汽车电控技术培训资料.doc

/.汽车电子控制技术选用教材：汽车电子控制技术上、下，冯崇毅、付百学著，机械工业出版社。汽车电子控制技术，主编：于京诺，机械工业出版社。参考书：汽车电控技术简明教程，郗沭平编著，北京理工大学出版社。现代汽车电器与电子设备，王遂双编著，机械工业出版社。现代汽车电子技术，潘旭峰编著，北京理工大学出版社。现代汽车电子技术与装置，皇甫鉴，北京理工大学出版社。汽车理论，余志生，机械工业出版社。汽车构造，陈家瑞，机械工业出版社。自动控制原理，胡寿松，国防工业出版社。第一章 绪论课堂教学主要内容：1. 汽车电控技术发展现状及应用2. 电控系统对整车性能的影响及技术要求3. 汽车主要电控系统的组成和工作原理4. 控制系统中的控制器、传感器、执行器结构及工作原理5. 典型电控系统控制策略及系统设计一、汽车电控技术发展现状汽车电控技术包含电子技术、控制技术、计算机技术及传感器技术，电控系统的工作目标就是提高汽车的整车性能、降低制造成本，提高产品核心竞争力。其发展历程可为：汽车电器汽车电子汽车电控智能汽车。目前汽车电控化和智能化程度已成为评价一个国家汽车研发、生产水平和汽车产品性能的重要指标。汽车电控技术也已成为国内车辆工程专业本科教学的核心内容之一。汽车电子控制技术的发展大致分为四个阶段：第一阶段：（6070年代）主要是利用半导体器件对汽车电器产品进行电子化改造，以提高其性能、降低成本、延长使用寿命。如晶体管调压器、晶体管点火装置。第二阶段：（7090年代）主要是将控制技术、微处理器及传感器技术有机结合，用于解决机械系统无法解决的复杂控制问题，如发动机喷油和点火的精确控制。第三阶段：（9000年代）强调人车环境为主线的系统工程，主要是将汽车各电控系统进行集成、对整车综合性能进行优化。第四阶段：（2000年以后）汽车控制系统网络化、故障诊断远程化、控制系统智能化，并向智能网联汽车方向发展，如无人驾驶技术、驾驶辅助技术、智能交通技术等。 微电子技术和传感器技术的发展给汽车电子控制技术提供了必要的基础，人们对汽车性能要求的不断提高，各国政府对汽车安全、环保及节能的重视给汽车电控技术发展提供了动力。当今，安全、节能和环保已成为现代汽车工业发展的主要方向，电控技术和人工智能已成为解决上述汽车技术难题，促进汽车工业进步的有效手段。近些年，人工智能和网络信息技术在汽车领域得到了快速发展，驾驶员可以随时得到汽车运行参数、道路状况信息，可以优化出行路线、实现自动驾驶和故障远程处理等，从而提高汽车行驶安全性、降低了能源消耗、减轻了交通拥堵。二、汽车电控系统开发流程：1、开发目的：确定系统功能、结构及应用前景。2、技术指标：系统应达到的性能指标。3、技术路线：V字形开发流程。 4、工作内容：系统结构、控制策略、程序运行可靠性、系统调试及标定。5、现有基础：技术储备、开发手段、市场资源、协作单位能力。6、时间进度：对开发工作进行分解，制定进度表和节点验收内容。7、人员安排：提出人力资源需求及调配。8、资金预算：制定开发成本，资金使用计划。9、经济分析：对开发成果进行技术、经济性分析。10、风险预测：对开发过程中可能出现的风险进行分析，制定预案。11、项目总结：对开发过程形成的技术文件整理归档、生产准备。汽车电控系统基本组成：1、传感器：它是将汽车工况和状态等物理量转变为电信号的装置，该信号可以作为控制系统的反馈量或显示系统的输入量。传感器分为有源和无源传感器。在传感器选型时还应考虑传感器量程、灵敏度、非线性度和动态响应及成本。2、控制器：它负责对各种传感器输入的信号进行整形、滤波和运算处理，做出实时的判断，输出控制指令。汽车用的控制器要选用汽车级控制器芯片（16位、32位），控制器硬件设计要考虑其工作可靠性、环境适应性、电磁兼容性、控制程序编写的难易程度等因素。3、执行器：它是根据控制器输出的控制信号，完成相应的控制动作，将控制参量迅速调整到设定值。执行器有电磁式、电动式、液动式、真空助力式等。执行器选择要考虑工作可靠性、功率消耗、动态响应、安装条件及成本等因素。三、电控技术在汽车上的应用1. 发动机及传动系（1）交流发电机的整流及调节：解决发电机供电电压不稳定问题，目前汽车电器供电电压为12V和24V，发电机输出电压与发电机转速成正比，而发电机转速随发动机转速变化，因此需要一个稳压电路，以保证供电电压的稳定性。（2）电子点火（晶体管）：系统分为有触电点火、无触点点火和直接点火系统。系统可以解决传统点火系统中断电器触点的磨损和烧蚀现象、点火能量损失、点火提前角多参数控制和点火顺序等问题。（3）废气再循环控制：将发动机尾气以一定的比例与新鲜空气进行混合，然后送入燃烧室进行燃烧，可以降低尾气排放指标（NOx）；同时可以提高混合气温度，改善发动机冷启动性能。（4）汽油机燃油喷射控制：通过采集发动机转速、负荷及进气温度等信号控制电磁喷油器的喷油时间和喷油顺序，改善发动机的动力性、经济性和排放指标。（5）发动机综合控制（空燃比、点火、废气再循环、怠速、爆振、喷射等），综合解决发动机动力性和经济性及排放指标的问题。（6）巡航控制：ECU根据设定巡航车速和汽车行驶阻力，通过调节发动机节气门开度，使发动机输出力矩与车辆的行驶阻力平衡，保证车辆恒速行驶、以减轻驾驶员工作强度、提高行车安全。同时也为自动驾驶技术开发提供基础技术平台。2. 安全方面（1）ABS电子防抱制动控制：由于车轮与地面之间的附着力随车轮滑移率变化，而且在滑移率为15-25%期间附着力存在最大值，因此，可以控制车轮滑移率来实现汽车制动性能的改善，解决制动过程出现的甩尾、制动距离过大和制动跑偏等问题，提高行车安全。（2）ASR驱动防滑控制：其原理与ABS相同，两系统可以共用传感器和执行器，但控制算法和控制过程不同，首先 ASR只能在驱动轮上采用，解决方案也比ABS多，例如，为了控制驱动轮滑移率在给定范围，可以进行驱动力、制动力和差速器锁止控制，以解决汽车在低附着路面及坡路汽车行驶时驱动力打滑的问题。（3）ESP电子稳定系统：系统通过采集车身运动状态信息，协调控制汽车各轮的驱动力和制动力以及方向盘转角，把汽车从危险运动姿态调整到安全姿态，避免重大交通事故发生。（4）主动悬架：为了提高车辆在不好路面上行驶的乘员舒适性以及车辆在高速行驶时的稳定性，系统采集车身振动和车身运动状态信息，调节车辆各悬架刚度和阻尼力，以提高车辆行驶安全性和舒适性。（5）电动助力转向系统：用电机驱动助力取代传统液压助力转向系统，可以降低转向系统成本和整车能耗。（6）电控安全气囊（SRS）：系统检测汽车纵向减速度信号，判断车辆是否将发生碰撞事故，在车辆发生碰撞时及时控制气囊打开，保护乘员人身安全。（7）雨刮器自动控制：雨天行驶时汽车前方视野与雨量大小和车速有关，系统根据上述信息自动调节雨刮器工作频率，改善雨天驾驶时的能见度，提高行车安全。（8）车身高度自动控制：汽车悬架的偏频与车辆行驶舒适性有直接关系，偏频与悬架刚度成正比，与簧载质量成反比。大型旅游客车空载和满载时簧载质量相差较大，因此为了解决客车行驶舒适性和稳定性问题，系统要根据簧载质量变化调节悬架刚度，以保持悬架偏频不变。（9）轮胎气压报警：用于解决车辆在高速行驶时由于轮胎过热可能出现爆胎事故。（10）防盗报警：一种是防止非法进入车内的防盗系统，另一种是防止非法启动车辆的防盗系统。在钥匙上加装电阻或遥控器改变通讯频率，可以防止车辆非法启动。加装振动和红外线报警装置可以防止非法进入车内。（11）行车间距报警：加装测距雷达可以防止撞车事故，提高行车安全。（12）车灯自动控制：自动切换远近光灯使用，汽车前照灯可以跟随方向盘转动，解决驾驶员在夜间行车时的安全性问题。（13）汽车自动空调：解决车内温度控制问题，提高行车安全。自动空调系统是由压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器组成，普通压缩机的制冷量与压缩机转速成正比，由于压缩机转速随发动机转速变化，因此当压缩机转速较高时，汽车行驶车速也较高，汽车的散热能力也增大，所需要的制冷量减少，这样就存在当车辆需要的制冷量与压缩机能提供的制冷量之间的矛盾，为了保证车内温度恒定就出现了自动空调系统，目前在调节车内温度时有以下方法：a、调节外部空气进气量；b、压缩机间断工作；c、压缩机排量连续可调。第c种方法是最有效和节能方法。（14）自动导航系统：目前导航系统多数采用GPS系统，这是由美国提供的全球定位系统。中国也在开发自己的卫星导航系统，北斗导航系统，目前已开始对亚太地区用户提供服务。导航系统需要发射24颗同步通讯卫星，这些卫星分布在6个轨道平面上，以保证在地球上任意位置的GPS接收器都能同时收到4颗卫星信号，从而确定接收器的地理坐标。为了实现自动导航还需要电子地图，目前国内许多公司从事电子地理信息数据采集工作，以完成电子地图的制作，为客户提供最新版的电子地理信息。四、汽车电子控制技术发展方向1、控制系统集成化：如发动机综合控制系统，提高发动机动力性和经济性，整车综合控制系统，提高车辆动力性和经济性及降低排放。控制系统集成化可以使整个系统简化，有利于对复杂系统多变量、多目标的综合协调控制。但系统集成需要运算能力更强、速度更快的微处理器，因此微处理器也从8位、16位、32位发展到64位。2、信息传输网络化：由于汽车上电子装置数量增多、汽车电路也越来越复杂，为了减少连接数量、现代汽车广泛采用车载网络技术，将过去的一线一用的专线制改为一线多用制。利用车载网络可以将汽车各控制单元、传感器、仪表和 执行器连接起来，从而构成汽车内部的控制器局域网，实现各系统间的信息资源共享。减少了电气节点和导线数量，增加了信息传输的可靠性。根据网速不同，美国汽车工程师协会将总线协议划分为A、B、C三大类，A（LIN总线）类是面向传感器和执行器的一种低速网络，主要用于后视镜、灯光控制及电动车窗等。B类（低速CAN）应用于独立模块间的数据共享，如汽车舒适性、故障诊断和仪表显示等。C类（高速CAN）用于实时闭环控制的多路数据传输，如发动机、ABS和自动变速器、安全气囊等控制。 3、汽车和交通的智能化，智能汽车是一个集环境感知、规划决策、多级辅助驾驶等功能于一体的综合系统。智能交通是将先进的信息技术、通讯技术、传感技术、控制技术和计算机技术进行有效集成，建立实时、准确、高效的综合运输和管理系统，两者的有机结合可以实现汽车行驶路线最佳选择和自动驾驶。4、电控系统设计模块化，是指为开发具有多种功能的不同产品，不需要对每种产品进行单独设计，而是精心设计出多种模块，将其经过不同方式组合在一起，以实现系统新的功能。采用模块化设计可以缩短产品开发周期、提高产品质量、降低产品开发成本、提高控制系统工作的可靠性。五、电子控制技术发展动力1. 国家法规：如环保、油耗、安全、电磁干扰等2. 市场竞争：国内各合资品牌竞争，国产车与进口车的竞争，3. 特殊用户：如F1赛车、拉力赛，高端用户特殊需求，军用车辆等。六、电动汽车电控技术*1、整车控制系统设计（1）动力系统架构：电机前置、电机后置、分布式电机驱动、轮毂电机等。（2）动力系统匹配：根据整车动力性和经济性指标匹配电机、电池参数及数量。（3）整车控制策略制定：动力模式、经济模式、常规模式、再生制动模式、跛行模式和故障模式等。（4）控制系统边界划分：确定通讯方式、通讯协议、接口定义等。（5）整车模型建立：整车、电机、电池组和测试工况等。（6）控制策略的仿真测试：控制策略门限值优化、测试工况选取、评价指标制定等。（7）控制系统软硬件设计：控制器硬件电路图设计、电路板设计等，委托专业公司完成控制器硬件制造，但公司应具备硬件测试能力；软件流程图设计，子模块程序设计，程序调试及目标程序生成等。（8）控制策略在环测试：真实的控制器、真实的控制程序、整车为模型、加载测试工况等，检验控制策略、控制器硬件和控制程序的有效性和合理性。（9）控制系统台架试验：电机、电池组、电动附件和其他低压电器均为实际装车件，用测功机模拟车辆行驶负载，在台架条件下测试整车控制策略的有效性和程序运行的可靠性。（10）控制系统实车调试：静态调试：确定系统各部件信号传输是否正常，车辆是否准备就绪；动态调试：车辆在规定载荷下按照国标进行各项测试，调试控制参数使车辆达到设计指标要求。2、动力电池及管理BMS（1）确定电池类型、容量、节数和连接方式。（2）确定电池箱数量、控制功能（加热、通风、绝缘和均衡）、测量参数（单体电压、总体电流、电压、电池箱温度等）、与整车通讯协议等。3、驱动电机及控制（1）确定电机类型、容量、参数、布置方式、（2）电机冷却方式及冷却系统设计。（3）电机控制功能及与整车的通讯协议。4、电动汽车核心技术问题（1）动力电池低温性能；（2）电池的比能量；（3）快速充电及网络建设；（4）电池组的一致性；（5）电动车启动性能；（6）再生制动协调控制；（7）控制系统故障诊断及容错控制；（8）北方冬季车内加热和除霜除雾。（9）电动车防水及绝缘。第二章 汽油机点火系统第一节 汽油机传统点火系统汽油机点火系统是影响汽油发动机动力性、经济性和排放指标的重要因素之一，以传统机械式有触点点火系统为基础，点火系统的电子化经历了普通电子点火系统、微机控制电子点火系统两个发展阶段。发动机点火系统作用：在合适的时刻产生点火时序控制信号，并通过对点火线圈的充放电控制使发动机上的火花塞产生点火高压，点燃发动机气缸内已经压缩的可燃气体，使发动机能够顺利启动做功，且在发动机运行期间能够连续、准确地提供点火脉冲。一、传统点火系统的组成及工作原理蓄电池点火开关点火线圈线圈次级配电器线圈初级断电器触电接地火花塞接地1、组成：（1）蓄电池：为12V或24V铅酸电池，容量为30Ah，45Ah和60Ah，用作是给点火系统提供点火能量。（2）点火开关：车辆启动按钮或钥匙转动到启动挡，作用是接通点火系统，使其开始供电。（3）点火线圈：初级线圈匝数较少、次级线圈匝数较多，这样可以将初级侧的电压升至较高的电压。（4）断电器：它是一个高速开关，发动机曲轴通过定时皮带驱动凸轮轴转动，凸轮轴转动可以顶起断电器触点，使点火线圈初级断开，次级线圈产生高压脉冲，火花塞产生电火花，点燃混合气体。发动机曲轴转动两周，凸轮轴转动一周，断电器触点开关4次（4缸发动机），点火线圈初级产生4个电压脉冲。（5）配电器：配电器转动也是由凸轮轴驱动，它的作用是将点火线圈次级分别与各气缸上的火花塞连接，把点火线圈次级产生的高压脉冲传送到火花塞，点燃气缸内的混合气体。2、工作原理：发动机通过定时皮带驱动凸轮轴转动，凸轮角数与发动机汽缸数相同，凸轮轴转动会顶起断电器触点开关，断电器触点开闭时点火线圈初级进行储能，当断电器触点打开时点火线圈初级产生电压脉冲，此时配电器正好转到与某一气缸的火花塞连接，这样点火线圈次级绕组产生的高压脉冲被传送到气缸火花塞上，在火花塞电极间施加高压脉冲，当火花塞极间电压升高到一定程度时，击穿混合气而产生放电现象，气缸中的混合气体燃烧，发动机开始工作。启动时发动机由起动机拖转到70rpm，这时混合气膨胀做功，发动机才能靠自身动力转动，此时通过一个机械装置可以使起动机与发动机自动脱开。二、汽车发动机对点火系统的要求及布置方式1、具有足够高的点火电压，为了点燃气缸内的混合气体，火花塞电极间的电压应达到20kV以上。影响点火电压的因素：（1）当混合气压力较高时，气体密度相对较大，需较高的点火电压；（2）当混合气温度较低，混合气不容易点燃，因此需较高的点火电压；（3）当火花塞温度超过混合气体温度时，需要的击穿电压可降低30%50%；（4）火花塞中心电极为负极时，击穿电压可降低20%；（5）火花塞间隙和形式，火花塞电极间隙增大，击穿电压升高；火花塞电极较细或电极表面有沟棱时，所需的击穿电压较低；2. 具有足够大的点火能量，工作时应保证50-80mJ的点火能量，起动时，应产生大于100mJ的点火能力。影响点火能量的因素：（1）蓄电池：环境温度越低、电池使用时间越长，蓄电池所提供的能量越小。（2）火花塞状况：表面有积碳、烧蚀时会损失点火能量。（3）导线漏电及绝缘：高压线漏电、点火线圈绝缘等级下降等都会损失点火能量。（4）触点状况：断电器触点和配电器触点磨损和烧蚀都会损失点火能量。3. 具有适当的点火时间和顺序四缸机工作顺序1-3-4-2.六缸机工作顺序1-5-3-6-2-4.工作区间，最佳点火提前角是在气缸压缩行程到达上止点前1015。4. 发动机点火线圈布置形式： （1）独立点火：每个气缸有单独的点火线圈（B、C级车采用）。（2）分批点火：两缸共用一个点火线圈（一个为有效点火，一个为无效点火）（A级车采用）。（3）集中点火：共用一个点火线圈，用凸轮控制次级线圈与每个气缸的点火花塞的通电（货车采用）。5. 点火提前角影响因素： （1）混合气浓度较高，其燃烧较快，此时应减小点火提前角。 （2）当进气温度较低时，燃油雾化较差，混合气燃烧速度较慢，此时应增大点火提前角。 （3）发动机温度较低时，应提高混合气浓度、减小点火提前角。为了使发动机温度快速升高，希望有部分燃烧在发动机做功行程完成，此时可能使点火提前角为零度。 （4）混合气压缩比越大，混合气的压力和温度高，混合气燃烧速度越快，此时应减小点火提前角。 （5）汽油辛烷值越高的汽油抗爆性好，发生爆震时的点火提前角较大，因此可采用较大的点火提前角。 （6）火花塞数量多，点火能量大，可以快速点燃混合气燃，因此可减小点火提前角。三、影响点火线圈次级电压的因素1. 发动机转速越高，点火线圈次级电压下降越快。发动机转速越高，断电器凸轮转动也快，断电器触点的开闭周期缩短，点火线圈储能不足，次级线圈电压下降。2. 发动机汽缸数越多，点火系统次级电压下降较大。在发动机转速一定时，汽缸数多，断电器凸轮角数增加，在相同时间内，断电器触点闭合、打开周期缩短，点火线圈储能时间缩短，次级线圈电压下降。3. 火花塞积炭，未燃烧的汽油或机油粘附在火花塞绝缘体上，在高温作用下而形成积炭，积炭具有一定的导电性，它相当于在火花塞电极之间并联一个电阻，消耗一定的点火能量。4. 灭弧电容，电容在触点断开时，可以起到灭弧作用，延长触电寿命；但电容过大会使触点断开时，电容放电时间延长，使初级电流变化减小，造成次级线圈电压下降。5. 触点间隙，间隙过大，相同转速下触点闭合时间短，初级电流较小，次级电压降低。6. 触点的接触电阻，理想状态为触点无接触电阻，但由于触点表面有腐蚀、氧化后，会有一定的接触电阻，使初级线圈电流减小，次级电压下降。7.高压线长度和漏电也会影响点火电压。四、传统点火系统存在的问题：1. 工作可靠性差：由于发动机工作时触点高速打开闭合，使触点磨损较快，造成触点表面有烧蚀、氧化现象，导致点火能量下降和丢失点火脉冲。2. 点火电压不稳定：当发动机高速工作时，点火线圈储能不足，次级线圈电压下降较大，可能达不到点燃混合气的电压要求。3. 点火能量较低：传统点火系统是靠触电打开闭合来提供点火高压，用提高初级电流来增大点火能量的方法会使触点烧蚀加剧，一般情况点火线圈初级电流5A。4. 点火能量对火花塞积炭比较敏感。5. 断电触点工作将产生较大的电磁干扰。6.高压线长度将降低点火电压和能量。7. 点火能量受蓄电池状态影响较大。第二节 电子点火系统一、基本组成14523 1. 点火信号发生器 2.点火控制器 3.点火开关 4.点火线圈 5.火花塞该点火系统是在传统点火系统基础上用点火控制器取代断电器，用点火信号发生器确定点火时间，实现无触点点火，消除了断电器触点磨损和烧蚀给点火带来的不利影响。特点：1）用晶体管的导通、截止控制点火线圈初级电流的通断。 2）用发动机曲轴位置传感器确定点火时刻和点火顺序。二、工作原理：对于4缸汽油机而言，发动机曲轴转动2周，分电器转动1周，点火信号发生器将产生4个点火脉冲信号，此信号经放大处理后，控制串联于点火线圈初级回路的点火控制器（大功率晶体管）导通和截止，通过配电器及高压线将点火高压送至火花塞，点燃气缸中的混合气。此方案解决了断电器触点磨损和烧蚀的问题，但系统没有解决高压线带来的点火能量损失和点火提前角优化控制问题。三、点火系统主要部件1. 点火信号发生器（1）磁电式点火信号发生器 组成：永久磁铁、导磁转子、导磁铁芯、感应线圈。永久磁铁、导磁铁芯、感应线圈安装在活动底板上，可由节气门处的真空度和发动机转速来调节点火提前角。导磁转子有与发动机汽缸数相同的凸台，导磁转子随发动机凸轮轴一起转动，转子转动时闭合磁路中的磁阻变化会使感应线圈中的磁通量发生变化，则在感应线圈中会产生感应电势，所产生的电压脉冲与发动机汽缸数对应，该电压脉冲经整形放大后用于控制点火线圈初级的通断。特点：结构简单、工作可靠、应用广泛。但发动机高转速时会丢失点火脉冲信号，低速时点火脉冲信号幅值较低，控制精度下降。（2）光电式点火信号发生器组成：发光元件、光敏元件和遮光转子，遮光转子的缺口数与发动机汽缸数相同。工作原理：分电器轴转动时，遮光转子转动，其缺口周期性通过光线使光敏元件导通，控制电路会间歇导通和截止，从而产生与曲轴位置对应的电压脉冲。特点：结构简单、信号电压不受转速的影响、工作需外加电源、抗污能力差。（3）霍尔元件式点火信号发生器霍尔效应：将某种半导体元件置于磁感应强度为B的磁场中，在其相对两边施加恒定电流I，则在其另外两边会产生一个感应电动势。霍尔系数，d基体厚度霍尔式点火信号发生器中电流I不变，磁感应强度B周期性的变化，从而产生与发动机气缸数相同的点火脉冲信号。特点：响应频率高，成本低，环境适应性好。2. 点火控制器基本要求：对点火信号发生器输出的点火脉冲信号进行处理，准确可靠地控制串联在点火线圈初级的大功率三极管的导通与截止，使点火线圈次级适时产生点火高压脉冲。在控制时要求三极管打开快速，关断彻底。附加功能：闭合角可控功能电路，初级回路电阻控制电路，停车断电保护电路，过压保护电路，低速推迟点火功能等。四、电容储能式电子点火系统1. 组成及特点：整流升压器12V分电器点火信号发生器火花塞晶闸管点火线圈300500V该点火系统主要特点是采用整流升压器提高电火线圈初级电压，从12V提高到300-500V，利用电容储能放电，提高了点火系统的动态响应。特点：1、次级电压稳定 2、对火花塞积炭不敏感 3、点火线圈工作温度低 4、能量损失小 5、火花持续时间太短，150，电感式12ms。第三节 计算机控制汽车点火系统信号处理A/D转换转速曲轴位置负荷爆振温度I/OCPUROM/RAMI/O1234点火线圈DIAN传感器控制器点火控制装置优点：1、系统可以实现点火提前角的多参数调节；2、消除传统点火系统中分电器中各运动部件的磨损。一、组成：1. 电源，12V或24V2. 点火线圈，15-20kV3. 分电器可根据发动机工作顺序，将点火高压依次送到各缸火花塞。4. 传感器、曲轴转速、曲轴位置、进气量传感器，用于测量发动机运行参数。5. 控制器，根据发动机运行信号，按事先设置的程序计算出最佳点火提前角，并发出点火指令。6. 点火控制模块，用于功率放大、驱动点火线圈。二、原理：发动机运行时，ECU不断采集发动机转速、负荷、冷却水温度、进气温度等信号，并根据ROM中存储的相关程序和数据，确定该工况下的最佳点火提前角，并向点火控制模块发出点火指令，控制点火线圈初级回路的导通和截止，在点火线圈次级将产生高压脉冲信号，高压脉冲信号通过分电器和高压线送至各汽缸的火花塞，点火能量被瞬间释放，产生电火花，点燃混合气体。此外在带有爆震传感器的点火提前角闭环控制系统中，ECU可根据爆震传感器的输出信号，判断爆震是否发生，合理调节点火提前角，使发动机获得较好的动力性和燃油经济性。三、功能：1. 可以实现多参数点火提前角控制；2. 可以对点火线圈储存能量进行控制。3. 可以有效防止爆振发生。4. 便于实现发动机集中控制。四、点火提前角控制 点火提前角影响发动机的动力性、经济性、排放指标。点火提前角控制属于多变量求解问题，很难找到控制模型。其主要因素（转速、负荷、温度、进气压力等）与点火提前角的关系曲线可通过实验法获得，并将此数据存入计算机中，在实际使用时可以通过查表得到最佳点火提前角。计算公式：实际点火提前角=基本点火提前角+修正点火提前角点火提前角控制1. 固定点火提前角，一般为10。发动机启动时，用固定点火提前角或不提前。2. 基本点火提前角（1）怠速时基本点火提前角，a. 当空调工作时，由于发动机负载增大，所以应调高发动机怠速，并适当增加点火提前角8，以利于发动机工作稳定。b. 空调不工作时，基本提前角定位4，因此对应上述两种情况的实际点火提前角应该再加上固定点火提前角10，分别为18、14。（2）正常工作时，基本点火提前角是根据发动机转速、负荷信号，通过查表得到最佳点火提前角。3. 点火提前角的修正量（1）怠速修正，发动机温度较低，混合气燃烧较慢，点火提前角应加大，随发动机温度升高，提前角应逐渐减小；当发动机达到工作温度后应加大点火提前角。（2）行车修正，汽车行驶时，如果发动机过热，应加大点火提前角；如果发动机有发生爆振趋势时，则应减小点火提前角。（3）空燃比反馈，如果使用较大的空燃比控制时，应适当增大点火提前角，反之，应减小点火提前角。五、无分电器点火系统（DLI），直接点火系统直接点火系统是将点火线圈的次级绕组直接与火花塞相连，取消分电器和高压线。实现全电子化点火系统。六缸机点火顺序为：1-5-3-6-2-4发动机控制点火装置进气歧管压力爆振传感器启动开关空调开关节气门位置曲轴位置水温传感器火花塞1、6点火线圈A点火线圈B点火线圈C 图5-16，无分电器点火系统电子配电方式示意图。点火方式：单独点火、双缸点火、二极管配电点火。1. 单独点火配点方式可将点火线圈直接安装在火花塞顶上，取消分电器和高压线，点火性能好，控制电路复杂。2. 双缸同时点火配点方式，是两汽缸工作相位相差360的火花塞共用一个点火线圈，一个汽缸在压缩行程点火，另一个在排气行程点火，由于排气温度较高，易产生火花，所以无效点火能量损失小，但它保留了点火线圈与火花塞之间的高压线，有能量损失。3. 二极管配电点火方式，特点是4个汽缸共用一个点火线圈，但点火线圈为双初级，双初级的特殊点火线圈利用4个二极管的单向导电性交替完成对1、4缸和2、3缸的配电过程。该方式中采用的点火线圈特殊，发动机气缸数应是4的倍数。曲轴位置传感器不仅可以测量曲轴转过的角度，而且可以给出判缸信号，用来计算出某一气缸的上止点位置。该传感器有3个线圈组成：G1信号波峰出现时表明6缸处于压缩行程上止点附近；G2信号波峰出现时表明1缸处于压缩行程上止点附近；Ne为转角信号。在实际工作中控制电路有点火成功确认信号，若5次无确认信号，则停止喷油，发动机停止工作。第四节 发动机爆震控制发动机工作时如果汽缸压力和温度异常升高，有可能使混合气自行燃烧，并会产生高温和高压，这种现象为爆震。爆震会对发动机部件造成损坏和产生较大的噪声，采用爆震控制可以有效防止爆震的产生。点火提前角越大，越容易产生爆震，发动机最大转矩点出现在爆震界限附近，如果将发动机工作点控制在爆震附近可以提高发动机的动力性。在装配废气涡轮增压的发动机上，发生爆震的可能性会增大，故应采用点火提前角闭环控制，同时也可以控制废气量，来避免爆震的发生。目前广泛使用的是宽带共振压电式爆震传感器，用爆震信号识别电路可以得到爆震信号电压的峰值，再与爆震基准值比较，用爆震信号峰值超过基准值的次数来评价爆震强度。爆震控制只是在发动机点火后且可能发生爆震的范围内使用，如小负荷时一般不会发生爆震，点火提前角进行开环控制。为了防止导线或传感器失灵，系统内设置有安全电路，点火系统一旦出现故障，安全电路将点火时刻推迟，并发出警报信息。第三章 燃油喷射控制系统第一节 概述一、燃油喷射技术的发展概况燃油喷射技术最早应用在航空发动机上，20世纪50年代开始用于赛车发动机。1954年奔驰公司在高档汽车上使用了燃油喷射技术，1968年，德国大众公司首次将博世公司的D型燃油喷射系统用于轿车。1972年博世公司又研制出L型燃油喷射系统。1986年通用和福特公司又推出了单点喷射式汽油喷射装置，目前在售车辆均使用发动机电喷系统。2. 传统供油系统的缺点：油耗大、排放不能满足要求。3. 电控喷油系统的优点：（1）进气阻力小：由于无需喉管，使发动机进气阻力小，充气效率高，提高发动机的动力性。（2）燃油雾化好：由于采用喷射技术各缸混合气均匀性好，燃烧充分，油耗低、排放好。此外还能提高发动机的低温启动性能和爬坡能力。（3）供油滞后小：由于在进气门处喷射，使其对节气门的响应快，发动机加速性好。（4）空燃比控制精度高，可实现空燃比的反馈控制。（5）可实现汽车减速断油控制，进一步降低油耗和排放污染物。（6）可实现发动机集中控制，进一步提高汽车的安全性、舒适性、动力性及经济性。二、燃油控制系统分类1. 按喷油器和供油量的控制形式分：（1）机械式汽油喷射系统：1972年有德国博世公司研制，系统中汽油喷射控制装置和空气计量装置以机械方式相互连接，当发动机进气量增加时，空气流量计的计量板向上移动，通过相连的杠杆机构推动燃油计量分配器的柱塞向上移动，使燃油计量槽孔的开启截面积增大，供油量增加，实现发动机的空燃比调节。（2）机电混合式汽油喷射系统：1982年德国博世公司在机械喷油系统基础上增加了电控单元和各种传感器，构成机电混合式汽油喷射系统。系统中的电控单元可以根据水温和节气门开度，控制电液式压差调节器，调节燃油计量分配器内系统油压，控制计量槽进、出口油压差，从而控制喷油量。（3）电子控制方式：控制器根据发动机各种传感器输入信号，产生适当的喷油时间脉冲，在喷射压力和喷油孔截面积一定时。电磁喷油器的喷油时间与喷油量成正比，从而实现了喷油量控制。2. 按喷油器位置分：（1）缸内喷射：喷油器安装在气缸盖上，汽油直接喷射到气缸内，其特点：喷油时间精确，混合气雾化较好。但喷油器要承受高温、高压，结构复杂，成本较高。（2）缸外喷射 a. 单点喷射，只用一个或两个喷油器在节气门体处，优点为结构简单、成本低、可靠性好。但各缸混合气浓度差异大，空燃比控制精度低。 b. 多点喷射，使用与发动机气缸数相同的喷油器，安装在进气门处的进气歧管上，优点是空燃比的控制精度高、喷油雾化好，目前广泛使用。多点喷射又分为同时喷射、分组喷射和单独喷射。同时喷射：按发动机转动节拍，各缸喷油器同时喷油，可用一个喷油器驱动电路，结构简单、空燃比控制精度低。分组喷射：将喷油器分成2、3组，按发动机转动节拍各组交替同时喷射，喷油精度有所提高，但增加了驱动电路数量，且需要气缸识别信号，控制电路相对复杂。单独喷射方式：按照发动机汽缸的工作顺序和需求喷油量，各缸喷油器可以设定一个最佳喷油时间进行喷油。但系统需要识别气缸，每只喷油器喷油有独立的驱动电路，电控系统更为复杂，但各气缸内的空燃比控制精度高。最佳喷油时间一般在排气行程上止点前70。3. 按博世公司命名分类：（1）K型，机械控制燃油喷射装置。（2）KE型，机电混合式燃油喷射装置。（3）D型，使用压力型空气流量计的电控燃油喷射系统（电控式）。（4）L型，使用质量型空气流量计的电控燃油喷射系统（电控式）。第二节 燃油喷射控制系统发动机转速测量空气流量或进气压力测量发动机温度、进气温度、车速、节气门位置测量基本喷油量修正喷油量喷油器ECU一、组成：燃油系统、供气系统、控制系统。二、原理：ECU根据各种传感器信号，判断发动机工况和状态，确定最佳喷油量，在喷油压力和喷口截面积一定时，实际喷油量可用喷油间歇时间控制。喷油量包括基本喷油量和修正喷油量。三、基本喷油量计算为了获得发动机运行时的最佳空燃比，提高其性能，需要精确控制每个气缸的喷油量。基本喷油量是由发动机转速和负荷确定，由于电磁喷油器的喷油量与喷油器开启时间成正比，因此需要计算每个发动机工作循环的喷油时间。空气流量，c喷油的常数，z气缸数，n转速根据发动机转速和负荷，通过查表可以得到基本喷有时间。空气流量计结构不同其基本喷油时间计算公式也不同。热线式：翼片式：空气流量计输出信号。卡门式： T：喷油持续时间，：基本喷油时间，：喷油器无效时间，：修正喷油系数。四、修正喷油系数影响因素：（1）进气温度修正，进气温度不同，空气密度也不同，空燃比会发生变化。因此，ECU将根据进气温度变化，修正喷油时间。（2）启动喷油量修正，启动时，发动机转速和温度很低，发动机工作不稳定，应提供浓的混合气，因此适当增加喷油时间，可以改善启动性能。（3）启动后喷油量修正，修正目的是保证发动机在温度较低，汽油雾化不良的情况下能稳定运转。（4）怠速暖机修正，如果此时发动机温度较低，应提供浓混合气，使发动机温度迅速升高到工作温度。（5）加速时喷油量修正，加速时由于瞬间进气量增大，会使混合气浓度下降，为保证汽车具有良好的加速性能，必须增加喷油量。（6）减速时喷油量修正，与加速时相反，减速时由于瞬间进气量减少，会使混合气过浓，此时ECU将根据节气门位置、进气量、发动机转速和温度进行减速喷油量修正。（7）燃油温度喷油量修正，当汽油温度较高时，喷油器内的汽油会产生汽化，导致汽油密度下降，实际喷油量减少，当汽车热启动时，应适当增加喷油时间，以弥补因汽油汽化引起的燃油密度的变化。（8）燃油关断控制，一种是减速断油控制，另一种是超速断油控制。（9）蓄电池电压变化喷油量修正，电池电压变化会影响喷油线圈电流的变化，使喷油器的开启时间发生变化，从而引起喷油量的偏差，ECU可以根据电池电压变化，修正喷油器的喷油时间。（10）空燃比反馈控制，为了降低排放污染物，在汽车排气系统均装有三元催化装置，只有在理论空燃比附近，三元催化器的催化效果最好。用氧传感器为测量元件测量尾气中氧气浓度，以此来调节喷油时间，实现空燃比的闭环控制。在下列条件下，空燃比反馈控制不工作。a.发动机低温工况（温度低于60）。b.启动及暖机工况。c.发动机大负荷工况。d.发动机减速断油工况。（11）自适应修正，也称学习修正，用于进一步提高空燃比的控制精度，在喷油系统长时间工作后，系统部件特性会发生变化，使空燃比反馈控制的误差加大，影响发动机性能。通过模糊算法、神经网络算法、遗传算法等控制算法，系统可以自我修正由于部件磨损等因素产生的控制误差，保证空燃比的控制精度。五、怠速控制（FSC）怠速是指节气门关闭、油门踏板完全松开，且发动机对外无功率输出，并能保持最低转速的稳定运转工况。在城市道路工况约有30%的燃油消耗在怠速阶段，怠速低可以节油，但过低会使发动机不能稳定工作。目的：在满足发动机怠速排放需求和稳定运转前提下，尽可能降低发动机怠速转速。内容：起动后控制、暖机过程控制、负荷变化控制、减速控制等。方式：1. 旁通通道空气量控制：采用步进电机式怠速控制系统，它由步进电机式怠速控制阀、传感器和ECU组成，ECU可以根据传感器的输出信号来判断发动机的运行状态，进而控制怠速控制阀的开度，调节进气量，使发动机工作在稳定的转速上。控制策略：（1）初始位置：为了改善发动机的再起动性能，在发动机点火开关关断后，ECU控制怠速控制阀处于全开（125步）状态，以便为下次起动做好准备；（2）启动控制：由于怠速控制阀预先设置在全开位置，在起动期间经过怠速控制阀的旁通空气量最大，发动机容易启动。当发动机冷却水温升到20度、转速达到500rpm时，ECU将减小怠速控制阀的开度。（3）暖机控制：随着发动机冷却水温度的升高，怠速控制阀开始逐渐关闭，水温达到70度时，暖机过程结束，怠速控制阀关闭。（4）反馈控制：当发动机实际转速与目标转速差超过一定值时，ECU将通过步进电机控制怠速控制阀开度，增减旁通通道的空气量，使发动机实际转速与目标转速相接近。（5）负荷变化控制：怠速时如空挡开关、空调开关接通、断开都会影响到发动机的负荷，为了避免转速波动或熄火，在发动机转速出现变化前，ECU预先设置怠速控制阀的开度。（6）学习控制：由于发动机在使用期间怠速控制阀特性会发生变化，使步进电机控制步数与怠速控制阀实际开度之间关系发生变化，从而影响发动机转速的控制精度。2. 节气门开度直接控制 节气门直动式是直接调节节气门开度，以达到控制进气量目的。四、废气再循环（EGR）目的： 降低尾气中指标，提高进气温度，改善发动机的燃烧条件。EGR为15%，可减少60%，但EGR过大，会影响发动机的动力性。方式：1. 固定比例式废弃再循环系统。2. 可变EGR阀的废气再循环系统。实现：1. 在发动机工作时，ECU根据发动机转速和负荷信号，查表获得此时的EGR阀的开度，从而控制废气再循环比例。EGR阀有两种形式，一种是电磁开关阀，另一种是步进电机控制的线性阀。五、燃油泵控制在发动机工作前，燃油泵应提前工作，给油路建立供油压力。此外，由于在发动机工作时，喷油器会连续不断的进行喷油，这样会使供油系统压力产生波动，影响喷油量控制精度，因此，供油系统中还要加装燃油压力调节器，以保证供油压力稳定。1、燃油供给系统的技术要求：（1）能够产生足够的喷油压力（电动燃油泵）（2）精确控制喷油时间和喷油量（电磁喷油器）（3）喷油压力与进气压力之差保持不变（油压调节器）（4）油管内不能产生燃油蒸汽（二级电动燃油泵、底部供油喷油器）（5）发动机启动前或短时间停止工作后，供油管内仍保持一定的供油压力（单向阀）（6）当油管内压力过高时，应有高压保护装置（高压保护阀）（7）减少压力波动（燃油压力脉冲阻尼器），用膜片将阻尼的壳体分为两部分，利用弹簧和膜片吸收燃油压力的脉动，使喷油总管内压力平稳。2、喷油供油方式：（1）顶部供油，当发动机温度较高时，油路中的燃油会气化，产生气阻现象，影响汽车热启动性能。（2）底部供油，该方式可以防止气阻产生。3、喷油器的工作特性：由于喷油器阀针的机械惯性和电磁响应时间的存在，电磁阀的开启将产生一个滞后时间（取决于电磁阀通电电流和回位弹簧刚度），而喷油脉冲消失后到阀针完全落座关闭也存在一个滞后时间（取决于回位弹簧刚度），故将、称为无效喷油时间。蓄电池电压对影响较大，故当电池电压变化时，需进行修正。4、喷油量：（1）静态流量Q：在规定喷油压力下阀针保持在最大升程时，单位时间内喷射的燃油量。（2）动态流量：为在某一个脉冲宽度范围内，喷油器喷射的燃油量，：脉冲宽度，：无效喷射时间。5、喷油器评价：（1）最小线性动态流量：=K*T0，T0最小开启时间在1.21.8ms。（2）最大线性动态流量，qmax=K*(Ti-Tc)，Ti是喷油脉冲周期，Tc为喷油器关断时间，K是常数。TC喷油器停顿关断最小时间一般为0.6ms。（3）动态流量范围。（4）喷油器的喷雾特性，喷油角度一般为1040为最佳。6、喷油器驱动电路：电流驱动和电压驱动电路，电流驱动只用于低阻喷油器。低阻喷油器阻值范围：0.63，高阻喷油器阻值范围：1217。低阻喷油器驱动电压：56V，高阻喷油器驱动电压：12V。六、电控喷油系统结构 1. 燃油供给系统，燃油箱、燃油泵、燃油滤清器、燃油压力调节器和喷油器。系统工作时，电动燃油泵将燃油从油箱中泵出，经滤清器除去杂质和水分后，在压力调节器配合下在油路内建立稳定的供油压力。电控单元采集发动机状态信息（转速、负荷、进气温度、水温、氧浓度及爆震信号），经过运算和查表，确定此时喷油器的开启时间、工作频率和喷油脉冲宽度，对各气缸进行连续喷油，燃油与空气混合形成空燃比适当的可燃气体，在点火系统作用下点燃混合气体，发动机开始做功。（1）燃油泵：汽油供油压力250300KPa，燃油泵由直流电机和油泵组成，根据油泵结构和原理不同，燃油泵可分为滚柱式、叶片式、齿轮式。当压力超过400KPa时，安全阀打开，进行卸压。燃油泵中的安全阀的作用是防止供油管路中的油压过高。在燃油泵停止工作后单向阀能使油路中保持一定的油压，使发动机下次启动时更加容易。燃油泵通常安装在燃油箱内，滚柱式燃油泵吸收能力较强，但燃油压力脉动较大，必须串接一个燃油脉动缓冲器。电动燃油泵采用双级泵，初级采用侧槽泵，它能实现气液分离，并以较低压力向主泵供油，主泵采用齿轮式涡轮泵，用于产生供油压力，以减小油压的波动。（2）燃油压力调节器：作用是使喷油器的喷油压力稳定，提高喷油量控制精度，它分为绝对和相对压力调节器两种。a. 绝对压力调节器，当油压超过设定值时，压力油会推动膜片上移而使出油阀开启，部分压力油经出油阀和回油管流回到油箱，管路中油压随之降低，反之，会使出油阀关闭，油压又会上升，绝对压力调节器通过膜片根据油压变化的振动，使油压稳定在一个恒定值，通过调节螺钉可改变弹簧力大小，用来确定油压的设定值。缺点：它不能够