汽车车载网络技术.docx

1、汽车车载网络技术 汽车车载网络技术 第一章 汽车电子控制与车载网络综述 第一节 网络技术在汽车上的应用 第二节 信息技术在汽车上的应用 第三节 网络与信息技术在汽车上应用的发 展趋势 第四节 汽车电子控制技术概况 汽车电子控制与车载网络综述 汽车电子控制技术 汽车电子控制技术是以汽车微电子、 汽车电子控制技术是以汽车微电子、汽车电 器技术、汽车新材料与新工艺为基础， 器技术、汽车新材料与新工艺为基础，应用 电子技术、 电子技术、计算机与通信技术快速发展的成 使汽车电子控制的范围、精度、 果，使汽车电子控制的范围、精度、智能化 及人性化水平不断提高的多项综合应用的统 称。 汽车电子控制与车载网络

2、综述 汽车电子控制属于过程控制 汽车电子控制强调控制的连续性、 汽车电子控制强调控制的连续性、实时性和 控制性能的整体性。 控制性能的整体性。 汽车电子控制集合控制、优化、 汽车电子控制集合控制、优化、调整及管理 于一体的新模式。 于一体的新模式。 汽车电子控制与车载网络综述 世纪60年代中期开始 从20世纪 年代中期开始，微电子技术的迅猛发展使其在 世纪 年代中期开始， 汽车上被广泛应用， 汽车上被广泛应用，给汽车工业的进一步发展带来了新的生 电子控制系统具有控制精度高、响应速度快，集成度高、 机。电子控制系统具有控制精度高、响应速度快，集成度高、 体积小、重量轻、应用更加灵活等特点用于汽车

3、后， 体积小、重量轻、应用更加灵活等特点用于汽车后，可使汽 车有关系统在各种工况下都处在最佳的工作状况， 车有关系统在各种工况下都处在最佳的工作状况，各项受控 指标均能获得较大的改善， 指标均能获得较大的改善，使任何机械控制系统都难以达到 年代到70年代末 的。50年代到 年代末，主要用电子装置改善部分机械部 年代到 年代末， 件的性能； 年代末到 年代中期， 年代末到90年代中期 件的性能；70年代末到 年代中期，汽车电子控制技术开 始形成，大规模集成电路得到广泛应用， 始形成，大规模集成电路得到广泛应用，减小了汽车电子产 品的体积，特别是8位 位单片机的广泛应用， 品的体积，特别是 位、1

4、6位单片机的广泛应用，提高了电 位单片机的广泛应用 子装置的可靠性和稳定性。 子装置的可靠性和稳定性。 汽车电子控制与车载网络综述 80年代中期到 年代末被认为是电子技术在汽车上应 年代中期到90年代末被认为是电子技术在汽车上应 年代中期到 用的第三阶段，在这一阶段中， 用的第三阶段，在这一阶段中，以微处理器为核心的微 机控制系统在汽车上大规模的应用趋于成熟和可靠， 机控制系统在汽车上大规模的应用趋于成熟和可靠，并 向智能化发展，汽车全面进入电子化时代。2000年以 向智能化发展，汽车全面进入电子化时代。 年以 汽车电子化被认为已进入第四阶段智能化和网 后，汽车电子化被认为已进入第四阶段 智能

5、化和网 络化时代，在这一阶段中， 络化时代，在这一阶段中，汽车产品将大量采用人工智 能技术，并利用网络进行信息的传递和交换。 能技术，并利用网络进行信息的传递和交换。汽车电子 技术的中的由解决汽车部件或总成问题开始向广泛应用 计算机网络与信息技术发展，使汽车更加自动化、 计算机网络与信息技术发展，使汽车更加自动化、智能 并向解决汽车与社会融为一体等问题转移。 化，并向解决汽车与社会融为一体等问题转移。汽车电 子设备成本占汽车总成本的比重越来越大， 子设备成本占汽车总成本的比重越来越大，汽车制造技 术由机械制造逐步步入电子控制技术时代。 术由机械制造逐步步入电子控制技术时代。 汽车电子控制与车载

6、网络综述 什么叫单片机？ 什么叫单片机？ 单片机是在一块同精度、高密度、 单片机是在一块同精度、高密度、多层电路板上把 CPU、存储器以及 、存储器以及I/O接口电路等大规模集成电路组 接口电路等大规模集成电路组 装在一起而成的微机。 装在一起而成的微机。 网络技术在汽车上的应用 1、CIMS在汽车内部的应用概况 、 在汽车内部的应用概况 汽车集中控制系统分： 汽车集中控制系统分：完全集中式控 制系统、分级式控制系统、 制系统、分级式控制系统、分布式集 中控制。 中控制。 网络技术在汽车上的应用 车载网络系统的优点 1、结构配置的灵活性 、 2、系统开发的方便性 、 3、信息使用的一致性 、

7、4、降低成本的可行性 、 5、功能扩充的现实性 、 6、自我诊断的完善性 、 网络技术在汽车上的应用 目前总线的种类有很多， 总线、 总线、 目前总线的种类有很多，如CAN总线、LIN总线、IDB-M、 总线 总线 、 MOST、USB和IEEE1394等。现阶段的车载网络业必须 、 和 等 用到多种总线。 用到多种总线。这些车用总线由于在应用对象和网络性能上 各有特色，将会在竞争中共存相当长一段时间。另外， 各有特色，将会在竞争中共存相当长一段时间。另外，随着 车载网络技术的发展进步， 车载网络技术的发展进步，一些特定用途的新型总线还会被 陆续研发出来。 陆续研发出来。 一、SAE分类总线

8、分类总线 目前，绝大多数车用总线都被 目前，绝大多数车用总线都被SAE（Society of （ Automotive Engineers:美国汽车工程师协会）下属的 美国汽车工程师协会） 美国汽车工程师协会 汽车网络委员会按照协议特性划分为A、 、 、 四类 四类。 汽车网络委员会按照协议特性划分为 、B、C、D四类。 上一页 网络技术在汽车上的应用 A类是面向传感器或执行器管理的低速网络，它传输数据的 类是面向传感器或执行器管理的低速网络， 类是面向传感器或执行器管理的低速网络 位速率通常小于10Kb/s，主要用于调整后视镜、电动窗和 位速率通常小于 ，主要用于调整后视镜、 灯光照明灯设备

9、； 类是面向独立控制模块间的信息共享的 灯光照明灯设备；B类是面向独立控制模块间的信息共享的 中速网络，位速率一般在10125Kb/s之间，主要用在车 之间， 中速网络，位速率一般在 之间 身电子的舒适性模块和显示仪表等设备中； 类是面向闭环 身电子的舒适性模块和显示仪表等设备中；C类是面向闭环 实时控制的多路传输高速网络， 实时控制的多路传输高速网络，位速率多在 125Kb/s1Mb/s之间，主要服务于动力传动系统；D类 之间， 之间 主要服务于动力传动系统； 类 则是面向多媒体设备、高速数据流传输的高性能网络， 则是面向多媒体设备、高速数据流传输的高性能网络，位速 率一般在2KMb/s以上

10、，主要用于 以上， 播放机、 率一般在 以上 主要用于CD播放机、VCD/DVD 播放机 播放机和液晶显示等设备。 播放机和液晶显示等设备。 上一页 网络技术在汽车上的应用 1.A类总线 类总线 A类总线以 类总线以LIN（Local Interconnect 类总线以 （ Network:本地互联网）规范最有前途。 本地互联网） 本地互联网 规范最有前途。 它是由摩托罗拉与奥迪等知名企业联手推出 的一种新型低成本的开放式串行通讯协议， 的一种新型低成本的开放式串行通讯协议， 主要用于车内分布式电控系统， 主要用于车内分布式电控系统，尤其是面向 智能传感器或执行器的数字化通讯场合。 智能传感器

11、或执行器的数字化通讯场合。 上一页 网络技术在汽车上的应用 2.B类总线 类总线 B类总线以 类总线以CAN最为著名。CAN是20世纪 年 最为著名。 世纪80年 类总线以 最为著名 是 世纪 代中期由德国博世公司开发出来的一种车用现场总 线，不久便在业界得到了推广普及。 不久便在业界得到了推广普及。 3.C类总线 类总线 C类总线以 类总线以CAN为代表，主要用于车上动力传动系 为代表， 类总线以 为代表 统中对通讯的实时性要求比较高的场合。 统中对通讯的实时性要求比较高的场合。 上一页 网络技术在汽车上的应用 4.D类总线 类总线 D类总线一度被称为多媒体总线，随着汽车信息娱 类总线一度被

12、称为多媒体总线， 类总线一度被称为多媒体总线 乐系统的兴起，它近期才被采纳入SAE对总线的 乐系统的兴起，它近期才被采纳入 对总线的 分类范畴之中。 类总线的带宽范围相当大 类总线的带宽范围相当大， 分类范畴之中。D类总线的带宽范围相当大，用到 的传输介质也有好几种。针对这种情况， 类总线 的传输介质也有好几种。针对这种情况，D类总线 又被划出低速、高速和无线三大范畴， 又被划出低速、高速和无线三大范畴，分别对应于 SAE中的 中的IDB-C（Intelligent 中的 （ Transportation System Data Bus-CAN: 基于CAN的智能交通系统数据总线）、 的智能交

13、通系统数据总线）、 基于 的智能交通系统数据总线）、IDB-M （IDB-Multimedia:智能交通系统多媒体数据 智能交通系统多媒体数据 总线） 总线）和IDB-Wireless（基于无线通讯方式的 （ 智能交通系统数据总线）。 智能交通系统数据总线）。 多媒体总线所涉及的车用区域相当广， 多媒体总线所涉及的车用区域相当广，所服务的对 象在汽车电子系统中也占有相当重的份量。 象在汽车电子系统中也占有相当重的份量。 上一页 网络技术在汽车上的应用 3、CAN的主要特性及应用 、 的主要特性及应用 CAN数据传输系统主要是靠数据总线（BUS线） 数据传输系统主要是靠数据总线（ 数据传输系统主

14、要是靠数据总线 线 数据总线的技术特点 1）网络系统的开放性 ） 2）互操作性与互用性 ） 3）设备智能化与自治 ） 4）系统结构高度分散 ） 5）现场环境的适应性 ） 网络技术在汽车上的应用 3、CAN的主要特性及应用 、 的主要特性及应用 CAN数据传输系统的优点 数据传输系统的优点 用最少的传感器信号线，使传感器信号传递高速数 用最少的传感器信号线， 最小化应用电控单元及其插脚， 据，最小化应用电控单元及其插脚，节省电控单元 占有的空间，软件升级可增加系统新的功能， 占有的空间，软件升级可增加系统新的功能，各电 控单元可监控CAN总线，CAN数据总线符合国际 总线， 控单元可监控 总线

15、数据总线符合国际 标准。 标准。 信息技术在汽车上的应用 信息技术在汽车上主要用于车辆 安全系统，电子导航系统， 安全系统，电子导航系统，智能 交通系统主，网络、通信、 交通系统主，网络、通信、车身 前后摄像系统和移动多媒体系统。 前后摄像系统和移动多媒体系统。 信息技术在汽车上的应用 1、车辆安全系统 、 1）自适应巡航控制系统。 ）自适应巡航控制系统。 2）防撞警告和撞车通告系统。 ）防撞警告和撞车通告系统。 3）集成安全系统。 ）集成安全系统。 4）被盗车辆寻回系统。 ）被盗车辆寻回系统。 信息技术在汽车上的应用 2、电子导航系统 、 3、智能交通系统（ITS）技术 、智能交通系统（ ）

16、 1）交通信息服务系统（ATIS） ）交通信息服务系统（ ） 2）交通管理系统（ATMS） ）交通管理系统（ ） 3）公共交通系统（APTS） ）公共交通系统（ ） 4）车辆控制系统（AVCS） ）车辆控制系统（ ） 5）货运管理系统。 ）货运管理系统。 6）电子收费系统（ETC） ）电子收费系统（ ） 信息技术在汽车上的应用 4、网络、通信、车身前后摄像系 、网络、通信、 统(inkanet) 5、移动多媒体系统 、 网络与信息技术在汽车上应 用的发展趋势 1、智能化的传感器 、 2、大量应用新的控制理论与方法 、 3、在汽车信号传输中应用光导纤 、 维 4、蓝牙技术 、 汽车电子控制技术概

17、况 1、发动机电子控制技术概述 、 汽车发动机电控技术包括汽油机电子控制技 术和柴油机电子控制技术 汽油机电子控制系统的电控装置 1）电控汽车喷射系统 ） 3）爆燃控制系统 ） 5）排放控制系统 ） 7）警告显示 ） 9）失效保护 ） 11）其他控制 ） 2）微机控制点火系统 ） 4）怠速控制系统 ） 6）进气控制系统 ） 8）故障自诊断系统 ） 10）备用功能 ） 第二节 汽车发动机的电子控制 一、汽油机的电子控制 目前汽油机电控系统一般包括三大部分：传感器部分、 目前汽油机电控系统一般包括三大部分：传感器部分、电子 控制单元（ 所示。 为中心， 控制单元（ECU）和执行器部分，如图所示。以

18、ECU为中心， ）和执行器部分， 为中心 包括前置的A/D转换器、数字信号缓冲器以及后置的信号放 转换器、 包括前置的 转换器 大器等。微机运算速度快、精度高，能实时控制， 大器等。微机运算速度快、精度高，能实时控制，并具备多 中断响应等功能。 中断响应等功能。 1.电控汽油喷射（EFI）系统 电控汽油喷射（ 电控汽油喷射 ） 目前，电喷系统主要采用开环与闭环控制（反馈控制） 目前，电喷系统主要采用开环与闭环控制（反馈控制）相结 合的方式。系统控制的原理是： 合的方式。系统控制的原理是：由空气流量计或进气歧管绝 对压力传感器和转速传感器测量进气空气量， 对压力传感器和转速传感器测量进气空气量，

19、由ECU根据冷 根据冷 却水温、进气温度、氧传感器信号等确定合适的空燃比， 却水温、进气温度、氧传感器信号等确定合适的空燃比，计 算所需喷油量，进而对执行器进行控制。 算所需喷油量，进而对执行器进行控制。按照喷油器的安装 位置的不同，电喷系统可分为三种型式：单点喷射（ 位置的不同，电喷系统可分为三种型式：单点喷射（SPI）、 ）、 多点喷射（ 多点喷射（MPI）和缸内直接喷射。 ）和缸内直接喷射。 第二节 汽车发动机的电子控制 2.电子点火控制系统 电子点火控制系统 早在20世纪初，点火系统在汽车发动机上已开始应用， 早在 世纪初，点火系统在汽车发动机上已开始应用，从有 世纪初 触点式、普通无

20、触点式、集成电路式， 触点式、普通无触点式、集成电路式，发展到现今的微机控 制电子点火系统。 制电子点火系统。微机控制电子点火系统可控制并维持发动 机点火前提角（ 机点火前提角（ESA）在最佳范围内，使汽油机的点火时刻 ）在最佳范围内， 更接近于理想状态，进一步挖掘发动机的潜能。 更接近于理想状态，进一步挖掘发动机的潜能。目前在微机 控制点火系统中，出现了一种无分电器点火（ 控制点火系统中，出现了一种无分电器点火（DLI）系统， ）系统， 它取消了普通微机控制点火系统中的分电器，改由ECU内部 它取消了普通微机控制点火系统中的分电器，改由 内部 控制各缸配电。无分电器点火系统根据点火顺序的不同

21、， 控制各缸配电。无分电器点火系统根据点火顺序的不同，有 两缸同时点火和各缸独立点火两种。在发动机的点火控制中， 两缸同时点火和各缸独立点火两种。在发动机的点火控制中， 同样采用了开环和闭环相结合的控制形式。 同样采用了开环和闭环相结合的控制形式。 上一页 第二节 汽车发动机的电子控制 3.怠速控制（ISC）系统 怠速控制（ 怠速控制 ） 怠速性能的好坏是平均发动机性能优越与否的重要指标， 怠速性能的好坏是平均发动机性能优越与否的重要指标，怠 速性能差将导致油耗增加，排污严重， 速性能差将导致油耗增加，排污严重，因此需进行必要的控 怠速控制通常是指怠速转速控制， 制。怠速控制通常是指怠速转速控

22、制，其实质就是对怠速工 况时的进气量进行调节。怠速控制的基本原理是ECU根据冷 况时的进气量进行调节。怠速控制的基本原理是ECU根据冷 却水温、空调负荷、空挡信号等计算目标转速， 却水温、空调负荷、空挡信号等计算目标转速，并与实际转 速相比较，同时检测节气门全关信号及车速信号， 速相比较，同时检测节气门全关信号及车速信号，判断是否 处于怠速状态， 处于怠速状态，确认后则按目标转速与实际转速之间的差值 来驱动执行器调整控制进气量。 来驱动执行器调整控制进气量。怠速控制系统根据进气量控 制方式的不同可分为节气门直动式和旁通空气式两种。 制方式的不同可分为节气门直动式和旁通空气式两种。 上一页 第二

23、节 汽车发动机的电子控制 二、柴油机的电子控制 随着时代的发展，位置控制式地电控系统将逐渐被淘汰。 随着时代的发展，位置控制式地电控系统将逐渐被淘汰。本 书在这里介绍时间控制式的柴油机电控系统的控制方法。如 书在这里介绍时间控制式的柴油机电控系统的控制方法。 所示，在芯片上采用了32位的处理器 位的处理器， 图所示，在芯片上采用了 位的处理器，这一种模块化设计 的MCU，每一个模块都有其较为独立的功能。这些模块有中 ，每一个模块都有其较为独立的功能。 央处理器单元（ ）、定时处理器 ）、队列式 央处理器单元（CPU32）、定时处理器（TPU）、队列式 ）、定时处理器（ ）、 A/D转换模块（Q

24、ADC）、队列串行模块（QSM）、系统 转换模块（ ）、队列串行模块 ）、系统 转换模块 ）、队列串行模块（ ）、 集成模块（SIM）以及片内存储器（SRAM）。这些模块通 集成模块（ ）以及片内存储器（ ）。这些模块通 ）。 过内部总线（ 过内部总线（IMB）相连，外扩的存储器通过外部总线接口 ）相连， 模块相连。 （EBI）与SIM模块相连。 ） 模块相连 上一页 第二节 汽车发动机的电子控制 柴油机输出功率的大小由每循环供入气缸内的主要燃油量来 控制，因而燃油量的控制是 最为核心的任务， 控制，因而燃油量的控制是ECU最为核心的任务，在发动机 最为核心的任务 运行过程中， 运行过程中，根

25、据不同的工况依据一定的控制逻辑向系统供 油，这种逻辑关系如图所示。 这种逻辑关系如图所示。 柴油机的启动状态有冷启动和热启动两种。 柴油机的启动状态有冷启动和热启动两种。 对于车用柴油机而言，怠速工况无疑是一个重要的环节， 对于车用柴油机而言，怠速工况无疑是一个重要的环节，采 用的控制策略是开环的前馈控制结合闭环的PID调节和各缸 调节和各缸 用的控制策略是开环的前馈控制结合闭环的 均匀性控制。 均匀性控制。 上一页 第二节 汽车发动机的电子控制 对油量的限制工况有两种情况， 对油量的限制工况有两种情况，一种是用户自己定义的外特 性曲线，另一种就是各个工况点的冒烟极限油量。 性曲线，另一种就是

26、各个工况点的冒烟极限油量。发动机可 以达到的运行区域内可以根据使用场合的不同自己定义外特 性曲线。而冒烟极限油量的限制一般发生在发动机的低俗大 性曲线。 负荷区或者是瞬态工况。 负荷区或者是瞬态工况。 的设计过程中需要将保护工况考虑在内。 在ECU的设计过程中需要将保护工况考虑在内。通常的保护 的设计过程中需要将保护工况考虑在内 有超速保护、机油压力过低的保护、 有超速保护、机油压力过低的保护、冷却液温度过高的保护 以及因增压器超速而引起的增压压力过高的保护， 以及因增压器超速而引起的增压压力过高的保护，其他工况 下则按照预先设计的调速特性来执行。 下则按照预先设计的调速特性来执行。 上一页

27、返回 汽车电子控制技术概况 1、发动机电子控制技术概述 、 柴油机电子控制技术的主要功能 1）喷油量控制 ） 3）怠速转速系统 ） 5）喷油定时控制 ） 7）警告显示 ） 9）失效保护 ） 2）起动喷油量控制 ） 4）各缸喷油量的均匀性控制 ） 6）废气再循环 ） 8）故障自诊断系统 ） 10）备用功能 ） 汽车电子控制技术概况 2、底盘和车身电子控制技术概述 、 主要用于控制动力性、操纵性、通过性、 主要用于控制动力性、操纵性、通过性、安 全性、舒适性以及娱乐与信息。 全性、舒适性以及娱乐与信息。 3、汽车卫星导航与全球定位系统 、 4、车载故障自诊系统（OBD） 、车载故障自诊系统（ ） 汽油机电控单元结构图 返回 柴油机电控单元结构图 返回 喷油量的控制逻辑关系 返回 汽车电气网络图 返回 汽车电气网络图 返回1