1、1,第八章 汽车电子控制技术,2,参考资料,1.麻友良 汽车电器与电子控制系统 机械工业出版社 20032.司利增 汽车计算机控制 人民交通出版社 19993.邹长庚 现代汽车电子控制系统构造原理与故障诊断 北京理工大学出版社 20024、汽车构造 2000年 人民邮电出版社 5、汽车排放污染物控制实用技术 1999年 人民交通出版社 6、现代汽车电子控制技术 1998年 科学技术文献出版社 7、葛安林. 车辆自动变速理论与设计 .机械工业出版社8、潘旭峰. 现代汽车电子技术 .北京理工大学出版社9. B.霍莱姆比克 汽车电气与电子系统 机械工业出版社10 .汽车电子学. 王绍銧，李建秋主编，
2、清华大学出版社，2005年8月,3,第一节、现代汽车的发展问题第二节、电子控制系统基本组成-ECU第三节、电子控制系统基本组成-传感器第四节、电子控制系统基本组成-执行器,第一章 绪论,4,第一节、现代汽车的发展问题,汽车排放的有害气体对大气的污染；汽车交通事故每年死伤大量人员；在各大城市所存在的交通堵塞，使大量宝贵的时间白白的浪费在汽车中等。人们强烈要求汽车工业解决这些问题，而汽车工业也意识到如不能解决这些问题，将影响到汽车工业的持续发展。于是，各工业发达国家的政府，纷纷制定限制汽车有害气体排放、保证汽车交通安全的标准与法规。一些研究部门为未来的汽车定出了目标：未来的汽车应该是对环境有利的(
3、即低排放或零排放)；能更好的利用有限的能源与资源(降低油耗，减少用材，车辆报废后所用材料能再生)；在汽车中能容易的与外界沟通信息；行驶安全、能避免碰撞。这样的汽车用传统的机械结构是无法实现的，必须寻找新的出路。,5,近30年来电子技术有很大进展，很多用机械方式解决不了的问题，应用电子技术则迎刃而解。对电子技术来说，在发展过程中也需要不断扩大新领域，汽车工业是一个巨大的行业，需求量很大，自然是电子工业非常感兴趣的。因此，两者很快地结合在一起，由于汽车消耗量大，电子产品一旦被汽车采用就能形成规模生产，从而使价格下降，这又进一步促进了电子技术在汽车中的应用。这就是为什么汽车电子技术发展得如此之快的原
4、因。,6,环境：排放、噪声能源安全以人为本，人的发展,7,现状,目前，国外己形成了独立的汽车电子产业。电子产品占整车成本的比例逐年增加。1991年一辆轿车上的电子产品约825美元，1995则上升到1125美元。2000年已达到2000美元。中高档轿车采用的电子信息设备已经达到30%50%。电子技术能在汽车上不断得到发展，也是由于其功能不断增加而价格却不断下降。,8,第一节、现代汽车的发展问题,9,(1) 1946年2月5日，由美籍匈牙利人冯诺依曼等人发明的世界上第一台电子计算机 (2)随着晶体管收音机的问世，1955年在汽车上安装晶体管收音机成为时尚； (3)20世纪60年代初期，出现了硅二极
5、管整流器(4) 20世纪 60年代起，汽车制造商开始开发是晶体管点火装置，用来提高点火能量，改善发动机的经济性 ；1962年，德国博世公司（RBOSCH）着手开发电子控制汽油喷射技术，,1 汽车电子,10,(5)为了在满足排放法规要求。1979年，德国Bosch公司开始生产集电子点火和电控汽油喷射于一体的Motronic（莫特朗尼克）数字式发动机集中控制系统。 (6) 20世纪80至90年代，为提高和改善汽车性能，微处理器控制汽车的各种系统作最有效的技术手段，防抱死制动系统（ABS）、驱动防滑控制系统（ASR）、安全气囊系统（SRS）、电控自动变速器（EAT）等广泛应用，标志着汽车进入了电子化
6、时代 (7)目前普遍应用的汽车电子控制技术，大致可分为四个方面，即动力传动总成的电子控制（Powertrain Control）、底盘的电子控制（Vehicle Control）、车身系统的电子控制（Body Control）以及信息通信系统（Information & Communication）等。,11,汽车电子技术的形成与发展阶段,12,发展趋势,(1)向效率更高、排气更清洁甚至无污染的汽车发展。如发展气体燃料汽车、清洁代用燃料汽车、混合动力汽车、电动汽车、燃料电池汽车、太阳能汽车等。上述各种汽车技术难度不一样，排在前面的有的已商品化或者能够较早成为商品。在较长时间内，希望汽车能适应多
7、种燃料，并有多种新能源汽车同时存在，而后 1-2种汽车将占据主导地位。(2)开发新的能量转换系统及动力装置，如性能更好的增压、中冷直喷柴油机，隔热柴油机，车用燃气涡轮，燃料电池及飞轮电池等。以降低油耗，减少环境污染。（3）汽车的电子化程度更高，并实行总线控制。未来的汽车可能从过去以机械装置为主、电子设备为辅的状态，转变成以集成电路、电子模块为主，机械装置为辅的电子化汽车。,13,发展趋势,(4)采用多种安全措施，实行自动的集中控制，电脑辅助驾驶，使汽车向安全型及智能型发展。同时使用先进的通信、导航系统，最大限度地避免车祸。汽车在各种道路上行驶时，都能使乘员感到舒适、安全、顺利及驾驶的乐趣。主动
8、安全技术例如四轮驱动、四轮的技术，例如测距防撞、定位导航技术等。被动安全性例如安全气囊、能抗弯吸收冲击的转向盘管柱等。 (5)汽车将进一步从结构合理化、采用新型材料等方面减轻车身重量。 1974年美国一官方报告指出： 12%的燃油节约可通过减少车重、空气阻力、滚动阻力及其他附件的消耗功率来获得；对于中、大型轿车，减小发动机尺寸还能省油10% - 15%。(6)为了满足不同人的需求，特中汽车及其装置的发展也越来越快，开发了例如办公室汽车、房车、专用车、公路铁路两用车等。家用轿车的功能将多用化。内饰将居室化，显示舒适、温馨、方便的特点。,14,应用领域,1动力总成控制系统：汽油机、柴油机、自动变速
9、2底盘控制系统：、悬架、ABS、ASR、转向3车身控制系统：气囊、车灯、空调、辅助设备4信息与通讯系统：导航、仪表、故障诊断、CAN5新能源技术：醇燃料、电动车、混合动力、燃料电池6新材料与新工艺：新材料、新设计、新工艺,15,1动力总成-发动机,电子控制系统涡轮增压技术缸内汽油直喷排放怠速控制变排量技术、变气门共轨柴油喷射系统新型柴油微粒过滤系统,16,手动5档变速器（1906年）自动变速器（1938年）顺序换档（AMT）CVT变速器双离合器变速器,1动力总成-变速器,17,3底盘 ABS驱动防滑控制系统(TCS) ，沃尔沃公司称为电子牵引力控制系统(ETC)，宝马公司称为自动稳定性控制系统
10、(ASC)，奔驰公司称为防滑调节系统(ASR)，丰田公司则称为牵引力控制系统(TRC)。电子稳定系统（ESP）美国ITT公司称之为电子稳定性程序ESP，Delphi公司称之Stabili Trak ,丰田公司称为车辆稳定性控制VSC，本田公司则称为车辆稳定性助理系统VSA，Bosch公司则称为车辆动态性能控制VDC。Volvo公司称为动态稳定性助理系统DSA。轮胎气压监测与报警系统电子控制转向电子控制悬架系统,18,3车身,智能式前照灯安全气囊侧滚翻保护装置自动空调,13楼跳下，夏利压扁，人没事,19,4车载信息及通讯,车载导航系统及信息通讯系统xbywire集成化：西门子公司为奔驰A级车开发
11、的电控自动变速器，将控制元件及传感器都装入到齿轮箱内，节省了空间，电线由20根减为4根。多路传输、区域网络、模块化语音识别及声控技术,20,1重新发明汽车的推动力,三化要求环保化安全化个性舒适化技术支持燃料电池技术线传操控（Drive by wire）模块化技术,21,2事例,通用公司Autonomy（自主魔力） 概念车 开创汽车新世纪的车 通用认为：“Autonomy是对汽车的重新发明，也将重新塑造整个汽车行业”,22,事例,福特公司MODELU概念车 氢燃料模块化汽车福特宣称：“该辆车是对福特T型车的再发明，它开创了福特公司第二个新纪元”,23,事例,丰田公司F3R概念车 居家式汽车的 新
12、概念丰田提出：“把汽车从一种交通工具变成具有休闲功能的家的延伸”,24,3事例,（1）从传统的以石油为燃料的内燃机汽车 转变为以氢为动力的新能源汽车（2）从一架复杂的钢铁机器转变为一件有 感知的IT产品（3）从一个与世隔绝的狭小空间转变为一 个与社会有机联系在一起，充满乐趣， 包容一切的生活与娱乐场所,25,事例,（4）从车身结构固定不变，功能单一的汽车转变为外形和内饰灵活多变，具有多种用途的积木式汽车 例子：雪铁龙公司Pluriel,26,事例,（5）从耐用消费品转变为个性化的时尚用品 例子：由世界著名时尚先锋，意大利的时尚设计师乔治阿玛尼参予设计了奔驰CLK系列敞蓬车,27,4事例,（1）
13、氢燃料电池汽车零污染，是未来汽车的理想模型（2）线传操控汽车腾出车上空间，减 轻重量，有利环保，驾驶简单便捷（3）无人驾驶汽车到2015年，美国地面作战车的1/3将是无人驾驶车,28,（4）网络汽车（NV）德科、1MB、网景、Sun等协作生产了第一部网络汽车 （Net Vehicle）（5）模块汽车（MoCar）D-C公司在 2000年11月正式提出，准备用大约两 代车型的时间来完成,事例,29,四、新概念汽车,30,1超高速汽车,布加迪Veyron（最高车速406km/h）炮弹飞车Acabion（最高车速603km/h）,31,2三栖汽车,Rinspeed Splash三栖汽车俄罗斯鄂木斯克
14、三栖汽车,32,3单人车,美国人Dean Kamen发明第一部自平衡单车，被称为Segway Human Transporter，有并列两个车轮原地转圈、前进、后退都靠手柄简单地实现,33,4蛋型车,可以随意360 滚动流线性最理想座舱设计在同心圆内最安全,34,5机器人汽车,丰田开发可乘坐机器人i-foot双腿行走式汽车，能实现上下楼梯，并可自由地进入电梯和卧室,35,6低燃耗车“UFE”的第三代车型“NFE-III,大发的概念车“UFE-III”。特点是：利用Cd值0.168的空气动力性能实现了72km/L的超低燃效。采用前座1人、后座2人的3座设计，通过舱罩式车门上下,36,五、未来汽车
15、形态,37,未来汽车形态,1球型轮胎汽车不论轮胎怎样打转，汽车也 不会偏离方向2磁悬浮汽车在一个特殊的轨道上悬浮起 来，车速达500km/h3电缆汽车未来高速公路不复存在，替代它 的是纵横交错的电缆4变形金刚车汽车可以同时拥有轮胎，机械 腿和螺旋浆，通过机体随意变形，真正做到 水、陆、空通吃5新型智能车长8条腿，装30个发动机，具有 人腿的行走功能，不需要任何支撑面就可以行走 自如，不会破坏生态环境的完整性,38,39,第二节、电子控制系统基本组成-综述,一、电子控制系统的一般组成（见课本）电子控制系统就是应用控制装置自动地、有目的地控制、操作机器设备或过程，使之有一定的状态和性能。,40,传
16、感器是系统中信息输入部分，它用于感测控制系统外部的信息，并将得到的信息转换为电信号后传输给电子控制器（电控单元），输入信息是引起控制系统变化的原因。传感器是电子控制系统的“眼睛”和“耳朵”电子控制器的作用是对各传感器输入的电信号进行综合的处理，作出实时的判断，并输出控制信号传输给执行器，处理是控制系统对输入的响应过程。电子控制器是电子控制系统的“大脑”。执行器是控制系统的输出部分，它根据控制器的控制信号作出相应的控制动作，将控制参量迅速调整到设定的值，使控制对象工作在设定的状态。输出是系统根据输入产生的结果。,41,第三节、电子控制系统基本组成-综述,控制环路 根据控制环路可以将控制系统分为开
17、环控制系统和闭环控制系统两类。 在开环控制系统中，电控单元不对控制系统的输出进行监测，即不对实际输出与期望输出的差异进行监测，如图所示。,42,在闭环控制系统中，电控单元通过反馈传感器和反馈电路对控制系统的输出进行连续监测，并根据实际输出与期望输出的差异产生相应的修正信号，使随后的实际输出更进一步向期望输出靠近，如图所示。 闭环控制系统虽然比开环控制系统的结构复杂一些，但可以获得开环控制系统无法获得的控制精度。所以，在汽车电子控制系统中广泛采用闭环控制系统。,第三节、电子控制系统基本组成-综述,43,微处理器、存储器、接口电路可组成微机（单片机，微控制器）。他是根据传感器经输入电路送来的信号，
18、用存储器中的控制程序和数据进行运算处理后，输出控制信号，并通过输出电路控制执行器。,第二节、电子控制系统基本组成-ECU,44,二.中央微处理器中央微处理器 CPU，它是控制器的核心，包含有运算器，控制器，寄存器等。其具体功能如下运算器：用于对数据进行算术运算和逻辑运算。,控制器：按事先编排的程序发出控制脉冲，控制计算机系统各部自动协调地工作寄存器：用于暂时存储运算器的中间运算数据CPU在控制器控制脉冲的控制下，按其时钟脉冲的节拍自动协调地进行数据的运算、寄存、传送等操作,45,三、存储器,ROM中内容的设定通常称为编程，根据编程方式的不同，ROM可以分为三种类型：掩模式ROM，可编程ROM（
19、PROM），可擦洗可编程ROM（EPROM及EEROM）。 PROM虽然可由用户编程，但只能有一次写入的机会，一旦编程之后，就如掩模式ROM一样，其内容不能再改变。 EPROM可由用户重复多次编程。适合于系统开发时使用。可擦洗的PROM有两种：一种用紫外光擦洗，简称EPROM；另一种是用电的方法擦洗，称为EEPROM。UVEPROM擦洗时，将整个芯片原存的全部信息都擦去，而对EEPROM可擦去其中的一部分信息。,46,RAM随机存储器,RAM是随机存贮器的意思，要保准信息在里面，需要对它供电！就是说掉电了，RAM里的资料也就没有了！,47,五、输出电路,根据微机的控制信号工作，使执行器按指令动
20、作。电路通常是大功率三极管组成的驱动电路。,48,第四节、电子控制系统基本组成-执行器,按照控制器输出的控制信号动作，将控制参量迅速调整到设定的值，使控制对象在设定的状态下工作。种类主要有电动机和电磁阀两类。也有不产生动作的如点火线圈。,49,1、直流电动机,电动玻璃电动天窗燃料泵座位调整镜子调整通风扇,50,2燃油泵,51,3、步进电机,52,4、电磁阀直动式电磁阀,53,旋转式电磁阀,54,一、磁电式传感器：线圈中所产生的感应电动势的大小取决于穿过线圈的磁通的变化率， 二、霍耳式传感器：半导体或金属薄片置于磁场中，当有电流（与磁场垂直的薄片平面方向）流过时，在垂直于磁场和电流的方向上产生电
21、动势，这种现象称为霍耳效应。三、压电式传感器：对某些电介质沿着一定方向加力而使其变形时，在一定表面上产生电荷，当外力撤除后，又恢复到不带电状态，这种现象称为正压电效应。 四、光电式传感器：当光线照射物体时，可看作一串具有能量E的光子轰击物体，如果光子的能量足够大，物质内部电子吸收光子能量后，摆脱内部力的约束，发生相应电效应的物理现象，称为光电效应。 五、热电式传感器：如果两接合点温度不相等，则在两导体间产生电动势。,第三节、电子控制系统基本组成-传感器,55,第三节、电子控制系统基本组成-传感器,一、发动机转速与曲轴位置传感器,发动机转速与曲轴位置传感器用于向电子控制器提供发动机转速和曲轴转角
22、电信号，电子控制器根据此信号确定点火正时和喷油正时、产生点火和喷油控制脉冲、控制燃油泵工作等。 在无分电器电子控制点火系统和控制各缸工作顺序喷油的燃油喷射系统中，曲轴位置传感器还用于识别气缸。 发动机转速与曲轴位置传感器主要有磁感应式；光电式、霍尔效应式三种类型。,56,第三节、电子控制系统基本组成-传感器,空气流量传感器向电子控制器提供反映进气流量的电信号，在电子控制汽油喷射系统中是电子控制器计算基本喷油时间的重要参数，而在微机控制点火时刻系统中则是作为发动机负荷的间接参数，用于确定最佳的基本点火提前角。空气流量传感器有量板式、热线(膜)式、卡门涡旋式等不同的形式。,二、空气流量传感器,57
23、,第三节、电子控制系统基本组成-传感器,进气管压力传感器是用于监测发动机负荷状况的另一参数，也是发动机电子控制系统计算基本喷油时间和确定最佳的基本点火提前角的重要参数之一。 进气管压力传感器有多种形式，根据其信号产生的原理可分为压电式、半导体压敏电阻式、电容式、差动变压器式(真空膜盒传动)及表面弹性波式等，但目前汽车电子控制系统中使用最多的是半导体压敏电阻式进气管压力传感器。,三、进气管压力传感器,58,第三节、电子控制系统基本组成-传感器,温度传感器一般是通过其温度敏元件将被测对象温度的变化转化为电阻的变化，并由电阻值的改变，转变成电压或电流信号向电子控制器输出。,四、温度传感器,59,第三
24、节、电子控制系统基本组成-传感器,节气门位置传感器将节气门的开度转变为电信号，输送给电子控制器。点火系统控制系统、燃油喷射控制系统、怠速控制系统、废气再循环控制系统、燃油蒸发排放控制系统、自动变速器控制系统等都需从节气门位置传感器信号中获得节气门度、节气门开启速度、怠速状态等信息。节气门位置传感器大致可分为线性式和开关式两种类型。,五、节气门位置传感器,60,第三节、电子控制系统基本组成-传感器,六、氧传感器,在使用三元催化反应器的汽车发动机上，当混合气的浓度偏离理论空燃比时，三元催化反应器对发动机排气中HC、CO、NOX等有害成分的净化效果会急剧下降。 因此，必需使用氧传感器，通过检测排气管
25、中氧的含量，向电子控制器提供混合气空燃比反馈信号，使电子控制器及时修正喷油量，将混合气浓度控制在理论空燃比附近。,61,第三节、电子控制系统基本组成-传感器,七、爆燃传感器,爆燃传感器用于监测发动机是否爆燃，当发动机出现爆燃时，传感器便产生相应的电信号，并输送给电子控制器，电子控制器通过点火推迟的方法消除发动机爆燃。 爆燃是由于后期燃烧的混合气自燃所引起。因此在爆燃时，自燃区局部压力突升，并以极高的速度向周围传播，这种压力波强迫气壁等零件振动，并产生高频的金属敲击声。根据爆燃的这些特点，可以通过测气缸压力、发动机振动、发动机噪声三种方法判别发动机是否产生了爆燃。,62,第三节、电子控制系统基本
26、组成-传感器,八、车速/车轮转速传感器,1、车速传感器 车速传感器通过检测变速器输出轴转速，向电子控制器提供汽车行驶速度电信号。 车速传感器信号在自动变速器、悬架、巡航、点火、燃油喷射等电子控制系统中是重要控制参数或辅助控制参数。,63,第三节、电子控制系统基本组成-传感器,九、车身位移传感器（车身高度传感器）,车身位移传感器用于监测车身相对于车桥的位移，电子控制器根据车身位移传感器输入的信号可计算得到车身的位移和振动参数。光电式车身位移传感器具有结构简单、定位准确等优点，因此在汽车上被广泛使用。 1、光电式位移传感器的原理 （1)光电信号产生原理,64,第三节、电子控制系统基本组成-传感器,
27、十、转向盘转角传感器,转向盘转角传感器监测转向盘转动的角度和转动方向。转向盘转角传感器主要有光电式和磁电式两种，目前汽车使用较多的是光电式转向盘转角传感器 1、光电式转向盘转角传感器 传感器的遮光盘上有尺寸相同且均布的透光槽，当转向盘转动而带动遮光盘转动时，两对光电耦合器便产生脉冲电压。电子控制器根据传感器输出的脉冲个数就可判断转向盘转过的角度。,65,11胎压监测传感器,胎压监测系统是在每一个轮框内安装微型压力传感器来测量轮胎的气压，并通过无线发射器将信息传到驾驶前方的监视器上。轮胎压力太低时，系统会自动发出警报，提醒驾驶员及时处理。这样不但可以确保汽车在行驶中的安全，还能保护胎面，延长轮胎
28、使用寿命并达到省油的目的。根据美国汽车工程师学会统计，美国每年约有26万起交通事故是由于轮胎气压偏低或漏气造成的；而每年75%的轮胎故障是由于轮胎漏气或充气不足所引起的。由于上述的原因，美国立法规定新车必须安装轮胎压力监测系统。,66,12.一氧化碳传感器,车内空气污染对有车族的健康构成了新的威胁，这种威胁主要来自一氧化碳。随着有车族数量的快速增加，车内的空气质量开始受到关注。为此，深圳戴维莱传感技术有限公司开发出Prr-2一氧化碳传感器，专门用于保证车内空气质量安全。该传感器具有灵敏度高、抗干扰性强、功耗低（5mW）等特点，同时应用简单、使用寿命长，可以及时地监测车内空气质量。Pr-2一氧化碳传感器分为车内空调内外循环的自动切换系统和轿车用、客车用一氧化碳报警器。,
