汽車電子技術

1、2021年12月21日星期二2重慶交通大學機電與汽車工程學院重慶交通大學機電與汽車工程學院 隗寒冰隗寒冰第一章 緒論汽汽車電車電子子技技術術汽汽車電車電子子控制系控制系統(tǒng)統(tǒng)車載電車載電子子信息系信息系統(tǒng)統(tǒng)車車身控制身控制發(fā)動發(fā)動機控制機控制底底盤電盤電子控制系子控制系統(tǒng)統(tǒng)自自動變動變速器控制速器控制動動力力傳動傳動控制系控制系統(tǒng)統(tǒng)3重慶交通大學機電與汽車工程學院重慶交通大學機電與汽車工程學院 隗寒冰隗寒冰第一章 緒論n簡單講述簡單講述電控發(fā)動機電控發(fā)動機、傳動系統(tǒng)傳動系統(tǒng)（自動變速器）、（自動變速器）、底盤底盤的基本結構、工作原理及其控制的基本結構、工作原理及其控制技術，為學生參加專業(yè)實踐和畢

2、業(yè)后從事本專業(yè)相關工作奠定基礎技術，為學生參加專業(yè)實踐和畢業(yè)后從事本專業(yè)相關工作奠定基礎。參考書目參考書目4重慶交通大學機電與汽車工程學院重慶交通大學機電與汽車工程學院 隗寒冰隗寒冰第一章 緒論n簡單講述簡單講述電控發(fā)動機電控發(fā)動機、傳動系統(tǒng)傳動系統(tǒng)（自動變速器）、（自動變速器）、底盤底盤的基本結構、工作原理及其控制的基本結構、工作原理及其控制技術，為學生參加專業(yè)實踐和畢業(yè)后從事本專業(yè)相關工作奠定基礎技術，為學生參加專業(yè)實踐和畢業(yè)后從事本專業(yè)相關工作奠定基礎。5重慶交通大學機電與汽車工程學院重慶交通大學機電與汽車工程學院 隗寒冰隗寒冰第一章 緒論了解各種類型電控發(fā)動機的特點；了解各種類型電控發(fā)

3、動機的特點；掌握電控發(fā)動機空氣供給系統(tǒng)的結構和工作原理；掌握電控發(fā)動機空氣供給系統(tǒng)的結構和工作原理；掌握電控發(fā)動機燃油供給系統(tǒng)的結構和工作原理；掌握電控發(fā)動機燃油供給系統(tǒng)的結構和工作原理；掌握電控發(fā)動機點火系統(tǒng)的結構和工作原理；掌握電控發(fā)動機點火系統(tǒng)的結構和工作原理；了解控制系統(tǒng)的組成與控制原理；了解控制系統(tǒng)的組成與控制原理；掌握排氣控制系統(tǒng)中各種類型的結構與控制原理；掌握排氣控制系統(tǒng)中各種類型的結構與控制原理；掌握車輛傳動系統(tǒng)結構與控制原理；掌握車輛傳動系統(tǒng)結構與控制原理；了解底盤電子控制系統(tǒng)結構與工作原理了解底盤電子控制系統(tǒng)結構與工作原理；n 課程要求課程要求6重慶交通大學機電與汽車工程學

4、院重慶交通大學機電與汽車工程學院 隗寒冰隗寒冰第一章 緒論第一階段第一階段上世紀上世紀70年代中期以前，汽車電子控制技術年代中期以前，汽車電子控制技術發(fā)展的初級階段。發(fā)展的初級階段。第二階段第二階段70年代末期到年代末期到90年代中期是汽車電子控制技年代中期是汽車電子控制技術迅速發(fā)展階段，微型計算機在汽車上應用日趨成熟并向術迅速發(fā)展階段，微型計算機在汽車上應用日趨成熟并向智能化發(fā)展。智能化發(fā)展。 第三階段第三階段1990年以后，是汽車電子控制技術向智能化年以后，是汽車電子控制技術向智能化發(fā)展的高級階段發(fā)展的高級階段。 n 汽車電子技術發(fā)展史汽車電子技術發(fā)展史7重慶交通大學機電與汽車工程學院重慶

5、交通大學機電與汽車工程學院 隗寒冰隗寒冰第一章 緒論1973年年10月第四次中東戰(zhàn)爭爆發(fā)，石油輸出國組織月第四次中東戰(zhàn)爭爆發(fā)，石油輸出國組織(OPEC)為了為了打擊對手以色列及支持以色列的國家，宣布石油禁運，暫停出打擊對手以色列及支持以色列的國家，宣布石油禁運，暫停出口，造成油價上漲。當時原油價格從口，造成油價上漲。當時原油價格從1973年的每桶不到年的每桶不到3美元美元漲到超過漲到超過13美元。這次石油危機對美國等少數(shù)依靠廉價石油起美元。這次石油危機對美國等少數(shù)依靠廉價石油起家的國家產(chǎn)生極大沖擊，加深了世界經(jīng)濟危機。家的國家產(chǎn)生極大沖擊，加深了世界經(jīng)濟危機。n 背景知識背景知識8重慶交通大學

6、機電與汽車工程學院重慶交通大學機電與汽車工程學院 隗寒冰隗寒冰第一章 緒論n背景知識背景知識1978年底，伊朗政局動蕩，之后又爆發(fā)兩伊戰(zhàn)爭，伊朗的石年底，伊朗政局動蕩，之后又爆發(fā)兩伊戰(zhàn)爭，伊朗的石油產(chǎn)量因此大受影響，從每天油產(chǎn)量因此大受影響，從每天580萬桶驟降到萬桶驟降到100萬桶以下，萬桶以下，打破了當時全球原油市場上供求關系的脆弱平衡。隨著產(chǎn)量打破了當時全球原油市場上供求關系的脆弱平衡。隨著產(chǎn)量劇減，全球市場上每天都有劇減，全球市場上每天都有560萬桶的缺口。油價在萬桶的缺口。油價在1979年年開始暴漲，從每桶開始暴漲，從每桶13美元猛增至美元猛增至1981年的年的34美元，導致了第美元

7、，導致了第二次石油危機的出現(xiàn)。二次石油危機的出現(xiàn)。9重慶交通大學機電與汽車工程學院重慶交通大學機電與汽車工程學院 隗寒冰隗寒冰第一章 緒論n背景知識背景知識20世紀世紀80年代以后，隨著石油輸出國組織團結力量的瓦解以年代以后，隨著石油輸出國組織團結力量的瓦解以及新興產(chǎn)油國的出現(xiàn)，石油權力開始分散。石油價格持續(xù)下及新興產(chǎn)油國的出現(xiàn)，石油權力開始分散。石油價格持續(xù)下降，阿拉伯國家的政治勢力逐漸衰退，權力再度回到美國、降，阿拉伯國家的政治勢力逐漸衰退，權力再度回到美國、日本和歐洲。日本和歐洲。1990年年8月初伊拉克攻占科威特之后，遭受國月初伊拉克攻占科威特之后，遭受國際經(jīng)濟制裁，使得伊拉克的原油供

8、應中斷，國際油價因而急際經(jīng)濟制裁，使得伊拉克的原油供應中斷，國際油價因而急升至升至42美元美元/桶的高點。美國經(jīng)濟在桶的高點。美國經(jīng)濟在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增長率在增長率在1991年跌破年跌破2%。10重慶交通大學機電與汽車工程學院重慶交通大學機電與汽車工程學院 隗寒冰隗寒冰第一章 緒論n背景知識背景知識11重慶交通大學機電與汽車工程學院重慶交通大學機電與汽車工程學院 隗寒冰隗寒冰第一章 緒論199019911994Nitric Oxides (NOx)Particulates (Smoke )1998200497% reduction

9、98% reductionEmission Reduction Fronts Combustion Development- Tools & Technologies Air Systems Pre & Aftertreatment Fuels & Fuel Systems New Power Source Concepts20072011n美國公路運輸車輛排放標準展望美國公路運輸車輛排放標準展望Emission Standards Roadmap(USA On-Highway）12重慶交通大學機電與汽車工程學院重慶交通大學機電與汽車工程學院 隗寒冰隗寒冰第一章 緒論n

10、各國排放法規(guī)及各國排放法規(guī)及CO2排放展望排放展望13重慶交通大學機電與汽車工程學院重慶交通大學機電與汽車工程學院 隗寒冰隗寒冰第一章 緒論n基于安全的汽車電子技術基于安全的汽車電子技術主動安全主動安全n指事故將要發(fā)生時操縱制動或轉向系，指事故將要發(fā)生時操縱制動或轉向系，防止事故發(fā)生的能力，以及汽車正常行防止事故發(fā)生的能力，以及汽車正常行駛時保證其動力性、操縱穩(wěn)定性、駕駛駛時保證其動力性、操縱穩(wěn)定性、駕駛舒適性、信息正常的能力。舒適性、信息正常的能力。n典型應用典型應用ABSASREBDESPADAS胎胎壓監(jiān)測壓監(jiān)測主動避撞主動避撞V2V無人車輛等。無人車輛等。被動安全被動安全n事故發(fā)生時保護

11、乘員和行人，使直接損事故發(fā)生時保護乘員和行人，使直接損失降到最小的能力。又可分為車外部安失降到最小的能力。又可分為車外部安全性、車內(nèi)部安全性。全性、車內(nèi)部安全性。n典型應用包括安全氣囊、預張緊安全帶、典型應用包括安全氣囊、預張緊安全帶、高強度車身、碰撞吸能車身設計等。高強度車身、碰撞吸能車身設計等。14重慶交通大學機電與汽車工程學院重慶交通大學機電與汽車工程學院 隗寒冰隗寒冰第一章 緒論n公共基礎設施建設公共基礎設施建設充電設施充電設施n無線充電站無線充電站n充電樁充電樁n公交換電站公交換電站15重慶交通大學機電與汽車工程學院重慶交通大學機電與汽車工程學院 隗寒冰隗寒冰第一章 緒論n公共基礎設

12、施建設公共基礎設施建設智能交通系統(tǒng)智能交通系統(tǒng)ITSV2IV2G16重慶交通大學機電與汽車工程學院重慶交通大學機電與汽車工程學院 隗寒冰隗寒冰第一章 緒論n汽車電子控制系統(tǒng)的基本特點汽車電子控制系統(tǒng)的基本特點汽車電子控制系統(tǒng)特點汽車電子控制系統(tǒng)特點為滿足車輛高為滿足車輛高速移動時的安速移動時的安全性和發(fā)動機全性和發(fā)動機以及整車控制以及整車控制器精確控制的器精確控制的需要需要由于氣溫的變化、由于氣溫的變化、光照、潮濕或液體，光照、潮濕或液體，甚至振動等都會對甚至振動等都會對控制系統(tǒng)的性能帶控制系統(tǒng)的性能帶來不利影響來不利影響為了滿足各種法規(guī)及為了滿足各種法規(guī)及不同客戶的需求，以不同客戶的需求，以

13、及適應多變的外部環(huán)及適應多變的外部環(huán)境、不同風格的駕駛境、不同風格的駕駛員操作，基于安全性員操作，基于安全性的考慮，控制系統(tǒng)包的考慮，控制系統(tǒng)包括有：診斷、容錯、括有：診斷、容錯、失效安安全等失效安安全等須具有非常須具有非常強的實時性強的實時性必須能夠滿足必須能夠滿足苛刻和劇烈變苛刻和劇烈變化的環(huán)境要求化的環(huán)境要求必須具有靈活必須具有靈活性和可靠性性和可靠性具有很強的具有很強的機電結合、機電結合、復雜的軟件復雜的軟件和硬件結合，和硬件結合，以及控制算以及控制算法和法和MAPMAP圖圖數(shù)據(jù)相結合數(shù)據(jù)相結合可實現(xiàn)系可實現(xiàn)系列化、規(guī)列化、規(guī)?；?、大?；⒋笈?、低批量、低成本的生成本的生產(chǎn)產(chǎn)目前著名

14、的國際汽車電子公司有：德國的博世目前著名的國際汽車電子公司有：德國的博世(BOSCH)和西門子、美國的德爾福和西門子、美國的德爾福(Delphi)、飛思卡爾、飛思卡爾(Freescale)等。等。17重慶交通大學機電與汽車工程學院重慶交通大學機電與汽車工程學院 隗寒冰隗寒冰第一章 緒論n汽車電子控制系統(tǒng)的基本框架汽車電子控制系統(tǒng)的基本框架微處理微處理器或微器或微控制器控制器傳感器傳感器傳感器傳感器傳感器傳感器執(zhí)行器執(zhí)行器執(zhí)行器執(zhí)行器執(zhí)行器執(zhí)行器 傳感器傳感器 電子控制單元電子控制單元ECU 執(zhí)行器執(zhí)行器ECU數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理信號放大信號放大和驅動和驅動物理變量物理變量測量值測量值測量值測量值測

15、量值測量值反饋反饋輸出輸出輸出輸出輸出輸出傳遞力和運動傳遞力和運動18重慶交通大學機電與汽車工程學院重慶交通大學機電與汽車工程學院 隗寒冰隗寒冰第一章 緒論n傳感器l功能：將某種變化的物理量（絕大部分是非電量）轉化成對應的電信號l作用：感受運行過程中諸如溫度、壓力、轉速、位置、空氣流量、氣體濃度等物理量的狀態(tài)及變化情況l一些常用傳感器 n 汽車電子控制系統(tǒng)的基本框架汽車電子控制系統(tǒng)的基本框架19重慶交通大學機電與汽車工程學院重慶交通大學機電與汽車工程學院 隗寒冰隗寒冰第一章 緒論n執(zhí)行器l是ECU動作命令的執(zhí)行者l各類執(zhí)行器件：繼電器、直流電機、步進電機、電磁閥等l一些常用的執(zhí)行器件 n 汽車

16、電子控制系統(tǒng)的基本框架汽車電子控制系統(tǒng)的基本框架20重慶交通大學機電與汽車工程學院重慶交通大學機電與汽車工程學院 隗寒冰隗寒冰第一章 緒論n電子控制單元（ECU）l一些ECU實物圖 汽車電子控制系統(tǒng)的基本框架汽車電子控制系統(tǒng)的基本框架21重慶交通大學機電與汽車工程學院重慶交通大學機電與汽車工程學院 隗寒冰隗寒冰第一章 緒論汽車電子控制單元的硬件框架 ECU的組成的組成u 傳感器的接口電路傳感器的接口電路u 單片機及其外圍電路單片機及其外圍電路,俗稱為數(shù)字核心電路俗稱為數(shù)字核心電路u 驅動執(zhí)行器的功率放驅動執(zhí)行器的功率放大電路，俗稱功率驅大電路，俗稱功率驅動電路動電路u 對外通信電路，包括對外通

17、信電路，包括K線、線、CAN總線、總線、LIN 總線等車用總線總線等車用總線u 給所有電路供電的電給所有電路供電的電源電路部分源電路部分多多ECU的汽車電子控制系統(tǒng)基本硬件框架的汽車電子控制系統(tǒng)基本硬件框架 汽車電子控制系統(tǒng)的硬件框架汽車電子控制系統(tǒng)的硬件框架22重慶交通大學機電與汽車工程學院重慶交通大學機電與汽車工程學院 隗寒冰隗寒冰第一章 緒論汽車電子控制單元的軟件框架Refer to:B. Hardung, T. Kolzow, and A. Kruger, “Reuse of Software in Distributed Embedded Automotive Systems” 汽車

18、電子控制系統(tǒng)硬件和軟件的關系汽車電子控制系統(tǒng)硬件和軟件的關系軟件框架軟件框架ECUECU的靜態(tài)框架的靜態(tài)框架實時操作系統(tǒng)實時操作系統(tǒng)AUTOSARAUTOSAR簡介簡介 隨著汽車電子的發(fā)展，汽車電子與控隨著汽車電子的發(fā)展，汽車電子與控制系統(tǒng)的硬件設計變得越來越標準化制系統(tǒng)的硬件設計變得越來越標準化和規(guī)范化，相應的汽車電子控制系統(tǒng)和規(guī)范化，相應的汽車電子控制系統(tǒng)軟件的相對重要性得到了提升；和軟軟件的相對重要性得到了提升；和軟件相比，件相比，ECU的硬件更加直觀，而軟的硬件更加直觀，而軟件的編程、測試、驗證和維護等研發(fā)件的編程、測試、驗證和維護等研發(fā)難度要大得多，目前汽車電子與控制難度要大得多，目

19、前汽車電子與控制系統(tǒng)的軟件，已經(jīng)成為汽車電子控制系統(tǒng)的軟件，已經(jīng)成為汽車電子控制中最核心、最關鍵的部分。中最核心、最關鍵的部分。 汽車電子控制系統(tǒng)的軟件框架汽車電子控制系統(tǒng)的軟件框架23重慶交通大學機電與汽車工程學院重慶交通大學機電與汽車工程學院 隗寒冰隗寒冰第一章 緒論汽車電子控制單元的軟件框架汽車電子控制軟件的靜態(tài)層次劃分汽車電子控制軟件的靜態(tài)層次劃分ECUECU的靜態(tài)框架的靜態(tài)框架1. 基本輸入輸出模塊基本輸入輸出模塊2. 處理器抽像層處理器抽像層 汽車電子控制系統(tǒng)的汽車電子控制系統(tǒng)的軟件按照靜態(tài)層次進軟件按照靜態(tài)層次進行劃分，可分為：行劃分，可分為：3. 硬件抽像層硬件抽像層4. 部件

20、抽像層部件抽像層5. 整車抽像層整車抽像層6. 操作監(jiān)控層操作監(jiān)控層 有時，有時，BIOS和和PAL被被稱為稱為MCAL，微控制，微控制器抽象層。器抽象層。24重慶交通大學機電與汽車工程學院重慶交通大學機電與汽車工程學院 隗寒冰隗寒冰第一章 緒論OSEK和軟件靜態(tài)分層的關系和軟件靜態(tài)分層的關系汽車電子控制單元的軟件框架ECUECU中的實時操作系統(tǒng)中的實時操作系統(tǒng) 傳統(tǒng)的汽車電子軟件傳統(tǒng)的汽車電子軟件設計方法采用的是基設計方法采用的是基于前后臺模式。于前后臺模式。 采用嵌入式實時操作采用嵌入式實時操作系統(tǒng)的設計框架，并系統(tǒng)的設計框架，并且形成了國際標準和且形成了國際標準和規(guī)范：規(guī)范：OSEK/V

21、DX OSEK源自于德文的縮寫，其英文意思為：源自于德文的縮寫，其英文意思為：Open systems and the corresponding interfaces for automotive electronics，汽車電子開放式系統(tǒng)及其接口。最早于，汽車電子開放式系統(tǒng)及其接口。最早于1994年歐年歐洲汽車制造商提出，目前已經(jīng)發(fā)展為汽車工業(yè)的全球標準。洲汽車制造商提出，目前已經(jīng)發(fā)展為汽車工業(yè)的全球標準。 25重慶交通大學機電與汽車工程學院重慶交通大學機電與汽車工程學院 隗寒冰隗寒冰第一章 緒論基于基于OSEK實時操作系統(tǒng)的軟件框架實時操作系統(tǒng)的軟件框架汽車電子控制單元的軟件框架 OSE

22、K 實時操作系統(tǒng)采用實時操作系統(tǒng)采用OSEK Builder 軟件配置所需任務、中斷等。軟件配置所需任務、中斷等。Quickstart 軟件用于設置單片機底層模塊，上層算法軟件用于設置單片機底層模塊，上層算法在在matlab/simulink中開發(fā)，利用代碼自動中開發(fā)，利用代碼自動生成功能直接生成標準生成功能直接生成標準C語言代碼。編譯器語言代碼。編譯器采用采用Codewarrior軟件。軟件。 軟件開發(fā)流程如下圖所示。軟件開發(fā)流程如下圖所示。26重慶交通大學機電與汽車工程學院重慶交通大學機電與汽車工程學院 隗寒冰隗寒冰第一章 緒論汽車電子控制單元的軟件框架汽車電子控制單元的軟件框架設備供應商

23、設備供應商A A：底盤底盤安全安全多媒體多媒體AUTOSAR的目標的目標制造商之間的制造商之間的互換性互換性供商之間供商之間的互換性的互換性車輛平臺間的車輛平臺間的互換性互換性AUTOSAR簡介簡介 AUTOSAR是是AUTomotive Open System ARchitecture 的簡稱，汽車開放式系統(tǒng)架構，是的簡稱，汽車開放式系統(tǒng)架構，是汽汽車電了控制系統(tǒng)車電了控制系統(tǒng)軟件架構的全球規(guī)范，其目標旨在解決標準化、兼容性和擴展性的問題。軟件架構的全球規(guī)范，其目標旨在解決標準化、兼容性和擴展性的問題。設備供應商設備供應商B B：底盤底盤安全安全車身車身/ /舒適舒適設備供應商設備供應商C

24、C：多媒體多媒體動力系統(tǒng)動力系統(tǒng)智能交通智能交通設備供應商設備供應商D D：導航系統(tǒng)導航系統(tǒng)傳動系統(tǒng)傳動系統(tǒng)多媒體多媒體設備供應商設備供應商E E：底盤底盤安全安全智能交通智能交通設備供應商設備供應商F F：動力系統(tǒng)動力系統(tǒng)傳動系統(tǒng)傳動系統(tǒng)多媒體多媒體27重慶交通大學機電與汽車工程學院重慶交通大學機電與汽車工程學院 隗寒冰隗寒冰第一章 緒論網(wǎng)絡化條件下汽車電子控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡化條件下汽車電子控制系統(tǒng)的AUTOSAR架構架構汽車電子控制單元的軟件框架汽車電子控制單元的軟件框架AUTOSAR簡介簡介 為了適應目前汽車電子控制系統(tǒng)網(wǎng)絡為了適應目前汽車電子控制系統(tǒng)網(wǎng)絡化發(fā)展趨勢而提出的化發(fā)展趨勢而提出的

25、AUTOSAR的基的基本架構：每個本架構：每個ECU劃分為：軟件部件劃分為：軟件部件層、實時運行環(huán)境以及基本軟件模塊。層、實時運行環(huán)境以及基本軟件模塊。在軟件部件層之在軟件部件層之 間以虛擬功能總線進間以虛擬功能總線進行通信。行通信。 值得注意的是，值得注意的是，AUTOSAR的的SW-C是是能夠獨立于底層硬件，具有標準接口能夠獨立于底層硬件，具有標準接口定義及標準化的描述方式；定義及標準化的描述方式； VFB，即包括了，即包括了ECU內(nèi)部通信，也包內(nèi)部通信，也包括了不同括了不同ECU間的通信，是間的通信，是SW-C能能夠獨立于夠獨立于ECU，實現(xiàn)自由移植和擴展，實現(xiàn)自由移植和擴展的基礎。的基礎。28重慶交通大學機電與汽車工程學院重慶交通大學機電與汽車工程學院 隗寒冰隗寒冰第一章 緒論AUTOSAR ECU 內(nèi)部的軟件架構內(nèi)部的軟件架構汽車電子控制單元的軟件框架汽車電子控制單元的軟件框架 AUTOSAR軟件架構，最底層為軟件架構，最底層為ECU的硬件層，然后是基本軟件部分：嵌入式實時操作、控的硬件層，然后是基本軟件部分：嵌入式實時操作、控制器抽象層、制器抽象層、ECU制抽象層以及復雜設備的驅動模塊，即為操作系統(tǒng)