汽車電控技術

第一章汽車電控技術緒論學習目的：1.了解電子控制技術在汽車上的應用概況；2發展概況和發展趨勢；3.熟悉汽車電子控制系統的基本組成。重點內容：1.汽車電子控制技術的發展特點與發展趨勢；2.汽車電子控制系統的基本組成。難點：汽車電子控制系統的基本組成。電子控制技術在提高汽車綜合性能、推進汽車及交通智能化等方面發揮著不可替代的作用。汽車電子控制技術簡稱汽車電控技術，是指以電器技術、微電子技術、液壓傳動技術、新材料和新工藝為基礎，以解決能源緊缺、環境保護和交通安全等社會問題為目的，旨在提高汽車整車性能（包括動力性、經濟性、排放性、安全性舒適性、操縱性、通過性等）的新技術。

第一節汽車電控技術的應用汽車技術、建筑技術與環境保護技術是衡量一個國家工業化水平高低的三大標志。汽車技術不僅代表著社會物質生活水平發展，而且代表著科學技術發展水平。20世紀80年代以來，提高汽車性能、節約能源和保護環境，主要取決于電子控制技術。汽車電子控制技術已廣泛應用于汽油機控制、柴油機控制、汽車底盤控制、汽車車身控制和汽車故障診斷等技術領域。電子控制技術在轎車上的應用概況如圖1-1所示。

當今世界衡量汽車先進水平和檔次高低的重要標志主要是汽車品牌、汽車外觀和汽車電子化程度的高低。汽車制造商普遍認為：增加汽車電子裝置的數量，促進汽車電子化是奪取未來汽車市場的有效手段。汽車設計人員普遍認為：電子技術在汽車上的應用，已經成為汽車設計研究部門考慮汽車結構革新的重要手段。汽油機應用電控噴油技術，能夠精確控制空燃比和實現閉環控制，如果再加裝三元催化器，就可使汽油機的有害排放物降低95%以上；柴油機應用高壓共軌式電噴技術，能夠精確控制噴油量和高達160~200MP的柴油壓力，不僅能夠降低油耗和減少排放，而且還能提高動力性；汽車應用防抱死制動技術，可使在濕滑或冰雪路面上的事故發生率降低24%~28%。

21世紀以來，發動機電控噴油技術、汽油機電控點火技術、防抱死制動技術和安全氣囊技術等國內外轎車都已普遍應用。在國內生產的中高檔轎車上，每輛轎車電子裝置的平均成本已占整車的30%~35%，在一些豪華轎車上，電子產品的成本已占整車的50%以上。第二節汽車電控技術的發展近半個世紀以來，汽車技術的發展主要是汽車電器技術、電子控制技術和車身技術的發展，汽車電子化（即自動化、智能化和網絡化）是汽車發展的必由之路。隨著電子工業的發展，電子控制技術在汽車上的應用越來越廣泛，特別是大規模集成電路和微電子技術的應用，在解決汽車油耗、排放和安全等問題方面，汽車電子控制技術具有舉足輕重的作用。例如采用電控燃油噴射技術和微機控制點火技術，不僅能夠節油5%~10%，而且還能大大提高動力性和排放凈化性能；采用電子防抱死制動技術，不僅可使汽車在泥濘路面上安全行駛，而且可以在緊急制動時防止車輪抱死滑移，保證汽車安全制動；采用安全氣囊，每年可以挽救成千上萬人的生命。在實現汽車操縱自動化、提高舒適性和通過性等方面，電子控制技術也起著重要作用。一、汽車電控技術發展的動因汽車電子控制技術發展的動力和原因包括兩個方面：一方面是全球能源緊缺、環境保護和交通安全問題，促使汽車油耗法規、排放法規和安全法規的要求不斷提高；另一方面是電子技術水平不斷提高。汽車油耗法規和排放法規促進了汽車發動機電子控制技術的發展；汽車安全法規促進了汽車底盤和車身電子控制技術的發展。隨著汽車油耗法規、排放法規和安全法規的要求不斷提高，汽車發動機燃油噴射電子控制系統、防抱死制動系統和安全氣囊系統已經成為國內外轎車的標準裝備。二、汽車電控技術的發展過程電子控制技術的發展，大致可分為電子電路控制、微型計算機控制和車載局域網控制三個階段。

第一階段（20世紀60年代中期至70年代末）：是汽車電子技術萌芽及初即發展階段。其主要特點是改善汽車單個零部件的性能，即采用分立電子元件或集成電路組成電子控制器進行控制。比較有代表性技術有電子收音機、發電機硅整流器（二極管整流式交流發電機）、電子式電壓調節器（電壓調節器）、電子式點火控制器（晶體管無觸點電子點火器）、電子式閃光器、電子式間歇刮水控制器、電子控制燃油噴射等。

第二階段（20世紀70年代末到90年代中期）：是汽車電子控制技術的大發展階段。開始出現具有一定綜合性能的汽車電子控制系統，即采用模擬計算機或數字計算機進行控制，控制技術向智能化方向發展.該階段主要產品有微機控制發動機點火系統、電子控制發動機燃油噴射系統、發動機燃油噴射點火綜合控制系統發動機空燃比反饋控制系統、巡航控制系統、電子控制自動變速系統、防抱死控制系統、牽引力控制系統、四輪轉向控制系統、車身高度自動調節系統、輪胎氣壓控制系統、安全氣囊系統、座椅安全帶收緊系統、自動防追尾碰撞系統、前照燈光束自動控制系統、超速報警系統、車輛防盜門鎖系統自動除霜系統、通信與導航協調系統、安全駕駛檢測與警告系統和故障自診斷系統等。

第三階段（2000年以后）：車載局域網控制階段，即采用車載局域網（LoclAreaNetwork,LAN）對汽車電器與電子控制系統進行控制。國內外中高檔轎車目前都已開始采用車載局域網LAN技術。采用LAN技術的國外轎車有奔馳、寶馬、大眾、保時捷、美洲豹、勞斯萊斯等系列汽車。例如在BMWAG（寶馬公司）2004年推出的BMW7系列轎車上就裝備了70多個微處理器（電控單元），利用了8種車載局域網分別按這些電控單元的作用連接起來。其中，連接多媒體裝置的網絡就選用了多媒體定向系統傳輸網（MOST）。MOST協議是21世紀車載多媒體設備不可缺少的高速網絡協議。國內采用LAN技術的有一汽大眾奧迪A6L、上海帕薩特BS、廣州本田、東風雪鐵龍等轎車。電子控制器網絡化的多路集中控制系統不僅是汽車電路線束分布方式和電子控制系統控制技術的發展，而且也是火車、船舶、機器人、機器制造、醫療器械以及電力自動化等領域控制技術的發展方向

三、汽車電控技術的發展趨勢1.新能源汽車是指具有新型動力系統或燃用新燃料的汽車。具有新型動力系統的汽車包括純電動汽車、混合動力汽車、燃料電池汽車等；燃用新型燃料的汽車包括天然氣汽車、液化石油氣汽車、醇醚類燃料汽車、生物燃料汽車與合成燃料汽車等。

2.汽車輕量化技術是指在使用要求和成本控制的前提條件約束下，能夠減輕汽車自身質量的材料、設計和技術。3.智能化和網絡化汽車電子控制技術的發展趨勢是智能化和網絡化。主要研究與開發智能傳感器技術、微處理器技術、光導纖維技術、模塊化設計技術、主動安全技術和網絡通信技術等。（1）智能傳感器技術智能傳感器能不僅能夠提供汽車的狀態信息，而且還能對信號進行放大和處理，對溫度漂移、時間漂移和非線性數據進行自動校正，具有較強的抗電池干擾能力。即使在惡劣的條件下仍能保持較高的測量精度。

（2）微處理器技術微處理器已廣泛用于汽車發動機、底盤、車身和故障診斷控制系統。汽車智能化發展的一個重要趨勢就是大量使用微處理器，用以改善汽車的整體性能。

（3）智能交通系統智能交通系統（IntelligentTra-fficSystemITS）是將機器視覺、環境感知、衛星定位、信息融合、決策與控制等相關技術相融合，使汽車自動篩選最佳行駛路線。

（4）光導纖維技術光導纖維不僅具有柔性好、易于連接、質量輕、成本低、彎曲半徑小、數值孔徑大、耦合效率高等優點，而且還有電氣絕緣性能好、抗電磁干擾和抗輻射能力強等優異的傳輸特性。（5）模塊化設計技術所謂模塊化設計，是指為開發具有多種功能的不同產品，不需要對每種產品進行單獨設計，而是精心設計出多種模塊，將其進過不同方式的組合來構成不同的產品，

（6）電壓倍增技術2008年，歐盟國家已經開始實車應用42V電源電壓技術。理論與實踐證明：在電器負載功率不變的情況下，電源電壓提高2倍，負載電流可以減小2/3。因此，提高汽車電源電壓，就可大大減小汽車電器或電子控制部件的電流，汽車導線、電纜、電動機、驅動線圈就可以減小尺寸、減輕質量。同理，在負載電流大小不變的情況下提高汽車電源電壓，可以增大汽車電器或電子控制部件的功率，電控螺線管驅動可變氣門定時、電控電動轉向、電控氣動閥機構、（7）主動安全技術汽車最新主動安全系統包括車身動態綜合管理系統、速度與車距自動調節系統、車輛碰撞預警系統、紅外夜視系統、輪胎壓力預警系統和駕駛環境控制系統等。

第三節汽車電控系統的組成汽車電控系統是汽車電子控制系統的簡稱，是指由傳感器電控單元和執行器元件組成的、能夠提高整車性能的機電一體化控制系統。汽車電控系統的主要功能是提高汽車的整體性能，包括動力性、經濟性、排放性、安全性、舒適性、操縱性與通過性。

一、汽車電控系統的基本組成

在一輛汽車上配置有若干個電子控制系統。每一個電子控制系統，都能實現不同的控制功能。電控系統的基本組成

汽車車型不同、檔次

不同，采用電子控制系統的多少也不同。但是，汽車上每個

電子控制系統的結構都是由傳感器（傳感元件）與開關信號

、電控單元（ElectrnicControlUnit,ECU）和執行器

（執行元件）三部分組成，如圖1-2所示.

下一頁信號輸入裝置（各種傳感器）電子控制單元（ECU）執行元件1.傳感器傳感器是將各種非電量（物理量、化學量、生物量等）按一定規律轉換成便于傳輸和處理的另一種物理量（一般為電量）的裝置。按檢測項目不同，汽車電子控制系統采用的傳感器可分為（1）流量傳感器（2）位置傳感器（3）壓力傳感器（4）溫度傳感器（5）濃度傳感器（6）速度傳感器（7）碰撞傳感器

2.電控單元

汽車電子控制單元簡稱電控單元，又稱為汽車電子控制器或汽車電子控制組件。電控單元是以單片微型計算機（即單片機）為核心組成的電阻控制裝置，具有強大的數學運算、邏輯判斷、數據處理與數據管理等功能。

電控單元是汽車電子控制系統的控制中心，其主要功用是分析處理傳感器采集的各種信息，并向受控裝置（即執行器或執行元件）發出控制指令。

3.執行器

又稱為執行元件，是電子控制系統的執行機構。執行器的功用是接受電控單元發出的指令，完成具體的執行動作。汽車電子控制系統不同，采用執行器的數量和種類也不同。發動機燃油噴射系統的執行器有電動燃油泵和電磁噴油器發動機怠速控制系統的執行器是怠速控制閥；燃油蒸氣回收系統的執行器是活性碳罐電磁閥；微機控制點火系統的執行器有點火控制器和點火線圈；防抱死制動系統的執行器有兩位兩通電磁閥或三位三通電磁閥、制動液回液泵電動機；安全氣囊系統的執行器是氣囊點火器；座椅安全帶收緊系統的執行器是收緊器點火器；自動變速系統的執行器有油泵、換擋電磁閥；汽車巡航控制系統的執行器有巡航控制電動機或巡航控制電磁閥。

二、汽車發動機電控系統組成

發動機電子控制系統（EngineElectronicControlSystemEEC或EECS）又稱發動機管理系統（EngineManagementSystem），其主要功能是提高汽車的動力性、經濟性和排放性能。以桑塔納2000GSi/3000轎車為例，本車采用了莫特朗尼克（Motrnic）M3.8.2發動機電子控制系統，該系統的組成如圖1-3所示，器結構簡圖如圖1-4所示，控制部件的安裝位置如圖1-5所示。

（一）發動機傳感器與開關信號1.傳感器桑塔納2000GSi/3000轎車發動機電子控制系統采用的傳感器有空氣流量傳感器、曲軸位置傳感器、凸輪軸位置傳感器、怠速節氣門位置傳感器和節氣門位置傳感器（兩只傳感器與節氣門控制組件J338制成一體）、冷卻液溫度傳感器、進氣溫度傳感器、氧傳感器、爆燃傳感器和車速傳感器節氣門控制組件J338又稱節流閥體，由怠速節氣門位置傳感器G88、節氣門位置傳感器G69、怠速控制電動機V60和工作原理示意圖3）電子控制式（EFI型）4-活性炭罐；10-熱膜式空氣流量傳感器；3-活性炭罐電磁閥；16-多點噴射電控單元

11-氧傳感器；12-發動機控制用冷卻液溫度傳感器與組合儀表用用冷卻液溫度傳感器

17-傳感器線束支架；9-節氣門控制組件（節流閥體）；15-進氣溫度傳感器；14-發動機

轉速與曲軸轉角傳感器；5-點火線圈及點火控制器總成；7-噴油器；8-燃油壓力調節器

6-霍爾式凸輪軸位置傳感器；13-1號爆燃傳感器及2號爆燃傳感器和怠速開關F60組成。怠速節氣門位置傳感器G88安裝在節流閥體內并與怠速控制電動機V60連接在一起；節氣門位置傳感器G69安裝在節氣門軸上。兩只節氣門位置傳感器的功用都是檢測節氣門開度信號并輸入電控單元J220.在M3.8.2型發動機電子控制系統中，發動機怠速時的進氣量采用了直接控制節氣門開度的方式進行控制，所以當發動機在怠速范圍內工作時，電控單元J220將根據怠速節氣門位置傳感器G88提供的信號調節怠速時的節氣門開度；當發動機工作在怠速以外的工況時，電控單元J220將根據節氣門位置傳感器G69提供的信號進行控制。

(1)熱膜式空氣流量傳感器（AirFlowSensor,AFS）安裝在發動機空氣濾清器與節氣門之間的進氣道上，直接檢測吸入發動機氣缸的進氣量，以便計算確定噴油量的大小（2）磁感應式曲軸位置傳感器(CrankshaftPositionSenson,CPS)安裝在發動機靠近離合器一側的缸體側面，直接檢測發動機曲軸的轉速和轉角，以便控制噴油提前角和點火提前角的大小。

（3）霍爾式凸輪軸位置傳感器（CamshaftPositionSensor,CPS）安裝在發動機凸輪軸的前端，直接檢測第一缸活塞相對于壓縮行程上止點和排氣行程上止點的位置以便確定開始噴油時刻和開始點火時刻，故又稱為氣缸判別傳感器（CylinderIdentificationSensor,CPS）。

（4）可變電阻式節氣門位置傳感器（ThrottlePositionSensor,TPS）安裝在發動機進氣道上節氣門軸的一端檢測節氣門開度（發動機負荷的大小），如節氣門關閉、部分開啟和全開等。此外，電控單元通過計算節氣門位置傳感器信號的變化率，便可得到汽車加速或減速信號。

（5）熱敏電阻式進氣溫度傳感器（IntakeAirTempera-tureSensor,IATS）安裝在發動機進氣歧管上，直接檢測吸入發動機氣缸空氣的溫度，用于修正噴油量。（7）氧化鈦式氧傳感器O2傳感器（ExhaustGasOxygenSensor,EGOS)安裝在發動機排氣管上距離排氣歧管不超過1m的位置，檢測排氣管排除廢氣中氧離子的含量來反映可燃混合氣空燃比的大小，以便修正噴油量并實現空燃比閉環的控制。

（8）壓電式爆燃傳感器（EngineDetonationSensor,EDS）這兩只傳感器均安裝在發動機排氣管一側的缸體上第1缸與第2缸之間安裝一只，第3缸與第4缸之間安裝一只，分別檢測各氣缸是否產生爆燃現象，以便修正點火提前角并實現點火提前角閉環控制。

（9）舌簧開關式車速傳感器（VehicleSpeedSensor,VSS）安裝在變速器輸出軸上，檢測汽車行駛速度，用于判定汽車的狀態，以便實現怠速控制。上述傳感器中，空氣流量傳感器G70、曲軸位置傳感器G28、凸輪軸位置傳感器G40和節氣門位置傳感器G69這四中傳感器是控制燃油噴射與點火時刻最重要的傳感器，其結構性能與工作狀況直接影響控制系統的控制精度和控制效果2、開關信號桑塔納2000GSi/300型轎車發動機電子控制系統采用的開關信號有：

（1）點火開關信號(IgnitionSwitch,IGN)當點火開關接通“點火（IG）”檔位時，向電控單元輸入一個高電平信號。

（2）起動開關信號（StartSwitch,STA）當點火開關接通“起動（ST）”檔位時，向電控單元輸入一個高電平信號。3）空調開關信號（AirConditioning,A/C）當空調開關接通時，向電控單元提供接通空調系統的信號。（4）電源電壓信號UBAT向電控單元提供蓄電池端電壓信號。

（5）空擋安全開關信號（NeutralSecuritySwitch,NSS）在裝備自動變速器的汽車上，用于檢測自動變速器的檔位選擇開關是否處于空擋位置。

（二）發動機執行器桑塔納2000GSi/300型轎車發動機電子控制系統采用的執行器有：電動燃油泵、電磁噴油器、怠速控制電動機（在節氣門控制組件J338內）、活性碳罐電磁閥、點火控制器和點火線圈。

（1）電動燃油泵用于供給發動機電子控制系統規定壓力的燃油。（2）電磁噴油器用于接收ECU發出的噴油脈沖信號，計量燃油噴射量。3）怠速控制電動機用于調節發動機的怠速轉速。控制包括兩個方面，一方面是在發動機正常怠速運轉時穩定怠速轉速，達到防止發動機熄火和降低燃油消耗之目的；另一方面是在發動機怠速運轉狀態下，當發動機負荷增加（如接通空調器、動力轉向器或液力變矩器等）時，自動提高怠速轉速，防止發動機熄火。（4）活性碳罐電磁閥用于控制回收發動機內部（曲軸箱、氣門室、燃油箱等）的燃燒蒸氣，減少碳氫化合物的排放，從而減少排氣污染。

（5）點火控制器和點火線圈用于接收電控單元發出的控制指令，適時接通或切斷點火線圈初級電流，并產生高壓電點燃混合氣。汽車發動機電子控制系統是一個綜合控制系統，并具有多種控制功能。在汽車電子控制系統中，發動機電子控制系統的控制部件最多、控制參數最多、控制功能最強、控制過程最復雜。第四節汽車電控系統的分類一、按控制目標分類根據控制目標不同，汽車電子控制系統可分為動力性、經濟性與排放性、安全性、舒適性、操縱性和通過性控制系統六種類型，其主要控制項目和控制目標如表1-1所示。其中經濟性與排放性控制系統具有雙重功能，既能降低燃油消耗又能減小有害物質的排放。表1-1汽車電子控制系統主要的控制項目與控制目標汽車電控分類按控制對象分發動機電控系統底盤電控系統車身電控系統按控制目標分動力性控制系統經濟型控制系統排放性控制系統安全性控制系統舒適性控制系統操縱性控制系統通過性控制系統二、按控制對象分類根據控制對象不同，汽車電子控制系統可分為發動機電子控制系統、底盤電子控制系統和車身電子控制系統三大類。1.汽車發動機電子控制系統1）電子控制發動機燃油噴射系統（EngineFuelInjectionSystem,EFI）。2）微機控制發動機點火系統（MicrocomputerControlIgnitionSystem,MCI）。3）發動機空燃比反饋控制系統（AirFuelRatioFeed-BackControlSystem,AFC）。4）發動機怠速控制系統（IdleSpeedControlSystem,ISCS）。5）發動機斷油控制系統（SeverFuelInjectionSystem,SFIS）。6）發動機爆燃控制系統（EngineDetonationControlSystem,EDCS）。7）加速踏板控制系統（ElectronicControlAcceler-atorPedalSystem,EAP)。8）發動機進氣控制系統（EngineIntakeAirControlSystem,IACS）。9）燃油蒸氣回收系統（FuelEmissionControlSystem,FECS）。10）電控廢氣在循環系統（ElectronicControlExhaustGasRecirculationSystem,ECS）。11）可變氣門定時控制系統（VolatileValveTimingControlSystem,VVT-i）。12）汽車巡航控制系統（VehicleCruiseControlSystem,CCS）。13）車載故障自診斷系統（OnBoardSelf-DiagnosisSystem,OBD）。2.汽車底盤電子控制