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第一篇 总论2

第1章 绪论2

1.1 新时代的黎明2

1.1.1 汽车工业与电子工业——友好的对手2

1.1.2 美国政府的政策3

1.2 微型计算机在汽车电子系统中的应用3

1.2.1 早期运用时期3

1.2.2 过度运用时期4

1.3 未来展望4

参考文献5

第二篇 传感器和执行器8

第2章 压力传感器8

2.1 汽车压力测量8

2.1.1 压力计式测量9

2.1.2 绝对式测量9

2.1.3 压差式测量9

2.1.4 液位式测量10

2.1.5 压力开关10

2.2 压力传感器在汽车中的应用10

2.2.1 压力传感器当前的应用情况12

2.2.2 压力传感器的新型应用14

2.2.3 压力传感器的其他应用17

2.2.4 燃烧室压力19

2.2.5 其他压力测量19

2.2.6 分压测量20

2.3 压力传感器技术20

2.3.1 电位计式压力传感器21

2.3.2 线性可变差动变压器（LVDT）21

2.3.3 无液气压计22

2.3.4 电容式压力传感器22

2.3.5 压阻应变式压力传感器23

2.3.6 压电式压力传感器25

2.3.7 光纤燃烧压力传感器26

2.3.8 压力开关27

2.3.9 压力阀/调节器27

2.4 压力传感器的未来发展28

参考文献28

作者简介29

第3章 线性与角度位置传感器30

3.1 概述30

3.2 位置传感器的分类30

3.2.1 增量式位置传感器（或绝对位置传感器）30

3.2.2 接触式位置传感器（或接近式位置传感器）31

3.3 位置传感器技术31

3.3.1 微型开关式位置传感器31

3.3.2 光学位置传感器32

3.3.3 电位计位置传感器34

3.3.4 电磁式位置传感器36

3.3.5 其他位置传感器46

3.4 位置传感器与控制系统的接口技术46

参考文献47

作者简介48

第4章 流量传感器49

4.1 概述49

4.2 流量传感器在汽车上的应用49

4.2.1 进气流量传感器49

4.2.2 流量传感器的未来应用趋势50

4.3 流量传感器的基本类型51

4.4 流量传感器技术52

4.4.1 气体流量传感器52

4.4.2 液体流量传感器55

参考文献56

作者简介56

第5章 温度和湿度传感器57

5.1 温度、热量和湿度57

5.1.1 湿度（热的效应）57

5.1.2 传导、对流和辐射57

5.1.3 汽车中的热源57

5.1.4 湿度的影响59

5.1.5 对电子器件可靠性的影响59

5.2 汽车温度测量61

5.2.1 液体温度测量62

5.2.2 蓄电池温度63

5.2.3 空气温度测量64

5.2.4 催化剂温度64

5.2.5 氧传感器64

5.2.6 轮胎温度测量65

5.2.7 电子元件的故障检测65

5.2.8 空气质量流量传感器66

5.2.9 汽车上一些新型控制系统中的温度测量68

5.3 汽车湿度测量68

5.3.1 发动机性能69

5.3.2 乘客室舒适性69

5.3.3 制动液含水量测量69

5.4 温度传感器70

5.4.1 热敏电阻70

5.4.2 热电偶71

5.4.3 双金属片开关72

5.4.4 电位器温度传感器72

5.4.5 电阻型温度探测器（RTD）72

5.4.6 半导体技术73

5.4.7 调温器75

5.4.8 光纤温度传感器76

5.4.9 温度指示计76

5.4.10 红外温度传感器76

5.4.11 热执行器/热降温76

5.5 湿度传感器76

5.5.1 电容式湿度传感器77

5.5.2 电阻式湿度传感器77

5.5.3 多孔氧化硅77

5.6 结论78

参考文献78

作者简介79

第6章 废气传感器80

6.1 基本概念80

6.2 λ控制传感器的工作原理85

6.2.1 λ=1传感器：氧化锆式（ZrO2）λ传感器85

6.2.2 λ=1传感器：半导体式（氧化钛式λ传感器）87

6.2.3 稀薄相对空燃比传感器：Nernst型88

6.2.4 限流式稀薄相对空燃比传感器89

6.2.5 宽带相对空燃比传感器：单室90

6.2.6 宽带相对空燃比传感器：两室90

6.3 陶瓷式废气传感器92

6.3.1 ZrO2型废气传感器92

6.3.2 套管型废气传感器93

6.3.3 平面型氧传感器93

6.3.4 Al2O3型废气传感器95

6.3.5 陶瓷式废气传感器的构造95

6.4 影响λ=1传感器工作特性的因素95

6.4.1 影响静态工作特性的因素95

6.4.2 影响动态工作特性的因素96

6.5 废气传感器的应用98

6.5.1 工作条件98

6.5.2 排放认证99

6.6 其他废气传感器101

6.6.1 混合电势型废气传感器101

6.6.2 双泵单元型废气传感器102

6.6.3 半导体型废气传感器102

6.6.4 催化剂型气体传感器103

参考文献104

作者简介105

第7章 速度和加速度传感器106

7.1 概述106

7.2 速度传感器106

7.3 速度传感器在汽车中的应用111

7.4 加速度传感器113

7.4.1 机械式加速度传感器114

7.4.2 压电式加速度传感器114

7.4.3 压阻式加速度传感器115

7.4.4 电容式加速度传感器116

7.5 加速度传感器在汽车中的应用123

7.6 新型速度和加速度传感器126

7.7 速度和加速度传感器的应用前景129

参考文献132

作者简介133

第8章 爆震传感器134

8.1 概述134

8.2 爆震现象135

8.3 爆震传感技术137

8.4 结论141

参考文献142

作者简介142

第9章 转矩传感器143

9.1 概述143

发动机时间尺度143

9.2 汽车转矩测量145

9.2.1 非车载测量145

9.2.2 车载测量146

9.3 直接式转矩传感器148

9.4 间接式转矩传感器150

9.5 结论155

参考文献155

作者简介156

第10章 执行器157

10.1 概述157

10.2 机电式执行器157

10.2.1 磁式执行器157

10.2.2 电动式执行器170

10.2.3 热式执行器172

10.3 汽车执行器173

10.3.1 用于制动和发动机调节的执行器173

10.3.2 汽油机电控燃油喷射系统的执行器177

10.3.3 柴油机电控燃油喷射系统的执行器178

10.3.4 乘员安全系统中的执行器179

10.3.5 电控自动变速器中的执行器181

10.3.6 前照灯垂直方向控制的执行器182

10.4 执行器的未来应用技术182

10.4.1 微机械阀183

10.4.2 超声波电动机183

参考文献185

作者简介189

第三篇 控制系统192

第11章 汽车微控制器192

11.1 微控制器的构造及性能特征192

11.1.1 微控制器的模块图193

11.1.2 微控制器的引脚图193

11.1.3 微控制器的中央处理单元194

11.1.4 微控制器的总线控制器200

11.1.5 微控制器的工作频率201

11.1.6 微控制器的指令系统202

11.1.7 微控制器的程序设计语言204

11.1.8 微控制器的中断结构206

11.1.9 微控制器的制作工艺211

11.1.10 微控制器的温度范围214

11.2 微控制器的存储器214

11.2.1 片上存储器215

11.2.2 片外存储器219

11.3 低速输入/输出端口222

11.3.1 推挽式引脚配置223

11.3.2 漏极开路型端口配置223

11.3.3 高阻抗型输入端口配置224

11.3.4 准双向端口引脚配置224

11.3.5 双向型端口应用实例226

11.4 高速输入/输出端口227

11.4.1 高速输入/输出外围器件227

11.4.2 定时/计数结构228

11.4.3 输入信号的采集230

11.4.4 输出比较与软件计数器230

11.4.5 脉冲宽度调制信号（PWM ）231

11.5 串行通信232

11.5.1 同步串行通信233

11.5.2 异步串行通信235

11.6 模/数转换器237

11.6.1 模/数转换器的类型237

11.6.2 模/数转换过程239

11.6.3 模/数转换接口239

11.6.4 模拟及数字参考电压240

11.7 失效保护策略241

11.7.1 硬件失效保护策略241

11.7.2 软件失效保护策略242

11.8 微控制器发展趋势243

参考文献246

作者简介247

第12章 发动机控制系统248

12.1 发动机控制系统的目标248

12.1.1 排放性能248

12.1.2 燃油经济性252

12.1.3 汽车的行驶稳定性252

12.1.4 燃油蒸气排放252

12.1.5 系统自诊断253

12.2 点燃式发动机的控制253

12.2.1 发动机控制功能253

12.2.2 发动机控制模式263

12.2.3 发动机自诊断266

12.2.4 燃油供给系统268

12.2.5 点火控制系统276

12.3 压燃式柴油机的控制282

12.3.1 柴油机的控制功能282

12.3.2 柴油供给系统284

作者简介285

第13章 变速器控制系统286

13.1 概述286

13.2 自动变速器电子控制系统的组成287

13.2.1 变速机构287

13.2.2 电子控制单元288

13.2.3 执行机构291

13.3 自动变速器电子控制系统的功能292

13.3.1 基本功能293

13.3.2 换挡控制的优化298

13.3.3 对驾驶行为及交通状况的自适应300

13.4 与其他控制单元间的通信301

13.5 动力传动的优化302

13.6 自动变速器的发展趋势303

参考文献305

作者简介306

第14章 巡航控制系统307

14.1 概述307

14.2 巡航控制系统中微控制器的技术要求309

14.3 巡航控制系统的软件310

14.4 巡航控制系统的设计312

14.5 未来的巡航控制理念313

14.6 结论314

参考文献314

作者简介315

第15章 制动控制系统316

15.1 概述316

15.2 制动系统的功能316

15.2.1 轮胎-路面系统316

15.2.2 制动时的车辆受力分析318

15.2.3 制动系统的组成320

15.3 防抱死制动系统323

15.4 未来汽车制动控制系统329

参考文献330

作者简介331

第16章 驱动防滑控制系统332

16.1 概述332

16.1.1 驱动力优化332

16.1.2 稳定性优化（转向控制）333

16.1.3 稳定性和驱动力优化334

16.2 影响车轮驱动力的因素334

16.3 驱动防滑控制系统的布置336

16.4 ASR的信号接口338

16.5 ASR的控制算法339

16.5.1 信号处理340

16.5.2 驱动转矩的计算340

16.5.3 驱动转矩减少341

16.5.4 制动力矩控制（BMR）342

16.5.5 自动制动差速器（ABD）342

16.6 驱动防滑控制系统的主要部件343

16.6.1 液压单元343

16.6.2 电子控制单元（ECU）347

16.7 ASR的发展趋势348

参考文献349

作者简介350

第17章 汽车稳定性控制系统351

17.1 概述351

17.2 VDC系统的基本概念352

17.3 VDC系统及其控制354

17.3.1 汽车稳定性控制器355

17.3.2 汽车防滑控制器357

17.3.3 VDC系统的试验和仿真结果362

17.3.4 在VDC系统出现故障过程中的局部功能有效性365

17.4 VDC系统的液压系统365

17.4.1 液压单元HU5.3366

17.4.2 预压泵（eVLP）366

17.5 VDC系统的传感器367

17.5.1 目前采用的VDC系统传感器367

17.5.2 未来采用的VDC传感器368

17.5.3 传感器的工作原理370

17.5.4 传感器接口371

17.6 VDC系统的电子控制单元（ECU）371

17.6.1 与HU分离的ECU371

17.6.2 与HU一体化的ECU372

17.7 VDC系统的安全概念373

17.7.1 避免故障374

17.7.2 自我检测、自我监控和部件测试375

17.7.3 故障检测逻辑376

17.7.4 未识别故障的处理措施378

17.7.5 故障检测后的系统行为378

参考文献381

作者简介381

第18章 悬架控制系统383

18.1 阻尼控制系统383

18.2 油气悬架控制系统386

18.3 电子高度控制系统387

18.4 主动悬架389

18.5 结论398

参考文献399

作者简介400

第19章 转向控制系统401

19.1 可变助力转向系统401

19.1.1 电子控制助力转向系统的基础401

19.1.2 电子控制助力转向系统的类型402

19.1.3 液压式EPS402

19.1.4 电动液压式EPS406

19.1.5 电动式EPS408

19.1.6 EPS的节能性415

19.1.7 EPS的研究和发展趋向416

19.2 四轮转向系统417

19.2.1 4WS的基本原理417

19.2.2 4WS的分类420

19.2.3 各种4WS的工作原理421

19.2.4 电动式4WS428

19.2.5 4WS的研究和发展趋势431

参考文献433

作者简介434

第20章 灯光、雨刮器和空调控制系统435

20.1 灯光控制系统435

20.2 雨刮器控制系统444

永磁步进电动机速度控制444

20.3 空调与暖风控制系统450

20.4 综合负载控制456

20.5 电气负载控制新技术461

20.6 结论462

参考文献463

作者简介464

第四篇 仪表与信息系统466

第21章 仪表显示技术466

21.1 电子显示器的发展过程466

21.2 真空荧光显示器（VFD）466

21.3 液晶显示器468

21.4 阴极射线管（CRT）显示器468

21.5 超视距平视显示系统（HUD）469

21.6 电子模拟显示器470

21.7 显示器的发展趋势471

参考文献472

作者简介473

第22章 车载故障诊断系统474

22.1 为什么要进行车载故障诊断？474

22.2 车载故障诊断系统介绍479

22.3 非车载故障诊断系统介绍480

22.4 车载故障诊断的立法和标准化481

22.5 未来车载故障诊断系统489

参考文献491

作者简介492

第五篇 安全、舒适、娱乐系统494

第23章 乘员安全舒适系统494

23.1 乘员安全系统494

23.2 乘员舒适系统507

参考文献511

作者简介511

第24章 无线遥控入车与防盗系统512

24.1 概述512

24.2 无线遥控入车系统与防盗系统的特征512

24.2.1 无线遥控入车系统512

24.2.2 防盗系统513

24.3 RKE系统设计514

24.3.1 系统结构选型514

24.3.2 钥匙性能标准515

24.3.3 发射器的工作517

24.3.4 接收器的工作519

24.3.5 RKE安全性运算法则522

24.3.6 RF频率波段527

24.3.7 调制方案——ASK与FSK调制527

24.3.8 RF发射器——PLL与SAW谐振器527

24.3.9 RF接收器——超再生与超外差529

24.3.10 超外差结构529

24.4 汽车防盗系统设计532

24.5 新技术——免匙入车系统和双向RKE533

参考文献534

作者简介534

第25章 音响系统535

25.1 音响系统的基本原理535

25.1.1 声音特性535

25.1.2 声音特征536

25.1.3 基本心理声学536

25.1.4 心理声学现象538

25.2 汽车音响设备的发展简史538

25.3 现代汽车音响系统539

25.3.1 媒体540

25.3.2 信号处理543

25.3.3 音响系统的影响因素545

25.4 汽车音响系统的发展趋势546

25.4.1 媒体546

25.4.2 信号处理新技术550

参考文献551

作者简介552

第26章 多路传输总线系统553

26.1 车辆数据的多路传输553

26.1.1 三类车载网络的特性对比553

26.1.2 车载网络的特征参数555

26.1.3 车载网络的结构体系556

26.2 多路传输数据编码技术565

26.2.1 脉宽调节（PWM）568

26.2.2 可变脉宽调制（VPWM）570

26.2.3 标准10-bit NRZ571

26.2.4 位填充NRZ（bit-stuf NRZ）572

26.2.5 L-曼彻斯特型（L-MAN）574

26.2.6 E-曼彻斯特型（E-MAN）575

26.2.7 改进的频率调制（MFM）576

26.3 车辆多路传输总线系统的物理层580

26.3.1 单线电压驱动技术580

26.3.2 利用双线的三媒介驱动技术581

26.3.3 传输介质的选择583

26.3.4 媒介选择和驱动技术问题584

26.4 车辆多路传输总线协议585

26.4.1 车载数据串行通用接口系统（A-BUS）的协议586

26.4.2 控制器局域网络（CAN）588

26.4.3 数字数据总线（D2B）590

26.4.4 克莱斯勒冲突检测 （C2D）（SAE J1567协议）592

26.4.5 B级数据通信网络接口（SAE J1850 PWM）595

26.4.6 B级数据通信网络接口（SAE J1850 VPWM）597

26.4.7 克莱斯勒传感器和控制（CSC）总线（SAE J2058协议）600

26.4.8 Token Slot协议（SAE J2106）605

26.4.9 时间触发协议（TTP）609

26.4.10 汽车局域网（VAN）611

26.5 结论613

26.5.1 汽车电子的未来614

26.5.2 B级通信网络614

26.5.3 A级多路总线615

26.5.4 A级数据网络和B级数据网络的比较617

26.5.5 SAE J1850标准618

参考文献620

作者简介621

第六篇 电磁干扰和电磁兼容624

第27章 电磁兼容标准与电磁干扰624

27.1 SAE的汽车电磁兼容相关标准624

27.2 IEEE的汽车电磁兼容相关标准628

27.3 汽车电子系统的电磁环境629

27.3.1 测试方法630

27.3.2 测试设备630

27.3.3 结论631

参考文献635

作者简介636

第28章 电磁兼容637

28.1 电磁干扰传播方式637

28.2 线束电磁兼容638

28.3 零部件电磁兼容641

28.3.1 电容器641

28.3.2 感应器643

28.3.3 电阻器644

28.4 印制电路板电磁兼容的校验项目645

28.5 集成电路退耦（装置）——汽车电磁干扰的关键装置646

28.6 集成电路加工尺寸对EMC的影响650

参考文献655

作者简介655

第七篇 汽车新技术658

第29章 主动防撞控制系统658

29.1 概述658

29.2 主动和被动安全系统659

29.3 车载防撞系统660

29.3.1 车载正面防撞系统661

29.3.2 车载后方防撞系统663

29.3.3 车载侧面防撞系统664

29.3.4 与制动系统协同工作664

29.4 防撞系统的关键技术665

29.4.1 扫描脉冲激光雷达666

29.4.2 调频连续波（FMCW）668

29.4.3 采用摄像机的立体图像识别系统669

29.4.4 障碍物的其他探测方法671

29.4.5 各种障碍物探测技术的对比672

29.5 未来的障碍物探测系统672

高级障碍物探测系统673

29.6 防撞系统需要解决的问题675

参考文献676

作者简介677

第30章 自适应巡航控制系统678

30.1 概述678

30.2 ACC的基本组成678

30.3 ACC的功能679

30.4 ACC的人机界面683

30.5 ACC信号处理与控制的流程686

30.6 ACC传感器688

30.6.1 ACC传感器的一般要求688

30.6.2 物理量测量原则689

30.6.3 激光雷达传感器690

30.6.4 毫米波雷达传感器692

30.6.5 信号处理701

30.6.6 巡航预报701

30.7 ACC控制703

30.8 ACC的发展705

30.9 结论706

参考文献706

作者简介707

第31章 导航系统708

31.1 概述708

31.2 汽车导航技术709

31.2.1 无线电波定位技术709

31.2.2 航位推测算法710

31.2.3 数字地图711

31.2.4 地图匹配712

31.3 导航系统实例715

31.3.1 Etak NavigatorTM/BoschTravelpilotTM型导航仪716

31.3.2 Zexel Navmate型导航仪718

31.3.3 Nissan Birdview型导航仪719

31.3.4 Ford RESCU型导航仪720

31.4 发展方向721

参考文献723

作者简介723

第32章 智能交通系统724

32.1 概述724

32.2 ITS研究背景725

32.3 ITS的用户服务725

32.4 ITS的系统结构728

32.5 车载ITS功能730

32.6 ITS的未来展望732

参考文献733

作者简介734

第33章 电动汽车与混合动力汽车735

33.1 概述735

33.2 电动汽车的组成738

33.3 充电系统和保护系统740

33.4 电动机驱动系统744

33.4.1 电动机744

33.4.2 电动机控制器746

33.4.3 机械传动752

33.5 电池754

33.6 电动汽车的控制及辅助系统758

33.7 电动汽车的基础设施760

33.8 混合动力汽车762

参考文献764

作者简介765

第34章 消除噪声系统766

34.1 噪声源766

34.2 消声技术的应用770

34.2.1 消除排气管噪声770

34.2.2 发动机振动控制772

34.2.3 车舱无噪声控制773

34.2.4 鼓风机噪声控制775

参考文献776

作者简介777

第35章 线控汽车778

35.1 概述778

35.2 集成电路技术778

35.2.1 CPU构架780

35.2.2 存储器781

35.3 其他半导体技术782

35.3.1 微机械技术和微电子技术782

35.3.2 耐压能力783

35.3.3 电源控制783

35.3.4 半导体在高温下工作786

35.3.5 高频半导体786

35.3.6 半导体封装787

35.3.7 系统集成787

35.4 线控汽车的未来发展788

35.5 对未来汽车电子技术的冲击794

35.5.1 汽车电子设计者的角色变化794

35.5.2 未来系统架构797

35.6 结论798

参考文献799

作者简介800