第一章汽车计算机控制概论
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当操作者积累了丰富的经验后，他就会起一个较好的控 制器的作用。如果设计的控制系统其自身便具有这种在控制 过程中不断完善的学习能力，便称之为学习控制系统。
§1-5 汽车电控方式
五、模糊控制 无论是在开环、闭环、适应或学习控制系统中，往往需要建立精确的数
学模型(传递函数和状态方程)，但是在对如汽车等复杂的对象进行控制时， 研究人员发现，有些按照建立的数学模型进行控制所取得的效果却不如由人 来控制做得更好。
模糊控制就是将模糊数学的方法应用于控制过程中，使控制过程能够模 拟人的思维、语言和行为的模糊性。模糊数学就是模糊事物的数学表达，模 糊控制以模糊控制规则实现控制，模糊规则是根据人们在控制过程中的经验 形成的。
模糊控制的特点是不需要知道控制对象的具体数学模型，就能实现对系 统的控制，并对参数的变化具有较强的适应性，模糊控制既可以进行简单控 制，也可以进行复杂的非线性控制。 在模糊控制过程中，首先需要对输入量进行模糊处理，即按照输入模糊隶属 函数将精确输入量转变为模糊输入量，然后按照模糊控制规则根据模糊输入 量确定模糊输出量，再按照输出模糊隶属函数将模糊输出量转变为精确输出 量。
§1-4 执行机构
⒈直动电磁类执行机构
直动电磁类执行机构中的电磁线圈通电后产生磁场，电磁 力使动作机构产生直线运动，喷油器、开关式怠速控制阀、废 气再循环电磁阀、炭罐通气电磁阀等均属此类执行机构。直动 电磁类执行机构按其工作方式分，有开关式、定位式和脉动式 等几种。
1）开关工作方式 2）定位工作方式 3）脉动工作方式
执行器则是控制系统的输出部分，它将电控单元形 成的控制指令转变为实现控制目标的物理运动，输出是 系统根据输入产生的结果。
§1-1汽车电子控制系统的基本组成
二、汽车电子控制系统的类型
⒈按控制器的电路结构与工作方式分 1）模拟控制系统 2）数字控制系统 ⒉按控制器所具有的控制功能分 1）单功能控制系统 2）多功能控制系统
图 反馈自适应控制
§1-5 汽车电控方式
四、学习控制 在控制系统中，如果把操作人员看作为控制器，他们对输
入量与输出量作出比较，并且根据它们的差值(即误差)进行 修正控制，那么许多开环系统都可以转化成闭环控制系统。
如果我们要对这种人工控制的闭环控制系统进行分析， 我们就会碰到一个要求列出描述人的控制动作的微分方程式 的困难问题。在这种情况下，操作人员的学习能力是许多复 杂的因之一。
传感器
电子控制器
执行器
运行的汽车
图8-1 汽车电子控制系统基本组 成
§1-1汽车电子控制系统的基本组成
传感器是系统中信息的输入部分，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 给电控单元，输人信息是引起控制系统发生变化的原因。
电控单元是控制系统的中枢，是系统中的信息处理 部分，它通过处理、分析和计算输入信息形成控制指令， 并将形成的控制决定传输给执行器，处理是控制系统对 输入的响应过程。
电动机类执行机构是通过电动机的转动完成控制动作执行 机构，电动机类执行机构所用的电动机有普通直流电动机和步 进电动机两种。 ⒈普通直流电动机
§1-4 执行机构
§1-4 执行机构
⒉步进电动机 步进电动机按“步”转动，可控制其转动的角度和转向，通 过机械传动实现控制参量的调节作用和定位控制。 1）步进电动机的基本组成
步进电动机主要由永久磁铁的转子和绕有两个绕组的定 子组成 。 2）步进电动机的工作原理
§1-4 执行机构
§1-4 执行机构
§1-4 执行机构
§1-4 汽车电控方式
一、开环控制、
在控制系统中，若系统的输出量对系统的控制作用没 有影响，则叫做开环控制系统。在开环系统中，既不需要 对输出量进行测量，也不需要将输出量反馈到系统输入端 与输入量进行比较。
§1-5 汽车电控方式
二、闭环控制、
闭环控制系统即反馈控制系统，是一种利用系统本身的调节 功能，使系统输出信号对控制产生直接影响的系统。输入信号和 反馈信号之差，称为误差信号。误差信号加到控制器上，通过控 制调节以减小系统的误差，使系统的输出量趋于所希望的值，亦 即通过反馈作用来减小系统的误差。
§1-5 汽车电控方式
§1-3 电子控制器（ECU或ECM）
五、电源电路 将汽车上12V～14V的电压转变为标准的5V电压以满足
微机工作的需要，同时维持一定时间的后备电源，以免微 机在工作过程中出现短时间的电源中断而造成的数据丢失。
§1-3 电子控制器（ECU或ECM）
§1-3 电子控制器（ECU或ECM）
§1-3 电子控制器（ECU或ECM）
§1-3 电子控制器（ECU或ECM）
四、输出回路
其功用是根据单片机发出的指令，控制执行器执行 具体动作。由于微机只能输出微弱的电信号(如喷油脉 冲、点火信号等)，不能直接驱动执行元件，因此必须 通过输出回路对控制指令进行功率放大、译码或D／A转 换，变成可以驱动各种执行元件的强电信号。当执行器 (如EFI旁通电磁阀、ECT锁止继动阀、ECT蓄压器背压调 节阀等)需要线性电流量驱动时，单片机将控制占空比 来控制输出回路的导通与截止，使流过执行器电磁线圈 的平均电流逐渐增大或逐渐减小。因为占空比频率较高， 所以流过执行器电磁线圈的平均电流不会脉动变化。
§1-5 汽车电控方式
1、前馈自适应控制：如果通过可测信号能够观测到过程特 性的改变，并且预先知道如何根据这些信号来调整控制器， 那么就可以应用前馈自适应系统。这种系统也叫开环自适应， 因为它没有从闭环内部引出信号反馈到控制器中。
反馈自适应控制
§1-5 汽车电控方式
2、反馈自适应控制 如果过程特性的变化不能直接观测到， 则必须采用反馈自适应。即根据系统的输入、输出信号等 参数，能够计算出输入控制器·的参数，使之适应过 程。 ．
§1-1汽车电子控制系统的基本组成
⒊按控制系统控制所属汽车部位分 1）发动机电子控制系统 2）底盘电子控制系统 3）车身电子控制系统 ⒋按控制系统的控制目标分 1）排放与油耗电子控制系统 2）安全与舒适电子控制系统 3）汽车信息系统
§1-2 汽车传感器
一、传感器概述
传感器是汽车电控系统的重要组成部分之一， 是系统信息的输入部分，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 给电控单元，输人信息是引起控制系统发生变化 的原因。
§1-2 汽车传感器
§1-3 电子控制器（ECU或ECM）
一、电子控制器的基本组成：电子控制器由输入回路、 微机和输出回路三部分所组成。
§1-3 电子控制器（ECU或ECM）
二、输入电路
电子控制器输入电路包括信号处理电路和传感器电 源，其作用是：
1、将各传感器及开关信号进行预处理，转换为计算机可 接受的数字信号；由A／D转换器和数字输人缓冲器两部 分组成，缓冲器电路主要包括整形电路、波形变换电路、 限幅电路和滤波电路等。
随机存储器（Read Access Memory）简称RAM，在计算机工 作时随时可存入或读取信息，电源切断后，RAM中的信息随即消 失。汽车电子控制系统的故障信息（代码）和自适应学习修正参 数一般用RAM储存，这些信息需要在点火开关断开后仍然保留。
§1-3 电子控制器（ECU或ECM）
3、总线（BUS）
§1-4 执行机构
执行机构是电子控制系统的“手”和 “脚”，它按控制器的控制信号进行工作，使 被控对象迅速作出反应或将被控对象的控制参 量迅速调整到设定的值，以实现控制目标。
常用的执行机构有电磁类和电动类等。
§1-4 执行机构
电磁类执行机构通过产生电磁力完成控制动作 的执行 机构，有直动式和转动式两大类。
§1-3 电子控制器（ECU或ECM）
⒈中央微处理器 中央微处理器（Central Processing Unit）简称CPU，包
含运算器、控制器、寄存器等部件，这些部件是通过总线连 接 的。 运算器：用于对数据的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，按其时钟脉冲的频率（节 拍）自动协调地进行数据的运算、寄存、传送等操作。
第一章 汽车计算机控制概论
§1-1 汽车电子控制系统的基本组成 §1-2 汽车传感器 §1-3 电子控制器（ECU或ECM） §1-4 执行机构 §1-5 汽车电控方式
§1-1汽车电子控制系统的基本组成
一、汽车电子控制系统的基本组成
汽车电子控制系统通常由传感器、电子控制器 （ECU）和执行机构三部分所组成。
§1-3 电子控制器（ECU或ECM）
2、存储器用于记忆数据和程序，包含只读存储器（ROM）和随机 存储器（RAM）。 1）只读存储器
只读存储器（d Only Memory）简称ROM，一般用于存储 计算机的控制程序、实施各项控制所需的标准参数等一些固定信 息，在制造时写入后不能更改。工作时只供读取，电源切断时其 储存的信息不会消失。 2）随机存储器
三、自适应控制
虽然在反馈控制系统中，系统的微小变化对动态特 性的影响可以被减弱，但是当系统的参数和环境变化 （如系统老化、工作温度、海拔高度等）比较显著时， 只有采用具有一定适应能力的系统，才能够满足要求。 所谓适应能力，就是系统本身能够随着环境条件或结 构的不可预计的变化，自行调整或修改系统参数。这 种本身具有适应能力的控制系统，叫做自适应式控制 系统。按照其调节方式的不同，自适应控制系统可以 分为前馈自适应控制和反馈自适应控制两种基本形式。
在微机系统中，微处理器、存储器和I／O接口之间要进 行大量的信息交换和数据传递，若上述各功能部件之间采 用点对点的信息和数据传输线路方式，则信息传输速度高， 传输过程简单，但整个系统所需要的信息传输线路量很大， 且传输线路利用率低，故在微机系统中的信息传输线路均 采用多点连接方式，即在上述各功能部件之间设置公共的 信息传输线路，这便是总线(BUS)。各功能部件间通过总线 的信息传递由CPU统一控制。
2、向传感器提供电压稳定的电源，确保各传感器正常工 作。
§1-3 电子控制器（ECU或ECM）
三、单片机 是将中央处理器CPU(CentralProcessingUnit)、存
储器M(Memory)、定时器、计数器、输入／输出(I／0)接 口电路等主要计算机部件集成在一块集成电路芯片上的 微型计算机。
§1-4 执行机构
§1-4 执行机构
§1-4 执行机构
§1-4 执行机构
⒉旋转电磁类执行机构 旋转电磁类执行机构其电磁线圈通电后使动作机构产生角位 移，旋转式发动机怠速控制阀就属此类执行机构。 1）旋转电磁机构的组成 2）旋转电磁机构的工作原理
§1-4 执行机构
§1-4 执行机构
§1-4 执行机构
§1-5 汽车电控方式
五、模糊控制 无论是在开环、闭环、适应或学习控制系统中，往往需要建立精确的数
学模型(传递函数和状态方程)，但是在对如汽车等复杂的对象进行控制时， 研究人员发现，有些按照建立的数学模型进行控制所取得的效果却不如由人 来控制做得更好。
模糊控制就是将模糊数学的方法应用于控制过程中，使控制过程能够模 拟人的思维、语言和行为的模糊性。模糊数学就是模糊事物的数学表达，模 糊控制以模糊控制规则实现控制，模糊规则是根据人们在控制过程中的经验 形成的。
模糊控制的特点是不需要知道控制对象的具体数学模型，就能实现对系 统的控制，并对参数的变化具有较强的适应性，模糊控制既可以进行简单控 制，也可以进行复杂的非线性控制。 在模糊控制过程中，首先需要对输入量进行模糊处理，即按照输入模糊隶属 函数将精确输入量转变为模糊输入量，然后按照模糊控制规则根据模糊输入 量确定模糊输出量，再按照输出模糊隶属函数将模糊输出量转变为精确输出 量。
§1-4 执行机构
⒈直动电磁类执行机构
直动电磁类执行机构中的电磁线圈通电后产生磁场，电磁 力使动作机构产生直线运动，喷油器、开关式怠速控制阀、废 气再循环电磁阀、炭罐通气电磁阀等均属此类执行机构。直动 电磁类执行机构按其工作方式分，有开关式、定位式和脉动式 等几种。
1）开关工作方式 2）定位工作方式 3）脉动工作方式
执行器则是控制系统的输出部分，它将电控单元形 成的控制指令转变为实现控制目标的物理运动，输出是 系统根据输入产生的结果。
§1-1汽车电子控制系统的基本组成
二、汽车电子控制系统的类型
⒈按控制器的电路结构与工作方式分 1）模拟控制系统 2）数字控制系统 ⒉按控制器所具有的控制功能分 1）单功能控制系统 2）多功能控制系统
图 反馈自适应控制
§1-5 汽车电控方式
四、学习控制 在控制系统中，如果把操作人员看作为控制器，他们对输
入量与输出量作出比较，并且根据它们的差值(即误差)进行 修正控制，那么许多开环系统都可以转化成闭环控制系统。
如果我们要对这种人工控制的闭环控制系统进行分析， 我们就会碰到一个要求列出描述人的控制动作的微分方程式 的困难问题。在这种情况下，操作人员的学习能力是许多复 杂的因之一。
传感器
电子控制器
执行器
运行的汽车
图8-1 汽车电子控制系统基本组 成
§1-1汽车电子控制系统的基本组成
传感器是系统中信息的输入部分，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 给电控单元，输人信息是引起控制系统发生变化的原因。
电控单元是控制系统的中枢，是系统中的信息处理 部分，它通过处理、分析和计算输入信息形成控制指令， 并将形成的控制决定传输给执行器，处理是控制系统对 输入的响应过程。
电动机类执行机构是通过电动机的转动完成控制动作执行 机构，电动机类执行机构所用的电动机有普通直流电动机和步 进电动机两种。 ⒈普通直流电动机
§1-4 执行机构
§1-4 执行机构
⒉步进电动机 步进电动机按“步”转动，可控制其转动的角度和转向，通 过机械传动实现控制参量的调节作用和定位控制。 1）步进电动机的基本组成
步进电动机主要由永久磁铁的转子和绕有两个绕组的定 子组成 。 2）步进电动机的工作原理
§1-4 执行机构
§1-4 执行机构
§1-4 执行机构
§1-4 汽车电控方式
一、开环控制、
在控制系统中，若系统的输出量对系统的控制作用没 有影响，则叫做开环控制系统。在开环系统中，既不需要 对输出量进行测量，也不需要将输出量反馈到系统输入端 与输入量进行比较。
§1-5 汽车电控方式
二、闭环控制、
闭环控制系统即反馈控制系统，是一种利用系统本身的调节 功能，使系统输出信号对控制产生直接影响的系统。输入信号和 反馈信号之差，称为误差信号。误差信号加到控制器上，通过控 制调节以减小系统的误差，使系统的输出量趋于所希望的值，亦 即通过反馈作用来减小系统的误差。
§1-5 汽车电控方式
§1-3 电子控制器（ECU或ECM）
五、电源电路 将汽车上12V～14V的电压转变为标准的5V电压以满足
微机工作的需要，同时维持一定时间的后备电源，以免微 机在工作过程中出现短时间的电源中断而造成的数据丢失。
§1-3 电子控制器（ECU或ECM）
§1-3 电子控制器（ECU或ECM）
§1-3 电子控制器（ECU或ECM）
§1-3 电子控制器（ECU或ECM）
四、输出回路
其功用是根据单片机发出的指令，控制执行器执行 具体动作。由于微机只能输出微弱的电信号(如喷油脉 冲、点火信号等)，不能直接驱动执行元件，因此必须 通过输出回路对控制指令进行功率放大、译码或D／A转 换，变成可以驱动各种执行元件的强电信号。当执行器 (如EFI旁通电磁阀、ECT锁止继动阀、ECT蓄压器背压调 节阀等)需要线性电流量驱动时，单片机将控制占空比 来控制输出回路的导通与截止，使流过执行器电磁线圈 的平均电流逐渐增大或逐渐减小。因为占空比频率较高， 所以流过执行器电磁线圈的平均电流不会脉动变化。
§1-5 汽车电控方式
1、前馈自适应控制：如果通过可测信号能够观测到过程特 性的改变，并且预先知道如何根据这些信号来调整控制器， 那么就可以应用前馈自适应系统。这种系统也叫开环自适应， 因为它没有从闭环内部引出信号反馈到控制器中。
反馈自适应控制
§1-5 汽车电控方式
2、反馈自适应控制 如果过程特性的变化不能直接观测到， 则必须采用反馈自适应。即根据系统的输入、输出信号等 参数，能够计算出输入控制器·的参数，使之适应过 程。 ．
§1-1汽车电子控制系统的基本组成
⒊按控制系统控制所属汽车部位分 1）发动机电子控制系统 2）底盘电子控制系统 3）车身电子控制系统 ⒋按控制系统的控制目标分 1）排放与油耗电子控制系统 2）安全与舒适电子控制系统 3）汽车信息系统
§1-2 汽车传感器
一、传感器概述
传感器是汽车电控系统的重要组成部分之一， 是系统信息的输入部分，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 给电控单元，输人信息是引起控制系统发生变化 的原因。
§1-2 汽车传感器
§1-3 电子控制器（ECU或ECM）
一、电子控制器的基本组成：电子控制器由输入回路、 微机和输出回路三部分所组成。
§1-3 电子控制器（ECU或ECM）
二、输入电路
电子控制器输入电路包括信号处理电路和传感器电 源，其作用是：
1、将各传感器及开关信号进行预处理，转换为计算机可 接受的数字信号；由A／D转换器和数字输人缓冲器两部 分组成，缓冲器电路主要包括整形电路、波形变换电路、 限幅电路和滤波电路等。
随机存储器（Read Access Memory）简称RAM，在计算机工 作时随时可存入或读取信息，电源切断后，RAM中的信息随即消 失。汽车电子控制系统的故障信息（代码）和自适应学习修正参 数一般用RAM储存，这些信息需要在点火开关断开后仍然保留。
§1-3 电子控制器（ECU或ECM）
3、总线（BUS）
§1-4 执行机构
执行机构是电子控制系统的“手”和 “脚”，它按控制器的控制信号进行工作，使 被控对象迅速作出反应或将被控对象的控制参 量迅速调整到设定的值，以实现控制目标。
常用的执行机构有电磁类和电动类等。
§1-4 执行机构
电磁类执行机构通过产生电磁力完成控制动作 的执行 机构，有直动式和转动式两大类。
§1-3 电子控制器（ECU或ECM）
⒈中央微处理器 中央微处理器（Central Processing Unit）简称CPU，包
含运算器、控制器、寄存器等部件，这些部件是通过总线连 接 的。 运算器：用于对数据的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，按其时钟脉冲的频率（节 拍）自动协调地进行数据的运算、寄存、传送等操作。
第一章 汽车计算机控制概论
§1-1 汽车电子控制系统的基本组成 §1-2 汽车传感器 §1-3 电子控制器（ECU或ECM） §1-4 执行机构 §1-5 汽车电控方式
§1-1汽车电子控制系统的基本组成
一、汽车电子控制系统的基本组成
汽车电子控制系统通常由传感器、电子控制器 （ECU）和执行机构三部分所组成。
§1-3 电子控制器（ECU或ECM）
2、存储器用于记忆数据和程序，包含只读存储器（ROM）和随机 存储器（RAM）。 1）只读存储器
只读存储器（d Only Memory）简称ROM，一般用于存储 计算机的控制程序、实施各项控制所需的标准参数等一些固定信 息，在制造时写入后不能更改。工作时只供读取，电源切断时其 储存的信息不会消失。 2）随机存储器
三、自适应控制
虽然在反馈控制系统中，系统的微小变化对动态特 性的影响可以被减弱，但是当系统的参数和环境变化 （如系统老化、工作温度、海拔高度等）比较显著时， 只有采用具有一定适应能力的系统，才能够满足要求。 所谓适应能力，就是系统本身能够随着环境条件或结 构的不可预计的变化，自行调整或修改系统参数。这 种本身具有适应能力的控制系统，叫做自适应式控制 系统。按照其调节方式的不同，自适应控制系统可以 分为前馈自适应控制和反馈自适应控制两种基本形式。
在微机系统中，微处理器、存储器和I／O接口之间要进 行大量的信息交换和数据传递，若上述各功能部件之间采 用点对点的信息和数据传输线路方式，则信息传输速度高， 传输过程简单，但整个系统所需要的信息传输线路量很大， 且传输线路利用率低，故在微机系统中的信息传输线路均 采用多点连接方式，即在上述各功能部件之间设置公共的 信息传输线路，这便是总线(BUS)。各功能部件间通过总线 的信息传递由CPU统一控制。
2、向传感器提供电压稳定的电源，确保各传感器正常工 作。
§1-3 电子控制器（ECU或ECM）
三、单片机 是将中央处理器CPU(CentralProcessingUnit)、存
储器M(Memory)、定时器、计数器、输入／输出(I／0)接 口电路等主要计算机部件集成在一块集成电路芯片上的 微型计算机。
§1-4 执行机构
§1-4 执行机构
§1-4 执行机构
§1-4 执行机构
⒉旋转电磁类执行机构 旋转电磁类执行机构其电磁线圈通电后使动作机构产生角位 移，旋转式发动机怠速控制阀就属此类执行机构。 1）旋转电磁机构的组成 2）旋转电磁机构的工作原理
§1-4 执行机构
§1-4 执行机构
§1-4 执行机构