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1、2023/3/81现代汽车电子技术现代汽车电子技术信号与信息处理研究所 丁 山2023/3/8现代汽代汽车电子技子技术2 2第1章 汽车嵌入式系统概述 汽车电子控制技术是汽车的重要组成部分，其性能的好坏直接影响到汽车的动力性、经济性、可靠性、安全性、排气净化及舒适性。例如：为使汽车发动机获得最高的经济性，需靠点火系统才能在最适当的时间点火；为使汽车在制动过程中有良好的操纵性能，需采用电子控制防抱死制动装置；为保证汽车工作可靠、行驶安全，则有赖于各种其他电子控制系统的正常工作。2023/3/82023/3/8现代汽代汽车电子技子技术3 31.1 汽车电子及汽车嵌入式系统概述 随着汽车结构的改进与
2、性能的不断提高，汽车上装用的传统电气设备正面临着巨大的冲击。近年来，伴随电子工业的发展，电子技术在汽车上的应用越来越多，车用电子装置的新产品不断涌现，特别是大规模集成电路及微型处理机的应用，大大推动了汽车工业的发展，同时亦给汽车的控制装置带来了巨大的变革。当前，电子技术在解决汽车所面临的油耗、安全、排放等方面正起着重要作用。2023/3/8现代汽代汽车电子技子技术4 4 如电子控制汽油喷射装置和电子点火装置的应用不仅可节油5%到10%，同时对排气净化也十分有利；电子控制防抱死制动装置的应用不但可使汽车在泥泞路面上高速行驶，而且紧急制动时可防止侧滑，保证汽车安全制动。此外，在实现操纵自动化和提高
3、舒适性等方面也离不开电器与电子设备的应用。可见随着汽车工业和电子工业的高速发展，汽车上所装用的电器与电子设备的数量将与日俱增，所起的作用也会越来越重要。2023/3/8现代汽代汽车电子技子技术5 5v汽车电子汽车电子动力系统（如发动机、变速箱）控制、底盘控制、车身电子控制系统（Electronic Control System,ECS）以及车载电子控制装置。v汽车电子产品汽车电子产品汽车电子控制装置电子燃油喷射系统（Electronic Control Fuel Injection System，EFI）制动防抱死控制（Anti-lock Brake system,ABS）加速防滑控制（Acc
4、eleration Skid Control System,ASR）牵引力控制系统系统（Traction Control System,TCS）电子控制悬挂（Electronic Control Suspension system,ECS）电子控制自动变速器（Automatic Transimission,AT）电子动力转向（Electronic Power Steering,EPS）等 2023/3/8现代汽代汽车电子技子技术6 6车载电子装置：汽车信息系统（行车电脑）、导航系统、汽车音响及电视娱乐系统，车载通信系统、上网设备等。v综合控制：综合控制：发动机管理系统、自动变速器控制系统集成为
5、动力传动系统的综合控制（Power Control Management,PCM）制动防抱死系统（ABS）、牵引力控制系统系统（TCS）、加速防滑控制（ASR）集成制动控制制动、悬架、转向、动力传动等控制系统集成为一体化底盘控制系统（Uniform Chassis Control,UCC）2023/3/8现代汽代汽车电子技子技术7 72023/3/82023/3/8现现代汽代汽车电车电子技子技术术8 8 1.2 汽车嵌入式系统的硬件组成 微处理器实质上就是一种比较简单、便宜的单片计算机。它把中央处理单元(CPU)、存储器和输入/输出接口电路集成在一块芯片上。微处理器工作时，通过各种传感器接收各
6、种输入信号，经过分析、计算后再向执行机构发出指令，控制机械装置动作。由于汽车运行时，发动机和传动机构的工作过程相当复杂，因此，要对其进行适时控制，传统的机械机构已力不从心，而微处理器在这方面却能大显身手。2023/3/8现代汽代汽车电子技子技术9 9 1.3 汽车嵌入式系统的软件组成 嵌入式系统的软件包括设备驱动层、嵌入式操作系统、应用程序接口层（API）以及应用程序层。1.硬件抽象层：包括相关硬件的初始化、数据的输入/输出操作、硬件设备的配置等操作。2.嵌入式操作系统及底层软件：常用操作系统包括VxWorks、pSOS、PalmOS、uC/OSII、uClinux、WindowCE以及Win
7、dowxp Embedded.而德国1993年提出OSEK标准，2003年制定一个汽车嵌入式系统软件的行业标准-AUTOSAR。3.应用软件层：通过调用API函数，结合实际应用编制的用户软件。2023/3/8现代汽代汽车电子技子技术10102023/3/8现代汽代汽车电子技子技术1111 1.4 基于网络技术的分布式嵌入式系统 为实现汽车内部的数据通信，开发和组建了以 CAN为代表的车载网络系统。车载网络系统在各个汽车公司的高端产品中均有应用。例如，德国宝马(BMW)汽车公司在其3系、5系、7系中广泛使用K-CAN、F-CAN、PT-CAN、byteflight、MOST等网络技术，极大地提高
8、了车辆的技术水准。车载网络系统的大量应用将是今后汽车电子控制技术的发展趋势之一。2023/3/8现代汽代汽车电子技子技术12122023/3/8现代汽代汽车电子技子技术1313 1.5 嵌入式系统开发基本方法与流程 汽车工业要求必须有一个完整的综合开发过程，这个过程包括开发的各个步骤，从用户需求分析到最终的电子系统的验收测试。汽车嵌入式系统的软件开发分为功能描述、软件设计、代码生成、操作系统环境下调试等步骤。嵌入式系统设计一般由需求分析，体系结构设计，硬件、软件、执行机构设计，系统集成及系统测试5个阶段组成，汽车电子产品是软硬件结合的嵌入式系统。V模式开发流程分为五个阶段：即功能设计、原型仿真
9、、代码生成、硬件在回路仿真（HIL）、标定。2023/3/8现代汽代汽车电子技子技术1414 1.6 汽车嵌入式系统的开发工具 嵌入式软件技术发展的过程中，出现了很多优秀的开发软件。常用的一些开发工具/环境包括Keil、Freescale公司的CodeWarrior、Infineon公司的Tasking等。这些工具往往用于特定硬件平台的软件开发。而V模式的出现将一些新的、有效的、更方便的开发工具引入开发工程中，如Mathworks、Vector、dSpace、Etas等公司开发了许多的开发工具，有助于我们确认需求、指标、规范，并对相关功能进行有效的标定。汽车工业几乎是世界上最大的工业体系，需要
10、有自己的独特的理论来指导开发过程。2023/3/8现代汽代汽车电子技子技术1515 1.7 汽车电子控制技术应用概况 纵观近20年汽车技术电子化的发展过程，日益激烈的世界商业汽车市场的竞争，以及节油、排放和安全方面的严重挑战成为当代汽车技术革命巨大的推动力。同时，随着计算机技术越来越多地应用于汽车，因而便提供了处理各种事故和紧迫问题的十分有效的手段，各种车用电控系统应运而生，许多新技术、新设备也层出不穷。目前在汽车上已经使用的电子装置品种已发展到了几十种，它们由品种繁多的传感器、电子控制单元(ECU)、微处理器、存储器、输入/输出接口、执行2023/3/8现代汽代汽车电子技子技术1616机构、
11、显示器和设计软件集合而成，完成了极为复杂的多元控制过程，以改进汽车技术性能来满足现行法规的要求。目前，国外汽车上应用较多、较为成熟的电子控制装置大致可分为四个方面:1.仪表通信 仪表通信类的应用主要有电子钟、电子油耗表、电子温度计、电子车速里程表、电子转速表、旅程计算器、燃料消耗计、电子定时、电子化图示仪表盘、电话及其通信装置、各种报警(灯丝切断，排气温度，水面，液面，未关门，未系安全带等)。2023/3/8现代汽代汽车电子技子技术1717 仪表通信类即将采用的新技术主要有大型电子化薄式仪表盘、多路信息传输、光纤通信传输、惯性导航、卫星导航、屏幕显示街道图及交通阻塞状况图、多功能综合屏幕显示等
12、。2.发动机及传动系 发动机及传动系已经采用的技术主要有交流发电机的整流及集成调节器、电子点火(全晶体管式，集成式，无触点分电器式，一体化点火线圈式)、点火正时控制、废气再循环控制(氧传感器)、燃油喷射电子控制、电子控制化油器、柴油机最佳参数电子控制(喷射，进气，正时等)、发动机最佳参数电子控制(空燃比，点火，废气再循环，怠速，爆燃控制，喷2023/3/8现代汽代汽车电子技子技术1818射控制等)、车速自动控制、柴油机启动控制、增压器自动控制、变速器电子控制、离合器电子控制、却系电子控制、冷启动控制、换挡提示器、发动机停缸控制、车速感应的动力转向装置等。发动机及传动系即将采用的新技术主要有发动
13、机气缸电子控制、发动机和传动系综合控制、无级变速和自适应速度控制、热电变换、蓄电池容量余值显示、自动巡航系统、电子控制消声器、电子控制动力转向等。2023/3/8现代汽代汽车电子技子技术19193.安全方面 安全方面已经采用的技术主要有电子防抱制动控制、驱动防滑控制装置、电子主动悬架控制、电子控制四轮转向系统、安全气囊自控装置、刮水器自动控制、速度控制(限速与恒速)、车窗自动控制、轮胎气压报警、防盗报警、防撞车间距报警、未系安全带报警、安全带自动锁紧控制、明暗灯光控制、冲撞记录仪、前大灯控制、后视镜控制、电子门锁等。安全方面即将采用的技术主要有路面状态显示、防碰撞自动控制、死角处障碍物报警、安
14、全雷达、制动管路故障应急制动、睡眠检测2023/3/8现代汽代汽车电子技子技术2020报警、司机突病时自控、电子操纵紧急制动、酒醉检测安全自控、后视摄像及屏幕显示、声音合成报警系统、故障预警提示系统、倒车测距系统等。4.舒适性方面 舒适性方面已经采用的技术主要有空调自动控制、座椅自动调整、自动照明、红外线控制车门开关、车窗及车门自动开关(声控)、高级立体音响、无线电调谐自动预选、无钥匙开车、车用电视机及音响等。舒适性方面已经采用的技术主要有全自动空调(温度、湿度、清洁度、含氧量)系统、道路交通信息指示表、行驶路线最优化选择控制、声控驾驶等。2023/3/8现代汽代汽车电子技子技术2121 本门
15、课学习目的:理解汽车电子工程开发流程理解汽车电子工程开发流程掌握汽车电子工程手段掌握汽车电子工程手段理解汽车电子工程开发基本内容理解汽车电子工程开发基本内容2023/3/8现代汽代汽车电子技子技术2222 学习方法：深度学深度学习习芝加哥大学芝加哥大学David Beazley教授教授认为认为，在，在计计算机算机领领域培养高域培养高素素质质人才的最好方法，是人才的最好方法，是让让他他们们解决似乎超出他解决似乎超出他们们能力的能力的实实际问题际问题。这这些些问题问题肯定是学生肯定是学生们们不会解决的，而且需要他不会解决的，而且需要他们们付出超付出超长长的努力。但是，恰恰就是的努力。但是，恰恰就是
16、这这种需要超种需要超长长工作工作强强度的度的挑挑战战，可以激，可以激发发同学同学们们自己也意自己也意识识不到的潜能，不到的潜能，让让他他们们在克在克服一个个困服一个个困难难中学会学中学会学习习，学会，学会创创新，并且掌握解决新，并且掌握解决实际问实际问题题的的动动手能力。手能力。建立自己建立自己“知知识识的的砖头砖头”2023/3/8现代汽代汽车电子技子技术2323 参考文献：魏学哲，戴海峰魏学哲，戴海峰.汽汽车车嵌入式系嵌入式系统统原理、原理、设计设计与与实现实现电电子子工工业业出版社，出版社，2010年年1.李建秋李建秋 编编著著汽汽车电车电子学教程子学教程 清清华华大学出版社大学出版社 2011 第二版第二版.2.谭谭秋平秋平 主主编编汽汽车电车电子子 北京理工大北京理工大学出版社学出版社 2010 第一版第一版.3.德德赖赖夫夫著，著，李裕李裕华华、李航李航、马马慧敏慧敏译译汽汽车电车电子学子学西安交通大学出版社西安交通大学出版社 2011 第三版第三版2023/3/8现代汽代汽车电子技子技术2424 谢谢