汽車電子技術(shù)

汽車電子控制技術(shù)

Automotive

Electronic&ControlTechnology

重慶交通大學(xué)機(jī)電學(xué)院

隗寒冰博士/副教授

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(dòng)機(jī)控制底盤電子控制系統(tǒng)平安氣囊中央門鎖控制車燈控制空調(diào)控制巡航控制CCS動(dòng)力轉(zhuǎn)向EPS主動(dòng)懸架控制驅(qū)動(dòng)防滑ASR防抱制動(dòng)ABS自動(dòng)變速器控制廢氣再循環(huán)怠速控制噴油控制點(diǎn)火控制動(dòng)力傳動(dòng)控制系統(tǒng)導(dǎo)航系統(tǒng)等簡單講述電控發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)〔自動(dòng)變速器〕、底盤的根本結(jié)構(gòu)、工作原理及其控制技術(shù)，為學(xué)生參加專業(yè)實(shí)踐和畢業(yè)后從事本專業(yè)相關(guān)工作奠定根底。

參考書目簡單講述電控發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)〔自動(dòng)變速器〕、底盤的根本結(jié)構(gòu)、工作原理及其控制技術(shù)，為學(xué)生參加專業(yè)實(shí)踐和畢業(yè)后從事本專業(yè)相關(guān)工作奠定根底。

。。。。。。了解各種類型電控發(fā)動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)；掌握電控發(fā)動(dòng)機(jī)空氣供給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理；掌握電控發(fā)動(dòng)機(jī)燃油供給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理；掌握電控發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)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(dòng)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(jì)70年代中期以前，汽車電子控制技術(shù)開展的初級(jí)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)迅速開展階段，微型計(jì)算機(jī)在汽車上應(yīng)用日趨成熟并向智能化開展。第三階段——1990年以后，是汽車電子控制技術(shù)向智能化開展的高級(jí)階段。汽車電子技術(shù)開展史

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(duì)手以色列及支持以色列的國家，宣布石油禁運(yùn)，暫停出口，造成油價(jià)上漲。當(dāng)時(shí)原油價(jià)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(jī)對(duì)美國等少數(shù)依靠廉價(jià)石油起家的國家產(chǎn)生極大沖擊，加深了世界經(jīng)濟(jì)危機(jī)。背景知識(shí)背景知識(shí)第二次石油危：1978年底，伊朗政局動(dòng)亂，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(dāng)時(shí)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(jià)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(jī)的出現(xiàn)。背景知識(shí)第三次石油危：20世紀(jì)80年代以后，隨著石油輸出國組織團(tuán)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(jià)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(jì)制裁，使得伊拉克的原油供給中斷，國際油價(jià)因而急升至42美元/桶的高點(diǎn)。美國經(jīng)濟(jì)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2023年北京背景知識(shí)199019911994NitricOxides(NOx)Particulates(Smoke)1998200497%reduction98%reductionEmissionReductionFrontsCombustionDevelopment

-Tools&TechnologiesAirSystemsPre&AftertreatmentFuels&FuelSystemsNewPowerSource

Concepts20072023美國公路運(yùn)輸車輛排放標(biāo)準(zhǔn)展望EmissionStandardsRoadmap(USAOn-Highway〕日益嚴(yán)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；2023年中國一次能源消費(fèi)已經(jīng)成為世界第一大能源消費(fèi)國；各國排放法規(guī)及CO2排放展望基于平安的汽車電子技術(shù)主動(dòng)平安指事故將要發(fā)生時(shí)操縱制動(dòng)或轉(zhuǎn)向系，防止事故發(fā)生的能力，以及汽車正常行駛時(shí)保證其動(dòng)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(dòng)避撞\V2V\無人車輛等。被動(dòng)平安事故發(fā)生時(shí)保護(hù)乘員和行人，使直接損失降到最小的能力。又可分為車外部平安性、車內(nèi)部平安性。典型應(yīng)用包括平安氣囊、預(yù)張緊平安帶、高強(qiáng)度車身、碰撞吸能車身設(shè)計(jì)等。公共根底設(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根底設(shè)施建設(shè)智能交通系統(tǒng)ITSV2IV2G汽車電子控制系統(tǒng)的根本特點(diǎn)汽車電子控制系統(tǒng)特點(diǎn)為滿足車輛高速移動(dòng)時(shí)的平安性和發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)等都會(huì)對(duì)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(fēng)格的駕駛員操作，基于平安性的考慮，控制系統(tǒng)包括有：診斷、容錯(cuò)、失效安平安等須具有非常強(qiáng)的實(shí)時(shí)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(qiáng)的機(jī)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(shí)現(xiàn)系列化、規(guī)?；⒋笈?、低本錢的生產(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)的根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)行器根本框架ECU數(shù)據(jù)處理信號(hào)放大和驅(qū)動(dòng)物理變量測量值測量值測量值反響輸出輸出輸出傳遞力和運(yùn)動(dòng)傳感器功能：將某種變化的物理量〔絕大局部是非電量〕轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng)的電信號(hào)作用：感受運(yùn)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)的根本框架執(zhí)行器是ECU動(dòng)作命令的執(zhí)行者各類執(zhí)行器件：繼電器、直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、電磁閥等一些常用的執(zhí)行器件汽車電子控制系統(tǒng)的根本框架電子控制單元〔ECU〕一些ECU實(shí)物圖汽車電子控制系統(tǒng)的根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(jī)及其外圍電路,俗稱為數(shù)字核心電路驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器的功率放大電路，俗稱功率驅(qū)動(dòng)電路對(duì)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局部多ECU的汽車電子控制系統(tǒng)根本硬件框架

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(shí)時(shí)操作系統(tǒng)AUTOSAR簡介隨著汽車電子的開展，汽車電子與控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)變得越來越標(biāo)準(zhǔn)化和標(biāo)準(zhǔn)化，相應(yīng)的汽車電子控制系統(tǒng)軟件的相對(duì)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(yàn)證和維護(hù)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)鍵的局部。

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.根本輸入輸出模塊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(jìn)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(shí)，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(shí)時(shí)操作系統(tǒng)傳統(tǒng)的汽車電子軟件設(shè)計(jì)方法采用的是基于前后臺(tái)模式。采用嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)框架，并且形成了國際標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)：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)開展為汽車工業(yè)的全球標(biāo)準(zhǔn)?；贠SEK實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)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(jī)底層模塊，上層算法在matlab/simulink中開發(fā)，利用代碼自動(dòng)生成功能直接生成標(biāo)準(zhǔn)C語言代碼。編譯器采用Codewarrior軟件。軟件開發(fā)流程如以下圖所示。汽車電子控制單元的軟件框架設(shè)備供給商A：底盤平安多媒體AUTOSAR的目標(biāo)AUTOSAR的目標(biāo)制造商之間的互換性供商之間的互換性車輛平臺(tái)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)的全球標(biāo)準(zhǔn)，其目標(biāo)旨在解決標(biāo)準(zhǔn)化、兼容性和擴(kuò)展性的問題。設(shè)備供給商B：底盤平安車身/舒適設(shè)備供給商C：多媒體動(dòng)力系統(tǒng)智能交通設(shè)備供給商D：導(dǎo)航系統(tǒng)傳動(dòng)系統(tǒng)多媒體設(shè)備供給商E：底盤平安智能交通設(shè)備供給商F：動(dòng)力系統(tǒng)傳動(dòng)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)化開展趨勢而提出的AUTOSAR的根本架構(gòu)：每個(gè)ECU劃分為：軟件部件層、實(shí)時(shí)運(yùn)行環(huán)境以及根本軟件模塊。在軟件部件層之間以虛擬功能總線進(jìn)行通信。值得注意的是，AUTOSAR的SW-C是能夠獨(dú)立于底層硬件，具有標(biāo)準(zhǔn)接口定義及標(biāo)準(zhǔn)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(dú)立于ECU，實(shí)現(xiàn)自由移植和擴(kuò)展的根底。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，然后是根本軟件局部：嵌入式實(shí)時(shí)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(dòng)模塊，即為操作系統(tǒng)和底層ECU的硬件驅(qū)動(dòng)。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(biāo)代碼生成工具M(jìn)atlab/Real-timeWorkshopMatlab/XPCTargetdSpace/TargetlinkETAS/ASCET意昂神舟….汽車電子系統(tǒng)