汽车电子系统技术报告

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1、第一讲：汽车电子系统技术报告目 录2、汽车嵌入式技术3、汽车总线技术4、车载信息系统5、汽车仪表盘1、汽车车载网络系统综述6、典型汽车电子应用1 汽车车载系统网络综述汽车本来是主要偏向于机械配合的一项技术，近几十年 随着电子技术的迅猛发展，各行各业都开始提倡机电一 体化，如今的汽车上都是动辄数百个电子元件，数以捆 计的汽车线路控制着汽车多个部门的协调工作，汽车电 子技术已经全面覆盖汽车行业。如今的汽车先进的技术 都于电子技术挂钩：电喷发动机，电动车窗，电动座椅 ，电控车身稳定系统，电子显示屏，电控悬架等等。而 如今的汽车都配备了一个电脑ECU来调节整个汽车的 运行，汽车电子技术已经成了汽车技术

2、进步的最大源泉 。国外专家预测未来3-5年内汽车上装用的电子装置成本 将占汽车整车成本的25%以上1 汽车车载系统网络综述但是随着汽车电子设备的不断增加, 势必会引起导线数量的 不断增多, 元器件、导线布置困难, 故障率增加等诸多问题 。在汽车内部各电控单元之间采用类似于计算机内部总线 的方式进行信息传递, 可以达到信息共享, 减少布线, 降低成 本以及提高总体可靠性的目的。汽车电子技术已发展到控 制系统综合化、信息共享化、机能智能化的新阶段。目前, 世界各大汽车厂商业已将数据总线植入其各车系的电控系 统中, 就像在20 世纪70 年代引入集成电路、80 年代引入微 处理器一样, 近10年来数

3、据总线技术的引入也将是汽车电子 技术发展的一个里程碑。1.1 车载网络系统的组成多路传输系统主要由模块、数据总线、网络、架构、通信 协议、网关等组成。 1) 模块：模块是一种电子装置。简单一点的如传感器，复 杂的如计算机（微处理器）等； 2) 数据总线：数据总线是模块间运行数据的通道，即所谓 的信息高速公路。如果模块可以发送和接收数据，则这样 的数据总线就称为双向数据总线。一般各汽车厂家均采用 专用的数据总线； 3) 网络：网络是为了实现信息共享而把多条数据总线连在 一起，或者把数据总线和模块作为一个系统； 4) 架构：架构是信息高速公路的配置，其输入和输出端规 定了什么信息能进和什么信息能出

4、，架构通常包含12条线 路，采用双线时，数据的传输是基于两条线的电压差。当 其中的1条线传输数据时，它对地有个参考电压。1.1 车载网络系统的组成5) 通信协议：通信协议犹如交通规则，包括“交通标志”的 制定方法。通信协议的标准蕴含“唤醒访问”和“握手”。“唤 醒访问”就是一个给模块的信号，这个模块为了节电而处于 休眠状态。“握手”就是模块间的相互确认兼容并处在工作 状态； 6) 网关：网络是连接异型网络的接口装置，它综合了桥接 器和路由器的功能，汽车网关主要是能在OSI参考模型的物 理层、数据链路层和应用层上对双方不同的协议进行翻译 。其作用是达到信息共享和不产生协议间的冲突，并使采 用不同

5、协议及速度的数据总线间实现无差错数据传输。1.2 车载网络系统的功能以POLO 2002为例，POLO 2002是上海大众汽车公司2003 年投放市场的最新乘用车款，为了能有效地进行车辆的负 荷管理，更加有效地实现车内灯控制和燃油供给控制等功 能，该车上装有车载网络系统，承担以前一直由单独的继 电器和控制单元所执行的功能，使车辆的整体性能大大提 高车载网络系统的核心部件为控制单元、它位于驾驶员 侧仪表板饰件后。车载网络系统通过控制单元对车辆各种 信号进行监测，根据设定的程序对燃油泵继电器、车内灯 等执行元件进行控制。车载网络系统主要有8方面的功能。1.2 车载网络系统的功能1) 负荷管理在行驶

6、中，大量舒适性装备和电热器，如座椅加热装置、后 窗加热装置、外后视镜加热装置和电子辅助加热装置等会引起 发电机过载，进而导致蓄电池放电，这种情况在距离板艇的短 途行车和冬季行驶，以及时停时走和附属装备过多的车辆中表 现得特别明显。考虑到短时间用电器的电流需求，车载网络系 统控制单元的负荷管理系统定期监控蓄电池电压，如果控制单 元识别到车载网络系统中电压低于l2.2V时，车载网络系统控制 单元将会提高发动机怠速转速，关闭后窗加热装置、座椅加热 装置和后视镜加热装置等，同时降低空调压缩机的功率，以保 持车辆行驶能力并确保其重新起动能力；当车载网络系统电压 高于12.7 V时，控制单元将会降低发动机

7、怠速转速，重新接通后 窗加热装置、座椅加热装鼹和外后视镜加热装置等，并提高空 调压缩机功率1.2 车载网络系统的功能2) 车内灯控制 车内灯控制功能主要有： 在车辆停止而车门未关闭状态下，车内灯10 min后自动关闭， 这样可以避免蓄电池不必要的放电 如果解除车辆遥控锁(门卡)或扳出点火钥匙，30 s后车内灯会自 动接通；在车辆遥控门锁起作用(门关闭)或打开点火开关后车内 灯立即自动关闭 车内灯在撞车时自动接通。 在点火开关关闭约30min后，自动关闭由手动打开的灯(车内灯 、前后阅读灯、行李厢照明灯、杂物厢照明灯和化妆镜)。该功 能同样有利于保持蓄电池电量。1.2 车载网络系统的功能3) 燃

8、油供给控制 POLO 2002中的汽油发动机有一个新的燃油供给控制装置，用 两个并联的继电器来代替单个集成防撞燃油关闭装置的燃油泵 继电器。这两个继电器是燃油泵继电器和燃油供给继电器，位 于车载网络系统控制单元上的继电器托架上。其工作方式为： 打开驾驶员侧车门后，车门触点开关(或集控门锁的关闭单元) 将信号发送到车载网络系统控制单元，接着车载网络系统控制 单元控制燃油供给继电器，井使燃油泵运行大约2 s。 当驾驶员侧车门短暂开启时，车载网络系统控制单元通过其 定时开关切断燃油泵继电器，油泵停止运转 如果驾驶员侧车门开启超过30 min，车载网络系统控制单元 通过其定时控制装置使得燃油泵重新受控

9、。 当打开点火开关或起动发动机后，燃油泵通过燃油泵继电器 由发动机控制单元控制。1.2 车载网络系统的功能4) 接通后风窗玻璃刮水器 当后风窗玻璃刮水器刮片位于1档、2档或间歇挡时，如 果将车辆挂人倒档，则后风窗玻璃刮水器会自动刮水一次，以 使驾驶员能看清车后的物体和路面。 5) 控制前风窗玻璃刮水器锁止装置 当前风窗玻璃刮水器已接通间歇档，发动机盖打开时， 反映此状况的信号将从发动机盖接触开关发送至车载网络系统 控制单元，控制单元将阻止前风窗玻璃刮水器运动，直至发动 机盖再次关闭。该功能对提高车辆使用安全性有利 6) 控制外后视镜和后窗加热装置 该功能用以保证车辆外后视镜和后窗加热装置只有在

10、发 动机运转时才能接通，并且在接通20 min后，加热装置自动关 闭。该功能是为了保持蓄电池的电量。1.2 车载网络系统的功能7) 后座椅靠背监控 后排座椅中间位置配有三点式安全带的车辆具有后座椅 靠背监控功能 如果后排座椅中间位置的靠背部分安装位置不正 确，在打开点火开关后仪表板中的靠背连锁装置指示灯会亮起 约20 s，提醒驾驶员或乘坐人员对之进行调整。 8) 转向信号和报警灯控制 车载网络系统控制单元对转向信号和报警灯可以实现如 下控制功能： a) 转向灯闪烁(左、右转向)。 b) 当接通报警灯按钮或撞车时闪烁报警。 c) 当触动防盗报警装置时闪烁。 d) 打开或关闭集中门锁时闪烁。1.3

11、 车载网络系统的应用车载网络系统的应用非常广泛，按照应用系统加以划分，可以 分为：车身控制系统、动力控制系统、安全控制系统和信息系 统等4个系统1.3 车载网络系统的应用 动力控制系统在动力控制系统内利用网络将发动机舱内设置的控制单元 连接起来。动力CAN数据总线一般连接3块控制单元，它们是发 动机、ABS/EDL及自动变速器控制单元（动力CAN数据总线实 际可以连接安全气囊、四轮驱动、与组合仪表等控制单元）。 总线可以同时传输10组数据，发动机控制单元5组，ABS/EDL3 组和自动变速器控制单元2组。数据总线以500kbit/s速率传输数 据，每一数据组传递大约需要0.25ms，每一控制单

12、元720ms发 送一次数据。在动力控制系统中，数据传递应尽可能快速，以便及时利 用数据，所以需要一个高性能的发送器。高速发送器会加快点 火系统间的数据传递，这样使接收到的数据立即应用到下一个 点火脉冲中去。1.3 车载网络系统的应用 车身控制系统与动力控制系统相比，汽车车身的各处都配置有车身系统部件 ，线索相对变长，容易受到电磁干扰的影响，为了防干扰应尽量降 低通信速度。目前常采用直连接总线及辅助总线。舒适CAN数据总线连接5块控制单元，包括中央控制单元及4 个车门的控制单元。舒适CAN数据传递一般具有5个功能：中央门 锁控制、电动车窗控制、照明开关控制、后视镜加热及自诊断功能 。如果一个控制

13、单元发生故障，其它控制单元仍可发送各自的数据该系统使经过车门的导线数量减少，线路变得简单。如果线路 中某处出现对地短路、对正极短路或线路间短路，CAN系统会立 即转为应急模式运行或转为单线模式运行。4个车门控制单元都是 中央控制，只需较少的自诊断线。数据总线以62.5kbit/s速率传输数据，第一组传递大约需要 1ms,每个控制单元20ms发送一次数据。舒适系统中的数据可以用 较低的速率传递，所以发送器性能比动力控制系统发送器性能低。1.3 车载网络系统的应用 安全控制系统这是指根据多个传感器的信息使安全气囊启动的系统。由 于安全控制系统涉及到人的生命安全，加之在汽车中安全气囊 数目多、碰撞传

14、感器多等原因，要求安全系统必须具备通信速 度快、通信可靠性高等特点。 信息（媒体娱乐）系统 信息系统（媒体娱乐）在车上的应用很广泛，例如车载电话、 音响多媒体系统。对信息系统通信总线的要求是：容量大、通 信速度非常高。通信媒体一般采用光纤或铜线，因为这两种介 质传输的速度非常快，能满足信息系统的高度化需求。1.4 国内外车载网络系统发展现状对比 网络总线技术掌握程度在欧美等汽车工业发达国家，网络总线技术的掌握者是 OEM厂家，网络总线开发一般依靠自己研发，在人力资源缺乏 的情况下也会依靠专业公司力量来完成网络总线开发，最后由 整车制造商按照自己的验收规范对专业设计公司的工作结果进 行验收。专业

15、公司开发的全过程都接受整车制造商管理和监督在中国，由于本土整车制造商还没有完全掌握车载网络总 线技术，有的甚至没有能力提出最基本的需求规范和验收规范 ，所以网络总线开发一般是依靠其它专业设计公司或者供应商1.4 国内外车载网络系统发展现状对比 网络总线标准的制定国际上大型的汽车整车制造商，都有自己一整套的网络总线 标准体系。这一整套的标准或与国际标准相仿，或者高于国际 标准。整车制造商的所有供应商都必须按照其标准来开发零部 件，这样才能保证所有零部件在网络总线中能够相互通信，从 而也使整车制造商的核心及关键技术通过自己独有的企业标准 得到保密。中国本土汽车整车制造商除极少数之外，大多没有整套的

16、 网络总线标准，有的只有部分标准，但是也没有让供应商很好 地使用。整车制造商在多数情况是迫于成本的压力，使用供应 商现有的产品，而现有的产品都是按照供应商各自的协议标准 开发的，结果往往是多个供应商的网络节点产品无法通信。因 此，必须根据各个网络节点使用的标准综合考虑，重新定制协 议标准，供应商再根据新的协议标准重新调整各个网络节点的 通信部分。1.4 国内外车载网络系统发展现状对比 网络总线开发流程在欧美，网络总线的开发基本上是按照国际先进的V模式开 发流程，自顶向下，逐步求精来搭建一个网络总线系统，即先 确定需求，然后按照需求总体设计，分步设计，供应商确定， 网络节点开发，网络节点测试，集成测试，系统测试，验收测 试等，最终设计出来优化的网络总线节点功能及结构，且通信 良好，可靠性高。总的来说，中国的网络总线开发流程自底向上开发设计的 较多