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第一章 概述汽车电子技术发展三阶段第一阶段：19601975年，晶体管收音机、点火装置、交流发电机等 特点：大量采用分离元件的模拟电子线路，控制器体积较大，有多达上千个元件，并且可靠性较差。第二阶段：1975 1985年，EFI、ABS、SRS、ECT、CCS等 特点：大量采用数字集成电路，发展汽车上各专用独立的控制系统。第三阶段：1985 现在，4WS、ASR、ESP、EDS、EBD、ACC、EPS等 特点：采用超大规模集成电路，进一步提高电子控制器性能、缩小体积、减轻重量。在汽车发动机、底盘、车身三个方面发展集成、综合控制系统。汽车电子控制系统分类1、发动机控制系统： 包括：燃油喷射、点火、空燃比、怠速、EGR、爆振等；2、底盘控制系统 包括：ABS、ASR、AT(AMT、CVT)、悬架、EPS、ESP、4WS等；3、车身控制系统 包括：空调、信息显示、风窗玻璃、雨刮器、车门锁、安全气囊等。4、通讯与信息/娱乐系统 包括：音响音像 、通信系统(CAN BUS) 等。第二章 传感器传感器传感器是指能感受规定的物理量，并按一定规律转换成可用输入信号的器件或装置。简单地说，传感器是把非电量转换成电量的装置。传感器的静态特性参数指标1灵敏度灵敏度是指稳态时传感器输出量和输入量之比，或输出量的增量和输入量的增量之比，用表示为YX2分辨率传感器在规定的测量范围内能够检测出的被测量的最小变化量称为分辨率。 3测量范围和量程在允许误差限内，被测量值的下限到上限之间的范围称为测量范围。 4线性度（非线性误差）在规定条件下，传感器校准曲线与拟合直线间的最大偏差与满量程输出值的百分比称为线性度或非线性误差。5迟滞迟滞是指在相同的工作条件下，传感器的正行程特性与反行程特性的不一致程度。 6重复性 重复性是指在同一工作条件下，输入量按同一方向在全测量范围内连续变化多次所得特性曲线的不一致性。7零漂和温漂传感器在无输入或输入为另一值时，每隔一定时间，其输入值偏离原示值的最大偏差与满量程的百分比为零漂。而温度每升高1，传感器输出值的最大偏差与满量程的百分比，称为温漂。常用传感器工作原理1.磁电效应 根据法拉第电磁感应定律，N匝线圈在磁场中运动，切割磁力线（或线圈所在磁场的磁通变化）时，线圈中所产生的感应电动势的大小取决于穿过线圈的磁通的变化率2.霍尔效应半导体或金属薄片置于磁场中，当有电流（与磁场垂直的薄片平面方向）流过时，在垂直于磁场和电流的方向上产生电动势，这种现象称为霍耳效应。 霍尔元件：目前常用的霍耳材料锗（Ge）、硅（Si）、锑化铟（InSb）、砷化铟（InAs）等 。N型锗容易加工制造，霍耳系数、温度性能、线性度较好；P型硅的线性度最好，霍耳系数、温度性能同N型锗，但电子迁移率较低，带负载能力较差，通常不作单个霍耳元件。3.压电效应 对某些电介质沿着一定方向加力而使其变形时，在一定表面上产生电荷，当外力撤除后，又恢复到不带电状态，这种现象称为正压电效应。在电介质的极化方向施加电场，电介质会在一定方向上产生机械变形或机械压力，当外电场去除后，变形或应力随之消失，此现象称为逆压电效应。压电元件：压电式传感器是物性型的、发电式传感器。常用的压电材料有石英晶体（SiO2）和人工合成的压电陶瓷。压电陶瓷的压电常数是石英晶体的几倍，灵敏度较高。4.光电效应 当光线照射物体时，可看作一串具有能量E的光子轰击物体，如果光子的能量足够大，物质内部电子吸收光子能量后，摆脱内部力的约束，发生相应电效应的物理现象，称为光电效应。1）在光线作用下，电子逸出物体表面的现象，称为外光电效应，如光电管、光电倍增管等。2）在光线作用下，物体的电阻率改变的现象，称为内光电效应，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光敏晶闸管等。3）在光线作用下，物体产生一定方向电动势的现象，称为光生伏特现象，如光电池（属于对感光面入射光点位置敏感的器件）等。5.热电效应 将两种不同性质的金属导体A、B接成一个闭合回路，如果两接合点温度不相等（T0T），则在两导体间产生电动势，并且回路中有一定大小的电流存在，此现象称为热电效应。第三章 汽车电控喷射系统发动机电子控制的优点：电控汽油喷射系统能实现1、空燃比的精确控制、功率提高、油耗降低；2、扭矩特性明显改善、瞬时响应快，汽车的加速性能大大提高；3、冷车起动容易，暖机迅速；废气排放量减少，能满足目前严格的排放及燃料经济性法规的要求。电控汽油喷射系统的分类：一按喷油器的喷射位置分类 1、缸内喷射 2、进气管喷射 1) 多点 2)单点二按喷油器的控制方式分类1、机械式汽油喷射系统(K-Jetronic) 2、机电混合式汽油喷射系统(KE-Jetronic)3、电子控制式汽油喷射系统 (Motronic)三、按喷油器的喷射方式分类(视频)1、间歇喷射 1)同时喷射 2)分组喷射 3)顺序喷射2、连续喷射 汽油发动机电控系统的基本组成：空气供给系统、燃油供给系统、控制系统第四章 电控汽油机控制策略电控汽油机控制策略的分类：1.喷油控制策略 包括：空燃比闭环控制、开环控制2.点火控制策略 包括：点火提前角、爆震、闭合角控制3.排放控制策略 包括：三元催化、EGR、碳罐控制4. 怠速控制策略空燃比控制的流程：各种工况喷油持续时间的确定1)、起动喷油控制起动喷油持续时间=基本喷油时间(冷却液温度函数)+进气温度修正+蓄电池电压修正2)、起动后的喷油控制喷油持续时间=基本喷油持续时间(喷油修正系数+电压修正系数)电子点火系统的优点 传统的点火系统，其点火时刻的调整是依靠机械离心式调节装置和真空式调节装置完成的，由于机械的滞后、磨损及装置本身的局限性，故不能保证点火时刻在最佳值。而用ECU控制的点火系统，则可方便地解决以上问题。因为用微机可考虑更多的对点火提前角影响的因素，使发动机在各种工况下均能达到最佳点火时刻，从而提高发动机的动力性、经济性、改善排放指标。各种工况的点火提前角控制a、 起动期间：由于进气歧管压力或进气流量不稳定，通常将点火提前角设为固定值 ， 称为初始点火提前角。 点火定时=初始点火提前角b、起动后：为发动机正常运行期间的点火定时控制。它是由进气歧管压力信号(进气流量信号)和发动机转速确定的基本点火提前角和修量决定。 点火定时=初始点火提前角+基本点火提前角+修正点火提前角爆震控制(1)、定义：发动机利用电火花将混合气点燃，并以火焰传播方式使混合气燃烧，如在火焰传播过程中，火焰还未到达时，局部区域混合气就自行着火燃烧，使气流运动速度加快，缸内压力、温度迅速增加，造成瞬时爆燃，这种现象称为爆震。(2)、爆震造成的危害：爆震产生的压力使气体强烈震荡，产生噪声；也会使火花塞、燃烧室、活塞等机件过热，严重时造成发动机损坏。(3)、消除爆震的措施：在发动机参数已经确定的情况下，采用推迟点火提前角是消除爆震的有效措施。爆震控制系统:三元催化转化器催化剂是促使化学反应而本身没有化学变化的物质。铂催化剂能使CO和HC在300C时发生氧化反应。工作原理：使用催化剂首先从NOx中去除氧，利用释放出的氧来氧化CO和HC，使车辆排气中只包含CO2、H2O和N2等无害成分。由于它能同时去除所有三种污染物，故称为三元催化转化器(three way catalyst convertor,简称TWC)。排气再循环(exhaust gas recycle,简称EGR)1) 定义：通过将发动机排气中的部分已燃烧气体引入进气管，以降低燃烧温度，减少NOx的产生。2) EGR的数量可用EGR率表示： EGR率=EGR气体流量/(吸入的空气量+EGR气体流量) 100%EGR的控制策略(1) 、在冷机、怠速、小负荷运行时， NOx排放少，EGR阀关闭；(2) 、在轻微加速或低速巡航运行时，可采取低EGR率控制；(3) 、在中等发动机负荷时， NOx排放较高，随负荷增加相应增大EGR率；(4) 、当发动机要求大功率、高转速时，此时混合气较浓，可不用EGR或用低EGR率。(5)、内部EGR由于配气相位重叠角导致进排气门同时开启，形成内部EGR。第5章 柴油机电子控制系统柴油机电子控制包括：1、 燃油系统的电子控制：是柴油机控制的核心问题；2、 空气系统电子控制：包括增压压力(可变截面涡轮）控制系统和排气再循环(EGR)控制系统；3、 排放后处理电子控制：是为满足未来更加严格的排放法规而开发的。第二代时间控制式的特点1、 产生高压的装置与机械式喷油系统、第一代位置式控制系统相同；2、 油量控制和调节装置与机械式喷油系统、第一代位置式控制系统已经完全不同；3、 时间控制式对于喷射过程更加直接和精确；每次喷射过程中，电磁阀关闭时间决定喷油定时，电磁阀关闭的持续时间决定喷油量和喷射压力，可直接调整发动机工况；4、 在时间式控制系统中，电磁阀是整个系统的核心与关键；这是因为对电磁阀要求密封压力高(100MPa)、响应时间快(关闭、打开时间1ms)、控制实时性要求高、寿命、可靠性要求高(保证发动机几十万公里性能不下降)、制造、设计要求高，要有可接受的成本价格；5、第二代时间控制系统存在的不足是，仍然需要凸轮型线的驱动来产生喷射所需的高压，其喷射压力严重依赖凸轮型线的设计，不仅喷油区间受限制，而且也是脉动的，使得喷油压力、喷油速率和喷油定时控制都没有充分发挥，限制了发动机性能的进一步改善。HEUI系统的主要特点1) 、 取消了传统的凸轮轴直接驱动柱塞的压力产生方式；增加了机油泵、机油压力控制电磁阀、机油压力传感器以及机油压力蓄压轨道，实现了中等压力(1020MPa)的共轨系统；利用增压活塞进一步将机油压力放大到100140MPa，实现中压共轨、高压喷射。2)、与第二代时间控制式系统相比：首先，其共轨压力任何时刻都处于中等压力水平，只要电磁阀通电就可进行喷射，而传统的凸轮柱塞只能在凸轮型线上升段才能喷射，因此，HEUI的喷射定时范围完全不受限制；其次， HEUI的喷射压力取决于共轨中的机油压力，该压力可随发动机在不同工况下所需的最佳喷射压力的改变而调整，而第二代时间控制式系统的喷射压力完全取决于凸轮型线，不能灵活调整。HEUI系统的缺点1) 、系统复杂，带有电磁阀和增压活塞的喷油器设计和制造水平要求高；2) 、从电磁阀通电到增压活塞运动再到柱塞建立高压再到喷射开始，时间延迟环节较多，使得整个系统响应速度慢；3)、整个系统成本较高，对机油、燃油品质要求高。高压共轨系统系统组成：主要由以下四部分组成。1) 、燃油低压子系统包括油箱、输油泵、滤清器和低压回油管；2)、共轨压力控制子系统包括高压泵、高压油管、共轨压力控制阀、共轨、共轨压力传感器和保证安全的溢流阀、流量限制阀；3)、燃油喷射控制子系统包括带有电磁阀的喷油器、凸轮轴和曲轴传感器；4)、电控发动机管理系统包括电控单元和发动机的各种传感器。高压共轨系统的特点1) 、共轨压力闭环控制，由压力传感器反馈，通过控制共轨压力控制阀的电流来调整进入共轨的燃油量和轨道压力；2)、喷油过程控制：喷油器电磁阀直接对喷油定时和喷油脉宽进行控制，结合灵活的预喷射、主喷射和后喷射以及共轨压力控制，实现对喷射速率、喷射定时、喷射压力和喷油量的综合控制； 3)、高压泵体积小，共轨中的蓄压即为喷射压力，与HEUI系统相比没有响应滞后问题，因而对喷射过程控制更为精确； 4)、共轨沿发动机纵向布置，高压泵、共轨和喷油器位置各自独立，便于在发动机上安装布置，对现有发动机改造时，安装共轨系统对缸体、缸盖的改动小； 5)、从技术总体实现难度来说，共轨系统组成较复杂，设计、加工、制造难度大，控制匹配要求水平高，与第二代系统相比在具有更好性能同时，技术开发难度更大； 6)、共轨系统的发展趋势：高压共轨系统更进一步降低高压泵功耗、提高高压能力、采用压电晶体式喷油器电磁阀，取消传统电磁线圈降低功耗，目前高压共轨系统最高喷射压力可达200MPa。典型的柴油机空气系统电子控制措施包括：1、可变截面涡轮的增压压力控制系统；2、排气再循环控制系统；3、排放后处理系统。柴油机空气系统控制策略 1、电控单元ECU通过空气流量计检测进入发动机新鲜空气量； 2、ECU通过控制可变截面涡轮VNT和进气压力传感器实现增压 压力闭环控制； 3、利用进气温度传感器和压力传感器及速度密度法来估计总空气流量，总空气流量与空气流量计测量的新鲜空气流量之差即为EGR的流量； 4、ECU根据进入气缸的总空气量和EGR流量，计算出新鲜空气和废气的比例。实现EGR的闭环控制。第六章 自动变速器的电子控制自动变速器的分类自动变速器种类很多，主要有：1) 、液力自动变速器AT (Automatic Transmission, 简称AT)；2) 、电控机械式自动变速器AMT (Automatic Mechanical Transmission, 简称AMT)；3) 、无级自动变速器CVT (Continuously Variable Transmission, 简称CVT)液力自动变速器组成：液力自动变速器主要由液力变矩器、齿轮变速机构、自动换档控制系统和冷却润滑系统组成。液力自动变速器通常有两种形式，即适用于汽车发动机前置后驱动的自动变速器和适用于前置前驱动的变速驱动桥。工作原理：液力变矩器液力变矩器通常由泵轮、涡轮、导轮和锁止离合器4个元件组成。泵轮与变矩器外壳一体由发动机直接带动。涡轮接受来自泵轮的液流冲击旋转对外输出传动力矩。导轮主要是改变来自涡轮的液流方向。液力变矩器的特性参数 变矩比 K=涡轮输出扭矩Mw/泵轮输入扭矩Mb 转速比 i =涡轮转速nw/泵轮转速nb 传动效率=涡轮输出功率Pw /泵轮输入功率Pb电控机械式自动变速器工作原理：电控机械式自动变速器的特点1、优点： 与AT相比，AMT在传动效率方面有优势，汽车燃油经济性好，生产成本相对较低，换档反应时间短，换档机构只在换档时工作，节省能量。2、缺点 由于采用传统的干式单片离合器和手动机械变速器，AMT换档时动力中断，使车速降低，且换档舒适性相对AT较差。电控无级变速器工作原理： 发动机扭矩通过电磁动力离合器传给主动带轮，它通过钢片推力带驱动被动带轮，每个带轮都有两个斜面，称为V型带轮，带轮一侧固定在变速器相应的轴上，另一侧由液压油缸控制其移动。当变速器的主、被动带轮的可动部分沿轴向移动时，两个带轮的槽宽成反比变化。改变传动带与带轮的结合半径，从而改变传动比。第七章汽车底盘电子控制系统汽车防抱死制动系统（ABS）1、 定义 汽车防抱死制动系统（Anti-lock Braking System，简称ABS）是在传统的制动系统的基础上采用电子控制技术，在制动时防止车轮抱死的一种机电一体化的汽车主动安全控制系统。2、 组成 它是由电子控制单元（Electronic Control Unit，简称ECU）、电磁阀或称压力调节器和轮速传感器三部分组成。3、 汽车防抱制动控制系统的作用 在车辆紧急制动时，驾驶员脚踩制动踏板的制动压力过大时，通过轮速传感器，电子控制单元ECU可以检测到车轮有抱死的倾向，此时电子控制单元ECU控制电磁阀动作以减小制动压