汽车电子控制技术基础

1、第八章第八章 汽车电子控制技术基汽车电子控制技术基础础第一节第一节 概述概述一、汽车电子技术的发展过程一、汽车电子技术的发展过程 由分散控制到集中控制由分散控制到集中控制 由分立元件控制到集成电路控制由分立元件控制到集成电路控制 由模拟控制到数字（微处理器）控制由模拟控制到数字（微处理器）控制二、汽车电子技术的发展趋势二、汽车电子技术的发展趋势 应用领域的扩展应用领域的扩展 控制功能的进一步集中控制功能的进一步集中 应用无线通讯技术，实现智能交通应用无线通讯技术，实现智能交通三、汽车电子控制系统的组成三、汽车电子控制系统的组成 由传感器，控制器，执行器组成。由传感器，控制器，执行器组成。传感器

2、传感器控制器控制器执行器执行器被控车辆被控车辆四、汽车电子控制系统的类型四、汽车电子控制系统的类型按控制器的按控制器的结构与工作结构与工作方式分方式分模拟控制系统模拟控制系统数字控制系统数字控制系统按控制器所按控制器所具有的功能具有的功能分分单功能控制系统单功能控制系统多功能控制系统多功能控制系统由模拟电路组成，精度低，由模拟电路组成，精度低，灵活性差灵活性差核心是微处理器，精度高，核心是微处理器，精度高，扩展灵活扩展灵活控制功能单一，微处理器独控制功能单一，微处理器独立，如点火控制系统，燃油立，如点火控制系统，燃油喷射控制系统等。喷射控制系统等。具有多种控制功能，如发动具有多种控制功能，如发

3、动机集中控制系统，动力总成机集中控制系统，动力总成控制系统等。控制系统等。四、汽车电子控制系统的类型四、汽车电子控制系统的类型按被控对按被控对象所属的象所属的汽车部位汽车部位分分发动机电子发动机电子控制系统控制系统底盘电子控底盘电子控制系统制系统 点火控制系统点火控制系统车身电子控车身电子控制系统制系统燃油喷射控制系统燃油喷射控制系统怠速控制系统怠速控制系统排放控制系统排放控制系统制动防抱死控制系统（制动防抱死控制系统（ABS）防滑转控制系统（防滑转控制系统（ASR）悬架电子控制系统悬架电子控制系统动力转向电子控制系统动力转向电子控制系统巡航控制系统巡航控制系统自动空调自动空调电子仪表电子仪表

4、安全气囊安全气囊电子防盗电子防盗四、汽车电子控制系统的类型四、汽车电子控制系统的类型按控制器的按控制器的控制目标分控制目标分降低排放与油降低排放与油耗的控制系统耗的控制系统提高安全与舒提高安全与舒适性的控制系适性的控制系统统主要指发动机控制系统，变主要指发动机控制系统，变速器控制系统速器控制系统底盘控制系统，安全气囊等底盘控制系统，安全气囊等汽车信息系统汽车信息系统电子仪表，车载电子仪表，车载GPS，电子，电子地图等地图等第二节 传感器一、发动机转速与曲轴位置传感器一、发动机转速与曲轴位置传感器1.作用作用 提供发动机转速与曲轴位置信号，用于提供发动机转速与曲轴位置信号，用于确定确定点火正时、

5、喷油正时点火正时、喷油正时，产生喷油控制脉冲与控制，产生喷油控制脉冲与控制燃油泵工作，在无分电器系统中和燃油顺序喷射燃油泵工作，在无分电器系统中和燃油顺序喷射系统中，还用于系统中，还用于产生判缸信号产生判缸信号。2.类型类型 分为磁感应式、光电式、霍尔效应式三种。分为磁感应式、光电式、霍尔效应式三种。（1）磁感应式发动机转速与曲轴位置传感器）磁感应式发动机转速与曲轴位置传感器 1）导磁转子触发式）导磁转子触发式 一般装于分电器内或单独的壳体内，转子由一般装于分电器内或单独的壳体内，转子由凸轮轴驱动。凸轮轴驱动。a.结构结构b.信号型式信号型式2）安装于飞轮处的传感器）安装于飞轮处的传感器a.型

6、式型式1利用飞轮正时标记产生曲轴位置信号利用飞轮正时标记产生曲轴位置信号2）安装于飞轮处的传感器）安装于飞轮处的传感器型式型式2：利用飞轮齿圈缺齿产生曲轴位置信号利用飞轮齿圈缺齿产生曲轴位置信号（2）光电式发动机转速与曲轴位置传感器）光电式发动机转速与曲轴位置传感器原理同光电式点火信号发生器原理同光电式点火信号发生器（3）霍尔效应式发动机转速与曲轴位置传感器）霍尔效应式发动机转速与曲轴位置传感器1）导磁转子触发式）导磁转子触发式结构型式结构型式1 装在分电器内，两转子上下布置。装在分电器内，两转子上下布置。结构型式结构型式2 装在单独的壳体内（无分电器），两转子上下装在单独的壳体内（无分电器）

7、，两转子上下布置。布置。结构型式结构型式3 两转子与两触发元件分别装在两个壳体内，两转子与两触发元件分别装在两个壳体内，有两根传感器轴分别驱动。有两根传感器轴分别驱动。结构型式结构型式4 两转子内外布置，转子侧面装两触发开关。两转子内外布置，转子侧面装两触发开关。2）专用齿槽触发式）专用齿槽触发式 在飞轮齿圈的边缘有对称的在飞轮齿圈的边缘有对称的2组（或组（或3组）槽，每组）槽，每组均布组均布4槽。槽。二、空气流量传感器二、空气流量传感器1.作用作用 将发动机的进气量转变为电信号，是确定基将发动机的进气量转变为电信号，是确定基本喷油量、最佳点火提前角的重要参数。本喷油量、最佳点火提前角的重要参

8、数。2.类型类型 量板式、热丝（膜）式、卡门漩涡式等。量板式、热丝（膜）式、卡门漩涡式等。（1）量板式（风门式）空气流量计）量板式（风门式）空气流量计1）原理）原理 进气推动量板转动，带动滑动电位器滑片转进气推动量板转动，带动滑动电位器滑片转动，量板转动角度与进气量成正比。动，量板转动角度与进气量成正比。2）结构）结构2）结构）结构 怠速旁通道怠速旁通道：用于增加小负荷、怠速时进气量。：用于增加小负荷、怠速时进气量。CO调整螺钉用于调整旁通面积，改变怠速时混合气浓度。调整螺钉用于调整旁通面积，改变怠速时混合气浓度。 阻尼板和稳定室阻尼板和稳定室：用于减小量板震动，减小电压波动。：用于减小量板震

9、动，减小电压波动。3）测量电路）测量电路n 温度传感器温度传感器：将体积流量修将体积流量修正为质量流量正为质量流量n 相对电压表示相对电压表示进气量进气量：减小：减小电源电压波动电源电压波动对测量精度的对测量精度的影响。影响。n 燃油泵开关燃油泵开关4）优缺点）优缺点n结构简单，价格便宜，工作可靠，精度稳结构简单，价格便宜，工作可靠，精度稳定；定；n进气阻力大，信号反应慢；进气阻力大，信号反应慢；n体积流量体积流量，需要进行温度与压力修正。，需要进行温度与压力修正。（2）卡门漩涡式空气流量计）卡门漩涡式空气流量计1）原理）原理 在进气道中在进气道中设置锥形涡流发设置锥形涡流发生器，空气流过生器

10、，空气流过时，其后产生卡时，其后产生卡门漩涡，漩涡的门漩涡，漩涡的频率与空气流速频率与空气流速成正比，进气道成正比，进气道截面积一定，因截面积一定，因此漩涡的频率与此漩涡的频率与进气流量（体积进气流量（体积流量）成正比。流量）成正比。2）结构类型）结构类型 a.反光镜检测式反光镜检测式 利用压力利用压力变化检测漩涡变化检测漩涡频率频率2）结构类型）结构类型b.超声波检测式超声波检测式 利用空气利用空气密度变化检测密度变化检测漩涡频率。漩涡频率。（3）热线（膜）式空气流量计）热线（膜）式空气流量计1）原理）原理 空气带走空气带走的热量与空气的热量与空气的质量流量成的质量流量成正比。正比。2）结构

11、类型）结构类型按电热体的放置位置：主流式、旁通式。按电热体的放置位置：主流式、旁通式。按电热体的结构型式：热丝式，热膜式。（热丝的自洁功能）按电热体的结构型式：热丝式，热膜式。（热丝的自洁功能）3）测量电路）测量电路 组成惠斯登组成惠斯登电桥，热丝在空电桥，热丝在空气流带走热量时气流带走热量时温度降低，电阻温度降低，电阻下降，电桥失衡。下降，电桥失衡。4）优缺点）优缺点n测量范围大，反应灵敏，体积小；测量范围大，反应灵敏，体积小；n质量流量，无需修正；质量流量，无需修正；n电热体易污染而影响精度。电热体易污染而影响精度。三、进气压力传感器三、进气压力传感器1.作用作用 用于换算进气量用于换算进

12、气量（间接测量法）。（间接测量法）。 主要有压电式、主要有压电式、半导体压敏电阻半导体压敏电阻式、电容式、差式、电容式、差动变压器式、表动变压器式、表面弹性波式等。面弹性波式等。2.结构类型结构类型 （1）半导体压）半导体压敏电阻式敏电阻式 a.原理原理 半导体应变片半导体应变片受拉或受压阻值受拉或受压阻值会变化。会变化。 b.结构结构c.特点特点线性度好，尺寸小，精度高，相应特性好，应用广泛。线性度好，尺寸小，精度高，相应特性好，应用广泛。（2）电容式）电容式1）原理）原理 进气压力变进气压力变化，引起构成电容化，引起构成电容的膜片间距变化，的膜片间距变化，电容量也就产生变电容量也就产生变化

13、。化。频率检测法频率检测法电压检测法电压检测法2）结构）结构四、温度传感器四、温度传感器1.作用作用 测温，用于温度测温，用于温度修正或与温度相关的控修正或与温度相关的控制。制。 多用热敏电阻式多用热敏电阻式温度传感器。温度传感器。2.原理原理电阻随温度变化。电阻随温度变化。n 并联式并联式n 串联式串联式3.结构类型结构类型半导体式、绕线式、晶体管式等类型半导体式、绕线式、晶体管式等类型PTC-正温度系数热敏电阻正温度系数热敏电阻NTC-负温度系数热敏电阻负温度系数热敏电阻CTC-跃变型热敏电阻跃变型热敏电阻五、节气门位置传感器五、节气门位置传感器1.作用作用 获得节气门开获得节气门开度、节

14、气门开启速度、节气门开启速率、怠速状态等信率、怠速状态等信息，用于点火正时、息，用于点火正时、燃油喷射、怠速等燃油喷射、怠速等控制。控制。2.类型类型 线性式、开关线性式、开关式两种。式两种。（1）线性式）线性式 加了怠速触点加了怠速触点的电位器。的电位器。（2）开关式）开关式 全闭触点：全闭触点：怠速时闭合；怠速时闭合； 全开触点：全开触点：大于大于50%时闭合。时闭合。 应用较少。应用较少。六、氧传感器六、氧传感器1.作用作用 检测排气中的氧含量，用于空燃比的反馈控检测排气中的氧含量，用于空燃比的反馈控制。制。2.类型类型 氧化锆型、氧化钛型。氧化锆型、氧化钛型。（1）氧化锆型）氧化锆型1

15、）原理）原理 高温下，氧化锆在两侧的氧浓度差下，会产高温下，氧化锆在两侧的氧浓度差下，会产生电动势。（氧电池）生电动势。（氧电池）2）结构与特性）结构与特性 锆管表面涂铂，用于催化锆管表面涂铂，用于催化CO与与O2反应，提高反应，提高灵敏度。灵敏度。（2）氧化钛型）氧化钛型 1）原理）原理 氧化钛的电阻氧化钛的电阻随氧浓度的降低而随氧浓度的降低而减小。（氧电阻）减小。（氧电阻）2）结构与工作特性）结构与工作特性 多孔氧化钛用多孔氧化钛用于检测氧含量；于检测氧含量； 实心氧化钛用实心氧化钛用于补偿温度对其电于补偿温度对其电阻的影响。阻的影响。氧氧化化钛钛的的工工作作特特性性七、爆燃传感器七、爆燃

16、传感器1.作用作用检测缸体振动，用于判定发动机是否爆震。检测缸体振动，用于判定发动机是否爆震。2.类型类型压电晶体式、磁电式。压电晶体式、磁电式。（1）压电晶体式）压电晶体式1）原理）原理石英晶体在受到压力时会其表明会产生电荷。（压电效应）石英晶体在受到压力时会其表明会产生电荷。（压电效应）2）结构与工作特性）结构与工作特性共振型：在发动机爆震时，石英晶体与质量块产生共振，输共振型：在发动机爆震时，石英晶体与质量块产生共振，输出电压高很多倍。出电压高很多倍。非共振型：需要专门的滤波电路识别是否共振。非共振型：需要专门的滤波电路识别是否共振。（2）磁电式）磁电式 由永磁铁、绕有由永磁铁、绕有感应

17、线圈的铁芯组成，感应线圈的铁芯组成，铁芯移动时，线圈上铁芯移动时，线圈上将感应出电动势。将感应出电动势。 传感器的固有频传感器的固有频率与发动机的爆震振率与发动机的爆震振动频率是一致的，因动频率是一致的，因此，在发动机爆震时，此，在发动机爆震时，信号显著增大。信号显著增大。八、车速八、车速/车轮转速传感器车轮转速传感器1.作用作用 车速传感器车速传感器：测量变速器输出轴转速，用于换算车速；：测量变速器输出轴转速，用于换算车速； 轮速传感器轮速传感器：测量车轮转速，用于换算车速、车轮：测量车轮转速，用于换算车速、车轮滑转滑转/滑移率、车轮减速度，用于滑移率、车轮减速度，用于ABS控制。控制。2.

18、类型类型 车速传感器车速传感器：磁感应式、光电式、霍尔式、舌簧开：磁感应式、光电式、霍尔式、舌簧开关式、磁阻式等；关式、磁阻式等； 轮速传感器轮速传感器：磁感应式、光电式、霍尔式。：磁感应式、光电式、霍尔式。 磁感应式、光电式、霍尔式与发动机转速与曲轴位磁感应式、光电式、霍尔式与发动机转速与曲轴位置传感器原理相同。置传感器原理相同。3.结构与原理结构与原理（1）舌簧开关式车速传）舌簧开关式车速传感器感器 两触点臂被磁化为两触点臂被磁化为异性磁极时闭合，被磁异性磁极时闭合，被磁化为同性磁极时断开。化为同性磁极时断开。（2）磁阻式车速传感器）磁阻式车速传感器 磁阻元件（磁阻元件（MRE）的特性：）

19、的特性：当元件的磁场强度改变时，当元件的磁场强度改变时，其电阻也随之改变。其电阻也随之改变。（3）磁感应式轮速传感器）磁感应式轮速传感器 原理与其它磁感应式传感器相同，其触发齿轮或齿圈原理与其它磁感应式传感器相同，其触发齿轮或齿圈装于轮毂内，随车轮一起旋转，传感器装于固定不同的部装于轮毂内，随车轮一起旋转，传感器装于固定不同的部件上。按照其铁芯端部形状分为件上。按照其铁芯端部形状分为凿式和柱式凿式和柱式两种。两种。九、车身位移传感器九、车身位移传感器1.作用作用 用于检测车身相对于车桥的位移，计算车身位移和振动情况。用于检测车身相对于车桥的位移，计算车身位移和振动情况。多用光电式。多用光电式。

20、2.原理原理 遮光转子上有特制的遮光转子上有特制的透光槽，两边布置四个发透光槽，两边布置四个发光二极管和光敏三极管，光二极管和光敏三极管，透光槽的长度与位置保证透光槽的长度与位置保证遮光盘在不同的转角上四遮光盘在不同的转角上四个光敏元件的输出不同，个光敏元件的输出不同，共有共有16钟组合。钟组合。 不同的组合代表不同不同的组合代表不同的车高。的车高。2. 结构结构十、转向盘转角传感器十、转向盘转角传感器1.作用作用 测量转向盘转动测量转向盘转动的角度与方向，计的角度与方向，计算车辆可能出现的算车辆可能出现的侧倾情况，用于控侧倾情况，用于控制悬架的刚度与阻制悬架的刚度与阻尼。多用光电式。尼。多用

21、光电式。2.原理原理 遮光盘上均布有遮光盘上均布有透光槽，转向轴带透光槽，转向轴带动遮光盘转动时，动遮光盘转动时，输出电压脉冲。输出电压脉冲。 有两组光电管，有两组光电管，输出信号相差输出信号相差90度，度，用于判定转动方向。用于判定转动方向。十一、转向盘转矩传感器十一、转向盘转矩传感器 1.作用作用 测量驾驶员测量驾驶员的转向力矩，用的转向力矩，用于调整电动助力于调整电动助力的大小。主要有的大小。主要有电感式、电位计电感式、电位计式两种。式两种。 2.电感式转向盘电感式转向盘转矩传感器转矩传感器 电感电桥，电感电桥，无力矩时，平衡；无力矩时，平衡；有作用力矩时，有作用力矩时，电感变化，电桥电

22、感变化，电桥失衡。失衡。3.电位计式转向盘转矩传感器电位计式转向盘转矩传感器 扭力杆变形，使电位计滑动。扭力杆变形，使电位计滑动。十二、减速度传感器十二、减速度传感器1.作用作用 测量制动时的减速度，测量制动时的减速度，ABS系统根据减速度值判定路系统根据减速度值判定路面情况，选用不同的控制策略。（面情况，选用不同的控制策略。（G传感器）传感器）2.差动变压器式差动变压器式3.水银开关式水银开关式十三、碰撞传感器十三、碰撞传感器1.作用作用 检测车辆碰撞时的减速度，判定碰撞强度，决定是否检测车辆碰撞时的减速度，判定碰撞强度，决定是否使安全气囊点火。使安全气囊点火。2.分类机械触点式机械触点式电

23、子式电子式偏心锤式偏心锤式滚球式滚球式滚柱式滚柱式水银开关式水银开关式用作安全传感器，只有碰撞时才接通用作安全传感器，只有碰撞时才接通气囊电源，防止气囊误爆。气囊电源，防止气囊误爆。碰撞传感器碰撞传感器十四、光照传感器十四、光照传感器1.作用作用 检测日光或灯光光照强度，用于空调控制和检测日光或灯光光照强度，用于空调控制和前照灯自动变光。常用光电池式和光敏电阻式。前照灯自动变光。常用光电池式和光敏电阻式。2.半导体光敏电阻式半导体光敏电阻式3.二极管光敏电阻式二极管光敏电阻式第三节第三节 电子控制器电子控制器 电子控制器通常被简称为电子控制器通常被简称为ECU（Electric Control

24、 Unit），接受各传感器和开关的输入信号，经分），接受各传感器和开关的输入信号，经分析判断后，输出控制信号到执行器，是车辆电控析判断后，输出控制信号到执行器，是车辆电控系统的大脑和神经中枢。系统的大脑和神经中枢。 ECU由输入电路、微处理器、输出电路组成。由输入电路、微处理器、输出电路组成。一、输入电路一、输入电路包括信号处理电路与传感器电源电路两部分。包括信号处理电路与传感器电源电路两部分。1.数字信号处理电路数字信号处理电路数字信号是指频率信号（方波、脉冲等）、开关信号。数字信号是指频率信号（方波、脉冲等）、开关信号。2.模拟信号处理电路模拟信号处理电路模拟信号是连续变化的电压或电流量。

25、需要进行模拟信号是连续变化的电压或电流量。需要进行AD转换。转换。3.传感器电源传感器电源（1）自发电型传感器：自发电型传感器： 不需要电源，如磁电式、不需要电源，如磁电式、电池型传感器；电池型传感器；（2）电阻型传感器：电阻型传感器： 电源电压是信号的基准电源电压是信号的基准电压。电压。（3）其它类型传感器：其它类型传感器： 需要稳定的电源电压需要稳定的电源电压。二、微处理器二、微处理器 微处理器是微处理器是ECU的核心，的核心，由中央处理器由中央处理器CPU、存储器、存储器、IO接口组成。接口组成。 1.中央处理器中央处理器CPU2.存储器存储器用于记忆程序与数据用于记忆程序与数据。存储器存储器只读存储器（只读存储器（ROM）:保存程序与标准参数保存程序与标准参数随机存储器（随机存储器（RAM）:保存修正参数与中间结果保存修正参数与中间结果ROMPROMEPROMEEPROM三、输出电路三、输出电路 由信号处理与由信号处理与驱动电路组成。驱动电路组成。 驱动电路的两驱动电路的两种型式：种型式：1.控制执行器的接地控制执行器的接地通路通路