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

随着汽车产业向电动化、智能化、网联化方向快速发展,汽车电子与电气系统已成为现代汽车技术创新与功能实现的核心支撑。从动力总成控制到底盘稳定,从车身电子到智能辅助驾驶,汽车电子系统的复杂度与集成度不断提升,对从业人员的技术素养和系统思维能力提出了更高的要求。
本书围绕汽车电子与电气系统的基础理论、关键技术、系统架构与开发方法展开系统论述,内容涵盖汽车电子系统的基本构成、电子电气架构(EEA)的演进、车载通信总线技术、可靠性设计与功能安全、基于模型的开发方法(MBD),以及典型电子控制系统的实际应用。特别注重理论与实践相结合,既适合高等院校车辆工程、自动化、电子信息等专业本科教学使用,也可供从事汽车电子系统设计、开发与测试的工程技术人员参考。
本书是笔者团队结合多年的研究生、本科生教学内容,以及参与企业研发项目和科研工作积累的经验编写而成的。在编写过程中,力求做到内容系统、结构清晰、案例贴近工程实际,并适当引入行业最新标准与技术趋势,如AUTOSAR、ISO 26262、域控制器、车载以太网、SOME/IP等,以帮助读者建立面向行业需求的系统化知识体系。
本书第1章由王天鸶编写,第2章由杨东坡编写,第3章由袁鹏平编写,第4章由刘玺编写,第5章由岳慧裕编写,第6章由罗石编写。全书由罗石、耿国庆统稿。
由于汽车电子技术发展迅速,书中难免存在不足之处,敬请广大读者和同行专家批评指正。

编者