汽车电子控制技术基础

第八章汽车电子控制技术基础第一节概述一、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，实现智能交通三、汽车电子控制系统的组成由传感器，控制器，执行器组成。传感器控制器执行器被控车辆四、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。四、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四、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，电子地图等第二节传感器一、发动机转速与曲轴位置传感器1.作用提供发动机转速与曲轴位置信号，用于确定点火正时、喷油正时，产生喷油控制脉冲与控制燃油泵工作，在无分电器系统中和燃油顺序喷射系统中，还用于产生判缸信号。2.类型分为磁感应式、光电式、霍尔效应式三种。（1）磁感应式发动机转速与曲轴位置传感器1）导磁转子触发式一般装于分电器内或单独的壳体内，转子由凸轮轴驱动。a.结构b.信号型式2）安装于飞轮处的传感器a.型式1利用飞轮正时标记产生曲轴位置信号2）安装于飞轮处的传感器型式2：利用飞轮齿圈缺齿产生曲轴位置信号（2）光电式发动机转速与曲轴位置传感器原理同光电式点火信号发生器（3）霍尔效应式发动机转速与曲轴位置传感器1）导磁转子触发式结构型式1装在分电器内，两转子上下布置。结构型式2装在单独的壳体内（无分电器），两转子上下布置。结构型式3两转子与两触发元件分别装在两个壳体内，有两根传感器轴分别驱动。结构型式4两转子内外布置，转子侧面装两触发开关。2）专用齿槽触发式在飞轮齿圈的边缘有对称的2组（或3组）槽，每组均布4槽。二、空气流量传感器1.作用将发动机的进气量转变为电信号，是确定基本喷油量、最佳点火提前角的重要参数。2.类型量板式、热丝（膜）式、卡门漩涡式等。（1）量板式（风门式）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）结构怠速旁通道：用于增加小负荷、怠速时进气量。CO调整螺钉用于调整旁通面积，改变怠速时混合气浓度。阻尼板和稳定室：用于减小量板震动，减小电压波动。3）测量电路温度传感器：将体积流量修正为质量流量相对电压表示进气量：减小电源电压波动对测量精度的影响。燃油泵开关4）优缺点结构简单，价格便宜，工作可靠，精度稳定；进气阻力大，信号反应慢；体积流量，需要进行温度与压力修正。（2）卡门漩涡式空气流量计1）原理在进气道中设置锥形涡流发生器，空气流过时，其后产生卡门漩涡，漩涡的频率与空气流速成正比，进气道截面积一定，因此漩涡的频率与进气流量（体积流量）成正比。2）结构类型a.反光镜检测式利用压力变化检测漩涡频率2）结构类型b.超声波检测式利用空气密度变化检测漩涡频率。（3）热线（膜）式空气流量计1）原理空气带走的热量与空气的质量流量成正比。2）结构类型按电热体的放置位置：主流式、旁通式。按电热体的结构型式：热丝式，热膜式。（热丝的自洁功能）3）测量电路组成惠斯登电桥，热丝在空气流带走热量时温度降低，电阻下降，电桥失衡。4）优缺点测量范围大，反应灵敏，体积小；质量流量，无需修正；电热体易污染而影响精度。三、进气压力传感器1.作用用于换算进气量（间接测量法）。主要有压电式、半导体压敏电阻式、电容式、差动变压器式、表面弹性波式等。2.结构类型（1）半导体压敏电阻式a.原理半导体应变片受拉或受压阻值会变化。b.结构c.特点线性度好，尺寸小，精度高，相应特性好，应用广泛。（2）电容式1）原理进气压力变化，引起构成电容的膜片间距变化，电容量也就产生变化。频率检测法电压检测法2）结构四、温度传感器1.作用测温，用于温度修正或与温度相关的控制。多用热敏电阻式温度传感器。2.原理电阻随温度变化。并联式串联式3.结构类型半导体式、绕线式、晶体管式等类型PTC----正温度系数热敏电阻NTC----负温度系数热敏电阻CTC----跃变型热敏电阻五、节气门位置传感器1.作用获得节气门开度、节气门开启速率、怠速状态等信息，用于点火正时、燃油喷射、怠速等控制。2.类型线性式、开关式两种。（1）线性式加了怠速触点的电位器。（2）开关式全闭触点：怠速时闭合；全开触点：大于50%时闭合。应用较少。六、氧传感器1.作用检测排气中的氧含量，用于空燃比的反馈控制。2.类型氧化锆型、氧化钛型。（1）氧化锆型1）原理高温下，氧化锆在两侧的氧浓度差下，会产生电动势。（氧电池）2）结构与特性锆管表面涂铂，用于催化CO与O2反应，提高灵敏度。（2）氧化钛型1）原理氧化钛的电阻随氧浓度的降低而减小。（氧电阻）2）结构与工作特性多孔氧化钛用于检测氧含量；实心氧化钛用于补偿温度对其电阻的影响。氧化钛的工作特性七、爆燃传感器1.作用检测缸体振动，用于判定发动机是否爆震。2.类型压电晶体式、磁电式。（1）压电晶体式1）原理石英晶体在受到压力时会其表明会产生电荷。（压电效应）2）结构与工作特性共振型：在发动机爆震时，石英晶体与质量块产生共振，输出电压高很多倍。非共振型：需要专门的滤波电路识别是否共振。（2）磁电式由永磁铁、绕有感应线圈的铁芯组成，铁芯移动时，线圈上将感应出电动势。传感器的固有频率与发动机的爆震振动频率是一致的，因此，在发动机爆震时，信号显著增大。八、车速/车轮转速传感器1.作用车速传感器：测量变速器输出轴转速，用于换算车速；轮速传感器：测量车轮转速，用于换算车速、车轮滑转/滑移率、车轮减速度，用于ABS控制。2.类型车速传感器：磁感应式、光电式、霍尔式、舌簧开关式、磁阻式等；轮速传感器：磁感应式、光电式、霍尔式。磁感应式、光电式、霍尔式与发动机转速与曲轴位置传感器原理相同。3.结构与原理（1）舌簧开关式车速传感器两触点臂被磁化为异性磁极时闭合，被磁化为同性磁极时断开。（2）磁阻式车速传感器磁阻元件（MRE）的特性：当元件的磁场强度改变时，其电阻也随之改变。（3）磁感应式轮速传感器原理与其它磁感应式传感器相同，其触发齿轮或齿圈装于轮毂内，随车轮一起旋转，传感器装于固定不同的部件上。按照其铁芯端部形状分为凿式和柱式两种。九、车身位移传感器1.作用用于检测车身相对于车桥的位移，计算车身位移和振动情况。多用光电式。2.原理遮光转子上有特制的透光槽，两边布置四个发光二极管和光敏三极管，透光槽的长度与位置保证遮光盘在不同的转角上四个光敏元件的输出不同，共有16钟组合。不同的组合代表不同的车高。2.结构十、转向盘转角传感器1.作用测量转向盘转动的角度与方向，计算车辆可能出现的侧倾情况，用于控制悬架的刚度与阻尼。多用光电式。2.原理遮光盘上均布有透光槽，转向轴带动遮光盘转动时，输出电压脉冲。有两组光电管，输出信号相差90度，用于判定转动方向。十一、转向盘转矩传感器1.作用测量驾驶员的转向力矩，用于调整电动助力的大小。主要有电感式、电位计式两种。2.电感式转向盘转矩传感器电感电桥，无力矩时，平衡；有作用力矩时，电感变化，电桥失衡。3.电位计式转向盘转矩传感器扭力杆变形，使电位计滑动。十二、减速度传感器1.作用测量制动时的减速度，ABS系统根据减速度值判定路面情况，选用不同的控制策略。（G传感器）2.差动变压器式3.水银开关式十三、碰撞传感器1.作用检测车辆碰撞时的减速度，判定碰撞强度，决定是否使安全气囊点火。2.分类机械触点式电子式偏心锤式滚球式滚柱式水银开关式用作安全传感器，只有碰撞时才接通气囊电源，防止气囊误爆。碰撞传感器十四、光照传感器1.作用检测日光或灯光光照强度，用于空调控制和前照灯自动变光。常用光电池式和光敏电阻式。2.半导体光敏电阻式3.二极管光敏电阻式第三节电子控制器•电子控制器通常被简称为ECU（ElectricControlUnit），接受各传感器和开关的输入信号，经分析判断后，输出控制信号到执行器，是车辆电控系统的大脑和神经中枢。•ECU由输入电路、微处理器、输出电路组成。一、输入电路包括信号处理电路与传感器电源电路两部分。1.数字信号处理电路数字信号是指频率信号（方波、脉冲等）、开关信号。2.模拟信号处理电路模拟信号是连续变化的电压或电流量。需要进行AD转换。3.传感器电源（1）自发电型传感器：不需要电源，如磁电式、电池型传感器；（2）电阻型传感器：电源电压是信号的基准电压。（3）其它类型传感器：需要稳定的电源电压。二、微处理器微处理器是ECU的核心，由中央处理器CPU、存储器、IO接口组成。1.中央处理器CPU2.存储器用于记忆程序与数据。存储器只读存储器（ROM）:保存程序与标准参数随机存储器（RAM）:保存修正参数与中间结果ROMPROMEPROMEEPROM三、输出电路由信号处理与驱动电路组成。驱动电路的两种型式：1.控制执行器的接地通路2.控制执行器的电源通路第四节执行机构接受ECU的驱动与控制信号，调整控制参数。执行器机械运动型非机械运动型电动机类电磁阀类如：点火线圈、加热电阻等直流电机步进电机串激式并激式混激式永磁式激磁式直动式旋转式开关工作方式定位工作方式脉动工作方式永磁转子式永磁定子式一、电机类执行机构1.普通直流电机多用永磁式和并激式。2.步进电机按步旋转，可控制转动的角度与方向。用于定位控制。（1）结构永磁转子（8对磁极，交错排列）、AB两定子（每个定子有8对爪极和两个绕向相反的绕组）（2）原理四个线圈顺序通电，生成定子磁极移动。二、电磁阀类执行机构1.直动电磁阀类执行机构通电后铁芯产生直线移动。（1）开关工作方式只有通电与断电两种状态，铁芯只有吸合、断开两个位置。（2）定位工作方式将通电电流分为数级，铁芯可在几个位置上停留。（3）脉冲工作方式通过脉冲宽度调制方式（PWM）调整供给电流，控制铁芯的位移量。2.旋转电磁阀类执行机构通电后转子产生角位移。有转子为永磁铁式、定子为永磁铁式两类。（1）组成两个电磁线圈，能产生相反的电磁力。（2）原理控制两个线圈的电流大小，使转子左转或右转。