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绪论1

第1篇 汽车电子控制软件技术基础8

第1章 控制理论基础8

1.1 控制系统的动态特性8

1.1.1 传递函数8

1.1.2 系统的过渡过程特性9

1.2 状态空间和状态方程式10

1.2.1 状态空间的概念10

1.2.2 状态方程式11

1.3 离散系统12

1.3.1 离散时间信号和系统12

1.3.2 离散值信号和系统13

1.3.3 离散时间且离散值信号与系统14

1.3.4 状态机14

1.4 嵌入式系统14

1.5 实时系统15

1.5.1 定义任务15

1.5.2 实时性需求的定义16

1.5.3 任务的状态17

1.5.4 处理器的调度策略18

1.5.5 实时操作系统的构成21

1.6 分布式网络系统21

1.6.1 系统的逻辑体系结构和技术体系结构22

1.6.2 逻辑通信链路定义23

1.6.3 技术网络拓扑结构定义24

1.6.4 报文定义24

1.6.5 通信网络管理组织结构25

1.6.6 总线仲裁机制26

思考题28

第2章 汽车电子控制的控制方式29

2.1 开环控制29

2.2 闭环控制30

2.3 PID控制31

2.4 自适应控制32

2.5 学习控制34

2.6 模糊控制35

2.7 最优控制37

思考题38

第3章 汽车电子控制系统和软件开发的支持过程39

3.1 基本定义39

3.2 过程模型和标准41

3.3 配置管理42

3.3.1 产品生命周期42

3.3.2 型号系列42

3.3.3 版本和配置43

3.4 项目管理44

3.4.1 项目计划45

3.4.2 项目跟踪和风险管理47

3.5 供应商管理47

3.5.1 系统及其组成部分的责任承担者47

3.5.2 规格说明和集成的接口48

3.5.3 开发过程的交叉合作定义48

3.6 需求管理49

3.6.1 用户需求的挖掘、记录和解释50

3.6.2 用户需求的跟踪51

3.7 质量保证52

3.7.1 继承和测试程序52

3.7.2 软件质量保证方法53

思考题53

第4章 汽车电子系统和软件的核心开发过程54

4.1 要求和限制条件55

4.2 基本概念56

4.3 用户需求分析和系统逻辑结构的确定57

4.4 逻辑功能结构分析和系统技术结构的确定59

4.5 软件的需求分析和软件体系结构的确定62

4.6 软件组件的描述65

4.7 软件组件的设计和实现69

4.8 软件组件的测试71

4.9 软件组件的集成72

4.10 软件集成测试75

4.11 系统组件的集成75

4.12 系统的集成测试77

4.13 标定80

4.14 系统测试和验收测试80

思考题81

第5章 电子系统软件的开发方法和工具82

5.1 工具和电子控制单元之间的离线接口82

5.2 逻辑系统结构分析和技术系统结构描述83

5.2.1 开环和闭环控制系统的分析和描述83

5.2.2 实时系统的分析和描述85

5.2.3 分布式网络化系统的分析和描述88

5.2.4 可靠和安全系统的分析和描述91

5.3 软件功能的描述和有效性验证94

5.3.1 软件体系结构和软件组件的描述95

5.3.2 数据模型描述96

5.3.3 用框图描述行为模型96

5.3.4 基于真值表的行为模型描述97

5.3.5 行为模型的状态机描述98

5.3.6 行为模型的高级语言描述101

5.3.7 实时模型的描述101

5.3.8 通过仿真和快速原型来验证描述101

5.4 软件函数的设计及实现105

5.4.1 考虑产品的非功能特性105

5.4.2 定点和浮点算法的设计与实现109

5.4.3 软件结构的设计与实现113

5.4.4 数据模型的设计与实现115

5.4.5 行为模型的设计与实现118

5.5 软件功能的集成和测试119

5.5.1 回路软件仿真119

5.5.2 实验室车辆和试验台120

5.5.3 实验性的、原型和产品车辆125

5.5.4 实验的设计及其自动化125

5.6 软件功能的标定126

5.6.1 离线和在线标定过程127

5.6.2 通过Flash编程的软件更新128

5.6.3 微控制器信号和仪器使用信号的同步测量129

5.6.4 下载和评估在线诊断数据129

5.6.5 离线标定130

5.6.6 在线标定130

5.6.7 在线标定的离线接口分类131

5.6.8 CAL-RAM管理135

5.6.9 参量和数据版本的管理136

5.6.10 实验的设计和自动化138

思考题138

第2篇 汽车电子控制硬件技术基础140

第6章 汽车电子控制系统的电子控制单元140

6.1 电子控制单元概述140

6.1.1 ECU的组成和功用140

6.1.2 汽车电子控制ECU的工作条件和检测要求140

6.2 电子控制单元的输入信号142

6.3 电子控制单元中微处理器的组成和功能143

6.3.1 单片机的组成144

6.3.2 微处理器的工作过程147

6.4 电子控制单元控制信号的输出148

6.5 电子控制单元微处理器的选择150

6.5.1 微机字长与处理速度的选择150

6.5.2 存储器容量的选择151

6.5.3 I/O接口电路的选择152

6.5.4 控制系统的软件设计152

思考题152

第7章 单片机最小硬件系统153

7.1 8位单片机的最小系统154

7.2 16位单片机的最小系统154

7.3 32位单片机的最小系统155

思考题157

第8章 异步串行通信158

8.1 串行通信协议RS-232标准158

8.2 ASCII码159

8.3 串行数据格式160

8.4 RS-232-C电缆的连接方法161

8.5 通信速率161

第9章 单片机基本系统的硬件设计162

9.1 时钟电路162

9.2 串行口的RS-232驱动电路164

9.3 电源电路164

9.4 复位电路164

9.5 BDM接口164

9.6 单片机并行口及驱动能力165

9.7 调试显示165

第10章 单片机运行模式166

10.1 单片运行模式166

10.2 扩展运行模式166

第11章 BDM调试器及硬件设计168

11.1 BDM调试器168

11.2 BDM调试器硬件设计168

第3篇 汽车电子控制系统传感器的构造及原理172

第12章 汽车动力电子控制系统传感器的构造及原理172

12.1 传感器概述172

12.1.1 传感器的组成172

12.1.2 传感器在汽车行业的应用现状172

12.1.3 车用传感器类型173

12.1.4 汽车传感器的发展趋势174

12.2 温度传感器174

12.2.1 温度传感器在汽车发动机电控系统中的应用174

12.2.2 发动机电控系统温度传感器的结构及工作原理176

12.3 压力传感器177

12.3.1 压力传感器在汽车发动机电控系统中的应用178

12.3.2 压力传感器的类型178

12.3.3 压阻效应式压力传感器的结构和工作原理178

12.3.4 微机械压力传感器179

12.3.5 高压压力传感器182

12.4 空气流量传感器183

12.4.1 叶片式空气流量传感器183

12.4.2 卡门旋涡式空气流量传感器185

12.4.3 热线式空气流量传感器186

12.4.4 热膜式空气流量传感器188

12.5 节气门／加速踏板位置传感器190

12.5.1 开关量输出型节气门位置传感器190

12.5.2 线性量输出型节气门位置传感器191

12.5.3 霍尔效应加速踏板位置传感器192

12.6 转速／曲轴位置和气缸识别传感器193

12.6.1 磁电式转速／曲轴位置传感器和气缸识别传感器193

12.6.2 霍尔式转速／曲轴位置传感器和气缸识别传感器196

12.6.3 光电式转速／曲轴位置传感器和气缸识别传感器198

12.7 位移传感器199

12.7.1 差动变压器式位移传感器200

12.7.2 电涡流式位移传感器200

12.7.3 霍尔式位移传感器202

12.7.4 半差动短接环传感器204

12.8 氧传感器205

12.8.1 氧化锆式氧传感器205

12.8.2 氧化钛式氧传感器208

12.8.3 LSU4型平面宽带λ氧传感器209

12.9 爆震燃烧传感器211

12.9.1 爆震燃烧传感器的结构与工作原理211

12.9.2 爆震燃烧的判别212

12.10 燃油位置传感器213

思考题214

第13章 汽车底盘和车身电子控制系统传感器的构造及原理216

13.1 汽车轮速传感器216

13.1.1 电磁感应式轮速传感器216

13.1.2 霍尔效应式轮速传感器218

13.2 转向盘转角传感器219

13.3 横摆角速度传感器220

13.4 转矩传感器220

13.5 安全气囊传感器221

第4篇 汽车动力电子控制系统226

第14章 汽油机电子控制系统226

14.1 概述226

14.1.1 汽油机电子控制系统的组成226

14.1.2 汽油机电子控制系统的主要内容228

14.1.3 汽油机电子控制系统的工作过程230

14.2 电子控制燃油喷射系统231

14.2.1 电控汽油喷射系统的发展231

14.2.2 汽油喷射供给系统的优点232

14.2.3 汽油机电控燃油喷射系统的分类232

14.2.4 燃油喷射系统的组成239

14.2.5 主要部件结构与作用240

14.2.6 电子控制燃油喷射系统的执行器241

14.2.7 喷油控制245

14.2.8 汽油机电控喷油系统的优点254

14.3 电子点火系统255

14.3.1 对汽车点火系统的要求255

14.3.2 汽车发动机运行工况对点火提前角的要求256

14.3.3 电子点火系统的发展257

14.3.4 汽油机电控点火系统的组成与控制原理258

14.3.5 汽油机电控点火系统执行器的结构与工作原理261

14.3.6 点火控制262

14.4 怠速控制系统268

14.4.1 怠速控制系统的控制方式和执行器268

14.4.2 怠速控制原理270

14.4.3 怠速控制过程和控制内容271

14.5 进气控制系统272

14.5.1 谐振控制进气系统273

14.5.2 可变气门正时和升程系统274

14.5.3 可变进气涡流系统276

14.5.4 电控节气门系统和执行器277

14.6 排放控制系统279

14.6.1 电控废气再循环控制系统279

14.6.2 汽油蒸气排放控制系统281

14.6.3 三元催化转换器控制系统282

思考题284

第15章 柴油机电子控制系统286

15.1 概述286

15.2 位置控制式电子控制喷油系统286

15.2.1 位置控制式电控分配泵燃油系统和执行器287

15.2.2 位置控制式电控直列泵和执行器295

15.3 时间控制式电子控制喷油系统299

15.3.1 电控泵-喷嘴喷油系统299

15.3.2 电控单体泵喷油系统306

15.4 电子控制共轨喷油系统308

15.4.1 电控共轨式喷油系统的结构特点308

15.4.2 电控共轨式喷油系统的高压控制309

15.4.3 电控共轨式喷油系统的喷油器311

15.4.4 高压泵319

15.4.5 油轨（高压聚压器）323

15.4.6 压力控制阀323

15.4.7 减压阀325

15.5 电子控制共轨喷油系统的控制策略325

15.5.1 喷油量控制326

15.5.2 喷油定时控制330

15.5.3 喷油压力控制331

15.5.4 喷油率控制333

15.5.5 增压控制335

15.5.6 柴油机电控系统的优点338

思考题339

第16章 自动变速器电子控制系统341

16.1 概述341

16.2 自动变速器的主要控制目标341

16.3 电子控制机械式自动变速器342

16.3.1 电控半自动变速器343

16.3.2 全自动变速器344

16.4 电子控制液力自动变速器347

16.4.1 基本结构与工作原理348

16.4.2 液力自动变速器电子控制系统351

16.5 电子控制无级变速器359

16.5.1 Subaru ECVT359

16.5.2 ZF电控ECVT362

16.5.3 ECVT-Multitronic362

思考题365

第5篇 汽车底盘和车身电子控制系统368

第17章 汽车底盘电子控制系统368

17.1 汽车防滑电子控制系统368

17.1.1 汽车防滑系统的组成368

17.1.2 汽车防滑系统的发展历程368

17.1.3 汽车路面附着性能369

17.1.4 ABS系统的构成371

17.1.5 ABS系统工作原理377

17.1.6 ABS系统在汽车上的布置378

17.1.7 ABS系统的控制技术387

17.1.8 轮速、轮加速度和参考车速的计算方法391

17.1.9 汽车驱动防滑系统（ASR）395

17.1.10 汽车驱动防滑系统控制原理398

17.1.11 汽车驱动防滑系统的控制方法402

17.1.12 汽车稳定性控制系统405

17.2 汽车转向电子控制系统409

17.2.1 电子可变量孔助力转向系统410

17.2.2 旁通式助力转向系统411

17.2.3 反力式助力转向系统412

17.2.4 电磁式助力转向系统414

17.2.5 电动液压助力转向系统415

17.2.6 电动助力转向系统417

17.3 汽车悬架电子控制系统420

17.3.1 概述420

17.3.2 弹簧刚度和减振器阻尼力综合控制的空气悬架425

17.3.3 侧倾控制系统430

思考题433

第18章 车身电子控制系统434

18.1 安全气囊和安全带434

18.1.1 概述434

18.1.2 安全气囊436

18.1.3 安全带442

18.2 汽车仪表445

18.2.1 概述445

18.2.2 驾驶员抬头显示技术450

18.3 汽车空调系统的电子控制452

18.3.1 基本原理452

18.3.2 汽车自动空调系统454

18.3.3 ECU和温度的控制算法455

18.4 座椅系统456

18.4.1 电动座椅结构456

18.4.2 座椅加热系统457

18.4.3 座椅控制系统458

18.5 车灯控制系统459

18.5.1 概 述459

18.5.2 前灯的角度调整和光束定位459

18.5.3 其他外部车灯设备460

18.5.4 车灯系统的类型461

18.5.5 照明控制电路466

18.6 车门和刮水器电子控制系统473

18.6.1 车门控制单元的结构473

18.6.2 挡风玻璃刮水器和清洗器482

18.6.3 刮水器的电子控制系统483

思考题487

第6篇 汽车电子控制系统故障诊断技术490

第19章 汽车电子控制系统故障诊断技术490

19.1 概述490

19.2 OBD系统工作原理和功能492

19.2.1 OBD系统组成492

19.2.2 OBD系统工作原理493

19.2.3 OBD系统的功能495

19.2.4 应急备用系统497

19.3 OBD系统故障代码的读取方法和清除方法498

19.3.1 故障代码的读取方法498

19.3.2 故障代码的显示方法499

19.3.3 故障代码的清除方法502

19.4 OBDⅡ系统结构和特点503

19.4.1 OBDⅡ的功能503

19.4.2 OBDⅡ车载自诊断系统的特点504

19.4.3 OBDⅡ协议505

19.4.4 OBDⅡ车载自诊断系统故障代码的组成与结构506

19.4.5 OBDⅡ车载自诊断系统的故障代码507

19.4.6 OBDⅡ的通信协议508

思考题514

第7篇 汽车CAN总线技术516

第20章 汽车CAN总线技术516

20.1 概述516

20.2 CAN总线技术规范和体系结构518

20.2.1 CAN总线的技术规范518

20.2.2 CAN总线的体系结构520

20.2.3 报文传送及其帧结构522

20.3 CAN总线控制器和收发器527

20.3.1 CAN总线控制器528

20.3.2 CAN总线收发器532

20.4 CAN总线在汽车上的应用实例534

20.4.1 汽车CAN总线网络结构534

20.4.2 总线式数字仪表举例535

思考题538

参考文献539