现代汽车电子技术要点与试题2012

1、第一章1. 汽车电子控制系统主要包括发动机控制系统、底盘控系统、车身控制系统和信息与通信系统。2. 汽车防抱死制动系统（ABS）：确保在紧急制动和易打滑路面与踩制动踏板时的方向稳定性、操纵稳定性和制动时的安全性（能缩短制动距离）。3. 汽车电子控制系统主要由信号输入装置、电控单元（ECU）和执行器等组成。信号输入装置包括各种传感器和开关。车用传感器 有两类，一类用于控制汽车运行状态，另一类让驾驶员了解某些状态（如冷却液温度、润滑油压力、燃油量等）。输入信号主要是由传感器或开关产生的电信号，输入计算机的信号通常为电压信号，电压信号分模拟信号和数字信号。4. ECU由输入接口、计算机和输出接口等组

2、成。5. 控制类型系统：开环控制系统和闭环控制系统;线性系统和非线性系统;连续系统与离散系统；确定与非确定系统6. 汽车上采用的主要控制理论：PID控制；最优控制；自适应控制；模糊控制；人工神经网络。7. 汽车电子技术应用呈现：功能多样化、技术一体化、系统集成化和通信网络化的特征。8. 汽车电子系统向计算平台发展：功能综合集成；数字化控制；多微处理器协同工作；内外信息智能、高速传输；硬件通用、高速，软件专业化。9. 汽车电子关键技术：（1）汽车传感器技术：汽车传感器技术的发展趋势为微型化、多功能化和智能化，具有自动进行时漂、温漂和非线性的自校正，较强的抗干扰能力。（2）车用微处理器技术：车用微

3、处理器讲不断提高汽车电子装置的性能，改善复杂的汽车电子电路，减小汽车内部电路的体积。（3）软件新技术。特点：实时性；安全性和可靠性；可配置和可伸缩性；可移植性；联网通信能力。（4）汽车网络技术第二章2.1 燃油喷射系统的电子控制。 （1）燃油配制：发动机正常运转时，需要提供连续的可燃混合气。通过直接或间接测量进入发动机的空气量，并按规定的空燃比计量燃油的供给量，该过程称为燃油配制。电子燃油喷射（EFI）系统采用多种传感器检测发动机工作状态，经过ECU计算处理，使发动机在各种工况下均能获得最佳的空燃比，可有效地提高和改善发动机的动力性、经济性，达到排气净化的目的。（2）燃油喷射系统的分类：A.按

4、控制方式的不同，燃油喷射系统可分为机械控制式、机电结合式和电子控制式。B.按喷油器数量的不同，燃油喷射系统可分为单点燃油喷射系统和多点喷油喷射系统。C.按燃油器喷油部位的不同，燃油喷射系统可分为缸内喷射系统和进气管喷射系统。D.按空气量检测方式的不同，燃油喷射系统可分为直接检测式和间接检测式。直接检测式称为质量-流量（Mass-Flow）方式，间接检测式又可分为速度-密度（Speed-Density）方式和节气门-速度（Throttle-Speed）方式。E.按喷油器喷油方式的不同，燃油喷射系统可分为连续喷射系统和间歇喷射系统。目前，绝大多数电控喷油喷射系统采用间歇喷油方式。间歇喷射系统根据喷

5、射燃油的时序不同又可分为同时喷射、分组喷射和顺序喷射系统。F.按电子控制系统的控制模式的不同，燃油喷射系统可分为开环控制和闭环控制。（3）汽油发动机对发动机性能的要求1）将进入发动机的空气质量与燃油质量之比称为空燃比，用A/F表示。通常把实际空气量与理论空气量的比值称为过量空气系数（），当=1时，即为理论混合气；当1时，称为稀混合气；当V1,0S100%.滑移率越大说明车轮在运动中滑动成分所占的比例越大。 2）附着系数和滑移率的关系：a 附着系数随着路面性质不同变化较大。干燥ilumian附着系数大，潮湿路面附着系数小，冰雪路面附着系数更小。b 在各种路面上，附着系数随滑移率的变化而变化，各曲

6、线的趋势大致相同，只有积雪路面在滑移率接近100%时有所上升。干燥硬实路面上两者的关系如下：滑移率由0%增大到10%时，附着系数迅速增大。当滑移率位于10%和30%之间时，有最大值，称为峰值附着系数，其相应的滑移率称为峰值附着系数滑移率。当滑移率继续增大时，附着系数逐渐减小。纯滑动时为滑动附着系数，滑动附着系数总是小于峰值附着系数。横向附着系数越大，汽车制动时方向稳定性和转向控制能力越强。滑移率为0时，横向附着系数最大；随着滑移率的增加，横向附着系数越来越小，抱死时，接近0，其危害表现为失去转向控制能力和方向稳定性差。3.1）ABS的优点：制动时保持方向稳定性；制动时保持转向控制能力；缩短制动

7、距离；减少轮胎磨损；减少驾驶员紧张情绪。3.2）ABS的组成：由传感器、ECU和执行器3部分组成。3.3）ABS的控制方法：主要有逻辑门限值控制、最优控制和滑动模态变结构控制等，目前多数采用逻辑门限值控制方式。（逻辑门限值控制通常都是将车轮的减速度和加速度作为主要控制门限，而将车轮滑移率作为辅助控制门限。控制过程可分为高附着系数路面控制和低附着系数路面控制两种形式。）3.4）ABS的主要部件：传感器、ECU、制动压力调节器、ABS警告灯、失效保护继电器。传感器轮速传感器主要用于检测车轮的转速，并将转速信号输入ECU。一般装在车轮处、主减速器或变速器中，主要类型有电磁感式和霍尔效应式。a。电磁感

8、应式主要由传感头和齿圈组成。传感器与齿圈之间的间隙很小，通常只有0.5到1.0mm，多数轮速传感器是不可调的。其工作原理是当齿圈的齿隙与传感器的磁极端部相对时，磁极端部与齿圈之间的空气隙最大，传感器永磁性磁极所产生的磁力线不容易通过齿圈，感应线圈周围的磁场较弱；当齿圈的齿顶与传感器的磁极端部相对时，磁极端部与齿圈之间的空气隙最小，传感器永磁性磁极所产生的磁力线容易通过齿圈，感应线圈周围的磁场较强。当齿圈随车轮转动时，在感应线圈中感应出交变电压，其频率与齿圈的齿数和转速成正比。特点：机构简单，成本低，但输出信号的幅值随转速的变化而变化。b。霍尔式具有输出信号不受转速影响、频率响应高、抗电磁波干扰

9、能力强等特点。主要由传感头和齿圈组成。齿圈转动过程中，通过霍尔元件的磁力线密度发射我能够变化，从而引起霍尔电压变化，霍尔元件将输出一准正弦波电压。c。减速传感器，也称G传感器，用于车辆汽车制动时的减速度，识别是否是雪路、冰路等易滑路面。ECU主要用于接受转速传感器及其他传感器输入的信号，进行放大、计算、比较，按照特定的控制逻辑，分析判断后输出控制指令，控制制动压力调节器进行压力调节。基本组成：a 输入级电路，由低通滤波、整形、放大等组成的输入放大电路，用于对轮速传感器输入的交变信号进行预处理，并将模拟信号变成微机使用的数字信号。b 计算电路，进行车轮线速度、初速度、滑移率、加速度和减速度的运算

10、、分析、处理及压力里调节器电磁阀控制参数的运算和监控。c 输出级电路，将计算机输出的控制信号转换成模拟信号，通过控制功率放大器向执行器提供控制电流，驱动执行器工作。d 安全保护电路，由电源控制、故障记忆、继电器驱动和ABS警告灯驱动等电路组成。调压制动调节器用于接受ECU的指令，通过电磁阀的动作自动调节制动器的制动压力。主要有液压式、气压式和空气液压加力式等类型。（1）液压式制动压力调节器：主要由电磁阀、液压泵和储液器组成，通过电磁阀和液压泵产生的液压力控制制动力。压力调节器通过电磁阀直接控制制动压力的称为循环式制动压力调节器：间接控制制动力的称为可变容积式制动压力调节器。循环式结构特点主要采

11、用二位三通电磁阀或三位三通电磁阀。二位三通式的由增压和减压两种工作位置。三位三通式有三个液压孔，能实现压力升高、压力保持和压力降低三种状态。蓄能器根据压力范围分高压蓄能器和低压蓄能器。一般将高压蓄能器称为蓄能器，低压蓄能器称为储液器。可变容积式通过改变电磁阀柱塞的位置控制调压活塞的移动，改变轮缸侧管路的容积，利用这种变化间接地控制制动压力的变化。制动压力的调节速度取决于调压活塞的移动速度。（2）空气压力式制动压力调节器：用于气压制动系统，有直接控制式和引导控制式两种形式。（3）空气液压加力式制动压力里调节器：以空气作为控制媒介，利用电磁阀控制空气压力，从而控制空气液压助力器输出液压。ABS警告

12、灯点亮的现象为：电磁阀作用超时或检测到电磁阀断路；车辆已经行驶超过30s，而忘记松开驻车制动；未收到4轮中任何一轮的传感器信号；汽油泵电动机工作时间超时；发动机开始运转或车辆已经开动，未接受到电磁阀输出信号。警告灯分为红色制动故障指示灯和琥珀色或黄色ABS警告灯。两个正常点亮情况为：点火开关接通时，红灯亮时间较短，黄灯较长;启动后，蓄能器建立系统压力，两灯再次点亮；驻车制动时红灯亮。红灯常亮寿命制动液不足或储能器压力不足，此时常规制动此贴和ABS均不能正常工作；黄灯常亮说明ECU检测到ABS故障。失效保护继电器当故障自诊断系统检测到ABS故障时，ECU的失效保护功能将断开失效保护继电器从而断开

13、电磁阀、关闭液压泵电动机，ABS停止工作并恢复常规制动状态。当失效保护继电器通电时，失效保护继电器工作，触点闭合，给各电磁阀供电，ABS正常工作；当ECU停止对失效保护继电器供电时，失效保护继电器停止工作，触点断开，各电磁阀无电源，且液压泵电动机也停止工作。4.2 ABS用于防止汽车制动过程中车轮抱死，将车轮的滑移率控制在理想滑移率附近范围内，以缩短制动距离，提高汽车制动时的方向稳定性和转向控制能力。随着对汽车性能要求的不断提高，汽车的驱动防滑转系统（ASR）：在驱动过程中（尤其是起步、加速和转弯过程中）防止驱动车轮滑转，使汽车在驱动过程中的方向稳定性、转向控制能力和加速性能都得到提高。由于是

14、通过调节驱动车轮的牵引力实现对驱动车轮滑转的控制，因此也叫牵引力控制系统。4.2.1 汽车行驶附着条件：Ft=Mn/r=Fz* （Ft汽车驱动力；Mn作用在驱动轮上的转矩；r车轮半径；Fz车轮与地面之间的附着力；车轮与地面之间的附着系数）。随着驱动轮的转矩不断增大，汽车驱动力随之增大，当驱动力超过地面附着力时，驱动轮开始滑转。当车轮与地面之间的附着系数非常小时，尽管驱动轮不停转动，但汽车却原地不动，即驱动轮滑转。ASR的优点：在汽车起步、行驶过程中提供最佳驱动力，从而提高了汽车的动力性，尤其是在附着西数较小的路面上，起步、加速性能和爬坡能力良好；能保持汽车的方向稳定性和前轮驱动汽车的转向控制能

15、力；减少轮胎磨损和降低发动机油耗。ASR的控制方式：对发动机输出转矩进行控制，对驱动轮进行制动控制，对可变锁止差速器进行控制。对发动机输出转矩进行控制a 调整进气量，如调整节气门的开度和辅助空气装置。b 调整点火时间，如减小点火提前角或停止点火。c 调节燃油量，如减少或中断供油。对驱动轮进行制动控制历时时间短，可迅速、有效地防止驱动轮滑转。该控制方式一般作为高速进气量、改变发动机输出转矩方式的补充。还能起到差速锁的作用。对可变锁止差速器进行控制又称防滑差速器控制，对车轮输出端的多片离合器片增减液压，实现锁止控制。可将左右驱动轮的滑移率之差控制在允许范围内。当汽车起步时，调节差速器的锁止程度能使

16、驱动力充分发挥，提高车速与行驶稳定性;当左右驱动轮在不同的附着系数路面上或弯道上行驶时，能提高汽车稳定行驶能力。ASR特点：可以由驾驶员通过选择开关对其是否进入工作状态进行选择，在ASR进行防滑转调节时，ASR工作指示灯会自动点亮，如关闭ASR，关闭指示灯会自动点亮。 处于关闭状态时，副节气门自动处于全开位置;ASR制动压力调节器不会影响制动系统的正常工作。如在ASR处于防滑转调节过程中，踩下制动踏板时，ASR自动退出防滑转调节，不影响制动过程的进行。 通常只在一定车速范围内进行防滑转调节，当车速达到一定值（120km/h或80km/h）后，自动退出防滑转控制。 在器工作车速范围内通常具有不同

17、的优先选择性。工作时，仪表板上的ASR指示灯点亮或蜂鸣时，提示注意此时正行驶在易滑路面上。 ASR和ABS都是通过控制作用于被控车轮上的力矩，而将车轮的滑移率控制在一定的范围内，提高车轮附着力的利用率，从而缩短汽车制动距离或提高汽车的加速性能，改善汽车的行驶方向稳定性和转向控制能力。 ASR和ABS都要求系统具有快速反应能力，以适应车轮附着力的变化；都要求控制偏差尽可能达到最小，以免引起汽车及传动系统的振动；都要求尽量减少调节过程中的能量消耗。ASR具有自诊断功能。4.2.2 ASR/TRC的组成：主要由轮速传感器、ASR/TRC ECU、制动压力调节器、TRC隔离电磁阀总成、TRC制动功能总

18、成、主副TPS、副节气门控制步进电动机等。ABS/TRC的控制原理：a 未进行防滑转控制：制动压力调节器和TRC隔离电磁阀总成中各电磁阀均不通电，主缸与轮缸的制动液相通，蓄能器制动液保持一定压力，副节气门因步进电动机不通电而保持全开。 b 制动防抱死控制：制动时，主缸制动液通过各调压电磁阀进入各轮缸，轮缸制动液压力随着主缸的输出压力而变化。制动过程中，ABS/TRC ECU根据车轮转速信号判断车轮制动状况，控制供给调压电磁阀电流的大小，控制轮缸制动压力，使车轮一直处于接近抱死状态，最佳制动。 c 驱动防滑转控制：ECU根据输入信号判定驱动车轮的滑移率超过控制门限时，ABS/TRC进行驱动防滑转

19、控制。对副节气门的步进电动机通电，副节气门的开度减小，发动机进气量减少，发动机输出转矩减小，有效防止车轮滑转。4.3电子制动力分配（EBD）是在ABS的基础上开发出来的，采用电子技术替代传统的比例阀，根据汽车制动时产生轴荷转移的不同，自动调节前、后桥的制动力分配比例，不需要增加任何 硬件配置，其功能通过改进ABS软件的控制逻辑即可实现，配置EBD的ABS能较大的减少工作时的震噪感，提高车辆紧急制动时的舒适性，并能在很大程度上提高车辆制动时的安全性和稳定性。4.3.1 EBD组成原理：EBD可根据需要合理分配汽车的制动力。在监控汽车稳定性时，使后桥上的制动过程尽量靠近汽车的理想制动过程。当汽车前

20、桥上的载荷较大时，还可利用前桥上剩余的制动潜力。在较小制动力阶段，可得到理想制动力分配曲线上的固定的制动力分配调节点，在较大制动力阶段时，使后桥制动力减小。EBD只是控制ABS中后桥制动液进液阀，压力调节器中的液压泵电动机不工作。4.3.2 EBD的特点：EBD只采用滑移率进行控制，不采用车轮减速度来检测车轮的抱死趋势；降低前轮制动器的热负荷；前、后摩擦制动衬片磨损均匀；在相同的制动踏板作用力时，有较大的汽车减速度；在汽车寿命期内制动力分配不变；可以失效报警，而机械式结构无此功能；EBD是一个闭环系统，适用于所有可能的制动情况和车辆条件；后桥附着系数利用率高，不受载荷分布变化、温度和制动钳及制

21、动盘磨损的影响和限制；制动液消耗少；在各种载荷状况，弯道、上山和下山以及动力传动系统变化时都能得到最佳的汽车行驶稳定性。辅助制动系统（BA）：主要由踏板行程传感器、BA ECU、电磁阀、释放开关、真空装置、制动主缸、制动主缸转换阀等。控制原理为：在紧急情况下迅速踩下制动踏板，系统通过对制动踏板运行速度的检测，判断是否进入紧急状态而启动BA，此时制动调压器中的电磁阀打开BA,并激活全部的伺服能量；检测到松开制动踏板时，电磁阀将关闭。3.电子感应制动控制系统（SBC）：(1)优点：a具有常规制动系统的功能，并具有故障自诊断功能。b紧急制动时，反应速度比传动制动系统快得多，并采用高压蓄能器，制动压力

22、也比传动系统高，因此制动时间少。c与ESP等配合工作提高了汽车的行驶稳定性。d弯道制动时，能根据实际情况分配制动力，增加外侧车轮的制动力来提高制动效果，同时减少内侧车轮的制动力，以提高横向牵引力增强转弯能力。e制动踏板采用分离式设计和机电一体化的均衡压力控制，提高制动舒适型。f其附加功能提高了汽车的安全性和舒适性。(2)不足：实现制动的关键部件电动机的技术不成熟，在功率、质量和成本方面与传统的液压系统有差距。(3)组成：主要由传感器、ECU、液压调节器和操纵单元等组成。操纵单元安装在与制动踏板相接的位置，只要由双腔制动主缸、制动液储液罐、制动踏板位置模拟器等组成。制动踏板位置模拟器可以有效地模

23、拟制动踏板作用力位移的制动过程和制动踏板的一定缓冲作用，制动踏板感觉是可以调节的，驾驶员可以获得常规制动的感觉。液压调节器位于发动机前端，由分离阀、压力调节器、高压蓄能器、液压泵、电动机等组成。用于连接操纵单元和制动轮缸，并与SBC ECU通信。（4）工作原理：a正常制动时，两个分离阀通电，分离阀处于分离状态，切断轮缸与操纵单元的连接，SBC处于线控制动方式。当踩下踏板时，根据各种信号和车辆行驶状态精确计算各车轮所需的制动力，对液压调节器发出控制指令，控制电动机通过高压蓄能器分别向各车轮施加制动力，使车辆快速、稳定地制动和减速。b当汽车直线行驶紧急制动时，导致驾驶员和乘客的身体及头部前倾，造成

24、不舒适感。SBC将作用于前后轴上的制动力合理分配为70%和30%，以降低汽车后轴的制动力。c当汽车转弯行驶制动时，通过向各个车轮发出精确的制动脉冲，确保汽车转向过程中的安全性。根据当前汽车的行驶状态，精确控制每个车轮上的制动力，增大右前轮制动力，减少左后轮的制动力，受到的侧向力也有所降低，提高了汽车的转向能力和操纵稳定性。d当故障时制动，两个分离阀断电，分离阀处于接通状态，轮缸也操纵单元直接连接，从操纵单元到轮缸直接通过制动液进行制动。4.汽车电子稳定程序（ESP）：(1)类型：有四通道或四轮系统（能自动地向四个车轮独立地施加制动力）、二通道系统（只能对两个前轮独立施加制动力）和三通道系统（对

25、两个前轮独立施加制动力，对后轮一同施加制动力）三种类型。(2)组成：用于检测汽车状态和驾驶员操作的传感器部分；用于估算汽车侧滑状态和计算恢复到安全状态所需的旋转动量和减速度的ECU部分；用于根据计算结果来控制每个车轮制动力和发动机输出功率的执行器部分；用于提示驾驶员汽车失稳的信息部分。第六章一、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。被动悬架因具有固定的悬架刚度和阻尼系数，在结构设计上只能满足平顺性和操纵稳定性定性之间进行矛盾折衷，无法达到悬架控制的理想目标。电控悬架能克服传统的被动悬架的不足，可根据不同的路面条件，不同的载重量

26、，不同的行驶速度等来控制悬架的刚度，调节减振器的阻尼力的大小以及调整车身高度，从而使车辆的平顺性和操纵稳定性在各种行驶条件下达到最佳的组合。二、电控悬架根据其是否有源控制，可分为半主动悬架和全主动悬架两大类。(1)半主动悬架：半主动悬架可根据汽车运行时的振动及工况变化情况，对悬架阻尼参数进行自动调整。为了减少执行元件所需的功率，一般都采用调整减振器的阻尼，是阻尼系数在几毫秒内由最小变至最大，使汽车振动频率被控制在理想范围内。半主动悬架为无源控制，在汽车转向、起步及制动等工况时，不能对悬架的刚度和阻尼进行有效的控制。(2)全主动悬架:全主动悬架简称主动悬架，为有源控制，包括提供能量的设备和可控制

27、作用力的附加装置。主动悬架可根据汽车载质量，路面状况，行驶速度，运行工况变化时，知道调整悬架的刚度和阻尼以及车身高度，能同时满足汽车行驶平顺性和操纵稳定性等个方面要求。主动悬架控制方法主要有反馈控制、预测控制和决策控制三种。 （1）反馈控制 进行主动悬架研究通常采用1/4汽车模型和反馈控制框图。主动悬架反馈控制方法实现了执行机构实时连续调节，对控制系统的稳定性、精确性和反应速度要求较高，需测量的信息和计算量较大。 （2）预测控制 是在反馈控制的基础上，由附加的预测时间L/v（L为预测距离，v为车速）的遥测传感器级有关的电子系统构成。预测控制是降低路面干扰对车轮和车体冲击的有效方法。 （3）决策

28、控制 该方法预先测量在不同路面和工况下行驶的振动响应，并通过优化计算得到所需的最佳悬架刚度和阻尼系数，存入主动悬架控制系统ECU和ROM中。 常见的减振器阻尼控制系统有超声波悬架系统（SSS）、自适应阻尼控制系统（ADS）、自动行驶控制系统（ARC）及丰田电子控制悬架系统（TEMS）。三. 系统控制功能 1）正常行驶减震控制 正常行驶时，减振力按照模式选择开关的设置方式确定，当开关置于标准位置时，减振力为软；开关置于跑车位置时，减振力为中。 2）防车尾下坐控制 用于防止汽车启动或急加速时车辆后端下坐。 3）防侧倾控制 用于防止汽车转弯或沿S弯路行驶时的车身侧倾。 4）防车头下沉控制 用于防止汽车制动时汽车头部下沉程度