汽車電子控制與車載網絡綜述課件

第一章汽車電子控制與車載網絡綜述第一節(jié)網絡技術在汽車上的應用第二節(jié)信息技術在汽車上的應用第三節(jié)網絡與信息技術在汽車上應用的發(fā)展趨勢第四節(jié)汽車電子控制技術概況汽車電子控制與車載網絡綜述汽車電子控制技術汽車電子控制技術是以汽車微電子、汽車電器技術、汽車新材料與新工藝為基礎，應用電子技術、計算機與通信技術快速發(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綜合應用的統(tǒng)稱。下一頁返回汽車電子控制與車載網絡綜述汽車電子控制屬于過程控制汽車電子控制強調控制的連續(xù)性、實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絡綜述從20世紀60年代中期開始，微電子技術的迅猛發(fā)展使其在汽車上被廣泛應用，給汽車工業(yè)的進一步發(fā)展帶來了新的生機。電子控制系統(tǒng)具有控制精度高、響應速度快，集成度高、體積小、重量輕、應用更加靈活等特點用于汽車后，可使汽車有關系統(tǒng)在各種工況下都處在最佳的工作狀況，各項受控指標均能獲得較大的改善，使任何機械控制系統(tǒng)都難以達到的。50年代到70年代末，主要用電子裝置改善部分機械部件的性能；70年代末到90年代中期，汽車電子控制技術開始形成，大規(guī)模集成電路得到廣泛應用，減小了汽車電子產品的體積，特別是8位、16位單片機的廣泛應用，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絡綜述下一頁返回80年代中期到90年代末被認為是電子技術在汽車上應用的第三階段，在這一階段中，以微處理器為核心的微機控制系統(tǒng)在汽車上大規(guī)模的應用趨于成熟和可靠，并向智能化發(fā)展，汽車全面進入電子化時代。2000年以后，汽車電子化被認為已進入第四階段——智能化和網絡化時代，在這一階段中，汽車產品將大量采用人工智能技術，并利用網絡進行信息的傳遞和交換。汽車電子技術的中的由解決汽車部件或總成問題開始向廣泛應用計算機網絡與信息技術發(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移。汽車電子設備成本占汽車總成本的比重越來越大，汽車制造技術由機械制造逐步步入電子控制技術時代。汽車電子控制與車載網絡綜述下一頁返回什么叫單片機？單片機是在一塊同精度、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。網絡技術在汽車上的應用下一頁返回1、CIMS在汽車內部的應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。網絡技術在汽車上的應用下一頁返回車載網絡系統(tǒng)的優(yōu)點1、結構配置的靈活性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、功能擴充的現(xiàn)實性6、自我診斷的完善性網絡技術在汽車上的應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?，F(xiàn)階段的車載網絡業(yè)必須用到多種總線。這些車用總線由于在應用對象和網絡性能上各有特色，將會在競爭中共存相當長一段時間。另外，隨著車載網絡技術的發(fā)展進步，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）下屬的汽車網絡委員會按照協(xié)議特性劃分為A、B、C、D四類。上一頁下一頁返回網絡技術在汽車上的應用A類是面向傳感器或執(zhí)行器管理的低速網絡，它傳輸數(shù)據(jù)的位速率通常小于10Kb/s，主要用于調整后視鏡、電動窗和燈光照明燈設備；B類是面向獨立控制模塊間的信息共享的中速網絡，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備中；C類是面向閉環(huán)實時控制的多路傳輸高速網絡，位速率多在125Kb/s~1Mb/s之間，主要服務于動力傳動系統(tǒng)；D類則是面向多媒體設備、高速數(shù)據(jù)流傳輸?shù)母咝阅芫W絡，位速率一般在2KMb/s以上，主要用于CD播放機、VCD/DVD播放機和液晶顯示等設備。上一頁下一頁返回網絡技術在汽車上的應用1.A類總線A類總線以LIN（LocalInterconnectNetwork:本地互聯(lián)網）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絡技術在汽車上的應用2.B類總線B類總線以CAN最為著名。CAN是20世紀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)中對通訊的實時性要求比較高的場合。上一頁下一頁返回網絡技術在汽車上的應用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大，用到的傳輸介質也有好幾種。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)域相當廣，所服務的對象在汽車電子系統(tǒng)中也占有相當重的份量。上一頁下一頁返回網絡技術在汽車上的應用下一頁返回3、CAN的主要特性及應用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)總線的技術特點1）網絡系統(tǒng)的開放性2）互操作性與互用性3）設備智能化與自治4）系統(tǒng)結構高度分散5）現(xiàn)場環(huán)境的適應性網絡技術在汽車上的應用下一頁返回3、CAN的主要特性及應用CAN數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的優(yōu)點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)總線符合國際標準。信息技術在汽車上的應用下一頁返回信息技術在汽車上主要用于車輛安全系統(tǒng)，電子導航系統(tǒng)，智能交通系統(tǒng)主，網絡、通信、車身前后攝像系統(tǒng)和移動多媒體系統(tǒng)。信息技術在汽車上的應用下一頁返回1、車輛安全系統(tǒng)1）自適應巡航控制系統(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)。信息技術在汽車上的應用下一頁返回2、電子導航系統(tǒng)3、智能交通系統(tǒng)（ITS）技術1）交通信息服務系統(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）貨運管理系統(tǒng)。6）電子收費系統(tǒng)（ETC）信息技術在汽車上的應用下一頁返回4、網絡、通信、車身前后攝像系統(tǒng)(inkanet)5、移動多媒體系統(tǒng)網絡與信息技術在汽車上應用的發(fā)展趨勢下一頁返回1、智能化的傳感器2、大量應用新的控制理論與方法3、在汽車信號傳輸中應用光導纖維4、藍牙技術汽車電子控制技術概況下一頁返回1、發(fā)動機電子控制技術概述汽車發(fā)動機電控技術包括汽油機電子控制技術和柴油機電子控制技術汽油機電子控制系統(tǒng)的電控裝置1）電控汽車噴射系統(tǒng) 2）微機控制點火系統(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 10）備用功能11）其他控制 第二節(jié)汽車發(fā)動機的電子控制一、汽油機的電子控制目前汽油機電控系統(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轉換器、數(shù)字信號緩沖器以及后置的信號放大器等。微機運算速度快、精度高，能實時控制，并具備多中斷響應等功能。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）相結合的方式。系統(tǒng)控制的原理是：由空氣流量計或進氣歧管絕對壓力傳感器和轉速傳感器測量進氣空氣量，由ECU根據(jù)冷卻水溫、進氣溫度、氧傳感器信號等確定合適的空燃比，計算所需噴油量，進而對執(zhí)行器進行控制。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：單點噴射（SPI）、多點噴射（MPI）和缸內直接噴射。下一頁返回第二節(jié)汽車發(fā)動機的電子控制2.電子點火控制系統(tǒng)早在20世紀初，點火系統(tǒng)在汽車發(fā)動機上已開始應用，從有觸點式、普通無觸點式、集成電路式，發(fā)展到現(xiàn)今的微機控制電子點火系統(tǒng)。微機控制電子點火系統(tǒng)可控制并維持發(fā)動機點火前提角（ESA）在最佳范圍內，使汽油機的點火時刻更接近于理想狀態(tài)，進一步挖掘發(fā)動機的潛能。目前在微機控制點火系統(tǒng)中，出現(xiàn)了一種無分電器點火（DLI）系統(tǒng)，它取消了普通微機控制點火系統(tǒng)中的分電器，改由ECU內部控制各缸配電。無分電器點火系統(tǒng)根據(jù)點火順序的不同，有兩缸同時點火和各缸獨立點火兩種。在發(fā)動機的點火控制中，同樣采用了開環(huán)和閉環(huán)相結合的控制形式。上一頁下一頁返回第二節(jié)汽車發(fā)動機的電子控制3.怠速控制（ISC）系統(tǒng)怠速性能的好壞是平均發(fā)動機性能優(yōu)越與否的重要指標，怠速性能差將導致油耗增加，排污嚴重，因此需進行必要的控制。怠速控制通常是指怠速轉速控制，其實質就是對怠速工況時的進氣量進行調節(jié)。怠速控制的基本原理是ECU根據(jù)冷卻水溫、空調負荷、空擋信號等計算目標轉速，并與實際轉速相比較，同時檢測節(jié)氣門全關信號及車速信號，判斷是否處于怠速狀態(tài)，確認后則按目標轉速與實際轉速之間的差值來驅動執(zhí)行器調整控制進氣量。怠速控制系統(tǒng)根據(jù)進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)動機的電子控制二、柴油機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，這一種模塊化設計的MCU，每一個模塊都有其較為獨立的功能。這些模塊有中央處理器單元（CPU32）、定時處理器（TPU）、隊列式A/D轉換模塊（QADC）、隊列串行模塊（QSM）、系統(tǒng)集成模塊（SIM）以及片內存儲器（SRAM）。這些模塊通過內部總線（IMB）相連，外擴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)動機的電子控制柴油機輸出功率的大小由每循環(huán)供入氣缸內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，在發(fā)動機運行過程中，根據(jù)不同的工況依據(jù)一定的控制邏輯向系統(tǒng)供油，這種邏輯關系如圖所示。柴油機的啟動狀態(tài)有冷啟動和熱啟動兩種。對于車用柴油機而言，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)的前饋控制結合閉環(huán)的PID調節(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的冒煙極限油量。發(fā)動機可以達到的運行區(qū)域內可以根據(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)動機的低俗大負荷區(qū)或者是瞬態(tài)工況。在ECU的設計過程中需要將保護工況考慮在內。通常的保護有超速保護、機油壓力過低的保護、冷卻液溫度過高的保護以及因增壓器超速而引起的增壓壓力過高的保護，其他工況下則按照預先設計的調速特性來執(zhí)行。上一頁返回汽車電子控制技術概況下一頁返回1、發(fā)動機電子控制技術概述柴油機電子控制技術的主要功能1）噴油量控制 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