汽車電子控制技術基礎第1頁，課件共24頁，創作于2023年2月重慶大學機械學院汽車系張偉豐田車的電控系統實例第2頁，課件共24頁，創作于2023年2月重慶大學機械學院汽車系張偉三、汽車控制用ECU

(一)主要功能

(1)接受傳感器或其他裝置的輸入信號

(2)給傳感器提供參考電壓：如2v、5v、9v或2v。

(3)存儲、計算、分析處理信息，存儲運行信息和故障信息，分析輸入信息并進行相應的計算。

(4)輸出執行命令，把弱信號變為強信號的執行命令。

(5)輸出故障信息。

(6)完成多種控制功能。第3頁，課件共24頁，創作于2023年2月重慶大學機械學院汽車系張偉(二)ECU的組成ECU一般由輸入接口、微處理器和輸出接口組成，如圖2-2所示。

1．輸入接口電路

輸入接口電路，主要是完成外部傳感器與微處理器之間的信息傳遞。主要是對傳感器輸入信號進行預處理，使輸入信號變成微處理器可以接受的信號。因為輸入信號有兩類：模擬信號和數字信號，所以分別有相應的輸入電路進行處理。第4頁，課件共24頁，創作于2023年2月重慶大學機械學院汽車系張偉(1)模擬信號的處理信號若信號很弱，則需要進行放大。然后進行模數(A／D)轉換若信號不是很弱，而且在A／D所設定的量程范圍內，可直接進行A／D轉換。若超過了A／D轉換器的量程，則需要進行電壓轉換，使其不超過A／D的量程范圍。圖2-3顯示了A／D的工作過程。第5頁，課件共24頁，創作于2023年2月重慶大學機械學院汽車系張偉(2)數字信號的輸入。主要是來自轉速傳感器的轉速信號和活塞上止點參考信號，它們都是脈沖信號。經過處理之后，通過I／O接口可直接送入微處理器。一般要設置放大電路和脈沖信號整形電路。

2．微處理器目前汽車上用的微處理器主要是8位單片機或16位單片機，現在一些轎車上開始使用32位單片機。第6頁，課件共24頁，創作于2023年2月重慶大學機械學院汽車系張偉單片機是指將CPU、RAM／ROM、I／O接口、定時／計數器等元件集成在一塊芯片上所形成的芯片級計算機。如流行的MCS一51系列單片機外形如圖2-4所示。單片機具有小型化、功能強、可靠性高、價格低、性能價格比高和功耗低等一系列優點，因而在汽車的實時控制中得到了廣泛的應用。一般采用通用的單片機，如IntelMCS8048，8049，8032，MotorolaMC6802，RCAl802等8位機及IntelMCS809716位機。也用到一些專用單片機，它是為某一領域或特定商品而開發設計的，其內部系統結構或指令系統都是特殊設計的(甚至內部已固化好程序)，如Siemens80C166，80C196KB，80535等單片機。第7頁，課件共24頁，創作于2023年2月重慶大學機械學院汽車系張偉3．輸出接口電路輸出接口電路將ECU與執行元件聯系起來。它將ECU作出的決策指令轉變為控制信號來驅動執行元件進行工作，它起著控制信號的生成與放大等功能。常見的輸出執行元件通常是一些繼電器、電磁線圈或顯示器等。如圖2-9是噴油器的驅動電路，在該電路中設置有功放集成電路模塊LM324。它具有兩個功能：一是增強輸出信號的驅動能量，為大電流功放管提供足夠的基極電流；二是在數字電路與模擬電路之間形成器件隔離，以抑制干擾。第8頁，課件共24頁，創作于2023年2月重慶大學機械學院汽車系張偉四、執行元件執行元件的任務是根據ECU輸出的控制信號執行某種相應的動作，以實現某種預定的功能。如燃油噴射控制中的噴油器和電動油泵、點火控制中的點火線圈、怠速控制中的步進電機、自動變速器控制中控制換擋的電磁閥、空調控制中的壓縮機或電磁離合器等。各種控制系統中執行元件的使用情況如表2-2所示。第9頁，課件共24頁，創作于2023年2月重慶大學機械學院汽車系張偉第二節在汽車控制系統中的應用一、克萊斯勒汽車電腦

1987年前，克萊斯勒電噴汽車上有兩個電腦：一個邏輯模塊(如圖2-10所示)和一個動力模塊(如圖2-11所示)。大多數輸入信號都接人邏輯模塊，在邏輯模塊中進行分析、運算和處理，然后將指令送給動力模塊。動力模塊中主要有執行元件的驅動電路，并驅動相應的執行器進行工作。從1987年度開始，把邏輯模塊與動力模塊聯合成一個單模塊發動機控制器，被稱為“動力控制模塊PCM”(如圖2-12所示)。該模塊具有自適應能力，且處理信息和完成輸出的速度比邏輯模塊和動力模塊快。第10頁，課件共24頁，創作于2023年2月重慶大學機械學院汽車系張偉從1990年開始，由于電噴系統采用低阻型噴油器，它的工作電流比較大，驅動電路要用較大的散熱器進行冷卻，并讓發動機的進氣流過計算機，以更好地冷卻噴油器驅動電路。到1992年，克萊斯勒公司采用高電阻噴油器，電流降低了，無需配置大散熱器了，計算機體積減小，同時也不需要用進氣氣流進行冷卻了。第11頁，課件共24頁，創作于2023年2月重慶大學機械學院汽車系張偉二、通用汽車電腦1986年以前，動力控制模塊稱為160b／s計算機。從1986年度開始的車型，通用汽車公司采用P4型計算機，其波特串是8192。某些1995年生產的通用公司汽車，用整車控制模塊VCM(如圖2-13)代替了動力控制模塊。整車控制模塊執行原有的動力控制模塊和制動防抱死模塊的功能。

GM的動力控制模塊包含一個或多個可拆卸的芯片，位于計算機的檢修板下。某些波特率160的動力控制模塊有兩個可拆卸的芯片，一個可編程的只讀存儲器和一個標定軟件包一CAIJAK，如圖2-14所示。第12頁，課件共24頁，創作于2023年2月重慶大學機械學院汽車系張偉可編程只讀存儲器含有一些控制該汽車運行的專門信息，如點火提前控制程序等。備用的供油程序裝在標定的軟件包芯片中。假如控制燃油供給的正規芯片出了故障，標定軟件包程序便可取而代之。在此情況下，燃油供給可能不精確，但汽車仍然可以行駛。在P4型計算機中，可編程只讀存儲器和標定軟件包芯片合成一個“存儲一標定”

(MEMCAL)芯片，如圖2-15所示。某些通用汽車目前裝用新一代P6型計算機。第13頁，課件共24頁，創作于2023年2月重慶大學機械學院汽車系張偉三、日產公司汽車電腦在許多日產公司的汽車中，動力控制模塊有三個導線束接線插座，一個15路，一個16路，一個20路。動力控制模塊位于儀表板下面。其側面有兩個發光二極管，當電控系統發生故障時，這兩個二極管以發光閃爍的方式提醒駕駛員，如圖2-16所示。第14頁，課件共24頁，創作于2023年2月重慶大學機械學院汽車系張偉第三節汽車控制理論的基本概念根據不同的分類方法，控制系統有如下幾類：一、開環控制系統和閉環控制系統

(一)開環控制系統系統的輸出量對系統的控制作用沒有影響，則稱作開環控制系統。在該系統中，給定一個輸入量，便產生一個固定的輸出量與輸入信號相對應(如圖2-17所示)。由于該系統沒有自動修正控制偏差的能力，系統控制的精度便取決于系統校準的精度。當實際系統的參數在控制中發生了變化或系統受到了外界的干擾，系統控制的精度就會變差。第15頁，課件共24頁，創作于2023年2月重慶大學機械學院汽車系張偉但由于該系統結構簡單、調整方便、成本低，適用于控制精度要求不高、外界擾動較小的情況。電動汽油泵工作的控制、冷卻風扇轉速的控制等均采用開環控制。

(二)閉環控制閉環控制又稱反饋控制，其控制結構如圖2-18所示。該控制系統將輸出信號通過反饋環節在輸入端與輸入信號進行比較。若信號相加，稱為“正反饋”；若信號相減，稱為“負反饋”，負反饋的應用較多，修正了系統控制的誤差。對內部參數的改變和外界的干擾不敏感，這樣提高了系統的控制精度。采用閉環控制的很多，如怠速控制、空燃比控制、自動空調的溫度控制等。第16頁，課件共24頁，創作于2023年2月重慶大學機械學院汽車系張偉(三)復合控制系統

為進一步提高反饋控制系統的性能，有些控制系統在反饋控制的基礎上，還附加有前饋控制器，如圖2-19所示。這類控制系統稱為復合控制系統，其目的是克服系統的動態誤差。

燃油噴射開環控制：當發動機運行時，電腦根據系統中各個傳感器的信號，經過處理，判斷發動機實時所處的運行工況，再根據保存在ROM中的噴油脈諧圖，計算出最佳的噴油量，

第17頁，課件共24頁，創作于2023年2月重慶大學機械學院汽車系張偉燃油噴射閉環控制：在排氣管上安裝一個氧傳感器，如圖2—20所示。該傳感器可根據排氣中氧氣的含量，判斷混合氣的濃度。若氧含量大，說明混合氣稀，應增大噴油量；反之，應減少噴油量。反饋環節將檢測出的反映空燃比的信號反饋到電腦，與設定的目標空燃比進行比較，得出誤差信號，并把此誤差信號作為輸入信號再次輸入，從而修正了控制所產生的誤差。所以燃油噴射的閉環控制可以達到較高的控制精度，同時可以消除因產品制造差異或磨損、老化等原因引起的性能變化，工作穩定性好，抗于擾能力強。

第18頁，課件共24頁，創作于2023年2月重慶大學機械學院汽車系張偉三、連續系統與離散系統

若輸入量和輸出量都是時間連續函數的系統，稱為連續系統。在連續系統中，信號在全部時間上都是已知的。若系統中信號有一處或一處以上為離散時間函數，稱為離散系統。在離散系統中，信號僅定義在離散時間上。四、確定與不確定系統

若系統的結構、參數和輸入量都是確定的、已知的系統，稱為確定系統。反之，當系統本身的結構或參數以及作用于該系統的信號有不確定性或模糊性時，則系統為不確定系統。現實的工程系統，多為不確定系統。

第19頁，課件共24頁，創作于2023年2月重慶大學機械學院汽車系張偉第四節控制理論在汽車控制系統中的應用汽車控制技術是建立在自動控制理論基礎上的。目前汽車上采用的主要控制理論如下：一、PID控制

PID(比例、積分、微分)控制屬于經典控制理論的范疇，是連續系統中技術成熟、應用最廣泛的一種控制方式。它最大的優點是不需要了解被控對象的數學模型，只要根據經驗在線調節控制參數，即可取得滿意的結果。不足之處是對被控對象的參數變化比較敏感。PID可由硬件電路實現，也可由計算機軟件編程實現，后者也叫“數字PID調節器”。由于參數變化可靈活調整，因此應用十分廣泛。第20頁，課件共24頁，創作于2023年2月重慶大學機械學院汽車系張偉二、最優控制最優控制是所選的系統性能指標達到最優的一種控制方法。系統性能指標是根據工作要求選定的。例如，對遠距離航行的飛行器，選取燃料消耗量作為系統性能指標；對自動導航系統，則選取定位誤差的均方值最小為系統性能指標。控制系統中，最優控制的設計方法主要有極大(小)值原理和動態規劃法。目前最優控制在汽車電控懸架的控制中比較常見。

第21頁，課件共24頁，創作于2023年2月重慶大學機械學院汽車系張偉三、自適應控制汽車電控系統是隨汽車的行駛而不斷運行的系統，因此，控制系統應能隨時根據這種變化采取相應的措施，自適應控制就是解決這個問題的。目前，自適應控制有兩個主要分支：參考模型自適應控制和自校正自適應控制。如在發動空燃比控制中，氧傳感器裝在排氣管內，由于高溫和污染的工作環境，使氧傳感器很容易老化，從而引起測量誤差。采用自適應控制可以將氧傳感器的輸出信號與儲存在控制單元中的參數進行對比，以確定是否老化和老化的程度。若老化，則通過選用適當的修正系數進行校準。第22頁，課件共24頁，創作于2023年2月重慶大學機械學院汽車系張偉四、模糊控制模糊控制是計算機數字控制的一種特殊形式，具有處理模糊信息的能力。要研制智能化的汽車離不開模糊控制技術。現在，已經出現了許多商品化的模糊組件，通過裝載推理軟件或推理芯片來實現各種不同的功能。在汽車的制動裝置系統、變速控制、車身彈性緩沖系統及巡航控制系統等部件中，已經廣泛地使用模糊技術。第23頁，課件共24頁，創作于2023年2月重慶大學機械學院汽車系張偉五、人工神經網絡所謂人工