第一章 汽车电子化与发动机电控技术

汽车电控技术绪论汽车是人类发明的最重要的交通工具之一。1886年，卡尔奔驰发明第一辆汽车；1903年，亨利福特创办了第一家专业汽车制造厂；1950年，全世界汽车年产量1058万辆；2006年，世界汽车年产量6912.7万辆。2/5/20231汽车工业为社会创造巨大财富的同时，也带来了负面影响：现代社会三大公害：大气环境污染、能源危机、交通事故。应对措施：汽车排放法规、汽车油耗法、防止交通事故安全法规等。汽车电控技术绪论2/5/20232第一章汽车电子化与发动机电控技术

1.1汽车电控技术简介1.1.1汽车电子化发展简介

第一阶段：20世纪50年代初期~74年，对汽车电器产品进行电子技术改造。特征：解决电子产品在汽车上应用的技术问题和拓展电子产品在汽车上应用的范围。

第二阶段：74年~82年，单一控制系统应用。特征：以微处理器为控制核心，以实现特定控制内容或功能为基本目的，各种独立的电子控制系统得到了迅速发展。

2/5/20233第三阶段：82年~95年，集中控制系统应用。特征：以微型计算机作为控制核心，能够同时完成多种控制功能的计算机集中管理系统为基本模式，初步实现了汽车控制技术从普通电子控制向现代电子控制的过渡。

第四阶段：

95年后，系统工程整体优化。特征：随着CAN总线技术和高速车用微型计算机的应用，电子控制系统初步具备了对高复杂程度使用要求的控制能力，汽车电子化开始步入智能化控制的技术高点。

2/5/20234汽车电子技术的应用范围汽车电子技术车身控制发动机控制底盘控制汽车电子控制系统车载电子信息系统安全气囊中央门锁控制车灯控制空调控制巡航控制CCS动力转向EPS主动悬架控制驱动防滑ASR防抱制动ABS自动变速器ECT废气再循环EGR怠速控制ISC喷油控制EFI点火控制2/5/202351.1.2

汽车电子发展趋势随着电子技术、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趋势有以下方面：1.电子元件微型化、集成化、多路传输、区域网络、模块化；2.传感器向智能型发展；3.将汽车的供电系统电压标准由l2V提高到42V；4.光导纤维在汽车信号传输中的应用；5.汽车上传统的机械结构将被机电一体化的装置所代替，各种操纵系统向电子化和电动化发展，实现“线操控”；6.新的控制理论和方法将大量应用。2/5/20236现代汽车电子控制系统主要由传感器、电控单元ECU和执行器三个部分组成。

传感器用来采集汽车运行工况和环境状况的参数信号，并将信号提供给电控单元。

电控单元将信号进行处理后，经过计算、分析、判断、比较、决策后发出最佳运行指令。

执行器根据电控单元的指令实施动作，完成控制功能。控制原则：以传感器为控制基础，以电控单元为控制核心，以执行器为控制对象，使汽车达到最佳运行性能。1.1.3

电子控制系统的组成2/5/20237汽车电子控制技术可分为四大类，即动力牵引系统控制，车辆行驶姿态控制，车身（车辆内部）控制和信息传送。

·发动机控制·变速器控制动力牵引系统车辆行驶姿态控制

·防抱死刹车控制·悬挂控制·巡航控制·防滑控制·动力转向控制

·安全控制·空调控制·显示仪表·自动操作控制·多路通讯系统车身内部控制信息传送

·车载移动电话·导航·音响系统1.1.4现代汽车电子技术应用概况2/5/20238发动机电子控制能最大限度地提高发动机的动力性，改善发动机运转的经济性，同时尽可能降低汽车尾气中有害物质的排放量。它是电子控制技术在汽车上应用的主要部分。

发动机控制包括燃油喷射控制（EFI）、点火时间控制（ESA）、怠速控制（ISC）、排气再循环（EGR）、发动机爆震控制和其他相应的控制以及自诊断系统、后备系统等。

1.2汽车发动机电控技术简介2/5/202391.2.1汽油发动机电子控制技术发展简介一、机械控制汽油喷射系统

1952~1957年为第一阶段。主要特征是：以提高发动机动力性为主要目的，把飞机发动机燃油喷射技术成功地移植到汽车发动机上。-----为电子控制汽油喷射技术的开发提供了宝贵的经验。

2/5/202310二、电子控制汽油喷射系统和点火系统1957~1979年为第二阶段。主要特征是：以减少排污及降低能耗为主要目的，以空燃比精确控制为基本措施的各种电子控制汽油喷射系统相继开发成功，汽油机运行控制进入电子控制的新阶段。------为单一控制向集中控制过渡奠定了基础。

2/5/202311三、发动机集中管理系统1979年以后是汽油机电子控制技术发生重大变革的第三阶段。

主要特征是：把原先单一控制系统整合成一个系统，开发出了Motronic系统，即发动机集中管理系统。------为系统控制功能的拓展创造了条件。

2/5/202312单一控制：指控制系统只有汽油喷射控制（或点火控制）功能。集中控制：指控制系统除具有汽油喷射控制功能外，还具有点火正时等其他控制功能。单一控制和集中控制的共同点：系统都是由传感器、电控单元ECU和执行器三个部分组成。控制精度高，发动机性能比化油器发动机有明显提高。2/5/202313单一控制和集中控制的不同点：采用单一控制技术的电喷发动机，各系统都必须按照各自的控制功能配置相应的传感器和控制单元，存在共需传感器的重复及难于实现同步控制等弊端，限制了控制功能的扩展、优化。集中控制既将多项目控制集中在一个ECU上完成，不同控制功能所共需传感器只采用一个共用，简化了系统结构，降低了成本，提高了可靠性，并能方便地实现系统控制功能的拓展。2/5/2023141.2.2柴油发动机电控技术简介第一阶段：20世纪70年代至80年代中期基本特征是：采用位置控制方式，用电子控制的电液式或电磁式线位移或角位移驱动机构，取代原来的机械式调速机构和喷油提前调整装置，实现循环喷油量和喷油定时的电子控制。

2/5/202315基本特征是：采用时间控制方式，类似于汽油机发动机集中管理系统在柴油机上应用，电控系统通过用高速电磁阀对喷油泵或喷油器喷油过程进行控制，实现循环喷油量、喷油定时的电子控制。

第二阶段：20世纪80年代中期以后2/5/202316在后期开发的柴油机电控共轨式燃油喷射系统采用“压力控制”方式。喷油器喷孔尺寸一定，喷油时间一定，控制喷油压力即可控制喷油量；而在增压活塞和柱塞尺寸一定时，喷油压力（即增压压力）取决于共轨中的油压，共轨中的油压是由ＥＣＵ根据各种传感器信号通过燃油压力调节阀来控制的，所以将此种喷油量控制方式称为“压力控制”方式。为降低对供油压力的要求，喷油量的控制采用控制喷油压力的方法实现，在系统中，ＥＣＵ根据实际的共轨压力信号对共轨压力进行闭环控制。2/5/2023172/5/2023181.3汽车底盘电控技术简介底盘由传动系统、行驶系统、转向系统和制动系统四部分组成。传动系统：由离合器、变速器、万向节、传动轴和驱动桥等组成。行驶系统：由车架、车桥、悬架和车轮等部分组成。转向系统：主要由转向操纵机构、转向器、转向传动机构三个部分组成。制动系统：由制动操纵机构和制动器两个主要部分组成。2/5/202319传动系统电子控制：电控自动离合器

、自动变速器、电子差速器、电控四轮驱动系统等行驶系统电子控制：电子调节悬架转向系统电子控制：动力转向系统、四轮转向（4WS）控制制动系统电子控制：防抱死制动控制（ABS）、驱动防滑控制（ASR）、电子制动力分配(EBD)、紧急制动辅助装置(EVA)系统等。其他电控装置：巡航控制（CCS）、电子稳定程序（ESP）等。2/5/202320一、自动变速器

它是由车速传感器和节流阀开度传感器将车速和节流阀开度转换成电信号后作为电子控制装置ECU的输入信号，经ECT的ECU按照换档特性和换档规律，适时输出信号给电磁阀，利用电磁阀来控制油压回路，从而精确控制传动比，使汽车得到最佳档位和最佳换档时间。它与传统变速器比较，具有高精度动力传动效率、低油耗，改善换档舒适性，汽车行使的平稳性以及延长使用寿命等优点。1.3.1汽车传动系统电控技术2/5/2023211.自动变速器AT(自动排档变速箱AutomaticTransmission)2.机械式自动变速器

AMT（手自一体变速箱）3.电子控制无级自动变速器CVT2/5/202322二、电控四轮驱动系统

电控四轮驱动系统特点：动力不仅可在前、后桥之间主动分配，也可在后桥左右两侧车轮间进行分配。当车辆过弯时，系统会将更多动力输送到处于弯道外侧的后轮上，从而主动制造内向偏航力矩，使车子在弯道中的行驶动态更稳定。2/5/2023231.转向助力控制系统

该系统是根据车速、转向角、转矩等传感器，自动控制施加在转向盘上所需的转向力，使汽车在停止或低速行驶时转动方向盘的力减小，而在高速行驶时转动方向盘的力增加，即在各种行驶条件下实现转向盘上所需力的最佳值。全电子控制动力转向可提供回正力矩和阻尼力矩，从而获得最优转向回正特性，且大大改善车辆行驶稳定性。此外，电子控制动力转向还可获得最优化的转向作用力特性，提高转向响应性。

1.3.2转向系统电控技术2/5/2023242.四轮转向（4WS）控制四轮转向（4WS）控制由安装在后悬挂器处，用于操纵后轮的后轮转向机构及前轮转向机构所组成，这样前后四个车轮均能进行转向操纵。采用该控制系统的目的是为了提高汽车在低速时的转向性能及在高速行驶时的转向能力。2/5/2023251.防抱死制动ABS（Anti-LockBrakeSystem）ABS和ASR都是汽车的主要安全装置。

在没有ABS时，如果紧急刹车一般会使轮胎抱死，由于抱死之后轮胎与地面是滑动摩擦，所以刹车的距离会变长。如果前轮锁死，车子失去侧向转向力，容易跑偏；如果后轮锁死，后轮将失去侧向抓地力，容易发生甩尾

。特别是在积雪路面，当紧急制动时，更容易发生上述的情况。ABS可以防止汽车制动时车轮被抱死，从而有效地避免由于车轮抱死而易出的交通事故。它充分利用了轮胎与路面之间的最大附着力，显著地提高了车辆制动时的方向稳定性和可操纵性，防止了制动时产生侧滑、甩尾等危险现象，缩短了制动距离，使制动效能得到充分发挥。1.3.3车轮防滑控制技术2/5/202326ASR是维持附着条件，充分发挥驱动力的电子调节装置，其作用是通过控制发动机的输出功率和驱动轮的制动系统等手段来控制驱动力，即在汽车起步，加速时减少驱动力，防止驱动力超过轮胎与路面的附着力而导致车轮空转打滑，保持最佳的驱动力，改善汽车的方向稳定性和操纵性。2.驱动防滑系统（ASR）2/5/2023273.EBD电子制动力分配系统

汽车制动时，如果四只轮胎附着地面的条件不同，就容易产生打滑、倾斜和侧翻等现象。EBD的功能就是在汽车制动的瞬间，高速计算出四个轮胎由于附着不同而导致的摩擦力数值，然后调整制动装置，达到制动力与摩擦力（牵引力）的匹配，以保证车辆的平稳和安全。当紧急刹车车轮抱死的情况下，EBD在ABS动作之前就已经平衡了每一个轮的有效地面抓地力，可以防止出现甩尾和侧移，并缩短汽车制动距离。EBD实际上是ABS的辅助功能，它可以改善提高ABS的功效。所以在安全指标上，汽车的性能又多了“ABS+EBD”。2/5/202328紧急制动时，刹车系统进入最大限量的工作状态，ABS系统启动，轮胎与地面产生剧烈摩擦，车速骤然下降，直到完全停下来。EVA系统便是在驾驶者踩刹车踏板这一过程中起作用的。通过嵌入式液压助力系统，且根据驾驶者踩下刹车的速度和力量可以自动感知驾驶者需要什么样的制动效果。从而提高紧急情况下的制动效率，最大限度避免事故的发生。

4.EVA紧急制动辅助装置

2/5/2023295.ESP电子稳定程序ESP通常是支援ABS及ASR的功能。它通过对从各传感器传来的车辆行驶状态信息进行分析，然后向ABS、ASR发出纠偏指令，来帮助车辆维持动态平衡。ESP可以使车辆在各种状况下保持最佳的稳定性，在转向过度或转向不足的情形下效果更加明显。

2/5/202330电子调节悬架

电子调节悬架可根据不同的路面状况和车辆运动工况，自动控制车身高度，调整悬架的弹性刚度和阻尼，改善车辆行驶稳定性、操纵性、平顺性和乘坐舒适性。目前应用的主要有半主动悬架和主动悬架。1.3.4悬架系统电控技术2/5/202331巡航控制（又称为恒定车速控制）巡航控制系统实质上是一种自动等速行驶控制系统。当巡航控制系统工作时，汽车可以在驾驶员不踩加速踏板的情况下按设定的车速等速行驶，从而减轻驾驶员的疲劳，对汽车的舒适性和燃料经济性也有一定的改善。该控制系统是根据车速传感器、定速控制开关及定速取消开关的信号，通过进气管的负压压力或一台小电机来调节节气门开度来保持预先设定的车速的。1.3.5其他电控系统2/5/202332车身的电子控制

增设车身控制（又称车辆内部系统控制）的目的是为司乘人员提供更为舒适、更为便利及更为安全的环境，并能够提高整车的市场竞争力。

车身的电子控制包括：车用空调控制，数字化仪表信息显示，挡风玻璃的雨刷控制，车灯控制，车后障碍检测，安全保护系统，多路通讯系统，门锁控制，电动车窗控制，电动坐椅控制，安全带控制及空气袋控制等。

2/5/2023331汽车空调控制

汽车空调控制系统用来控制车厢内的温度，使车内温度保持在一设定的舒适温度范围内。该系统控制车内空气温度、空气出口流量、风扇速度、吸入空气或排出空气及空调压缩机的运行等。

2/5/202334

2信息显示系统

汽车信息显示系统正处于发展和完善阶段，由车况监测部件、车载计算机和电子仪表三部分组成。汽车车况监测是传统机械式仪表板报警功能的改进和发展，通过液位、压力、温度、灯光等传感器，监测发动机、制动系、电源系统以及车灯的故障。车载计算机提供的信息能提高行车的安全性、燃油经济性及乘坐舒适性、它能使驾驶员获得平均油耗、瞬间油耗、平均车速、可行驶里程、驾驶时间、时钟、温度等有关正确驾驶的信息。这些信息在不需要时不显示，需要时通过键盘和按钮调出。电子仪表为驾驶员提供汽车行使时最基本的操作信息。且这些信息连续在仪表板上显示。

2/5/2023353安全气囊控制系统

该系统是一种被动安全保护装置，由触发装置、气体发生器和气囊三部分组成。触发装置包括传感器、电子控制装置、储备电源和监