汽车单片机与车载网络技术（刘鸿健）（第三版）

汽车控制技术的发展经历了从手动控制到自动控制的过程，自动控制的技术方式又经历如下的发展过程：
机械技术控制→电工技术控制→电子技术控制→计算机控制→车内联网控制→车载网络与车外网络联网控制，最终目的是实现并不断优化汽车无人驾驶技术。
计算机控制技术首先应用在发动机上，使发动机的喷油和点火得到精确控制。一个单片机组成的电控单元可以完成一台普通轿车发动机的全部控制。
除了喷油和点火控制以外，发动机的辅助控制逐渐增多，如进气控制、排放控制、增压控制、巡航控制等，都得益于单片机控制技术。
随着底盘电控技术和车身电控技术的发展，电控自动变速器、电控防抱死制动、电控防滑、电控行驶稳定、电控差速、电控防碰撞、电控动力转向、电控四轮转向、电控主动悬架、电控车门车窗、电控防盗等电控单元越来越多。现代汽车已由单一电控单元控制发动机，发展到多电控单元联网控制全车。一些汽车的电控单元的数量已多达几十个甚至上百个，传感器多达数百个。
汽车电控单元组成车载网络进行联网控制，可以信息共享，减少硬件设置，使整车运行状态最优化。同时可以通过软件升级实现汽车的功能扩展，使汽车的更新换代更加灵活和方便。
电动汽车在汽车市场份额越来越多，燃油汽车上成熟的车载网络技术已直接移植到绿色环保的电动汽车上，并得到快速和新的发展，使电动汽车的充电、电池管理和动力控制联网优化。
车载5G移动通信技术，中短距离无线通信技术，地球同步通信卫星和低轨通信卫星星链通信技术，车载摄像、雷达、惯性导航等环境和自身感知技术，全球卫星导航系统，电子导航地图，智能公路等，都为汽车智能网联和驾驶自动化提供了先进技术，也使现代汽车的控制更加复杂。
本书自2011年10月第一版、2017年10月第二版以来，受到使用的教师、学生和其他读者的好评，也对我们提出更高的要求，在第三版的修订中，作者坚持立德树人，弘扬爱国主义精神、工匠精神，注重素质培养，将第二版第十一章车联网改为电动汽车与网络控制技术，增加了第十二章汽车智能网联技术。
本书共12章。第一章为汽车单片机原理，主要内容有单片机的特点、组成、指令、中断、定时/计数、串行通信和汽车单片机程序设计原理；第二章为汽车单片机控制技术，主要内容有汽车电子控制单元ECU的功能和电路组成，马瑞利单点电脑的组成和工作原理；第三章为车载网络技术基础，主要内容有计算机网络的组成、分类、网络协议与网络体系结构、网络常用传输介质、车载网络系统的发展、组成和分类；第四章为常用车载网络系统，主要内容有CAN总线、LIN总线、MOST总线、车载蓝牙、VAN总线、LAN总线等系统的组成和工作原理；第五章为车载网络系统检测，主要内容有车载网络常用检测仪器和常见故障及诊断；第六～九章分别阐述大众、奥迪、丰田和通用轿车车载网络的特点、组成和工作原理；第十章为车载网络电路识图与分析，主要内容有车载网络电路识图、马自达和斯柯达车载网络电路识图和启动系统电路分析、车载网络电路故障分析；第十一章为电动汽车与网络控制技术，主要内容有纯电动汽车和混合电动汽车、车用动力电池和充电、驱动电机和网络控制技术；第十二章为汽车智能网联技术，主要内容有智能汽车、智能网联汽车、汽车驾驶自动化的概念和汽车驾驶自动化分级，汽车定位和环境感知技术、车联网和车载无线电通信技术、智能公路技术。
本书可作为高职高专院校、中等职业学校汽车类专业教材，也可作为培训用书，并可供汽车维修和相关技术人员参考使用。
刘鸿健和刘航制订本书修订大纲，刘鸿健担任主编，刘航担任副主编。刘畅编写第一、二章；刘航编写第三、十、十一、十二章；刘鸿健编写第四、五、六章；陈睿炜编写第七、八、九章；全书由刘鸿健和刘航统稿并对有关章节进行补充与修改。
在本书编写和修订的调研中，得到多个汽车实训基地、汽车营销和维修企业的经理、工程师、技师和工人师傅的宝贵意见，在此向他们深表谢意。
在本书编写中，参考引用了相关文献和汽车维修手册，在此向其作者和著作权人深表感谢。
汽车单片机、车载网络、车载通信、车联网和汽车驾驶自动化技术发展很快，其发展依赖于大规模集成电路技术、单片机技术、控制模块技术、总线技术、网络结构和软件、传感器和图像识别等很多技术的开发、优化与合成，涉及的知识范围较广，由于编者水平和资料有限，对新知识和新技术，在理解、掌握和选取上，难免有疏漏之处，殷切希望使用本书的老师、同学和其他读者提出批评、指正和改进意见，以便今后修订提高。
本书有配套电子课件、思考题参考答案，可赠送给用本书作为授课教材的院校和老师，如需要，可登录化工教育网www.cipedu.com.cn下载。

编者

本书共12章，主要内容包括：汽车单片机的组成、指令、中断、定时/计数、串行通信和汽车单片机程序设计原理；汽车电子控制单元ECU的功能和电路组成，马瑞利单点电脑的组成和工作原理；计算机网络的组成、分类、网络协议与体系结构、网络传输介质，车载网络系统的发展、组成和分类；CAN总线、LIN总线、MOST总线、车载蓝牙、VAN总线和LAN总线的组成和工作原理；车载网络常用检测仪器和常见故障及诊断；大众、奥迪、丰田和通用轿车车载网络的特点、组成和工作原理；车载网络电路识图与分析；电动汽车与网络控制技术；汽车智能网联技术。
本书内容翔实，图文并茂，由浅入深，便于读者理解和掌握。每章设有学习要求、小结和思考题。为方便教学，配套电子课件和思考题参考答案。
本书可作为高职高专院校、中等职业学校汽车类专业的教材，也可作为培训用书，并可供汽车维修和相关技术人员参考使用。

第一章汽车单片机原理 1
第一节自动控制概述1
一、自动控制的基本概念2
二、计算机控制技术4
第二节微型计算机基础5
一、计算机的发展概况5
二、微型计算机和单片机6
三、计算机中的数制和码制7
第三节单片机的组成8
一、MCS-51单片机的基本组成8
二、MCS-51单片机的信号引脚9
三、存储器和地址空间11
四、并行输入/输出端口13
五、CPU时序15
六、复位方式16
第四节单片机指令系统17
一、单片机语言17
二、指令格式和寻址方式18
三、指令系统20
第五节单片机中断、定时器/计数器、串行通信27
一、中断27
二、定时器/计数器29
三、串行通信32
第六节汽车单片机程序设计原理38
一、汇编语言程序设计38
二、空燃比反馈修正控制原理程序40
三、步进电动机怠速控制阀控制原理程序42
小结49
思考题50

第二章汽车单片机控制技术 52
第一节汽车电子控制单元ECU52
一、ECU的基本功能52
二、汽车电控单元ECU的基本组成53
三、输入电路53
四、单片机55
五、输出电路55
六、电源电路56
七、ECU的可靠性要求56
八、ECU的可靠性设计57
第二节汽车电控单元实例分析58
一、马瑞利单点电脑的组成58
二、马瑞利单点电脑的工作原理61
小结65
思考题66

第三章车载网络技术基础 67
第一节计算机网络技术67
一、计算机网络的组成67
二、计算机网络的分类68
三、计算机网络协议与网络体系结构69
四、计算机网络常用传输介质72
第二节车载网络系统74
一、车载网络技术的发展74
二、车载网络系统的组成75
三、车载网络系统的分类76
小结79
思考题80

第四章常用车载网络系统 81
第一节CAN数据总线系统81
一、CAN总线概述81
二、CAN总线系统的组成82
三、CAN总线的数据传输85
四、CAN总线的数据类型87
五、电控单元数据的收发90
六、高速和低速CAN总线91
第二节LIN总线系统94
一、LIN总线概述94
二、LIN总线的组成95
三、LIN总线的数据传输97
第三节MOST总线系统99
一、MOST总线概述99
二、MOST总线系统的组成99
三、MOST总线在汽车上的应用101
第四节车载蓝牙系统103
一、蓝牙技术概述103
二、车载蓝牙系统的组成与原理103
三、蓝牙技术在汽车上的应用105
第五节VAN总线系统107
一、VAN总线概述107
二、VAN总线系统的组成107
三、VAN总线的数据传输108
四、VAN总线系统的管理110
五、VAN总线在汽车上的应用111
第六节LAN总线系统111
一、LAN总线概述111
二、LAN总线的传输介质111
三、LAN总线控制协议112
四、LAN总线在汽车上的应用112
小结112
思考题113

第五章车载网络系统检测 114
第一节车载网络系统常用检测仪器114
一、汽车万用表114
二、汽车示波器118
三、汽车专用检测仪122
四、汽车综合测试仪125
第二节车载网络系统常见故障及诊断126
一、车载网络系统故障类型126
二、车载网络系统故障诊断127
三、车载网络系统故障自诊断132
小结133
思考题133

第六章大众车系车载网络系统 135
第一节大众车系CAN网络系统135
一、大众车系采用CAN总线的过程135
二、大众车系CAN网络组成135
三、驱动系统CAN总线136
四、舒适系统CAN总线137
五、网关139
六、诊断总线140
七、电源管理140
八、内部故障管理140
第二节大众波罗轿车车载网络系统141
一、波罗轿车车载网络系统的组成141
二、波罗轿车CAN总线142
三、波罗轿车CAN网络自诊断147
小结148
思考题148

第七章奥迪A6轿车车载网络系统 149
第一节奥迪A6轿车车载网络系统149
第二节奥迪A6轿车CAN总线151
一、奥迪A6轿车驱动系统CAN总线151
二、奥迪A6轿车舒适系统CAN总线152
第三节奥迪A6轿车LIN总线153
一、奥迪A6轿车舒适系统LIN总线的组成153
二、奥迪A6轿车舒适系统LIN总线的特点154
三、LIN总线控制实例154
第四节奥迪A6轿车MOST总线系统和蓝牙技术154
一、奥迪A6轿车MOST总线系统的组成154
二、奥迪A6轿车MOST总线系统的工作模式155
三、奥迪A6轿车蓝牙系统156
第五节奥迪A6轿车车载网络系统的控制和管理156
一、网关和管理模式156
二、电能管理系统156
小结158
思考题159

第八章丰田轿车车载网络系统 160
第一节丰田轿车车载网络系统概述160
一、丰田轿车车载网络系统的组成160
二、丰田轿车车载网络系统的特点161
第二节雷克萨斯轿车网络系统164
一、雷克萨斯轿车网络系统的组成164
二、雷克萨斯轿车网络系统的特点165
第三节丰田凯美瑞轿车CAN网络系统167
一、丰田凯美瑞轿车网络系统的组成167
二、丰田凯美瑞轿车网络系统主要组件分布168
第四节丰田锐志轿车车身网络系统169
一、巡航控制系统169
二、导航系统170
三、倒车监视系统171
四、中央控制门锁系统172
五、无线遥控系统174
六、防盗系统175
小结177
思考题177

第九章通用轿车车载网络系统 178
第一节通用轿车车载网络178
一、UART串行通信网络178
二、Class-2串行通信网络178
三、GM LAN串行通信网络179
第二节别克荣御轿车车载网络系统的组成180
一、别克荣御轿车车载网络系统的布局180
二、别克荣御轿车车载网络系统182
三、车身控制模块控制电器功能184
四、故障自诊断185
小结186
思考题186

第十章车载网络电路识图与分析 187
第一节车载网络电路识图概述187
一、汽车控制电路的类别187
二、汽车电路的表示方法188
三、关于汽车电路的几个实际问题189
第二节启动电路的基本原理和扩展190
一、启动机和基本启动电路190
二、启动电路的扩展原理192
第三节马自达轿车电路图和启动系统电路192
一、马自达轿车电路图手册简介192
二、马自达轿车启动系统电路识图和分析193
三、马自达轿车启动和防盗综合控制电路201
第四节上海大众斯柯达电路图和启动系统电路204
一、上海大众斯柯达电路图手册简介204
二、上海大众斯柯达启动系统和防盗锁止电路识图和分析206
三、上海大众斯柯达启动和防盗锁止综合控制电路212
第五节车载网络电路的故障分析213
一、车载网络电路识图、整理和分析213
二、故障诊断和故障诊断仪214
三、汽车电路故障查找和分析215
小结216
思考题217

第十一章电动汽车与网络控制技术 218
第一节汽车电力驱动技术概述218
一、电动车辆概述218
二、纯电动汽车219
三、混合电动汽车220
四、燃料电池汽车220
第二节车用动力电池和驱动电机221
一、车用动力电池的主要性能指标221
二、常用车用动力电池222
三、车用驱动电机223
第三节电动汽车网络控制技术223
一、混合动力汽车网络控制技术224
二、电动汽车充电和电池管理系统226
三、常见车型驱动电机控制系统原理231
四、通用别克新能源汽车驱动电机控制系统电路234
五、宝马新能源汽车驱动电机控制系统电路235
六、比亚迪新能源汽车驱动电机控制系统电路236
小结237
思考题237

第十二章汽车智能网联技术 239
第一节汽车驾驶自动化和智能网联汽车的概念239
一、智能汽车和汽车驾驶自动化239
二、汽车驾驶自动化的分级240
第二节智能网联汽车的定位和环境感知242
一、全球卫星导航系统（GNSS）242
二、惯性导航系统244
三、电子导航地图246
四、车载雷达247
五、车载摄像与图像处理250
第三节车联网和车载无线通信253
一、车联网与车载无线通信分类253
二、移动通信254
三、卫星通信256
四、RFID射频识别技术258
五、NFC近场通信技术262
六、Wi-Fi通信技术263
七、DSRC专用短程通信与EFC不停车收费技术263
八、5G+C-V2X蜂窝车联网技术265
九、智能公路技术266
小结268
思考题270

参考文献 272