模塊二 汽車電控系統基礎

任務一 自動控制的基本概念

單元目標：了解電控系統的基本概念；熟悉開環和閉環控制的特點，熟悉發動機電控系統中的開環控制和閉環控制

活動一 自動控制的基本概念

自動控制理論的發展與應用，不僅改善了勞動條件，把人類從繁重的勞動中解放出來，而且由于自動控制系統往往能以某種最佳方式運行，可以提高勞動生產率，提高產品質量，節約能源，降低成本。汽車中的自動變速器、自動空調、自動巡航裝置以及發動機運行的控制都處處體現了自動控制的優越性。

所謂自動控制，就是采用控制裝置使被控對象的受控物理量能夠在一定的精度范圍內，按照給定的規律變化，達到控制的目的。例如汽車發動機的怠速控制，發動機控制單元根據所設定的怠速參數和條件，控制節氣門怠速穩定裝置（如圖2-10所示）的進氣和噴油器的噴油量達到穩定怠速的目的。

圖2-10節氣門怠速穩定裝置活動二 開環控制和閉環控制的特點

開環控制是一種最簡單的控制方式，如圖2-11所示控制裝置與被控對象之間只有按順序工作，沒有反向聯系的控制過程，按這種方式組成的系統稱為開環控制系統，其特點是系統的輸出量不會對系統的控制作用發生影響，沒有自動修正或補償的能力。開環控制系統的缺點是控制精度取決于組成系統元件的精度，因此對元件的精度要求較高。

圖2-11開環控制系統閉環控制帶有反饋環節，如圖2-12所示通過反饋使系統的精確度提高，響應時間縮短，適合于對系統的響應時間，穩定性要求高的系統。閉環控制系統的特點是對前向通路中元件的精度要求不高，系統的輸出量能夠自動地跟蹤給定量，減小跟蹤誤差，提高控制精度，抑制擾動信號的影響。如今汽車發動機噴油、點火系統都采用閉環控制，降低尾氣排放，節能增效。

圖2-12閉環控制系統活動三 認識發動機電噴系統中的開環控制和閉環控制

發動機電噴系統主要采用開環與閉環控制（反饋控制）相結合的方式。對諸如暖機、怠速等需要供給濃混合氣的工況采取開環控制，此外則通過排氣管中設置的氧傳感器來檢測肺氣中的含氧量推算出實際空燃比來進行反饋控制。由空氣流量計或進氣歧管絕對壓力傳感器和轉速傳感器測量進氣空氣量，由ECU根據冷卻水溫、進氣溫度、氧傳感器信號等確定合適的空燃比，計算所需噴油量，進而對執行器（噴油器和電路斷開繼電器）進行控制，其原理如圖2-13所示。

圖2-13發動機電噴系統開環和閉環控制任務二 認識汽車上的電子控制裝置

單元目標：了解汽車發動機電控系統中常用的傳感器、執行器的作用及特點；熟悉電噴系統中幾個常用傳感器、執行器

活動一 發動機電控系統中幾個常用的傳感器

汽車用傳感器是汽車計算機系統的輸入裝置，它把汽車運行中各種工況信息，如車速、各種介質的溫度、發動機運轉工況等，轉化成電訊號輸給計算機，以便發動機處于最佳工作狀態。

發動機控制用傳感器有許多種類，其中包括溫度傳感器、壓力傳感器、轉速和角度傳感器、流量傳感器、位置傳感器、氣體濃度傳感器、爆震傳感器等。

知識鏈接］電控發動機上幾個常用的傳感器

1、轉速傳感器

（1）磁脈沖傳感器（外觀如圖2-14所示）

圖2-14磁脈沖傳感器（傳感線圈）圖2-15磁脈沖傳感器工作原理磁脈沖傳感器包括一個觸發輪(也叫變磁阻轉子)和一個傳感線圈。當觸發輪齒轉過傳感線圈，磁場和感應電壓發生變化。輪齒進入磁場時，磁場強度增加，線圈電壓極性為正電壓，而當輪齒從磁極移開時，磁場開始消失，在傳感線圈中產生負壓。如圖2-15所示。

（2）霍爾傳感器

霍爾效應傳感器中裝有半導體基片和永久磁鐵，應用霍爾效應產生電壓脈沖。霍爾效應傳感器有一個與分火頭一體的觸發輪，輪上帶有一定寬度凹槽的輪葉，由磁屏蔽材料制成，如圖6-16所示。當葉輪不在凹槽內時，磁力線穿過霍爾芯片，使之產生霍爾電壓；當觸發輪的輪葉位于凹槽內時，永久磁鐵的磁力線不能到達對面的霍爾芯片，沒有霍爾電壓。這樣當觸發輪轉動時，輪葉周期性地屏蔽到達霍爾芯片的磁力線，使霍爾芯片產生電壓脈沖，再輸入控制系統感知相應的轉速。

圖2-17霍爾效應原理圖圖2-16霍爾傳感器工作原理霍爾效應原理：將半導體基片垂直地放入磁場中，并在K1、K2兩端面供給電壓，供給電流的方向為Iv，反向電子流將向側面A1偏移，使電子在A1面上聚集，于是在A1、A2側面間就會產生電動勢，稱為霍爾電壓，如圖2-17所示。

（3）光電傳感器

光電傳感器的零件包括一個發光二極管、一個光敏晶體管和一個稱為光束阻斷器的帶槽圓盤，如圖2-18所示。發光二極管和光電管分別位于圓盤的上面和下面，相互對正。當圓盤在發光二極管和光電管之間旋轉時，發光二極管發出的光線斷續的穿過盤槽形成閃爍的光線，被光電管轉化成電壓脈沖，再輸入控制系統感知相應的轉速。

圖2-18光電傳感器工作原2、溫度傳感器

汽車發動機上的溫度傳感器一般使用負溫度系數熱敏電阻型傳感器，用來檢測汽車冷卻液溫度或進氣溫度，并輸送信號給控制系統。如圖2-19所示

圖2-19發動機進氣溫度傳感器［小帖示］負溫度系數的溫度傳感器電阻特點

3、位置傳感器

節氣門位置傳感器是汽車上位置傳感器的常見形式。節氣門開大時，滑動觸點在電阻體上滑動，從而引起可變電阻的電阻值變化，導致輸出電壓變化，輸出電壓與節氣門開度呈線性關系，ECU根據電壓信號變化來判斷氣門開度的大小。如圖2-20所示

1、節氣門位置傳2、怠速觸點3、全開觸點4、滑動觸點5、節氣門軸活動二汽車發動機電控系統中的執行器

執行器用來精確無誤地執行ECU發出的命令信號。因此，執行器工作的精確與否將最終影響電控的成敗，正因如此，其工作可靠性和精確性一直作為研究重點而倍受關注。目前，汽車電控系統的執行器類型繁多，有電磁閥、電動機、壓電元件、點火器、電磁繼電器、熱電偶等，結構與功能不盡相同。執行器的發展方向是智能化執行器和固態智能動力裝置。

［知識鏈接］發動機電控系統中常見的執行器——噴油器

1、噴油器結構

噴油器是電噴系統中的一個執行元件如圖2-21所示，即接受發動機控制單元ECU的噴油信號，定時定量噴出汽油。其實，噴油器就是一個電磁閥，噴油器內部有個電磁線圈，外面經插座與ECU相連，噴油器頭部的針閥與銜鐵連為一體。當電磁線圈通電時，便產生吸力，將銜鐵和針閥吸起，打開噴油孔、燃油經針閥頭部的軸針和噴孔之間的環形間隙高速噴出，并形成霧狀，與空氣很好地混合，使混合氣在氣缸內的燃燒更充分。也正是噴油器在燃油霧化方面比化油器更好，才保證了電噴發動機的燃燒更完全、廢氣污染物排放更少。電磁線圈不通電時，磁力消失，彈簧將銜鐵和針閻下壓，關閉噴孔停止噴油。

圖2-21噴油器外觀和內部結構2、冷起動噴油器電路

圖2-22冷起動噴油器電路圖冷起動噴油器主要用在電控發動機K型噴射系統中，在發動機冷起動過程中附加噴油形成濃混合器，便于發動機啟動。噴油器內部電磁線圈的通電情況如圖6-22所示。當防盜ECU正常接通起動機繼電器電路后，電流從蓄電池正極經起動繼電器到冷起動噴油器再到熱控正時開關的觸點后接地形成回路，冷起動噴油器噴油，同時電流流經熱控正時開關的加熱