汽車電子控制技術(shù)

Automotive

Electronic&ControlTechnology

重慶交通大學機電學院

隗寒冰博士/副教授

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汽車電子技術(shù)汽車電子控制系統(tǒng)車載電子信息系統(tǒng)車身控制發(fā)動機控制底盤電子控制系統(tǒng)安全氣囊中央門鎖控制車燈控制空調(diào)控制巡航控制CCS動力轉(zhuǎn)向EPS主動懸架控制驅(qū)動防滑ASR防抱制動ABS自動變速器控制廢氣再循環(huán)怠速控制噴油控制點火控制動力傳動控制系統(tǒng)導(dǎo)航系統(tǒng)等簡單講述電控發(fā)動機、傳動系統(tǒng)（自動變速器）、底盤的基本結(jié)構(gòu)、工作原理及其控制技術(shù)，為學生參加專業(yè)實踐和畢業(yè)后從事本專業(yè)相關(guān)工作奠定基礎(chǔ)。

參考書目簡單講述電控發(fā)動機、傳動系統(tǒng)（自動變速器）、底盤的基本結(jié)構(gòu)、工作原理及其控制技術(shù)，為學生參加專業(yè)實踐和畢業(yè)后從事本專業(yè)相關(guān)工作奠定基礎(chǔ)。

。。。。。。了解各種類型電控發(fā)動機的特點；掌握電控發(fā)動機空氣供給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理；掌握電控發(fā)動機燃油供給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理；掌握電控發(fā)動機點火系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理；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(jié)構(gòu)與控制原理；掌握車輛傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與控制原理；了解底盤電子控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理；課程要求

第一階段——上世紀70年代中期以前，汽車電子控制技術(shù)發(fā)展的初級階段。第二階段——70年代末期到90年代中期是汽車電子控制技術(shù)迅速發(fā)展階段，微型計算機在汽車上應(yīng)用日趨成熟并向智能化發(fā)展。第三階段——1990年以后，是汽車電子控制技術(shù)向智能化發(fā)展的高級階段。汽車電子技術(shù)發(fā)展史

第一次石油危：1973年10月第四次中東戰(zhàn)爭爆發(fā)，石油輸出國組織(OPEC)為了打擊對手以色列及支持以色列的國家，宣布石油禁運，暫停出口，造成油價上漲。當時原油價格從1973年的每桶不到3美元漲到超過13美元。這次石油危機對美國等少數(shù)依靠廉價石油起家的國家產(chǎn)生極大沖擊，加深了世界經(jīng)濟危機。背景知識背景知識第二次石油危：1978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580萬桶驟降到100萬桶以下，打破了當時全球原油市場上供求關(guān)系的脆弱平衡。隨著產(chǎn)量劇減，全球市場上每天都有560萬桶的缺口。油價在1979年開始暴漲，從每桶13美元猛增至1981年的34美元，導(dǎo)致了第二次石油危機的出現(xiàn)。背景知識第三次石油危：20世紀80年代以后，隨著石油輸出國組織團結(jié)力量的瓦解以及新興產(chǎn)油國的出現(xiàn)，石油權(quán)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(quán)力再度回到美國、日本和歐洲。1990年8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應(yīng)中斷，國際油價因而急升至42美元/桶的高點。美國經(jīng)濟在1990年第三季度加速陷入衰退，拖累全球GDP增長率在1991年跌破2%。60年代美國洛杉磯市2012年北京背景知識199019911994NitricOxides(NOx)Particulates(Smoke)1998200497%reduction98%reductionEmissionReductionFrontsCombustionDevelopment

-Tools&TechnologiesAirSystemsPre&AftertreatmentFuels&FuelSystemsNewPowerSource

Concepts20072011美國公路運輸車輛排放標準展望EmissionStandardsRoadmap(USAOn-Highway）日益嚴格的排放法規(guī)新能源汽車碳排放總量比較石油枯竭和環(huán)境污染已經(jīng)成為目前面臨的最緊迫的問題；全世界石油資源只可用到2038年；2010年中國一次能源消費已經(jīng)成為世界第一大能源消費國；各國排放法規(guī)及CO2排放展望基于安全的汽車電子技術(shù)主動安全指事故將要發(fā)生時操縱制動或轉(zhuǎn)向系，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、駕駛舒適性、信息正常的能力。典型應(yīng)用ABS\ASR\EBD\ESP\ADAS\胎壓監(jiān)測\主動避撞\V2V\無人車輛等。被動安全事故發(fā)生時保護乘員和行人，使直接損失降到最小的能力。又可分為車外部安全性、車內(nèi)部安全性。典型應(yīng)用包括安全氣囊、預(yù)張緊安全帶、高強度車身、碰撞吸能車身設(shè)計等。公共基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)充電設(shè)施無線充電站充電樁公交換電站公共基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)智能交通系統(tǒng)ITSV2IV2G汽車電子控制系統(tǒng)的基本特點汽車電子控制系統(tǒng)特點為滿足車輛高速移動時的安全性和發(fā)動機以及整車控制器精確控制的需要由于氣溫的變化、光照、潮濕或液體，甚至振動等都會對控制系統(tǒng)的性能帶來不利影響為了滿足各種法規(guī)及不同客戶的需求，以及適應(yīng)多變的外部環(huán)境、不同風格的駕駛員操作，基于安全性的考慮，控制系統(tǒng)包括有：診斷、容錯、失效安安全等須具有非常強的實時性必須能夠滿足苛刻和劇烈變化的環(huán)境要求必須具有靈活性和可靠性具有很強的機電結(jié)合、復(fù)雜的軟件和硬件結(jié)合，以及控制算法和MAP圖數(shù)據(jù)相結(jié)合可實現(xiàn)系列化、規(guī)?；?、大批量、低成本的生產(chǎn)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(Delphi)、飛思卡爾(Freescale)等。汽車電子控制系統(tǒng)的基本框架微處理器或微控制器傳感器傳感器傳感器執(zhí)行器執(zhí)行器執(zhí)行器傳感器電子控制單元ECU執(zhí)行器基本框架ECU數(shù)據(jù)處理信號放大和驅(qū)動物理變量測量值測量值測量值反饋輸出輸出輸出傳遞力和運動傳感器功能：將某種變化的物理量（絕大部分是非電量）轉(zhuǎn)化成對應(yīng)的電信號作用：感受運行過程中諸如溫度、壓力、轉(zhuǎn)速、位置、空氣流量、氣體濃度等物理量的狀態(tài)及變化情況一些常用傳感器

汽車電子控制系統(tǒng)的基本框架執(zhí)行器是ECU動作命令的執(zhí)行者各類執(zhí)行器件：繼電器、直流電機、步進電機、電磁閥等一些常用的執(zhí)行器件

汽車電子控制系統(tǒng)的基本框架電子控制單元（ECU）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單元的硬件框架ECU的組成傳感器的接口電路單片機及其外圍電路,俗稱為數(shù)字核心電路驅(qū)動執(zhí)行器的功率放大電路，俗稱功率驅(qū)動電路對外通信電路，包括K線、CAN總線、LIN總線等車用總線給所有電路供電的電源電路部分多ECU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單元的軟件框架Referto:B.Hardung,T.Kolzow,andA.Kruger,“ReuseofSoftwareinDistributedEmbeddedAutomotiveSystems”汽車電子控制系統(tǒng)硬件和軟件的關(guān)系軟件框架ECU的靜態(tài)框架實時操作系統(tǒng)AUTOSAR簡介隨著汽車電子的發(fā)展，汽車電子與控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計變得越來越標準化和規(guī)范化，相應(yīng)的汽車電子控制系統(tǒng)軟件的相對重要性得到了提升；和軟件相比，ECU的硬件更加直觀，而軟件的編程、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系統(tǒng)的軟件，已經(jīng)成為汽車電子控制中最核心、最關(guān)鍵的部分。

汽車電子控制系統(tǒng)的軟件框架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ECU的靜態(tài)框架1.基本輸入輸出模塊2.處理器抽像層汽車電子控制系統(tǒng)的軟件按照靜態(tài)層次進行劃分，可分為：3.硬件抽像層4.部件抽像層5.整車抽像層6.操作監(jiān)控層有時，BIOS和PAL被稱為MCAL，微控制器抽象層。OSEK和軟件靜態(tài)分層的關(guān)系汽車電子控制單元的軟件框架ECU中的實時操作系統(tǒng)傳統(tǒng)的汽車電子軟件設(shè)計方法采用的是基于前后臺模式。采用嵌入式實時操作系統(tǒng)的設(shè)計框架，并且形成了國際標準和規(guī)范：OSEK/VDXOSEK源自于德文的縮寫，其英文意思為：Opensystemsandthecorrespondinginterfacesforautomotiveelectronics，汽車電子開放式系統(tǒng)及其接口。最早于1994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。

基于OSEK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OSEK實時操作系統(tǒng)采用OSEKBuilder軟件配置所需任務(wù)、中斷等。Quickstart軟件用于設(shè)置單片機底層模塊，上層算法在matlab/simulink中開發(fā)，利用代碼自動生成功能直接生成標準C語言代碼。編譯器采用Codewarrior軟件。軟件開發(fā)流程如下圖所示。汽車電子控制單元的軟件框架設(shè)備供應(yīng)商A：底盤安全多媒體AUTOSAR的目標AUTOSAR的目標制造商之間的互換性供商之間的互換性車輛平臺間的互換性AUTOSAR簡介AUTOSAR是AUTomotiveOpenSystemARchitecture的簡稱，汽車開放式系統(tǒng)架構(gòu)，是汽車電了控制系統(tǒng)軟件架構(gòu)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(shè)備供應(yīng)商B：底盤安全車身/舒適設(shè)備供應(yīng)商C：多媒體動力系統(tǒng)智能交通設(shè)備供應(yīng)商D：導(dǎo)航系統(tǒng)傳動系統(tǒng)多媒體設(shè)備供應(yīng)商E：底盤安全智能交通設(shè)備供應(yīng)商F：動力系統(tǒng)傳動系統(tǒng)多媒體網(wǎng)絡(luò)化條件下汽車電子控制系統(tǒng)的AUTOSAR架構(gòu)汽車電子控制單元的軟件框架—AUTOSAR簡介為了適應(yīng)目前汽車電子控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展趨勢而提出的AUTOSAR的基本架構(gòu)：每個ECU劃分為：軟件部件層、實時運行環(huán)境以及基本軟件模塊。在軟件部件層之間以虛擬功能總線進行通信。值得注意的是，AUTOSAR的SW-C是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；VFB，即包括了ECU內(nèi)部通信，也包括了不同ECU間的通信，是SW-C能夠獨立于ECU，實現(xiàn)自由移植和擴展的基礎(chǔ)。AUTOSARECU內(nèi)部的軟件架構(gòu)汽車電子控制單元的軟件框架AUTOSAR軟件架構(gòu)，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、控制器抽象層、ECU制抽象層以及復(fù)雜設(shè)備的驅(qū)動模塊，即為操作系統(tǒng)和底層ECU的硬件驅(qū)動。汽車電子系統(tǒng)的開發(fā)流程和開發(fā)方法汽車電子系統(tǒng)的開發(fā)流程和開發(fā)方法汽車電子系統(tǒng)的開發(fā)流程和開發(fā)方法目標代碼生成工具Matlab/Real-timeWorkshopMatlab/XPCTargetdSpace/TargetlinkETAS/ASCET意昂神舟….汽車電子