汽车电子控制技术上

绪论,授课教师：张洪坤,汽车电子控制技术,参考书目,现代汽车电子技术与装置,北京理工大学出版社，,1999,年,1,月，皇甫鉴，范明强,汽车电器与电子控制系统,人民交通出版社，,1999,年,3,月，寇国瑗，杨生辉等,现代汽车电子控制技术,国防工业出版社，,2006,年,5,月，罗玉涛,汽车电子控制技术,人民交通出版社，,2005,年,10,月，冯崇毅,绪论,第一章 概 述（基础知识）,第二章,发动机电子控制技术,第三章 电子控制自动变速系统,第四章,汽车电子防抱死制动系统,第五章 汽车巡航控制系统,第六章 电子控制安全气囊,第七章 电子控制悬架系统,第八章 车上网络技术,第九章 汽车电控系统设计,主 要 内 容,绪论,第一章,概,述,第一节 汽车电子技术的发展历史和现状,一、汽车电子技术的发展历史：,传统汽车,主要由机械部件构成，较少采用电子装置，结构和性能的改善由机械装置实现,汽车电子化进程经历了：,二极管、三极管、小规模集成 电路、中规模集成电路、大规模集成电路到超大规模集成电路、微处理机及复杂控制系统。,60,年代初：,采用简单的电子装置，二极管整流的交流发电机、电子调节器、采用晶体管的电子点火装置等,80,年代以来：,电子技术广泛应用于汽车,目前：,汽车电子化程度已成为衡量一个国家汽车生产技术水平的重要标志,绪论,第一章,概,述,衡量方法：,平均每台汽车电子装置的费用 平均每台汽车电,子装置所占汽车成本的比例,美国：自,60,年代初开始汽车电子装置费用逐年增加,1970 1980 1990 1995 2000,年以后,美元：,25 248 872 1600 20004000,电子元器件所占整车成本比例,1970 1980 1990 1995 2000,以后,8.4%10%13%20%40%,以上,绪论,发 动 机,传 动 系,交流发电机的整流及集成调节器,点火控制方面,1电子点火装置：,全晶体管式、集成式、无触电分电式、一体化点火线圈式）,2点火正时控制：,普通电子点火系与传统点火系控制原理同，靠机械调节装置完成，受机械结构和性能的限制，控制精度低。微机控制点火提前角：控制精度大大提高,燃油供给方面：,电子化油器、电子燃油喷射控制,发动机最佳电子控制（发动机管理系统）：,点火、空燃比、废气再循环、怠速、爆震、喷射等,柴油机最佳电子控制,离合器电子控制：,自动离合器，自动分离、结合,自动变速控制,巡航控制,转向控制：,车速感应动力转向电子控制动力转向,发动机和传动系的综合控制：涉及车上网络通信,现代汽车电子装置的种类,绪论,安全性方面,舒适性方面,电子防抱死制动控制（,ABS,）,驱动防滑控制（,ASR,）,牵引力控制（,TCS,）,安全气囊、安全带自控（自动锁紧、未系报警）,电子主动悬架,报警装置：防盗报警、防撞车间距报警、轮胎气压报警,电子门锁、车窗自控等、电子后视镜,遥控车门,座椅自动调整,自动空调、自动照明、,车用电视机及音响,将采用：,全自动空调：温度、湿度、清洁度、含氧量自动调节,行驶路线最优化选择、道路交通信息指示、声控驾驶等,仪,表,通,讯,电子钟、电子油耗表、电子温度计、电子转速表、电子车速里程表,各种报警显示（未关门、未系安全带等）,电话、通讯装置,将采用：惯性导航、卫星导航、屏幕显示街道图和交通阻塞情况等,绪论,绪论,二、汽车电子产品的特点,1.安全可靠,2.适合大批量生产，成本低,3.,必须能适应苛刻的工作环境：,温度,、振动、灰尘、,电磁干扰,等,第一章,概,述,绪论,第一章,概,述,三、汽车上采用电子装置的好处：,1.,改善排汽污染、节约能源,2.,提高安全性：主动安全和被动安全,3.,方便操纵性，增加驾驶乐趣,4.,创造更加舒适的乘车环境、改善车辆性能,5.,提高性价比,绪论,第二节 基础知识,一、电子计算机基础知识,（一）计算机基本组成：,中央处理器、程序存储器、数据存储器、输入输出接口、时钟与电源等。,1.中央处理器,CPU,（,Central Processing Unit,）：,核心部件，它通过接口向系统各受控部件发出指令，同时进行运算、数据处理和逻辑判断等。,运算器,ALU,：对数据执行算术与逻辑运算、移位操作等,寄存器：通用寄存器、暂存寄存器等,控制器：发相应的控制指令，使系统按一定的时序进行操作,第一章,概,述,绪论,2.存储器,ROM,：,(read only memory),：用于存放程序、表格和常数。断电后内容不会丢失。控制系统程序、特性曲线、,MAP,图、换档规律表等。,ROM,有三种类型：,a.,掩膜,ROM,：简称,ROM,，由芯片生产厂家利用光刻掩膜技术 将程序写入，写入后的内容不可由用户更改，可靠性较高，大量生产时成本较低，一般用于定型产品大批量生产。,b.,可编程,ROM,（,PROM,）：出厂时未写入程序，只能由用户进行一次性写入，一旦写入便不可更改。,c.,可擦写可编程,ROM,（,EPROM,）,:,可由用户反复地写入程序又分 为两类：紫外线擦除,EPROM,电擦除,E,2,PROM FLASH,第一章,概,述,绪论,RAM,（,Random Access Memory,）：读写存储器或随机存取存储器，用于存放现场输入、输出的数据、运算的中间结果以及各种临时性信息。,静态,RAM:,工作稳定、不用刷新，但成本高、功耗大,动态,RAM:,功耗小、成本低，需要刷新,常用的静态,RAM:6116,，,6264,，,62256,等。,3.输入输出接口(,Input/Output)：,是,CPU,与外界进行通信和数据交换的通路，从外界来的信息经,I/O,口送入,CPU,，,CPU,发出的控制指令通过,I/O,口送到外设,第一章,概,述,绪论,4.总线(,BUS)：,传递信息的一组信号线，在,CPU,、存储器和,I/O,口之间传递信息。,数据总线,DB,：用于传送数据信息，数据总线的宽度（位数）决定了,CPU,能并行输入,/,输出的二进制数据的位数。,8,位机有,8,根导线，双向,地址总线,AB,：用于传送地址信息，,CPU,通过地址总线寻找特定的存储器单元或,I/O,端口。地址总线的位数决定了微机所能直接寻址的存储器空间范围。如需对存储器内的某单元进行读或写操作时，必须先将该单元的地址码送到地址总线上，然后再发出读或写的命令，是单向信号线，地址信号由,CPU,输出送入存储器或,I/O,口,第一章,概,述,绪论,例：地址总线为,8,条，内存的存储单元总数为,2,8,地址总线为,16,根，内存的存储单元总数为,2,16,=65536,个即,64K,字节。单向,控制总线,CB,：用于传送各种控制信息。,CPU,发出的控制命令及其他部件向,CPU,发出的请求信息均须通过控制总线来传递。命令：读数据写数据、发地址。由一些不同方向的单向信号线组成。三总线又合称为系统总线。,第一章,概,述,绪论,（二）计算机中的数制,1.,数制：二进制，,0,和,1,，逢二进一，,2.,电平：计算机中用,1,和,0,分别代表高、低电平，高电平（,2.7V-5V,），低电平（,0-0.7V,）,高低电平、沿跳变,占空比：占空比,=,B,A,A,A+B,*,100%,第一章,概,述,绪论,（三）常用的半导体器件,1,二极管,：单向导电性，正向导通，反向截止。如图：,应用于汽车上的有：,整流二极管（交流发电机）,稳压二极管,开关二极管,发光二极管,第一章,概,述,绪论,2,晶体管：,又称三极管，如图，由两个二极管组成，为电流控制元件，有三个极：基极,b,，发射极,e,，集电极,c,分类：,PNP,型和,NPN,型，应用较多的是,NPN,型,第一章,概,述,绪论,作用：,a.,放大作用：基极电流的很小变化能引起发射极,和集电极间电流的很大变化，发动机点火系中晶,体管点火系统用到其放大作用,b.,开关作用：导通时：饱和状态，压降为,0.1-0.3V,输出低电平，关闭时：截止状态，输出高电平,3,场效应管：,是一种新型的晶体管，外型与普通晶体管相似，为电压控制元件，有三个极：源极,S,，漏极,D,，栅极,G,第一章,概,述,绪论,4,光电隔离器：,也称光电耦合器，它通过光来传递信息使输入输出在电气上完全隔离，,作用：,a.,抗干扰,:,干扰源一般有较大的电压幅度，但能量较小只能形成微弱电流，而光电输入端的发光二极管是在电流状态下工作的，干扰源会因无法提供足够的电流而被抑制掉。光隔为密封集成件，不会受外界干扰,b.,可用于电位不同的的电路间的耦合,起电平转换作用 如图所示：,第一章,概,述,绪论,（四）集成电路（,IC,）：,产生前多为分立元件（元件,+,导线）体积大，可靠性差。,60,年代初，美国一家仪器公司首创把电子元器件及导线制作在一小片硅片上并封装起来。,优点：,结构紧凑，可靠性高，成本低，功耗小，响,应速度快。,发展：,a.,小规模集成电路：每块芯片上的元气件数量,一般不超过,100,个,b.,中规模集成电路,c.,大规模集成电路：元件超过,10,万个,d.,超大规模集成电路：,第一章,概,述,绪论,分类：,a.,模拟型集成电路：宽带放大器，模拟乘法器，函数发生器等,b.,数字型集成电路：门电路（小规模），存储器、微处理器和微控制器（大规模到超大规模）,c.,组合型集成电路：在同一芯片上既有模拟电路又有数字电路,第一章,概,述,绪论,二、自动控制基础知识,（一）自动控制系统组成：三大部分,信号采集部分：传感器,电子控制单元（,ECU,）：对传感器的各种输入信号进行分析处理，向被控装置输出控制信号,执行器：根据,ECU,的输出信号完成对被控对象的操作,第一章,概,述,绪论,（二）开环控制与闭环控制,1.开环控制：,ECU,不对控制系统的输出进行监测，即不考虑实际输出与期望输出之间的差异,第一章,概,述,绪论,2.闭环控制：,ECU,通过反馈传感器和反馈电路对控制系统的输出进行实时监测，并根据实际输出与期望输出之间的差异产生相应修正信号，使实际值接近期望值，控制精度高。电子油门,被测对象,传感器,电控单元,计算、分析、处理,执行器,反馈传感器,反馈电路,第一章,概,述,绪论,（三）,PID,控制（比例-积分-微分）：,属于经典控制，它是连续系统中技术成熟、应用广泛的一种控制方式。,优点：,是不需了解被控对象的数学模型，只要根据经验进行调节其参数在线整定，即可取得满意结果。,缺点：,对被控对象参数变化比较敏感,PID,控制用微机实现称作数字,PID,调节器，广泛应用于汽车动力传动系统，如节气门开度控制、离合器结合行程的控制,第一章,概,述,绪论,（四）最优控制：,经典控制理论不适用于多变量、时变、非线性系统，而这些系统在汽车工程中大量用到，必须采用现代控制理论的所提供的状态空间设计法。它是利用状态空间表达式，确定系统的控制规律使控制系统达到要求的性能指标。即适用于单变量、定常系统和线性系统，也适用于多变量、时变系统和非线性系统。状态空间设计法分很多种，但在汽车电子系统中多采用使二次型指标最优来确定控制规律的最优控制法。,第一章,概,述,绪论,（五）自适应控制：,是综合运用现代控制理论的一门新兴技术，研究对象是具有不确定性的系统。在反馈控制系统中，系统的微小变化对动态特性的影响可以被减弱，但当系统的参数和环境变化比较显著时，只有采用具有一定适应能力的系统才能满足要求。所谓适应能力就是系统本身能够随着环境条件或结构的不可预计的变化，自行调整或修改系统参数，这种本身具有适应能力的控制系统成为,自适应控制系统,。,自适应控制系统分类：,1.前馈自适应控制：,也叫开环自适应,第一章,概,述,绪论,应用对象：,如果通过可测信号能够观测到过程特性的改变，并且预先知道如何根据这些信号来调整控制器，那么就可应用前馈自适应控制系统。,在汽车电控系统中，为适应海拔高度、,工作温度,等参数的变化，控制系统通常采用这种前馈自适应。利用气压表或温度计即可测出这些参数的变化量，并且可在控制器中预先设定好系统随之所