新能源与智能汽车技术丛书–新能源汽车域控制技术

《新能源汽车域控制技术》是一本难得的实用技术专著。专注于新能源汽车域控制的核心和关键技术进行了较系统和深入的介绍，分析了采用域控制器的新能源汽车电控系统的架构特点和设计方法，详细介绍了域控制器中主干通讯方式车载以太网，并以新能源汽车主流的动力域、底盘域、座舱域、车身域为例介绍了各个域的结构特点和域控制器的作用，以及应用于域控制器的操作系统和软件标准。《新能源汽车域控制技术》紧密结合工程应用的基本要求，内容完整系统、重点突出，所用资料能够更新、更准确地解读问题点。在注重新能源汽车域控制技术知识的同时，强调知识的应用性，具有较强的针对性。适合汽车研发设计、教学科研等相关人员使用。

新能源汽车能源系统和动力系统比传统燃油汽车复杂，其电控系统包含大量子系统，且各子系统之间需要彼此交互和匹配，导致通信数据量大，每个子系统都需要大量的计算。在新能源汽车上传统的分布式架构越来越难以满足要求，新的以域控制器为核心的集中式架构成为新能源汽车电子电气架构的主要发展趋势。本书针对新能源汽车的特点，分析了采用域控制器的新能源汽车电控系统的架构特点和设计方法，详细介绍了域控制器中主干通信方式车载以太网，以新能源汽车主流的动力域、底盘域、座舱域、车身域为例介绍了各个域的结构特点和域控制器的作用，并介绍了用于域控制器的操作系统和软件标准。本书可供车辆相关专业本科生、研究生使用，以了解新能源汽车域控制器技术，同时也可供新能源汽车电控系统研发、使用、销售人员参考。

罗石，江苏大学汽车与交通工程学院教授，主要从事汽车电子技术研究，主讲《自动控制基础》《汽车电子控制技术》《单片机原理》《智能网联汽车》《汽车试验学》等多门课程，在新能源汽车控制技术、汽车总线技术、汽车线传控制技术、汽车测控系统硬件和软件开发等方面拥有丰富的理论和实践经验，曾经作为主要参加人或负责人，承担并完成多项省部级科研项目，并获得江苏省科技进步奖三等奖两项、机械工业科学进步三等奖、汽车工业科技进步三等奖、中国公路学会科学技术奖各一项。

第1章　绪论 001
1.1　汽车电子电气架构概述 002
1.1.1　硬件架构的发展 003
1.1.2　软件架构的发展 007
1.1.3　通信架构的发展 009
1.2　基于域控制器的汽车电子电气架构分类 012
1.2.1　五域集中式电子电气架构 012
1.2.2　三域集中式电子电气架构 014
1.2.3　基于位置域的电子电气架构 015
1.3　域控制器的发展 016

第2章　新能源汽车电子电气架构 023
2.1　新能源汽车电子电气系统功能需求 024
2.1.1　新能源汽车动力域的特点 024
2.1.2　新能源汽车底盘系统的特点 027
2.2　新能源汽车电子电气架构设计中的功能安全 030
2.2.1　基于ISO 26262 的功能安全 030
2.2.2　汽车安全完整性等级划分 031
2.2.3　ASIL 分解原则 034
2.3　电子电气架构设计平台 037

第3章　车载以太网 041
3.1　车载以太网物理层 042
3.1.1　以太网物理层标准 042
3.1.2　车载以太网数据链路层MAC 和物理层PHY 的连接 048
3.1.3　车载以太网OSI 层级划分 050
3.2　车载以太网拓扑结构 051
3.3　DOIP 协议简介 053
3.3.1　DOIP 的物理层 053
3.3.2　DOIP 帧格式 054
3.3.3　DOIP 的通信方式 055
3.4　SOME/IP  060
3.4.1　SOME/IP 概述 060
3.4.2　SOME/IP 报文标准帧格式 061
3.4.3　SOME/IP 的通信方式 066
3.4.4　SOME/IP-SD 简介 068
3.5　AVB 协议 072
3.5.1　AVB 中的时间同步机制 074
3.5.2　SRP 协议 076
3.5.3　AVTP 简介 078

第4章　新能源汽车动力底盘域 079
4.1　常见新能源汽车动力域 080
4.1.1　混合动力汽车动力域 080
4.1.2　纯电动汽车动力域 091
4.2　新能源汽车底盘域控制器 093
4.2.1　线控底盘基本功能 094
4.2.2　CANFD、FlexRay 网络结构及通信方式 095
4.2.3　动力底盘域的故障诊断 103
4.3　线控技术在动力底盘域的应用 108
4.3.1　线控转向 108
4.3.2　线控制动 110
4.3.3　线控驱动 114
4.3.4　线控悬架 114

第5章　新能源汽车智能座舱和车身域 117
5.1　智能座舱和车身域结构 118
5.1.1　车载中控和仪表 119
5.1.2　高级辅助驾驶系统简介 121
5.1.3　智能座舱的环境感知技术 122
5.1.4　驾驶员操作意图识别方法 133
5.2　常见智能座舱和车身域子系统 135
5.2.1　智能车灯系统 135
5.2.2　新能源汽车热管理和空气调节系统 138
5.3　LIN 总线简介 140

第6章　域控制器操作系统及标准 147
6.1　OSEK/VDX 操作系统 148
6.1.1　操作系统（OSEK-OS）  149
6.1.2　通信系统（OSEK-COM）  153
6.1.3　网络管理系统（OSEK-NM）  156
6.2　基于域控制器的标定与刷写 161
6.2.1　统一的诊断服务UDS 标准 161
6.2.2　标定协议CCP 和XCP 标准 168
6.3　汽车智能设备空中刷写技术 174
6.3.1　软件更新技术简介 175
6.3.2　OTA 技术中的MCU 内存分区方法 176

参考文献 184

当前新能源汽车产业进入加速发展阶段， 国家也不断加大产业推进力度， 新能源汽车的产量逐年提升。相对于传统汽车， 新能源汽车在电动化、智能化方面有着更大的优势，伴随新能源汽车的发展， 传统的汽车电子电气架构已经很难满足新能源汽车复杂电控系统的需求，以域控制器为核心的集中式架构正逐步替代传统的独立ECU 构建的分布式架构。
本书针对新能源汽车的特点，介绍了采用域控制器的新能源汽车电控系统的架构特点和设计方法，并结合笔者在汽车域控制器方面的理论和工程实践经验，介绍了在新能源汽车域控制器研发中需要了解和掌握的基本知识。
本书详细介绍了域控制器中主干通信方式车载以太网， 以新能源汽车主流的动力域、底盘域、座舱域、车身域为例介绍了各个域的结构特点和域控制器， 并介绍了用于域控制器的操作系统和软件标准。
本书分为6 章。第1 章介绍了汽车电子电气架构由分布式发展到域集中式的过程，详细介绍了几类域控制器架构的结构特点， 并对国内外企业的域控制器技术做了对比分析。第2 章详细介绍了新能源汽车域控制器架构的功能需求， 对新能源汽车各个域的特点做了分析，并对新能源汽车电子电气架构的设计方法和设计工具做了介绍，着重介绍了架构设计中的功能安全概念和设计方法。第3 章对域控制器采用的主干网络车载以太网做了详细的介绍， 介绍了车载以太网的物理层连接以及基于以太网的应用层协议，包括了目前汽车行业实现SOA 架构核心的通信协议SOME/IP、用于诊断和OTA 刷写的DOIP 协议以及用于多媒体传输的AVB 协议。第4 章介绍了新能源汽车动力域和底盘域的各个部件功能和作用原理，考虑到动力底盘域的可靠性要求， 讲解了动力底盘域的故障识别理论和方法，介绍了动力底盘域内部常用的总线CANFD 和FlexRay。第5 章讲解了新能源汽车的智能座舱域和车身域的常见技术，介绍了智能座舱中的软件架构和“一芯多屏”技术，并详细讲述了视觉识别基础知识和驾驶员意图识别常用理论， 对智能座舱中的几种环境探测原理做了介绍， 并介绍了车身域智能化灯光系统、新能源汽车相关的空气调节系统，还介绍了车身域、座舱域中有着广泛应用的LIN 总线技术。第6 章是对域控制器中的操作系统、诊断和刷写、OTA 技术的详细介绍，对相关的国际标准做了详细的解读，为读者今后在域控制器方面的研发提供基础。
本书围绕域控制器研发中的工程技术问题， 参考了大量车载应用的实际标准，注重相关的知识点讲解，内容贯穿了新能源域控制器研发从架构设计到软、硬件设计整个过程，各章内容相对独立，适合不同方面的技术研究人员结合自己的研究方向参考。
本书由罗石、田晋跃、郑超、邹海平、李文贺、许晓巍著。书中疏漏之处在所难免，恳请广大读者批评指正。

著者