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山东交通学院汽车电子控制技术吴娜山东交通学院第一章概述♫前言♫课程简介♫汽车电子技术发展综述♫汽车电子控制技术简介♫汽车电子控制系统的组成山东交通学院前言近十年来,我国汽车工业快速而稳步发展，汽车产量年均增长15%，是同期世界汽车产量增速的10倍，特别是近三年，产量年均增长30%以上，截止2010年底，我国汽车保有量超过8500万辆，汽车化水平达到1辆/15人。汽车工业正在成为拉动我国经济增长的发动机。汽车电子产品的费用占整车的比重在1990年为10%、1998年约15%、2003年达到20%，2010年达到30%以上，并且还在不断提高。山东交通学院山东交通学院汽车电子产品要求高效高效节能节能安全环保环保舒适舒适山东交通学院汽车电子产品是实现五大目标的主要手段。同时也成为影响汽车可靠性的主要因素。山东交通学院1-1课程简介一、课程内容和性质♫了解汽车电子控制技术的原理，熟悉电子控制系统的作用、组成，对于正确合理地设计、使用和维修汽车，充分发挥汽车性能，具有重要的意义。♫本课程主要介绍汽车（包括发动机、底盘和车身部分）电子控制系统的作用、组成、工作原理和控制方法。♫考查课。山东交通学院二、学习要求本课程的学习要求：¾扎实掌握汽车电子控制系统的作用和基本原理；¾深入了解各个电子控制系统的组成和控制方法；¾简单了解汽车电子控制系统的诊断维修方法等。同时，大家要提高学习的主动性和创造性，努力学会发现问题、分析问题和解决问题，养成良好的学习习惯。由于教材在内容编排和次序方面存在一些问题，实际讲授的内容和顺序可能与教材不符，请大家做好笔记，并注意参考有关杂志和专业资料。山东交通学院三、参考资料冯渊编《汽车电子控制技术》（机械工业出版社2005）周云山主编《汽车电子控制技术》（机械工业出版社2004）余成波主编《传感器与自动检测技术》（高教出版社2004）BOSCH著-魏春源译《汽车电气与电子》（北京理工大学出版2004）各种专业杂志、汽车维修手册以及有关的专业书籍等。山东交通学院四、考核方法•考核方法：采用考勤、平时考核和期末考试结合的方法进行。•期末考试采用闭卷方式，期末考试成绩与平时成绩在总成绩中的比重为8:2。山东交通学院1-2汽车电子技术发展综述到目前为止，汽车电子设备主要经历了三个迅速发展阶段。一、二十世纪六十年代初期至七十年代末期二极管、三极管生产技术是基础，主要特征是电子装置代替机械部件。（排放控制是背景）1960年美国福特汽车公司开始将晶体管开关电路应用于传统点火系,形成了半晶体点火系；汽车上大量采用交流发电机也是从1960年开始山东交通学院1967年美国通用汽车公司成功地开发出了集成电路调节器。1967年D-Jetronic汽油喷射系统出现。从1969年开始通用汽车公司和福特汽车公司开始采用整体交流发电机。1973年前后,美国三大汽车制造厂开始广泛使用完全由晶体管控制的点火系—普通电子点火系，L-Jetronic汽油喷射系统出现。山东交通学院二、二十世纪七十年代末期至八十年代末大规模IC生产技术是基础，主要特征是微机开始在汽车上获得应用。（高速公路网的发展、第二次石油危机是背景）主要表现在三个方面：部分传统电子设备实现微机控制、发动机和底盘许多机械部分实现微机控制、微机控制新设备及装置不断出现山东交通学院通用汽车公司于1977年率先实现了用微机控制点火提前角，揭开了计算机在汽车上应用的序幕。1978年ABS应用。1979年Motronic汽油喷射和点火系统出现。1986年电子调速器开始应用。1987-1989年ASR和电子变速控制系统出现三、八十年代末至今卫星通信和计算机技术是基础，主要特征是计算机控制范围更加广泛，突出智能化、信息化和网络化。（地球环境保护和高效舒适是背景）山东交通学院强调以人-车-环境为主线的系统工程整体优化，使司机实现对汽车从宏观到微观的了解和控制、并实现和外界的信息沟通。1989年CAN网络和导航系统出现。山东交通学院1997年ESP和车载无线电话开始应用；制动、转向、悬架实现综合控制等。另外，包括GPS、夜视技术、局域网Intranet等技术，将先进科学技术与现代汽车技术完美地融为一体。山东交通学院山东交通学院山东交通学院山东交通学院总之，随着人们对汽车在高速、灵活、可靠、自动、安全、经济、环保等方面的要求越来越高,加之电子工业特别是大规模集成电路和计算机技术的飞速发展,使汽车电子设备发生了巨大变化,各个系统部分※结构向轻量化小型化方向发展；※性能向免维护高可靠性方向发展；※控制向智能化网络化方向发展。长寿、低耗、高效、环保、安全成为汽车发展的目标；机电一体化、智能化、网络化成为汽车电子设备发展必然。山东交通学院1-3汽车电子控制技术分类一、按控制对象分1.发动机和变速器控制（Powertrain）：–EFI-电动燃油喷射系统、–EGR-废气再循环系统、–VVT-发动机可变气门正时技术、–THW-水温传感器、–AT-自动档自动变速器、–CVT-无级变速器等。山东交通学院2.底盘和车身控制（Chassis&Body）：ABS-防抱死系统ASR(TRC)-加速防滑控制系统ESP-电子稳定程序EPS-电动助力转向系统EBD-电子制动力分配SRS-安全气囊等。山东交通学院1-3汽车电子控制技术分类二、按控制目标分1.动力性、经济性、排放性控制：EFI、EGR、EVP、VVT、THW、TUR、ISC、AT、CVT等2.安全性、通过性控制：ABS、ASR(TRC)、ESP、EMS(orAS)、SRS等。3.舒适与方便性控制：EPS、GPS、AC等。4.自诊断和数据通讯：OBD等。借助：Internet、Intranet(CAN、LIN、FLEX)山东交通学院山东交通学院1-4汽车电子控制系统的组成一汽车电子控制系统基本组成和原理二汽车传感器三汽车电子控制单元四汽车电子控制系统执行元件※汽车电子控制系统控制理论山东交通学院一汽车电子控制系统的组成和原理（一）汽车电子控制系统组成信号输入装置（各种传感器）电子控制单元（ECU）执行元件山东交通学院汽车电子控制系统由硬件和软件两部分组成。1.硬件：传感器、汽车计算机（简称为ECU）、执行机构三部分，ECU又由输入接口、微处理器（CPU）和输出接口组成2.软件：系统软件和应用软件。系统软件是对主机和外部设备（硬件）进行统一管理和控制的各种程序，包括操作系统、语言加工系统和诊断系统。应用软件是为实现控制功能所编制的程序，包括数据采集程序、运算比较处理程序及驱动执行程序等。软件（汽车电子控制系统所需要的程序）一般在制造过程中储存在ECU的存储器中。山东交通学院汽车电子控制系统硬件软件传感器：将乘员、车辆和环境的有关信息转变为电信号，为计算机控制提供依据。（成本的16%）汽车计算机：根据软件指令完成数据采集、运算、比较和驱动等功能。（成本的30%）执行机构：根据计算机指令完成相应的动作，实现预想功能。（成本的43%，另外线束占11%）系统软件：对主机和外部设备（硬件）进行统一管理和控制。包括操作系统、语言加工系统和诊断系统等应用软件：实现控制功能所编制的程序，包括数据采集程序、运算比较处理程序及驱动执行程序等。山东交通学院输出回路山东交通学院（二）汽车电子控制系统工作原理汽车使用过程中，开关接通后ECU开始检测传感器产生的信号，并把这些信息进行运算处理后与存储器中的“标准数据”进行比较，根据比较结果给执行机构发出指令，实现相应功能各种执行机构中央处理单元环境和车辆信息、操作指令标准数据和程序执行情况反馈山东交通学院汽车电子控制系统工作流程乘员汽车环境传感器输入接口执行器A/DD/ACPU存储器软件输出接口模拟信号A/D传感器数字信号CPU存储器软件电源数字信号D/A模拟信号执行器山东交通学院例如：点火开关接通后，ECU使汽油泵运转、进行指示灯检测等；3-5s后再根据曲轴转速信号决定是否继续运转或进行其他控制。司机车辆点火开关曲轴转速汽油泵仪表等A/DD/ACPU存储器软件输出接口输入接口山东交通学院二汽车传感器（一）汽车传感器的作用利用物理变化或结构变化将乘员的状态和指令、车辆状况、环境条件等有关信息转变为电信号，为计算机控制提供依据DoorLock/UnlockBackDoorOpenStartHybridSystem山东交通学院（二）汽车传感器分类1.按能量关系（是否需要电源）分：被动型（需要外加电源），如电阻、电感、电容型传感器。主动型（不需要外加电源），如压电效应、热电效应、磁感应2.按工作原理分：电阻式、电感式、电容式、压电效应、热电效应、磁感应、光电效应等。3.按输出信号种类分：模拟式、数字式开关量、连续脉冲三种。4.按用途（输入量种类）分：温度、压力、流量、液面位置、位移、速度、加速度、气体浓度、转矩和其它传感器。山东交通学院山东交通学院（三）汽车传感器的性能要求1.有较好的环境适应性适应振动、冲击、冷热负荷、潮湿、灰尘、腐蚀及油液污染等。2.有较高的工作稳定性和可靠性3.具有大批量生产和通用性山东交通学院山东交通学院（四）汽车传感器的选用1.1.量程选择量程选择量程——传感器测量上限与下限的代数差。2.2.灵敏度选择灵敏度选择灵敏度——传感器输出变化值与被测量的变化值之比。3.3.分辨率选择分辨率选择分辨率——传感器检测出的被测信号的昀小增量。4.4.误差（精度）的选择误差（精度）的选择误差——指测量指示值与真值之间的差。包括绝对误差和相对误差山东交通学院5.5.重复性的选择重复性的选择传感器在工作条件下，对同一被测量，在同一方向上进行重复测量时，其结果的一致性。6.6.线性度的选择线性度的选择指传感器输入与输出关系与其理论拟合直线之间的偏差。7.7.过载的选择过载的选择表示传感器允许承受的昀大输入量。8.8.可靠度的选择可靠度的选择传感器在规定的条件下，正常工作的可能性（概率）。9.9.响应时间的选择响应时间的选择当传感器受到阶跃信号激励后，其输出值达到稳定值规定百分数时所需时间。山东交通学院（五）传感器的标定与校准1.传感器的标定确定传感器输出电量与输入量之间关系的过程。输入量一般用标准设备产生，输出电量用规定仪器测量，标定条件与使用条件尽量接近。2.传感器的校准检测传感器的基本性能参数，判断是否可以继续使用，必要时进行修正，确保传感器测量精度的过程。检测方法与标定接近。标定在使用前进行，校准在使用过程中进行。山东交通学院（六）常见汽车传感器简介1.温度传感器将冷却液、进气、排气、车内外环境、润滑油等温度转变为电信号。主要有金属电阻（绕线电阻）式、热敏电阻式、热电偶式、电热式、半导体晶体管式等。2.压力传感器将大气压力、进气管压力、机油压力、燃油压力、轮胎压力、制冷剂压力、缸体振动等转变为电信号。主要有利用压力变形的热电式和半导体压敏电阻式、电容式、电感式，利用压电效应的压电传感器等。山东交通学院3.流量传感器将发动机进气量、废气再循环量、二次喷射空气量、制冷剂流量等转变为电信号。空气流量计可以分为以下四种：翼片式空气流量计，卡门旋涡式空气流量计(体积流量型)，热线式空气流量计，热膜式空气流量计(质量流量型)。4.转速传感器测量曲轴转速、变速器输出轴转速、车轮转速，以及曲轴转角、方向盘转角、节气门位置、阀门开度等。主要有磁感应式、霍尔效应式、光电效应式。山东交通学院5.转角和位置传感器测量曲轴转角、方向盘转角、节气门位置、阀门开度、各种液面高度等。主要有开关式、电位器式、磁感应式、霍尔效应式、光电效应式等。6.气体浓度传感器将O2、CO2、CO、HC、NOx和柴油烟度等转化为电信号。常用的氧传感器有氧化锆式、氧化钛式两种。7.加速度传感器检测车辆加速度（或减速度），也称为G传感器。常用的有差动电压式、开关式两种。山东交通学院三汽车电子控制单元（ECU）（一）汽车电子控制单元的功能–1.接受传感器或其他装置的输入信号并进行处理。–2.给传感器提供参考电压。–3.存储、计算、分析处理有关数据和信息。–4.输出执行指令、实现驱动功能