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车辆电子学(第2版工业和信息化部十四五规划教材) 版权信息
- ISBN：9787030725974
- 条形码：9787030725974 ; 978-7-03-072597-4
- 装帧：一般胶版纸
- 册数：暂无
- 重量：暂无
- 所属分类：>
车辆电子学(第2版工业和信息化部十四五规划教材) 内容简介
本书着重研究车辆电子控制系统的理论与方法，包括车辆发动机电子控制系统、车辆底盘与车身电子控制系统的控制模型和控制算法，从整体和系统的角度讨论车辆电子控制系统的组成、原理，对优选的典型车辆电子系统实例进行分析、电控单元设计，同时介绍了自动驾驶控制系统。 本书可作为车辆工程专业研究生的教材，也可作为相关专业的研究生教学参考书，还可供相关工程技术人员参考。
车辆电子学(第2版工业和信息化部十四五规划教材) 目录
目录
第1章 绪论 1
1.1 车辆电子综述 1
1.2 车辆电子学研究内容 6
习题与思考题 6
第2章 车辆电子传感器与执行器驱动基础 7
2.1发 动机传感器与调理电路 7
2.1.1 发动机转速传感器 7
2.1.2 发动机温度传感器 9
2.1.3 发动机进气压力传感器 10
2.1.4 热膜式空气流量传感器 13
2.1.5 氧传感器 13
2.1.6 爆震传感器 15
2.1.7 曲轴位置传感器 16
2.1.8 节气门位置传感器 17
2.2 底盘与车身传感器及调理电路 18
2.2.1 加速度传感器 18
2.2.2 踏板位置传感器 20
2.2.3 轮速传感器 20
2.2.4 转向盘转矩传感器 20
2.2.5 测距传感器 21
2.3 执行器驱动 22
2.3.1 驱动元件与驱动电路 22
2.3.2 集成驱动模块 24
习题与思考题 25
第3章 车辆电子微控制器应用基础 26
3.1 8位微控制器的基本构架 26
3.2 8位单片机电子控制单元硬件设计 30
3.3 车辆电子控制软件设计与编程基础 32
3.3.1 电控单元软件的总体设计 32
3.3.2 主要功能模块的设计 33
3.3.3 软件开发环境 38
3.3.4 软件抗干扰措施 39
3.4 RS232通信软件设计 40
3.4.1 RS232通信基本原理 40
3.4.2 串口通信模块程序设计 41
3.5 CAN通信软件设计 43
3.5.1 MSCAN 的基础 43
3.5.2 CAN总线通信的软件设计 46
3.5.3 基于CAN总线的软件程序设计实例 47
习题与思考题 58
第4章 车辆发动机电子控制系统 59
4.1 发动机电子控制技术发展史 59
4.2 汽油进气管喷射发动机电子控制系统 60
4.2.1 发动机模型 60
4.2.2 喷油控制模型的建立 64
4.2.3 发动机初始喷油MAP图的数值计算 66
4.2.4 喷油控制策略及控制软件设计 69
4.3 汽油缸内直喷发动机电子控制系统 77
4.3.1 缸内直喷发动机燃烧模式 78
4.3.2 缸内高压喷射控制系统 79
4.3.3 空气辅助缸内直喷发动机电控系统 81
4.4 汽油机电控单元仿真与标定 91
4.4.1 仿真模块 91
4.4.2 标定模块 92
4.4.3 基于CCP的标定系统简介 95
4.5 柴油机高压共轨电子控制系统 97
4.5.1 基本组成 97
4.5.2 控制功能与基本原理 99
习题与思考题 104
第5章 车辆底盘电子控制系统 106
5.1 车辆自动变速器电子控制系统 106
5.1.1 车辆自动变速器系统组成 106
5.1.2 自动变速器电子控制换挡原理 106
5.1.3 计算模型和换挡控制原理 107
5.1.4 两参数换挡电控系统分析 111
5.2 车辆防滑与平面稳定性电子控制系统 115
5.2.1 汽车制动防抱死控制系统 116
5.2.2 驱动防滑/牵引力控制系统 122
5.2.3 平面稳定性电子控制系统 126
5.3 车辆转向电子控制系统 130
5.3.1 电控动力转向系统 130
5.3.2 电控四轮转向系统简介 139
5.3.3 主动转向系统简介 143
5.4 车辆悬架电子控制系统 145
5.4.1 电控悬架系统的功能和类型 145
5.4.2 电控悬架控制系统的组成及原理 146
5.4.3 磁流变液减振器 149
习题与思考题 151
第6章 车辆驾驶安全与辅助自动驾驶电子控制系统 152
6.1 汽车主动避撞控制系统 152
6.1.1 纵向控制系统 152
6.1.2 侧向控制系统 156
6.1.3 弯道避撞控制系统 158
6.2 自适应巡航控制系统 161
6.2.1 自适应巡航控制系统基础 162
6.2.2 弯道目标识别 164
6.3 车道保持辅助系统 166
6.4 自动驾驶控制系统 168
6.4.1 自动驾驶概述 168
6.4.2 自动驾驶汽车控制系统基本组成 169
6.4.3 多传感器信息融合技术 172
6.4.4 决策规划 174
思考题与习题 177
参考文献 178
第1章 绪论 1
1.1 车辆电子综述 1
1.2 车辆电子学研究内容 6
习题与思考题 6
第2章 车辆电子传感器与执行器驱动基础 7
2.1发 动机传感器与调理电路 7
2.1.1 发动机转速传感器 7
2.1.2 发动机温度传感器 9
2.1.3 发动机进气压力传感器 10
2.1.4 热膜式空气流量传感器 13
2.1.5 氧传感器 13
2.1.6 爆震传感器 15
2.1.7 曲轴位置传感器 16
2.1.8 节气门位置传感器 17
2.2 底盘与车身传感器及调理电路 18
2.2.1 加速度传感器 18
2.2.2 踏板位置传感器 20
2.2.3 轮速传感器 20
2.2.4 转向盘转矩传感器 20
2.2.5 测距传感器 21
2.3 执行器驱动 22
2.3.1 驱动元件与驱动电路 22
2.3.2 集成驱动模块 24
习题与思考题 25
第3章 车辆电子微控制器应用基础 26
3.1 8位微控制器的基本构架 26
3.2 8位单片机电子控制单元硬件设计 30
3.3 车辆电子控制软件设计与编程基础 32
3.3.1 电控单元软件的总体设计 32
3.3.2 主要功能模块的设计 33
3.3.3 软件开发环境 38
3.3.4 软件抗干扰措施 39
3.4 RS232通信软件设计 40
3.4.1 RS232通信基本原理 40
3.4.2 串口通信模块程序设计 41
3.5 CAN通信软件设计 43
3.5.1 MSCAN 的基础 43
3.5.2 CAN总线通信的软件设计 46
3.5.3 基于CAN总线的软件程序设计实例 47
习题与思考题 58
第4章 车辆发动机电子控制系统 59
4.1 发动机电子控制技术发展史 59
4.2 汽油进气管喷射发动机电子控制系统 60
4.2.1 发动机模型 60
4.2.2 喷油控制模型的建立 64
4.2.3 发动机初始喷油MAP图的数值计算 66
4.2.4 喷油控制策略及控制软件设计 69
4.3 汽油缸内直喷发动机电子控制系统 77
4.3.1 缸内直喷发动机燃烧模式 78
4.3.2 缸内高压喷射控制系统 79
4.3.3 空气辅助缸内直喷发动机电控系统 81
4.4 汽油机电控单元仿真与标定 91
4.4.1 仿真模块 91
4.4.2 标定模块 92
4.4.3 基于CCP的标定系统简介 95
4.5 柴油机高压共轨电子控制系统 97
4.5.1 基本组成 97
4.5.2 控制功能与基本原理 99
习题与思考题 104
第5章 车辆底盘电子控制系统 106
5.1 车辆自动变速器电子控制系统 106
5.1.1 车辆自动变速器系统组成 106
5.1.2 自动变速器电子控制换挡原理 106
5.1.3 计算模型和换挡控制原理 107
5.1.4 两参数换挡电控系统分析 111
5.2 车辆防滑与平面稳定性电子控制系统 115
5.2.1 汽车制动防抱死控制系统 116
5.2.2 驱动防滑/牵引力控制系统 122
5.2.3 平面稳定性电子控制系统 126
5.3 车辆转向电子控制系统 130
5.3.1 电控动力转向系统 130
5.3.2 电控四轮转向系统简介 139
5.3.3 主动转向系统简介 143
5.4 车辆悬架电子控制系统 145
5.4.1 电控悬架系统的功能和类型 145
5.4.2 电控悬架控制系统的组成及原理 146
5.4.3 磁流变液减振器 149
习题与思考题 151
第6章 车辆驾驶安全与辅助自动驾驶电子控制系统 152
6.1 汽车主动避撞控制系统 152
6.1.1 纵向控制系统 152
6.1.2 侧向控制系统 156
6.1.3 弯道避撞控制系统 158
6.2 自适应巡航控制系统 161
6.2.1 自适应巡航控制系统基础 162
6.2.2 弯道目标识别 164
6.3 车道保持辅助系统 166
6.4 自动驾驶控制系统 168
6.4.1 自动驾驶概述 168
6.4.2 自动驾驶汽车控制系统基本组成 169
6.4.3 多传感器信息融合技术 172
6.4.4 决策规划 174
思考题与习题 177
参考文献 178
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车辆电子学(第2版工业和信息化部十四五规划教材) 节选
第1章绪论 1.1车辆电子综述 1.汽车文明 汽车自1886年发明以来已经有100多年的历史，汽车已成为人们日常生活中不可缺少的交通工具。汽车扩展了人类出行的半径，缩短了人与人之间的距离，提高了物流和信息传递的速度，改变了人类的生活方式；汽车带来了速度和效率，带来了财富与繁荣，改变了人类的生产方式，极大地满足了人类社会对物质财富的需求。 2.汽车的危害 汽车带来了交通事故、环境污染、资源枯竭，威胁着人类的生存。依靠传统的机械技术已经不能适应日益严格的公害控制法规，机械技术在汽车领域的应用已相当成熟，有的已达到了物理极限，使基于机械技术的传统汽车产品进入高度成熟期，并即将进入衰退期，难以实现技术上的重大突破，不能完全满足人们对汽车“安全、舒适、方便、节能、环保”的要求，汽车产业要发展，必须寻找新的技术突破口。 3.汽车技术的转化方向 电子信息技术为汽车工业的突破性发展提供了千载难逢的机遇，汽车电子数字化成为当今世界汽车技术发展的主流。汽车产业电子数字化已成为提升汽车传统产业技术的根本途径。 随着汽车向微电子、信息、新材料、新能源等高新技术方向转变，汽车的性能和质量得到了进一步提高，逐步解决汽车环保生态问题，明显提高了汽车的动力性、舒适性、安全性和燃油经济性。 目前，汽车的电子化程度已成为衡量汽车技术水平高低的重要标志。汽车电子产品具有重量轻、占用空间小、处理速度快、传感精度高、信息容量大等特点。未来汽车市场的竞争，其本质上就是汽车电子化的竞争。 电子信息技术开创了当今的汽车电子时代。汽车电子化、数字化、网络化将成为汽车工业的主导。 汽车电子控制系统是为了解决与汽车功能要求有关的问题，而这些问题仅依靠通常的机械系统是难以解决的。例如，汽车制动防抱死系统ABS是为了保证车辆在湿滑路面上行驶时的安全性；悬架控制用来改善汽车的平顺性、操纵稳定性；而动力转向的目的是改善停车或低速驾驶时的转向轻便性，以及保证在高速行驶时的路感。 近年来汽车电子技术飞速发展的主要原因如下： （1）电子技术在汽车发动机及整车上的广泛应用，使汽车在各种工况下始终处于*佳工作状态，各项性能指标获得较大的改善。如燃油消耗降低，动力性提高，排气污染减少，并能大大提高汽车工作可靠性、安全性和乘员舒适性。电子技术可使汽车、道路、环境与乘员之间形成一个完整的系统网络，这是采用任何机械的手段所无法达到的。 （2）电子装置运行极为精确，并且本身不会磨损。若把电子技术应用于汽车控制与监测，由于有自学习功能和一些闭环控制，使生产或运行中产生的一些误差也会受到严格控制，这将会改善汽车功能，并能延长汽车的维修周期和使用寿命。 （3）电子装置通用性好。如各种传感器、报警器、计算机系统软件等，比机械部件更容易换装到各种车辆上。 （4）随着电子技术的发展，电子电路集成化程度越来越高，因而电子装置具有体积小、重量轻、故障率低、使用方便等优点。 （5）高新技术的飞速发展，使电子产品价格不断下降，品种越来越多，产量越来越大，因而在各领域中得到了广泛应用。 汽车电子控制技术不仅可对现有机械设计进行性能改进，在很大程度上还会影响传统设计方法，从而启发创新的机械系统设计。这种创新设计方案需要结合或依靠电控系统来实现。汽车设计已经演变为机械、电子控制与信息一体化设计模式。 4.汽车电子与控制技术的基本含义 汽车电子与控制技术是指将以计算机为代表的微电子技术、信息技术引入汽车工业领域，使传统汽车机械系统与电子技术、信息技术相融合，实现汽车产品的电子数字化、网络信息化和控制智能化，满足人们对汽车“安全、舒适、方便、节能、环保”的要求。 汽车电子技术的广泛应用，更新了传统的汽车概念。传统的汽车主要是一个机械系统，现代汽车是一个机械电子体系，现代汽车正在成为机电一体化、多种高新技术综合集成的载体。可以形象地说，现代汽车是车轮上的计算机。传统汽车工程学科的基础是力学、机械工程、材料科学；现代汽车工程除了上述学科之外，电子学、计算机、自动控制、信息技术、互联网技术正在快速向汽车工业渗透并成为现代汽车的支撑学科。 汽车电子与控制技术是汽车电子控制领域中具体应用的分支学科，主要以数学方法和工程方法为工具，综合运用汽车和微电子技术以及自动控制理论，并使三者有机结合，实现汽车性能的*优化，保证汽车总体性能水平。 5.传统汽车电子与控制技术及发展史 1）汽车电子与控制发展史 全球汽车电子技术的发展及其大规模应用是从20世纪70年代末开始的，大致经历了4个发展阶段： **个发展阶段为1971年以前，利用分立电子元件或集成电路开始生产的二极管整流交流发电机、电压调节器、电子闪光器、电子喇叭、间歇刮水装置、汽车收音机、电子点火装置和数字钟等。从此揭开了汽车电子技术发展的序幕。 第二个发展阶段为1974～1982年，以集成电路和16位以下的微控制器在汽车上的应用为标志。主要包括电子燃油喷射、自动门锁、程控驾驶、高速告警系统、自动灯光系统、霜控制、制动防抱死系统、车辆导向、撞车预警传感器、电子变速器、闭环排气控制、自动巡航控制、防盗系统、实车故障诊断等电子产品。这期间*具代表性的是电子汽油喷射技术的发展和制动防抱死技术的成熟，用电子技术控制实现主要机械功能。 第三个发展阶段为1982～1990年，微控制器在汽车上的应用日趋可靠和成熟，并向智能化方向发展。开发的产品有牵引力控制、全轮转向控制、直视仪表板、声音合成与识别器、电子负荷调节器、电子道路监视器、蜂窝式电话、可加热式挡风玻璃、倒车示警、胎压监测、高速限制、自动后视镜系统、道路状况指示器、电子冷却控制和寄生功率控制等。 第四个发展阶段为1990年至今，微波系统、多路传输系统、32位微控制器、数字信号处理方式的应用，使通信与导向协调系统、自动防撞系统、动力优化系统、自动驾驶与电子地图技术得到发展，特别是汽车智能化技术有了较大发展。 我国汽车电子技术在20世纪80年代开始起步，由于受到当时汽车技术和电子技术发展的制约，汽车电子技术仅仅处在科研探索和科技攻关阶段；90年代后，以电控发动机和汽车防抱死（ABS）为代表的汽车电子技术逐渐应用于国产汽车上，例如，上汽Santana2000汽车发动机采用了进气管燃油喷射电控技术，也是国产汽车*早采用该技术的车型。不过汽车电子控制核心技术主要由国外跨国公司掌握和控制，加上汽车产业和技术普遍以引进为主，我国自主研发和生产受到了抑制，关键技术受制于人，这一状况持续了相当长的时期。近十多年来，随着我国自主研发政策的调整，特别是综合国力的不断提升，汽车电子技术由国外引进为主逐渐转化为自主研发为主，基本改变了关键技术依赖国外的局面，汽车电子产业已经成为我国的核心技术产业。随着网络技术和智能技术在汽车上的广泛应用，汽车电子技术持续发挥重要作用，为国家汽车核心技术永远掌握在自己手里做出应有的贡献。 2）传统汽车电子与控制技术 传统汽车电子与控制技术主要以8位、16位、32位微控制器（MCU）为核心，依据汽车发动机、底盘和车身等工作原理和控制要求，设计电子控制单元（ECU）、电子控制模块（ECM）和控制算法，实现电子控制，提高汽车性能，主要包括发动机电子控制、底盘电子控制、车身电子控制和总线网络等。 （1）发动机电子控制。 发动机电子控制包括空燃比控制、点火正时控制、废气再循环控制、怠速控制、进气控制等，典型的发动机电子控制范例为发动机进气管燃油喷射控制系统，如图1.1所示。 （2）底盘电子控制。 底盘电子控制包括制动防抱死控制、驱动防滑控制、牵引力控制、电子控制悬架、车辆稳定性控制、电子控制自动变速器、汽车动力转向控制等。 典型的底盘电子控制范例为电子控制悬架系统，如图1.2所示。 （3）车身电子控制。 车身电子控制包括电子控制安全带、安全气囊、汽车防撞、自适应巡航、车道保持、车内气候控制、电子防盗系统、遥控门锁、电动座椅、电动后视镜、电子仪表板、灯光控制、轮胎压力监测、CAN总线技术等。 典型的车身电子控制范例为汽车防撞控制系统，如图1.3所示。 （4）车载汽车电子设备。 车载汽车电子设备包括车载娱乐、汽车信息、导航系统等辅助设备。例如，数字式收音机、音响、冰箱、电视、CD、汽车行驶的信息系统、车载通信系统、语音信息系统、网络设备、导航系统和智能运输系统的辅助设备等。 6.现代汽车电子与控制技术及发展 1）汽车电子集成控制 发动机在不同转速和扭矩下燃油喷射与点火集成控制，得到动力、油耗和排放的综合控制；无级变速系统与发动机集成控制，使传动系统与发动机实现*佳匹配；将转向、制动及悬架系统集成控制，得到优良的操控性与驾驶性；发动机动力与制动系统的集成控制，在实现汽车避撞的同时，提高了乘坐舒适性；汽车导航系统与自动驾驶、汽车防撞集成设计，提高汽车安全性和驾驶舒适性。 2）车联网技术 基于车内网络CAN总线、FlexRay总线网络，借助于通信网络和全球定位系统（GPS、北斗），发展车间通信网络、车与地面交通设施之间通信网络，可使汽车、道路、环境与乘员之间形成一个完整的系统网络，实现各种信号数据在不同控制子系统中的共享和实时交换，提高信号的利用率，实现远程通信、调控和故障诊断化，提高交通运输效率，降低交通事故发生概率，降低能耗和排放量。 3）车辆驾驶安全与辅助驾驶电子控制系统 为了提高汽车驾驶的安全性，车道保持辅助系统、防撞避撞控制系统利用超声波传感器、视觉传感器、毫米波雷达与激光雷达传感器等，与汽车自动制动和自动转向系统相结合，实现自动泊车、车道保持以及防撞避撞；与精密导航系统等技术相结合，*终实现自动驾驶。 4）汽车智能化技术 汽车集成控制逐渐向智能控制发展，电子控制设备的智能化是汽车电子控制技术的一个重要发展方向，其中控制软件借助于新型传感器、高性能电控单元、智能控制理论，使其具有判断推理、逻辑思维和自主决策等能力，实现自动行驶、制动和转向操作，提高现代汽车的自动化与智能化水平。 7.科技强国自主创新意识 汽车的电子化、智能化程度已成为衡量汽车技术水平高低的重要标志之一，未来汽车包括电动汽车、自动驾驶汽车关键技术的竞争，其本质上就是汽车电子化与智能化的科技强国竞争。鉴于国际上汽车电子与智能控制的激烈竞争，必须认清对“车辆电子学”课程学习的使命感，着眼汽车核心技术特别是汽车电子技术的自主研发基本定位，树立民族自信心，发奋图强，认真学习车辆电子测试与控制系统理论与方法，从整体和系统的角度学习研究车辆电子控制系统的组成、原理与设计，包括传感器、执行器和控制器特性评价，信号调理与驱动电路设计。克服车辆电子控制芯片、软件、关键传感器等“卡脖子”痛点和难点，为开展学位论文工作和科学技术研究打下良好的基础，为国分忧，成就未来。 1.2车辆电子学研究内容 车辆电子学讨论车辆电子控制系统的理论与方法，是从整体和系统的角度讨论车辆电子控制的组成、原理与设计，包括传感器、执行器和控制器特性评价，信号调理、驱动电路以及电控单元设计。 进一步研究车辆电子控制系统理论与方法，包括车辆发动机电子控制系统、车辆底盘与车身电子控制系统的控制模型、控制算法，从整体和系统的角度讨论车辆电子控制系统的组成、原理与设计，简要介绍车辆驾驶安全与辅助自动驾驶电子控制系统。 同时对先进的典型车辆电子系统实例进行分析，包括发动机喷油控制程序的设计与调试，结合作者科研工作积累，内容深度适当，列举设计实例，紧密结合*新技术，从创新和设计角度探
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