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車輛電子學(第2版工業和信息化部十四五規劃教材) 版權信息
- ISBN：9787030725974
- 條形碼：9787030725974 ; 978-7-03-072597-4
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
車輛電子學(第2版工業和信息化部十四五規劃教材) 內容簡介
本書著重研究車輛電子控制系統的理論與方法，包括車輛發動機電子控制系統、車輛底盤與車身電子控制系統的控制模型和控制算法，從整體和系統的角度討論車輛電子控制系統的組成、原理，對優選的典型車輛電子系統實例進行分析、電控單元設計，同時介紹了自動駕駛控制系統。 本書可作為車輛工程專業研究生的教材，也可作為相關專業的研究生教學參考書，還可供相關工程技術人員參考。
車輛電子學(第2版工業和信息化部十四五規劃教材) 目錄
目錄
第1章 緒論 1
1.1 車輛電子綜述 1
1.2 車輛電子學研究內容 6
習題與思考題 6
第2章 車輛電子傳感器與執行器驅動基礎 7
2.1發 動機傳感器與調理電路 7
2.1.1 發動機轉速傳感器 7
2.1.2 發動機溫度傳感器 9
2.1.3 發動機進氣壓力傳感器 10
2.1.4 熱膜式空氣流量傳感器 13
2.1.5 氧傳感器 13
2.1.6 爆震傳感器 15
2.1.7 曲軸位置傳感器 16
2.1.8 節氣門位置傳感器 17
2.2 底盤與車身傳感器及調理電路 18
2.2.1 加速度傳感器 18
2.2.2 踏板位置傳感器 20
2.2.3 輪速傳感器 20
2.2.4 轉向盤轉矩傳感器 20
2.2.5 測距傳感器 21
2.3 執行器驅動 22
2.3.1 驅動元件與驅動電路 22
2.3.2 集成驅動模塊 24
習題與思考題 25
第3章 車輛電子微控制器應用基礎 26
3.1 8位微控制器的基本構架 26
3.2 8位單片機電子控制單元硬件設計 30
3.3 車輛電子控制軟件設計與編程基礎 32
3.3.1 電控單元軟件的總體設計 32
3.3.2 主要功能模塊的設計 33
3.3.3 軟件開發環境 38
3.3.4 軟件抗干擾措施 39
3.4 RS232通信軟件設計 40
3.4.1 RS232通信基本原理 40
3.4.2 串口通信模塊程序設計 41
3.5 CAN通信軟件設計 43
3.5.1 MSCAN 的基礎 43
3.5.2 CAN總線通信的軟件設計 46
3.5.3 基于CAN總線的軟件程序設計實例 47
習題與思考題 58
第4章 車輛發動機電子控制系統 59
4.1 發動機電子控制技術發展史 59
4.2 汽油進氣管噴射發動機電子控制系統 60
4.2.1 發動機模型 60
4.2.2 噴油控制模型的建立 64
4.2.3 發動機初始噴油MAP圖的數值計算 66
4.2.4 噴油控制策略及控制軟件設計 69
4.3 汽油缸內直噴發動機電子控制系統 77
4.3.1 缸內直噴發動機燃燒模式 78
4.3.2 缸內高壓噴射控制系統 79
4.3.3 空氣輔助缸內直噴發動機電控系統 81
4.4 汽油機電控單元仿真與標定 91
4.4.1 仿真模塊 91
4.4.2 標定模塊 92
4.4.3 基于CCP的標定系統簡介 95
4.5 柴油機高壓共軌電子控制系統 97
4.5.1 基本組成 97
4.5.2 控制功能與基本原理 99
習題與思考題 104
第5章 車輛底盤電子控制系統 106
5.1 車輛自動變速器電子控制系統 106
5.1.1 車輛自動變速器系統組成 106
5.1.2 自動變速器電子控制換擋原理 106
5.1.3 計算模型和換擋控制原理 107
5.1.4 兩參數換擋電控系統分析 111
5.2 車輛防滑與平面穩定性電子控制系統 115
5.2.1 汽車制動防抱死控制系統 116
5.2.2 驅動防滑/牽引力控制系統 122
5.2.3 平面穩定性電子控制系統 126
5.3 車輛轉向電子控制系統 130
5.3.1 電控動力轉向系統 130
5.3.2 電控四輪轉向系統簡介 139
5.3.3 主動轉向系統簡介 143
5.4 車輛懸架電子控制系統 145
5.4.1 電控懸架系統的功能和類型 145
5.4.2 電控懸架控制系統的組成及原理 146
5.4.3 磁流變液減振器 149
習題與思考題 151
第6章 車輛駕駛安全與輔助自動駕駛電子控制系統 152
6.1 汽車主動避撞控制系統 152
6.1.1 縱向控制系統 152
6.1.2 側向控制系統 156
6.1.3 彎道避撞控制系統 158
6.2 自適應巡航控制系統 161
6.2.1 自適應巡航控制系統基礎 162
6.2.2 彎道目標識別 164
6.3 車道保持輔助系統 166
6.4 自動駕駛控制系統 168
6.4.1 自動駕駛概述 168
6.4.2 自動駕駛汽車控制系統基本組成 169
6.4.3 多傳感器信息融合技術 172
6.4.4 決策規劃 174
思考題與習題 177
參考文獻 178
第1章 緒論 1
1.1 車輛電子綜述 1
1.2 車輛電子學研究內容 6
習題與思考題 6
第2章 車輛電子傳感器與執行器驅動基礎 7
2.1發 動機傳感器與調理電路 7
2.1.1 發動機轉速傳感器 7
2.1.2 發動機溫度傳感器 9
2.1.3 發動機進氣壓力傳感器 10
2.1.4 熱膜式空氣流量傳感器 13
2.1.5 氧傳感器 13
2.1.6 爆震傳感器 15
2.1.7 曲軸位置傳感器 16
2.1.8 節氣門位置傳感器 17
2.2 底盤與車身傳感器及調理電路 18
2.2.1 加速度傳感器 18
2.2.2 踏板位置傳感器 20
2.2.3 輪速傳感器 20
2.2.4 轉向盤轉矩傳感器 20
2.2.5 測距傳感器 21
2.3 執行器驅動 22
2.3.1 驅動元件與驅動電路 22
2.3.2 集成驅動模塊 24
習題與思考題 25
第3章 車輛電子微控制器應用基礎 26
3.1 8位微控制器的基本構架 26
3.2 8位單片機電子控制單元硬件設計 30
3.3 車輛電子控制軟件設計與編程基礎 32
3.3.1 電控單元軟件的總體設計 32
3.3.2 主要功能模塊的設計 33
3.3.3 軟件開發環境 38
3.3.4 軟件抗干擾措施 39
3.4 RS232通信軟件設計 40
3.4.1 RS232通信基本原理 40
3.4.2 串口通信模塊程序設計 41
3.5 CAN通信軟件設計 43
3.5.1 MSCAN 的基礎 43
3.5.2 CAN總線通信的軟件設計 46
3.5.3 基于CAN總線的軟件程序設計實例 47
習題與思考題 58
第4章 車輛發動機電子控制系統 59
4.1 發動機電子控制技術發展史 59
4.2 汽油進氣管噴射發動機電子控制系統 60
4.2.1 發動機模型 60
4.2.2 噴油控制模型的建立 64
4.2.3 發動機初始噴油MAP圖的數值計算 66
4.2.4 噴油控制策略及控制軟件設計 69
4.3 汽油缸內直噴發動機電子控制系統 77
4.3.1 缸內直噴發動機燃燒模式 78
4.3.2 缸內高壓噴射控制系統 79
4.3.3 空氣輔助缸內直噴發動機電控系統 81
4.4 汽油機電控單元仿真與標定 91
4.4.1 仿真模塊 91
4.4.2 標定模塊 92
4.4.3 基于CCP的標定系統簡介 95
4.5 柴油機高壓共軌電子控制系統 97
4.5.1 基本組成 97
4.5.2 控制功能與基本原理 99
習題與思考題 104
第5章 車輛底盤電子控制系統 106
5.1 車輛自動變速器電子控制系統 106
5.1.1 車輛自動變速器系統組成 106
5.1.2 自動變速器電子控制換擋原理 106
5.1.3 計算模型和換擋控制原理 107
5.1.4 兩參數換擋電控系統分析 111
5.2 車輛防滑與平面穩定性電子控制系統 115
5.2.1 汽車制動防抱死控制系統 116
5.2.2 驅動防滑/牽引力控制系統 122
5.2.3 平面穩定性電子控制系統 126
5.3 車輛轉向電子控制系統 130
5.3.1 電控動力轉向系統 130
5.3.2 電控四輪轉向系統簡介 139
5.3.3 主動轉向系統簡介 143
5.4 車輛懸架電子控制系統 145
5.4.1 電控懸架系統的功能和類型 145
5.4.2 電控懸架控制系統的組成及原理 146
5.4.3 磁流變液減振器 149
習題與思考題 151
第6章 車輛駕駛安全與輔助自動駕駛電子控制系統 152
6.1 汽車主動避撞控制系統 152
6.1.1 縱向控制系統 152
6.1.2 側向控制系統 156
6.1.3 彎道避撞控制系統 158
6.2 自適應巡航控制系統 161
6.2.1 自適應巡航控制系統基礎 162
6.2.2 彎道目標識別 164
6.3 車道保持輔助系統 166
6.4 自動駕駛控制系統 168
6.4.1 自動駕駛概述 168
6.4.2 自動駕駛汽車控制系統基本組成 169
6.4.3 多傳感器信息融合技術 172
6.4.4 決策規劃 174
思考題與習題 177
參考文獻 178
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車輛電子學(第2版工業和信息化部十四五規劃教材) 節選
第1章緒論 1.1車輛電子綜述 1.汽車文明 汽車自1886年發明以來已經有100多年的歷史，汽車已成為人們日常生活中不可缺少的交通工具。汽車擴展了人類出行的半徑，縮短了人與人之間的距離，提高了物流和信息傳遞的速度，改變了人類的生活方式；汽車帶來了速度和效率，帶來了財富與繁榮，改變了人類的生產方式，極大地滿足了人類社會對物質財富的需求。 2.汽車的危害 汽車帶來了交通事故、環境污染、資源枯竭，威脅著人類的生存。依靠傳統的機械技術已經不能適應日益嚴格的公害控制法規，機械技術在汽車領域的應用已相當成熟，有的已達到了物理極限，使基于機械技術的傳統汽車產品進入高度成熟期，并即將進入衰退期，難以實現技術上的重大突破，不能完全滿足人們對汽車“安全、舒適、方便、節能、環保”的要求，汽車產業要發展，必須尋找新的技術突破口。 3.汽車技術的轉化方向 電子信息技術為汽車工業的突破性發展提供了千載難逢的機遇，汽車電子數字化成為當今世界汽車技術發展的主流。汽車產業電子數字化已成為提升汽車傳統產業技術的根本途徑。 隨著汽車向微電子、信息、新材料、新能源等高新技術方向轉變，汽車的性能和質量得到了進一步提高，逐步解決汽車環保生態問題，明顯提高了汽車的動力性、舒適性、安全性和燃油經濟性。 目前，汽車的電子化程度已成為衡量汽車技術水平高低的重要標志。汽車電子產品具有重量輕、占用空間小、處理速度快、傳感精度高、信息容量大等特點。未來汽車市場的競爭，其本質上就是汽車電子化的競爭。 電子信息技術開創了當今的汽車電子時代。汽車電子化、數字化、網絡化將成為汽車工業的主導。 汽車電子控制系統是為了解決與汽車功能要求有關的問題，而這些問題僅依靠通常的機械系統是難以解決的。例如，汽車制動防抱死系統ABS是為了保證車輛在濕滑路面上行駛時的安全性；懸架控制用來改善汽車的平順性、操縱穩定性；而動力轉向的目的是改善停車或低速駕駛時的轉向輕便性，以及保證在高速行駛時的路感。 近年來汽車電子技術飛速發展的主要原因如下： （1）電子技術在汽車發動機及整車上的廣泛應用，使汽車在各種工況下始終處于*佳工作狀態，各項性能指標獲得較大的改善。如燃油消耗降低，動力性提高，排氣污染減少，并能大大提高汽車工作可靠性、安全性和乘員舒適性。電子技術可使汽車、道路、環境與乘員之間形成一個完整的系統網絡，這是采用任何機械的手段所無法達到的。 （2）電子裝置運行極為精確，并且本身不會磨損。若把電子技術應用于汽車控制與監測，由于有自學習功能和一些閉環控制，使生產或運行中產生的一些誤差也會受到嚴格控制，這將會改善汽車功能，并能延長汽車的維修周期和使用壽命。 （3）電子裝置通用性好。如各種傳感器、報警器、計算機系統軟件等，比機械部件更容易換裝到各種車輛上。 （4）隨著電子技術的發展，電子電路集成化程度越來越高，因而電子裝置具有體積小、重量輕、故障率低、使用方便等優點。 （5）高新技術的飛速發展，使電子產品價格不斷下降，品種越來越多，產量越來越大，因而在各領域中得到了廣泛應用。 汽車電子控制技術不僅可對現有機械設計進行性能改進，在很大程度上還會影響傳統設計方法，從而啟發創新的機械系統設計。這種創新設計方案需要結合或依靠電控系統來實現。汽車設計已經演變為機械、電子控制與信息一體化設計模式。 4.汽車電子與控制技術的基本含義 汽車電子與控制技術是指將以計算機為代表的微電子技術、信息技術引入汽車工業領域，使傳統汽車機械系統與電子技術、信息技術相融合，實現汽車產品的電子數字化、網絡信息化和控制智能化，滿足人們對汽車“安全、舒適、方便、節能、環保”的要求。 汽車電子技術的廣泛應用，更新了傳統的汽車概念。傳統的汽車主要是一個機械系統，現代汽車是一個機械電子體系，現代汽車正在成為機電一體化、多種高新技術綜合集成的載體。可以形象地說，現代汽車是車輪上的計算機。傳統汽車工程學科的基礎是力學、機械工程、材料科學；現代汽車工程除了上述學科之外，電子學、計算機、自動控制、信息技術、互聯網技術正在快速向汽車工業滲透并成為現代汽車的支撐學科。 汽車電子與控制技術是汽車電子控制領域中具體應用的分支學科，主要以數學方法和工程方法為工具，綜合運用汽車和微電子技術以及自動控制理論，并使三者有機結合，實現汽車性能的*優化，保證汽車總體性能水平。 5.傳統汽車電子與控制技術及發展史 1）汽車電子與控制發展史 全球汽車電子技術的發展及其大規模應用是從20世紀70年代末開始的，大致經歷了4個發展階段： **個發展階段為1971年以前，利用分立電子元件或集成電路開始生產的二極管整流交流發電機、電壓調節器、電子閃光器、電子喇叭、間歇刮水裝置、汽車收音機、電子點火裝置和數字鐘等。從此揭開了汽車電子技術發展的序幕。 第二個發展階段為1974～1982年，以集成電路和16位以下的微控制器在汽車上的應用為標志。主要包括電子燃油噴射、自動門鎖、程控駕駛、高速告警系統、自動燈光系統、霜控制、制動防抱死系統、車輛導向、撞車預警傳感器、電子變速器、閉環排氣控制、自動巡航控制、防盜系統、實車故障診斷等電子產品。這期間*具代表性的是電子汽油噴射技術的發展和制動防抱死技術的成熟，用電子技術控制實現主要機械功能。 第三個發展階段為1982～1990年，微控制器在汽車上的應用日趨可靠和成熟，并向智能化方向發展。開發的產品有牽引力控制、全輪轉向控制、直視儀表板、聲音合成與識別器、電子負荷調節器、電子道路監視器、蜂窩式電話、可加熱式擋風玻璃、倒車示警、胎壓監測、高速限制、自動后視鏡系統、道路狀況指示器、電子冷卻控制和寄生功率控制等。 第四個發展階段為1990年至今，微波系統、多路傳輸系統、32位微控制器、數字信號處理方式的應用，使通信與導向協調系統、自動防撞系統、動力優化系統、自動駕駛與電子地圖技術得到發展，特別是汽車智能化技術有了較大發展。 我國汽車電子技術在20世紀80年代開始起步，由于受到當時汽車技術和電子技術發展的制約，汽車電子技術僅僅處在科研探索和科技攻關階段；90年代后，以電控發動機和汽車防抱死（ABS）為代表的汽車電子技術逐漸應用于國產汽車上，例如，上汽Santana2000汽車發動機采用了進氣管燃油噴射電控技術，也是國產汽車*早采用該技術的車型。不過汽車電子控制核心技術主要由國外跨國公司掌握和控制，加上汽車產業和技術普遍以引進為主，我國自主研發和生產受到了抑制，關鍵技術受制于人，這一狀況持續了相當長的時期。近十多年來，隨著我國自主研發政策的調整，特別是綜合國力的不斷提升，汽車電子技術由國外引進為主逐漸轉化為自主研發為主，基本改變了關鍵技術依賴國外的局面，汽車電子產業已經成為我國的核心技術產業。隨著網絡技術和智能技術在汽車上的廣泛應用，汽車電子技術持續發揮重要作用，為國家汽車核心技術永遠掌握在自己手里做出應有的貢獻。 2）傳統汽車電子與控制技術 傳統汽車電子與控制技術主要以8位、16位、32位微控制器（MCU）為核心，依據汽車發動機、底盤和車身等工作原理和控制要求，設計電子控制單元（ECU）、電子控制模塊（ECM）和控制算法，實現電子控制，提高汽車性能，主要包括發動機電子控制、底盤電子控制、車身電子控制和總線網絡等。 （1）發動機電子控制。 發動機電子控制包括空燃比控制、點火正時控制、廢氣再循環控制、怠速控制、進氣控制等，典型的發動機電子控制范例為發動機進氣管燃油噴射控制系統，如圖1.1所示。 （2）底盤電子控制。 底盤電子控制包括制動防抱死控制、驅動防滑控制、牽引力控制、電子控制懸架、車輛穩定性控制、電子控制自動變速器、汽車動力轉向控制等。 典型的底盤電子控制范例為電子控制懸架系統，如圖1.2所示。 （3）車身電子控制。 車身電子控制包括電子控制安全帶、安全氣囊、汽車防撞、自適應巡航、車道保持、車內氣候控制、電子防盜系統、遙控門鎖、電動座椅、電動后視鏡、電子儀表板、燈光控制、輪胎壓力監測、CAN總線技術等。 典型的車身電子控制范例為汽車防撞控制系統，如圖1.3所示。 （4）車載汽車電子設備。 車載汽車電子設備包括車載娛樂、汽車信息、導航系統等輔助設備。例如，數字式收音機、音響、冰箱、電視、CD、汽車行駛的信息系統、車載通信系統、語音信息系統、網絡設備、導航系統和智能運輸系統的輔助設備等。 6.現代汽車電子與控制技術及發展 1）汽車電子集成控制 發動機在不同轉速和扭矩下燃油噴射與點火集成控制，得到動力、油耗和排放的綜合控制；無級變速系統與發動機集成控制，使傳動系統與發動機實現*佳匹配；將轉向、制動及懸架系統集成控制，得到優良的操控性與駕駛性；發動機動力與制動系統的集成控制，在實現汽車避撞的同時，提高了乘坐舒適性；汽車導航系統與自動駕駛、汽車防撞集成設計，提高汽車安全性和駕駛舒適性。 2）車聯網技術 基于車內網絡CAN總線、FlexRay總線網絡，借助于通信網絡和全球定位系統（GPS、北斗），發展車間通信網絡、車與地面交通設施之間通信網絡，可使汽車、道路、環境與乘員之間形成一個完整的系統網絡，實現各種信號數據在不同控制子系統中的共享和實時交換，提高信號的利用率，實現遠程通信、調控和故障診斷化，提高交通運輸效率，降低交通事故發生概率，降低能耗和排放量。 3）車輛駕駛安全與輔助駕駛電子控制系統 為了提高汽車駕駛的安全性，車道保持輔助系統、防撞避撞控制系統利用超聲波傳感器、視覺傳感器、毫米波雷達與激光雷達傳感器等，與汽車自動制動和自動轉向系統相結合，實現自動泊車、車道保持以及防撞避撞；與精密導航系統等技術相結合，*終實現自動駕駛。 4）汽車智能化技術 汽車集成控制逐漸向智能控制發展，電子控制設備的智能化是汽車電子控制技術的一個重要發展方向，其中控制軟件借助于新型傳感器、高性能電控單元、智能控制理論，使其具有判斷推理、邏輯思維和自主決策等能力，實現自動行駛、制動和轉向操作，提高現代汽車的自動化與智能化水平。 7.科技強國自主創新意識 汽車的電子化、智能化程度已成為衡量汽車技術水平高低的重要標志之一，未來汽車包括電動汽車、自動駕駛汽車關鍵技術的競爭，其本質上就是汽車電子化與智能化的科技強國競爭。鑒于國際上汽車電子與智能控制的激烈競爭，必須認清對“車輛電子學”課程學習的使命感，著眼汽車核心技術特別是汽車電子技術的自主研發基本定位，樹立民族自信心，發奮圖強，認真學習車輛電子測試與控制系統理論與方法，從整體和系統的角度學習研究車輛電子控制系統的組成、原理與設計，包括傳感器、執行器和控制器特性評價，信號調理與驅動電路設計。克服車輛電子控制芯片、軟件、關鍵傳感器等“卡脖子”痛點和難點，為開展學位論文工作和科學技術研究打下良好的基礎，為國分憂，成就未來。 1.2車輛電子學研究內容 車輛電子學討論車輛電子控制系統的理論與方法，是從整體和系統的角度討論車輛電子控制的組成、原理與設計，包括傳感器、執行器和控制器特性評價，信號調理、驅動電路以及電控單元設計。 進一步研究車輛電子控制系統理論與方法，包括車輛發動機電子控制系統、車輛底盤與車身電子控制系統的控制模型、控制算法，從整體和系統的角度討論車輛電子控制系統的組成、原理與設計，簡要介紹車輛駕駛安全與輔助自動駕駛電子控制系統。 同時對先進的典型車輛電子系統實例進行分析，包括發動機噴油控制程序的設計與調試，結合作者科研工作積累，內容深度適當，列舉設計實例，緊密結合*新技術，從創新和設計角度探
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