汽車電子控制與車載網(wǎng)絡(luò)綜述課件

第一章汽車電子控制與車載網(wǎng)絡(luò)綜述第一節(jié)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在汽車上的應(yīng)用第二節(jié)信息技術(shù)在汽車上的應(yīng)用第三節(jié)網(wǎng)絡(luò)與信息技術(shù)在汽車上應(yīng)用的發(fā)展趨勢第四節(jié)汽車電子控制技術(shù)概況汽車電子控制與車載網(wǎng)絡(luò)綜述汽車電子控制技術(shù)汽車電子控制技術(shù)是以汽車微電子、汽車電器技術(shù)、汽車新材料與新工藝為基礎(chǔ)，應(yīng)用電子技術(shù)、計算機(jī)與通信技術(shù)快速發(fā)展的成果，使汽車電子控制的范圍、精度、智能化及人性化水平不斷提高的多項(xiàng)綜合應(yīng)用的統(tǒng)稱。下一頁返回汽車電子控制與車載網(wǎng)絡(luò)綜述汽車電子控制屬于過程控制汽車電子控制強(qiáng)調(diào)控制的連續(xù)性、實(shí)時性和控制性能的整體性。汽車電子控制集合控制、優(yōu)化、調(diào)整及管理于一體的新模式。下一頁返回汽車電子控制與車載網(wǎng)絡(luò)綜述從20世紀(jì)60年代中期開始，微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展使其在汽車上被廣泛應(yīng)用，給汽車工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展帶來了新的生機(jī)。電子控制系統(tǒng)具有控制精度高、響應(yīng)速度快，集成度高、體積小、重量輕、應(yīng)用更加靈活等特點(diǎn)用于汽車后，可使汽車有關(guān)系統(tǒng)在各種工況下都處在最佳的工作狀況，各項(xiàng)受控指標(biāo)均能獲得較大的改善，使任何機(jī)械控制系統(tǒng)都難以達(dá)到的。50年代到70年代末，主要用電子裝置改善部分機(jī)械部件的性能；70年代末到90年代中期，汽車電子控制技術(shù)開始形成，大規(guī)模集成電路得到廣泛應(yīng)用，減小了汽車電子產(chǎn)品的體積，特別是8位、16位單片機(jī)的廣泛應(yīng)用，提高了電子裝置的可靠性和穩(wěn)定性。下一頁返回汽車電子控制與車載網(wǎng)絡(luò)綜述下一頁返回80年代中期到90年代末被認(rèn)為是電子技術(shù)在汽車上應(yīng)用的第三階段，在這一階段中，以微處理器為核心的微機(jī)控制系統(tǒng)在汽車上大規(guī)模的應(yīng)用趨于成熟和可靠，并向智能化發(fā)展，汽車全面進(jìn)入電子化時代。2000年以后，汽車電子化被認(rèn)為已進(jìn)入第四階段——智能化和網(wǎng)絡(luò)化時代，在這一階段中，汽車產(chǎn)品將大量采用人工智能技術(shù)，并利用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息的傳遞和交換。汽車電子技術(shù)的中的由解決汽車部件或總成問題開始向廣泛應(yīng)用計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與信息技術(shù)發(fā)展，使汽車更加自動化、智能化，并向解決汽車與社會融為一體等問題轉(zhuǎn)移。汽車電子設(shè)備成本占汽車總成本的比重越來越大，汽車制造技術(shù)由機(jī)械制造逐步步入電子控制技術(shù)時代。汽車電子控制與車載網(wǎng)絡(luò)綜述下一頁返回什么叫單片機(jī)？單片機(jī)是在一塊同精度、高密度、多層電路板上把CPU、存儲器以及I/O接口電路等大規(guī)模集成電路組裝在一起而成的微機(jī)。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在汽車上的應(yīng)用下一頁返回1、CIMS在汽車內(nèi)部的應(yīng)用概況汽車集中控制系統(tǒng)分：完全集中式控制系統(tǒng)、分級式控制系統(tǒng)、分布式集中控制。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在汽車上的應(yīng)用下一頁返回車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)1、結(jié)構(gòu)配置的靈活性2、系統(tǒng)開發(fā)的方便性3、信息使用的一致性4、降低成本的可行性5、功能擴(kuò)充的現(xiàn)實(shí)性6、自我診斷的完善性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在汽車上的應(yīng)用目前總線的種類有很多，如CAN總線、LIN總線、IDB-M、MOST、USB和IEEE1394等。現(xiàn)階段的車載網(wǎng)絡(luò)業(yè)必須用到多種總線。這些車用總線由于在應(yīng)用對象和網(wǎng)絡(luò)性能上各有特色，將會在競爭中共存相當(dāng)長一段時間。另外，隨著車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，一些特定用途的新型總線還會被陸續(xù)研發(fā)出來。一、SAE分類總線目前，絕大多數(shù)車用總線都被SAE（SocietyofAutomotiveEngineers:美國汽車工程師協(xié)會）下屬的汽車網(wǎng)絡(luò)委員會按照協(xié)議特性劃分為A、B、C、D四類。上一頁下一頁返回網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在汽車上的應(yīng)用A類是面向傳感器或執(zhí)行器管理的低速網(wǎng)絡(luò)，它傳輸數(shù)據(jù)的位速率通常小于10Kb/s，主要用于調(diào)整后視鏡、電動窗和燈光照明燈設(shè)備；B類是面向獨(dú)立控制模塊間的信息共享的中速網(wǎng)絡(luò)，位速率一般在10~125Kb/s之間，主要用在車身電子的舒適性模塊和顯示儀表等設(shè)備中；C類是面向閉環(huán)實(shí)時控制的多路傳輸高速網(wǎng)絡(luò)，位速率多在125Kb/s~1Mb/s之間，主要服務(wù)于動力傳動系統(tǒng)；D類則是面向多媒體設(shè)備、高速數(shù)據(jù)流傳輸?shù)母咝阅芫W(wǎng)絡(luò)，位速率一般在2KMb/s以上，主要用于CD播放機(jī)、VCD/DVD播放機(jī)和液晶顯示等設(shè)備。上一頁下一頁返回網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在汽車上的應(yīng)用1.A類總線A類總線以LIN（LocalInterconnectNetwork:本地互聯(lián)網(wǎng)）規(guī)范最有前途。它是由摩托羅拉與奧迪等知名企業(yè)聯(lián)手推出的一種新型低成本的開放式串行通訊協(xié)議，主要用于車內(nèi)分布式電控系統(tǒng)，尤其是面向智能傳感器或執(zhí)行器的數(shù)字化通訊場合。上一頁下一頁返回網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在汽車上的應(yīng)用2.B類總線B類總線以CAN最為著名。CAN是20世紀(jì)80年代中期由德國博世公司開發(fā)出來的一種車用現(xiàn)場總線，不久便在業(yè)界得到了推廣普及。3.C類總線C類總線以CAN為代表，主要用于車上動力傳動系統(tǒng)中對通訊的實(shí)時性要求比較高的場合。上一頁下一頁返回網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在汽車上的應(yīng)用4.D類總線D類總線一度被稱為多媒體總線，隨著汽車信息娛樂系統(tǒng)的興起，它近期才被采納入SAE對總線的分類范疇之中。D類總線的帶寬范圍相當(dāng)大，用到的傳輸介質(zhì)也有好幾種。針對這種情況，D類總線又被劃出低速、高速和無線三大范疇，分別對應(yīng)于SAE中的IDB-C（IntelligentTransportationSystemDataBus-CAN:基于CAN的智能交通系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線）、IDB-M（IDB-Multimedia:智能交通系統(tǒng)多媒體數(shù)據(jù)總線）和IDB-Wireless（基于無線通訊方式的智能交通系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線）。多媒體總線所涉及的車用區(qū)域相當(dāng)廣，所服務(wù)的對象在汽車電子系統(tǒng)中也占有相當(dāng)重的份量。上一頁下一頁返回網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在汽車上的應(yīng)用下一頁返回3、CAN的主要特性及應(yīng)用CAN數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)主要是靠數(shù)據(jù)總線（BUS線）數(shù)據(jù)總線的技術(shù)特點(diǎn)1）網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的開放性2）互操作性與互用性3）設(shè)備智能化與自治4）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)高度分散5）現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在汽車上的應(yīng)用下一頁返回3、CAN的主要特性及應(yīng)用CAN數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)用最少的傳感器信號線，使傳感器信號傳遞高速數(shù)據(jù)，最小化應(yīng)用電控單元及其插腳，節(jié)省電控單元占有的空間，軟件升級可增加系統(tǒng)新的功能，各電控單元可監(jiān)控CAN總線，CAN數(shù)據(jù)總線符合國際標(biāo)準(zhǔn)。信息技術(shù)在汽車上的應(yīng)用下一頁返回信息技術(shù)在汽車上主要用于車輛安全系統(tǒng)，電子導(dǎo)航系統(tǒng)，智能交通系統(tǒng)主，網(wǎng)絡(luò)、通信、車身前后攝像系統(tǒng)和移動多媒體系統(tǒng)。信息技術(shù)在汽車上的應(yīng)用下一頁返回1、車輛安全系統(tǒng)1）自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)。2）防撞警告和撞車通告系統(tǒng)。3）集成安全系統(tǒng)。4）被盜車輛尋回系統(tǒng)。信息技術(shù)在汽車上的應(yīng)用下一頁返回2、電子導(dǎo)航系統(tǒng)3、智能交通系統(tǒng)（ITS）技術(shù)1）交通信息服務(wù)系統(tǒng)（ATIS）2）交通管理系統(tǒng)（ATMS）3）公共交通系統(tǒng)（APTS）4）車輛控制系統(tǒng)（AVCS）5）貨運(yùn)管理系統(tǒng)。6）電子收費(fèi)系統(tǒng)（ETC）信息技術(shù)在汽車上的應(yīng)用下一頁返回4、網(wǎng)絡(luò)、通信、車身前后攝像系統(tǒng)(inkanet)5、移動多媒體系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)與信息技術(shù)在汽車上應(yīng)用的發(fā)展趨勢下一頁返回1、智能化的傳感器2、大量應(yīng)用新的控制理論與方法3、在汽車信號傳輸中應(yīng)用光導(dǎo)纖維4、藍(lán)牙技術(shù)汽車電子控制技術(shù)概況下一頁返回1、發(fā)動機(jī)電子控制技術(shù)概述汽車發(fā)動機(jī)電控技術(shù)包括汽油機(jī)電子控制技術(shù)和柴油機(jī)電子控制技術(shù)汽油機(jī)電子控制系統(tǒng)的電控裝置1）電控汽車噴射系統(tǒng) 2）微機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)3）爆燃控制系統(tǒng) 4）怠速控制系統(tǒng)5）排放控制系統(tǒng) 6）進(jìn)氣控制系統(tǒng)7）警告顯示 8）故障自診斷系統(tǒng)9）失效保護(hù) 10）備用功能11）其他控制 第二節(jié)汽車發(fā)動機(jī)的電子控制一、汽油機(jī)的電子控制目前汽油機(jī)電控系統(tǒng)一般包括三大部分：傳感器部分、電子控制單元（ECU）和執(zhí)行器部分，如圖所示。以ECU為中心，包括前置的A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)字信號緩沖器以及后置的信號放大器等。微機(jī)運(yùn)算速度快、精度高，能實(shí)時控制，并具備多中斷響應(yīng)等功能。1.電控汽油噴射（EFI）系統(tǒng)目前，電噴系統(tǒng)主要采用開環(huán)與閉環(huán)控制（反饋控制）相結(jié)合的方式。系統(tǒng)控制的原理是：由空氣流量計或進(jìn)氣歧管絕對壓力傳感器和轉(zhuǎn)速傳感器測量進(jìn)氣空氣量，由ECU根據(jù)冷卻水溫、進(jìn)氣溫度、氧傳感器信號等確定合適的空燃比，計算所需噴油量，進(jìn)而對執(zhí)行器進(jìn)行控制。按照噴油器的安裝位置的不同，電噴系統(tǒng)可分為三種型式：單點(diǎn)噴射（SPI）、多點(diǎn)噴射（MPI）和缸內(nèi)直接噴射。下一頁返回第二節(jié)汽車發(fā)動機(jī)的電子控制2.電子點(diǎn)火控制系統(tǒng)早在20世紀(jì)初，點(diǎn)火系統(tǒng)在汽車發(fā)動機(jī)上已開始應(yīng)用，從有觸點(diǎn)式、普通無觸點(diǎn)式、集成電路式，發(fā)展到現(xiàn)今的微機(jī)控制電子點(diǎn)火系統(tǒng)。微機(jī)控制電子點(diǎn)火系統(tǒng)可控制并維持發(fā)動機(jī)點(diǎn)火前提角（ESA）在最佳范圍內(nèi)，使汽油機(jī)的點(diǎn)火時刻更接近于理想狀態(tài)，進(jìn)一步挖掘發(fā)動機(jī)的潛能。目前在微機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)中，出現(xiàn)了一種無分電器點(diǎn)火（DLI）系統(tǒng)，它取消了普通微機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)中的分電器，改由ECU內(nèi)部控制各缸配電。無分電器點(diǎn)火系統(tǒng)根據(jù)點(diǎn)火順序的不同，有兩缸同時點(diǎn)火和各缸獨(dú)立點(diǎn)火兩種。在發(fā)動機(jī)的點(diǎn)火控制中，同樣采用了開環(huán)和閉環(huán)相結(jié)合的控制形式。上一頁下一頁返回第二節(jié)汽車發(fā)動機(jī)的電子控制3.怠速控制（ISC）系統(tǒng)怠速性能的好壞是平均發(fā)動機(jī)性能優(yōu)越與否的重要指標(biāo)，怠速性能差將導(dǎo)致油耗增加，排污嚴(yán)重，因此需進(jìn)行必要的控制。怠速控制通常是指怠速轉(zhuǎn)速控制，其實(shí)質(zhì)就是對怠速工況時的進(jìn)氣量進(jìn)行調(diào)節(jié)。怠速控制的基本原理是ECU根據(jù)冷卻水溫、空調(diào)負(fù)荷、空擋信號等計算目標(biāo)轉(zhuǎn)速，并與實(shí)際轉(zhuǎn)速相比較，同時檢測節(jié)氣門全關(guān)信號及車速信號，判斷是否處于怠速狀態(tài)，確認(rèn)后則按目標(biāo)轉(zhuǎn)速與實(shí)際轉(zhuǎn)速之間的差值來驅(qū)動執(zhí)行器調(diào)整控制進(jìn)氣量。怠速控制系統(tǒng)根據(jù)進(jìn)氣量控制方式的不同可分為節(jié)氣門直動式和旁通空氣式兩種。上一頁下一頁返回第二節(jié)汽車發(fā)動機(jī)的電子控制二、柴油機(jī)的電子控制隨著時代的發(fā)展，位置控制式地電控系統(tǒng)將逐漸被淘汰。本書在這里介紹時間控制式的柴油機(jī)電控系統(tǒng)的控制方法。如圖所示，在芯片上采用了32位的處理器，這一種模塊化設(shè)計的MCU，每一個模塊都有其較為獨(dú)立的功能。這些模塊有中央處理器單元（CPU32）、定時處理器（TPU）、隊列式A/D轉(zhuǎn)換模塊（QADC）、隊列串行模塊（QSM）、系統(tǒng)集成模塊（SIM）以及片內(nèi)存儲器（SRAM）。這些模塊通過內(nèi)部總線（IMB）相連，外擴(kuò)的存儲器通過外部總線接口（EBI）與SIM模塊相連。上一頁下一頁返回第二節(jié)汽車發(fā)動機(jī)的電子控制柴油機(jī)輸出功率的大小由每循環(huán)供入氣缸內(nèi)的主要燃油量來控制，因而燃油量的控制是ECU最為核心的任務(wù)，在發(fā)動機(jī)運(yùn)行過程中，根據(jù)不同的工況依據(jù)一定的控制邏輯向系統(tǒng)供油，這種邏輯關(guān)系如圖所示。柴油機(jī)的啟動狀態(tài)有冷啟動和熱啟動兩種。對于車用柴油機(jī)而言，怠速工況無疑是一個重要的環(huán)節(jié)，采用的控制策略是開環(huán)的前饋控制結(jié)合閉環(huán)的PID調(diào)節(jié)和各缸均勻性控制。上一頁下一頁返回第二節(jié)汽車發(fā)動機(jī)的電子控制對油量的限制工況有兩種情況，一種是用戶自己定義的外特性曲線，另一種就是各個工況點(diǎn)的冒煙極限油量。發(fā)動機(jī)可以達(dá)到的運(yùn)行區(qū)域內(nèi)可以根據(jù)使用場合的不同自己定義外特性曲線。而冒煙極限油量的限制一般發(fā)生在發(fā)動機(jī)的低俗大負(fù)荷區(qū)或者是瞬態(tài)工況。在ECU的設(shè)計過程中需要將保護(hù)工況考慮在內(nèi)。通常的保護(hù)有超速保護(hù)、機(jī)油壓力過低的保護(hù)、冷卻液溫度過高的保護(hù)以及因增壓器超速而引起的增壓壓力過高的保護(hù)，其他工況下則按照預(yù)先設(shè)計的調(diào)速特性來執(zhí)行。上一頁返回汽車電子控制技術(shù)概況下一頁返回1、發(fā)動機(jī)電子控制技術(shù)概述柴油機(jī)電子控制技術(shù)的主要功能1）噴油量控制 2