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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 ECVT 359

16.5.2 ZF电控ECVT 362

16.5.3 ECVT-Multitronic 362

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