第一章 汽車電子化與發(fā)動機電控技術(shù)

汽車電控技術(shù)緒論汽車是人類發(fā)明的最重要的交通工具之一。1886年，卡爾奔馳發(fā)明第一輛汽車；1903年，亨利福特創(chuàng)辦了第一家專業(yè)汽車制造廠；1950年，全世界汽車年產(chǎn)量1058萬輛；2006年，世界汽車年產(chǎn)量6912.7萬輛。2/5/20231汽車工業(yè)為社會創(chuàng)造巨大財富的同時，也帶來了負面影響：現(xiàn)代社會三大公害：大氣環(huán)境污染、能源危機、交通事故。應(yīng)對措施：汽車排放法規(guī)、汽車油耗法、防止交通事故安全法規(guī)等。汽車電控技術(shù)緒論2/5/20232第一章汽車電子化與發(fā)動機電控技術(shù)

1.1汽車電控技術(shù)簡介1.1.1汽車電子化發(fā)展簡介

第一階段：20世紀50年代初期~74年，對汽車電器產(chǎn)品進行電子技術(shù)改造。特征：解決電子產(chǎn)品在汽車上應(yīng)用的技術(shù)問題和拓展電子產(chǎn)品在汽車上應(yīng)用的范圍。

第二階段：74年~82年，單一控制系統(tǒng)應(yīng)用。特征：以微處理器為控制核心，以實現(xiàn)特定控制內(nèi)容或功能為基本目的，各種獨立的電子控制系統(tǒng)得到了迅速發(fā)展。

2/5/20233第三階段：82年~95年，集中控制系統(tǒng)應(yīng)用。特征：以微型計算機作為控制核心，能夠同時完成多種控制功能的計算機集中管理系統(tǒng)為基本模式，初步實現(xiàn)了汽車控制技術(shù)從普通電子控制向現(xiàn)代電子控制的過渡。

第四階段：

95年后，系統(tǒng)工程整體優(yōu)化。特征：隨著CAN總線技術(shù)和高速車用微型計算機的應(yīng)用，電子控制系統(tǒng)初步具備了對高復(fù)雜程度使用要求的控制能力，汽車電子化開始步入智能化控制的技術(shù)高點。

2/5/20234汽車電子技術(shù)的應(yīng)用范圍汽車電子技術(shù)車身控制發(fā)動機控制底盤控制汽車電子控制系統(tǒng)車載電子信息系統(tǒng)安全氣囊中央門鎖控制車燈控制空調(diào)控制巡航控制CCS動力轉(zhuǎn)向EPS主動懸架控制驅(qū)動防滑ASR防抱制動ABS自動變速器ECT廢氣再循環(huán)EGR怠速控制ISC噴油控制EFI點火控制2/5/202351.1.2

汽車電子發(fā)展趨勢隨著電子技術(shù)、計算機技術(shù)、控制技術(shù)、信息技術(shù)、新材料、新工藝的不斷進步，汽車電子技術(shù)的發(fā)展趨勢有以下方面：1.電子元件微型化、集成化、多路傳輸、區(qū)域網(wǎng)絡(luò)、模塊化；2.傳感器向智能型發(fā)展；3.將汽車的供電系統(tǒng)電壓標準由l2V提高到42V；4.光導(dǎo)纖維在汽車信號傳輸中的應(yīng)用；5.汽車上傳統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)將被機電一體化的裝置所代替，各種操縱系統(tǒng)向電子化和電動化發(fā)展，實現(xiàn)“線操控”；6.新的控制理論和方法將大量應(yīng)用。2/5/20236現(xiàn)代汽車電子控制系統(tǒng)主要由傳感器、電控單元ECU和執(zhí)行器三個部分組成。

傳感器用來采集汽車運行工況和環(huán)境狀況的參數(shù)信號，并將信號提供給電控單元。

電控單元將信號進行處理后，經(jīng)過計算、分析、判斷、比較、決策后發(fā)出最佳運行指令。

執(zhí)行器根據(jù)電控單元的指令實施動作，完成控制功能。控制原則：以傳感器為控制基礎(chǔ)，以電控單元為控制核心，以執(zhí)行器為控制對象，使汽車達到最佳運行性能。1.1.3

電子控制系統(tǒng)的組成2/5/20237汽車電子控制技術(shù)可分為四大類，即動力牽引系統(tǒng)控制，車輛行駛姿態(tài)控制，車身（車輛內(nèi)部）控制和信息傳送。

·發(fā)動機控制·變速器控制動力牽引系統(tǒng)車輛行駛姿態(tài)控制

·防抱死剎車控制·懸掛控制·巡航控制·防滑控制·動力轉(zhuǎn)向控制

·安全控制·空調(diào)控制·顯示儀表·自動操作控制·多路通訊系統(tǒng)車身內(nèi)部控制信息傳送

·車載移動電話·導(dǎo)航·音響系統(tǒng)1.1.4現(xiàn)代汽車電子技術(shù)應(yīng)用概況2/5/20238發(fā)動機電子控制能最大限度地提高發(fā)動機的動力性，改善發(fā)動機運轉(zhuǎn)的經(jīng)濟性，同時盡可能降低汽車尾氣中有害物質(zhì)的排放量。它是電子控制技術(shù)在汽車上應(yīng)用的主要部分。

發(fā)動機控制包括燃油噴射控制（EFI）、點火時間控制（ESA）、怠速控制（ISC）、排氣再循環(huán)（EGR）、發(fā)動機爆震控制和其他相應(yīng)的控制以及自診斷系統(tǒng)、后備系統(tǒng)等。

1.2汽車發(fā)動機電控技術(shù)簡介2/5/202391.2.1汽油發(fā)動機電子控制技術(shù)發(fā)展簡介一、機械控制汽油噴射系統(tǒng)

1952~1957年為第一階段。主要特征是：以提高發(fā)動機動力性為主要目的，把飛機發(fā)動機燃油噴射技術(shù)成功地移植到汽車發(fā)動機上。-----為電子控制汽油噴射技術(shù)的開發(fā)提供了寶貴的經(jīng)驗。

2/5/202310二、電子控制汽油噴射系統(tǒng)和點火系統(tǒng)1957~1979年為第二階段。主要特征是：以減少排污及降低能耗為主要目的，以空燃比精確控制為基本措施的各種電子控制汽油噴射系統(tǒng)相繼開發(fā)成功，汽油機運行控制進入電子控制的新階段。------為單一控制向集中控制過渡奠定了基礎(chǔ)。

2/5/202311三、發(fā)動機集中管理系統(tǒng)1979年以后是汽油機電子控制技術(shù)發(fā)生重大變革的第三階段。

主要特征是：把原先單一控制系統(tǒng)整合成一個系統(tǒng)，開發(fā)出了Motronic系統(tǒng)，即發(fā)動機集中管理系統(tǒng)。------為系統(tǒng)控制功能的拓展創(chuàng)造了條件。

2/5/202312單一控制：指控制系統(tǒng)只有汽油噴射控制（或點火控制）功能。集中控制：指控制系統(tǒng)除具有汽油噴射控制功能外，還具有點火正時等其他控制功能。單一控制和集中控制的共同點：系統(tǒng)都是由傳感器、電控單元ECU和執(zhí)行器三個部分組成。控制精度高，發(fā)動機性能比化油器發(fā)動機有明顯提高。2/5/202313單一控制和集中控制的不同點：采用單一控制技術(shù)的電噴發(fā)動機，各系統(tǒng)都必須按照各自的控制功能配置相應(yīng)的傳感器和控制單元，存在共需傳感器的重復(fù)及難于實現(xiàn)同步控制等弊端，限制了控制功能的擴展、優(yōu)化。集中控制既將多項目控制集中在一個ECU上完成，不同控制功能所共需傳感器只采用一個共用，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低了成本，提高了可靠性，并能方便地實現(xiàn)系統(tǒng)控制功能的拓展。2/5/2023141.2.2柴油發(fā)動機電控技術(shù)簡介第一階段：20世紀70年代至80年代中期基本特征是：采用位置控制方式，用電子控制的電液式或電磁式線位移或角位移驅(qū)動機構(gòu)，取代原來的機械式調(diào)速機構(gòu)和噴油提前調(diào)整裝置，實現(xiàn)循環(huán)噴油量和噴油定時的電子控制。

2/5/202315基本特征是：采用時間控制方式，類似于汽油機發(fā)動機集中管理系統(tǒng)在柴油機上應(yīng)用，電控系統(tǒng)通過用高速電磁閥對噴油泵或噴油器噴油過程進行控制，實現(xiàn)循環(huán)噴油量、噴油定時的電子控制。

第二階段：20世紀80年代中期以后2/5/202316在后期開發(fā)的柴油機電控共軌式燃油噴射系統(tǒng)采用“壓力控制”方式。噴油器噴孔尺寸一定，噴油時間一定，控制噴油壓力即可控制噴油量；而在增壓活塞和柱塞尺寸一定時，噴油壓力（即增壓壓力）取決于共軌中的油壓，共軌中的油壓是由ＥＣＵ根據(jù)各種傳感器信號通過燃油壓力調(diào)節(jié)閥來控制的，所以將此種噴油量控制方式稱為“壓力控制”方式。為降低對供油壓力的要求，噴油量的控制采用控制噴油壓力的方法實現(xiàn)，在系統(tǒng)中，ＥＣＵ根據(jù)實際的共軌壓力信號對共軌壓力進行閉環(huán)控制。2/5/2023172/5/2023181.3汽車底盤電控技術(shù)簡介底盤由傳動系統(tǒng)、行駛系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和制動系統(tǒng)四部分組成。傳動系統(tǒng)：由離合器、變速器、萬向節(jié)、傳動軸和驅(qū)動橋等組成。行駛系統(tǒng)：由車架、車橋、懸架和車輪等部分組成。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)：主要由轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)三個部分組成。制動系統(tǒng)：由制動操縱機構(gòu)和制動器兩個主要部分組成。2/5/202319傳動系統(tǒng)電子控制：電控自動離合器

、自動變速器、電子差速器、電控四輪驅(qū)動系統(tǒng)等行駛系統(tǒng)電子控制：電子調(diào)節(jié)懸架轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電子控制：動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、四輪轉(zhuǎn)向（4WS）控制制動系統(tǒng)電子控制：防抱死制動控制（ABS）、驅(qū)動防滑控制（ASR）、電子制動力分配(EBD)、緊急制動輔助裝置(EVA)系統(tǒng)等。其他電控裝置：巡航控制（CCS）、電子穩(wěn)定程序（ESP）等。2/5/202320一、自動變速器

它是由車速傳感器和節(jié)流閥開度傳感器將車速和節(jié)流閥開度轉(zhuǎn)換成電信號后作為電子控制裝置ECU的輸入信號，經(jīng)ECT的ECU按照換檔特性和換檔規(guī)律，適時輸出信號給電磁閥，利用電磁閥來控制油壓回路，從而精確控制傳動比，使汽車得到最佳檔位和最佳換檔時間。它與傳統(tǒng)變速器比較，具有高精度動力傳動效率、低油耗，改善換檔舒適性，汽車行使的平穩(wěn)性以及延長使用壽命等優(yōu)點。1.3.1汽車傳動系統(tǒng)電控技術(shù)2/5/2023211.自動變速器AT(自動排檔變速箱AutomaticTransmission)2.機械式自動變速器

AMT（手自一體變速箱）3.電子控制無級自動變速器CVT2/5/202322二、電控四輪驅(qū)動系統(tǒng)

電控四輪驅(qū)動系統(tǒng)特點：動力不僅可在前、后橋之間主動分配，也可在后橋左右兩側(cè)車輪間進行分配。當(dāng)車輛過彎時，系統(tǒng)會將更多動力輸送到處于彎道外側(cè)的后輪上，從而主動制造內(nèi)向偏航力矩，使車子在彎道中的行駛動態(tài)更穩(wěn)定。2/5/2023231.轉(zhuǎn)向助力控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)是根據(jù)車速、轉(zhuǎn)向角、轉(zhuǎn)矩等傳感器，自動控制施加在轉(zhuǎn)向盤上所需的轉(zhuǎn)向力，使汽車在停止或低速行駛時轉(zhuǎn)動方向盤的力減小，而在高速行駛時轉(zhuǎn)動方向盤的力增加，即在各種行駛條件下實現(xiàn)轉(zhuǎn)向盤上所需力的最佳值。全電子控制動力轉(zhuǎn)向可提供回正力矩和阻尼力矩，從而獲得最優(yōu)轉(zhuǎn)向回正特性，且大大改善車輛行駛穩(wěn)定性。此外，電子控制動力轉(zhuǎn)向還可獲得最優(yōu)化的轉(zhuǎn)向作用力特性，提高轉(zhuǎn)向響應(yīng)性。

1.3.2轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電控技術(shù)2/5/2023242.四輪轉(zhuǎn)向（4WS）控制四輪轉(zhuǎn)向（4WS）控制由安裝在后懸掛器處，用于操縱后輪的后輪轉(zhuǎn)向機構(gòu)及前輪轉(zhuǎn)向機構(gòu)所組成，這樣前后四個車輪均能進行轉(zhuǎn)向操縱。采用該控制系統(tǒng)的目的是為了提高汽車在低速時的轉(zhuǎn)向性能及在高速行駛時的轉(zhuǎn)向能力。2/5/2023251.防抱死制動ABS（Anti-LockBrakeSystem）ABS和ASR都是汽車的主要安全裝置。

在沒有ABS時，如果緊急剎車一般會使輪胎抱死，由于抱死之后輪胎與地面是滑動摩擦，所以剎車的距離會變長。如果前輪鎖死，車子失去側(cè)向轉(zhuǎn)向力，容易跑偏；如果后輪鎖死，后輪將失去側(cè)向抓地力，容易發(fā)生甩尾

。特別是在積雪路面，當(dāng)緊急制動時，更容易發(fā)生上述的情況。ABS可以防止汽車制動時車輪被抱死，從而有效地避免由于車輪抱死而易出的交通事故。它充分利用了輪胎與路面之間的最大附著力，顯著地提高了車輛制動時的方向穩(wěn)定性和可操縱性，防止了制動時產(chǎn)生側(cè)滑、甩尾等危險現(xiàn)象，縮短了制動距離，使制動效能得到充分發(fā)揮。1.3.3車輪防滑控制技術(shù)2/5/202326ASR是維持附著條件，充分發(fā)揮驅(qū)動力的電子調(diào)節(jié)裝置，其作用是通過控制發(fā)動機的輸出功率和驅(qū)動輪的制動系統(tǒng)等手段來控制驅(qū)動力，即在汽車起步，加速時減少驅(qū)動力，防止驅(qū)動力超過輪胎與路面的附著力而導(dǎo)致車輪空轉(zhuǎn)打滑，保持最佳的驅(qū)動力，改善汽車的方向穩(wěn)定性和操縱性。2.驅(qū)動防滑系統(tǒng)（ASR）2/5/2023273.EBD電子制動力分配系統(tǒng)

汽車制動時，如果四只輪胎附著地面的條件不同，就容易產(chǎn)生打滑、傾斜和側(cè)翻等現(xiàn)象。EBD的功能就是在汽車制動的瞬間，高速計算出四個輪胎由于附著不同而導(dǎo)致的摩擦力數(shù)值，然后調(diào)整制動裝置，達到制動力與摩擦力（牽引力）的匹配，以保證車輛的平穩(wěn)和安全。當(dāng)緊急剎車車輪抱死的情況下，EBD在ABS動作之前就已經(jīng)平衡了每一個輪的有效地面抓地力，可以防止出現(xiàn)甩尾和側(cè)移，并縮短汽車制動距離。EBD實際上是ABS的輔助功能，它可以改善提高ABS的功效。所以在安全指標上，汽車的性能又多了“ABS+EBD”。2/5/202328緊急制動時，剎車系統(tǒng)進入最大限量的工作狀態(tài)，ABS系統(tǒng)啟動，輪胎與地面產(chǎn)生劇烈摩擦，車速驟然下降，直到完全停下來。EVA系統(tǒng)便是在駕駛者踩剎車踏板這一過程中起作用的。通過嵌入式液壓助力系統(tǒng)，且根據(jù)駕駛者踩下剎車的速度和力量可以自動感知駕駛者需要什么樣的制動效果。從而提高緊急情況下的制動效率，最大限度避免事故的發(fā)生。

4.EVA緊急制動輔助裝置

2/5/2023295.ESP電子穩(wěn)定程序ESP通常是支援ABS及ASR的功能。它通過對從各傳感器傳來的車輛行駛狀態(tài)信息進行分析，然后向ABS、ASR發(fā)出糾偏指令，來幫助車輛維持動態(tài)平衡。ESP可以使車輛在各種狀況下保持最佳的穩(wěn)定性，在轉(zhuǎn)向過度或轉(zhuǎn)向不足的情形下效果更加明顯。

2/5/202330電子調(diào)節(jié)懸架

電子調(diào)節(jié)懸架可根據(jù)不同的路面狀況和車輛運動工況，自動控制車身高度，調(diào)整懸架的彈性剛度和阻尼，改善車輛行駛穩(wěn)定性、操縱性、平順性和乘坐舒適性。目前應(yīng)用的主要有半主動懸架和主動懸架。1.3.4懸架系統(tǒng)電控技術(shù)2/5/202331巡航控制（又稱為恒定車速控制）巡航控制系統(tǒng)實質(zhì)上是一種自動等速行駛控制系統(tǒng)。當(dāng)巡航控制系統(tǒng)工作時，汽車可以在駕駛員不踩加速踏板的情況下按設(shè)定的車速等速行駛，從而減輕駕駛員的疲勞，對汽車的舒適性和燃料經(jīng)濟性也有一定的改善。該控制系統(tǒng)是根據(jù)車速傳感器、定速控制開關(guān)及定速取消開關(guān)的信號，通過進氣管的負壓壓力或一臺小電機來調(diào)節(jié)節(jié)氣門開度來保持預(yù)先設(shè)定的車速的。1.3.5其他電控系統(tǒng)2/5/202332車身的電子控制

增設(shè)車身控制（又稱車輛內(nèi)部系統(tǒng)控制）的目的是為司乘人員提供更為舒適、更為便利及更為安全的環(huán)境，并能夠提高整車的市場競爭力。

車身的電子控制包括：車用空調(diào)控制，數(shù)字化儀表信息顯示，擋風(fēng)玻璃的雨刷控制，車燈控制，車后障礙檢測，安全保護系統(tǒng)，多路通訊系統(tǒng)，門鎖控制，電動車窗控制，電動坐椅控制，安全帶控制及空氣袋控制等。

2/5/2023331汽車空調(diào)控制

汽車空調(diào)控制系統(tǒng)用來控制車廂內(nèi)的溫度，使車內(nèi)溫度保持在一設(shè)定的舒適溫度范圍內(nèi)。該系統(tǒng)控制車內(nèi)空氣溫度、空氣出口流量、風(fēng)扇速度、吸入空氣或排出空氣及空調(diào)壓縮機的運行等。

2/5/202334

2信息顯示系統(tǒng)

汽車信息顯示系統(tǒng)正處于發(fā)展和完善階段，由車況監(jiān)測部件、車載計算機和電子儀表三部分組成。汽車車況監(jiān)測是傳統(tǒng)機械式儀表板報警功能的改進和發(fā)展，通過液位、壓力、溫度、燈光等傳感器，監(jiān)測發(fā)動機、制動系、電源系統(tǒng)以及車燈的故障。車載計算機提供的信息能提高行車的安全性、燃油經(jīng)濟性及乘坐舒適性、它能使駕駛員獲得平均油耗、瞬間油耗、平均車速、可行駛里程、駕駛時間、時鐘、溫度等有關(guān)正確駕駛的信息。這些信息在不需要時不顯示，需要時通過鍵盤和按鈕調(diào)出。電子儀表為駕駛員提供汽車行使時最基本的操作信息。且這些信息連續(xù)在儀表板上顯示。

2/5/2023353安全氣囊控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)是一種被動安全保護裝置，由觸發(fā)裝置、氣體發(fā)生器和氣囊三部分組成。觸發(fā)裝置包括傳感器、電子控制裝置、儲備電源和監(jiān)