本书系统详细地介绍了汽车电子系统的开发流程、方法和工具以及汽车电子的新规范AUTOSAR，使本科生能够在掌握汽车电子行业标准AUTOSAR基础上，进行汽车电子系统的研发工程。全书内容新颖，读者可以通过本书学习初步了解汽车电子系统开发知识。
本书共分六章，主要内容包括第1章绪论简单介绍了汽车嵌入式系统概要，第2章介绍汽车嵌入式系统结构组成，第3章介绍了车嵌入式系统的控制网络系统，第4章详细阐了Autosar规范标准，第5章介绍了基于模型的设计方法，第6章介绍了车载电子系统开发需要的V模式的嵌入式系统开发方法与测试流程。本书内容丰富，叙述上浅显易懂，程序实例具有典型性。
本书可作为高校电子信息类、计算机类相关专业的教材，也可以作为电子工程技术人员的参考用书。
基于AUTOSAR开放标准，覆盖汽车电子系统的基础知识、技术手段和开发方法，辅以经典案例；全书内容实用、创意新颖、清晰易懂
随着电子信息技术和汽车制造业的快速发展，汽车电子系统的应用和创新不仅提高了汽车的动力性、经济性、安全性，改善了汽车的行驶稳定性和舒适性，还降低了汽车的污染排放和燃料消耗，而且使汽车具备了娱乐、办公和通信等丰富功能，极大地推动了汽车工业的进步与发展。汽车电子与电气系统结构十分复杂，不同厂商生产的各种各样的软件、硬件在很大程度上加重了分布式电子架构集成工作的负担。为了实现对复杂系统的高效管理，汽车制造业在长期的实践中形成了适合解决复杂问题的汽车电子系统的设计与开发流程，为开发者提供了更大的设计空间。只有深入掌握汽车电子系统的设计原理、技术手段和开发方法，才能有效地进行汽车电子系统设计，以避免失败的风险和不必要的资源浪费。
要进行汽车电子系统设计，必须了解汽车开放式系统架构（Automotive Open System Architecture，AUTOSAR）。AUTOSAR联盟是由全球汽车制造商，部件供应商，以及其他电子、半导体和软件系统公司联合建立的，各个成员保持开发合作伙伴关系。宝马（BMW）集团认为未来的车型将普遍受益于全行业统一的标准化程序，以及通用性、互换性更强的软件。AUTOSAR界面的标准化以及供应商通用工具软件的应用将促进该领域的进一步发展。所以，本书基于AUTOSAR开放标准，结合汽车系统的基础知识，介绍汽车电子分布式系统的模型设计、仿真与系统验证的全过程，使读者了解汽车电子系统设计的方法与过程。本书主要包含以下内容。
第1章从汽车嵌入式系统设计的基本概念出发，结合汽车嵌入式系统所需具备的功能以及特点，分别从硬件、软件、车载网络通信以及汽车嵌入式系统的开发设计方法等几个方面介绍嵌入式系统在汽车上的开发与应用，从而使读者对汽车嵌入式系统架构有大致了解。
第2章学习传感器与汽车系统的相关知识。汽车电子系统的种类很多，例如发动机电子控制系统、车身电子系统、防抱死制动系统（ABS）等。无论这些系统是开环系统还是闭环系统，反映系统状态的变量往往是不容易传递和处理的物理信号，需要将其转换成电信号，这时就需要一种装置来实现这种非电量到电量的转换。
第3章对车载网络进行介绍，包括CAN、LIN、FlexRay等总线及其应用领域，详细介绍车载控制总线—CAN总线与LIN总线的原理及其在汽车中的使用领域，并通过部分实例的演示让读者更加深入地理解相关知识。
第4章介绍AUTOSAR规范。作为汽车嵌入式系统软件的通用性规范，AUTOSAR在软件架构、软件开发流程等方面都定义了众多新概念，掌握这些理论知识是进行符合AUTOSAR规范的软件开发的基础。所以，本章从AUTOSAR的由来及发展历程着手，详细介绍AUTOSAR规范中的三部分主要内容，即分层架构、方法论与应用接口，并对其中软件组件与虚拟功能总线的概念进行详细剖析。
第5章介绍基于模型的设计。首先对基于模型的设计方法进行研究，从设计流程入手介绍如何在建模工具中实现微分方程。然后分别以离散系统、连续系统等动态系统的建模与仿真为例，进一步展现功能设计（建模）的步骤。最后以电动汽车直流驱动仿真建模为例，帮助读者深入了解基于模型的设计的建模方法。
第6章在简要介绍车载电子系统开发过程的V模式后，对功能需求定义和控制方案设计、快速控制原型、代码自动生成、硬件在环仿真、系统的集成测试与标定等五个阶段进行了详细的介绍，并通过具体应用实例使读者加深理解。
本书内容充实，重点突出，阐述循序渐进、由浅入深。书中的车载电子系统设计经过MATLAB仿真，可以直接进行下一步的系统设计。本书配备了思考题答案、免费的电子课件及所有例题的代码，欢迎选用本书作为教材的教师登录华章网站（www.hzbook.com）下载。
本书是编者和实验室学生多年的劳动成果，其中臧仕义、陈曦和暴林慧等做了许多工作，在此表示衷心感谢。
由于作者水平有限，书中难免有错误与不足之处，恳请各位专家和读者批评指正。
计算机\应用软件
传统概念上，汽车电子是车体汽车电子控制装置和汽车服务电子装置的总称。前者和车上的机械系统配合使用，包括发动机控制系统、底盘控制系统和车身电子控制系统等；后者则是在汽车环境下能够独立使用的电子装置，它和汽车本身的性能并无直接关系，主要包括车载信息娱乐系统及个人设备交互信息系统等。随着全电动汽车技术的进步，这两类装置有融合发展的趋势。
为了实现对复杂系统的高效管理，汽车制造业在长期的实践中形成了适合解决复杂问题的汽车电子系统的设计与开发流程，为开发者提供了更大的设计空间。只有深入掌握汽车电子系统的设计原理、技术手段和开发方法，才能有效地进行汽车电子系统设计，避免失败的风险和不必要的资源浪费。总之，期望本书内容能够促进我国汽车电子行业开发与设计能力的提升。
很荣幸为《汽车电子系统设计与仿真》写序。本书介绍了汽车的电气和电子系统架构，介绍了车载网络通信系统的原理和设计、车载系统软件开发架构体系，以及该架构规范下可实现的电子系统基本功能的标准化和功能接口的标准化。汽车电子系统涉及物理学、机械学、动力学、流体力学等诸多方面的知识，其开发与设计日益复杂，体现在对控制问题的数学建模和被控对象的复杂上。这不仅需要电子与控制专业方面的知识，更需要建立在跨学科背景知识结构体系上。而建模理论与建模仿真工具则成为汽车电子系统的核心技术和技术难点。汽车制造业面对上述情况，形成了汽车电子系统产品开发的方法论。本书是作者长期从事汽车电子系统设计和讲授“现代汽车电子技术”课程的结晶和升华，它不仅反映了作者无私奉献和锲而不舍的精神，也反映了作者的成就。
随着汽车电子系统以及软件技术应用的发展，软件在汽车整车内容结构中的占比逐渐提高。汽车向智能化、网联化、电动化发展驱动着汽车电子电气架构不断变革，逐渐从分布式控制架构向域集中式控制架构演进。高级驾驶辅助系统（ADAS）、电控系统、信息娱乐与仪表显示系统等功能可以通过域控制器实现局部的集中化处理。如今，豪华汽车的软件系统则有近6 500万行代码；2020年年底，工信部发布了《汽车驾驶自动化分级》公告，将汽车驾驶自动化分为6个等级，分别为0级应急辅助驾驶到5级完全自动驾驶。从0～5级，自动驾驶能力逐级递增。智能驾驶不仅对人工智能、感知传感、5G、车联网在内的新一代技术提出了新的要求，也对汽车电子软件的创新、升级、迭代提出更高的要求。车联网借助新一代信息通信技术，构建汽车和交通服务新业态，是物联网技术在智能交通系统领域的延伸。随着汽车网联化应用需求和规模的发展，汽车电子软件行业将高速增长。因此，本书作为汽车电子系统设计与开发的教材有重要的实际应用意义。
为了缩短开发周期，降低开发成本，汽车制造行业推出了软件开发的AUTOSAR体系规范以及其他一些由非功能性需求驱动建立的架构方法。软件制造商开发出相应的符合规范的开发测试工具，将开发理念工具化。通过阅读本书，读者不仅可以学习和了解汽车电子系统设计的专门技术，同时也能开发符合行业要求的汽车电子系统。我相信本书的出版对于中国汽车电子产业的发展有积极的促进作用。
本书凝聚了各位老师的巨大心血，希望本书能够成为广大汽车电子行业从业者与汽车电子爱好者的良友。
丁山 朱留存 编著：丁山，2003年博士毕业于名古屋工业大学电气信息工学专业，2004年到2006年在名古屋大学担任文部省学术振兴会（JSPS）研究员。2006年至今，任东北大学信息科学与工程学院副教授，研究领域涉及嵌入式与实时系统构成、嵌入式与实时调度算法以及信号与信息处理。
朱留存，工学博士，教授，研究员级高级工程师，国家特聘专家、广西八桂学者、江苏333高层次领军人才、浙江特聘专家，北部湾大学先端科学技术研究院院长，扬州大学汽车电子信息技术研究中心主仼。广西人工智能学会智慧海洋领域分会主任委员、智能制造领域分会副主任委员，广西大学机械工程专业博士生导师，江苏大学仪器仪表专业博士生导师，扬州大学软件工程专业博士生导师，南京航空航天大学等校兼职教授。曾任职于世界500强的丰田汽车集团与新日矿集团，长期从事机器人技术、汽车电子、物联网、测控技术、多智能体系统、计算机应用等方面工作，主持或参加国家级、省部级、市级科研项目30余项，发表论文100多篇，软件著作权100余项，申请获批专利100多项。
序言
前言
第1章 汽车电子技术概述 1
1.1 汽车电子的发展史 1
1.2 汽车电子的现状及发展趋势 2
1.3 本章小结 5
思考题 5
第2章 汽车电子系统 6
2.1 传感器基础 6
2.1.1 传感器的定义与组成 6
2.1.2 传感器的分类与基本特点 7
2.1.3 传感器的静态特性与动态特性 8
2.2 汽车用传感器 9
2.2.1 曲轴位置传感器 9
2.2.2 速度传感器 13
2.2.3 温度传感器 14
2.2.4 压力传感器 15
2.3 汽车传动系统 16
2.3.1 离合器 16
2.3.2 变速器 18
2.3.3 传动装置 20
2.3.4 驱动桥 21
2.4 车身电子控制系统 23
2.4.1 中央控制门锁系统 24
2.4.2 防护系统 25
2.4.3 防盗系统 27
2.4.4 空调系统 29
2.5 底盘电子控制系统 30
2.5.1 电子控制悬架系统 30
2.5.2 防抱死制动系统 31
2.5.3 驱动防滑控制系统 32
2.5.4 稳定性控制系统 35
2.6 电磁兼容 37
2.6.1 电磁兼容概述 37
2.6.2 电磁兼容问题 39
2.6.3 EMC故障诊断方法 41
2.6.4 电磁兼容设计 41
2.7 本章小结 47
思考题 47
参考文献 47
第3章 汽车嵌入式系统控制网络 49
3.1 网络技术在汽车中的应用 49
3.1.1 网络技术在汽车内部的应用 49
3.1.2 汽车内部网络标准 51
3.1.3 控制局域网络的应用 51
3.1.4 网络技术在汽车外部的应用 52
3.2 车载控制网络 52
3.2.1 汽车控制网络的分类 53
3.2.2 不同控制网络的特点 56
3.2.3 汽车安全总线 61
3.3 CAN总线 63
3.3.1 CAN总线简介 63
3.3.2 CAN总线的组成 65
3.3.3 CAN总线系统元件的功能 67
3.3.4 CAN总线的数据传输过程 70
3.3.5 CAN总线的应用 74
3.4 LIN总线 78
3.4.1 LIN总线简介 78
3.4.2 LIN总线的数据传输 82
3.4.3 LIN总线的应用 85
3.5 FlexRay总线 88
3.5.1 FlexRay总线简介 88
3.5.2 FlexRay总线的结构 88
3.5.3 FlexRay总线的特性 91
3.5.4 FlexRay总线的应用 92
3.6 本章小结 94
思考题 94
参考文献 95
第4章 AUTOSAR体系 96
4.1 AUTOSAR体系简介 96
4.1.1 AUTOSAR标准的产生与发展 96
4.1.2 AUTOSAR系统的核心思想及目标 98
4.1.3 AUTOSAR系统功能及作用领域 99
4.2 AUTOSAR技术架构 99
4.2.1 AUTOSAR分层模型 99
4.2.2 AUTOSAR标准化的应用接口 100
4.2.3 AUTOSAR方法论 100
4.2.4 AUTOSAR系统开发的关键技术 102
4.3 基础软件层 105
4.3.1 ECU抽象层 105
4.3.2 服务层 107
4.3.3 微控制器抽象层 114
4.3.4 复杂驱动层 120
4.4 运行时环境层 121
4.4.1 运行时环境 121
4.4.2 虚拟功能总线 122
4.5 应用层 124
4.5.1 AUTOSAR端口 124
4.5.2 软件组件 124
4.5.3 基于Simulink的软件组件开发 125
4.6 AUTOSAR的前景 129
4.6.1 AUTOSAR的优缺点 129
4.6.2 AUTOSAR的发展趋势 130
4.7 本章小结 131
思考题 131
参考文献 131
第5章 基于模型的设计 132
5.1 基于模型的设计方法概述 132
5.1.1 基于模型的设计方法的产生 132
5.1.2 基于模型的设计方法的优势 133
5.2 基于模型的设计工具 135
5.2.1 建模与仿真工具：MATLAB/Simulink 135
5.2.2 有限状态机图形实现工具：Stateflow 136
5.3 基于模型的设计方法的研究 137
5.3.1 基于模型的设计流程 137
5.3.2 微分方程的Simulink建模 137
5.3.3 简单系统的建模与仿真 142
5.3.4 离散系统的建模与仿真 143
5.3.5 连续系统的建模与仿真 147
5.3.6 线性系统的建模与仿真 150
5.3.7 非线性系统的建模与仿真 155
5.3.8 混合系统的建模与仿真 158
5.3.9 集成、测试与验证 162
5.4 电动汽车直流驱动仿真建模实例 163
5.5 电动转向系统试验仿真建模实例 172
5.6 本章小结 179
思考题 179
参考文献 179
第6章 V模式的嵌入式系统开发与测试 181
6.1 V模式基础 181
6.2 建模与算法仿真 186
6.2.1 基于模型的设计 186
6.2.2 建模和仿真决策 189
6.2.3 Stateflow工具介绍与实例 190
6.2.4 代码的生成和优化 197
6.2.5 Embedded Coder工具介绍与实例 200
6.3 硬件在环测试 204
6.3.1 ECU功能测试 205
6.3.2 ECU节点分布式与网络测试 206
6.4 在线标定技术 209
6.4.1 CCP简介 209
6.4.2 XCP协议 210
6.4.3 CANape标定工具简介 214
6.5 测试 215
6.5.1 MBD模式下的测试流程 215
6.5.2 整车控制器在环测试 217
6.5.3 MIL测试 221
6.5.4 SIL/PIL测试简介 234
6.6 本章小结 240
思考题 241
参考文献 241
