本书系统介绍汽车电子与电气系统的核心技术,涵盖电子系统基本构成、电子电气架构(EEA)演进、车载通信总线(CAN、LIN、以太网)、可靠性工程与ISO 26262功能安全、基于模型的开发(MBD)等关键技术,同时详细剖析动力总成、底盘稳定、车身电子和ADAS等典型控制系统。
通过本书的学习,读者将系统掌握汽车电子系统的基本要求与设计方法,深入理解汽车电子控制系统的结构组成与工作原理,培养对现代汽车电控技术的系统性认知,具备设计、分析和优化汽车电控系统的能力,以满足安全性、动力性、经济性与环境适应性等多重要求。
本书图文并茂、案例丰富,内容兼顾基础理论与行业前沿,适合车辆工程、汽车电子、自动化、智能网联汽车、电控等专业本科生及研究生作为教材使用,也可供车企一线工程技术人员以及科研院所汽车智能驾驶、车载电子相关方向的研究人员阅读。
第1章 汽车电子与电器系统的基本构成以及汽车电子环境1
1.1 汽车电子系统的基本作用、发展历程和研究方向 / 1
1.1.1 汽车电子系统的基本作用 / 1
1.1.2 汽车电子系统的发展历程 / 1
1.1.3 汽车电子的研究方向 / 2
1.2 汽车常见信号的类型特点 / 3
1.2.1 开关信号 / 3
1.2.2 频率信号 / 4
1.2.3 模拟信号 / 4
1.2.4 PWM 信号 / 5
1.2.5 数字信号 / 5
1.3 汽车电控系统传感器分类 / 7
1.3.1 压力传感器 / 7
1.3.2 位置传感器 / 7
1.3.3 温度传感器 / 8
1.3.4 加速度传感器 / 9
1.3.5 角速度传感器 / 10
1.3.6 气体浓度传感器 / 10
1.4 汽车电控系统执行系统分类 / 10
1.4.1 汽车电控系统执行系统的介绍 / 11
1.4.2 执行器的基本功能 / 11
1.4.3 执行器的分类 / 11
1.4.4 汽车执行器的性能要求 / 12
1.5 汽车电子控制单元的特点 / 14
1.5.1 ECU 的主要功能与作用 / 14
1.5.2 常见的ECU 类型和功能 / 15
1.5.3 ECU 的核心组成结构 / 15
1.5.4 汽车电子控制单元的通信网络 / 16
1.6 汽车电子系统的基本构成及各部分作用 / 17
1.7 汽车电控驱动方式及其作用 / 20
1.7.1 电控驱动系统的核心定位与分类 / 20
1.7.2 典型电控驱动方式的技术原理与应用 / 21
1.7.3 常用驱动电路拓扑结构 / 23
【本章习题】 / 26
第2章 汽车电子电气架构及其发展28
2.1 电子电气架构概述 / 28
2.1.1 电子电气架构定义 / 29
2.1.2 电子电气架构的特征 / 29
2.2 汽车电子系统的发展与EEA 演进 / 29
2.3 汽车电子电气硬件架构的发展 / 30
2.3.1 从分布式ECU 到域控制器的发展 / 30
2.3.2 芯片算力的发展 / 31
2.3.3 硬件架构的关键硬件技术 / 32
2.4 电子电气架构的主要类型 / 32
2.4.1 分布式汽车架构 / 33
2.4.2 域中心控制器架构 / 34
2.4.3 跨域融合 / 35
2.4.4 基于云平台的汽车电子架构 / 37
2.5 域控制器分类 / 37
2.5.1 动力域 / 37
2.5.2 底盘域 / 38
2.5.3 车身域 / 38
2.5.4 座舱域 / 39
2.5.5 智能驾驶域 / 40
2.6 汽车电子电气软件架构 / 41
2.6.1 软件架构的发展 / 41
2.6.2 硬件抽象层 / 41
2.6.3 操作系统现状 / 43
2.6.4 车载中间件标准:AUTOSAR / 44
2.7 汽车通信架构的发展 / 45
2.8 电子电气架构的设计与开发方法 / 46
2.8.1 设计原则与核心目标 / 46
2.8.2 现代设计方法:基于模型的系统工程 / 47
【本章习题】 / 49
第3章 汽车通信基础50
3.1 汽车总线分类及概念 / 50
3.1.1 主流汽车总线技术体系 / 51
3.1.2 技术发展趋势与挑战 / 51
3.2 CAN 总线及其物理层 / 52
3.2.1 CAN 总线在车辆上的应用 / 52
3.2.2 CAN 的基本特征 / 53
3.2.3 CAN 的分层结构 / 55
3.2.4 CAN 物理层 / 56
3.3 CAN 总线标准协议 / 59
3.3.1 CAN 总线的帧格式 / 59
3.3.2 CAN 总线的位填充 / 63
3.3.3 CAN 的报文错误及处理 / 64
3.3.4 CAN 的报文滤波 / 65
3.4 基于CAN 总线的应用层协议SAE J1939简介 / 65
3.4.1 SAE J1939 概述 / 65
3.4.2 SAE J1939 的协议数据单元 / 66
3.4.3 SAE J1939 参数类型 / 67
3.4.4 可疑参数编号SPN / 68
3.5 CAN FD / 69
3.6 LIN 总线 / 71
3.6.1 LIN 总线概述 / 71
3.6.2 LIN 总线物理层 / 72
3.6.3 LIN 总线网络架构 / 72
3.6.4 LIN 总线的通讯方式 / 73
3.6.5 网络管理和状态管理 / 77
3.7 车载以太网基础 / 78
3.7.1 以太网物理层标准 / 78
3.7.2 以太网OSI 层级划分 / 81
3.7.3 基于以太网的诊断协议DOIP / 82
3.7.4 SOME/IP 协议 / 87
【本章习题】 / 94
第4章 汽车电子可靠性概述97
4.1 可靠性的基本概念 / 97
4.1.1 可靠性的定义与内涵 / 97
4.1.2 可靠性与耐久性的联系及区别 / 98
4.1.3 汽车电子系统可靠性的特点与影响因素 / 98
4.1.4 汽车电子可靠性管理的工程意义 / 100
4.2 可靠性指标与数学模型 / 100
4.2.1 故障与失效的基本概念 / 100
4.2.2 可靠度函数与不可靠度函数 / 101
4.2.3 故障率函数与浴盆曲线 / 102
4.2.4 指数分布与Weibull 分布 / 103
4.2.5 MTBF、MTTF 与MTTR / 104
4.2.6 可用性及其工程计算 / 105
4.3 汽车电子失效机理与失效模式 / 106
4.3.1 电子元器件失效机理 / 106
4.3.2 典型失效模式及其工程表现 / 107
4.3.3 温度、湿度、盐雾与大气物理环境 / 108
4.3.4 振动、冲击与机械物理环境 / 109
4.3.5 电源扰动、电磁干扰与电气电磁环境 / 110
4.3.6 环境应力、失效机理与失效模式的因果链 / 111
4.4 可靠性与安全性分析方法 / 112
4.4.1 失效模式与影响分析 / 113
4.4.2 风险顺序数与FMEA 表格应用 / 113
4.4.3 故障树分析 / 115
4.4.4 FMEA 与FTA 的关系及工程互补性 / 116
4.4.5 失效模式影响与诊断分析 / 117
4.4.6 诊断覆盖率、SPFM、LFM 与PMHF / 119
4.5 汽车电子可靠性设计与验证 / 120
4.5.1 汽车电子可靠性设计的基本思想 / 120
4.5.2 降额设计、冗余设计与容错设计 / 122
4.5.3 可靠性测试与验证流程 / 123
4.5.4 车规级可靠性标准与环境试验 / 124
4.6 汽车功能安全概述（ISO 26262） / 125
4.6.1 功能安全的基本概念 / 125
4.6.2 汽车安全完整性等级划分 / 126
4.6.3 符合ISO 26262 的软件设计方法 / 136
【本章习题】 / 140
第5章 汽车电子开发方法141
5.1 汽车电子开发流程 / 141
5.1.1 V 模型:汽车电控开发的基准范式 / 142
5.1.2 V 模型的具体实施步骤与CACSD支持 / 143
5.1.3 基于模型的V 模式开发流程(MBD 与V 模型的融合) / 144
5.2 基于模型的设计概述 / 147
5.2.1 MBD 方法的产生和优势 / 147
5.2.2 MBD 工具链 / 148
5.2.3 基于模型设计的代码生成 / 150
5.2.4 MBD 在汽车电子开发中的应用 / 153
5.3 汽车电子开发工具链 / 159
5.3.1 硬件开发与仿真工具 / 160
5.3.2 软件开发与调试工具 / 160
5.3.3 系统仿真与测试工具 / 160
5.3.4 工具链选型核心原则 / 161
【本章习题】 / 161
第6章 常见电子控制系统163
6.1 动力总成控制系统 / 164
6.1.1 动力总成控制系统概述 / 164
6.1.2 发动机电控系统 / 164
6.1.3 变速箱电子控制系统控制技术 / 174
6.1.4 新能源汽车动力总成 / 177
6.2 底盘与车身稳定性控制系统 / 183
6.2.1 制动防抱死制动系统 / 183
6.2.2 电子稳定性控制系统 / 187
6.2.3 电动助力转向系统 / 190
6.2.4 自适应悬架系统 / 193
6.3 车身电子控制系统 / 198
6.3.1 BCM 主模块 / 199
6.3.2 仪表盘信息系统 / 200
6.4 安全与辅助驾驶系统 / 201
6.4.1 高级驾驶辅助系统基本概念 / 201
6.4.2 ADAS 中的视觉传感器 / 202
6.4.3 毫米波雷达工作原理 / 203
6.4.4 激光雷达 / 205
6.4.5 常见的ADAS 系统 / 206
【本章习题】 / 211
参考文献213
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