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汽车电子控制基础总复习 第一章 绪论第一节 汽车电子技术的发展与应用1.汽车技术追求的目标 动力性 扭矩大，最高车速快、动力澎湃。 操纵性 灵活方便，自动化程度高。 安全性 智能可靠保护驾乘人员。 舒适性 空调、座椅、减震舒适。 经济性 油耗低、节能环保，减少污染。 2.汽车电子技术的应用 汽车电子控制系统：发动机控制点火控制ESA、喷油控制EFI、怠速控制ISC、废气再循环EGR。底盘控制自动变速器ECT、防抱制动ABS、主动悬架控制、动力转向EPS巡航控制CCS。车身控制安全气囊SRS、空调控制、中央门锁控制。 3. 汽车电子控制系统的基本组成汽车各个电子控制系统均由三大部分组成：传感器、ECU。执行机构。第二节 汽车电子控制系统的组成与工作过程传感器：传感器的功能：汽车传感器是汽车电子控制系统的信息源，它能将温度、压力、转速、流量等非电量信号转换成电信号，并有一定的精度和规律性。传感器可视为控制系统的神经。电子控制单元（ECU）ECU的主要功能：接收和处理传感器发出的各种信息，并对这些信息进行分析，利用事先制定的控制策略并转换成一条或多条指令输送到执行器，达到控制对象预定的最佳目标。电控单元可视为控制系统的大脑。执行器（或执行元件） 功能：根据ECU输出的控制信号执行相应的预定动作。执行器可视为控制系统的肌肉。汽车电子控制系统的工作过程第一步：实时数据采集。对各传感器的瞬时值实时采集、转换并输入ECU。第二步：实时决策。ECU对采集到的表征被控参数的状态量进行分析，并按已确定的控制规律，计算决定进一步的控制过程策略。第三步：实时控制。根据决策，适时地对执行器发出控制信号。自动控制理论简介自动控制分为开环控制系统和闭环控制系统两种方式。开环控制：输出量对控制单元没有影响，控制系统对控制结果不再作出反应。闭环控制方式：通过反馈环节不断地进行修正，最终达到预期的控制量。汽车电控系统的特征目的性：提高汽车的操纵性、安全性和稳定性等适应能力。层次性：汽车电子控制系统是有层次的，一般可以分成三个层次，第一层次是汽车综合控制系统。第二层次是各个独立分系统。第三层次是分系下的个子系统。相关性：汽车上的电控系统是相互关联的； 各子系统的最佳状况，不一定能获得整个系统的最佳效果。 各独立系统的理想参数和数据都是进行无数次的实验和试车得来的。在汽车电子控制系统中，除硬件设备外，还必须配有一定的软件。软件包括系统软件和应用软件两大部分。在汽车电子控制系统中，控制对象都是不一样的，因此不仅控制系统本身的硬件配置不同，而且系统应用软件也各不相同。第二章汽车传感器第一节 汽车传感器的类型与要求1.什么叫传感器？传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的装置。每个传感器内部都有一个核心元件称为敏感元件，由于敏感元件的不同，形成各种各样的传感器。2.汽车传感器按被测量分类： 温度、压力、流量、速度、加速度、位移、转速、力矩、气体浓度等传感器。3.汽车传感器的种类温度传感器压力传感器 转速传感器 加速度传感器 流量传感器 位置与转角传感器气体浓度传感器 转矩传感器4.汽车传感器的性能要求v 有较好的环境适应性v 有较高的工作稳定性及可靠性v 再现性好v 具有批量生产和通用性v 要求小型化，便于安装使用，检测识别方便v 应符合有关标准要求v 传感器数量不受限制5.汽车传感器的选用原则 1、量程的选择 测量范围应适当。 2、灵敏度的选择 应足够。 3、分辩率的选择 应满足使用要求。 4、误差的选择 应满足使用要求。 5、重复性的选择 应满足使用标准。 6、线性度的选择 使用寿命符合标准 7、过载的选择 有一定过载量 8、可靠度的选择 使用寿命符合标准 9、响应时间的选择 反应要快第二节 汽车温度传感器1. 温度传感器的测量方法 汽车上温度传感器常用的有:金属热电阻式热电偶式热敏电阻式 2.热敏电阻式温度传感器： 热敏电阻是一种半导体敏感元件，其特点是电阻随环境温度变化而显著变化，能直接将温度的变化转换为电量的变化。 热敏电阻按半导体电阻随温度变化的典型特性分为三种类型： a.负电阻温度系数热敏电阻（NTC），随温度上升电阻值而下降。 b.正电阻温度系数热敏电阻（PTC），随温度上升电阻值也上升。 c.在某一特定温度下电阻值会发生突变的开关型热敏（CTR）电阻。热敏电阻的非线性处理对热敏电阻进行线性化处理的最简单方法是用温度系数很小的精密电阻与热敏电阻串联或并联构成电阻网络（常称为线性化网络）代替单个热敏电阻，其等效电阻与温度呈一定的线性关系。热敏电阻的检查：在温控槽中感受温度变化，用数字式欧姆表测其输出电阻值的变化是否在标准值内。3. 热电偶式温度传感器 热电偶测量原理两种不同的金属所组成的闭合回路中，当两接触点的温度不同时，回路中就会产生热电势，这个物理现象称为热电效应。 Et=Eab(T)-Eab(T0)热电偶冷端的温度补偿 热电势修正法必要性： 1、用热电偶的分度表查毫伏数-温度时，必须满足t0=0C的条件。在实际测温中，冷端温度常随环境温度而变化，这样t0不但不是0C，而且也不恒定， 因此将产生误差。 2、 一般情况下，冷端温度均高于0C，热电势总是偏小。应想办法消除或补偿热电偶的冷端损失 。 3、热电势修正法 在工作中由于冷端不是0而是某一恒定温度Tn，当热电偶工作在温差（T，Tn）时，其输出电势为E（T），根据中间温度定律，将电势换算到冷端为0时应为 E（T，0）= E（T，Tn ）+E（Tn ，0）4.温度传感器在汽车上的应用 冷却液温度传感器。 进气温度传感器。 变速器油温传感器。 排气温度传感器（催化剂温度传感器）。 EGR废气循环监测温度传感器。 车外温度传感器。 车内温度传感器。 空调蒸发器出口温度传感器。 热敏铁氧体温度传感器。 排气温度传感器。 冷却液温度表传感器。第三节 汽车压力传感器一、压力传感器在汽车上的应用：1. 压力传感器的作用与型式 压力传感器是用来检测气体压力和液体压力，并将压力信号转变为电压信号。 汽车上应用的压力传感器用来检测进气歧管压力、气缸压力、发动机油压、变速器油压、车外大气压力及轮胎压力等。 压力传感器主要有电阻应变式、压电式、可变电感式、电容式、电位计式等多种。本节主要介绍电阻应变式和压电式。二、 电阻应变式压力传感器1.电阻应变效应（或压阻效应）： 电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生的变化，叫做电阻应变效应。2.电阻应变式压力传感器的测压原理： 通过电阻应变片将被测压力转换成电阻变化的器件称为电阻应变式传感器。3.电阻应变片的类型： 电阻应变片主要有金属电阻应变片和半导体应变片两类。A.金属电阻应变片： 金属电阻应变片有丝式和箔式两种。 电阻应变片 （a）丝式；（b）箔式 B. 半导体应变片 对半导体施加应力时，其电阻率发生变化，这种半导体电阻率随应力变化的关系称为半导体压阻效应。硅片的压阻效应 硅半导体应变片 （a）原理；（b）检测电路4.应用： 当进气歧管上的压力作用到硅片上时， 按此压力与真空室压力之差硅片的电阻发生变化，再经真空室内的混合集成电路变换为电压信号，并加以放大以作为吸气管的压力信号输入到发动机电子控制单元中。三、 压电式压力传感器 压电效应 某些晶体（如石英等）在一定方向的外力作用下，不仅几何尺寸会发生变化，而且晶体内部会产生极化现象，晶体表面上有电荷出现，形成电场。当外力去除后，表面又恢复到不带电状态，这种现象被称为压电效应。具有这种性质的材料，称为压电材料。 压电元件在压电传感器中，必须有一定的预应力，这样可以保证在作用力变化时，压电片始终受到压力，同时也保证了压电片的输出与作用力的线性关系。压电传感器必须有放大测量电路 压电式传感器的内阻抗很高，而输出的信号微弱，因此一般不能直接显示和记录。必须有前置放大器对把传感器的微弱信号进行放大。压电式压力传感器在汽车上的应用压电式压力传感器主要应用在测量压力较大的场合，如汽缸爆震传感器、制动压力传感器、共轨燃油压力传感器等。第四节 转速（速度）传感器1.转速（速度）传感器的结构型式主要有：磁感应式 光电式 霍尔式 三种。2.汽车上测量转速（速度）的场合主要有：曲轴转速或凸轮轴转速，用于发动机供油、点火等基本控制。车轮轮速，用于ABS、ASR、EPS系统。绝对车速，用于ABS、汽车仪表系统。变速器输出轴转速，用于自动变速器控制、车速的推算。一、磁感应式转速传感器传感器主要有一块永久磁铁和一组线圈组成。测速原理： 磁感应式传感器的工作原理为：当被测轴信号转子旋转时，永久磁铁对铁质信号凸齿间的磁路气隙就会周期性地发生变化，磁路的磁阻和穿过信号线圈磁头的磁通量随之发生周期性的变化。根据电磁感应原理，传感线圈中就会感应产生交变电动势。感应电动势的大小与磁通的变化率和线圈的匝数成正比。被测轴的转速n与感应电动势的频率f关系如下，通过测频即得转速。其中Z为信号转子齿数。磁电式转速传感器一般用于动态转速测量，不适用于慢的转速测量，因为这时的输出电压信号接近于零。磁电式转速传感器在汽车上的应用较多，主要应用在：发动机转速传感器、变速器输入传感器、变速器输出传感器（车速传感器）、轮速传感器等。二、霍尔式转速传感器1.霍尔效应 当在半导体薄片两端通以控制电流I，并在薄片的垂直方向施加强度为B的磁场时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势 （称为霍尔电动势），这种现象称为霍尔效应。霍尔元件：霍尔元件的结构很简单，它由霍尔片、引线和壳体组成。霍尔式转速传感器主要由霍尔元件和简单电路所组成。霍尔式转速传感器的工作原理：改变磁感应强度B的有无或强弱，则霍尔电压相应变化，即有无或强弱变化。利用被测轴上带小磁铁转盘或齿轮就可改变磁感应强度的变化频率，根据频率的变化即可检测到转速的快慢。霍尔式转速传感器在汽车上的应用 汽车上采用霍尔式转速传感器可分为两大类：一类是采用触发叶片式、另一种采用触发轮齿式。（1）采用触发叶片 采用触发叶片式，是改变磁场感应强度的有无，从而使霍尔电压有无波动变化。（2）采用触发轮齿式 采用触发轮齿式是改变磁场感应强度的强弱，从而使霍尔电压强弱波动。霍尔式轮速传感器需输入12V电源电压，其输出信号电压在712V，即使转速下降至0也不改变，输出波形为标准脉冲方波。三、光电式转速传感器光电效应 当光照射物体时，物体受到一连串具有能量的光子的轰击，于是物体中的电子吸收了入射光子的能量，而发生相应的效应（如发射电子、电导率变化或产生电动势等），这种现象称为光电效应。光电式传感器的测量转速原理 将光信号转换为电信号的一种传感器，将物体转速变化转变为光信号的变化，就可测量物体的转速。光电式转速传感器结构： 被测轴上装有多孔的信号遮光板，一侧由发光二极管（LED）作为光源，另一侧光敏三极管接收光信号，被测轴旋转时，光信号转换成相应的电脉冲信号，经过放大整形电路输出整齐的脉冲信号，通过该脉冲频率测定转速。转速每分n与脉冲频率f的关系式为式中：N孔数或黑白条纹数目。频率可用一般的频率计测量。第五节 位置（位移）传感器在汽车电子控制系统中，位置与角度传感器的类型很多，主要有： 曲轴位置传感器： 是控制发动机点火正时、确认曲轴位置的信号源 节气门位置传感器：将节气门的开度变换成电信号输送给ECU，是自动变速箱换挡的主要依据。 液位传感器：用于测定燃油箱液位、制动液液位、洗涤液液位、水箱冷却液液位等 。 车辆高度传感器 把车身高度的变化转换成电信号输入到ECU中，可随时对车身高度进行调节转向盘转角传感器等。位置传感器的测量方法有很多，主要有电位器式、磁感应式、光电式、霍尔式、电容式、超声波式等。一、电位器式位置传感器 1.电位器式传感器又称可变电阻器传感器。如果电阻丝直径与材质一定，则电阻值R的大小随电阻丝的长度而变化。这就是电位器式电阻传感器的工作原理。2.传感器都由电阻线圈、骨架和滑动触头等组成。有直线位移型、角位移型和非线性型等，当滑动触头在绕线上的位置改变时，即实现了将位移变化转换为电阻变化。3.电位器式传感器一般采用电阻分压电路，将电参量R转换为电压输出给后续电路。 4.电位器式位置传感器在汽车上的应用电位器式位置传感器在汽车上应用较多，可以测量线位移或角位移，主要应用有节气门位置传感器 加速踏板位置传感器 燃油液位传感器等。二、磁感应式位置传感器1.磁感应式位置传感器是采用电磁感应测量角位移，主要应用于曲轴位置传感器上。2.磁感应式曲轴位置传感器由转子与感应头组成，工作原理同前转速传感器。3.若曲轴上的信号转子上有90个齿，ECU将得到曲轴转角1信号，可确定曲轴（或活塞）所在的位置。三、光电式位置传感器 光电式位置传感器是利用光电元件的光电效应测量位置信号的，主要应用有曲轴位置、车身高度、转向盘转角等检测。1.光电式曲轴位置传感器传感器一般安装在分电器内，由光源、光电元件和带缝隙、光孔的遮光信号盘组成。信号盘安装在分电器轴上，随分电器轴一起转动，它的外围均布有180条缝隙，这缝隙即是光孔，产生1曲轴信号。一个较宽的光孔是产生第一缸上止点信号。其结构原理与光电式发动机转速传感器相同。曲轴位置传感器作用及分类a.曲轴位置传感器的作用是控制点火提前角的信号源（上止点、转角）b.曲轴位置传感器的分类v 磁感应式曲轴位置传感器v 光电式曲轴位置传感器v 霍尔效应式曲轴位置传感器c.曲轴位置传感器的安装位置曲轴前端、飞轮上、凸轮轴前端、分电器内2.光电式车高传感器3.光电式转向盘转角传感器 转角传感器装于转向轴管上可向ECU提供汽车转向速率、转角大小及转动方向信息，由ECU确定需调节哪些车轮的悬架以及调节量。 一般采用光电式传感器，传感器的信号发生器（由发光二极管和光敏三极管组成）以2个为一组，遮光板上均匀排列着窄缝，遮光板随转向轴转动时，两个信号发生器的输出随之进行通（ON）、断（OFF）变换，ECU根据两信号发生器输出通、断变换的速率，即可测出转向轴的转动速率；通过计数通、断变换的次数可检测出转向轴的转角。 两个信号发生器通、断变换的相位角错开90。用来判断左右转向。四、霍尔式位置传感器1.霍尔式位置传感器是利用霍尔效应原理来测量位置信号的，主要应用在曲轴转角位置检测。2.霍尔式曲轴位置传感器主要由触发叶轮、霍尔集成电路、导磁钢片（磁轭）与永久磁铁组成。3.当传感器轴转动时，触发叶轮的叶片便从霍尔集成电路与永久磁铁间的气隙中转过，霍尔集成电路输出高、低电平信号4.若触发叶轮上有60齿，则曲轴每旋转一圈，产生60个方波信号，每个方波信号相当于曲轴转角6。第六节 流量传感器一、体积流量与质量流量流量是指单位时间内流过管道某截面流体的体积或质量。前者称为体积流量，后者称为质量流量。1.汽车上需要测量流量的场合主要有：空气流量测量。用于发动机喷油和点火时的计算依据。废气再循环流量测量。用于废气再循环系统的检测。制冷剂流量测量。用于自动空调系统的制冷量的控制。二、空气流量传感器1.空气流量的测量原理主要有电位器式、卡门涡旋式、量热式等方法。2.电位器式空气流量传感器电位器式空气流量传感器又称为翼片式空气流量传感器在翼片上安装一个电位计，它与翼片同轴旋转，而电位计上滑片的电阻的变化转变成电压信号输入ECU。翼片的偏转角度与流量成正比，偏转量的大小通过电位器读出。3.量热式空气流量传感器量热式空气流量传感器分热线式和热膜式两种。 热线式： 测量元件为铂丝热线，热线缠绕在陶瓷管上。 热膜式： 测量元件镀在陶瓷片上，称为热膜式。4. 热线式空气流量传感器 热线式空气流量传感器就是利用热线与空气之间的热传递现象，进行空气质量流量测定的。铂金丝由控制电路提供的电流加热到120C左右，在热线附近安置一根温度补偿电阻，称之为冷线。热线、冷线热电阻通过和两个标准电阻组成电桥电路输出与空气流量成正比的电信号给ECU，进气量信号电压。5. 热膜式空气流量传感器 其发热元件采用平面形铂金属膜电阻器，故称热膜电阻。热膜式空气流量传感器的工作原理与热线式相似。第七节 加速度传感器一、惯性式加速度传感器 1.工作原理：惯性式加速度传感器是利用惯性质量在受到加速冲击作用时，产生惯性力。若惯性力大于约束弹簧的弹力，则惯性质量就会移动，从而接通电路。 2.应于实例：最初的应用是用作安全气囊中的碰撞传感器。 滚球式碰撞传感器 滚轴式碰撞传感器 偏心锺式碰撞传感器当偏心锤的惯性力矩大于螺旋弹簧弹力时使转子总成转动，从而使转动触点与固定触点接触而闭合，此时便接通SRS系统的搭铁回路。水银开关式碰撞传感器二、压电式加速度传感器1.压电式加速度传感器的工作原理压电式加速度传感器是利用半导体的压电效应制成的。2.压电式爆震传感器压电式爆震传感器是发动机电子点火系统中的重要反馈元件。压电式爆震传感器主要由压电元件、配重块及导线等组成。发动机发生爆震时频率一般在69kHz之间，其振动强度较大，所以传感器信号电压较高，ECU依此来判断修正点火提前角。第八节 气体浓度传感器汽车气体浓度传感器主要有氧传感器、NOx氮氧化物传感器、烟雾浓度传感器等。一、氧传感器 1.氧传感器是发动机电控系统中重要的反馈元件，ECU根据氧传感器信号，不断修正喷油时间与喷油量，使混合气浓度保持在理想范围内，实现空燃比反馈控制（即闭环控制）。 2.氧传感器的功能是通过检测排放气体中氧气的含量，间接反映出混合气空燃比的高低，并将检测结果变为电压或电阻信号。 3.氧传感器可分为发生电压变化的氧化锆型和发生电阻变化的氧化钛型两种。 4.由于反馈控制只能使混合气在理论空燃比附近一个狭小的范围内波动，故氧传感器的输出电压在0.10.9V之间不断变化（通常每10 s变化8次以上）。1.二氧化锆氧传感器 氧化锆式氧传感器的基本元件是氧化锆（ZrO2）陶瓷管（固体电解质）。 二氧化锆氧传感器有内外两表面，内表面需与大气相通，外表面与废气接触。 二氧化锆氧传感器产生的电压将在理论空燃比时发生突变：稀混合气时，输出电压几乎为零；浓混合气时，输出电压接近1 V。 氧化锆式氧传感器必须满足自身温度高于300才能正常工作，为此应有加热器对锆管加热。2.二氧化钛氧传感器氧化钛氧传感器属N型半导体材料，其阻值大小取决于材料温度及周围环境中氧离子的浓度，因此可以用来检测排气中的氧离子浓度。与氧化锆式传感器不同的是氧化钛式氧传感器不需要与大气压进行比较。氧化钛式氧传感器的信号源相当于一个可变电阻，传感器的电阻将在混合气的过量空气系数约为1（约为14.7）时产生突变。给传感器施加稳定的电压时，在其输出端也可得到一个交替变化的电信号。氧化钛式氧传感器也安装在温度较高的排气管上，同时采用了直接加热方式使氧化钛传感元件温度迅速达到工作温度（600）而投入工作。二、柴油机烟度传感器它用来检测发动机排放气体中形成的碳烟和碳粒，并转换成电信号输入ECU，ECU根据碳烟信号调节空气和柴油的供给量，以达到完全燃烧减少碳烟的目的。传感器的感应头由绝缘体、电极（间隙极小）和催化剂组成。感应头连接到电路中，由于电极之间的电阻很大，电流表无电流指示，当感应头插入烟气缝隙中充满了碳粒，电极之间的电阻就会发生变化，碳烟少电阻大，碳烟多电阻小，电流随碳烟的多少相应变化。输入ECU的电信号也随碳烟的多少作相应变化。传感头的电极涂有强催化剂，加上烟气中有充足的氧存在，沉积在电极上的碳能够迅速氧化，不会因电极上的碳烟堆积而使测量失效。第九节 转矩传感器转矩传感器主要用于检测出驾驶员施给转向盘（转动轴）上的有效扭矩，传送给电控动力转向系统中，以便提供附助力矩给驾驶员。转向盘转矩传感器主要有光电式、磁性式等类型。光电式转矩传感器光电式转矩传感器是利用光电转换原理制成的，它具有很高的精确度和可靠性。传感器有光源、光电转换器、一对挡片和槽缝组合、套筒组成。当施以扭力时，挡片与槽缝重叠，转矩越大，重叠越多，从槽缱通过的光线越少，而光电转换器输出的电压越低。输入给ECU后，就可实现对转矩的自动控制。一、单项选择题1、汽车电子控制系统的特征主要表现为目的性、相关性、（ ）和随机性四相方面。A关联性 B普遍性 C层次性 D可靠性2、传感器常被视为控制系统的（ ）。A心脏 B神经 C眼睛 D耳朵3、汽车上温度传感器的测量方法主要有三种，即热电隅 、金属热电阻和（ ）。A热敏电阻 B电位器 C压电电阻 D电容4、电阻应变片在用于压力传感器时，其测量电路一般按（ ）在硅片内部连接起来。A放大电路 B加法电路 C减法电路 D惠斯顿电桥 5、某些晶体在一定方向的外力作用下，不仅几何尺寸会发生变化，而且晶体内部会产生极化现象，晶体表面上有电荷出现，形成电场。当外力去除后，表面又恢复到原来的状态，这种现象称为（ ）。 A压阻效应 B压电效应 C压变效应 D力变效应 6、利用电阻应变片来测量力或压力，这是基于电阻应变片的（ ）。 A压阻效应 B压电效应 C压变效应 D力变效应 7、霍尔式转速传感器需输入12V电源电压，其输出信号电压在（ ）V，即使转速下降至0也不改变。 A35 B714 C11.512 D12 8、当光照射物体时，物体受到一连串具有能量的光子的轰击，于是物体中的电子吸收了入射光子的能量，而发