汽车电子控制技术

汽车电子控制技术,第一章 绪论,一、“汽车”在历史中的发展变化注：依据现代汽车的开发制造的要求，汽车发展呈现如下变化 用途：代替人类代步工具 现代需要的无污染、安全、方便 未来将要求更舒适、安全、方便、无污染、操作简单等。 特征的变化：机械系统 机电一体化 高新技术的综合应用（注：解决环保、能源等方面）进而发展到不是一门学科，而是综合学科的结合。 学科基础的变化：力学、机械、材料电子学、计算机、自动控制和信息多门学科； 2010年以前对汽车控制技术的研究： a、各部件的自动控制 b、利用网络信息与社会联接,二、汽车电子控制技术的发展社会的需求的牵引，法规的推动，技术的进步导致汽车技术蓬勃的发展,第一阶段：6070年代 应用较少 硅整流发电机电子燃油喷射晶体管点火 第二阶段：7090年代 大规模的集成电路，4位，8位处理器广泛应用（电喷，电子点火，自变速，ABS，ARS） 第三阶段：902010 大容量16位或32位，集多种功能于一体,三、电子技术内容,发动机动力方面：电控点火、电控喷射、怠速控制（ISC），排放控制（EGR）、电控自动变速器、防抱死（ABS）、电控悬架（TEMS）、自控动力转向、巡航控制、驱动防滑（ASR） 安全行驶：雷达防障、倒车安全装置、安全气囊（SRS）、安全带控制、前照灯控制、 信息方面：信息显示与报警、语音信息、导航系统 舒适性方面：自动空调、自动坐椅、电动车窗、后窗除霜器、音响、音像,第二章 发动机集中控制系统概述,第一节燃油喷射的基本概念和发展过程,历史,1979 Motronic(ML)1987 Motronic(M)1993 Motronic(MP)1995 Motronic(ME)1998 Motronic(MEG)2000 Motronic(MED),1954 柱赛泵1973 K-Jetronic1982 KE-Jetronic1988 KE-Motronic,在1954 年第一代为装备汽油四冲程发动机的车辆制造的系列喷油泵生产出来。它是由柴油机喷油泵引申出来，装备在奔驰300 SL辅助混合气的形成。随后出现了一整个系列的机械液压喷油泵。,在1967 年为竞争开发出新型的电子汽油喷射装置。对于废气中有害物质的控制中止了机械液压系统的进一步开发研制。,1967 D-Jetronic1973 L-Jetronic 1980 LE-Jetronic1982 LH-Jetronic1985 Mono-Jetronic,第二节燃油喷射的优点,第三节燃油喷射系统的分类,K-Jetronik,KE-Jetronik,L-Jetronik,单点喷射系统（中央喷射系统）,Motronic ME,第三章燃油喷射系统的结构原理,第一节空气供给系统,邮箱排气系统,油箱内的汽油蒸气存储在活性炭罐中。此外油箱中的压力得到平衡。发动机运行中控制器控制再生阀的脉冲。通过活性炭罐吸入新鲜的空气，由此得到再生。,活性碳罐的电磁阀1,活性碳罐,T块,保压阀,油箱,输油泵, 燃油泵, 供油腔 (防溅板),单向阀, 燃油管,在油箱中有以下部件,服务于油箱排气的接口和管路以及油位传感器和活性炭罐的传感器,油箱压力监控和不可或缺的油箱盖的传感器,第二节燃油供给系统,前供油腔中G23,主腔,油泵1,油泵2,副腔,前供油腔中G6,燃油泵,装置的燃油泵作为:,油箱内部泵, 油箱外部泵, 输油泵,根据泵的结构划分为:,涡轮泵,转子泵,螺旋泵,滚子叶片泵,压力和输出率与泵的种类有关:,0,7 4,0 巴和 达到 120 升/小时,输油泵 由控制器通过继电器进行控制。,燃油滤清器,燃油滤清器保护喷油装置，避免磨损和脏污。此外它还有消音器的作用。,事实上在燃油滤清器中的 滤纸是串联的绒毛滤清器。 纸是很好的脏污过滤器，但倾 向于产生绒毛。为避免绒毛 进入喷油装置，所以规定在 滤清器上都标明燃油流动方向。 汽油发动机的燃油滤清器安装在 燃油泵压力侧。,功能:,作用:,燃油分配管,分配管保证所有喷射阀获得相同的燃油压力。分配管有管子内径，它的作用使喷射阀喷射时获得尽可能小的压力降。,燃油分配管,燃油压力调节器,在分配管的末端安装压力 调 调节器。它是由膜片控制 的 的溢流调节器。燃油压力 根 根据不同的装置调节压力在2,5巴和大约 3,0巴,弹簧腔与进气管相通。接口在节气们后部。由此在所有工况下确认在喷射压力和进气管压力之间有一个恒定的压力差。,Kraftstoffdruckregler,燃油压力调节器,喷射阀,喷射阀的作用是各缸独立喷射（多点喷射）。安装位置在进气管末端靠近进气门。,喷油量取决于喷油时间，因为开启截面以及喷油管和进气管之间的压力差保持恒定不变。,喷射阀有一个射流和多个射流的形式。 电阻值大约是14 - 16 .,+ 12 V,喷射阀的正极为+ 12V. 通过控制器的末级负极接地控制. 喷油结束后由于电磁线圈的断电产生自激电压 大约 40 60 Volt.,喷射时间 长短取决于发动机的工况在1,5 到 13 毫秒之间 . 喷油信号可以通过示波器观察到。,控制:,喷射方式,同时喷射 所有的喷射阀在曲轴转一圈的时候同时喷射各缸必须的燃油喷射量的一半。燃油会预先在进气门前滞留。,半顺序喷射 电磁阀将被部分截止，它只有在进气门截止时喷射。,顺序喷射- 在顺序喷射中各缸所有的燃油及早的在压缩冲程之前喷射，所以它没有燃油在节气门前的滞留，随空气的流动进入气缸。,曲轴转角,. 1电子控制组件 (ECU),ECU以微机为中心。还包括前置的 A/D转换器、数字信号缓冲器以及后置的信号放大器等。微机运算速度快、精度高 ,能实时控制 ,并具备多中断响应等功能。目前除了 8位、1 6位微机外 ,3 2位特别是 64位微机已开始逐步使用。而且 ,不仅有通用型微机和单片机 ,专用的汽车微机也已研制出来。正是微机技术突飞猛进的发展促进了汽车电控技术的不断完善。可以说 ,当前 ECU的发展总趋势是从单系统单机控制向多系统集中控制过渡。不久以后 ,汽车电控系统将采用计算机网络技术 ,把发动机电控系统、车身电控系统、底盘电控系统及信息与通信系统等各系统的 ECU相联结 ,形成机内分布式计算机网络 ,实现汽车电子综合控制。,第三节电子控制系统,汽车发动机控制器(ECU)是汽车中最为复杂且功能最为强大的计算机，它包含电源、MPU、通信链路、离散输入、频率输入、模拟输入、开关输出、PWM 输出和频率输出等9大模块。,一、输入处理电路信号：模拟信号 数字信号 脉冲信号,二、微处理器三、输出处理电路四、电源电路,. 汽车控制系统设计,一、总体设计 二、微处理器的选择 三、控制程序 汇编语言 C语言,曲轴传感器的作用获取发动机转速和曲轴位置的信息。控制器加工这些信息后发出喷油和点火脉冲以及运转不稳的调节。,转速和曲轴位置传感器,缺齿,脉冲发生器,齿盘,气隙,重点: 应当区别感应式和霍尔式信号脉冲。,感应式发生器是主动传感器。他有两个管角并产生交流电压。频率取决于齿盘的转速（曲轴）。,.控制系统传感器结构与原理,转速和曲轴位置的霍尔式发生器,霍尔原理的优点, 对于温度变化和齿盘的径向振动反映不灵敏。, 不要求准确定义的气隙, 低转速下就产生信号,霍尔式发生器,曲轴,齿盘,霍尔传感器,霍尔发生器,磁铁,发动机转速传感器,由于活塞加速和减速，产生于燃烧和压缩，控制器通过分配给扇面时间辨别运转不稳，各缸顺序通过凸轮轴传感器获得。,运转不稳调节,功能:,凸轮轴传感器位于气缸盖并扫描一个装于凸轮轴上的齿环.,凸轮轴传感器,齿环,这个信息对于顺序喷射的喷油开始和气缸鉴别爆震调节或者说运转不稳监控是必须的。,霍尔发生器,位置杆,功能,发动机温度传感器,温度传感器作为被动传感器传达给控制器目前冷却液温度也就是发动机温度。,作用:,它的电阻随温度而变化。对于负温度系数电阻(NTC )其阻值随温度的升高而降低。这个传感器是被动式传感器，它从控制器获得 5V 电压。随阻值变化而导致的电压的变化反映了发动机的温度。,功能:,电阻,冷却水温度,电阻,进气温度传感器,进气温度传感器位于发动机进气系统，获取空气温度。这个值作为发动机管理系统对于混合气形成和点火提前角的校正量。,作用:,功能:,它的阻值随温度变化而变化。对于负温度系数电阻(NTC) 随温度的升高阻值降低。这个传感器是被动式传感器，它从控制器获得 5V 电压。随阻值变化而导致的电压的变化反映了进气温度。,空气质量计量仪,作用:,热膜式空气质量计量仪对于多点喷射来说是一个重要的传感器。通过它控制器（发动机管理系统）获知发动机的负荷大小。相应于吸入的空气质量，喷油时刻和点火提前角都可由特性曲线确定。,电路图,PIN 1 接地PIN 16 负极PIN 17 信号电压PIN 正极,功能:,在热膜式空气质量计量仪中加热电阻 是铂金。它是电桥电路的一部分，另外还有温度电阻 ，传感器电阻 还有一个可变电阻。所有这些电阻都是堆放在陶瓷片上的很薄的膜。电桥电路如此校准，温差-加热电阻等于温度电阻- 160C .,吸入的空气冷却加热电阻，温度电阻不变。用于加热的电流作为吸入的空气量的检验尺度。,进气管压力传感器,现代的单片集成硅压力传感器由测量间带着4个压电电阻，顺序强化，薄膜电阻和一个平衡电阻组成一个芯片。传感器的工作温度范围是从-50 到+150 C。,半导体,常压下空气容积,硅晶膜片,满负荷,高的进气压力 =高的电压输出,怠速:,低的进气压力= 小的电压输出,电压起作用 对于电压敏感的压电电阻将机械压力转化成为电压信号。电阻值的相对变化与相应的长度变化成比例。,电子油门踏板,电子油门踏板传达司机对发动机功率的期望给控制器。一个通过钢索或者拉杆直接连接节气门的装置没有了。,例如控制器测试，是否在目前的工况下根据司机愿望可以继续加大供油量而不对发动机造成伤害或者维持发动机的稳定。,电子油门踏板内部的电路包括两个电位计，还有怠速开关和满负荷开关。,节气门控制单元,功能:,节气门的开关以及节气门的一个固定的位置，发动机控制器控制节气门驱动电机。,两个角度传感器发送实际的节气门位置到传感器。,外壳,角度传感器滑轨,节气门,节气门壳体,节气门位置传感器,节气门驱动装置,进气管接头,节气门电位计,节气门转轴,节气门位置传感器,特性曲线,电位计,齿轮,滑动触点,由于发动机震动内置于爆震传感器中的可动的震动块不断地冲击固定的压电陶瓷，这种冲击产生电压脉冲（压电效应）。产生的信号传给控制器。,爆震传感器,6,震动块,外壳,压电 陶瓷片（带孔）,电极,电插座,外壳,通过同时从上止点位置或者阶段传感器获取的信号的评价，控制器可以鉴别是在哪一缸产生爆震。,控制器通过获取的爆震信号确认爆震燃烧，所以有选择的（只对于爆震缸）调节点火提前角，例如延迟3度点火。,爆震燃烧和普通燃烧其爆震信号的形式是有区别的。,几次燃烧之后没有爆震，控制器再将点火提前角逐步调整到接近在发动机特性曲线中存储的最佳点火时刻。由此可以使燃烧时燃油消耗，功率和废气排放达到最佳的状态。,二次空气系统,发动机冷态下将由电泵将空气吹入排气岐管。由此CO和 HC 后氧化，并且催化器会很快温度升高。,进气,发动机温度传感器,二次空气,二次空气泵,二次空气阀,氧传感器,催化器,气控AGR阀,AGR压力调节器,AGR阀,控制器,OBD接口,进气压力传感器,电子油门踏板,发动机转速传感器,发动机温度传感器,进气温度传感器,空气质量计量仪,节气门,电控AGR阀,废气再循环是当发动机在部分负荷工况时含氧少的废气充入进气管。,结果减少了充入气体中氧气的含量，并且燃烧温度会降低。,由于燃烧温度的降低，就将少了废气中的NOX 。,电位计,电枢,弹簧,线圈,来自发动机的废气,阀,到进气管,到空气滤清器壳体的接口,催化器,废气催化器作用时转化废气中的CO, HC, und NOX N2, CO2 和水。,氧传感器,调节传感器,监控传感器,氧传感器的作用传达废气中氧的含量的信息给控制器。控制器需要这个信息对混合气形成进行校正。为了尽快达到工作温度很多传感器预置了加热装置。,我们区别:,调节传感器,监控传感器,NOX 传感器,监控传感器,监控传感器的作用，传达给控制器催化器的运行状况。,调节传感器,监控传感器,催化器,催化器 n. i. O.,调节传感器,监控传感器,催化器,催化器功能检测,OBD检测灯,从2001年 装有汽油发动机的车辆必须安装OBD系统。在这儿重要的组成部件是检测灯。它必须置于司机的视野内并不允许是红色的。,当发动机运转， OBD检测灯必须熄灭。当 废气值超标时，检测灯亮。,假如催化器之前有故障， OBD检测灯必须频闪。,诊断接口,