汽车电子-控制技术

一、汽车电子技术的发展过程 由分散控制到集中控制 由分立元件控制到集成电路控制 由模拟控制到数字（微处理器）控制 二、汽车电子技术的发展趋势 应用领域的扩展 控制功能的进一步集中 应用无线通讯技术，实现智能交通,汽车电子控制系统的类型,按控制器的结构与工作方式分,模拟控制系统,数字控制系统,按控制器所具有的功能分,单功能控制系统,多功能控制系统,由模拟电路组成，精度低，灵活性差,核心是微处理器，精度高，扩展灵活,控制功能单一，微处理器独立，如点火控制系统，燃油喷射控制系统等。,具有多种控制功能，如发动机集中控制系统，动力总成控制系统等。,汽车电子控制系统的类型,按被控对象所属的汽车部位分,发动机电子控制系统,底盘电子控制系统,点火控制系统,车身电子控制系统,燃油喷射控制系统,怠速控制系统,排放控制系统,制动防抱死控制系统（ABS）,防滑转控制系统（ASR）,悬架电子控制系统,动力转向电子控制系统,巡航控制系统,自动空调,电子仪表,安全气囊,电子防盗,汽车电子控制系统的类型,按控制器的控制目标分,降低排放与油耗的控制系统,提高安全与舒适性的控制系统,主要指发动机控制系统，变速器控制系统,底盘控制系统，安全气囊等,汽车信息系统,电子仪表，车载GPS，电子地图等,第一章,第一节 汽车电子控制系统概述,一、汽车电子控制系统的组成 由传感器，控制器，执行器组成。,二、汽车电子控制系统的要求,耐温范围为-40+1250C 防电磁干扰，不易受外部辐射的影响。 耐震。 耐湿气和潮湿。 耐腐蚀性液体，如机油、油雾。 质量轻。 生产成本低廉。 安装可靠。,传感器是将各种非电量按一定规律转换成便于传输和处理的另一物理量。 传感器一般由敏感元件，转换元件和测量电路三部分组成。,第二节 汽车上常用的传感器,空气流量传感器 压力传感器 温度传感器 位置与角度传感器 氧传感器 曲轴位置传感器 凸轮轴位置传感器,按被测参数分,汽车上常用的传感器有,二、空气流量传感器,1.作用 检测发动机进气量的大小，是确定基本喷油量、最佳点火时间的主要参考系数。 2.类型 叶片式、热丝（膜）式、卡门漩涡式等。 （1）叶片式空气流量计 1）原理 进气推动量板转动，带动滑动电位器滑片转动，量板转动角度与进气量成正比。,2）结构,2）工作原理,当吸入发动机的空气流过传感器主进气道时，传感器叶片就会受到空气气流压力产生的推力距和复位弹簧弹力力矩的作用。当空气流量增加时，气流压力对叶片产生的推力距增大，推力力矩克服弹力力矩使叶片偏转角度增大，直到推力力矩与弹力力矩平衡为止。进气量越大，叶片偏转角度也越大。因为叶片总成和电位计的滑臂均固定在转轴上，所以在叶片偏转的同时，滑臂也随之偏转。,2）工作原理,当空气流量增大时，端子VC和VS之间的电阻值减小，两端子之间输出的信号电压US降低。当空气流量减少时，气流压力对叶片产生的推力力矩减少，叶片偏转角度也减少，端子VC和VS之间的电阻值增大，两端子之间输出的信号电压US增大。,2）热线式空气流量计的结构,铂金热线电阻（正温度系数电阻）感知空气流量,温度补偿电阻(冷线，负温度系数的电阻)感知进气温度,控制线路板,壳体,）热线式空气流量计的信号特征,热膜式空气流量计,热膜式不使用白金丝作为热线，而是将热线电阻、补偿电阻及桥路电阻用厚膜工艺制作在同一陶瓷基片上构成的。 增加了发热体的强度，提高了空气流量计的可靠性。,1）热膜式空气流量传感器的结构与原理,（三）.卡门旋涡式空气流量计 卡门涡流的形成,卡门旋涡式空气流量计的基本原理 卡门涡流频率（f）=常数（0.2）×空气流速（V)/涡流发生器直径（d） 空气流量Q = 空气流速（V） ×流通截面积（A） 卡门旋涡频率的测量方式有光学式和超声波式两种。,1)光学式卡门旋涡空气流量计,反光镜式卡曼涡流空气流量传感器 1反光镜 2发光二级管 3簧片 4光敏晶体管 5旋涡 6导压孔 7涡流发生器 8整流网,图6-5 反光镜式卡曼涡流空气流量传感器 1反光镜 2发光二级管 3簧片 4光敏晶体管 5旋涡 6导压孔 7涡流发生器 8整流网,2) 超声波式卡门旋涡空气流量计,图6-4 超声波式卡曼涡流空气流量传感器的结构,进气压力传感器,进气歧管绝对压力传感器用于D型汽油喷射系统。它在汽油喷射系统中所起的作用和空气流量传感器相似。进气歧管绝对压力传感器根据发动机的负荷状态测出进气歧管内绝对压力（真空度）的变化，并转换成电压信号，与转速信号一起输送到电控单元（ECU），作为确定喷油器基本喷油量的依据。,作用,进气压力传感器内部结构,半导体进气压力传感器的输出特性,检测,1.测电源电压: 拔下传感器线束,接通点火开关，测端子VC和E2间的电压应当是4.55.5V。若无电压,则应检查ECU上相应端子电压,若正常,则为ECU与传感器间线路故障或传感器已损坏.,2.测信号电压: 拆下进气歧管处的真空软管，并接在真空枪上，接通点火开关，测信号端子PIM与搭铁E2间的信号电压,应符合标准值。,桑塔纳GLi型轿车半导体压敏电阻式进气歧管压力传感器,1-搭铁；2-进气温度信号输出端子；3-电源（+5V）端子；4-传感器信号输出端子,皇冠3.0轿车压敏电阻式进气歧管压力传感器,四、节气门位置传感器,作用 是将节气门开度（即发动机负荷）大小转变为电信号输入ECU。ECU根据节气门位置信号判别发动机的工况，如怠速工况，部分负荷工况，大负荷工况等等，并根据发动机不同工况对混合气浓度的需求来控制喷油时间。 类型 可变电阻式 触点开关式 综合式,触点开关式节气门位置传感器,输出特性,综合式节气门位置传感器结构,综合式节气门位置传感器输出特性,（一）、温度传感器功用P17,五、温度传感器,（二）、发动机冷却液温度传感器识别与检测,.作用,检测发动机冷却水温度，向ECU输入温度信号,作为燃油喷射和点火正时的修正信号。,热敏电阻式温度传感器的结构,5.检测,(1)、测电阻值（开路检测）,参考值,2.类型 分为磁感应式、光电式、霍尔效应式三种。,一、作用： 1、曲轴位置传感器作用：检测发动机转速、曲轴转角信号及上止点信号，将此信号输入ECU，以计算进气量及决定点火和喷油时刻。 2、凸轮轴位置传感器作用： 功用是采集配气凸轮轴的位置信号并输入ECU以便ECU识别1缸压缩上止点，从而进行顺序喷油控制、点火时刻控制和爆震控制。此外，凸轮轴位置信号还用于发动机启动时识别出第一次点火时刻。,六. 曲轴、凸轮轴位置传感器概述,在起动时，ECU接收曲轴位置传感器信号后还不能控制点火线圈工作，还要接收凸轮轴位置传感器的参考信号按顺序控制点火。 参与点火控制的凸轮轴位置传感器，若在运转过程中被拔掉，发动机照常运转。但重新起动时，则需要重复几次（凸轮轴位置传感器的损坏不会造成发动机不能起动）。,独立点火、顺序喷射的直列发动机既要安装曲轴位置传感器，又要安装凸轮轴位置传感器。 V型发动机无论同时点火还是独立点火，也无论分组喷射还是顺序喷射，都需要安装曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器。,3、光电式凸轮轴/曲轴位置传感器,信号盘,遮光盘（转盘）：安装在分电器轴上，随分电器轴一起转动，外围均布有360个光孔，靠内均布有6个光孔，其中有一个较宽的光孔。 遮光盘光孔的数目决定信号数目，光孔的位置和形状决定信号波形。,信号发生器,光源（发光二极管）：两只发光二极管通过遮光盘两圈光孔正对着两只光敏二、三极管。 光接收器（光敏二、三极管）：接收发光二极管的光信号，转换为电信号。,曲轴转速、转角信号和气缸识别的产生原理,输出波形,5、使用,优点：不受电磁干扰。 缺点：受灰尘影响大。光电式传感器的功能元件通常被密封得很好，一但损坏了分电器轴套或密封垫，或当维修时可能使油污和污物进入敏感区域造成污损，这就可能引起不能起动、失速和断火。,9.维修注意事项,、检查传感器磁头是否吸附有铁粉或金属颗粒。 、检查传感器是否有裂纹或缺块 、检查间隙是否过大或过小 、检查飞轮是否有脏污、裂纹、掉齿等。 、检查装配是否正确。,1、电磁感应式曲轴凸轮轴位置传感器,1）组成 永久磁铁、线圈、信号转子,工作原理,结构原理分析： 此传感器为磁脉冲式传感器，由永久磁铁、线圈等组成。当触发轮齿经过传感器时，引起磁通量的改变，便在线圈中感应出一个交变的电压信号。该信号电压的大小与触发轮齿转速成正比。,信号转子的凸齿接近传感器探头时： 气隙磁路磁阻磁通量 E=/t，E0 凸齿与探头对齐时，不变，E=0 信号转子的凸齿离开传感器探头时： 气隙磁路磁阻磁通量 E=/t，E 0,6)磁感应式传感器检修,一、常见故障：无法起动发动机或发动机运行不良等。 二、磁感应式传感器及其信号检查 1、元件检测： 1）电阻的测量:2K或者20K量程，线圈电阻约为900 。 2、线路及信号的确认： 1）拔下插座，打开点火开关，测量转速传感器的两根信号线与搭铁之间的电压，约为2.5V,说明传感器插座到ECU的连接正常； 2）试灯一端点蓄电池正极，一端点在油泵继电器的控制线上，启动发动机时观察试灯能否持续点亮。,2 霍尔式传感器结构及工作原理,结构原理分析： 此传感器为霍尔效应式传感器，由永久磁铁、霍尔元件、信号轮、集成放大电路等组成。 叶轮在转动时“间断”地阻挡磁场，使得霍尔元件间断地产生高低变化的矩形波信号。,b)磁路接通时,2）工作原理 叶片进入气隙，磁场被旁路，霍尔电压为0，输出高电平 叶片离开气隙，磁场穿过霍尔元件，产生霍尔电压，输出低电平。,（5）霍尔效式传感器检修,一、常见故障：排放超标，油耗增加或运行不良等。 二、霍尔效应式传感器及其信号检查 2、线路及信号的确认： 1）拔下插座，打开点火开关，测量霍尔传感器的三个接线端与搭铁之间的电压，应为12V或5V电源，12V或5V信号参考电压，0V接地。任一不正常应检查相关的电路。 2）用万用表检测信号输出电压是否正常；一般怠速时约为2.5V或6.0V左右。人为触发时为0V和5V间或0和12V间变化。,第二章 汽车发动机集中控制系统,第一节 概述 第二节 电控汽油喷射系统 第三节 电控汽油喷射系统的结构和工作原理 第四节 燃油喷射系统控制原理 第五节 怠速控制系统 第六节 电控点火系统 第七节 发动机的排放污染物 第八节 发动机的排放污染物的净化技术 第九节 柴油机电控技术 第十节 发动机及其他控制技术,第一节 概述,1、电动机电子控制技术的发展历程 1）、机械控制阶段 2）、电子电路控制阶段 3）、模拟计算机控制阶段 4）、数字计算机控制阶段 2、发动机电子控制系统的控制功能 3、汽油发动机的电子控制 1）汽油机的燃油供给系统,2.1.1燃油喷射的基本概念,燃油喷射:就是用喷油器将一定压力和数量的汽油喷入进气道或气缸内。其目的:是提高燃油雾化质量，改进燃烧，改善发动机性能。,电控燃油喷射:是采用电动喷油器，由电子控制单元根据发动机运行工况和使用条件，将适量的燃油喷入进气道或气缸内，实现对发动机供油量的精确控制。,可燃混合气浓度对汽油机工作的影响 可燃混合气成分 可燃混合气是指空气与燃料的混合物，其成分对发动机的动力性与经济性有很大的影响。 可燃混合气成分的表示方法： 空燃比：可燃混合气中空气（A）和燃料(F)的质量比。,一、 可燃混合气的浓度对发动机的性能影响 通过试验证明，发动机的功率和耗油率都是随着空燃比的变化而变化的。 理论上，对于空燃比=14.7的标准混合气而言，所含空气中的氧正好足以使汽油完全燃烧，但实际上，由于时间和空间条件的限制，汽油细粒和蒸汽不可能及时地与空气绝对均匀地混合，因此， 即使空燃比=14.7 ，汽油也不可能完全燃烧，混合气的空燃比 14.7 才有可能完全燃烧。 因为空燃比 14.7时混合气中，有适量较多的空气，正好满足完全燃烧的条件，此混合气称为经济混合气，对于不同的汽油机经济混合气成分不同，一般在15.416.9范围内。当空燃比大