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