项目二、5模块二：汽车电控基础

模块二 汽车电控系统基础

任务一 自动控制的基本概念

单元目标：了解电控系统的基本概念；熟悉开环和闭环控制的特点，熟悉发动机电控系统中的开环控制和闭环控制

活动一 自动控制的基本概念

自动控制理论的发展与应用，不仅改善了劳动条件，把人类从繁重的劳动中解放出来，而且由于自动控制系统往往能以某种最佳方式运行，可以提高劳动生产率，提高产品质量，节约能源，降低成本。汽车中的自动变速器、自动空调、自动巡航装置以及发动机运行的控制都处处体现了自动控制的优越性。

所谓自动控制，就是采用控制装置使被控对象的受控物理量能够在一定的精度范围内，按照给定的规律变化，达到控制的目的。例如汽车发动机的怠速控制，发动机控制单元根据所设定的怠速参数和条件，控制节气门怠速稳定装置（如图2-10所示）的进气和喷油器的喷油量达到稳定怠速的目的。

图2-10节气门怠速稳定装置活动二 开环控制和闭环控制的特点

开环控制是一种最简单的控制方式，如图2-11所示控制装置与被控对象之间只有按顺序工作，没有反向联系的控制过程，按这种方式组成的系统称为开环控制系统，其特点是系统的输出量不会对系统的控制作用发生影响，没有自动修正或补偿的能力。开环控制系统的缺点是控制精度取决于组成系统元件的精度，因此对元件的精度要求较高。

图2-11开环控制系统闭环控制带有反馈环节，如图2-12所示通过反馈使系统的精确度提高，响应时间缩短，适合于对系统的响应时间，稳定性要求高的系统。闭环控制系统的特点是对前向通路中元件的精度要求不高，系统的输出量能够自动地跟踪给定量，减小跟踪误差，提高控制精度，抑制扰动信号的影响。如今汽车发动机喷油、点火系统都采用闭环控制，降低尾气排放，节能增效。

图2-12闭环控制系统活动三 认识发动机电喷系统中的开环控制和闭环控制

发动机电喷系统主要采用开环与闭环控制（反馈控制）相结合的方式。对诸如暖机、怠速等需要供给浓混合气的工况采取开环控制，此外则通过排气管中设置的氧传感器来检测肺气中的含氧量推算出实际空燃比来进行反馈控制。由空气流量计或进气歧管绝对压力传感器和转速传感器测量进气空气量，由ECU根据冷却水温、进气温度、氧传感器信号等确定合适的空燃比，计算所需喷油量，进而对执行器（喷油器和电路断开继电器）进行控制，其原理如图2-13所示。

图2-13发动机电喷系统开环和闭环控制任务二 认识汽车上的电子控制装置

单元目标：了解汽车发动机电控系统中常用的传感器、执行器的作用及特点；熟悉电喷系统中几个常用传感器、执行器

活动一 发动机电控系统中几个常用的传感器

汽车用传感器是汽车计算机系统的输入装置，它把汽车运行中各种工况信息，如车速、各种介质的温度、发动机运转工况等，转化成电讯号输给计算机，以便发动机处于最佳工作状态。

发动机控制用传感器有许多种类，其中包括温度传感器、压力传感器、转速和角度传感器、流量传感器、位置传感器、气体浓度传感器、爆震传感器等。

知识链接］电控发动机上几个常用的传感器

1、转速传感器

（1）磁脉冲传感器（外观如图2-14所示）

图2-14磁脉冲传感器（传感线圈）图2-15磁脉冲传感器工作原理磁脉冲传感器包括一个触发轮(也叫变磁阻转子)和一个传感线圈。当触发轮齿转过传感线圈，磁场和感应电压发生变化。轮齿进入磁场时，磁场强度增加，线圈电压极性为正电压，而当轮齿从磁极移开时，磁场开始消失，在传感线圈中产生负压。如图2-15所示。

（2）霍尔传感器

霍尔效应传感器中装有半导体基片和永久磁铁，应用霍尔效应产生电压脉冲。霍尔效应传感器有一个与分火头一体的触发轮，轮上带有一定宽度凹槽的轮叶，由磁屏蔽材料制成，如图6-16所示。当叶轮不在凹槽内时，磁力线穿过霍尔芯片，使之产生霍尔电压；当触发轮的轮叶位于凹槽内时，永久磁铁的磁力线不能到达对面的霍尔芯片，没有霍尔电压。这样当触发轮转动时，轮叶周期性地屏蔽到达霍尔芯片的磁力线，使霍尔芯片产生电压脉冲，再输入控制系统感知相应的转速。

图2-17霍尔效应原理图图2-16霍尔传感器工作原理霍尔效应原理：将半导体基片垂直地放入磁场中，并在K1、K2两端面供给电压，供给电流的方向为Iv，反向电子流将向侧面A1偏移，使电子在A1面上聚集，于是在A1、A2侧面间就会产生电动势，称为霍尔电压，如图2-17所示。

（3）光电传感器

光电传感器的零件包括一个发光二极管、一个光敏晶体管和一个称为光束阻断器的带槽圆盘，如图2-18所示。发光二极管和光电管分别位于圆盘的上面和下面，相互对正。当圆盘在发光二极管和光电管之间旋转时，发光二极管发出的光线断续的穿过盘槽形成闪烁的光线，被光电管转化成电压脉冲，再输入控制系统感知相应的转速。

图2-18光电传感器工作原2、温度传感器

汽车发动机上的温度传感器一般使用负温度系数热敏电阻型传感器，用来检测汽车冷却液温度或进气温度，并输送信号给控制系统。如图2-19所示

图2-19发动机进气温度传感器［小帖示］负温度系数的温度传感器电阻特点

3、位置传感器

节气门位置传感器是汽车上位置传感器的常见形式。节气门开大时，滑动触点在电阻体上滑动，从而引起可变电阻的电阻值变化，导致输出电压变化，输出电压与节气门开度呈线性关系，ECU根据电压信号变化来判断气门开度的大小。如图2-20所示

1、节气门位置传2、怠速触点3、全开触点4、滑动触点5、节气门轴活动二汽车发动机电控系统中的执行器

执行器用来精确无误地执行ECU发出的命令信号。因此，执行器工作的精确与否将最终影响电控的成败，正因如此，其工作可靠性和精确性一直作为研究重点而倍受关注。目前，汽车电控系统的执行器类型繁多，有电磁阀、电动机、压电元件、点火器、电磁继电器、热电偶等，结构与功能不尽相同。执行器的发展方向是智能化执行器和固态智能动力装置。

［知识链接］发动机电控系统中常见的执行器——喷油器

1、喷油器结构

喷油器是电喷系统中的一个执行元件如图2-21所示，即接受发动机控制单元ECU的喷油信号，定时定量喷出汽油。其实，喷油器就是一个电磁阀，喷油器内部有个电磁线圈，外面经插座与ECU相连，喷油器头部的针阀与衔铁连为一体。当电磁线圈通电时，便产生吸力，将衔铁和针阀吸起，打开喷油孔、燃油经针阀头部的轴针和喷孔之间的环形间隙高速喷出，并形成雾状，与空气很好地混合，使混合气在气缸内的燃烧更充分。也正是喷油器在燃油雾化方面比化油器更好，才保证了电喷发动机的燃烧更完全、废气污染物排放更少。电磁线圈不通电时，磁力消失，弹簧将衔铁和针阎下压，关闭喷孔停止喷油。

图2-21喷油器外观和内部结构2、冷起动喷油器电路

图2-22冷起动喷油器电路图冷起动喷油器主要用在电控发动机K型喷射系统中，在发动机冷起动过程中附加喷油形成浓混合器，便于发动机启动。喷油器内部电磁线圈的通电情况如图6-22所示。当防盗ECU正常接通起动机继电器电路后，电流从蓄电池正极经起动继电器到冷起动喷油器再到热控正时开关的触点后接地形成回路，冷起动喷油器喷油，同时电流流经热控正时开关的加热