电控基础知识课件

电控基础知识第一节汽车电子技术发展简介始于20世纪60年代,分为三个阶段第一阶段:20世纪60年代中期到70年代中期;主要为了改善部分性能,而对汽车电器产品进行技术改造。在20世纪50年代汽车上最初采用的电子装置是收音机。1960年美国克莱斯(CHRYSLER)汽车公司和日本日产(NISSAN)汽车公司开始采用二极管整流的交流发电机;一.汽车电子技术发展过程此后开始采用晶体管电压调节器和晶体管点火装置,接着又逐步实现其集成化。1973年,美国通用汽车(GM)公司采用了集成电路(IC)点火装置。1974年,美国通用汽车开始装备加大火花塞电极间隙、增强点火能量的高能点火(HEI)系统。1976年,美国克莱斯公司首先创立了由模拟计算机对发动机点火时刻进行控制的控制系统。1977年,美国通用汽车公司开始采用数字式点火时刻控制系统,称为迈塞(MISAR)系统。由中央处理器(CPU)存储器(RAM/ROM)和模/数(A/D)转换器等组成。1967年,德国博世(BOSCH)公司成功研制出发动机汽油喷射系统。第二阶段:20世纪70年代末期到90年代中期,为解决汽车安全、污染和节能三大问题;汽车的电子控制技术的研发从发动机控制开始,而发动机的电子控制技术的研发,又从控制点火开始的。逐步扩展到控制废气再循环、空燃比、怠速比等多个项目的发动机综合控制,即发动机集中控制系统。第三阶段:20世纪90年代中期以后;电子技术从发动机扩展到底盘、车身及柴油机多个领域，各种电控系统日趋完善，汽车电子化已达到相当高的程度。1.减少汽车修复时间由于汽车电气设备的故障约占汽车总故障的1/3。电子控制汽车均装有自诊断系统,从而提高了故障诊断的速度和准确性,缩短了汽车修复时间,并带来很好的社会效益和经济效益。二.汽车电子技术应用的优越性2.节油采用电子综合优化控制可以节省10~15%发动机优化控制主要有:电子控制点火装置、电子控制汽油喷射和混合气浓度控制装置、闭环控制节油装置、怠速装置、进气控制装置、废气再循环控制和爆震控制等。3.减少空气污染用氧传感器控制的发动机空燃比闭环控制系统,可以保证空燃比处于理论空燃比附近工作。若加装废气再循环和三元催化净化等装置,不但节油,而且废气中的碳氢化合物(HC)的体积百分数降低40%,氮氧化物(NOₓ)的体积百分数可降低60%左右。4.减少交通事故交通事故主要是由人的主观因素和客观因素所造成的。减少人的主观因素造成事故的电子装置:防止酒后驾车和驾驶员瞌睡的电子装置、检查人的心理装态和反应时间的电子装置;减少由于客观原因造成事故的电子装置:电子控制制动防滑装置(防止制动时车轮抱死、防止驱动轮滑转)、汽车主要参数报警装置和安全气囊等。5.提高人体乘坐的舒适性汽车的舒适性包括平顺性、噪声、控制空气温度和湿度以及居住性等。采用电子技术后，可以根据汽车的运行情况和路况适时控制减振器的阻尼等参数，从而提高人体乘坐的舒适性。将车内温度湿度灯光等，可根据环境条件及人的要求自动控制在合适的程度。1由单独控制系统到集中控制系统（1）单独控制系统20世纪60年代后期到20世纪70年代，汽车采用模拟电路的ECU（电子控制单元）即一个ECU控制汽车一个系统。多个系统采用多个ECU，而几个控制系统的ECU都需要同一种信号时，则必须同时配备几个相同的传感器，造成结构、线路复杂，成本高，维修困难，控制效果差。三.现代汽车电子技术应用现状与发展趋势(2)集中控制系统用于汽车电控系统的ECU使用了数字电路及大规模集成电路,集成速度愈来愈高,微机处理速度的不断提高和存储容量的增加使其控制功能大大增强,并具有各种备用功能。与汽油喷射控制、点火控制及其他控制系统相关的各种控制器。由于所用的传感器很多功能都可以通用。将多种控制功能集中到一个ECU上,不同控制功能所共用需要的传感器也只设置一个,这种控制系统称为集中控制系统。2.集中控制系统在现代汽车中的应用汽车微机控制系统大致可分为七部分:1)发动机控制；2)传动系控制；3)行驶制动转向系控制；4)安全保证及仪表警报；5)电源系统；6)舒适性；7)娱乐通信。3.汽车上网络应用已成趋势SAE汽车网络级别

级别特性A级网络B级网络C级网络传输速率/Kbps小于110~125125~1000信号传输延时/ms小于50小于20小于5时钟离散度要求(%)2020.01传输媒体(总线)单线单线双绞线信息优先权有有有容错能力无无有特点数据传输速率、实时性、可靠性要求较低,车身系统的车窗和后备箱网络传感器和执行器级别的底层局部连接总线使用。数据传输速率要求较高的系统,车身控制系统、仪表盘、低挡实时控制系统故障诊断系统(OBD)可靠性和实时性要求较高的系统,高挡的发动机和动力传动系的实时控制系统、线控制系统等。D级以上网络.有一种说法,把传输速率在1Mbps以上的网络定义为D级。思考提问1.与发动机单独控制相比,集中控制有哪些优点?2.汽车网络分几级?各级适用范围是什么?第二节汽车电子控制系统的组成及工作原理1.自动控制系统的一般组成(1)检测反馈单元作用于通过各种传感器检测受控参数或其他中间变量,经放大转换后用以显示或作为反馈信号。一.自动控制系统的组成与分类(2)指令及信号处理单元接受人机对话随机指令或定值、程序指令,并接受反馈,一般具有信号比较变换运算逻辑等功能。传统的指令及信号处理单元多采用模拟电路,随着微电子技术和计算机技术的发展,为工程提供了采用数字计算机指令和信号处理单元的可能性。汽车上所用指令及信号处理单元多为微机。(3)转换放大单元作用:将指令信号按不同方式进行相互转换和线性放大,使放大后的功率足以控制执行器并驱动受控对象。(4)执行器直接驱动受控对象的部件,它可以是电磁元件,也可以是液压或气压元件,还可附加变速机构如液压马达和行星齿轮伟动的组合。(5)动力源动力源为各单元提供能源,如电气动力源和流体动力源两类。2.自动控制系统的分类(1)按控制系统有无反馈环节分类①开环控制系统系统的输出量对系统的控制作用不产生影响(即无检测反馈单元),则称为开环控制系统。主要用于精度要求不高并且不存在内外干扰的场合。开环控制系统结构简单,且一般不存在稳定性的问题。②闭环控制系统系统的输出通过检测反馈单元返回来作用于控制部分,形成闭合回路,这种控制系统的称为闭环控制系统,又称为反馈控制系统。优点:能够自动纠正外部干扰和系统内参数变化所引起的偏差,这样可以采用精度不太高而成本较低的元件,组成一个较为精确的控制系统。缺点:由于闭环控制系统是以偏差消除偏差的,即系统要工作就必须有偏差存在,这类系统不会有很高的精度。(2)按输入量变化的规律来分类①恒值控制系统系统的输入量是恒值,并要求系统的输出量相应地保持恒值。它是一种最常见的自动控制系统,如自动调速系统、恒温控制系统、恒张力控制系统等,都属于恒值系统。②随动控制系统输入量是变化的(有量是随机的),并且要求系统的输出量能根据输入量的变化而进行相应的变化,故随动控制系统又称为伺服系统或跟踪系统。广泛应用于飞机航船武器(火炮导弹)和雷达等的运动控制系统中。③过程控制系统输出量是按给定的时间函数来实现控制的。这类系统广泛应用于化工冶金造纸食品等工业的工艺过程中的参数控制,如温度压力流量液位pH值等。过程控制系统又可称为程序控制系统,其往往内含伺服控制系统。思考提问自动控制系统由哪几部分组成?二,汽车电子控制系统的组成与分类汽车电子控制系统是自动控制系统的一种,它主要由信号输入装置即传感器、电子控制单元(ECU、ECM、ECA)、执行器等组成。1.发动机控制部分

电控燃油喷射系统EFI

电控点火系统ESA

怠速控制系统ISC

排放控制系统

进气控制系统

增压控制系统

巡航控制系统

警告提示

自诊断与报警系统

失效保护系统

应急备用系统

其他控制系统(1)电子燃油喷射系统（EFI）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。(2)电控点火系统（ESA）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。(3)怠速控制系统（ISC）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。(4)排放控制系统功用：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、活性炭罐电磁阀控制、氧传感器和空燃比闭环控制、二次空气喷射控制等。(5)进气控制系统功用：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。(6)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，对增加装置进行控制，从而控制增压装置对进气增压的强度。(7)巡航控制系统功用：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。(8)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。(9)自诊断与报警系统功用：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。(10)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。(11)应急备用系统功用：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。发动机电控系统的基本组成任何一种电子控制系统，其主要组成都可分为信号输入装置、电子控制单元（ECU）和执行元件三部分。信号输入装置（各种传感器）电子控制单元(ECU)执行元件电控系统的基本组成传感器执行器ECU电控燃油喷射系统基本原理影片信号输入装置：各种传感器，用于采集控制系统所需的信息，并将其转换成电信号通过线路输送给ECU。常用的传感器有：空气流量计、进气管绝对压力传感器、节气门位置传感器、凸轮轴位置传感器、曲轴位置传感器、进气温度传感器、冷却液温度传感器、车速传感器、爆燃传感器、起动开关、空调开关、档位开关、制动灯开关等。电子控制单元（ECU）：给传感器提供参考电压，接受传感器或其他装置输入的电信号，并对所接受的信号进行存储、计算和分析处理，根据计算和分析的结果向执行元件发出指令。执行元件：受ECU控制，具体执行某项控制功能的装置。常用的执行元件有：喷油器、点火器、怠速控制阀、EGR阀、炭罐电磁阀、油泵继电器、节气门控制电机、二次空气喷射阀、仪表显示器等。传感器的类型及功用空气流量计MAFS：测量发动机的进气量，将信号输入ECU。进气管绝对压力传感器MAPS：测量进气管内气体的绝对压力，将信号输入ECU。节气门位置传感器TPS：检测节气门的开度及开度变化，信号输入ECU。凸轮轴位置传感器CMPS：提供曲轴转角基准位置信号。曲轴位置传感器CKPS：检测曲轴转角位移，给ECU提供发动机转速信号和曲轴转角信号。进气温度传感器IATS：检测进气温度信号。冷却液温度传感器ECTS：给ECU提供冷却液温度信号。车速传感器VSS：检测汽车的行驶速度，给ECU提供车速信号（SPD信号）。氧传感器O2S：检测排气中的氧含量。爆燃传感器KS：检测汽油机是否爆燃及爆燃强度。空调开关A/C：当空调开关打开，空调压缩机工作，发动机负荷加大时，由空调开关向ECU输入信号。档位开关：自动变速器由空档挂入其他档时，向ECU输入信号。起动开关STA：发动机起动时，给ECU提供一个起动信号。制动灯开关：制动时，向ECU提供制动信号。动力转向开关：当方向盘由中间位置向左右转动时，由于动力转向油泵工作而使发动机负荷加大，此时向ECU输入信号。巡航控制开关：当进入巡航控制状态时，向ECU输入巡航控制状态信号。思考提问传感器的信号有哪几种类型?2.底盘控制部分(1)电控自动变速器(ECT)根据发动机节气门的开度和车速等行驶条件,按照换挡特性精确地控制变速比,使汽车处于最佳挡位。(2)制动防抱死系统(ABS)能在各种路面上,防止汽车制动时车轮抱死。可以提高制动效能,防止汽车制动和转弯时产生侧滑,减少轮胎磨损。保证行车安全和防止事故发生。(3)电子控制动力转向系统(EPS)转向作用力特性和转向回正特性以及较高的稳定性和较好的节能效果;提高转向能力和转向响应性;改善高速行驶时的稳定性。（4）电控悬架TEMS根据不同路面状况,控制车辆高度,调整悬架的阻尼特性及弹性刚度,改变车辆行驶的稳定性、操纵性和乘坐舒适性。（5）巡航控制系统（CCS）又称恒速行驶系统汽车在高速公路上长时间行驶时，打开该系统的自动操纵开关后，恒速行驶装置将根据行驶阻力自动增减节气门的开度，使汽车行驶速度保持一定。可以减轻驾驶员因长途驾驶造成的疲劳程度。3。行驶安全系统（1）安全气囊（SRS）是被动安全装置，在车辆相撞时，由电控元件用电流引爆安装在方向盘中央、杂物箱等处的气囊后部的渗氮物，使其迅速燃烧产生氮气，瞬间充满气囊。作用：在驾驶员与方向盘之间、前座乘员与仪表板之间形成一个缓冲软垫，避免硬性撞击而受伤。此装置一定要与安全带配合使用，否则效果大为降低。（2）雷达防撞系统有的在汽车行驶中，当两车的距离小到安全距离时，即自动报警，若继承行驶，则会在相撞的瞬间，自动控制汽车制动器将汽车停住；有的是在汽车倒车时，显示车后障碍物的距离，有效地防止倒车事故的发生。（3）驱动防滑控制（ASR）系统、制动力分配（EBD）系统、电子稳定控制程序（ESP）ASR是在制动防抱死系统的基础上开发的，两系统有许多共同组件。通过驱动轮上的转速传感器，检测到驱动轮打滑时，控制元件便通过制动或控制发动机降低转速，使之不再打滑。实质是一个调速器，可以在起步和弯道中速度发生急剧变化时，改善车轮与地面的附着力，提高其安全性。该系统在雪地或湿滑路面上，较能发挥其特性。制动力分配（EBD）和电子稳定控制程序（ESP）系统是在制动防抱死（ABS）和驱动轮防滑控制（ASR）系统基础之上开发出来的，其作用是提高汽车制动时的稳定性。（4）安全带控制系统该系统是在汽车发生任何撞击的情况下，可瞬间束紧安全带。有的汽车上只有当计算机确认驾驶员和乘客安全带的使用正确无误时，发动机才能被除数起动。（5）前照灯控制系统可在前照灯照明范围内，随着方向盘的转动而转动，并能在会车时自动启闭和防眩。除上述装置外，目前已经开发各种各样的安全装置，如自动门窗、车门自动闭锁装置、防盗装置、车钥匙忘拔报警装置和语言开门（无钥匙）装置等。4.信息系统(1)信息显示与报警系统可将发动机的工况和其他信息参数,通过微机处理后,输出对驾驶员更有用的信息,并用数字显示、线条显示或声光报警。显示的信息:水温、油压、车速、发动机转速、瞬时耗油量、平均耗油量、平均车速、行驶里程、车外温度等,根据驾驶员需要,可随时调出显示这些信息。监视和报警的信息:燃油温度、水温、油压、充电、尾灯、前照灯、排气温度、制动液量、手制动、车门未关严等。当出现不正常现象或自诊断系统测出有故障时,立即触发声光报警。(2)语言信息系统

语言报警是在汽车出现不正常情况,如水温、水位、油位不正常、制动液不足和蓄电池充电值偏低等情况时,计算机经过逻辑判断,输出信息至扬声器,发出模拟人的声音向驾驶员报警,如“请停车”、“水位不正常”、“请加油”等,多数情况下同时会有灯光报警。语音控制:是用驾驶员的声音来指挥和控制汽车的某个部件、设备进行动作。该装置一般为伤残人士提供方便。(3)车用导航系统可在城市或公路网的范围内,定向选择最佳行驶路线,并能在屏幕上显示地图,表示汽车行驶中的位置,以达到目的地的方向和距离。汽车行驶向智能化发展的方向,再进一步就可成为无人驾驶。(4)通信系统采用最多是汽车电话,除车与公路之间车与车之间车与飞机之间的交通工具之间的通话外,还可通过卫星与国际电话网相联,实现行驶过程中的国际间电话通信。5.附属装置(1)全自动空调(EA/C)突破单一的空气温度调节功能,根据设计在车内的各种温度传感器(车内温度、大气温度、日照温度、蒸发器温度、发动机水温等)输入信号,由计算机进行平衡温度演算,对进气转换风门、混合风门、水阀、加热断电器、压缩机、鼓风机等进行控制;根据乘客要求，保持车内的温度等小气候处于最佳值（人体感觉最舒适的状态）。（2）自动座椅是人体工程技术与电子控制技术相结合的产物，它能使座椅适应乘客的不同体型，满足乘客的舒适性要求。（3）音响/音像车内装有立体音响、激光唱机。放音系统可实行立体声补偿、立体声音响自动选台，电视机实现数码选台。思考提问汽车电控系统由哪些部分组成?1)接收传感器或其他装置输入的信息，给传感器提供参考电压；将输入的信息转变为微机所能接受的信号。2)存储、计算、分析处理信息；计算出输出值所用的程序；存储该车型的特点参数；存储运算中的数据；存储故障信息。三,电子控制单元的功能与组成1、电子控制单元（ECU）基本功能：3)运算分析；根据信息参数求出执行命令值；将输出的信息与标准值对比，查出故障。4)输出执行命令；把弱信号变为强的执行命令；输出故障信息。5）自我修正功能。1.电控单元(ECU)的组成由中央处理器CPU、只读存储器ROM、可编程的只读存储器PROM、运行数据存储器RAM和输入/输出接口等组成,它们之间用总线连接。ECU的组成

输入回路、A/D转换器、微型计算机和输出回路4部分(1)输入回路

输入ECU的传感器信号有两种：一种是模拟信号，另一种是数字信号，从传感器输出的信号，首先通过输入回路，输入回路对信号进入预处理,去掉杂波,把