第1章緒論(汽車電子技術(shù))

第1章緒論(汽車電子技術(shù))第一頁，共24頁。第1章汽車嵌入式系統(tǒng)概述

汽車電子控制技術(shù)是汽車的重要組成部分，其性能的好壞直接影響到汽車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性、安全性、排氣凈化及舒適性。

例如：為使汽車發(fā)動(dòng)機(jī)獲得最高的經(jīng)濟(jì)性，需靠點(diǎn)火系統(tǒng)才能在最適當(dāng)?shù)臅r(shí)間點(diǎn)火；

為使汽車在制動(dòng)過程中有良好的操縱性能，需采用電子控制防抱死制動(dòng)裝置；

為保證汽車工作可靠、行駛安全，則有賴于各種其他電子控制系統(tǒng)的正常工作。第二頁，共24頁。1.1汽車電子及汽車嵌入式系統(tǒng)概述

隨著汽車結(jié)構(gòu)的改進(jìn)與性能的不斷提高，汽車上裝用的傳統(tǒng)電氣設(shè)備正面臨著巨大的沖擊。

近年來，伴隨電子工業(yè)的發(fā)展，電子技術(shù)在汽車上的應(yīng)用越來越多，車用電子裝置的新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，特別是大規(guī)模集成電路及微型處理機(jī)的應(yīng)用，大大推動(dòng)了汽車工業(yè)的發(fā)展，同時(shí)亦給汽車的控制裝置帶來了巨大的變革。

當(dāng)前，電子技術(shù)在解決汽車所面臨的油耗、安全、排放等方面正起著重要作用。第三頁，共24頁。

如電子控制汽油噴射裝置和電子點(diǎn)火裝置的應(yīng)用不僅可節(jié)油5%到10%，同時(shí)對(duì)排氣凈化也十分有利；

電子控制防抱死制動(dòng)裝置的應(yīng)用不但可使汽車在泥濘路面上高速行駛，而且緊急制動(dòng)時(shí)可防止側(cè)滑，保證汽車安全制動(dòng)。

此外，在實(shí)現(xiàn)操縱自動(dòng)化和提高舒適性等方面也離不開電器與電子設(shè)備的應(yīng)用。

可見隨著汽車工業(yè)和電子工業(yè)的高速發(fā)展，汽車上所裝用的電器與電子設(shè)備的數(shù)量將與日俱增，所起的作用也會(huì)越來越重要。第四頁，共24頁。第五頁，共24頁。汽車電子動(dòng)力系統(tǒng)（如發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱）控制、底盤控制、車身電子控制系統(tǒng)（ElectronicControlSystem,ECS）以及車載電子控制裝置。汽車電子產(chǎn)品汽車電子控制裝置電子燃油噴射系統(tǒng)（ElectronicControlFuelInjectionSystem，EFI）制動(dòng)防抱死控制（Anti-lockBrakesystem,ABS）加速防滑控制（AccelerationSkidControlSystem,ASR）牽引力控制系統(tǒng)系統(tǒng)（TractionControlSystem,TCS）電子控制懸掛（ElectronicControlSuspensionsystem,ECS）電子控制自動(dòng)變速器（AutomaticTransimission,AT）電子動(dòng)力轉(zhuǎn)向（ElectronicPowerSteering,EPS）等

第六頁，共24頁。車載電子裝置：汽車信息系統(tǒng)（行車電腦）、導(dǎo)航系統(tǒng)、汽車音響及電視娛樂系統(tǒng)，車載通信系統(tǒng)、上網(wǎng)設(shè)備等。綜合控制：發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)、自動(dòng)變速器控制系統(tǒng)集成為動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合控制（PowerControlManagement,PCM）制動(dòng)防抱死系統(tǒng)（ABS）、牽引力控制系統(tǒng)系統(tǒng)（TCS）、加速防滑控制（ASR）集成制動(dòng)控制制動(dòng)、懸架、轉(zhuǎn)向、動(dòng)力傳動(dòng)等控制系統(tǒng)集成為一體化底盤控制系統(tǒng)（UniformChassisControl,UCC）第七頁，共24頁。

1.2汽車嵌入式系統(tǒng)的硬件組成

微處理器實(shí)質(zhì)上就是一種比較簡(jiǎn)單、便宜的單片計(jì)算機(jī)。

它把中央處理單元(CPU)、存儲(chǔ)器和輸入/輸出接口電路集成在一塊芯片上。微處理器工作時(shí)，通過各種傳感器接收各種輸入信號(hào)，經(jīng)過分析、計(jì)算后再向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，控制機(jī)械裝置動(dòng)作。

由于汽車運(yùn)行時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作過程相當(dāng)復(fù)雜，因此，要對(duì)其進(jìn)行適時(shí)控制，傳統(tǒng)的機(jī)械機(jī)構(gòu)已力不從心，而微處理器在這方面卻能大顯身手。第八頁，共24頁。

1.3汽車嵌入式系統(tǒng)的軟件組成

嵌入式系統(tǒng)的軟件包括設(shè)備驅(qū)動(dòng)層、嵌入式操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序接口層（API）以及應(yīng)用程序?qū)印?.硬件抽象層：包括相關(guān)硬件的初始化、數(shù)據(jù)的輸入/輸出操作、硬件設(shè)備的配置等操作。

2.嵌入式操作系統(tǒng)及底層軟件：常用操作系統(tǒng)包括VxWorks、pSOS、PalmOS、uC/OSII、uClinux、WindowCE以及WindowxpEmbedded.而德國1993年提出OSEK標(biāo)準(zhǔn)，2003年制定一個(gè)汽車嵌入式系統(tǒng)軟件的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)-AUTOSAR。3.應(yīng)用軟件層：通過調(diào)用API函數(shù)，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用編制的用戶軟件。第九頁，共24頁。第十頁，共24頁。1.4基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的分布式嵌入式系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)汽車內(nèi)部的數(shù)據(jù)通信，開發(fā)和組建了以CAN為代表的車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在各個(gè)汽車公司的高端產(chǎn)品中均有應(yīng)用。

例如，德國寶馬(BMW)汽車公司在其3系、5系、7系中廣泛使用K-CAN、F-CAN、PT-CAN、byteflight、MOST等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，極大地提高了車輛的技術(shù)水準(zhǔn)。車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的大量應(yīng)用將是今后汽車電子控制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)之一。第十一頁，共24頁。第十二頁，共24頁。

1.5嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基本方法與流程汽車工業(yè)要求必須有一個(gè)完整的綜合開發(fā)過程，這個(gè)過程包括開發(fā)的各個(gè)步驟，從用戶需求分析到最終的電子系統(tǒng)的驗(yàn)收測(cè)試。汽車嵌入式系統(tǒng)的軟件開發(fā)分為功能描述、軟件設(shè)計(jì)、代碼生成、操作系統(tǒng)環(huán)境下調(diào)試等步驟。

嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)一般由需求分析，體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，硬件、軟件、執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)集成及系統(tǒng)測(cè)試5個(gè)階段組成，汽車電子產(chǎn)品是軟硬件結(jié)合的嵌入式系統(tǒng)。

V模式開發(fā)流程分為五個(gè)階段：即功能設(shè)計(jì)、原型仿真、代碼生成、硬件在回路仿真（HIL）、標(biāo)定。第十三頁，共24頁。

1.6汽車嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)工具嵌入式軟件技術(shù)發(fā)展的過程中，出現(xiàn)了很多優(yōu)秀的開發(fā)軟件。常用的一些開發(fā)工具/環(huán)境包括Keil、Freescale公司的CodeWarrior、Infineon公司的Tasking等。這些工具往往用于特定硬件平臺(tái)的軟件開發(fā)。

而V模式的出現(xiàn)將一些新的、有效的、更方便的開發(fā)工具引入開發(fā)工程中，如Mathworks、Vector、dSpace、Etas等公司開發(fā)了許多的開發(fā)工具，有助于我們確認(rèn)需求、指標(biāo)、規(guī)范，并對(duì)相關(guān)功能進(jìn)行有效的標(biāo)定。汽車工業(yè)幾乎是世界上最大的工業(yè)體系，需要有自己的獨(dú)特的理論來指導(dǎo)開發(fā)過程。第十四頁，共24頁。

1.7汽車電子控制技術(shù)應(yīng)用概況

縱觀近20年汽車技術(shù)電子化的發(fā)展過程，日益激烈的世界商業(yè)汽車市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)，以及節(jié)油、排放和安全方面的嚴(yán)重挑戰(zhàn)成為當(dāng)代汽車技術(shù)革命巨大的推動(dòng)力。

同時(shí)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)越來越多地應(yīng)用于汽車，因而便提供了處理各種事故和緊迫問題的十分有效的手段，各種車用電控系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，許多新技術(shù)、新設(shè)備也層出不窮。

目前在汽車上已經(jīng)使用的電子裝置品種已發(fā)展到了幾十種，它們由品種繁多的傳感器、電子控制單元(ECU)、微處理器、存儲(chǔ)器、輸入/輸出接口、執(zhí)行第十五頁，共24頁。機(jī)構(gòu)、顯示器和設(shè)計(jì)軟件集合而成，完成了極為復(fù)雜的多元控制過程，以改進(jìn)汽車技術(shù)性能來滿足現(xiàn)行法規(guī)的要求。

目前，國外汽車上應(yīng)用較多、較為成熟的電子控制裝置大致可分為四個(gè)方面:1.儀表通信

儀表通信類的應(yīng)用主要有電子鐘、電子油耗表、電子溫度計(jì)、電子車速里程表、電子轉(zhuǎn)速表、旅程計(jì)算器、燃料消耗計(jì)、電子定時(shí)、電子化圖示儀表盤、電話及其通信裝置、各種報(bào)警(燈絲切斷，排氣溫度，水面，液面，未關(guān)門，未系安全帶等)。第十六頁，共24頁。

儀表通信類即將采用的新技術(shù)主要有大型電子化薄式儀表盤、多路信息傳輸、光纖通信傳輸、慣性導(dǎo)航、衛(wèi)星導(dǎo)航、屏幕顯示街道圖及交通阻塞狀況圖、多功能綜合屏幕顯示等。2.發(fā)動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)系

發(fā)動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)系已經(jīng)采用的技術(shù)主要有交流發(fā)電機(jī)的整流及集成調(diào)節(jié)器、電子點(diǎn)火(全晶體管式，集成式，無觸點(diǎn)分電器式，一體化點(diǎn)火線圈式)、點(diǎn)火正時(shí)控制、廢氣再循環(huán)控制(氧傳感器)、燃油噴射電子控制、電子控制化油器、柴油機(jī)最佳參數(shù)電子控制(噴射，進(jìn)氣，正時(shí)等)、發(fā)動(dòng)機(jī)最佳參數(shù)電子控制(空燃比，點(diǎn)火，廢氣再循環(huán)，怠速，爆燃控制，噴第十七頁，共24頁。射控制等)、車速自動(dòng)控制、柴油機(jī)啟動(dòng)控制、增壓器自動(dòng)控制、變速器電子控制、離合器電子控制、卻系電子控制、冷啟動(dòng)控制、換擋提示器、發(fā)動(dòng)機(jī)停缸控制、車速感應(yīng)的動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置等。

發(fā)動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)系即將采用的新技術(shù)主要有發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸電子控制、發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系綜合控制、無級(jí)變速和自適應(yīng)速度控制、熱電變換、蓄電池容量余值顯示、自動(dòng)巡航系統(tǒng)、電子控制消聲器、電子控制動(dòng)力轉(zhuǎn)向等。第十八頁，共24頁。3.安全方面

安全方面已經(jīng)采用的技術(shù)主要有電子防抱制動(dòng)控制、驅(qū)動(dòng)防滑控制裝置、電子主動(dòng)懸架控制、電子控制四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、安全氣囊自控裝置、刮水器自動(dòng)控制、速度控制(限速與恒速)、車窗自動(dòng)控制、輪胎氣壓報(bào)警、防盜報(bào)警、防撞車間距報(bào)警、未系安全帶報(bào)警、安全帶自動(dòng)鎖緊控制、明暗燈光控制、沖撞記錄儀、前大燈控制、后視鏡控制、電子門鎖等。

安全方面即將采用的技術(shù)主要有路面狀態(tài)顯示、防碰撞自動(dòng)控制、死角處障礙物報(bào)警、安全雷達(dá)、制動(dòng)管路故障應(yīng)急制動(dòng)、睡眠檢測(cè)第十九頁，共24頁。報(bào)警、司機(jī)突病時(shí)自控、電子操縱緊急制動(dòng)、酒醉檢測(cè)安全自控、后視攝像及屏幕顯示、聲音合成報(bào)警系統(tǒng)、故障預(yù)警提示系統(tǒng)、倒車測(cè)距系統(tǒng)等。4.舒適性方面

舒適性方面已經(jīng)采用的技術(shù)主要有空調(diào)自動(dòng)控制、座椅自動(dòng)調(diào)整、自動(dòng)照明、紅外線控制車門開關(guān)、車窗及車門自動(dòng)開關(guān)(聲控)、高級(jí)立體音響、無線電調(diào)諧自動(dòng)預(yù)選、無鑰匙開車、車用電視機(jī)及音響等。

舒適性方面已經(jīng)采用的技術(shù)主要有全自動(dòng)空調(diào)(溫度、濕度、清潔度、含氧量)系統(tǒng)、道路交通信息指示表、行駛路線最優(yōu)化選擇控制、聲控駕駛等。第二十頁，共24頁。

本門課學(xué)習(xí)目的:理解汽車電子工程開發(fā)流程掌握汽車電子工程手段理解汽車電子工程開發(fā)基本內(nèi)容第二十一頁，共24頁。

學(xué)習(xí)方法：深度學(xué)習(xí)芝加哥大學(xué)DavidBeazley教授認(rèn)為，在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域培養(yǎng)高素質(zhì)人才的最好方法，是讓他們解決似乎超出他們能力的實(shí)際問題。這些問題肯定是學(xué)生們不會(huì)解決的，而且需要他們付出超長(zhǎng)的努力。但是，恰恰就是這種需要超長(zhǎng)工作強(qiáng)度的挑戰(zhàn)，可以激發(fā)同學(xué)們自己也意識(shí)不到的潛能，讓他們?cè)诳朔粋€(gè)個(gè)困難中學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)，學(xué)會(huì)創(chuàng)新，并且掌握解決實(shí)際問題的動(dòng)手能力。建立自己“知識(shí)的磚頭”第二十二頁，共24頁。