智能网联汽车电子控制系统：从电子电气架构到控制系统的设计方法 张新丰

1.《智能网联汽车电子控制系统》对目前智能网联汽车的发展进行深入、溯源式的对比和分析，使读者能够更好地认识当前智能网联汽车的发展脉络。
2.《智能网联汽车电子控制系统》就汽车智能化、电气架构设计等问题提出了系统性的解决方案，是具有革命性的方法创新和技术突破。
3.《智能网联汽车电子控制系统》注重理论与实际的结合，列举了许多贴近工程实际的方法和案例。

本书从汽车电气架构开始叙述，由汽车电子电气系统发展历史演变规律得出智能网联汽车电子控制系统的根本特征，涵盖了当今世界汽车电子电气系统的网络化组织架构背景、电子电气系统架构设计与控制器形态、控制器设计的仿真与数字模拟方法论、工具链、开发流程、评价方法及具体的控制器设计理论，并且以纵向动力学、横向动力学和汽车动力链的控制为例进行了具体阐述。因此，对于刚进入汽车电子和智慧交通开发领域的人员，可以通过这些内容完善自己的知识体系。对于智能汽车、环境感知、驾驶决策及执行器设计的开发人员，也可以通过本书加深对于其他相关环节的了解，扩展知识面。

本书主要面向高校汽车学院、交通工程学院、车企以及科研机构中与汽车电子电气系统研究开发相关的科学技术人员、开发人员、教师以及学生等。本书既可以作为汽车电子电气架构、汽车电子控制系统与开发、智能网联汽车、车路协同等领域的教材，也可作为智能网联汽车开发的参考书。

张新丰， 毕业于清华大学本/硕/博科毕业、获得优秀博士论文，优秀博士毕业生；曾担任济大学新能源汽车工程中心 燃料电池系统部部长、系统集成验证与性能测试实验室主任，汽车学院院长助理、东风汽车集团有限公司 前瞻技术研究院 副总工程师/总监及三一集团 总裁助理兼电动化研究院副院长等职，曾获得湖北武汉“黄鹤英才领军人物”专家，目前是浙大城市学院“钱塘学者”人才计划高层次引进人才。主持科技部燃料电池测试重大仪器专项1项，参与电动汽车重大专项4项，主持青年教师基金1项，汽车安全与国家重点实验室开放基金1项，企业产业化研发项目经费3000万元，累计产值近亿元；以第一作者发表期刊论文40余篇。

序言
前言
第1章智能网联汽车的电子电气架构1
1.1电子电气架构概述1
1.1.1什么是电子电气架构？1
1.1.2汽车电子电气架构的特点2
1.1.3为什么是电子电气架构？3
1.2现代汽车电子电气系统的技术基础4
1.2.1半导体与集成电路技术4
1.2.2车载通信与总线技术10
1.2.3传感器技术16
1.2.4软件工程技术17
1.3汽车电子电气架构的演变21
1.3.1集中式控制架构22
1.3.2分布式控制架构23
1.3.3域集中式架构24
1.3.4中央集中式控制架构26
1.3.5汽车电子电气架构趋势27
1.4智能网联汽车28
1.4.1智能网联汽车发展历程28
1.4.2中国技术路线图30
1.4.3智能网联的信息物理架构33
1.4.4智能网联汽车产业形态33
1.5本章小结37
参考文献37
第2章电子电气架构的电源网络设计40
2.1汽车电源电压等级变迁40
2.2点对点连接系统的低压电源分配41
2.3智能网联汽车低压电源42
2.3.1控制器的电源分配42
2.3.2位置化通道化的电源分配44
2.4高压动力电源分配45
2.5本章小结46
参考文献46
第3章电子电气架构中的控制器组网设计48
3.1功能化组网方法48
3.1.1动力网络48
3.1.2底盘网络49
3.1.3车身网络49
3.1.4诊断网络49
3.2基于位置的组网优化方法49
3.2.1整车骨干网50
3.2.2组网优化模型50
3.2.3网络通信的可调度约束条件51
3.2.4有序样品的有限容量聚类52
3.2.5最优分组求解52
3.3区域集中化过程中的控制器形态53
3.3.1机械结构集成53
3.3.2域控制硬件集成55
3.4什么是域控制56
3.4.1常见模块分类及特性56
3.4.2动力域：多合一电驱动总成57
3.4.3动力域：网联化动力电池管理系统58
3.4.4自动驾驶域：自动驾驶智能计算平台61
3.5商业化应用的域架构方案62
3.5.1特斯拉电动汽车域架构63
3.5.2丰田汽车的域架构64
3.5.3沃尔沃汽车的域架构65
3.5.4安波福的解决方案65
3.5.5伟世通的解决方案66
3.6本章小结67
参考文献68
第4章汽车电子控制系统的数学建模70
4.1控制系统数学模型分类70
4.1.1按时基分类70
4.1.2按变量的范围集分类70
4.1.3按是否存在随机变量分类71
4.1.4按模型的结构的时变特性分类71
4.1.5按空间几何分布有关分类71
4.2控制系统数学建模方法71
4.2.1机理建模法71
4.2.2实验建模法75
4.2.3综合建模77
4.3模型的验证与评估79
4.3.1数学模型的有效性80
4.3.2模型验证的内容80
4.3.3模型验证的基本方法81
4.3.4动态模型验证的判断标准81
4.4控制系统的数学模型表示82
4.4.1数学模型的表示形式82
4.4.2不同数学形式的转换85
4.5汽车机电系统典型器件的数学模型86
4.5.1常见机械环节的数学模型86
4.5.2常见电子电气环节数学模型87
4.6汽车复合功率分流混动系统建模应用案例90
4.6.1功率分流混合动力系统结构90
4.6.2动力系统关键部件建模90
4.6.3发动机模型92
4.6.4电机模型94
4.6.5动力电池模型97
4.6.6液压系统模型98
4.7本章小结100
参考文献100
第5章汽车控制系统的经典分析方法102
5.1控制系统的数字仿真分析方法102
5.1.1静态性能分析102
5.1.2动态性能分析103
5.1.3频域分析方法106
5.1.4根轨迹分析法110
5.1.5图形化系统分析工具115
5.2控制系统稳定性分析与判定116
5.2.1李雅普诺夫稳定性判定方法116
5.2.2奈奎斯特稳定性判定方法117
5.2.3利用伯德图进行奈奎斯特判定118
5.2.4利用尼科尔斯图进行判定118
5.2.5稳定裕量分析119
5.3复杂控制问题的仿真分析方法123
5.3.1理想高阶系统的响应与近似123
5.3.2开环小参数对闭环的影响126
5.4氢能汽车动力系统零下过程的仿真实例127
5.4.1电电混合动力系统结构127
5.4.2冷起动过程数学模型128
5.4.3系统仿真与分析过程133
5.5本章小结137
参考文献137
第6章汽车控制器的经典设计方法139
6.1控制器性能评价139
6.1.1控制系统的性能设计指标140
6.1.2控制器硬件性能评价142
6.1.3控制器软件算法性能评价143
6.2经典控制器设计一：基于频率特性的设计方法144
6.2.1开环频率特性的分段设计145
6.2.2串联校正151
6.2.3反馈校正160
6.3经典控制器设计二：基于根轨迹的设计方法165
6.3.1串联超前校正166
6.3.2串联滞后校正174
6.4经典控制器设计三：PID控制器设计方法176
6.4.1PID控制器结构及原理176
6.4.2PID控制器设计方法180
6.5经典控制器设计四：二自由度控制器设计方法182
6.5.1二自由度控制原理182
6.5.2二自由度控制器设计184
6.6控制系统设计理论的发展简介188
6.6.1状态空间方法与现代控制理论188
6.6.2大系统与智能控制方法192
6.6.3超现代控制理论简介194
6.7本章小结196
参考文献197
第7章智能网联汽车电子控制系统设计应用198
7.1智能网联汽车中的几类控制问题198
7.1.1自动驾驶汽车的路径跟踪199
7.1.2新能源汽车混合动力总成的构型与配置201
7.1.3新能源汽车混合动力总成的优化与控制204
7.1.4驱动电机的控制问题205
7.2高级驾驶辅助系统控制器设计应用案例207
7.2.1定速巡航控制系统207
7.2.2自适应巡航控制系统211
7.2.3电驱动汽车的自适应巡航控制216
7.3转向系统控制器设计218
7.3.1转向系统模型219

本书围绕智能网联汽车电子控制系统开发这一主题，从电子电气架构设计这个大命题切入，再结合汽车电子控制系统已有的数字仿真、系统模拟、控制理论、开发流程、OTA技术、软件定义汽车等新理念和新方法进行论述。本书凝结了作者近二十年科研工作的经历和学术成果，还有作者在高校和企业工作过程中的实际经验。

本书中所用到的分析、设计和仿真的案例，使用了MATLAB/Simulink软件，请读者先行自习；对于只想掌握整车电子电气系统设计思想的读者或者硬件设计师来说，完全可以略过。作者希望本书中所引用的名言给大家一种更形象、文学化的理解，让大家对电子电气架构更感兴趣，希望能为工程师和设计师们的艰苦工作带来一抹轻松的色彩。

作者曾与同济大学的陈慧和钟再敏、清华大学的李升波、重庆大学的高锋等教授一起工作，本书中所用的部分案例是共同合作的成果，对他们给予的帮助表示十分感谢。

本书的出版由浙大城市学院高层次人才启动基金资助。

本书写于2022—2023年，新冠疫情期间作者与家人分居两地，妻子钱芬芳一直独自照料二子和老人，还积极参加志愿服务，对她坚强乐观的精神表示佩服，甚是感激。

张新丰

2023年杭州