汽车电器与电控技术 课件 第7章 汽车电子控制技术基础

第7章汽车电子控制技术基础全球能源紧缺、环境保护和交通安全问题，促使汽车油耗法规、排放法规和安全法规的要求不断提高。汽车油耗法规和排放法规促进了汽车发动机电子控制技术的发展，汽车安全法规促进了汽车底盘和车身电子控制技术的发展；7.1汽车电子控制系统概述1.汽车电子控制系统发展的动因1电子技术水平不断提高，汽车电子控制系统已经成为国内外轿车的标准装备。第7章汽车电子控制技术基础2.现代汽车电子控制技术的应用2·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·车载移动电话·导航·音响系统第7章汽车电子控制技术基础3.汽车电子控制系统的构成3电子控制单元ECU传感器传感器传感器执行器执行器执行器传感器：是电控系统获取外部信息的感受器，作用是将反映发动机运行状况的机械动作、热状态等物理量，转换成相应的模拟或数字电信号，并输送给电控单元ECU：是电控系统的核心，任务是向各种传感器提供他们所需要的基准电压（如2V，5V，9V，12V）接受传感器或其他装置输入的信号，并将他们转换为微机能处理的脉冲信号执行元件：在电控单元控制下，完成特定控制内容第7章汽车电子控制技术基础4.汽车发动机电控技术简介4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。第7章汽车电子控制技术基础5.汽车发动机电控系统的主要控制功能5电子燃油喷射控制控制功能包括喷油正时控制、喷油持续时间控制、停油控制和电动汽油泵控制等功用：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、节气门位置传感器等）信号对喷油量进行修正，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、经济性和排放性点火控制控制功能包括点火提前角控制、爆燃控制功用：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第7章汽车电子控制技术基础5.汽车发动机电控系统的主要控制功能6怠速控制功用：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、变速器是否挂入档位等，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。排气净化控制功用：通过空燃比反馈控制、废气再循环控制等改善汽车的排放性。故障自诊断功用：用来提示驾驶员发动机存在故障，同时，系统将故障信息以设定的故障码形式存储于系统中，以帮助维修人员确定故障。第7章汽车电子控制技术基础6.汽车底盘电控技术7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。第7章汽车电子控制技术基础6.汽车传动系电控系统8一、自动变速器（ECT）

它是由车速传感器和节气门开度传感器将车速和节气门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。二、电控四轮驱动系统（AWD）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。第7章汽车电子控制技术基础7.转向系统电控技术9一、转向助力控制系统

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，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。二、四轮转向（4WS）控制使汽车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。第7章汽车电子控制技术基础8.车轮防滑电控系统10一、防抱死制动ABS（Anti-LockBrakeSystem）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。二、驱动防滑系统（ASR）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。第7章汽车电子控制技术基础9.悬架系统电控技术11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。第7章汽车电子控制技术基础12谢谢观看，再见！第7章汽车电子控制技术基础空气量是决定基本喷油量的参数，电子控制汽油喷射发动机为了在各种工况下都能够获得最佳空燃比的混合气，必须正确的测定每一瞬间吸入发动机的空气量，作为电控单元计算喷油量的主要依据；7.2空气流量传感器1.空气流量传感器作用13对发动机吸入的新鲜空气量进行直接或间接测量，并把测量结果转换成电压或频率信号输送到ECU，由ECU根据输入信号及其它参数计算出发动机每一工作循环吸入的新鲜空气质量流量。第7章汽车电子控制技术基础2.空气流量传感器类型14直接测量方式（L型）：空气的体积流量：翼片式、卡门旋涡式空气的质量流量：热线式、热膜式间接测量方式（D型）：大都采用测量进气歧管压力（绝对）的方式：进气歧管绝对压力传感器第7章汽车电子控制技术基础3.热线式空气流量气计结构15采样管2；70µm的铂丝热线3（发热体）；铂膜电阻4（也称为冷线）；A—进气气流

1—防护网；2—采样管；3——铂丝热线；4—铂薄膜电阻；5—控制线路板；6—接线插头第7章汽车电子控制技术基础4.惠斯通电桥16惠斯通电桥由惠斯通于1843年发明，通常用来准确测量10-106欧姆的电阻。电桥平衡条件：若B、D两点之间的电位相等，即KG开关接通时检流计指针为零，这种状态称作电桥平衡。此时：第7章汽车电子控制技术基础5.热线式空气流量计工作原理17当空气流过一个温度比他高的发热物体时，空气从发热物体吸收的热量与流过该发热体的空气质量具有一定的对应关系。空气流过热线，发生热量的交换，热线变冷电阻变小。惠斯通电桥不平衡；增大流过热线的电流加热热线，直至电桥平衡；加热热线所需的电流与流过热线的空气质量成对应关系。质量流量不变的情况下，温度变化也会使带走的热量发生变化，解决的方法布置一个温度补偿电阻Rr（冷线）。第7章汽车电子控制技术基础6.热线式空气流量计的输出特性18第7章汽车电子控制技术基础7.热线式空气流量计的特点19优点：响应速度快（几毫秒）；测量精度高；进气阻力小；结构紧凑，不会磨损；可直接测量进气空气的质量流量等优点。缺点：热线表面易受尘埃玷污，影响精度，在其控制电路中设有自洁电路，当ECU收到发动机熄火的信号时，ECU将控制自洁电路接通，将热线加热到1000℃并持续1s左右，将粘附在热线上的尘埃烧掉。第7章汽车电子控制技术基础8.热膜式空气流量传感器20是热丝式传感器的改进产品，其发热元件采用平面形铂金属膜电阻器，增加了发热体的强度，提高了工作可靠性，且无需加热清洁电路。1-控制电路2-通往发动机3-热膜4-上流温度传感器5-金属护网第7章汽车电子控制技术基础21谢谢观看，再见！第7章汽车电子控制技术基础是向ECU提供发动机的转速和曲轴转角信号。发动机转速是ECU判断发动机运行工况、选择程序和确定初始控制参数的主要依据，也是ECU对发动机一个工作循环吸入空气量进行计算所必需的基本参数。7.3曲轴位置与凸轮轴位置传感器1.曲轴位置传感器作用222.凸轮轴位置传感器作用是向ECU提供关于发动机基准气缸所处的工作行程和活塞运动方向的信号，一般称为判缸信号。第7章汽车电子控制技术基础根据电磁感应定律，当导体在稳恒均匀磁场中，沿垂直磁场方向运动时，导体内产生的感应电势为1.磁电感应原理237.2磁电感应式位置传感器第7章汽车电子控制技术基础2.磁电感应式传感器结构24第7章汽车电子控制技术基础3.磁电感应式传感器原理25线圈、磁铁静止不动，测量齿轮安装在被测旋转体上，随被测体一起转动。每转动一个齿，齿的凹凸引起磁路磁阻变化一次，磁通也就变化一次，线圈中产生感应电势，其变化频率等于被测转速与测量齿轮上齿数的乘积。F－磁动势；RC－磁阻；eL－自感电动势；N－线圈匝数；第7章汽车电子控制技术基础3.磁电感应式传感器工作过程26第7章汽车电子控制技术基础3.磁电感应式传感器工作过程27第7章汽车电子控制技术基础4.磁电感应式传感器应用28磁感应式传感器用于检测曲轴位置信号和发动机转速。信号盘上空缺两个轮齿产生的畸变交变电压信号是ECU判别基准汽缸上止点及计算点火正时的初始基准。第7章汽车电子控制技术基础4.磁电感应式传感器应用29曲轴旋转一圈产生58个规则的交流电压信号和一个畸变的交变电压信号。1个规则交流电压信号的周期为6°曲轴转角。把1个周期信号所经历的时间除以6，就能得到1°曲轴转角的时间度量基准。测定10个信号周期所经历的时间t，就可以计算出发动机的转速。第7章汽车电子控制技术基础30谢谢观看，再见！第7章汽车电子控制技术基础根据驾驶者的驾驶意图调节进入进气总管的空气量；节气门位置传感器（TPS）直接安装在节气门体上。节气门的开度（进气管通径的变化）由节气门位置传感器来检测，并将节气门的位置信号传递给ECU。节气门开度信号主要反映发动机的负荷变化。7.4节气门位置传感器与温度传感器1.节气门位置传感器31第7章汽车电子控制技术基础2.节气门位置传感器32把节气门的开度信号转换为电信号，ECU根据节气门位置传感器输出的信号，对实际喷油量进行修正。线性量输出型节气门位置传感器最主要的特点是反映节气开度的输出电压与节气门的百分比开度成线性关系。第7章汽车电子控制技术基础3.线性输出型节气门位置传感器的结构和电路33VCC—电源；VTA—节气门开度输出信号；ID—怠速触点信号；E2—地线；1—电阻体；2—检测节气门开度的动触点；3—检测怠速位置的动触点第7章汽车电子控制技术基础4.线性输出型节气门位置传感器的工作原理34当节气门开度变化时，电刷2、3在电阻体1上滑动，VTA与E2之间的电阻值发生变化；若E2与VCC间的电压不变，则E2和VTA间的电压与电阻，也即节气门的开度；由于E2和VTA间的电阻与节气门百分比开度成线性，故E2和VTA间的电压也与节气门百分比开度成线性关系。1—怠速触点信号；2—节气门开度输出电压

第7章汽车电子控制技术基础温度是反映发动机热负荷状态的重要参数；温度传感器的作用是检测发动机冷却液、进气和排气温度等，并将其转变为电信号输送给电控单元ECU,ECU根据发动机的温度信号修正喷油时间和点火时间，从而获得浓度较为合适的混合气和最佳点火提前角温度传感器的种类很多，有热敏电阻式、热电偶式、扩散电阻式、半导体晶体管式等。目前在汽车电子控制系统中使用最多的是热敏电阻式温度传感器。5.温度传感器作用35第7章汽车电子控制技术基础5.温度传感器应用36传感器名称主要作用发动机冷却液温度传感器检测发动机冷却液的温度，用于点火时间和喷油量的修正控制；怠速稳定、自动变速器变矩器锁止控制；发动机排放控制等进气温度传感器检测进气的温度，用于点火时间和喷油量修正控制燃油温度传感器检测燃油箱中燃油的温度，用于喷油量修正控制自动变速器油温度传感器检测变速器油箱中的温度，用于变速器换挡、自动变速器油循环控制车厢温度传感器检测车厢内的温度，用于汽车空调温度自动控制车外温度传感器检测车厢外的温度，用于汽车空调蒸发器处的制冷剂温度，用于空调温度自动控制蒸发器温度传感器检测汽车空调蒸发器处的制冷剂温度，用于空调温度自动控制排气温度传感器检测三元催化反应器的温度，用于排气温度报警第7章汽车电子控制技术基础6.热敏电阻37热敏电阻是用金属氧化物或半导体材料作为电阻体的新型测温元件有三种基本类型：正温度系数（PTC）：以MZ为其型号负温度系数（NTC）：以MF为其型号临界温度系数（CTR）：可作开关器件第7章汽车电子控制技术基础7.冷却液温度传感器38冷却液温度传感器安装在发动机冷却液出水管上冷却液温度传感器与ECU的连接如图所示当冷却液温度低时，热敏电阻阻值增大，信号THW的分压值高；反之，则信号THW的分压值低当信号THW的分压高，ECU可判断冷却液温度低，此时发动机可能处于冷启动或暖机工况第7章汽车电子控制技术基础39谢谢观看，再见！第7章汽车电子控制技术基础安装位置：燃油分配管上作用：在ECU的控制下，把雾化良好的汽油喷入进气道或气缸中分类：7.5执行器概述1.电磁式喷油器40轴针式喷油器单孔式喷油器多孔式喷油器第7章汽车电子控制技术基础2.轴针式喷油器41

（1）结构进油孔端有滤网，用于过滤燃油中的杂质；喷油器阀体由针阀、弹簧、衔铁组成，弹簧的作用是当喷油器停止工作时，通过弹力使阀体复位；电磁线圈通电后能够产生磁力第7章汽车电子控制技术基础2.轴针式喷油器42

（2）工作原理当喷油器的电磁线圈接通电流时，线圈会产生电磁吸力吸引针阀，针阀压缩弹簧而向上移动（升程大约0.1~0.2mm）。针阀上移时，阀门打开，燃油从喷孔喷出；由于阀座上制有螺旋油道和2~4个喷孔，当具有一定压力的燃油沿螺旋油道喷出时，会产生形状小于35°的圆锥喷雾，与空气混合形成雾化良好的混合气体；当喷油器电磁线圈电流切断时，电磁吸力消失，针阀在弹簧弹力作用下将阀门关闭，喷油停止第7章汽车电子控制技术基础3.点火系统43作用：点火系统的作用是将汽油发动机工作时吸入气缸的可燃混合气，在压缩行程终了时，及时地用电火花点燃可燃混合气，并满足可燃混合气充分燃烧及发动机工作稳定的性能要求，使汽油发动机顺利地实现从热能到机械能的转变。第7章汽车电子控制技术基础4.点火系统的分类44按照初级电路的控制方式分类（1）传统点火系利用机械开关（即触点的闭合和打开）来控制点火线圈初级电流的通断，完成点火工作的。（2）电子点火系利用半导体器件（如晶体三极管、晶闸管等）作为开关来控制点火线圈初级电流的通断，完成点火工作。随着对汽车发动机燃油经济性和排放指标的要求越来越高，传统点火系已无法适应现代发动机的点火要求，目前已逐渐被电子点火系统所取代。

电子点火系与传统点火系原理相同。第7章汽车电子控制技术基础5.传统点火系统45组成传统点火系统主要由电源、点火开关、点火线圈、分电器和火花塞等部分组成各部分作用点火线圈的作用是将12V的低压电转变为15～20kV的高压电分电器包括断电器、配电器、电容器和点火提前机构等部分。断电器的作用是用来接通或切断点火线圈初级电路。配电器的作用是将点火线圈产生的高压电按气缸的工作顺序送往各缸的火花塞。火花塞的作用是将高压电引入气缸燃烧室，产生电火花点燃混合气。

第7章汽车电子控制技术基础6.传统点火系统的基本原理46传统点火系是利用电磁感应原理，把来自蓄电池或发电机的12V低压电，经点火线圈和断电器转变为15～20kV的高压电，由分电器按一定规律送入各缸火花塞，击穿其电极间隙而点燃混合气。第7章汽车电子控制技术基础7.点火系统的工作原理47第7章汽车电子控制技术基础7.点火系统的工作原理48第7章汽车电子控制技术基础8.电子点火系统49微机控制的电子点火系统主要由与点火有关的各种传感器、电子控制单元（电子控制器）ECU、点火器、点火线圈、配电器、火花塞等组成，如图所示。1—各种传感器2—ECU3—点火器4—点火线圈5—火花塞第7章汽车电子控制技术基础50谢谢观看，再见！7汽车电子控制技术基础51ECU的定义ECU的基本功能ECU的基本组成ECU的控制程序7.6ECU概述7.6.1定义52ECU原指发动机控制单元（EngineControlUnit），但是随着汽车电子的迅速发展，ECU泛指汽车上所有电子控制系统的控制单元（ElectronicControlUnit）。而原来的发动机ECU被很多公司称之为EMS，即发动机管理系统（EngineManagementSystem）。ECU是汽车电子控制系统的核心元件。7.6ECU概述7汽车电子控制技术基础7.6.2ECU的基本功能53

能够接收传感器和其他装置输入的信号

具有存储、计算、分析、处理信息的功能

具有输出功能

自诊断、报警与保护功能

自适应学习功能

通迅功能7.6ECU概述7汽车电子控制技术基础7.6.3ECU的基本组成54ECU由微处理器、输入/输出电路、电源、通讯电路等组成。ECU的标准接口与传感器、执行器、电源等，以及局域网中的其他ECU相连。7.6ECU概述7汽车电子控制技术基础557.6.3ECU的基本组成7.6ECU概述ECU所处理的输入信号主要有2种形式：模拟信号、数字信号。输入处理电路7汽车电子控制技术基础567.6.3ECU的基本组成7.6ECU概述输入处理电路数字信号处理7汽车电子控制技术基础577.6.3ECU的基本组成7.6ECU概述输入处理电路模拟信号处理7汽车电子控制技术基础滤波和电平变换电路包括信号滤波、电平变换等；模拟信号通过A/D转换器转换为数字信号提供给微处理器。587.6.3ECU的基本组成7.6ECU概述输出处理电路模拟量输出通道7汽车电子控制技术基础

把微处理器输出的数字量变为连续的模拟量，以控制执行机构。597.6.3ECU的基本组成7.6ECU概述输出处理电路数字量输出通道7汽车电子控制技术基础

负载与微处理器之间通常需要放大、隔离和