路u 对外通信电路，包

17、括对外通信电路，包括K线、线、CAN总线、总线、LIN 总线等车用总线总线等车用总线u 给所有电路供电的电给所有电路供电的电源电路部分源电路部分多多ECU的汽车电子控制系统基本硬件框架的汽车电子控制系统基本硬件框架 汽车电子控制系统的硬件框架汽车电子控制系统的硬件框架22重庆交通大学机电与汽车工程学院重庆交通大学机电与汽车工程学院 隗寒冰隗寒冰第一章 绪论汽车电子控制单元的软件框架Refer to:B. Hardung, T. Kolzow, and A. Kruger, “Reuse of Software in Distributed Embedded Automotive Systems

18、” 汽车电子控制系统硬件和软件的关系汽车电子控制系统硬件和软件的关系软件框架软件框架ECUECU的静态框架的静态框架实时操作系统实时操作系统AUTOSARAUTOSAR简介简介 随着汽车电子的发展，汽车电子与控随着汽车电子的发展，汽车电子与控制系统的硬件设计变得越来越标准化制系统的硬件设计变得越来越标准化和规范化，相应的汽车电子控制系统和规范化，相应的汽车电子控制系统软件的相对重要性得到了提升；和软软件的相对重要性得到了提升；和软件相比，件相比，ECU的硬件更加直观，而软的硬件更加直观，而软件的编程、测试、验证和维护等研发件的编程、测试、验证和维护等研发难度要大得多，目前汽车电子与控制难度要大

19、得多，目前汽车电子与控制系统的软件，已经成为汽车电子控制系统的软件，已经成为汽车电子控制中最核心、最关键的部分。中最核心、最关键的部分。 汽车电子控制系统的软件框架汽车电子控制系统的软件框架23重庆交通大学机电与汽车工程学院重庆交通大学机电与汽车工程学院 隗寒冰隗寒冰第一章 绪论汽车电子控制单元的软件框架汽车电子控制软件的静态层次划分汽车电子控制软件的静态层次划分ECUECU的静态框架的静态框架1. 基本输入输出模块基本输入输出模块2. 处理器抽像层处理器抽像层 汽车电子控制系统的汽车电子控制系统的软件按照静态层次进软件按照静态层次进行划分，可分为：行划分，可分为：3. 硬件抽像层硬件抽像层4

20、. 部件抽像层部件抽像层5. 整车抽像层整车抽像层6. 操作监控层操作监控层 有时，有时，BIOS和和PAL被被称为称为MCAL，微控制，微控制器抽象层。器抽象层。24重庆交通大学机电与汽车工程学院重庆交通大学机电与汽车工程学院 隗寒冰隗寒冰第一章 绪论OSEK和软件静态分层的关系和软件静态分层的关系汽车电子控制单元的软件框架ECUECU中的实时操作系统中的实时操作系统 传统的汽车电子软件传统的汽车电子软件设计方法采用的是基设计方法采用的是基于前后台模式。于前后台模式。 采用嵌入式实时操作采用嵌入式实时操作系统的设计框架，并系统的设计框架，并且形成了国际标准和且形成了国际标准和规范：规范：OS

21、EK/VDX OSEK源自于德文的缩写，其英文意思为：源自于德文的缩写，其英文意思为：Open systems and the corresponding interfaces for automotive electronics，汽车电子开放式系统及其接口。最早于，汽车电子开放式系统及其接口。最早于1994年欧年欧洲汽车制造商提出，目前已经发展为汽车工业的全球标准。洲汽车制造商提出，目前已经发展为汽车工业的全球标准。 25重庆交通大学机电与汽车工程学院重庆交通大学机电与汽车工程学院 隗寒冰隗寒冰第一章 绪论基于基于OSEK实时操作系统的软件框架实时操作系统的软件框架汽车电子控制单元的软件框架

22、 OSEK 实时操作系统采用实时操作系统采用OSEK Builder 软件配置所需任务、中断等。软件配置所需任务、中断等。Quickstart 软件用于设置单片机底层模块，上层算法软件用于设置单片机底层模块，上层算法在在matlab/simulink中开发，利用代码自动中开发，利用代码自动生成功能直接生成标准生成功能直接生成标准C语言代码。编译器语言代码。编译器采用采用Codewarrior软件。软件。 软件开发流程如下图所示。软件开发流程如下图所示。26重庆交通大学机电与汽车工程学院重庆交通大学机电与汽车工程学院 隗寒冰隗寒冰第一章 绪论汽车电子控制单元的软件框架汽车电子控制单元的软件框架设

23、备供应商设备供应商A A：底盘底盘安全安全多媒体多媒体AUTOSAR的目标的目标制造商之间的制造商之间的互换性互换性供商之间供商之间的互换性的互换性车辆平台间的车辆平台间的互换性互换性AUTOSAR简介简介 AUTOSAR是是AUTomotive Open System ARchitecture 的简称，汽车开放式系统架构，是的简称，汽车开放式系统架构，是汽汽车电了控制系统车电了控制系统软件架构的全球规范，其目标旨在解决标准化、兼容性和扩展性的问题。软件架构的全球规范，其目标旨在解决标准化、兼容性和扩展性的问题。设备供应商设备供应商B B：底盘底盘安全安全车身车身/ /舒适舒适设备供应商设备供

24、应商C C：多媒体多媒体动力系统动力系统智能交通智能交通设备供应商设备供应商D D：导航系统导航系统传动系统传动系统多媒体多媒体设备供应商设备供应商E E：底盘底盘安全安全智能交通智能交通设备供应商设备供应商F F：动力系统动力系统传动系统传动系统多媒体多媒体27重庆交通大学机电与汽车工程学院重庆交通大学机电与汽车工程学院 隗寒冰隗寒冰第一章 绪论网络化条件下汽车电子控制系统的网络化条件下汽车电子控制系统的AUTOSAR架构架构汽车电子控制单元的软件框架汽车电子控制单元的软件框架AUTOSAR简介简介 为了适应目前汽车电子控制系统网络为了适应目前汽车电子控制系统网络化发展趋势而提出的化发展趋势

25、而提出的AUTOSAR的基的基本架构：每个本架构：每个ECU划分为：软件部件划分为：软件部件层、实时运行环境以及基本软件模块。层、实时运行环境以及基本软件模块。在软件部件层之在软件部件层之 间以虚拟功能总线进间以虚拟功能总线进行通信。行通信。 值得注意的是，值得注意的是，AUTOSAR的的SW-C是是能够独立于底层硬件，具有标准接口能够独立于底层硬件，具有标准接口定义及标准化的描述方式；定义及标准化的描述方式； VFB，即包括了，即包括了ECU内部通信，也包内部通信，也包括了不同括了不同ECU间的通信，是间的通信，是SW-C能能够独立于够独立于ECU，实现自由移植和扩展，实现自由移植和扩展的基础。的基础。28重庆交通大学机电与汽车工程学院重庆交通大学机电与汽车工程学院 隗寒冰隗寒冰第一章 绪论AUTOSAR ECU 内部的软件架构内部的软件架构汽车电子控制单元的软件框架汽车电子控制单元的软件框架 AUTOSAR软件架构，最底层为软件架构，最底层为ECU的硬件层，然后是基本软件部分：嵌入式实时操作、控的硬件层，然后是基本软件部分：嵌入式实时操作、控制器抽象层、制器抽象层、ECU制抽象层以及复杂设备的驱动模块，即为操作系