01第一章汽车电子控制技术概述

机械工程学院汽车工程研究所汽车发动机电子控制技术专业：车辆工程任课教师：孙涛汽车工程研究所2教材与参考书1.《车用汽油机燃料喷射与电子控制》教材卓斌，刘启华机械工业出版社2.《汽车电子控制技术》参考书周云山机械工业出版社3.《汽车电子控制技术》参考书冯渊机械工业出版社汽车工程研究所3本学期授课计划1.汽车电控系统的发展现状4学时2.汽油机控制基础4学时3.汽油机电控系统传感器4学时4.汽油机电控系统控制器2学时5.汽油机电控系统执行器4学时6.汽油机电控控制策略6学时7.小测验2学时8.汽油机起动与点火实验与汽油机运行实验4学时汽车工程研究所4联系方式机械工程学院汽车工程研究所332室每周二下午Tel:021-55275287E-mail:[e-mail]汽车工程研究所5第一章汽车电子控制技术概述汽车发动机电控系统是从属于汽车电控系统的一部分，因此，有必要首先明确一下汽车电控系统的含义以及产生的背景；汽车电子控制技术汽车电子控制技术：汽车技术、电子技术、自动控制理论相结合的产物；产生的背景：人们对于汽车性能、节能、环保的重视程度的不断提高，因而，汽车行业的相关法规不断出台，(汽车的主动和被动安全性，油耗指标，排放法规)；从而带动了汽车电控技术的发展；汽车工程研究所6第一章汽车电子控制技术概述1.1基本的电控系统1.2汽车电控系统发展简介1.3汽车电控系统的组成1.4汽车电控系统的类型1.5汽车发动机电控系统汽车工程研究所71.1基本的电控系统电控系统一般都可分为传感器、控制器和执行器；传感器：将物理参数转换为电信号，目的在于监测装置的运行和环境，并将其输送到控制器；控制器：接受和处理传感器发出的各种信息，并加以分析，利用事先制定的控制策略决定在当前状态下控制指令，执行器：接受控制器的指令，通过自身的设计将电信号的控制指令转变为执行元件的相应动作。汽车工程研究所8电控系统的基本要求准确性好；输出准确地接近在一定输入条件下的理想输出；——超调量小响应快速；对输入的变化响应足够快，且准确的追随这种变化；——过渡过程时间短稳定性好；控制系统稳定且在输入信号改变时，控制系统的运行要稳定；——稳定裕度大鲁棒性强，对内外部干扰的不敏感，可用矩阵范数来度量汽车工程研究所9第一章汽车电子控制技术概述1.1基本的电控系统1.2汽车电控系统发展简介1.3汽车电控系统的组成1.4汽车电控系统的类型1.5汽车发动机的电控系统汽车工程研究所101.2汽车电控技术发展简介发动机电子控制技术功能：采集发动机工况信号，根据传感器采集的信号，确定最佳喷油量，喷油时刻，点火时刻，从而提高发动机的动力性，燃油经济性和排放性能；产生背景：借鉴飞机发动机汽油喷射技术，并伴随电子技术和油耗以及排放法规要求逐步提高发展到今天的水平的；汽车工程研究所11Bosch汽油机电控系统发展历程1952年，第一台机械控制式汽油喷射式发动机，配装于Benz300L赛车上，汽油直接喷入气缸内，A/F利用气动式混合气调节器；1958年，研制成功向进气管内喷油的机械控制式发动机，空燃比采用机械式油量分配器，配装于Benz220；1967年，Bosch研制成功K-Jetronic机械控制式汽油喷射系统；同年，Bosch公司购买了美国Bendix的专利技术，开始生产D-Jetronic，开创了汽油机电控燃油喷射技术的新时代；汽车工程研究所12进一步的发展1973年，在D型的基础上，改进为L-Jetronic1979年，在L型的基础上，将点火控制和燃油喷射控制结合在一起，从而构成了今天广泛采用的汽油发动机Motronic控制系统局部的改进有两个类型：1981年，LH－Jetronic；热线式空气流量传感器；1982年，KE－Jetronic；机电控制式汽车工程研究所13发动机电控技术发展过程—图1-1汽车工程研究所14变速器电控技术防止发动机过载；改变转速比和转矩比；自动变速器是在机械式自动变速器、液力变矩器等液力传动技术和电子控制技术的基础上发展而成的；液力传动技术最早发明于欧洲，并率先应用于船舶上；1938年，美国通用公司首先推出了将行星齿轮变速器与液力耦合器组合而成的液力自动变速器；采用液压自动变速，是现代轿车自动变速器的雏形；此后，不断推陈出新；1969年，雷诺采用计算机控制自动变速，成为电控液力自动变速器的先驱；汽车工程研究所15防抱死制动系统ABS缩短制动距离，防止制动时，跑偏、甩尾和轮胎过度磨损；最早应用于铁路机车；目的是防止制动时，车轮外圆过度磨损而导致的振动和噪音；1920年，英国人研制成功了ABS技术，并于1932年申请了专利，1936年，Bosch获得了ABS专利权；在40年代末，成为飞机的标配；最早在汽车上采用ABS的是美国福特公司，将其装配于林肯牌轿车上；汽车工程研究所16汽车电子控制技术应用的优越性减少燃油消耗，如采用发动机电控喷油技术，电控点火，混合气浓度控制后，与传统的化油器发动机相比节约10％~15％;减少空气污染；尾气中主要是HC，CO以及NOx;利用EGR控制以及三元催化净化装置，可以降低有害气体的排放；提高安全性；采用主动和被动安全装置后，整车的安全性得到大幅度的提升；提高舒适性；降低了振动水平；噪声的控制和空气温度和湿度的调节；汽车工程研究所17第一章汽车电子控制技术概述1.1基本的电控系统1.2汽车发动机电控系统发展简介1.3汽车电控系统的组成1.4汽车电控系统的类型1.5汽车发动机的电控系统汽车工程研究所181.3汽车电控系统的组成自动控制系统的一般组成(图1-2)汽车工程研究所19各部分功用（1）检测反馈单元：通过各种传感器检测受控参数或其它中间变量，经放大、转换后用以显示或作为反馈信号。指令及信号处理单元：该单元接受人机对话随机指令或定值、程序指令，并接受反馈信号，一般具有信号比较、变换、运算、逻辑等处理功能。汽车工程研究所20各部分功用（2）转换放大单元：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。执行器：直接驱动受控对象的部件，可以是电磁元件，如电磁铁、电动机等；也可以是液压或气动元件，如液压或气压工作缸及马达。为了使驱动特性与受控对象的负荷特性相互匹配，还可附加变速机构，如液压马达和行星齿轮传动的组合。动力源：动力源为各单元提供能源，通常包括电气动力源和流体动力源两类。汽车工程研究所21自动控制系统的分类开环控制系统闭环控制系统按有无反馈环节分按输入量变化分恒值控制系统随动控制系统过程控制系统连续控制系统离散控制系统按信号对时间的关系分按输出、输入的关系分线性系统非线性系统汽车工程研究所22简化的汽车电控系统模型图1－3简化的汽车电子控制系统模型控制器(ECU)传感器执行器向ECU提供汽车运行状况和发动机工况接收来自传感器的信息，经信息处理后发出相应的控制指令给执行器执行ECU的专项指令，从而完成控制目的汽车工程研究所23第一章汽车电子控制技术概述1.1基本的电控系统1.2汽车发动机电控系统发展简介1.3汽车电控系统的组成1.4汽车电控系统的类型1.5汽车发动机的电控系统汽车工程研究所241.4汽车电子控制系统的类型一般而言，有两种分类方式，汽车的总体结构分类：1）发动机和动力传动集中控制系统。2）底盘综合控制和安全系统。3）智能车身电子系统。从功能角度来分类：1）动力性控制，2）安全性控制3）舒适性控制，4）信息及附属装置控制汽车工程研究所25动力性控制系统名称控制量电控燃油喷射(EFI)喷油量；喷油时刻；燃油泵；燃油供停电控点火点火时刻；通电时间；爆震防止怠速转速控制(ISC)空调通断；变速器挂挡；动力转向泵通断；排放控制EGR；A/F反馈控制；进气控制进气引导通路切换；涡流控制阀；增压控制泄压阀；废气涡轮增压器；自诊断与失效保护故障警告；存储故障代码；传感器失效保护；电控变速发动机输出转矩；变速器换挡时机；汽车工程研究所26安全性控制系统名称控制量防抱死制动系统车轮制动力；滑移率；驱动防滑控制发动机输出转矩,驱动轮制动力,差速器锁止安全气囊控制气囊点火器点火时机；座椅安全带收紧控制收紧器点火器点火时机；动力转向控制控制助力油压；气压或电动机电流；雷达车距控制车距；报警；制动；电子稳定性程序横摆力矩；车身侧顷；横摆角速度四轮转向侧向力；侧偏角汽车工程研究所27舒适性控制系统名称控制量悬架控制车身高度；悬架刚度；悬架阻尼；执行器主动控制力；车身姿态控制(俯仰，侧倾，点头)巡航控制车速；安全(解除巡航状态)空调控制温度(制冷，取暖)电动座椅控制方向(前/后)；高低(上/下)前照灯光控制焦距；光线角度；汽车工程研究所28信息系统及附属装置系统名称控制量交通信息显示交通信息，电子地图CD音响娱乐信息控制；车载电话，GPS通讯联络车载计算机车内办公电子仪表汽车状态显示中央门锁控制门锁遥控；行驶自锁；玻璃升降防盗控制报警；数字密码点火开关；方向盘自锁安全驾驶监控驾驶时间；方向盘状态；驾驶员身体状态汽车工程研究所29汽车电控领域的发展动向车辆动力学(垂向、纵向、横向)和电子控制技术相结合进一步发展，新的研究方法和手段不断出现。(HIL;线控技术；)发动机燃油经济性和排放性能(稀燃、缸内直喷)——混合气涡流、燃油喷射、点火定时控制；主动安全ESP(4WS+LSC)车身姿态控制和悬架控制汽车工程研究所30第一章汽车电子控制技术概述1.1基本的电控系统1.2汽车发动机电控系统发展简介1.3汽车电控系统的组成1.4汽车电控系统的类型1.5汽车发动机的电控系统汽车工程研究所311.5汽车发动机电控系统当汽车行驶时，驾驶者对加速踏板的操作决定了发动机的输出功率，对汽油机而言，加速踏板与节气门作机械连接。驾驶者踩下加速踏板，就会改变节气门的开度，调节每个气缸的循环充气量，从而得到需要的功率；传统汽油机的调节与控制发动机电控系统的内涵发动机电控系统的构成汽车工程研究所32传统汽油机的调节与控制传统的汽油机中，存在着对空燃比，点火提前角和怠速的控制和调节；空燃比(A/F):用化油器控制，其中主量孔提供了稳定条件下大部分时间处于部分负荷运行时所需要的空燃比，机械省油器和真空省油器提供加浓燃油，以获得高速高负荷时所需要的功率空燃比；加速泵则在突然加速等过程中提供瞬态加浓燃油；冷起动时，利用阻风门进一步加浓混合气；点火提前角：通常由断电－分电器中断电白金触点的闭合位置来决定点火提前角的基本量；并由真空提前器和离心提前器根据负荷和转速对提前角进行校正；怠速：怠速调节螺钉改变节气门的极限位置，即最小开度，以调节怠速空气量，并通过化油器怠速系统调节空燃比；汽车工程研究所33发动机电控系统的内涵现代电控系统中，空燃比，点火提前角和怠速控制仍然是电控系统的基本控制功能和任务，当然，其控制方式和控制元件完全不同了；传感器：将正在运行的发动机的机械参数和热力学参数转化为电信号传递给控制器，电信号可为数字式或模拟式，均为毫安级；控制器：对传感器的信息进行分析综合，决定发动机当前的运行模式，并将控制指令送到执行器；执行器：依控制指令动作，将电信号转换为某些机械运动，从而改变发动机的某些运行条件；汽车工程研究所34发动机电控系统的示意图发动机传感器控制器执行器1.监测发动机工况2.将信息传至控制器1.接受控制指令2.按控制指令执行动作1.接受并分析输入信息2.决定如何调整发动机3.发出控制指令到执行器图1－4发动机电控系统示意图汽车工程研究所35传感器控制器信息传递(图1-5)驾驶员操纵信号；节气门位置信息传给控制器；进气管绝对压力；反映发动机转矩，并表征循环充气量的大小；发动机冷却水温度；对A/F与点火定时均存在较大影响；发动机转速；对点火提前角有较大影响，同时通过对转速信号的处理，可得出曲轴角位置的信息，以确定具体的点火时刻；排气再循环情况