第一章电控基础知识

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。
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)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。
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。
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。
思考提问
自动控制系统由哪几部分 组成?
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
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。
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。
备箱网络
表盘、低挡实时 动系的实时控
传感器和执行器级别 的底层局部连接总线
使用。
控制系统故障诊 断系统(OBD)
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?
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。
(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。
传输速率/Kbps
小于1
10~125
125~1000
信号传输延时/ms 小于50
小于20
小于5
时钟离散度要求(%) 20
2
0.01
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
数据传输速率要 求较高的系统,车
身控制系统、仪
可靠性和实时 性要求较高的 系统,高挡的发 动机和动力传
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
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。
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。
(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。
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。
传感器
执行器
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）
电子控制单元 (ECU)
执行元件
电控系统的基本组成
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。
本章主要内容： 汽车电子技术的发展简介
汽车电子技术应用的优越性 汽车电子控制系统的组成及工作原理
学习目标：
了解汽车电子技术的发展过程;
了解汽车电子技术应用的优越性； 掌握汽车电子控制系统的组成及简单工作原理; 掌握汽车电子控制系统主要的输入信 号和执行器。
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;
(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。
(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
(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。
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 A级网络
特性Baidu Nhomakorabea
B级网络
C级网络
(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。
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。
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。
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。