电子控制技术概论.ppt

概述现代汽车技术是现代高科技迅速发展的集中体现，它实际是机械、电子、计算机、控制工程、材料工程、生物工程和信息技术等多学科技术交叉的产物。随着电子技术、计算机技术和控制技术的发展和人们对汽车的要求日益提高，现代汽车正在向电子化、智能化方向发展。目前汽车上、特别是轿车上的电子控制部件越来越多，基本上占汽车总成本的1/3还多。现代汽车实际上已经成为以计算机为控制核心的计算机控制系统。,汽车电子技术发展简史,汽车电子技术发展始于20世纪50年代，分为三个阶段：第一阶段，从20世纪50年代中期到70年代中期，主要是为了改善部分性能而对汽车产品进行的技术改造，如在车上装了晶体管收音机。第二阶段，从20世纪70年代末期到90年代中期，为解决安全、污染、和节能三大问题，研制出电控汽油喷射系统、电子控制防滑制动装置和电控点火系统。第三阶段，20世纪90年代中期以后，电子技术广泛的应用在底盘、车身、和车用柴油发动机多个领域。,第一阶段：侧重于开发单独性的电子零部件，从而改善单个机械部件的性能。如整流器、调节器、晶体管无触点点火系统、电子时钟等。设计上是局部的，没有系统的观念。第二阶段：侧重于一些独立的控制系统，如发动机控制系统、ABS控制系统、安全气囊、巡航控制系统等。该阶段是汽车电子化快速发展的时期，各个单独系统的控制技术逐渐成熟。第三阶段：汽车电子系统的设计更加从整体的角度来考虑，开始广泛应用计算机网络技术与信息技术，使汽车更加自动化、智能化，并向汽车与社会环境的联结方向转移。,汽车电子技术的应用现状,目前汽车上采用的电子技术可分成四类：发动机控制系统、底盘控制系统、车身控制系统及信息与通讯系统。,二、电子技术对发动机性能的影响,1.提高发动机的动力性2.提高发动机燃油经济性3.降低排放污染4.发动机的加速和减速性能5.改善发动机的起动性能,一、电子燃油喷射系统二、电控点火系统三、怠速控制系统四、排放控制系统五、进气控制系统六、增压控制系统七、巡航控制系统八、警告系统九、自诊断与报警系统十、失效保护系统十一、应急备用系统,功用：根据进气量确定基本喷油量，再根据其他传感器（如冷却液温度传感器、节气门位置传感器等）信号等对喷油量进行修正，使发动机在各种运行工况下均能获得最佳浓度的混合气，从而提高发动机的动力性、经济性和排放性。,一、电子燃油喷射系统（EFI）,功用：是点火提前角控制。根据各相关传感器信号，判断发动机的运行工况和运行条件，选择最理想的点火提前角点燃混合气，从而改善发动机的燃烧过程，以实现提高发动机动力性、经济性和降低排放污染的目的。,二、电控点火系统（ESA）,功用：是在发动机怠速工况下，根据发动机冷却液温度、空调压缩机是否工作、变速器是否挂入挡位等，通过怠速控制阀对发动机的进气量进行控制，使发动机随时以最佳怠速转速运转。,三、怠速控制系统（ISC）,功用：主要是对发动机排放控制装置的工作实行电子控制。排放控制的项目主要包括：废气再循环（EGR）控制，三元催化转化器（氧传感器和空燃比闭环控制），二次空气喷射和热反应器控制，活性炭罐电磁阀控制等。,四、排放控制系统,功用：主要是根据发动机转速和负荷的变化，对发动机的进气进行控制，以提高发动机的充气效率，从而改善发动机动力性。,五、进气控制系统,六、增压控制系统,功用：是对发动机进气增压装置的工作进行控制。在装有废气涡轮增压装置的汽车上，ECU根据检测到的进气管压力，对增压装置进行控制，从而控制增压装置对进气增压的强度。,功用：设定巡航控制模式后，ECU根据汽车运行工况和运行环境信息，自动控制发动机工作，使汽车自动维持一定车速行驶。,七、巡航控制系统,八、警告提示,功用：由ECU控制各种指示和报警装置，一旦控制系统出现故障，该系统能及时发出信号以警告提示。,功用：用来提示驾驶员发动机有故障；同时，系统将故障信息以设定的数码（故障码）形式储存在存储器中，以便帮助维修人员确定故障类型和范围。,九、自诊断与报告系统,十、失效保护系统,功用：主要是当传感器或传感器线路发生故障时，控制系统自动按电脑中预先设定的参考信号值工作，以便发动机能继续运转。,功用：是当控制系统电脑发生故障时，自动启用备用系统（备用集成电路），按设定的信号控制发动机转入强制运转状态，以防车辆停驶在路途中。,十一、应急备用系统,汽车底盘电子控制主要包括:,1.电控自动变速器,2.防抱死制动系统,3.驱动防滑系统,4.电控悬架系统,5.转向控制系统,一、自动变速器,为什么要使用自动变速器,自动变速器的优点,驾驶省力,起步加速平稳,提高了发动机和传动系的寿命,避免过载和发动机熄火,什么是自动变速器?,在行驶中能够根据根据实际情况适时自动的变换变速器的挡位。,自动变速器的发展,70年后，采用液力传动的自动变速器得到了广泛的应用,40-50年代，出现了根据车速和节气门开度自动控制换档的液力自动变速器,1939年，美国通用公司首先在其生产的轿车上装备了液力偶合器行星齿轮组成的液力变速器。,阶段1,阶段2,阶段3,自动变速器主要有三种类型：,液力-机械式自动变速器由液力变矩器、机械式自动变速器和液压-电子控制系统三部分组成。目前技术成熟，应用最广。在发达国家轿车上的装车率已达80-90%。,电控机械式自动变速器由传统的离合器与手动齿轮变速器采用电控进行自动变速。它与手动齿轮变速器的零部件有一定通用性，保留了传动效率高的优点，目前在重型货车上选用的较多。,电控机械式无级变速器（CVT）由V形金属钢带与可调半径的带轮得到无级变速。它与发动机之间还要有自动离合器。,液力自动变速器,普通轿车中，大多采用电控液力自动变速器,由液力变矩器和自动变速器两大部分组成能根据节气门的开度和车速的变化自动换档由液压控制的齿轮变速系统构成因此，液力自动变速器并不是真正的无级变速器，而是有档位的，仅是在两档之间的无级变速。,自动变速器电子控制通过动力传动控制模块接收来自汽车上各种传感器的电子信号输入，根据汽车的使用工况对这些信息处理来决定液力自动变速器运行工况。按照这些工况，来控制变速器的升档和降档及换档感觉。,自动变速器的升档和降档根据发动机特性曲线，实现有效匹配，达到发动机动力性或经济性最佳。,电子控制的其它特点,电子控制的出现使得自动变速器可根据具体的行驶工况进行补偿调节。有些变速器类型有一个由驾驶员控制的模式开关。不同的驾驶模式包括正常模式、经济模式、动力模式、冬天模式和手动换档模式等。,经济模式,冬天模式,手动模式,使发动机经常处于经济转速下工作,使发动机经常处于大功率大扭距范围内运行,使变速器在第二或三档时汽车起步,动力模式,允许驾驶员以和手动变速器相同的模式换档,全驱动自动变速器,后驱动自动变速器,电控机械式无级变速器（CVT）,CVT是英文ContinuouslyVariableTransmission的缩写，意即无级变速器,CVT是由两组变速轮盘和一条传动带组成的。,CVT采用传动带和工作直径可变的主、从动轮相配合传递动力,CVT可以自动改变传动速比，实现传动速比的全程无级连续改变,没有传统变速器换档时那种“停顿”的感觉，从而得到传动系统与发动机工况的最佳匹配。,提高车辆的燃油经济性和动力性改善驾驶者的操纵方便性及乘坐舒适性因此它是一种比较理想的汽车动力传动装置。,1958年，荷兰的DAF公司研制出Variomatic双V形橡胶带式CVT，并装备于其制造的Daffodil轿车上,德国奔驰汽车公司在1886年就将V形橡胶带式CVT安装到该公司生产的汽油机汽车上,CVT技术的发展已有100多年的历史,橡胶带传动的CVT,功率有限离合器工作不稳定液压泵、传动带和夹紧机构的能量损失较大,后来，汽车研究人员将液力变矩器集成到CVT系统中主、从动轮的夹紧力由电子装置进行控制在CVT中采用节能泵传动带使用金属带代替传统的橡胶带,汽车新技术的进步克服了CVT原有的技术缺陷传递转矩容量更大、性能更优良的第二代CVT面世进入20世纪90年代，汽车界对CVT技术的研究开发日益重视，再加上全球科技的迅猛发展，使得新的电子技术与自动控制技术不断被采用到CVT中,目前各汽车公司都逐渐将CVT用到自己新的车型上,CVT的结构特点,目前，奥迪A4、A6轿车，广本飞度轿车，东南菱帅轿车，南京菲亚特轿车等已经大量采用CVT无级自动变速器,各种型号CVT的主要差别集中在：发动机动力传递到主动带轮的过程以及带轮半径和夹紧力的控制方法上。,CVT的控制一般都采用电子控制模式，即可在自动状态下运行，也可选择特定的控制程序，增加驾驶的便利性,CVT自动变速器除了标准档位外，换档操纵手柄也可以移至另一个平行的档位，在“+”或“-”之间变换,手动、自动和CVT无级自动变速器的功能比较,二、防抱死制动系统,为什么要用防抱死系统？,(1)缩短制动时间和距离(2)防止紧急制动时车辆侧滑和甩尾(3)在紧急制动时可操纵方向(4)减少轮胎的路损,什么是制动防抱死系统,制动防抱死系统简称ABS，是英文“Anti-lockBrakeSystem”的缩写。ABS的作用就是在汽车制动时。自动控制制动器制动力的大小，使车轮不被抱死，处于边滚边滑的状态，以保证车轮与地而的附着力在最大值,德国博世公司20世纪60年代开始ABS的开发工作，于1971年首次推出了电子ABS、发展为用微机控制从此，ABS在汽车上的应用得以迅速的发展。,1978年，正式生产ABS1型防抱死制动系统，1984年推出ABS2型，1986年推出ABS3型。现在ABS已成为汽车上的配制.,ABS的发展概况,ABS现状,目前，集ABS和ASR功能为一体的防滑控制系统已在汽车上得到了广泛的应用。,1987年，德国博世公司又推出汽车驱动防滑转系统ASR，ASR是ABS的完善和补充。它可以防止汽车起步、加速、在滑溜路面行驶时车轮滑转，以提高汽车的牵引性和操纵稳定性。,近年来，又有许多新技术出现在汽车底盘电子控制系统当中。驱动防滑转ASR,汽车电子制动力分配（EBD）往往与ABS配套使用。,三、电控防滑驱动系统,什么是电控防滑驱动系统?为什么要使用电控防滑驱动系统?,汽车防滑转电子控制系统是在车轮出现滑转时，通过对滑转车轮施以制动力或控制发动机的动力输出来抑制车轮的滑转以避免汽车牵引力和行驶稳定性的下降。,ASR的控制方式,2.发动机输出功率控制,由于驱动防滑转系统通常是通过调节驱动车轮牵引力来实现驱动车轮滑转控制的,因此也被称为牵引力控制系统(TractionControlSystem),简称TCS.,四、悬架系统,汽车的悬架装置是连接车身和车轮之间全部零件和部件的总称，主要由弹簧(如板簧、螺旋弹簧、扭杆等)、减振器和导向机构三部分组成。有效地抑制、降低车体与车轮的动载和振动，从而保证汽车行驶的平顺性和操纵稳定性.,汽车行驶的平顺性和操纵稳定性是衡量悬架性能好坏的主要指标，理想的悬架应在不同的使用条件下具有不同的弹簧刚度和减振器阻尼，既能满足平顺性要求又能满足操纵稳定性要求。,什么是电控悬架？,电子控制汽车悬架是通过控制调节悬架的刚度和减振器阻尼，突破被动悬架的局限区域；使汽车的悬架特性与行驶的道路状况相适应，保证平顺性和操纵稳定性两个相互排斥的性能要求都能得到满足。,主动悬架：将检测系统运动的状态信号反馈到电控单元，电控单元发出指令给主动力发生器，构成闭环控制。由外部提供能量产生的主动控制力作用于系统进行控制。主动悬架除了控制振动还可以控制汽车的姿态和高度。,不同等级的阻尼的车速范围：起步、制动、急转弯和高速（100公里/小时）选择运动（硬）改善操纵稳定性低速（40公里/小时以下）选择舒适（软）得到好的平顺性中速（40-100公里/小时）选择正常（中）兼顾平顺性与操纵稳定性.,弹簧刚度控制:具有副气室的空气弹簧,由刚度控制阀改变主、副气室的通道面积，得到（软）（中）、（硬）不同的刚度，,五、转向控制系统,四轮转向系统（4WS）的后轮与前轮一起参与转向，是一种提高车辆反应性和稳定性的关键技术。把后轮与前轮同相位转向，可以减小车辆转向时的旋转运动（横摆），改善高速行驶的稳定性。把后轮与前轮逆相位转向，能够改善车辆中低速行驶的操纵性，提高快速转向性。,六、汽车电子稳定系统（ESP）,当车辆行驶中出现险情，例如：突然一只动物突然闯入路ESP是电子稳定程序（ElectronicStabilityProgramme)的简称，ESP系统能够帮助驾驶者避免车辆出现不稳定状态。,电子稳定程序属于车辆的主动安全.ESP能够识别车辆不稳定状态，并通过对制动系统、发动机管理系统和变速箱管理系统实施控制，从而有针对性地弥补车辆滑动。,ESP是在ABS系统的基础上开发出来的。ESP能够识别诸如驾驶员慌乱反应这样的紧急驾驶工况并通过对单个车轮施加制动和干预发动机控制系统来保持车辆的稳定性。这个软件能够综合理想转向角、横摆角度、侧向力和轮速差异等信号，很快判别出汽车失去控制的时刻。然后不管驾驶员如何操作，对车辆施加制动还是加速，ESP开始发挥作用使汽车稳定下来。,ESP安全性意义,ESP主动安全性防止车辆侧滑发生意外事故,ESP被动安全性在事故中减少侧面碰撞发生几率,ESP安全性意义,ESP典型工作工况,一、躲避前方突然出现的障碍物,ESP典型工作工况,二、在急转弯车道上高速行驶,ESP典型工作工况,三、在地面附着力不同的路面行驶,当一辆推土机向右转弯行驶，那么内弧线履带制动而外履带加速。,ESP工作原理,无ESP行驶状况,车辆躲避突然出现的障碍物，驾驶者首先向左急打转向紧接着又向右转向。车辆由于驾驶者急打方向盘转弯而出现甩尾现象。由于车辆沿着垂直轴线转动，出现失控状态。,ESP工作过程,三、车身控制系统,（1）安全气囊系统；（2）自动防抱死系统；（3）安全带控制；（4）雷达防撞装置；（5）防盗装置；（6）自动空调系统；（7）电动座椅、门窗、后视镜等；,四、信息与通讯系统,（1）电子仪表；（2）全球定位系统；（3）导航系统；,20世纪90年代，汽车电子技术进入了其发展的第三个阶段，这是对汽车工业的发展最有价值，最有贡献的阶段，也是优化“人-汽车-环境”的整体关系最为重要的阶段。在这个阶段，由于计算机技术、控制技术、信息技术、新材料、新工艺的不断进步，汽车电子技术的发展主要表现在以下方面。,一、传感器智能化,由于汽车电子控制系统的多样化，使其需要的传感器种类和数量不断增加。为此，研制新型、高精度、高可靠性和低成本的传感器是十分必要的。未来的智能化集成传感器，不仅要能提供用于模拟和处理的信号，而且还能对信号作放大和处理，同时还能自动进行校正，具有较强的抵抗外部电磁干扰的能力，以保证传感器信号的质量不受影响。即使在特别严酷的使用条件下仍能保持较高的精度。它还具有结构紧凑、安装方便的优点，从而避免受机械特性的影响。,二、车用微处理器技术迅速发展,自从1976年美国通用汽车公司成功的把微处理器应用于汽车发动机控制系统后，世界汽车工业的微处理器用量激增：微处理器已经广泛地应用于安全、环保、发动机、传动系、速度控制和故障诊断中。,三、新的控制理论和方法将大量应用,除了经典的PID控制方法外，随着控制技术的不断发展，一些新的控制方法将更多地应用于汽车的控制系统之中。如最优控制理论在汽车悬架系统中的应用、滑膜控制在ABS控制中的应用、模糊控制在自动变速器中的应用及人工神经网络在四轮转向控制中的应用等。相信随着这些所有控制方法在汽车上的成功应用，将极大改善汽车控制系统的质量和精度，提高汽车的使用性能。,四、汽车电气系统电压有可能升级,汽车技术高度发展，汽车电器的容量大幅度增长。由于车上自动控制所必需的微型电机数目会不断增加，导致汽车功能越来越多，消耗的电能就会越大。因此有人建议将目前汽车上采用的12V电源改为42V。采用14/42V双电压方案：将汽车电器与电控装置根据耗电大小分为两组，中小功率为一组，用14V电压供电，较大功率电器装置采用42V电压供电，这些装置平均功率分别在400-1000W范围内，峰值功率可高达500-5000W。,14/42V双电压变换过程如下：交流发电机输出42V高电压，借助一个DC/DC变换器（直流变换器），由42V变换14V。在这个系统中，DC/DC变换器将供电系统分隔为两个具有不同电压等级的供电系统，除降压外，还对整个电气系统的电能分配管理起到重要作用。14/42V双电路供电系统也有缺点：增加车辆附加承载；占用更大的空间及造价；产生电磁干扰等。,五、数据总线技术的应用,所谓数据总线，就是指在一条数据线上传递的信息可以被多个系统共享，从而最大限度的提高整体系统的效率，充分利用有效的资源。将过去一线一用的专线制改为一线多用制，大大减少了车上电线的数目，缩小线束的直径。目前，在汽车上已经开始越来越多的使用CAN数据总线。在现代轿车的设计中，CAN已成为必须采用的装置。目前汽车上的网络连接方式主要采用2条CAN，一条用于驱动系统的高速CAN，速率达到500kbit/s，另一条用于车身系统的低速CAN，速率是500kbit/s。,目前，驱动系统CAN和车身系统CAN这两条独立的总线之间没有关系。工程师将逐步克服技术障碍，设置“网关”，在各个CAN之间搭桥实现实现资源共享，将各个数据总线的信息反馈到仪表板总成上的显示屏上。驾车者只要看着仪表板，就可以知道各个电控装置是否正常工作了。,六、光导纤维在汽车信号传输中的应用,汽车电子技术的进步，已使各系统控制走向集中，形成整车控制系统。这一系统除了中心电脑外，甚至包括多达23个微处理器以及大量传感器和执行部件，组成一个庞大而复杂的信息交换与控制系统，车用计算机的容量