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面向汽车电子的嵌入式监测系统的研究


电子科技大学 硕士学位论文 面向汽车电子的嵌入式监测系统的研究 姓名:赵鸿志 申请学位级别:硕士 专业:软件工程 指导教师:罗克露 20060607

摘要

摘要

近几年,随着我国汽车工业的迅猛发展,高速公路、高等级公路的不断建设, 汽车正逐渐进入家庭,成为生活的一部分。汽车是当今社会最重要的交通工具之

一。但交通事故频繁发生,在交通事故中,约有半数以上是由于汽车本身性能不

佳引起的,从而对汽车本身性能状况的监测技术提出了新的课题。随着新兴科学
技术领域的不断创新,尤其是计算机、电子控制、人工智能、生物工程、网络通

信等高新技术的迅速发展,对汽车工业的发展产生了巨大的影响和渗透。从九十
年代开始,汽车已步入了一个全新的电子时代。 在现代工业企业的生产和管理中,大量的物理量、工业数据、特征参数需要 进行实时监测、监督管理。这是现代化工业生产必不可少的基本手段。从单台计

算机的直接监测到多级计算机监测控制系统,以及分布式、网络化、智能化的系
统,在各种工业企业中都有应用。在这些技术的影响和推动下,近年来,汽车工 业大量采用先进的“机电一体化”技术,一些过去由机械部件完成的功能被电子 元件所取代,使汽车在性能、功能、效率、节能等方面都向更高水平发展。汽车

的安全性和舒适性地位显得更加重要和主要。
智能监测技术是以计算机为核心部件,将信号检测、数据处理与计算机控制 融为一体的一种新兴综合性技术。它既能完成较高层次信号的自动化检测,又具 有多种智能控制作用。 本文介绍了汽车电子技术中的一种监测技术,基于嵌入式系统,给出了一种

汽车监测方案,并在此基础上创建了基本监测模型,对监测系统进行了仿真演示。
状态监测能够在汽车正常行驶的同时进行有效的监测管理,并根据反馈的监测结 果进行判断和处理,用以保证汽车进一步的正常运行,保证驾乘人员的人身安全 等。

关键词:汽车电子,监测系统,传感器,嵌入式,总线,CAN

Abstract

Abstract

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II

独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工
作及取得的研究成果。据我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地 方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含 为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。

签名:刍i鸡盘!

日期:五。挥6月9日

关于论文使用授权的说明
本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定,有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘,允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 (保密的学位论文在解密后应遵守此规定)

躲姓导师躲萋篁篁

日期:圳年6月扩日

第一章绪论

第一章绪论

1.1课题研究的背景
本课题是为申请863重大软件专项一“面向汽车电子的嵌入式软件开发平台”
而做的研究性项目。整个项目主要是面向汽车电子行业,研究汽车电子所涉及的 嵌入式系统关键技术及其软件开发平台技术,其中包括面向汽车电控的关键技术 和开发平台,用于满足汽车发动机电子、底盘与车身电子、汽车电子零件等开发 需要;研制面向汽车电器的嵌入式软件平台以及关键信息处理技术,以满足汽车 仪表、汽车通讯及导航、汽车安全与娱乐设备、汽车维修与诊断等的开发需求。 以客用汽车的电子系统为目标,实现面向客用汽车电子的嵌入式软件平台,并在 该平台上实现若干应用。用以提升嵌入式软件技术在汽车电子领域的自主能力。 在该项目中,本人主要完成的是在面向客用汽车电子嵌入式平台上的监测系 统软件,具体工作如下: (1)为底层设计人员提出需要预留的接口,协同其他人员共同完善整体系统 设计的需求,并进一步对系统的设计进行论证和完善。 (2)将监测的实时数据等信息进行分析、归纳、整理、计算等二次加工,并 制成实时和历史数据库加以存储。 (3)主要是对汽车运行过程中的各种参数进行监测、采样和必要的预处理, 并以一定的形式输出,为汽车驾驶等人员提供实时的信息。 (4)在监测的基础上进行信息加工,根据事先决定的控制策略形成控制输出, 产生适当有效的控制。

1.2嵌入式系统开发概述 1.2.1嵌入式系统定义
嵌入式系统是一种软硬一体化系统,操作系统和应用软件集成于计算机硬件 系统之中。具有高度自动化和响应速度快的特点,适于处理实时多任务。广泛应

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用于信息电器、移动计算设备、网络设备、工业控制设备等多种电子产品中。 嵌入式系统定义比较多,常用的定义为: (1)嵌入式系统是以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、 适用于对系统功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。 (2)嵌入式系统是计算机的一种应用形式,通常指埋藏在宿主设备中的微处 理机系统,此类计算机一般不被设备使用者在意,亦称埋藏式计算机,典型机种 如微控制器、微处理器和DsP等。内置这种计算机的系统威力大、反应速度快、 自动化程度高,用于实现对其它设备的控制、监视或管理等功能。用户不需知道 装置内计算机的存在,一般不能被用户编程,它有一些专用的I/O设备,对用户的 接口是应用专用的。

1.2.2嵌入式系统的软件与硬件
随着嵌入式系统应用的逐渐普及,为保证嵌入式系统的顺利运行,嵌入式软 件得到了快速发展,成为软件业的一股新生力量。 嵌入式软件与嵌入式系统是密不可分的,嵌入式系统是“控制、监视或者辅 助设备、机器和车间运行的装置”,就是以应用为中心,以计算机技术为基础,并 且软硬件可裁剪,适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要 求的专用计算机系统。它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系 统以及用户的应用程序等四个部分组成,用于实现对其他设备的控制、监视或管 理等功能。而嵌入式软件就是基于嵌入式系统设计的软件,它也是计算机软件的 一种,同样由程序及其文档组成,可细分成系统软件、支撑软件、应用软件三类, 是嵌入式系统的重要组成部分。 嵌入式软件的分类: (1)嵌入式操作系统:嵌入式操作系统EOs(Embedded
0pcrating system)

是一种用途广泛的系统软件,过去它主要应用于工业控制和国防系统领域。EOs 负责嵌入系统的全部软、硬件资源的分配、调度工作,控制、协调并发活动;它 必须体现其所在系统的特征,能够通过装卸某些模块来达到系统所要求的功能。 嵌入式操作系统通常以商业运作为主,从上世纪80年代起,商业化的嵌入式操作 系统开始得到蓬勃发展。现在国际上有名的嵌入式操作系统有w纽dows cE、Palm 0s、Linux、vxwjrks、psos、 QNx、0s.9、LynxOs等,已进入我国市场


第一章绪论

的国外产品有windRiver、Mjcrosoft、QNx和N、lclear等。我国嵌入式操作系统的 起步较晚,国内此类产品主要是基于自主版权的Unux操作系统,其中以中软 ljnux、红旗Ijnux、东方“nux为代表。 (2)嵌入式支撑软件:支撑软件是用于帮助和支持软件开发的软件,通常包 括数据库和开发工具,其中以数据库最为重要。嵌入式数据库技术己得到广泛的 应用,随着移动通信技术的进步,人们对移动数据处理提出了更高的要求,嵌入 式数据库技术已经得到了学术、工业、军事、民用部门等各方面的重视。嵌入式 移动数据库或简称为移动数据库(EMDBs)是支持移动计算或某种特定计算模式 的数据库管理系统,数据库系统与操作系统、具体应用集成在一起,运行在各种 智能型嵌入设各或移动设备上。其中,嵌入在移动设备上的数据库系统由于涉及 数据库技术、分布式计算技术,以及移动通讯技术等多个学科领域,目前已经成 为一个十分活跃的研究和应用领域。国际上主要的嵌入式移动数据库系统有 svbase、Orade等。我国嵌入式移动数据库系统以东软集团研究开发出了嵌入式数 据库系统Open
BAsE

Mini为代表。

(3)嵌入式应用软件:嵌入式应用软件是针对特定应用领域,基于某一固定 的硬件平台,用来达到用户预期目标的计算机软件。由于用户任务可能有时间和 精度上的要求,因此有些嵌入式应用软件需要特定嵌入式操作系统的支持。嵌入 式应用软件和普通应用软件有一定的区别,它不仅要求其准确性、安全性和稳定 性等方面能够满足实际应用的需要,而且还要尽可能地进行优化,以减少对系统 资源的消耗,降低硬件成本。目前我国市场上已经出现了各式各样的嵌入式应用 软件,包括浏览器、Email软件、文字处理软件、通讯软件、多媒体软件、个人信 息处理软件、智能人机交互软件、各种行业应用软件等。嵌入式系统中的应用软 件是最活跃的力量,每种应用软件均有特定的应用背景,尽管规模较少,但专业性 较强,所以嵌入式应用软件不像操作系统和支撑软件那样受制于国外产品垄断, 是我国嵌入式软件的优势领域。 嵌入式软件的特点: (1)嵌入式软件具有独特的实用性。嵌入式软件是为嵌入式系统服务的,这 就要求它与外部硬件和设备联系紧密。嵌入式系统以应用为中心,嵌入式软件是 应用系统,根据应用需求定向开发,面向产业、面向市场,需要特定的行业经验。 每种嵌入式软件都有自己独特的应用环境和实用价值。

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(2)嵌入式软件应有灵活的适用性。嵌入式软件通常可以认为是一种模块化 软件,它应该能非常方便灵活的运用到各种嵌入式系统中,而不能破坏或更改原 有的系统特性和功能。首先它要小巧,不能占用大量资源;其次要使用灵活,应 尽量优化配置,减小对系统的整体继承性,升级更换灵活方便。 嵌入式软件发展趋势: 随着信息技术以及互联网飞速发展和普及,3c(计算机、通讯、消费电子) 合一的加速,嵌入式设计已经成为工业现代化、智能化的必经之路,嵌入式产品 已经深入到各行各业。嵌入式接入设备是数字化时代的一大主流产品,嵌入式软 件已经成为数字化产品的核心。嵌入式软件大量应用于家用市场、工业市场、商 业市场、通讯市场和国防市场。近几年来,信息电器迅速发展,也为嵌入式软件 的发展起到推波助澜的作用。彩电、DcD、手机、MP鲫MP4、掌上电脑、汽车等 都是潜在的信息电器。信息电器平台与通用操作系统、数据库不同,不存在国外 软件厂商垄断市场的现象,这一领域已成为中国软件业的突破口。 嵌入式系统面向特定应用领域,根据应用需求定制开发,并随着智能化产品 的普遍需求渗透到各行各业。随着硬件技术的不断革新、微电子技术的快速发展, 使芯片功能更加强大,硬件平台的处理能力不断增强,硬件成本不断下降,产品 体积越来越小,同时嵌入式软件的可靠性、实时性、可维护性进一步提高。嵌入 式软件已成为产品的数字化改造、智能化增值的关键性、带动性技术。移动通讯、 掌上电脑、数字电视是嵌入式操作系统的重要应用领域,随着掌上电脑等手持设 备性能的提高,嵌入式操作系统将成为必须的配置。随着行业的推广,行业应用 软件市场将迅速扩大。掌上电脑功能的不断扩展,专项功能软件面临新的发展机 会。 由于嵌入式系统关乎民生,涉及工业、农业、商业、国防以及政务等社会生 活的方方面面,决不能受制于人,嵌入式软件必将成为我国软件产业未来发展的 一个主要方向。我国目前在嵌入式应用软件领域具有优势,或者说在这一领域面

临的竞争形式还不算恶劣,所以以此为突破口相对较容易。先占领终端应用领域,
站稳脚跟,再发挥本土优势逐一突破才是明智选择。 嵌入式处理器: 嵌入式处理器是各种类型面向用户、 面向产品、面向应用的嵌入式系统的核 心部件,其功耗、体积、成本、可靠性、 速度、处理能力、电磁兼容性等方面均


第一章绪论

受到应用要求的制约。不同的嵌入式处理器面向不同的用户,可能是一般用户, 行业用户或单一用户。 嵌入式处理可以分成下面几类:嵌入式微处理器(Embedded Mjcro_processor unit,EMPU),嵌入式微控制器(Micro
controller

uhit,Mcu),嵌入式DsP处理器
on chip,

(Embedded Di孚tal s培nal Proccssor,EDsP),嵌入式片上系统(system
SOC、。

目前,嵌入式处理器主要有PowerPC、Motorola68000、MIPS、ARM系列等。 在32位嵌入式处理器市场主要有Motomla,ARM,MIPS,TI,Hitachi等公司,有 些生产通用微处理器的公司,像hltel、Sun和IBM等,也生产嵌入式的微处理器。 嵌入式微控制器目前的品种和数量最多,比较有代表性的通用系列包括8051、 P51XA、MCS.251、MCS一96/196/296、c166/167、MC68HC05/11/12/16、68300等。 另外还有许多半通用系列如:支持uSB接口的MCu8xC930/931、C540、c541; 支持12C、o~N.Bus、LcD及众多专用MCu和兼容系列。目前MCU占嵌入式系 统约70%的市场份额。特别值得注意的是近年来提供x86微处理器的著名厂商

AMD公司,将Aml86cc忙吲cu等嵌入式处理器称为微控制器,M01帕ROLA公
司把以PowerPC为基础的PPc505和PPC555列入单片机行列,11公司亦将其 TMS320C2xxx系列DSP作为MCu进行推广。 比较有代表性的嵌入式DsP处理器是Texas hstnlments的TMS320系列和 Motorola的DSP56000系列。TMS320系列处理器包括用于控制的c2000系列,移 动通信的c5000系列,以及性能更高的c6000和c8000系列。DsP56000目前已 经发展成为DSP56000,DSP56100,DsP56200和DsP56300等几个不同系列的处 理器。另外PHIuPs公司也推出了基于可重构嵌入式DSP结构,用低成本、低功 耗技术制造的R.E.久LDSP处理器,特点是具备双Harvard结构和双乘/累加单元, 应用目标是大批量消费类产品。

SOC可以分为通用和专用两类。通用系列包括Mneon(Siemens)的TriCorc’
Motorola的M.Co”,某些ARM系列器件,Echelon和Mocor01a联合研制的Neuron 芯片等。专用sOc一般专用于某个或某类系统中,不为一般用户所知。一个有代

表性的产品是Pllilips的Sman)队,它将XA单片机内核和支持超过2048位复杂
RsA算法的ccu单元制作在一块硅片上,形成一个可加载JA、,A或c语言的专用 的SOC,可用于公众互联网如Intemet安全方面。

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目前,据不完全统计,全世界嵌入式处理器的品种总量已经超过1000多种, 流行的体系结构有三十几个系列,其中8051体系的占有多半。生产8051单片机 的半导体厂家有20多个,共350多种衍生产品,仅Philips就有近100种。现在几 乎每个半导体制造商都生产嵌入式处理器,越来越多的公司有自己的处理器设计 部门。嵌入式处理器的寻址空间一般从64kB到16MB,处理速度从O.1MIPS到 2000MIPS,常用封装从8个引脚到144个引脚。 人们一般都觉得嵌入式处理器结构比较简单,性能也比较低,但也有例外。 最典型的代表就是sonv的Plavstation系列游戏机所采用的嵌入式处理器。 PIavstation一2采用MIPs处理器内核,字长扩展为128位,增加了很强的图形处理 能力。正在开发中,目前还处于保密状态的PlayStatjon一3的处理器将采用多个称为 cell的处理单元并行工作的方式。有人估计是4个ceU并行工作,每个cell中有一 个PowerPc内核和8个带128KB内存的向量处理器。预计Plavstation.3的工作频 率为4GHz,峰值速度达256Gflops。 嵌入式应用需求的广泛性,以及大部分应用功能单一、性质确定的特点,决 定了嵌入式处理器实现高性能的途径与通用微处理器有所不同,目前大多是针对 专门的应用领域进行专门设计来满足高性能、低成本和低功耗的要求。例如,视 频游戏控制需要有很高的图形处理能力;手持、掌上、移动和网络Pc,要求具备 虚存管理和标准的外围设备;手机和个人移动通信设备,要求在具有高性能和数 字信号处理能力的同时具有超低功耗;调剖解调器、传真机和打印机,要求低成 本的处理器;机顶盒和DvD则要求高度的集成性;数字相机要求既要有通用性又 要有图像处理能力。

1.2.3嵌入式系统的特点
(1)嵌入对象的广泛性 由于科学技术的飞速发展,特别是微电子技术的突飞猛进,目前,几乎一切 系统或设备都可以采用嵌入式计算技术来完成过去很多想做而又无法实现的工 作。现在从日常生活中使用的洗衣机要实现全套洗衣流程的自动控制操作,到国 防科技中的导弹系统要实现全程自动寻找目标并实施攻击控制,无一能离开嵌入 式系统。 (2)嵌入形式的多样性



第一章绪论

嵌入式技术得到广泛应用,但各种系统或设备对嵌入式计算机的性能、功能、 规模要求是绝对不同的。这种差异势必造成嵌入式系统有其相应的多样形式。从 目前看,在日常生活设备中有大量的单片形式的嵌入式系统,在工业中和军事系 统设备中有无数的单板嵌入形式和整机形式的嵌入式系统。在大型系统中,甚至 还有以计算机系统形式的嵌入式系统。 (3)嵌入作用关键性 当前,计算机己被人们美誉为“电脑”,可见计算机能力和作用的重要性。尽 管嵌入式系统是从应用配套而逐步进入系统和设备的,但一旦进入后,它就在新 系统或新设备中承担许多自动控制的处理任务。因此新系统或者设备对其依赖性 越来越大,已经不再是可有可无的部分,而已上升到关键部分。试想一个具有“智 能”的设备,当其发生“思维混乱”时其后果是可想而知的,就会成为“瞎子”, “聋子”,“哑巴”,甚至全部瘫痪。 (4)嵌入功能的专一性 由于嵌入式系统需完成的任务和需达到的性能指标十分明确,功能目标也十 分清楚,因此,常常无需兼顾其它功能,对于多余的功能和过高的技术指标是毫 无意义的,有时甚至是有害的,所以说嵌入式系统的功能是十分专一的。 (5)嵌入接口的多样性 尽管每种嵌入式系统I,O接口的性质、规格和数量都是固定的,但由于应用中 涉及到各行各业,所以要处理的接收信号和要发出的控制信号是五花八门的,例 如指导飞行器的陀螺信号,无线通信的各种波长信号,雷达的收发信号,电机、 马达、发动机等信号。在这些信号中,又包括有:数字信号、模拟信号、高电压/ 大电流信号、低电压/,J、电流信号、连续式信号、间断式和突发性信号,凡此种种, 要求嵌入式系统设有多种类型接口,它们决非如通用计算机制定的有限几个规范 所能全部包含的,也决非单靠嵌入式计算机厂商所能全部解决的。 (6)嵌入性能的实时性 嵌入式系统在接收到规定信号后,必须在有限的时间内完成确定的工作任务, 这是区别于其它计算机的一个十分重要的特点,也是嵌入式系统设计所必须考虑 的主要问题,它不但涉及硬件体系结构、包括cPu速度、内存访问速度、总线速 度及中断机制等硬件问题,还涉及软件的中断管理和任务调度策略,包括调度算



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法、调度频率和调度时机等。 (7)嵌入结构的匹配性 通用计算机是以计算机为核心,按计算机本身的需求而设计其结构,而嵌入 式系统是以被嵌入的系统或设备为核心,按系统或设备的约束条件而设计其结构 的。不与系统或设备相匹配的嵌入式系统是没有出路的,要求其体积、重量,还 包括允许的功耗等因素符合宿主系统的要求。 (8)嵌入操作的可靠性 嵌入式系统是被隐藏在系统或设备中的,不少系统或设备用户很难直接与嵌 入式计算机接触,有的甚至在工作时,人根本无法再进行控制,如:宇航上嵌入 式计算,一旦发射,就完全独立于人的控制之中。因此,嵌入式系统可靠性是一 个重要因素。 (9)嵌入环境的一致性

嵌入式系统必须同设备的使用环境保持一致,嵌入到日常生活中的系统或设
备,大多不必进行环境适应性加固措旌。如果想越高越好,使用加固的嵌入武计 算机,由于成本的提高,体积的增大,它必定也是没有生命力的。反之,嵌入到 恶劣环境中的工业和军事方面的系统或设备,那就必须进行针对性的合适级别的 环境适应性加固措施。如果有不予理会的想法,它在某些环境条件下不能工作或 不能稳定工作,最后也必会被系统否定, (10)嵌入产品开发周期短、生命周期长 因为嵌入式系统往往和具体应用有机地结合在一起,它的升级换代也是和具 体产品同步进行,因此嵌入式系统产品一旦进入市场,就具有较长的生命周期。

1.3论文结构安排
第一章、说明了课题的来源和主要内容。阐述了嵌入式系统的定义和一些特 点。 第二章、阐述了汽车电子发展的主要历程和现在状况,描述了汽车电子的研 究内容与分类,并且论述了与汽车电子相关的一些关键技术。 第三章、从整体上分析了智能监控系统的技术特点,并阐述了其中一些技术

第一章绪论

细节的处理方法。 第四章、分析了汽车运行中,与安全密切相关的~些参数的分类与选择,特 别确定了个别参数的限值范围。 第五章、详细介绍了监测系统的设计,初步完成系统构建,并且给出了演示 模型。 第六章、进行全文总结,讨论了本课题下一步的研究工作和方向。

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第二章汽车电子的发展概况及相关介绍

2.1现代汽车电子的发展概况 2.1.1汽车电子的概念
汽车电子是指应用于汽车之上的有利于增加汽车驾驶安全性、减少燃料消耗、 减少废气排放以及增加驾乘舒适性和便捷性的电子装置。汽车电子化被认为是汽 车技术发展进程中的一次革命,汽车电子化的程度被看作是衡量现在汽车水平的 重要标志,是用来开发新车型,改进汽车性能最重要的技术措施。 总的说来,汽车电子技术是一个技术复杂、门类多、知识密集的高技术领域, 涉及电子、机械、计算机多个学科。新一代的汽车被称为电子化汽车,是汽车工 业和电子技术相结合的产物。

2.1.2汽车电子历史回顾与发展趋势
汽车电子化是建立在电子学的发展基础之上,从真空管、晶体管、集成电路、 大规模集成电路到超大规模集成电路的技术进步,出现了计算机等各种各样的电 子装置,汽车电子化也随着逐年的深化与发展,而且有的汽车电子装置占整车造 价的1/3,高级轿车有的就装几十个微控器、上百个传感器。电子化的程度可以说 是衡量汽车高档与否的主要标志。 20世纪50年代,人们开始在汽车上安装电子管收音机,这是电子技术在汽车 上应用的雏形。1959年晶体管收音机问世后,很快在汽车上得到了应用。60年代, 汽车上应用了硅整流交流发电机和晶体管调节器,到60年代中期,汽车上开始采 用晶体管电压调节器和晶体管点火装置。但更多地应用电子技术则是在70年代以 后,主要是为解决汽车安全、污染和节油3大问题。进入70年代后期,电子工业 有了长足的进步,特别是集成电路、大规模集成电路和超大规模集成电路技术得 到了巨大发展,微机在汽车上的应用,给汽车工业带来了划时代的变革。 20世纪90年代,汽车电子技术进入了其发展的第三个阶段,这是对汽车工业 的发展最有价值、最有贡献的阶段,超微型磁体、超高效电机及集成电路的微型

10

第二章汽车电子的发展概况及相关介绍

化,为汽车上的集中控制提供了基础。目前汽车电子技术已发展到第四代,即包 括电子技术(含微机技术)、优化控制技术、传感器技术、网络技术、机电一体化 耦合交叉技术等综合技术的小系统,并且早已从科研阶段进入了商品生产的成熟 阶段。 21世纪汽车产品发展的趋势是:安全、节能、环保、舒适。其中环保与节能 主要体现在发动机与传动系的电子控制以及燃料电池、CAN通讯、电控系统为代 表的电动汽车、整车控制技术方面,而行驶安全性则主要体现在ABS、TCS、VDC、 4ws、TPMs等核心电子控制技术的发展上。除此之外,还有为提高行驶舒适性而 开发的电控悬架技术、为提高汽车智能化而开发的自动避撞系统、车载导航系统 等电子控制技术以及为乘员提供各种通讯娱乐的车载通讯娱乐系统等。 电子技术已经广泛应用于汽车的各个领域,极大的改善了汽车的综合性能, 使汽车在安全、节能、环保、舒适等各方面都有了长足的进步。随着汽车电子设 备对汽车产品重要性的不断增加,预计在未来5年内,汽车上的电子装置成本将 可能占汽车整车成本的20%~30%之间,这样汽车电予产品将获得巨大的市场容 量。汽车电子产业拥有广阔的发展空间和前景。

2.1.3我国汽车市场现状与汽车电子发展前景
当今,电子控制、计算机、通讯等技术的迅猛发展,使汽车电子产品技术和 产品的开发臼新月异。汽车电子化已被视为衡量一个国家汽车工业发展水平的重 要标志。然而目前我国汽车电子产业与国外同行业相比在技术和产品方面还存在 一定的差距。目前发达国家的高级轿车电子产品装备量已超过整车价值的30%以 上,我国只占不到20%。因此“十五”期间积极引进国外先进技术,并与国内的 电子信息产业和其他产业形成战略联盟,振兴我国的汽车电子产业成了当务之急。 纵观我国近年来汽车产业的发展,1994年国务院颁布了我国汽车工业领域的 第一个《汽车工业产业政策》,目的是要改变投资分散、生产规模小、产品落后的 状况,增强企业开发能力,提高产品质量和技术装备水平,促进产业组织的合理 化,实现规模经济。10年来,在产业政策的指导下,汽车工业企业通过探索实践、 努力拼搏、不断创新,使我国汽车工业有了长足的发展。汽车产销量、企业生产 规模、产品品种、技术水平、市场集中度、自主开发能力等不断扩大和提高。产 品制造和技术装备水平已接近或达到国际先进水平,汽车零部件制造取得了长足 进展。

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到2003年,中国汽车业驶入了发展的快车道。2004年6月,国家发展与改革 委员会又发布报告《汽车产业发展政策》,分析了汽车业发展态势,指出中国汽车 业需要进行结构调整。 总体来说,我国汽车产业已经进入一个长足发展的阶段,有许多工作等待我 们去研究去完成。

2.1.4汽车电子常见研究内容和分类
目前汽车电子学对于现代汽车的三个重要要求是:舒适、环保和安全。 舒适性:汽车有三个基本功能:行进、转弯和停止。这些功能应该平滑、舒 适和安全地完成。同时,发动机应该安静、平滑地工作并能快速反应。另外,驾 驶盘应能稳定操作,司机在驾驶室不应感到有任何担心。更重要的是,制动器必 须能使车辆安全即时地停止。这些要求都将延续到将来,并成为汽车电子学工程 技术人员的长远课题。 安全性:ABS和气囊(airbag)是有效的电子安全措施。ABs作为事故的预防 措施是很有用的,而气囊作为事故发生后的应急措施是有效的。这两种系统在技 术上都已完善,目前要做的工作是在传感器和控制方法上再加以提高。如果再进 一步简化和缩小体积,在越来越多的车辆(或全部车辆)中都将安装这些系统。 汽车报警系统也是很必要的,它能在超速和车辆之问间距不足时向司机发出警告。 由于司机的判断力在避免事故发生中起了很大的作用,因此仍需要大量工作使报 警系统更加完善。这对司机长时间驾驶后产生的眼疲劳,还提出了一种仪器读数 显示方式,并已证实了它们的显著作用。 环保性:环境问题涉及到很广泛的领域,包括目前提到的空气污染和资源问 题(燃料经济效益)以及地球温室效应、酸雨、臭氧层的破坏和噪声等。首要的

问题是废气排放应该进一步减少。目前已经引入了一个基于氧气传感器的空气一
燃料比例反馈系统以得到理想的燃烧条件。另外还需要提高燃料的精度。应该开 发一种新的能精确测量和预报发动机装置的系统,使得对于特殊的发动机状态能 正确地控制燃料供应和点火定时。这就需要有很强的微机运算能力和高级的传感 器和传动机构。还需要将车辆驱动的任何损耗降低至最低。这里所说的“损耗”, 首先是指机械损耗,如发动机转动损耗、传动和差动齿轮损耗及车体产生的空气 动力损耗等。其次,改善电器辅助装置的控制也是必要的。这就涉及到从燃料泵

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第二章汽车电子的发展概况及相关介绍

马达开关控制到工作状态控制的转化,及引入无级变速控制型的空调压缩机马达 等。这些措施将减轻大部分的发动机负载,因此也提高了燃料的经济效益。除提 高机械和电器效率外,其他的有效措施就是减轻重量,这些改进自然涉及到结构 设计、材料选择和其他方法。 通常可以把汽车电子产品归纳为两类:一类是汽车电子控制装置,即所谓的 “机电结合”的汽车电子装置,它们包括发动机、底盘、车身电子控制。例如电 子燃油喷射、制动防抱死控制、防滑控制、牵引力控制、电子控制悬架、电子控 制自动变速器、电子动力转向等。另一类是车载汽车电子装置,车载汽车电子装 置是在汽车环境下能够独立使用的电子装置,包括汽车信息系统(行车电脑)、导 航系统、汽车音响及电视娱乐系统、车载通信系统、上网设备等。

2.2车用传感器 2.2.1汽车传感器概述及分类
传感器是一种转换器。它的作用是进行信号变幻,把被测的非电量变换为电 量,这种变换包括能量形态的变换,所以也成为换能器。 车用传感器是促进汽车高档化、电子化、自动化发展的关键技术之一。目前 普通汽车装有几十到近百只传感器,而高级豪华汽车大约使用二三百只传感器。 不但使用数量越来越多(目前汽车行业是传感器的最大用户),而且它相对汽车的

机械部分、电气部分、计算机软硬件、数据处理等都起步较晚,因此世界各国对
汽车用传感器的研究、开发、提高性能、减少尺寸与价格都非常重视。 汽车传感器大致有两类,一类是使司机了解汽车各部分状态的传感器,另一 类传感器是用于控制汽车运行状态的控制传感器。

2.2.2汽车传感器特点与要求
?有较好的环境适应性。因为汽车是在环境温度变化范围较宽(.40~80℃), 道路表面优劣程度相差很大,烈日、暴雨天气造成温度悬殊的情况下工作 的,因此要求耐寒、耐水、耐温、耐冲击、抗电磁干扰等。 ?批量生产性。 ●可靠性,同一般传感器一样,汽车传感器的可靠性应是重要的,并且稳定

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性要好。 ●尽可能小型、重量轻、便于安装。 ?符合有关法规的要求。

2.2.3汽车传感器研究方向
汽车传感器总的发展趋势是:多功能化、集成化、智能化、微型化。多功能 化是指一个传感器能检测两个或两个以上物理参数或化学参数。集成化是指利用

IC制造技术和半导体特性制作单片IC式传感器。智能化传感器是指传感器与LSI
相结合,带有MPu,具有智能功能的高档传感器,它具有检测、信息处理功能、 自动进行各种误差补偿、精度高、量程覆盖范围大、稳定性好、输出信号大、信

噪比高、传输中抗干扰性能好,可远距离输送信号,有的还带有自检功能。微型
化是指微机械加工技术,除全面集成氧化、光刻、扩散、沉积等微电子技术外, 还发展了平面电子工艺技术、各向异性腐蚀、固相键合工艺和机械分断技术。

2.3汽车黑匣子 2.3.1汽车黑匣子的由来
日益繁忙的交通,在为现代社会创造不可估量的财富的同时,也给人们带来 了灾祸。频繁的汽车事故造成许多人员伤亡和巨大财产损失。据美国有关资料显 示,在上个世纪90年代以来,全世界每年由于机动车造成的直接死亡人数高达50 多万人。我国改革开放以来,由于交通事故造成的直接死亡人数高达108万人, 相当于一个中等城市人口的总量。

专家们一致认为,驾驶员的疏忽大意、超速行驶、违章抢道、疲劳驾驶等行
为是导致事故的主要原因。那么如何来遏制这种事故率的上升趋势昵?欧洲一些 专家,从哪里有交通警察在场,哪里的交通事故就极少发生这一不争的事实得到 提示,提出了给每辆汽车安装“电子警察”,以便更加有效地监督驾驶员的驾驶行 为,使交通安全管理制度能够真正得到贯彻落实,已达到降低交通事故率的目的。 汽车“黑匣子”就这样诞生了。

2.3.2汽车黑匣子简介
汽车用“黑匣子”主要是记录汽车在行驶过程中的各种参数,如车速、行使
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第二章汽车电子的发展概况及相关介绍

方向、超速行驶、高速转弯、车内人员对话、车内异常音响以及驾驶员行车状态 等,根据汽车黑匣子的记录,对事故进行分析,准确地判断汽车肇事的真正原因。 另外,汽车黑匣子还具有提供对汽车进行性能比较、状态监视、视情维护、行驶 试验等功能。 目前,黑匣子按其技术特性可以分为两大类:机电模拟式和数字式。按其功 能可分为:单一功能型、事故管理型及综合管理记录仪。 机电模拟式。利用机电模拟电信号通过记录笔在记录纸上记录下汽车行驶的 速度变化曲线。这种记录形式在上世纪70年代后期已在欧美地区得到广泛的应用, 且欧共体各国还以法规的形式,规定了客、货运输车辆必须安装这种记录仪。从 目前技术发展的情况看,它除了在抗干扰方面有一定的优势外,昂贵的制造和使 用成本以及记录数据的不可二次开发利用等缺点,使其正在逐步被数字式记录仪 所代替。 数字式行车记录仪,出现于上世纪90年代,具有低廉的制造和使用成本及记 录数据的可重复开发利用等优点,正得到越来越多用户的欢迎。其主要有以下功 能: 单一功能型:主要记录行车过程中的某一项参数(如速度),并对记录下来的 数据进行相应的管理。 事故管理型:除了可记录行车工程中的速度变化情况和发出超速报警信号外, 还可记录行车过程中车辆运行的方向变化和驾驶员的操作行为,以便在出现事故 时,能够有足够的信息来分析判断事故的原因和责任。 综合管理型:是在事故管理型的基础上,结合数字式记录仪记录的数字可进 行二次开发利用的特点,根据营运车辆管理的需要开发的新一代数字式行车记录 仪,也叫机动车综合记录仪。其除了具有事故管理型记录仪的主要事故分析功能 外,还增加了计算机管理系统,用于运营单位的司机、车辆、车队及实现运营单 位运营数据的自动化和网络化管理。

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2.4现场总线与汽车总线 2.4.1现场总线的诞生背景
随着现代汽车技术的飞速发展,汽车正在增加着越来越多的功能。各种不同 的功能,需要众多独立的控制单元来实现。如现代典型的控制单元有电控燃油喷 射系统、电控传动系统、防抱死制动系统、防滑控制系统、废气再循环控制、巡 航系统和空调系统等等。为了满足各自系统的实时性要求,有必要对汽车公共数 据实行共享。现代豪华车辆上可有多至80个电子控制单元(ECu),以满足对其 对舒适性、环保性和安全性越来越高的要求。在传统电控系统设计中,难以实现 系统信息共享及信息处理的智能化,每增加一项功能都要为新的子系统建立相对 应的一对一的电缆连接,使得分布车体各处的电缆尤其是主电缆束趋于庞大、沉 重和昂贵,并进而导致设计、安装、调试和维护的困难。因此汽车电器控制系统 的传统结构已成为制约汽车功能增加、性能提高和降低综合成本的瓶颈。在计算 机数据传输领域内,长期以来使用Rs.232和ccnT v24通信标准,尽管他们广 泛地使用,但却是一种低数据速率和点对点的数据传输标准,没有能力支持更高 层次的计算机之间的功能操作,不是和复杂和大规模应用(如工业现场控制或生 产自动化领域)中需要使用大量的传感器、执行器和控制器等,它们通常分布在 非常广的范围内,如果在最低层上采用传统星型拓扑结构,那么安装成本和介质 造价都将非常昂贵。采用流行的LAN组件及环型或总线型拓扑结构,虽然可以减

少电缆长度,但是增加的UN介质及相关硬件和软件又使其系统造价与星型系统
相差无几。所以在最低层次上的确需要设计出一种造价低廉而又能经受工业现场 环境的通信系统,现场总线(Field Bus)就是在这种背景下产生的。

2.4.2现场总线定义
现场总线(FieldBus)就是适用于过程自动化或制造自动化中的,实现智能化 现场设备(例如变送器、执行器、控制器)于高层设备(例如主机、网关、人机 接口设备)之间互联的全数字、串行、双向的通信系统。通过它可以实现跨网络 的分布式控制。按照国际电工委员会您C标准和现场总线基金会FF的定义:现场 总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分枝结构的通信 网络。 现场总线的本质含义表现在以下几个方面:
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第二章汽车电子的发展概况及相关介绍

(1)现场通信网络:现场总线作为一种数字式通信网络一直延伸到生产现场 中的现场设备,使过去采用点到点式的模拟量信号传输或开关量信号的单向并行 传输变为多点一线的双向串行数字式传输。 (2)互操作性:现场设备种类繁多,一个制造商可能不能提供一个工业生产 过程所需要的全部设备。另外,用户也不希望受制约于某个制造商。这样就有可 能在一个现场总线控制系统中,连接多个制造商生产的设备。所谓互操作性是指 来自不同厂家的设备可以相互通信,并且可以在多厂家的环境中完成功能的能力。 它体现在:用户可以自由的选择设备,而这种选择独立与供应商、控制系统和通 信协议;制造商具有增加新的、有用的功能的能力:不需要专有协议和特殊定制 驱动软件和升级软件。 (3)分散功能块:现场总线控制系统把功能块分散到现场仪表中执行。 (4)现场总线供电:现场总线除了传输信息之外,还可以完成为现场设备供 电的功能。总线供电不仅简化了系统的安装布线,而且还可以通过配套的安全栅 实现本质安全系统,为现场总线控制系统在易燃易爆环境中应用奠定了基础。 (5)开放式互联网络:现场总线为开放式互联网络,即可与同层网络互联, 也可与不同层网络互联。现场总线协议是一个完全开放的协议,采用了公开化、 标准化、规范化的通信协议。这就意味着来自不同厂家的现场总线设备,只要符 合现场总线协议,就可以通过现场总线网络连接成系统,实现综合自动化。

(6)现场总线采用了三层网络结构一物理层、数据链路层和应用层。流量控
制和差错控制在数据链路层执行。报文的可靠性传输在数据链路层或应用层执行。 这种网络结构具有结构简单、执行协议直观、价格低廉等优点。同时性能又令人 满意。因此,现场总线是一种开放系统,它只具有简化的网络结构,而与OsI不 完全保持一致。现场总线体系结构模式如图2—1所示。

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用 户





l应用信息服务j.
LLc子层

,j
肚c子层

网络管理

数据链路

物理层





图2.1现场总线体系结构模式

2.4.3现场总线特点
在分级控制系统中,采用现场总线的系统虽然可能具备足够的智能(数字计 算机能力),但只执行简单的节点顺序或者一种控制方式等较低级功能。 现场总线经常只负责发送或接收较小的数据报文,并且以这种数据报文作为

与较高一级的控制系统实现设备数据往返传送的有效手段。
采用现场总线的系统通常费用较低,可以用低廉的造价组成一个系统,而且 与上层网络连接的费用也不高。

2.4.4汽车总线应用系统及其优点
汽车总线应用系统是指运用国际上先进的现场总线技术,面向汽车车身控制 系统而研制开发的总线网络电子产品,目的是改变传统的车身电控而代之以国际

通行的总线式网络,同时解决复杂的线束问题,是满足人——汽车——环境和谐
发展的重要基础,是与国际汽车标准接轨的大势所趋。 早在80年代,众多国际知名的汽车公司就积极致力于汽车总线技术的研究及 应用,如博世的CAN、SAE的儿850、马自达的PAI MNET、德国大众的ABUS、

美国商用机器的AⅥOCAN、IsO的Ⅵ埘等。目前,国外的汽车总线技术已经成
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第二章汽车电子的发展概况及相关介绍

熟,采用总线系统的车辆有BENz、BMw、PORScHE、ROu5一ROYCE、JAGuAR、 vOLvO等。 控制器局域网(CAN,ControllerArca NeMork)的现场总线标准是现在运用最 广泛的汽车现场总线标准。它是80年代初由德国Bosch公司开发的。目前奔驰、 奥迪、宝马、雷诺和大众等公司均基于CAN技术实现了轿车和卡车的发动机管理 (如电喷控制)、车体电子、乃至娱乐设备的控制等功能。 与传统汽车电器控制相比,汽车总线系统有着无可比拟的优势。本文即基于 CAN总线标准进行的设计与开发。

2.5CAN总线
2.5.1

cAN总线技术简介

CAN总线又称作汽车总线,其全称为“控制器局域网(cAN—contmllerAJea
Network)”。cAN总线是一种现场总线(区别于办公室总线),是德国Bosch公司 为解决现代汽车中众多的电控模块(EcU)之间的数据交换而开发的一种串行通信 协议。o~N总线的设计充分考虑了汽车上恶劣工作环境,可靠性高。因此o~N 总线在诸多现场总线中独占鳌头,成为汽车总线的代名词。 随着车用电气设备越来越多,从发动机控制到传动系统控制,从行驶、制动、 转向系统控制到安全保证系统及仪表报警系统,从电源管理到为提高舒适性而作 的各种努力,使汽车电气系统形成一个复杂的大系统,并且都集中在驾驶室控制。 另外,随着近年来n1S的发展,以3G(GPS、GIS和GSM)为代表的新型电子通 讯产品的出现,它对汽车的综合布线和信息的共享交互提出了更高的要求。从布 线角度分析,传统的电气系统大多采用点对点的单一通信方式,相互之间少有联 系,这样必然造成庞大的布线系统。据统计,一辆采用传统布线方法的高档汽车 中,其导线长度可达2000米,电气节点达1500个,而且,根据统计,该数字大 约每十年增长1倍。无论从材料成本还是工作效率看,传统布线方法都将不能适 应汽车的发展。从信息共享角度分析,现代典型的控制单元有电控燃油喷射系统、 电控传动系统、防抱死制动系统(ABS)、防滑控制系统(ASR)、废气再循环控制、 巡航系统和空调系统。为了满足各子系统的实时性要求,有必要对汽车公共数据 实行共享,如发动机转速、车轮转速、油门踏板位置等。但每个控制单元对实时

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性的要求是因数据的更新速率和控制周期不同而不同的。这就要求其数据交换网 是基于优先竞争的模式,且本身具有较高的通信速率,cAN总线正是为满足这些 要求而设计的。
2.5.2

CAN总线电气特性

cAN总线的通信线路由两根导线组成,分别为。气N.H和cAN-L,这两根导 线也就是CAN网络中的总线。网络中所有的节点都挂接在该总线上,并且都通过 这两根导线交换数据。 总线上某一时刻显现的数值由两根导线上电压vcAN.H和vcAN.L的差值表 示。该差分电压vdif可表示“显性”和“隐性”两种互补的逻辑数值。如图2.2

所示。在“隐性”状态下,差分电压vdif近似为0。“显性”状态vnif则大于一个

最小阀值。在。卅总线标准通信协议中规定“显性”(D叫inant)表示逻辑“O”,
而“隐性”(Recessive)则表示逻辑“1”。 当在总线上存在“显性”位和“隐性”位同时发送时,节点发送驱动电路的 设计使得总线数值表现为“显性”。在总线空闲位期间,总线表现“隐性”状态(即 逻辑1)。“显性”状态改写“隐性”状态启动发送并进行备节点之间的同步。

o、N总线上的数据按位串行传输,其传输速率可在5助ps一1Mbps之间选择,
在速率为5Kbps时传输距离可达到10l∞,在速率为1Mbps时的传输距离为4J0m。
当然,挂接在同一条总线上的所有节点都必须采用相同的传输速率。

平 均 电 压 电 平


图2.2CAN总线位值表示

20

第二章汽车电子的发展概况及相关介绍 2.5.3

CAN总线技术优点

数据共享减少了数据的重复处理,节省了成本。比如,对于具有cAN总线接 口的电喷发动机,其它电器可共享其提供的转速、水温、机油压力、机油温度、 油量瞬时流速等等,一方面可省去额外的水温、油压、油温传感器,另一方面可 以将这些数据显示在仪表上,便于司机检查发动机运行工况,从而便于发动机的 保养维护。 再比如,电涡流缓速器、空气悬架、门控制及巡航定速控制都用到车速数据, 结果这些电器都有一套车速处理电路,浪费了资源。而采用总线技术后,大家都 从总线上即可获得车速数据。 减少车身布线,进一步节省了成本。由于采用总线技术,模块之间的信号传 递仅需要两条信号线。布线局部化,车上除掉总线外,其他所有横贯车身的线都 不再需要了,节省了布线成本。另外,数据共享也节省了线路,还拿车速信号打 比方,在没有总线的情况,车速信号要接到电涡流缓速器、空气悬架、门控制及

电喷发动机。有了总线后只要接到一处,其他电器通过总线共享。
硬件方案的软件化实现,大大地简化了设计,减小硬件成本和设计生产成本。

比如发动机点火控制,前点火时必须保证后舱门关闭,后点火时必须保证是空档、
钥匙门处于ON档等。另外还需点火保护装置,以往是靠一系列继电器来实现这 些功能,既不可靠又增大成本。而用软件实现既可靠又无资金投入。具有错误诊 断能力和自动恢复能力,节省了生产维护成本。比如通过配合CAMl.OfQ气N分析

模块)对总线系统进行错误诊断,如传感器的故障诊断、车灯的故障诊断、各个模
块的错误诊断以及线路连接间的错误诊断等。对于总线内部错误,总线系统可以 通过自身软件进行自动恢复。而非总线车辆,一旦出现故障,第一,更依赖人工,

第二,往往需要对复杂线束挨根测量,第三,需要对相关电器依次测定。整个过
程非常费工时。

扩充性强,产品升级快,节省了新产品开发设计成本。@N节点几乎可以在
不改动原有线束的情况下增加新的组件。

数据稳定可靠,o卅总线具有线间干扰小、抗干扰能力强的特点。由于 vm.cAN系统采用的是模块化管理,各模块按其功能分散的摆放在车内,简化了
布线并缩短了线束的长度,从而降低了耦合电流的产生,减小了线间干扰。同时 在软件上,CAN总线采用短帧传输,这样使总线数据报文在传输过程中有较强的
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抗干扰能力。 CAN总线专为汽车量身订做,可靠性有保障。CAN总线的设计充分考虑了汽 车上恶劣工作环境,比如点火线圈点火时产生的强大的反冲电压,电涡流缓速器 切断时产生的浪涌电流及汽车发动机舱100℃左右的高温。 性价比占有绝对的优势。随着CAN的批量推广,其成本会进一步降低。 配置参数十分灵活,可以通CAN总线分析软件进行设置。如开关量可以根据厂家 需求设置其门限及控制极性(正负控),模拟量可根据厂家提供的传感器阻值曲线, 通过软件灵活配置。缩短新车试制时间。

2.6

OSEK/VDX标准
1993年5月,几家德国汽车制造商一致同意在一个适合于汽车应用且通用的

实时分布式操作系统的规范化方面进行合作。这几家汽车制造商是BMw、Bosch、

Daimler.Cllrysler、0pel、si锄ens和Vw。由德国K缸lsmhe大学协调该项目,且
称之为“0船ne
Systeme und deren Sch且ittstelleⅡfIIr die Elelmonik im

K触蹦lIzcug”

或简称为OsEK.其译文大意是用于汽车电子的、带有接口的开放式系统。 与此同时,在法国,PSA和Re加ult开发了一个类似的系统,该系统被称为 VDXfvehicle
Dis仃ibuted

eXecutive)。1994年,这两个项目合并,一年后,将

OSEK/vDx奉献给世界。

OSEl叽,DX从技术和商业两个方面展示了汽车制造上的要求。由于提供了一
套专用的特性,可能加速开发现代汽车中的许多电子控制部件(Ecu)。在不同的
设计中,可以重用编码和专业技术,而且使用通用接口标准,可以在工业生产方 面实现明显的节约。这个想法非常吸引人,世界上的每一个主要汽车制造商都高 厦评价用于下一代产品的OsEKⅣDx。 OsEK厂vDx主要包括操作系统(Os)、通信(cOM)、网络管理(NM)和OsEK实 现语言(OIL)等四个标准。这些标准是欧洲汽车行业开发技术的总结,提供了将各 种先进汽车电子设备有机集合在一起的网络化嵌入式计算机系统的开发规范,使 汽车行业的各种软件能够兼容与协作开发,有利于提高汽车软件的开发效率。

第二章汽车电子的发展概况及相关介绍

2.7本章小结
细致概括了汽车电子的概念、发展历史与现状,并分析了我国汽车电子的市 场现状与发展前景,总结出了汽车电子常见研究内容和分类。最后阐述了与汽车 电子相关的关键技术。同时还简介了汽车电子行业中的标准OsEK,vDx。

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第三章智能监控系统的技术分析

3.1智能监控系统的概述
从计算机的应用角度出发,可将计算机分为面向事务处理的计算机和面向实

时过程的计算机。面向事务处理的计算机大多采用通用计算机,包括通用大型机、
小型机和微型机(个人计算机)。面向实时过程的计算机也称过程计算机或监测控 制计算机(简称监控计算机),它除具有通用计算机的一些共同特性外,在系统结 构、硬软件组成、设计思想、开发工具、使用方法等方面与通用计算机有许多不 同。其主要差别可归纳为; ?丰富的过程输入输出(I/O)接口; ●多样的人机接口; ?严格的可靠性措旆; ?实时操作系统或保证实时性的软件技术。

监测控制计算机所含的硬软件根据实际应用的需要而不同,在实际应用中,
监测控制计算机的种类很多。在我国,应用得较多的有下述几种类型: (1)数字控制器:一类是专用的小型控制器,它一般是针对某些或某类应用 系统专门设计制造的,性能专一,针对性强,操作简单,方便实用,因而有一定 的应用范围。各个厂家有自己的型号,通用性不强。另一类是可编程序控制器, 一般也称可编程序逻辑控制器PLC(Programmable 10百c controller)。现代的PLc 除具有逻辑、计时、计数等功能外,还充分应用了计算机技术,增加了运算、数 据传送和处理、通信等功能,使其性能大大提高。Plc以标准模块的形式提供给 用户,如中央处理模块、数字和模拟的输入输出模块、典型工业对象的控制功能 模块、通信处理模块、测试模块等,并提供相应的PLc编程语言和组态工具,使 用起来十分方便。 (2)工业控制计算机:有各种总线的工业控制计算机产品,例如,vME总

线工控机、Mu啪Bus总线工控机、sⅡ’总线工控机、Pc总线工控机等。Pc总
线工控机(11ldustrial
personal

computer,IPc)发展最快,已成为当前工控机的主

流。口C有严格的标准,有丰富的外围接口板,有的还配有功能顽强的组态软件或 工业控制软件包,给用户提供了良好的开发和应用条件。

第三章智能监控系统的技术分析

(3)嵌入式PC机:这是一种近年来发展起来的超小型化的PC机,外形尺 寸小,功耗小,无需机箱和底板就可以将有关的模块直接叠装组合成各种系统。 目前嵌入式Pc机处在迅速发展之中,产品种类很多。

3.2监控系统的特点及分类 3.2.1监控系统的特点
(1)实时性 计算机监测控制系统是一种实时计算机系统,实时性是它区别于普通(通用) 计算机系统的关键点,也是衡量计算机监测控制系统性能的~个重要指标。实时 性有几层涵义:首先,是系统对外界激励(事件)及时做出响应的能力,即系统 能在多少时间内响应外部事件的发生。这~涵义常用“系统响应时间”来衡量。 计算机监测控制系统要直接从生产现场中采集各种信号,“不失时机”地获得随机 的突发信号。及时地响应这些信号,是计算机监测控制系统必不可少的基本任务。 第二,系统在所要求的时间内完成规定的任务的能力。计算机监测控制系统工作 的正确性不仅依赖于它计算、推理结果的逻辑正确性,而且还依赖于得出结果的 时间。第三,实时是与分时相对应的。在分时系统中,各种操作是按预先分好的 时间片来处理的;实时系统中,各种操作(中断、任务调度等)具有不同优先级, 在正常的工作情况下,如果高优先级的操作条件得到满足,系统将及时中断正常 的运行而去执行高优先级的操作。 (2)可靠性 计算机监测控制系统的可靠性是指系统无故障运行的能力。工业生产在连续 运行,计算机系统也必须同步连续运行,对过程进行监测和控制。即使系统由于 其他原因出现故障错误,计算机系统仍能做出实时响应并纪录完整的数据。 (3)可维护性 可维护性是指进行维护工作时的方便快捷程度。计算机监测控制系统的故障 会影响工业生产过程的正常操作,有时会大面积地影响生产过程的进行,甚至使 整个生产瘫痪。因此,方便地维护监测控制系统的正常运行,在最短时间内排除

它的故障成为计算机监测控制系统的一个重要特点。

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(4)可程量采集及输出 监测控制系统的一个突出的特点是具有强大的I/0功能,即大量的现场信息要 直接从工业现场采集并送入计算机中。 (5)人机交互 在计算机监测控制系统中,人机交互的方式比较丰富。特别是在复杂、大型、 综合、连续的生产过程中,操作人员要在短时间内接受多个信息,进行分析判断, 完成有关操作,因此要求监测控制系统具有多种而不是单一的人机交互方式。除 常规的键盘、鼠标、CRT显示器外,通常还有触摸屏、专用键盘、大屏幕显示、 语音等。 (6)通信功能 这里所说的通信,主要是指在监测控制系统中,计算机与计算机之间、相同 类型或不同类型总线之间以及计算机网络之间的信息传输。在实际应用中,往往 有多种类型的多台监测控制计算机在一起联合工作,这时就需要在计算机之间进 行通信,实时、可靠地传递信息。特别在分级计算机监测控制系统、分布式计算 机监测控制系统中,通信是一个非常重要的问题。

3.2.2监控系统的分类
可以从不同的出发点对计算机监测控制系统进行分类。如下: ●按控制形式分:开环系统、闭环系统、复合系统、单回路系统、多回路系 统、串级系统等。

?按控制策略分:PⅢ控制、自适应控制、预测控制、模糊控制、专家控制、
聚类融合控制等。 ?按被控量类型分:单变量系统、多变量系统等。 ●按处理的信息分:连续系统、离散系统等。 ?按系统性质分:线性系统、非线性系统等 ?按完成功能分:计算机监测系统、计算机监督系统、计算机控制系统、计 算机监控系统等。 ●按系统结构分:直接监控系统、分级系统、分布式系统、现场总线系统等。

第三章智能监控系统的技术分析

3.3监测中的一般智能方法 3.3.1数据采集中误差的处理方法
在工业生产环境中,存在各种干扰源,在这样的环境下要求计算机系统可靠 地工作,测量的精度指标符合要求,除在硬件上采取滤波、屏蔽、接地、隔离等 各种抗干扰技术外,必须在软件方面采用有效的抗干扰方法。 随机误差可以来自外部干扰,也可以产生在系统内部,混杂在信号中或累加 在信号之上,大多数情况接近于正态分布。根据随机过程理论,随机干扰虽然有 不可预知性,但总体上服从统计规律,正负误差出现的几率基本相当,其算术平 均值趋近于零。可以验证,经过N次累加后取算术平均值,得到信噪比的提高程 度和重复累积的次数N的平方根成正比。如果取样次数N适当增加,可以从甚高 频噪声背景中提取极其微弱信号。对通常的共模干扰用平均法是极其有效的,但 是信号中往往会夹杂瞬间的强干扰,即所谓的奇异拐点(称为常态干扰),对这种 情况在进行取算术平均之前,必须将此奇异项剔除。 由于物理量的变化具有随时间变化的连续性,因此我们可以用预测的方法剔 除奇异点,如用一阶差分法:

假定t时刻检测值为Xt而预测值为Xl’,根据一阶差分表达式,
x。=x“+(x¨一置一2) 上式说明,t时刻预测值xt’可以为前一时刻t.1的检测值xI_1加上再前一时刻 t.2的XI_2值差值之和。也就是说t时刻预测值X。’,可以用t,1和t.2时刻的检测值 来推算。根据物理量变化规律,可以设定一个允许变化的窗口或界限值,当预测

值与实测值的差超过界限值时,既可以作为奇异点剔除,并用实测值代替,消除
奇异点后,消除随机误差按下式求取平均值。


^r

x;二X船
Ⅳ台 上式中采样次数N的选取,在理论上N值越大越好,但实际上由于系统要对 几十甚至几百个参数进行检测,受到采集周期的限制,经分析研究,取工频干扰 的偶数倍较合适。

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3.3.2非线性化数据的处理方法
监测的数据经过随机误差软件处理后,大大改善了数据的有效度和可靠性,

但要进一步提高监测精度,还必须对监测通道内存在的非线性特性和其他各种误
差进行修整和补偿。其中从软件角度看主要是对传感器和模拟通道的非线性进行 线性化处理。 用软件进行非线性化的方法一般可归纳为三种,即查表法、曲线拟合法和差 值法。分别介绍如下。 (1)查表法线性化处理 查表法是根据实际定标号好的传感器特性曲线,在测量范围内分成若干等分 点,使参数由小到大按顺序变化时,得出许多实测数据点,然后以传感器输出电 压为自变量,参数值为因变量构成一张数据表,把这张表存放到ROM中。软件处

理方法就是在程序中编制一般的查表程序。被采样的数据(它们是电量u)经过适
当的处理后,通过查表程序直接从数据中由电量u找到对应的非电量T,得到由电 压表示的输出参数,它直接与非电量成正比,而且同时完成了标度变换。为了标

度查表程序的实现,常将传感器输出的电压值作为内存的地址,并按等距选定其
电压变化值。如每隔1mv取一点(应根据实际测量范围和检测精度选取适合的跨 度值)用精密仪表实测定标(或计算),找到对应的非电量值,存入对应的地址单 元中。 显然用查表法作线性化处理时,表格中点数越多,处理后的精度愈高,分辨 率愈高。因为采样电压值必须按表格分档值作整型化处理,才能从表中查到对应 值。但是表中点数过多后,所占据的内存容量就很大。若是参数值要用多字节表 示,以便提高检测精度,则占内存空间更大。可是查表法在测试范围较窄,分辨 率要求不太高的场合还是一种简易可行的方法。特别是对于某些参数传感特性公 式非常复杂,如涉及到指数、对数、三角函数或微积分运算时,运算程序冗长, 又很费时,则用查表法相对来说还是可行的方案。 (2)曲线拟合法:最小二乘法 查表法表示的模拟函数是断续的点线,对于点间的参数值无法精确表示。应 用数学上曲线拟合法,可以建立近似连续函数来模拟一组代表传感特性的实测数 据曲线,拟介法是从使总偏差最小的角度来求近似曲线。它是通过实验求得有限

第三章智能监控系统的技术分析

对数据(xi,Yi),利用这些数据来获得近似的函数Y=F(x),并不要求Y=F(X)的曲线

通过所有的0(j,Yi)点,只要求Y=F(均反映其一般趋势。不允许出现局部波动。
拟合的方法虽有多种,但应用最广能以最小误差逼近的还是最小二乘法。最 小二乘法的实质,是利用一组实测的数值(Xi,Yi)(其中i-1,2,……n)拟合成一条m次 方程的有理多项式曲线Y=F()()来表示。在曲线拟合过程中,应保证二者的均方差 为最小的条件来确定多项式的系数。假设Xi和Yi分别为N个测试数据,它们之间 存在非线形关系,且很难用准确数学方程表示,因此用N对实测数据表示。 设拟合函数为:

y’=Ⅱ。+口1x+口222+……….+口。石“=芝口,工7
则,标定函数Y=f(x),与拟合函数Y=F(x)的均方差为盯则
Ⅳ Ⅳ m 2

盯。荟眵’一¥】2。磊【善4,’一x】
取均方差为最小(由于误差可能为正,也可能为负,而均方差对正负误差均 有效),可以对上式求ai的一阶导数,并令其为零,得:

等观扣弘7哪p。
此式相当于(m+1)元线性方程组:
sono+slnl+J2d2+……+5m矗m兰岛 sl口o+s2口1+s3口2+……+%十1口m;f1 %口o+‰+l口1+s.+2口2+……+s2m矗m=0

上式中系数:

&;稀+对+……+《;善#(k=o,1,2,…,2m)
^r

o=x』)}。+爿咒+…+《以一薹《咒(j=o,1,2’…,m)
根据实验数据(Xi,Yi)值,可求得系数sk、b,带入线性方程组,即可得系数aj, 进而确定Y(x)的拟合曲线方程Y(x)=F(x)。 试验数据被拟合的精度,和N与m的取值有很大关系。通常要求N>>m,且

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m的取值愈大,逼近的精度愈高。但考虑到在微机上运算量与运算速度的限制也 不宜太大,若已给定精度要求,可以用试探法寻找m值。即假定一个m值,求出 o;,得到Y再算出各点函数值并与给定实测值比较,若误差超过允许的误差e, 则令多项式的m次加高,再重新计算o i,直到求得满足的精度为止。 (3)插值法 最小二乘法,在实测特性的非线性程度不太大的情况下,m取值较小即可获 得相当高的精度,运算程序也不会太复杂但如果特性的非线性程度较大或非单向 性函数,运算程序就显得较繁,运行时间也长,则可以采用插值法。在智能仪器 中常用的插值法为线形插值法。 插值法线性化处理,实质是将函数分段模拟,或者说当实测的x值介于表格 中二个校准点Xi与xi+,之间时不能直接按查表法操作,可利用其相近的xi或Xi+1 去查对应的Yi或Yi+1值,用i和i+1点相近函数作内插计算求出Y。内插函数根 据具体的情况和插值精度的要求来选择。可以用一条直线内插,也可以用二次抛 物线方程内插,或者m次多项式内插,目前用的最多是线形内插法。 它的基本思想是通过n+1个插值点的n段直线来代替函数y=f(x),在数学上可 用下述简单公式描述: 】,aM。O一鼍)+I
f=0,l,2.一

式中,Mi为第i段直线的斜率:

M。:兰±;二兰


Xt。L—xt

Xi,xi十1,Yi,Yj+1分别为插值结点,及插值结点对应的函数。 可以把每段的Xi,Xj+1和Mi值按数据大小顺序列成相应的表格,实现存于存

储器中,然后根据采样值x的大小进行查表搜索,找出采样值所在区段,并取出 该段xi,xj+1和Mi值,利用上式进行插值计算,即可得到校正的输出值Y。
实际得到的线形插值计算精度,将和分段的点数n有关,分段越多,越能逼

近原函数,但占内存空间容量越大。分段是可以等分,也可以不等分,根据特性 曲线的实际情况而定,总之应是每区段内的误差在允许范围内。若是逼近函数的
折线段数很多,程序在判别x处于何段就要花费较长的时间。因此,为提高速度, 有满足精度要求,必须有效地改善区段的划分,以减少折线的段数。具体的做法 是,把整个特性区间先划分成几个长段,每一段取P组数据利用最小二乘法进行

第三章智能监控系统的技术分析

直接拟合,可写成: 誓。篁口o+日1爿l ao和a1的系数可以用最小二乘法求得,然后再逐点试探次直线段可以使用到 何点处。试探的步骤是,先从两顶点开始,按¥’=Ⅱ0+qzi拟合直线方程求得Yi’,

再找l y;一y:I=e偏差是否在预先确定的范围内。如果未超过,则伸到下一点重复上
述步骤,逐点伸展。如伸展到m点到发现偏差超过预定范围,则第一直线段只能 覆盖到第m点开始求另一长段的拟合方程为Y’;60+岛x;。这样逐段求出各直线方 程,直到将末点N全部覆盖完为止。若覆盖需要q条直线,该实测特性就可用这 q根直线在不同的x范围分段被拟合了。

3.4本章小结
从计算机应用角度出发,分析了计算机智能监控系统的特点及分类,并阐述

了其中一些典型的数据采集与数据处理的处理方法。

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第四章汽车运行安全参数的确定

4.1汽车运行安全参数的分类与选择 4.1.1汽车运行安全参数的分类
为了更好地对汽车运行安全性进行监控,必须清楚哪些参数的变化能影响汽 车的运行安全。因此,按功能的不同可将汽车运行安全参数分为三类: (一)在交通安全中起到警示作用的灯光信号和喇叭信号,例如:前照灯, 转向灯,制动灯,倒车灯,尾灯,门灯,雾灯,警示灯,示廓灯,牌照灯和鸣号 等等; (二)在汽车运行中通过仪表盘显示以提示驾驶员的运行参数,例如:车速, 发动机水温,蓄电池电量,冷却水水量,轮胎气压等等; (三)汽车“黑匣子”功能参数,例如制动减速度,发动机转速,最高车速 行驶时间,节气门开度,挡位情况等等。

4.1.2汽车运行安全参数的选择
汽车运行过程中的安全受多个因素影响,掌握这些影响因素的实际,保证汽 车安全行驶,必须用传感器采集与运行安全相关的各种参数信号,并通过电子控 制单元实现监控。如下列出一些具有代表性的汽车运行安全参数的作用和基本原 理:

(1)大灯(前照灯)

前照灯是汽车在夜间或在能见度较低的条件下,为驾

驶员提供行车道路照明的重要设备,而且也是驾驶员发出警示、进行联络的灯光 信号。所以前照灯等必须有足够的发光强度和正确的照射方向,如图4.1所示。 (2)转向灯 当汽车要转弯时,由驾驶员打开相应的转向等开关,转向信号

灯亮并按一定频率闪烁,以告知前后的车辆驾驶员、行人和交通警察,发出警示 和提醒的信号,可避免因转向所造成的交通事故。

第四章汽车运行安全参数确定

1-透镜;2-传感器;3一功率继电器:4.远光;5.12v电源:6.近光;7.脚踏变光开关 图4,1前照灯减光电路图原理

(3)制动灯汽车上采用的第一个信号灯就是制动信号灯,它装在汽车的尾 部。当汽车制动时,制动信号灯亮,其主要用于汽车刹车时提醒正在车后方行驶 的车辆,以免造成追尾事故。 (4)停车灯和尾灯系统用于停车灯和尾灯的小型灯泡通常为双丝灯泡,一 根为大电流灯丝,电流为2.1A,发光强度32cd,用于转向和制动信号:另一根为 小电流灯丝,电流约为600mA,发光强度3cd,用作停车灯和尾灯。如图4—2所示。 (5)门灯在车门没关或关闭不严的情况下,提醒驾驶员以关好车门,防止 因此引起的交通事故 (6)鸣号(喇叭)驾驶员向前方的行人或车辆发出警示的声音装置。 (7)报警灯系统当汽车发生故障或有紧急情况时,打开报警信号开关,这 时,前后左右4个转向灯一起闪烁,以示报警。当报警的电路接通时,所有的转 向灯信号同时闪烁,仪表板上的灯也亮。由于闪光器直接通过报警开关与蓄电池 连接,因此,报警灯不管点火开关是否接通,都可以发出报警信号。 (8)示廓灯系统为了夜间行驶安全,在汽车的4个角上装上4个灯。前面 2个为琥珀色,后而2个为红色。当停车信号灯或尾灯亮时,这些示廓灯也一直亮

着,以便会车。示廓灯一般采用电流为270IIA,发光强度为2cd的小型灯泡。

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1.至开关的尾灯接线柱;2-转向灯灯丝;3.右转向指示灯;4。尾灯灯丝;5臻向制动灯灯丝;
6.双灯丝;7埔0动灯开关;8.转向灯开关;9.左转向指示灯;lO.闪光继电器 图4_2转向灯、制动灯及停车灯的电路示意图

(9)牌照灯这种灯由控制停车灯和前照灯电路的开关控制。当其中的一个 电路接通,牌照灯即亮,通常采用电流为700Ⅱ1A,发光强度为4cd的灯泡。 (10)倒车灯汽车倒车灯有两个作用,一是向其他驾驶员和行人发出倒车 警告(有的还加上倒车蜂鸣器);二是夜间倒车时的照明。通常采用电流为2.1A,发 光强度为32cd的照明灯泡。 (11)雾灯是在大雾天气里,防止因为驾驶员视线不够远的影响而装有雾 灯,避免意外的交通事故发生。 (12)车速汽车的行驶速度关系到行车安全与运输效率。为了提高汽车的 运输效率应发挥车辆性能所能提供的尽量高的车速,但车速过高到超过了汽车性 能所允许的界限,往往会使汽车失去操纵稳定性与制动距离过长,影响行车安全。 此外车辆的行驶速度还受交通状况和道路条件,以及着眼与经济成本的经济车速 限制。所以驾驶汽车时合理地运用、准确地掌握行车速度,对行车安全与高效运 用车辆有着重要意义。在行车中,汽车驾驶员通过车速表来了解、掌握车辆行驶 速度,这就要求车辆速度应具有一定精度,能尽量准确反映车辆的实际速度。因 此,必须对车辆的行驶速度进行监控。 (13)发动机转速根据实测的统计资料,平均机械损失压力大致与转速成

第四章汽车运行安全参数确定

直接关系,而机械损失功率与转速的平方近似值成正比,因此转速的升高,机械
效率下降很快。监控发动机转速,可提高机械效率,也可以判断发动机工作状况。 (14)封电池电量当蓄电池的单格电池电压降至1.7V以下时,就会引起启 动无力、灯光暗淡和其他用电装置不能正常工作等现象。因此,蓄电池的电量过 低时,应该及时向驾驶员发出提醒,以及时使充电。 (15)机油压力 油压过低能在短时期内可使一台其他一切正常的发动机受

到严重破坏,油压过高会导致机油消耗,轴承材料从轴承上被冲刷下来或机油滤
清器破坏等危害。因此必须把机油压力控制在一个合适的范围。 (16)冷却水温度 冷却水温度的高低直接影响发动机和润滑油温的高低,

水温过高或过低都会影响发动机的机械性能。冷却水温度过高时,会使燃烧室壁 和缸壁过热,爆燃和表面点火倾向增加,同时进入汽缸的混合气因温度升高,密 度下降,气量减少,使发动机动力性和经济性下降:水温过低时,发动机传给冷

却水的热量增多,发动机的热效率降低,功率下降,油耗率上升,润滑油粘度增
加,流动性差,润滑效果差,摩擦损失及机件磨损加剧,容易使燃烧中的酸根和 水蒸气结合生成酸类物质,使发动机汽缸腐蚀加剧,不完全燃烧现象严重,燃烧 不良还会形成积碳,使排放污染增多,有害人体健康。 (17)制动减速度汽车运行中,当突然遇到前方有障碍物时,必须采取紧 急制动,使汽车在最短时间内停下,以避开障碍物,防止发生交通事故。因此要 求车辆本身具有良好白勺制动性能。制动减速度是指在单位时间内速度的变化量, 是汽车制动性能的一个重要评价指标。 (18)最高车速(vmax)和最高车速行驶时间

这里所说的最高车速mnaX)是

限制的最高车速。两辆车在同样的道路上行驶,如果要想超车,当然加速性能越

高越好,这样起车时间短,汽车行驶才更安全。另外,对限制的最高车速连续运 行时间进行监控,可避免超速行驶。

4.2汽车运行中一些参数限值的确定
汽车运行的安全涉及到汽车的方方面面,制动性、操纵稳定性、使用安全性 等等。其中涉及到的参数更是有很多,本文中选择汽车运行中最常见且容易监控 的重要参数进行了列举。

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对其中一些没有确定值,但又是汽车运行安全中不可忽视的参数进行限值。 如汽车的最高车速及最高车速行驶时间、发动机温度、发动机机油压力等。通过 与汽车电控单元(ECu)的连接,分析、计算、处理来自汽车传感器采集的信号,利 用报警装置或蜂鸣器或仪表板上的指示灯来警告或提醒驾驶员进行安全驾驶。

4.2.1汽车运行中最高车速行驶时间的限值
汽车在行驶中,很多时候需要超车行驶,这就要求后面的车必须具有良好的 加速性能,要求在最短的时间内超过前面的车辆。因为两辆车并行行驶的时间越 长,发生交通事故的可能性就越大。因此,欲超车的车辆在做好提醒前面车辆要 超车以后,要以最快的速度在最短的时问里超过去。

汽车在高速公路上行驶速度为11啮nm限速,在超车的时候我们要求比这更
高一些的速度行驶,而且两车并行行驶时间又不宜过长。拟采用定时计数器及蜂 鸣报警装置来监控,当最高车速行驶时间超过规定值30秒钟时,蜂鸣器就启动自 动报警装置来提醒驾驶员采取有效措施,注意行车安全,这样就可以更好避免可 能发生的交通事故。

4.2.2发动机的温度限值
发动机的冷却必须适度。若发动机冷却不足,发动机零件也会因润滑不良而 加速磨损;但若冷却过度,不仅会增加了燃油消耗,且使机油变稀而影响润滑, 结果也将使发动机功率下降,磨损加剧。总之,不论是冷却不足还是冷却过度, 都会造成发动机的不正常磨损,严重的时候会造成抱轴而引起突发性事故。 采用水冷系时,应该使气缸盖内的冷却水温度在80~95℃之间。若发动机温 度过低时,需要采取暖机过程,使发动机温度达到正常范围内;本文中主要监控 发动机温度过热的情况。驾驶员没有办法直接获得发动机的温度,拟定发动机最 高温度就是冷却水温达到95℃,当温度超过这个限值时,报警。可以使用热敏电 阻式冷却水温度传感器来检测气缸盖内冷却水的温度,通过冷却水的温度来反映 出发动机的温度,从而监控发动机的温度,使其在最适宜的温度范围内正常工作。

4.2.3发动机机油压力的限值
发动机工作时,传力零件的相对运动表面(如曲轴与主轴承、活塞与气缸壁、

第四章汽车运行安全参数确定

等等)之问必然产生摩擦。金属表面之间的摩擦不仅会增大发动机内部的功率消 耗,使零件工作表面迅速磨损,而且由于摩擦产生的大量热可能导致零件工作表 面烧损,导致发动机无法运转。因此,为保证发动机正常工作必须对相对运动表 面加以润滑,以减小摩擦阻力,降低功率损耗,减轻机件磨损,延长发动机使用 寿命。 发动机运转时,由于发动机各运动零件的工作条件不同,所要求的润滑强度 也不同,因而要相应地采取不同润滑方式。发动机运动部件的主要润滑方式有两 种:压力润滑和飞溅润滑。发动机的一些主要运动机件如曲轴主轴承、连杆轴承 及凸轮轴轴承等处承受的载荷及相对运动速度较大,需要以一定压力将机油输送 到摩擦面间隙中,方能形成油膜保证润滑。正常情况下,怠速时发动机机油压力 为30~50KP,高速行驶时为200~300KP。 本文中采用机油压力传感器来检测机油压力,油压力表可按油压过低、油压 正常和油压过高三种情况来设置发光显示器和仪表刻度。当油压不正常时,屏幕 警示提醒驾驶员,与此同时蜂鸣器发出报警信号。

4.3本章小结
对汽车运行安全进行了分类:选择了若干种与汽车运行安全有关的参数,并 对它们进行了逐一描述,确定了某些参数的限值。

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第五章监测系统的设计

5.1系统总体框架结构
本系统是运行在车载嵌入式计算机系统之上,实时性、可靠性和可伸缩性都 是该系统要考虑的问题。系统的实时性主要体现在对各种数据采集和处理的时限 问题上。如前文所示,系统的数据采集被分成不同种类,每种信号采集出来的数 据处理都设立不同的时限,保证信息的处理在规定的时限内能够完成。如果不能 够在规定的时限内完成信息处理,则认为是无效的处理,系统发出警报,警告驾 驶人员进行必要的防护措施。整体系统结构如图5.1。

图5.1整体系统结构图

输入面板是用户与系统的交互接口,用户通过输入控制面板进行数据查询。 存储器记录了车辆行驶过程中各种数据参数信息,该存储系统类似于汽车黑 匣子,对车辆事故分析,车辆行驶过程状况分析都可以提供有力的数据依据。

第五章监测系统的设计

5.2监测系统的组成 5.2.1从整体功能上的划分
该监测系统主要由数据采集模块、数据处理模块以及信息输出与执行模块三 大部分组成。如图5.2。
显示、报警

数据输出与 执行模块

¨
教据赴理模块

1f
数据采集模块 鼓据信号

图5.2系统整体组成

数据采集模块主要由各种传感器、激光雷达、微波雷达、超声波、红外线、 各类摄像机等组成,能够对汽车本身及其周围环境状况进行及时的监测。该模块 是监测系统的“眼睛”。 数据处理模块主要包括各种规格的车载计算机,通常这类计算机都是嵌入 式系统,具有高度的实时性和可靠性。数据处理模块一头连接数据采集模块,另 一头连接信息输出和执行模块,是监测系统的“大脑”和“心脏”。 信息输出与执行模块包括各种信息显示、信息警告、信息存储等技术系统, 负责将数据处理模块得出的结果通知驾驶者,是监测系统的“嘴”。

5.2.2按不同性质的划分
将各个监测内容按不同性质分成不同的模块。 汽车通常由发动机、底盘、车身、电气设备四个部分主成。 发动机的作用是使供入其中的燃料燃烧而发出动力。大多数汽车都采用往复
’日

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活塞式内燃机,它一般是由机体、曲柄连杆机构、配气机构、供给系、冷却系、 润滑系、点火系(汽油发动机采用)、起动系等部分组成。 底盘接受发动机的动力,使汽车产生运动,并保证汽车按照驾驶员的操纵正 常行驶。底盘由下列部分组成:

传动系——将发动机的动力传给驱动车轮。传动系包括离合器、变速器、传
动轴、驱动桥等部件。

行驶系——将汽车各总成及部件连成一个整体并对全车起支承作用,以保证
汽车正常行驶。行驶系包括车架、前轴、驱动桥的壳体、车轮(转向车轮和驱动 车轮)、悬架(前悬架和后悬架)等部件。

转向系——保证汽车能按照驾驶员选择的方向行驶,由带转向盘的转向器及
转向传动装置组成。

制动装备——使汽车减速或停车,并保证驾驶员离去后汽车能可靠地停驻。
每辆汽车的制动装备都包括若干个相互独立的制动系统,每个制动系统都由供能 装置、控制装置、传动装置和制动器组成。 车身是驾驶员工作的场所,也是装载乘客和货物的场所。车身应为驾驶员提 供方便的操作条件,以及为乘客提供舒适安全的环境或保证货物完好无损。 电气设备由电源组、发动机起动系和点火系、汽车照明和信号装置等组成。 本监测系统依照汽车实体分成四个大的模块,分别为:发动机模块、底盘模 块、车身模块、电气设备模块,如图5.3所示。

图5.3监测系统性质划分示意图

每个大的模块内部再细分成不同的子模块(如在电气设备模块中还要细分出 车灯状态模块、电源状态模块等子模块),如图54所示。

第五章监测系统的设计

图5-4子模块划分不惹图

各个子模块再继续细分,进一步分成不同的模块或属性,如汽车照明系统还 可以分出不同照明设备,每种设备都有自己的属性和特性参数,由中央系统统一 管理。例如照明系统有车内车外之分,不同位置不同照明灯(大灯、小灯,雾灯、 刹车灯、倒车灯……)之分等。各种“叶子”模块均以设备方式挂接到整个系统 中,可以根据需要在使用之前随时配置不同的组合方式。

5.2.3按时间特性的划分
由于本系统是应用于嵌入式计算机设备,主要针对车载设备。每种响应要在 规定的时限内完成,否则视为失效,所以要求有高实时性和高可靠性。时限 (deadline)是实时系统中的~个重要概念,指的是对任务截止时间的要求,根据 时限对系统性能的影响程度,实时系统又可以分为软实时系统(soft rcal.time—svstem)和硬实时系统(hard real.time—svstem)。软实时指的是虽然对系 统响应时间有所限定,但如果系统响应时间不能满足要求,并不会导致系统产生 致命的错误或者崩溃;硬实时则指的是对系统响应时间有严格的限定,如果系统 响应时间不能满足要求,就会引起系统产生致命的错误或者崩溃。如果一个任务 在时限到达之时尚未完成,对软实时系统来说还是可以容忍的,最多只会降低系 统性能,但对硬实时系统来说则是无法接受的,因为这样带来的后果根本无法预 测,甚至可能是灾难性的。在目前实际运用的实时系统中,通常允许软硬两种实 时性同时存在,其中一些事件没有时限要求,另外一些事件的时限要求是软实时 的,而对系统产生关键影响的那些事件的时限要求则是硬实时的。 本系统根据实际情况的需要,将不同的任务分成不同的时限。将紧急任务以 硬实时条件处理,硬实时分成三种时限,分别为10ms、20ms、40ms,如图5—5所 示。

41

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时 限 级 别

10

20

40

时间(ms)

图5.5硬实时级别划分示意图

5.3数据采集方案的设计 5.3.1数据采集方法的分类
程序轮询式采集程序轮询采集,是指系统根据提前设置的时间间隔,对需 要获取信号的设备进行信息采集,然后进行必要的信息处理,通常这样的信号源 设备都是优先级比较高,需要系统及时处理,如:刹车系统,安全系统等。系统 可根据信号源设备的优先程度,设置不同的时限。优先级高的信号源设备可以设 置短时限,这样使得系统能够及时获得信号源设备的信息,做出合理的处理,保 证设备运行正常。 信号中断式采集信号中断采集主要是指信号源设备出现异常之后,产生中 断信号,要求系统进行处理,通常属于中断信号采集的信号源都是优先级比较低 的终端,如:车内照明系统等。 用户查询式采集用户查询采集是指该信号只有在用户通过控制面板按钮请 求时,才进行信号采集和处理,如:空调系统等车载电气设备。采集方案如图5-6 所示。

第五章监测系统的设计

图5.6数据采集方式

5.3.2车辆运行状况参数监测信号获取
在车辆运行状况监测系统中,车辆运行状况的监测参数主要包括模拟量、开 关量、报警信号灯与指示灯以及GPs导航与电子地图的信号。 S.3.2.1模拟量参数 车辆运行状况监测模拟量参数如表5.1所示。
表5.1模拟式机械仪表及其相关量程

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5.3.2.2开关量参数 车辆运行状况监测开关量参数如表5.2所示。包括发动机水温高(≥105℃,声 光报警)、发动机油温高(≥120℃,声光报警)、发动机油压低(≤0.2MPa,声光报 警)、发动机排气温度高(≥650℃,声光报警)、发动机调速器故障(红色闪光报警)、 变速箱精滤I(红色闪光报警)、变速箱精滤II(红色闪光报警)、传动箱精滤(红色闪 光报警)、传动箱油温高(≥115℃,声光报警)、变速箱油温高(≥115℃,声光报警)、

水上传动箱油温高(≥115℃,声光报警)、载员室进水(声光报警)、动力舱进水(声
光报警)、风扇油滤负压(红色闪光报警)、液压油滤负压(红色闪光报警)、毒剂(声 光报警)、高辐射(声光报警)、低辐射(声光报警)、柴油油量低(红色闪光报警)、 空气滤芯负压。
表5_2车辆运行状况监测开关量参数 序号
1 2 3 4 5 6 7 8 9

测点
D102 D112 D107 D132 D133 D134 D171 D101 D125 D111 D110 D120 D117

点说明 拖车泵开关 发电复位开关 起动开关 预润泵按钮 气起动按钮 电起动按钮 滑板应急按钮 电源总开关 电控电源开关 空压机冷却开关 低压柴油泵开关 预热起动开关 大灯大光 小灯小光 抽尘泵开关 观察仪开关 前排水泵 后排水泵

模块名
F1Ⅵ161 DI

模块号
8 8 8 9 “ K M 8 9 8 8 9 9 9 9 8 9 9

通道号


FMl61 D1




FMl61

DI

FMl61 Dl FMl61 Dl FMl61 Dl 研订161 DI FMl61 DI




l 6 O 8

FMl61

Dl



nⅥ161 DI


9 3 O 1

FMl61

DI

FMl61 Dl FMl61 DI

n坨妈M

D118

FMl61

DI

D1”
D10‘l D121

HⅥ161 Dl


3 4 5

FMl6l

Dl

F1Ⅵ161 D1

”M"墟

D122

FMl61 DI

第五章监测系统的设计
D116 D131 D119 D167 D168 D170 D172 D173 D175 D176 D177

增压风扇开关 示廓灯 仪表照明开关 低速
中速

FMl61 DI FMl61 DI FMl61 DI FMl61 DI FMl61 DI FMl61 DI FMl61 DI
HMl6l DI






2 2 3 5 7 8

高速 后滑板收 后滑板放 前下滑扳收 前下滑板放 前上滑板收 前上滑板放

FMl61 DI




FMl61

Dl

F1订161 DI 同Ⅵ161 DI

挖 9,M撕M撕拍M坫M托


拇∞殂丝∞拼巧拍"嚣凹如

D178

5.3.2.3报警信号灯与指示灯 车辆运行状况报警信号灯与指示灯如表5.3所示。
表5.3车辆运行状况报警信号灯与指示灯 序号
1 2 3 4 5 6 7 8 9

测点
D001 D002 D004 D003 D005 D020 D009 D008 D010 D019 D012 D013 D016 D017 D018

点说明

模块名

模块号
12 12 12 12 12 13 12 12 12 13 12 12 12 13 13

通道号
0 l 3 2 4 3 8 7 9 2

发动机水温高FMl71 发动机油温高FMl71 发动机排气温度高FMl71 发动机油压低FMl71 发动机综合报警1 发动机综合报警2
FMl71 FMl71

传动箱油温高FMl71 传动箱精滤FMl71 变速箱油温高FMl7l 柴油油量低FMl71 载员室进水FMl71 动力舱进水FMl71 毒剂FMl7l 高辐射FMl71 低辐射FMl71


11 12 13 14 15

n屺坫0


45

电子科技大学硕士学位论文
16 17 18 19 20 2l 22 D006 D007 D015 D014 D021 D026 D027

变速箱精滤1 变速箱精滤2 液压油滤负压 风扇油滤负压 工况指示 后门打开指示 后门滑板放指示

FMl71
FMl71
同Ⅵ171

12 12 12 12 13 13 13

5 6 14 13 4 9 10

FMl71 FMl71

FMl71
FMl71

53.2.4

GPS导航及电子地图的信号

GPs是美国集全球卫星定位技术(GPS)、地理信息技术(Gls)和现代通讯技术所 建立并运行的新一代卫星导航、定位和授时系统,具有全球、全天候、连续三维 定位和导航能力,已广泛应用于各领域。它将移动目标的位置信息(经度、纬度)、 时间、状态等由GPs接收机和其他相关设备获得的信息,实时地传送至监测系统, 并对目标的位置、速度、运动方向、状态等参数进行监测和查询,为目标监测、 调度、管理提供可视化依据。而监测系统应具有获取GPs信息的能力,也就是说 应该采用某种方式实现监测系统对GPS应用程序的外部调用。 (1)通过与驾驶员显示终端通信,接收定位导航信息并显示,采用4线制 RS422,即收发信号各2根。 (2)电子地图上标注工程车的位置、目的地、路线,并有文本显示。 (3)传送工程车的日期、时间以及经度、纬度、高度、航向、速度等信息。 (4)驾驶员显示终端启动后,向导航显示终端发送带时间数据的“自检”命 令,若返回“自检正常”,则随后发送定位导航参数。 (5)通过与驾驶员显示终端通信,接收定位导航信息并显示,采用4线制 Rs422,采用报文格式,报文内容全部采用16进制。 通讯协议为:传输速率9600bps,8位数据位,1位停止位,无校验。报文格 式如表5.4所示。

第五章监测系统的设计

报文内容解释如下: (1)报头AAH,55H,每帧数据均以AAH,55H两个字节作为报文开头。 (2)报文长度HL,它不包括报头的两个字节,但包含代码和的所有字节个 数,其中两个字节的第一个字节为报文长度的高字节,第二个为低字节。 例:若一包数据有20个字节(十迸制),则报文长度为20.2=18,则先发送高字 节00H,后发送低字节12H。 (3)收/发地址码,收/发地址码分别为接收和发送设备的通讯地址码,驾驶 员显示终端设备为60H,定位导航设备为61H,驾驶员显示器设备为63H。 当定位导航设备向驾驶员显示器设备发送数据包时,数据包中的收地址码为 63H,发地址码为61H。 当定位导航设各向驾驶员显示终端设备发送数据包时,数据包中的收地址码 为60H,发地址码为61H。 当驾驶员显示终端设备向定位导航设备发送数据包时,数据包中的收地址码 为61H,发地址码为60H。 (4)信息码,信息码为本包数据的编码,具体见表5.5。 (5)参数,参数为对应于信息码下应传送的数据内容,具体见表5.5。 (6)代码和,代码和为不包含AAH、55H以及代码和这三个字节的其它全部 数据的不完全代码和(不带进位的累加和)。

电子科技大学硕士学位论文

表5.5报文格式中参数说明 命 令 名称 信息码 白检
参内 参数容

驾驶员显示器向 导航系统发送 数 说明 信息码∞

驾驶员显示终端向 导航显示终端发送 参数 说

备注

皴熔年月日坩黼秒
终 端 发 送

0l

驾驶员显示终端主动 发送,导航显示终端 应答。 00:自检正常 01:自检故障

雠洫m妇m缸

位 数


经度 纬度 高度 航向 速度 倾斜 俯仰 数据 标志

字字字字字字 节节节节节节 doubje度4字节 l、驾驶员显示终端以 double度4字节每秒一次的频率主动 int米2字节 向导航显示终端发送 doubk度4字节 导航数据

doubk米俐;4字节
doubk度4字节 doublc度4字节 0x41(“A”)有效 ox56f“v”1无效 2、驾驶员显示器收到 数据不进行应答

注: 1、纬度“+”为北纬,“.”为南纬; 2、经度“+”为东经,“。”为西经: 3、海拔高; 4、车辆相对正北方向的航向; 5、倾斜:车辆水平为0,车辆左高右低时为正,左低右高时为负,该参数绝对值最大为89.9 度; 6、俯仰:车辆水平时为O,车辆前高后低时为正,前低后高时为负,该参数绝对值最大为 89.9度。

5.4内部CAN网络设计 5.4.1总体方案设计
现代汽车典型的电控单元主要有主控制器、发动机控制系统、悬架控制系统、 制动防抱死控制系统(ABs)、牵引力控制系统、AsR控制系统、仪表管理系统、故 障诊断系统、中央门锁系统、座椅调节系统、车灯控制系统等。所有这些子控制

系统连接起来构成一个实时控制系统——指令发出去之后,必须保证在一定时间
内得到响应,否则,就有可能发生重大事故。这就要求汽车上的CAN通信网络有 较高的波特率设置。另外,汽车在实际运行过程中,众多节点之间需要进行大量

第五章监测系统的设计

的实时数据交换。若整个汽车的所有节点都挂在一个CAN网络上,众多节点通过

一条剑蝌总线进行通信,信息管理配置稍有不当,就很容易出现总线负荷过大,
导致系统实时响应速度下降的情况。这在实时系统中是不允许的,因此在对汽车 上各节点的实时性进行了分析之后,根据各节点对实时性的要求,设计了高、中、 低速三个速率不同的CAN通信网络,将实时性要求严格的节点组成高速CAN通

信网络,将其他实时性要求相对较低的节点组成中速。蝌通信网络,将剩下实时
性要求不是很严格的节点组成低速cAN通信网络。并架设网关将这三个速率不同 的三个通信网络连接起来,实现全部节点之间的数据共享。整个汽车的cAN通信 网络拓扑结构如图5—7所示。

图517汽车CAN总线网络拓扑图

发动机控制系统、悬架控制系统、制动防抱死控制系统(ABsl、牵引力控制系 统、ASR控制系统这五个节点是汽车运行的核心部件,对时间响应要求严格,因 此将这五个节点组成高速cAN通信网络,通信波特率设为500bDs。仪表管理系统、 故障诊断系统等相对来说对实时性的要求较低,因此这些节点构成中速cAN通信 网络、通信波特率设为128bDs。中央门锁系统、座椅调节系统、车灯控制系统对 实时性要求不是很严格,它们构成低速通信网络,通信波特率设为30bps。两个网 关跨按高、中、低速三条总线,与各节点进行数据交换。网关通过对已~N总线间 待传数据信息的智能化处理,可以确保只有某类特定的信息才能够在网络间传输。

电子科技大学硕士学位论文 5.4.2

CAN网关的硬件电路设计

网关的主要作用是协调各个网络之问数据的共享,负责各节点之间的通信 其硬件结构与o~N节点非常相似。由于它负责高速与低速网络之间的数据共享 所以,必须同时跨接在两个网络之间。G~N总线网关硬件框图如图5.8所示。 低速CAN
M C 3 3 9 8 9 M C

高速cAN

——小
、—],

MC9S12DP256

——小 N—’

3 3 9 8 9

图5.8cAN总线网关硬件框图

微处理器Mc9S12DP256具有5个o~N模块,这里使用其中的两个:一个通 过Mc33989与低速网相连,实现与低速网的通信;另一个通过Mc33989与高速 网相连,实现高、低速网之间的通信以及对网络的管理。
5.4.3

cAN网络通信系统软件设计

本设计所需实现的功能是各节点发送接收数据,网关能实现数据的转换,实

现高、低速网络之间的通信。在实验过程中,假设速率不同的两个网络,数据刷
新周期分别为10ms的低速网和5ms的高速网。软件主程序完成数据的处理和收发, 中断程序负责数据的采集,主程序由o~N总线数据的收发、液晶显示控制、数据 帧解析三部分构成。通过中断判断数据的接收或发送,根据高、低速的不同,每 隔一段时间(5ms或10ms)发送一组新数据。通信程序流程如图5.9所示。

第五章监测系统的设计



l l

图5.9通信程序流程

5.5模拟演示程序的设计
本程序仅为一个系统的演示。只针对汽车运行中最基本的几项运行参数(速 度、油量、发动机温度等)做了模拟监测,每种参数信号分别有一台或几台Pc机 产生,通过网络连接进行参数的传递。

5.4.1主程序运行环境 本演示程序的主程序是运行在华恒科技推出的Hm娘M9.EDu.R1实验开发板
上,如图5.10。

电子科技大学硕士学位论文

图5—10华恒卸¨RM9,功u.Rl嵌入式开发板
华恒HHARM9。EDU.R1实验开发板,采用主流的ARM9处理器,与ARM7 内核芯片相比,ARM9芯片的功耗更低,速度更快,处理能力更强,架构更合理, 完全是境界上的飞跃!主要接口有:2个标准RS232串口、1个Rs422串口、2个 usBHost接口、1个usBDevice接口、1个Ps/2接口、1个IDE硬盘接口、1个 RTc、1个10M/100M自适应以太网接口、1个音频输入输出接口、1个麦克风、1

个LcD接口、1个触摸屏接口、AD仍A接口、1个cF卡接口、1个sD卡接口、
1个4+5小键盘、1个40针扩展接口、1个16针扩展接口、1个步进电机、1个JTAG 接口,1个12v直流电源接口。

该开发板采用Ⅱnux,wmcE双操作系统实验设计,本演示程序使用了a加
Linux操作系统,内核版本为2.4

5.4.2开发环境与GUI
本演示程序是在Ijnllx操作系统环境下,使用标准c语言进行开发的。 图形界面采用了MiniGuI。MjniGul原是由魏永明主持和开发的一个自由软 件项目,现由北京飞漫软件技术有限公司维护并开展后续开发。MiniGUI项目的

第五章监测系统的设计

目标是为基于Linux的实时嵌入式系统提供一个轻量级的图形用户界面支持系统。 该项目自1998年底开始,到目前为止,已经非常成熟和稳定,并且在许多实际产 品或项目中得到了广泛应用。MiniGuI为应用程序定义了一组轻量级的窗口和图 形设备接口。利用这些接口,每个应用程序可以建立多个窗口,而且可以在这些 窗口中绘制图形且互不影响。用户也可以利用MiniGuI建立菜单、按钮、列表框 等常见的GUI元素。

5.4.3演示程序的设计
演示程序分为主程序和信号程序两类,其中主程序即为监测系统程序,而信 号程序则为对汽车运行参数产生的一种模拟。主程序运行环境上文已经说明,其 它信号程序则运行在Pc机上,通过网络发送给主程序,可以通过Pc机上的键盘 操作来控制所发信号,从而达到一个信号变化的目的。图5—11为主程序运行时的 截图。

图5.11演示程序运行界面

主程序运行流程

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首先主程序先进行网络的初始化,部分代码如下:
static void

Initsocl【tO


struct sockaddr-in

server={AF二INE■htons(9999),INADDR ANY);

//建立socket连接

if((sockfd=socket(ALINET,sOcK。DGRAM,O))==一1)


perro叫socket
exit(1). )

caIl

failed”);

//设置为非阻塞方式 fcntl(sockfd,F_sEl陌LO—NONBuDcK);
//绑定socket

if(bind(sockfd,(stnlct sockaddr+)&seⅣer'sIzE { perror(”bind exjt(1); ) )
call

IN)一1)

fajled”);

然后通过MilliGuI中消息机制进行轮询查询信号源的变化,根据不同的变化 再进行相关处理,处理后的数据暂时是通过网络以文本形式记录到了Pc机上。

5.4.4演示程序的难点与不足
程序中的难点是在根据信号来处理界面的变化,由于信号程序可能存在突变 的时候,通常这些突变也是信息处理的分界点。图形界面(仪表盘)要能够及时 地反映正确的信息,这就要求图形界面既要简单又不失信息细节。

第五章监测系统的设计

程序中有很多不足之处,比如在信号的产生上,不能将现实条件下的所有情 况都模拟出来。而且信号传递是通过普通网络,这就存在网络包接收与发送时的 掉包和顺序等问题,又加上几个进程的协同工作,使得数据更加不稳定。

5.6本章小结
首先从整体框架上对监测系统进行了分析,然后详细论述了系统的组成划分, 信号的采集方案以及内部。气N网络设计,最后给出演示模型,对系统进行了简单 的验证。

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第六章工作总结与展望

6.1工作总结
随着汽车工业与电子工业的不断发展,在现代汽车上,电子技术的应用越来 越广泛。今天的汽车已经逐步进入了电脑控制的时代。本文旨在研究当前汽车电 子与汽车安全相关方面,为汽车电子提供一个完整的监测保障体系,提高汽车行 驶的安全性和可靠性。 主要完成的工作如下: (1)基础理论的学习与研究 阅读和参考大量的技术文献和资料,深入学习研究了汽车电子相关领域的知 识和技术,了解汽车电子当今的发展状况,针对汽车监测体系方面进行了细致的 分析。 (2)提出方案与设计模型 在上述工作的基础上,提出了汽车健康监测系统的整体方案,指出了内部网 络设计与信号采集的具体细节。之后进行了实践工作,做出了模型演示系统,对

监测系统进行了仿真,基本达到目的要求。

6.2工作展望
汽车电子行业虽然起步的时间并不很长,但其涉及的领域很广,用到的技术 却是很先进的。本文现在对汽车健康监测体系的研究工作可以说还处于初步阶段, 还有很多问题需要进一步研究,主要包括以下内容: (1)提高系统的全面性 本文现在的研究工作还不能包括对汽车所有部件的监测,只是包含了安全性 非常重要的部分。现在市场上也有很多关于汽车安全的解决方案,但出于技术实 现和商业目的的考虑,每种解决方案都只是针对汽车特定部分做的,目前还很少 有比较全面的系统出现。

第六章工作总结与展望

(2)提高系统的智能性 目前的研究工作大部分都是停留在对已有技术的改进,其中很多都是简单的 监测程序,智能化集成化程度并不高。要想达到上述的全面性和智能性,就必须 针对电子和计算机两方面提出新的体系结构,在达到要求的同时还要满足实时性 和可靠性的需求。 (3)进一步的实践 由于条件的限制,本文只能做出演示模型系统,对所述方案进行验证。以后 应该进一步进行实际工作验证。同时本文对硬件条件涉及较少,软硬条件的合理 搭配才能做出优秀的系统工程。

57

电子科技大学硕士学位论文

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电子科技大学硕士学位论文

致谢

本论文课题的研究工作凝聚了很多人的心血。没有他们的贡献、帮助和指导, 论文研究能否顺利进行将是不可想象的。 首先向我的导师罗克露教授致以最崇高的敬意!衷心感谢她为我创造了良好 的研究和学习环境,并在生活上、思想上给了我极大的帮助、关心和鼓励,在我 的科研实践和论文的写作中给与我悉心的指导。罗克露教授渊博的知识、严谨的 治学态度、精益求精的工作作风和对科学的献身精神,是我一生学习的榜样。 感谢桑楠老师、雷航老师,感谢他们给了我许多的帮助和指导。他们深厚的 学术造诣和为人师表的作风,将会深刻地影响我的一生。 感谢优秀的课题项目组成员,他们是张文嘉、陈克力、王小康、王良、韩娜、 靳京、马红、邓丽。我们彼此关心、帮助、鼓励和支持,顺利地完成了课题任务。 感谢杨敏,她为我们提供了良好的后勤保障,使我们可以专注研究工作。 还有很多优秀的人们给予我很大的帮助,不能一一提及,在此感谢他们。 难以忘怀电子科大实时系统研究室!这是一个优秀的团队。感谢研究室全体 成员,我们在这里度过了快乐的时光1

60

在学期间研究成果

在学期间研究成果

个人简历
赵鸿志,男,汉,天津,生于1980年3月5日。 1999.9~2003.7,电子科技大学,计算机科学与工程学院,获取学士学位。 2003.9—2006.5,电子科技大学,计算机科学与工程学院,攻读工学硕士。

在学期间的研究成果
1、参与电子科技大学实时系统研究室项目“面向汽车电子的嵌入式软件开发 平台”的研制,负责关于汽车电子监测系统的研究工作。 2、参与电子科技大学实时系统研究室与攀钢集团成都钢铁有限公司“人力资 源管理系统”的开发,完成岗位与部门子系统的需求分析、系统设计与编码、测 试等工作。

发表的学术论文
赵鸿志、罗克露,rrS中汽车电子监测技术的研究与设计,电子科技大学学报 已发表。

修改提纲

1、英文摘要,第1行 原文为:cars 改为:car
is
a are

being

apanoffaInilyfollo响gIhe developnlent……
the development……

pan

ofpeopk谢th

2、中文摘要,第1段/第2行 原文为:气车是当今社会最重要的交通…… 改为:汽车是当今社会最重要的交通…… 3、第20页/第2段/第2行


原文为:网络中所有的节点都关节在该总线上, 改为:网络中所有的节点都挂接在该总线上, 4、第22页/第6段/第1行 原文为:0sED,、,Dx从技术和商业两个方面展示了汽车制造上的要求。

改为:OsE啪x从技术和商业两个方面展示了汽车制造上的要求。
5、第28页/第7段/第3行 6、第32员/第2段,第1行 原文为:在交通安全中起到警示作用的灯管信号和喇叭信号, 改为:在交通安全中起到警示作用的灯光信号和喇叭信号, 7、第38页/图5—1 原文为:

原文为:……数据c曲线拟合法是从使总偏差最小的角度来求近似曲线。 改为:……数据曲线,拟合法是从使总偏差最小的角度来求近似曲线。

改为

8、第51页/图5.9 原文为:

改为

指导老师:

惋茗 I

答辩主席

韶-习律

答辩日期:“年占月7日


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