汽车电控概述教学幻灯片ppt

1、第一讲 汽车电控概述,张宇 2014年3月5日,成绩构成,考勤10%（缺一次扣2分） 平时成绩30%（包含2次大作业） 期末考试60%（开卷考试）,课程主要内容,汽车电子模块联网的基础 驱动系统 与安全性相关的系统 与舒适性相关的系统 多媒体和通信系统 主要参考书：汽车电子学BB平台下载,汽车电子模块联网,总线系统 RTOS 功能开发和软件开发（V模型） 各类传感器和执行器,驱动系统,汽油机控制系统 柴油机控制系统 变速箱控制系统 电源管理系统,安全性相关系统,安全性概念和功能 被动安全技术 行驶系统调节和主动安全技术,舒适性相关,座椅、门窗、空调 多媒体和通信,第一讲 汽车电控概述,第一节 汽车电子控制技术的发展 第二节 汽车电子控制系统的一般组成 第三节 汽车电子控制技术基础知识,安全、环保和节能推动了汽车技术的发展,汽车的安全性是人类社会的一大祸害，车辆的制动安全性、驱动安全性与行驶安全性是道路交通安全事故的三大主要根源。 全世界每年由于交通事故死亡约50万人，排在人类死亡原因的第10位；我国目前每年因交通事故死亡占全国总死亡人数的1.5%，约每年10万人。 为此，科技人员从汽车

2、的主动安全性和被动安全性两个方面着手，设计了防滑控制系统、车辆姿态控制系统、智能防撞预警与应急保护系统、碰撞后的保护系统等一系列电子控制装置。,汽车电子技术应用的优越性,1.减少汽车修复时间 汽车电气设备的故障约占汽车总故障的1/3。由于汽车构造比较复杂，零部件比较多，工作环境不可控制(如道路条件，环境的温度、湿度)，加上人为的因素，所以汽车的可靠性差，无故障间隔时间短 2.节油 汽车发动机采用电子综合优化控制，与传统的化油器式发动机相比，可以节约燃油消耗10%15左右。汽车是一个较复杂的多参数控制的机械，而且行驶条件随机变化。对其采用优化控制后，计算机可以对控制对象的有关参数(如温度、气体压力、转速、排气成分)进行适当采样，然后进行数据处理 3.减少空气污染 用传感器控制的发动机空燃比闭环控制系统，可以保证发动机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，不但可以节约燃油，而且废气中碳氢化合物(HC)的体积分数可降低40，氮氧化合物(NOx)的体积分数可降低60%左右。 4.减少交通事故 电子技术在汽车安全方面得到应用后，使整车的安全性能提高。交通事故主要由人的主观

3、因素和客观因素所造成，减少人的主观因素造成事故的电子装置有：防止酒后驾车和驾驶员磕睡的电子装置、检查人的心理状态和反应时间的电子装置等；,1.1 汽车电子控制技术的发展,1.1.1 汽车电子控制技术的发展历程,第一阶段：20世纪60年代中期至70年代末，是汽车电子技术萌芽及初级发展阶段。 电子收音机、 发电机硅整流器、 电压调节器、 晶体管无触点电子点火， 电子控制燃油喷射等。,第二阶段：20世纪70年代末到90年代中期，是汽车电子控制技术的大发展阶段。 发动机电子控制系统、 自动变速器、 防抱死制动系统、 电控悬架、 电控转向、 电子仪表、 影音娱乐设备等。,第三阶段：20世纪90年代中期至今，电子装置成为汽车设计中必不可少的装置。,动力控制方面。 在发动机管理系统（EMS）的基础上，增加了变速器控制功能，拓展为动力传动控制系统（PCM）；,汽车主动安全控制方面。 在防抱死制动系统（ABS）的基础上，增加了牵引力控制系统（TCS）和驱动防滑系统（ASR）控制的功能；,车辆稳定性控制方面。 车辆稳定性控制（VSC）系统、强化车辆稳定性系统（VSE）以及智能悬架控制系统；,被动安全控制方

4、面。 发展了主动安全带和安全气囊的综合控制技术；,改善驾驶员劳动强度和保障行车安全方面。 传统的巡航控制系统、智能巡航控制（也称自适应巡航控制，ACC），其控制项目包括防抱死制动、牵引力控制及车辆稳定性控制等等。,汽车内部环境的人性化设计方面、无线网络通信技术、防盗报警系统和车载防撞雷达等电子装置，都得到了进一步的开发和应用。,以控制器局域网（Controller Area Network，CAN）为代表的数据总线（Data Bus）技术在此期间有了很大的发展。CAN总线将各种汽车电子装置连接成为车载网络。,在车载网络中，各控制装置独立运行，完成各自的控制功能，同时还可以通过通信线为其它控制装置提供数据服务，实现信息共享。,出现了以大规模集成电路和控制器局域网（CAN）为特征的、多学科综合的汽车电子控制技术，是这一阶段的突出特点。其代表性技术有智能传感器、16位和32位微处理器、车载网络系统等。,1.1.2 汽车电子控制技术的发展特点,汽车电子控制技术从单一的控制逐步发展到综合控制，如点火时刻、燃油喷射、怠速控制、排气再循环等。,电子控制技术从发动机控制扩展到汽车的各个组成部分，如防抱

5、死制动系统、自动变速系统、信息显示系统等。,从汽车本身到融入外部社会环境。,1.1.3 汽车电子控制技术的发展趋势,1.控制系统集成化 2.信息传输网络化 3.汽车、交通智能化,电子信息技术的发展，推进了汽车技术向集成与智能迈进,图1-1 四层网络结构,电子信息技术的发展，推进了汽车技术向集成与智能迈进,图1-2 网络层次的发展,第二节 汽车电子控制系统的一般组成,一、电子控制系统的一般组成 二、自动控制系统的分类 三、汽车电子控制系统简介 四、电子控制单元(ECU)的功能与组成,1.2 汽车电子控制系统的基本组成,1.2.1信号输入装置,信号输入装置包括各种传感器和开关。车用传感器有两类，一类用于控制汽车运行状态，另一类让驾驶员了解某些信息和状态（如冷却液温度、润滑油压力、燃油量等）。,图1-2 输入信号 a）模拟信号；b）数字信号；c）信号发生器,1.2.2 控制器,控制器，即电子控制单元ECU由输入接口、计算机和输出接口等组成（图1-3）。,图1-3 ECU的基本结构,1.输入接口,图1-4 输入回路,图1-5 信号转换,1-传感器；2-模拟信号；3-放大器；4-A/D转换器；5

6、-CPU；6-DA转换器；7-功率晶体管（或驱动器）； 8-模拟信号；9-执行器；10-存储器；11-稳压器,2.计算机,计算机（微机）由输入和输出、CPU、存储器、地址总线和数据总线等组成（图1-6）。,3.输出接口,图1-6 计算机的组成,计算机输出的电信号是数字信号，而有些执行器需要计算机输出模拟信号。因此，输出接口需要DA（数模）转换器。同时，由于计算机输出的电信号较弱，不能直接控制执行器。,因此，输出电路中大多采用由大功率晶体管组成的输出驱动器（图1-7），由计算机输出信号控制晶体管的导通与截止，从而控制执行器的搭铁回路。,图1-7 输出回路,1.2.3执行器,执行器根据ECU输出的控制信号执行某项控制功能，常用执行器见表1-3。,表1-3 常用执行器,电子控制系统的一般组成,图1-3 电子控制系统的一般组成,5.简化的汽车电子控制系统模型,图1-4 传感器、ECU和执行器之间的工作关系,二、自动控制系统的分类,1.按控制系统有无反馈环节分类 2.按输入量变化的规律来分类 3.按系统传输信号对时间的关系分类 4.按系统输出量和输入量的关系分类 5.简化的汽车电子控制系统模型,

7、1.按控制系统有无反馈环节分类,(1)开环控制系统 若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。 (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，这种控制系统就称为闭环控制系统，又称为反馈控制系统。,2.按输入量变化的规律来分类,(1)恒值控制系统 恒值控制系统的特点是，系统的输入量是恒值，并要求系统的输出量相应地保持恒定值。 (2)随动控制系统 随动控制系统的特点是，输入量是变化的(有时是随机的)，并且要求系统的输出量能跟随输入量的变化而作出相应的变化，故随动系统又称为伺服系统或跟踪系统。 (3)过程控制系统 该系统的输出量是按给定的时间函数实现控制的。,3.按系统传输信号对时间的关系分类,(1)连续控制系统 连续控制系统的特点是，控制作用的信号是连续量或模拟量。 (2)离散控制系统 又称采样控制系统。,4.按系统输出量和输入量的关系分类,(1)线性系统 线性系统的特点是，系统的输出量和输入量的关系是线性的，它的各个环节或系统都可以用线性微分方程来描述，可以应用叠加原理和拉氏变换解决线性系统中的问题。 (2)非线

8、性系统 非线性系统的特点是，其中的一些环节具有非线性性质(例如出现饱和死区、滞环等)。,三、汽车电子控制系统简介,(一)发动机控制部分 (二)底盘控制部分 (三)行驶安全系统 (四)信息系统 (五)附属装置,(一)发动机控制部分,1.电控点火装置(ESA) 该系统可使发动机在不同转速、进气量等因素下，在最佳点火提前角工况下工作，使发动机输出最大的功率和转矩，而将油耗和排放降低到最低限度。该系统分为开环和闭环两种控制。电控点火装置闭环控制系统通过爆燃传感器进行反馈控制，其点火时刻的控制精度比开环高，但排气净化差些。 2.电控汽油喷射(EFI) 该系统根据各传感器输送来的信号，能有效控制混合气空燃比，使发动机在各种工况下空燃比达到较佳值，从而实现提高功率、降低油耗、减少排气污染等功效。该系统可分为开环和闭环两种控制。闭环控制是在开环控制的基础上，在一定条件下，由计算机根据氧传感器输出的含氧浓度信号修正燃油供给量，使混合气空燃比保持在理想状态下。 3.废气再循环控制(EGR) 该系统是将一部分排气中的废气引入进气侧的新鲜混合气中再次燃烧，以抑制发动机有害气体氮氧化合物的生成。该系统能根据发动

9、机的工况适时地调节参与废气再循环的废气循环率，以减少排气中的有害气体氮氧化合物。它是一种排气净化的有效手段。 4.怠速控制(ISC) 该系统能根据发动机冷却液温度及其他有关参数，如空调开关信号、动力转向开关信号等，使发动机的怠速处于最佳状态。 除以上控制装置外，发动机部分的控制内容还有：发动机输出、冷却风扇、发动机排量、气门正时、二次空气喷射、发动机增压、油气蒸发控制及系统自诊断等。,(二)底盘控制部分,1 .电控自动变速器(ECT) 该装置有多种形式。它能根据发动机节气门开度和车速等行驶条件，按照换档特性精确地控制变速比，使汽车处于最佳档位。该装置具有提高传动效率、降低油耗、改善换档舒适性、提高汽车行驶平稳性以及延长变速器使用寿命等优点。 2.防滑控制系统 防滑控制包括防抱死制动(ABS)、牵引控制(TCS)、驱动防滑(ASR)和车辆横向稳定性控制系统(VSC)。该系统可以提高制动效能，防止汽车在制动、起步、驱动和转弯时产生侧滑，是保证行车安全和防止事故发生的重要措施。 3.电子控制动力转向 电子控制动力转向的形式较多，目前汽车动力转向的发展趋势为四轮转向系统。它们分别显示出不同的优越性，如有的可获得最优化的转向作用力特性、最优化的转向回正特性，起到改善行驶的稳定性以及节能和降低成本的作用；有的主要是为了提高转向能力和转向响应性；有的主要用来改善高速行驶时的稳定性。目前电控前轮动力转向较普及，通过控制转向力，保证汽车原地或低速行驶时转向轻便，而高速行驶时又确保安全。 4.电控悬架(TEMS) 该系统能根据不同的路面状况，控制车辆高度，调整悬架的阻尼特性及弹性刚度，改善车辆行驶的稳定性、操纵性和乘坐舒适性。 5.巡航控制系统(CCS) 该系统又称恒速行驶系统。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开度，使汽车行驶速度保持一定。该系统可以减轻驾驶员长途驾驶之疲劳。,(三)行驶安全系统,1.安全气囊(SRS) 该系统是国外汽车上一种常见的被动安全装置。在车辆相撞时，由电控元件用电流引爆安置在转向盘中央(有的在仪表盘板杂务箱后边也安装)等处气囊中的渗氮物，迅速燃烧产生氮气，瞬间充满气囊。气囊的作用是在驾驶员与转向盘之间、前座乘员与仪表板间形成一个缓冲软垫，避免硬性

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