汽车电气系统-第11章汽车电控系统的原理介绍.ppt

当代汽车电控系统原理介绍,山东交通学院吴际璋,一、电控系统概述：各类电控系统，都是由：各种传感器、电脑、各种执行元件，组成的网络系统，完成局部自动化和半自动化的随机控制。通常把这些系统的零部件统称为：“电控元件”。,（一）传感器：它又叫“转换器”，把非电量（物理量）变为电量，以模拟量和数字量（开关量）的形式，输出给电脑ECU。它是压力、温度、速度、角度、开度、高度、时间、流量、位移量和开关量等物理量的信号源。它分为：电阻型、磁敏型、热敏型、压敏型、光敏型等型式（电磁型的多为执行元件）。,（二）电脑ECU电脑ECU是许多半导体基片制成模拟电路，数字电路和逻辑分析、运算电路，统称大规模集成电路。其中央处理器CPU是核心部件，它接受各种传感器的信号，进行数据处理（整形、放大）、模式转换、逻辑分析、计算修正、输入输出、学习控制、报警自诊、代码储存等多项功能，是电控网络的智能化神经中枢。,电脑ECU有34种存储器：1、永久性存储器（R0M）-又叫“只能读出存储器，”用于控制系统，受点火开关IG/SW控制。它存储了几百个工况的点火、喷油控制点和修正量，其控制数据固化不变，不能改写。切断电源，存储内容不变，记忆内容长存。根据工况的需要，CPU随机调取其相关数据，而投入工作。,2、随机存储器（RAM）-用于自诊系统，受常火线控制。它能读岀也能写入相关数据，随机暂时存储故障。切断电源，数据丟失。3、电力擦除式存储器（EEPROM）-用于自诊系统。能可靠的写入、存储故障代码，中断电源后，其记忆内容也不消失。必须反复使其电路通断触发，才能消除存储的故障代码。,4、学习控制修正存储器（PR0M）-是可编程存储器，受常火线控制。因ROM存储器存储空间有限，控制数据也是固定有限，修正范围也是有限。为了提高控制范围和控制精度，又增设了一个“随机学习存储器”。它将使用中各工况最佳数据编程写入存储，以便CPU日后需要时随机提取使用。一旦切断了电源，就丧失了记忆。为此，修复竣工后的汽车，必须通过运行试车，重新“恢复记忆”。例如：步进电机IAC，在断电、换新后，应对其初始位置和步数重新设定，在常用转速范围内反复演练，进行“学习控制”，才能“恢复记亿”。,（三）执行元件各系统的电脑ECU，分别或集中控制着各系统的执行元件，它又叫伺服系统（ServoSystem），根据不同的工况要求，完成喷油、点火、换挡、巡航、ABS制动压力调节、车身高度调节等指令任务，也就是又把电量变为非电量（物理量），使各种泵、阀动作，定时、定量的完成指令任务，实现随机伺服控制。,执行元件的动力源多为电磁阀和电动泵，通过它控制各种真空驱动件、液压驱动件、气压驱动件、机械驱动件等。,二、电控系统介绍：电控系统概括内容较多，都是为了改善汽车动力性、经济性、净化性、操纵性、稳定性、安全性、通过性、舒服性、居住性、方便性。也包括了：自动门窗、电动座椅、空调系统、音响系统、通讯系统、防盗系统。在此，只讲七种关键性的行驶和操纵控制系统：（1）电控汽油喷射系统（ECU）；（2）电控自动变速器（ECT）；（3）电控防抱死制动系统（ABS）；（4）电控防滑转系统（ASR）；（5）电控巡航系统（CCS）；（6）电控安全气囊系统（SRS）；（7）电控空气悬架系统（ASC）。,（一）、电控汽油喷射系统（ECU）：1、组成：（1）供油系统：供油、滤油、调压、喷油。（2）进气系统：滤清、计量、调节、分配。（3）、控制系统：ECU、十个传感器、十个执行元件、十项功能。（4）、点火系统：点火伩号发生器IGT、点火器、点火线圈、分电机（直接点火的，无分电机）。,2、控制系统的十个传感器、十个执行元件和十项功能：,3、点火系统的组成和工作过程：（1）有分电机的：（2）直接点火的：又分双缸直接点火方式和单缸直接点火方式两种。,4、对空气的计量方式：（1）压力型D用进气压力传感器。,（2）流量型LA、动板式、B、热线（热膜）式。,C、卡门涡流式。,（二）、电控自动变速器（ECT）：1、组成：由变扭器、行星齿轮机构、液压控制系统、电控系统、冷油件和滤油件，五部分组成。2、各系统工作原理：（1）、变扭器柔和传力，扭矩增大24倍。多为三相综合式变扭器，即：B+W+D+F+TCC。,（2）、齿轮机构有三种型式：A、辛普生行星齿轮式丰田车系和美款车系。,B、拉威尼奥行星齿轮式前轮驱动的，三菱车系和大众车系。,C、常啮斜齿轮式本田车系，无制动器，结构简单，故障少。,D、CVT-钢带式无级变速器：油浴摩擦传力，尺寸小，无级变速，无换档冲击，可适用于小、中、大排量的发动机。本田飞渡和东南凌帅己装用。,（3）、液压控制系统：油泵、主油路调压阀、手控阀、液压换档阀、制动器、离合器、缓冲器、二次调压阀、变扭器锁止阀、冷油器、滤油器等。,（4）、电控系统：A、十个控制信号和八项功能,B、典型车系的电路图具有代表性的，三菱太空乘用车系。,3、关于驾驶模式的介绍：驾驶模式用开关控制，根据路面的好坏和个人的意图而定。A、正常驾驶模式NORM-其换档规律介于动力模式和经济模式之间。B、动力驾驶模式Pwr-或（S），升档较晚，有劲、但费油。C、经济驾驶模式Econ-升档较早，油耗低、但动力性差，多在好路上使用。D、冬季滑路驾驶Winter或雪地驾驶Snow模式-只能2档起步、3档行驶。E、保持模式Hold-按下后，保持于某一档位行驶。,4、全速式手动/自动控制原理（M）：（1）扩大了动力档的控制范围，可在15档间自由转换。锁止迟后一个档位，变扭时间长，故称“动力档位”（S）。（2）、不仅为了应急使用（PCM自动换档控制失效）。更为了司机根据行驶条件需要，和自己意图。固定在某一档位，维持稳定行驶，防止频繁换档。,（三）、电控防抱死制动系统（ABS）：,1、最好的制动条件：为半滚动、半滑动的临界状态。此时，附着力F最大，制动效果最好。为此：制动力FB，它受附着力F的制约，不能过大。只能：FBmaxF=G。否则，抱死滑拖，制动距离反而加大。这是加装ABS防抱死系统的目的。,2、ABS系统的优点：（1）、缩短了制动距离-特别是在、雨、雪、冰滑的路面上行驶时，最为明显。（2）、方向操纵性好-有制动加转向的能力，适于在大弯道上高速行驶，安全性能好。（3）、方向稳定性好-防止了侧滑（甩尾）。减少多车道上，交通事故的发生率。,3、组成：（1）、轮速传忎器-车轮角速度信号。（2）、油泵和储液室-对踏板行程进行补偿，并产生反弹忎觉。（3），油压调节电磁阀-降压-保压-升压，调节频率为1012次/S，反复进行。,（4）、电脑ABS/ECU-接收各种伩号，进行逻辑分析，发令调节油压，防止抱死。（5）、ABS报警灯-红色或黄色，用来报警和闪故障代码。SW-ON灯亮24s后灭为好，或起动后灭也为好。如灯常亮，为有故障。,4、油压调节电磁阀有两种型式：（1）两位两通2/2阀（电压控制）；（2）三位三通3/3阀。（电流控制）。,5、正确的使用ABS系统：（1）、车速低于15km制动，ABS不起作用。在制动试台上也不起作用，测力结果，与ABS无关。（2）、油泵有两次工作过程，一次是SW-on后，工作46s为自检和抽空油室；再次是调压过程中连续工作，使油液不断循环，形成反弹和补偿踏板行程。其他时间工作为故障。（3）、ABS工作时，踏板有反弹感，有时有间断拖印，为正常状态（因地面粗糙度不同）。,（4）、拔下ABS保险丝制动，车轮应能抱死，说明正常制动系统良好。（5）、需用指定的高沸点制动油，防止热衰退。采用对角放气法，无其他额外的要求。（6）、它的电机、油泵、调压电磁阀应整体换新。,（四）、电控防滑转系统（ASR）：驱动轮防滑转系统，英文缩写：ASR系统。它通过调节驱动轮牵引力（Ft）实现防滑转控制，也称：牵引力控制系统TCS或TRC系统。应保证：,FtmaxF；否则，车轮滑转转而不走ASR应起作用。,1、差速器的特性：差速器的两个特性：（1）差速特性N左+N右=2N壳。此为：转速特性（N）。（2）扭矩等分特性M左+M右=Mt；M左=M右=Mt/2。此为：扭矩特性（M）。,2、差速器特性的缺点：一轮打滑或悬空时，汽车原地不动。N附=O；N滑=2N壳（根据N特性）。M附=M滑（根据M特性）。无反作用力，发动机的功变为行星齿轮高速自转摩擦功（M摩）。,3、ASR系统的组成和工作原理：（1）、组成它由：电脑ASR/ECU、电机油泵、储压器、3/3电磁阀、副节气门、正反转步进电机、选择开关ASR/SW、方向盘转角传感器组成。,（2）、工作原理A、在良好路面上，无轮速滑转信号时左右驱动轮的牵引力相等，Ft左+Ft右=Ft总，ASR系统不起作用。,B、在湿滑的路面上，如右驱动滑转时轮速为高频信号，使3/3电磁阀动作，沟通油路，对该轮适当制动，产生倒转的摩擦力矩Mm，它使差速器产生自转力矩M自，并传给附着良好的左轮。此时，左轮为：Ft左+Fm，并减小了滑转轮磨损。,C、当两个驱动轮都产生滑转时ASR/ECU根据：轮速、车速、转速信号，判定滑转。即使副节气门步进电机动作，适当关小副节气门，并减小喷油量，使发动机扭矩Me适当减小，即使牵引力减小。可见，当在举升器上四轮悬空挂档运转时，发动机的转速就难以提高。,4、ABS/ASR两系统共同调节结构：ASR系统在ABS系统基础上，增设相关装置，共用一个电脑，两系统制动压力调节装置是串并联关系，因工作时机不同，防抱死调压和防滑转调压，相互假道，互不影响。,5、ABS/ASR两系统的区别：（1）、ABS对驱动轮和非驱动轮都控制；ASR只对驱动轮进行控制。并有选择开关控制其使用时机（湿滑时）。（2）、ABS控制期间，离合器分离，发动机为怠速状态，传动系无工作载荷，各车轮间无相互影响（差速器不工作）。（3）、ASR控制期间，离合器接合，发动机不是怠速状态。发动机旋转惯量，对传动系统有较大负载（扭振）。驱动轮间有较大的相互影响（差速器处于工作状态）。,（4）、ABS是单环节控制系统；ASR是多环节控制系统。它包括：发动机控制环节、制动控制环节、转向控制环节。（5）、ABS系统是利用轮速传感器低频、低电位信号调压，工作过程为：降压、保压、升压；ASR系统是利用高频、高电位信号调压，工作过程为：升压、保压、降压。（6）、ASR系统只在一定的车速范围内进行防滑转调节，当车速高于80km/h以上时，不起调节作用。,（五）、电控巡航系统（CCS）：又称：定速控制系统SCS。它分为：真空控制式和电机控制式两种类型；前者的控制范围较小(45km/h)，操作较频繁，动力源是进气管真空度px。可不专设CCS/ECU，只在发动机电脑中增设控制单元；后者的控制范围可达15km/h，对路况的适应能力大，不需频繁操作，需专设电脑CCS/ECU，动力源是步进电机。,电机控制式巡航系统：巡航控制范围可达15km/h，多在高档车上使用，汽油机和柴油机都可装用。,1、巡航系统的作用：高速公路上，汽车的平均车速己达100km/h，长时间高速行驶，控制加速踏板的腿部肌肉疲劳强度加大，腿部会抽筋，失去制动能力。为此，当车速达50km/h以上时，用手按下巡航控制开关，便进入自动控制状态。此时可放松加速踏板，汽车按设定的车速行驶，两腿处于自由状态，减轻了司机的疲劳，提高了汽车行驶的安全性。,2、真空控制式巡航系统的组成：它是由：巡航电脑、巡航开关、伺服机构等三部分组成。与ECU和ECT联网。,（1）、电脑CCS/ECU-用来完成巡航控制和报警、自诊任务。（2）、巡航控制开关-设定巡航车速、调节巡航车速和去消巡航控制。它有：巡航开关(Cruise/sw)、设定开关(Set/sw)、复位开关(Res/sw)。,（3）、伺服机构-调节真空吸力Px的大小，用来控制节气门开度的大小。A、真空拉力器-一端与三个电磁阀连通，另一端用拉索和加速踏板巧妙连接，是单向机械传动关系，共同控制着节气门，分别动作，互不干涉。,B、真空电磁阀-用来导通和关闭真空气室与真空罐通路，用占空比控制，它是用脉冲电流控制的频率阀。C、空气电磁阀-它也是频率阀。，断续导通或关闭真空气室的空气通道，调节其真空吸力Px的大小。,D、安全电磁阀-开关阀，开启或关闭空气道，进行巡航与否控制。根据转速SP、车速VSS、制动BK、离合器CL(Mt)、档位信号P/N(At)、巡航开关信号，控制安全电磁阀开启，将真空吸力Px释放，截止巡航。,E、真空罐和单向阀-用来存储进气管真空度Px，作为控制机构动力源。单向阀可防止进气管因故偶尔回火，对真空拉力器造成的危害(烧蚀)。,3、巡航系统的工作原理：（1）、未按下巡航开关时-安全电磁阀导通开启，其他两个电磁阀仍是截止关闭状态，真空气室是大气压力。（2）、按下巡航开关时-按下主开关Cruise/sw，指示灯点亮，进入等待状态。当车速达到理想值时，再按下设定开关Set/sw，电脑即认定司机设置的巡航车速。,此时，安全电磁阀关闭，真空电磁阀开启，产生真空吸力Px，在2030kpa范围内变化，大小由空气阀和真空阀，以占空比方式调节，吸动膜片右移，接过加速踏板所设定的节气门位置，加速踏板即可放松。,（3）、保持设定车速原理-通过真空阀和空气阀调节px的大小：(1)恒速控制-px=F；节气门不动。(2)加速控制-pxF；节气门开度加大。(3)减速控制-pxF；节气门开度减小。,（4）、复位行驶-如实际车速高于或低于设定值45km/h以上时，即超出自动控制范围。可按下或点动复位开关Res/sw，使px额外的加大或减小，调节实际车速，达到理想值后再松开Res/sw，继续巡航行驶。,（5）、截止巡航-如想结束巡航，可按巡航主开关Cruise/sw，处于OFF位置，指示灯熄灭，巡航即解除。此时，电脑使真空阀和空气阀关闭，安全电磁阀打开，真空气室为大气压力，真空膜片恢复到人工操纵状态位置。,此外，还有五种情况可解除巡航：(1)、人工踩下加速踏板时-发动机转速信号Sp，进行反馈控制。(2)、踩下离合器踏板时(MT/AT)-开关信号，进行反馈控制。（3）、变速器手柄处于N档时-空档开关伩号，进行反馈控制。(4)、踩下制动踏板时或拉动驻车制动手柄时-制动开关信号Bk，进行反馈控制。(5)、实际车速比设定车速差值，超出控制范围，未进行复位操作时-车速信号Vss，进行反馈控制。,因此，可以说“一切自动化控制系统，都是利用反馈FeedBack来实现控制，反馈在事物运动的因果关系之间架起了桥梁”。,4、巡航系统的正确使用：包括两个方面：一是，正确使用巡航系统的控制开关；二是，合理选择巡航时机。使用时机如下：1、四车道以上的高速公路段；2、道路平坦，弯道较少，坡度较小(小于6%）；3、路面干燥，雨雪天气路面湿滑，不能使用；4、交通流量正常，不拥挤；5、车速在50km/h以上，低于此值时，巡航系统不起作用。,（六）、电控安全气囊系统（SRS）：SRS“辅助约束装置”缩写，而“主要约束装置”是安全带。安全气囊成为必备装备，用来提高被动安全性。汽车的安全性：一为，主动安全性-它决定于制动、转向、灯光、视野、环境的好坏。二为，被动安全性-即事故后对人和物的保护功能。它决定于车身结构好坏、安全带好坏、安全气囊好坏。多釆用“双气囊”、“四气囊”配置。,1、安全气囊系统SRS的组成：是由：电脑SRS/ECU、碰撞传感器、螺旋电缆合、充气元件、安全气囊等组成。,（1）、电脑是独立控制系统，它有五个功能：A、电压调节电路-维持电压衡定，不受其他系统电器负载剧变的影响，提高系统的灵敏度和可靠性。B、安全传感器-接收碰撞传感器信号，逻辑判定碰撞性质、程度大小，是一般性碰撞或伤亡性碰撞，决定是否引爆气囊？引爆何方气囊？,C、备用电源电路大容量电容器，防止碰撞后断电，用自放电，引爆气囊。D、引爆控制电路-接收安全传感器信号，向气囊电热管发出大电流引爆指令。E、报警自诊电路-正常时，SW/ON，灯亮，进入自检。有故障灯常亮，并将故障存于EEPROM存储器。无故障时，灯亮6秒后熄灭。,（2）、碰撞传感器：惯性式电开关，输入碰撞信号。碰撞惯性力超过定位弹簧设定值时，即导通将信号输送给安全传感器。控制正面的装于左右大灯附近；控制侧面的装于左右侧门边框下方。也可装于电脑中，省了控制电缆，减少了故障点。,（3）、充气元件-由引爆管、点火药、固体氮、气囊组成。引爆管点火后，点火药将固体氮加热，变为N2气体，冲入气囊膨胀缓冲。上有薄膜泄气孔，压力和温度达定值后泄气，防止二次回弹伤害。司机侧气囊随方向盘转动，膨胀后为球形；乘员侧气囊在杂物箱上方，膨胀后为矩形，都为等待式缓冲元件；侧气囊在座椅靠背外侧，膨胀后为枕头状，它为插入式缓冲元件。,（4）、螺旋电缆合-是可转动引爆导线，与电脑可靠转动连接。由57个导线制成偏平电束，其中有两根为引爆线，其余为喇叭和巡航开关导线。电束长度可达5m，松绕在合中，保证方向盘向左、向右转动两圈半，仍为松绕导通状态。,2、安全气囊的引爆条件：（1）、汽车碰撞后，为防止气囊无为的损耗。正面碰撞引爆区为前方60，以便确定引爆何方气囊。车速低于30km/h时发生碰撞，安全气囊不引爆，只依靠安全带收紧器定位。（2）、车速较高，确认是伤亡性碰撞，才引爆气囊。以便排除制动减速度所产生的惯性影响，防止误引爆。（3）、伤亡性的碰撞有两级波形，第一级冲击波是车身软组织变形产生的，是非伤亡性碰撞，一般不会引爆气囊。第二级冲击波是结构组织硬化后产生的，成为刚性组织变形，波幅加大，才能引爆。,3、安全气囊不引爆的条件：（1）、正面碰撞超过前方60控制区时，只能使侧向气囊引爆。无侧向气囊时，即无侧向保护作用。（2）、受横向碰撞或绕纵轴翻滚时，正面气囊不会引爆，无侧向气囊时，即无侧向保护作用。（3）、受后方追尾碰撞时，因对乘员伤亡力度较小，且惯性力有别于正面碰撞，不会引爆气囊。,（七）、电控空气悬架系统（ASC）的原理1、优点：它是利用压缩空气作为悬架弹簧，其弹簧的刚度和减振能力及车身高度能自动控制。有三个功能：,（1）在水平路面上高速行驶时使车身变低、弹簧变软，以提高行驶的舒服性。（2）在凸凹不平的路面上行驶时使车身变高、弹簧变硬，以消除颠波，提高通过性和操纵稳定性。（3）防止加、减速度及转向时，纵向仰头和栽头及横向倾斜，保持前照灯光的光轴不变，以提高行驶的安全性。,2、组成：由电脑ASC/ECU、各种传感器、各种执行元件组成。与电喷电脑ECU联网工作。（1）、悬架控制开关在变速器手柄附近，为两个跷板式开关。司机根据路面和交通情况，选择自动控制工作模式，其仪表盘上工作模式指示灯同步显示。,A、LRC开关选择减振器的阻尼力和空气弹簧的刚度：a、NORM正常工作自动控制，以“软模式为主”，提高行驶的舒服性；b、SPORT高速运动自动控制，以“不软不硬的中间模式为主”，提高汽车的操纵稳定性；,行驶中如果有急起步、急加速、急减速、急制动、急转向等工况，ASC/