单元十一汽车微机控制系统介绍

单元十一汽车微机控制系统介绍1．正确描述汽车微机控制系统的组成部分，各部分的工作过程。2．简单叙述汽车微机控制系统各传感器、电控单元、执行器的工作原理。3．会进行汽车微机控制系统简单电路分析。4．能判别汽车微机控制系统各传感器、电控单元、执行器应用了那些电工电子知识

。目标要求1汽车微机控制概述一、汽车微机控制的优点

由于微型计算机具有结构紧凑、工作可靠、功能强大、响应快速和价格低廉等优点，所以目前的汽车已有很多系统实现了计算机控制，汽车实现计算机控制不仅可以改善和提高汽车的性能，还可以扩展汽车的控制内容，汽车计算机控制系统正朝着标准化、小型化、集成化和网络化的方向发展。二、汽车微机控制主要项目目前汽车计算机控制已涉及到汽车的动力性、经济性、安全性、可靠性、净化性和舒适性等诸多方面。三、汽车微机控制的分类根据控制环路可以将控制系统分为开环控制系统和闭环控制系统两类。在开环控制系统中，电控单元不对控制系统的输出进行监测，即不对实际输出与期望输出的差异进行监测，如下图a）所示。在闭环控制系统中，电控单元通过反馈传感器和反馈电路对控制系统的输出进行连续监测，并根据实际输出与期望输出的差异产生相应的修正信号，使随后的实际输出更进一步向期望输出靠近，如下图b）所示。闭环控制系统虽然比开环控制系统的结构复杂一些，但可以获得开环控制系统无法获得的控制精度。所以，在汽车计算机控制系统中广泛采用闭环控制系统。2汽车微机控制系统的基本组成汽车计算机控制系统一般由感测控制信号的传感器，以计算机为核心的电控单元和实现控制意图的执行器三部分组成，如下图。

感器是系统中信息的输入部分，它用于感测控制系统外部的信息，并将得到的信息转换为电信号后传输给电控单元，输入信息是引起控制系统发生变化的原因。电控单元是控制系统的中枢，是系统中的信息处理部分，它通过处理、分析和计算输入信息形成控制指令，并将形成的控制决定传输给执行器，信息处理是控制系统对输入的响应过程。执行器则是控制系统的输出部分，它将电控单元形成的控制指令转变为实现控制目标的物理运动，输出是系统根据输入产生的结果。通常的控制系统一般在每个部分又会包含多个过程，传感器将被测物理量转变为电信号后送入输入电路，输入电路根据输入信号的情况对其进行转换和放大后送入电控单元，电控单元对输入信号进行处理并形成控制指令，形成的控制指令再经过转换和放大后送入执行器或显示器。执行器是一些可以实现控制指令所要求动作的装置，如电磁阀、继电器和电动机等，显示器则可以提供可视或可听信号。一、电控单元

电控单元也称ECU（ElectronicControlUnit），其主要作用是对输入信号进行处理。根据计算机中存储的程序对传感器和控制开关输入的各种信号进行运算、处理和判断，形成相应的控制指令，并控制有关执行器产生与控制指令对应的动作，使汽车被控系统实现快速、准确的控制。（一）输入接口(1)信号预处理从传感器来的信号,首先进入输入回路。在输入回路里,对输入信号进行预处理,一般是在去除杂波和把正弦波变为矩形波后,再转换成输入电平。(2)A/D转换器（模拟/数字转换器）从传感器送出的信号,有模拟信号和数字信号两种,其中相当一部分传感器输入的信号是模拟信号,如空气流量计,水温传感器,节气门位置传感器等向微机输入的都是变化缓慢的连续信号,他们经过传感器及输入回路处理后,变成相应的电压信号,但这些信号微机不能直接处理,需经过相应的A/D转换器,将模拟信号转换成数字信号后才能输入微机,如从空气流量计输入的为0～5V的模拟电压信号,当输入电平与A/D转换器设定的量程相同时,则模拟信号经A/D转换器转换成数字量后,才能输入微机。（二）微型计算机微型计算机是发动机电子控制系统的神经中枢。它能根据需要,把各种传感器送来的信号和数据进行运算处理,并把处理结果（如喷射信号,点火正时信号）,送往输出回路。微机主要由中央处理器（CPU）、存储器和输入、输出口（I/O）等部分组成。如下图所示。(1)中央处理器（CPU）中央处理器常叫CPU,它是整个控制系统的核心,是计算机的大脑。CPU主要由进行算术、逻辑运算的运算器、暂时存储数据的寄存器、按照程序执行各装置之间信号传送及控制任务的控制器等构成。

(2)存储器存储器的主要功能是存储信息资料。存储器一般分为两种：能读出也能写入的存储器叫随机存储器,简称RAM；只能读出的存储器叫只读存储器,简称ROM。(3)输入与输出口（I/O）输入与输出口是CPU与输入装置（传感器）、输出装置（执行器）间进行信息交流的控制电路。输入，输出装置,一般都通过I/O接口才能与微机连接,因此,I/O口是微机与外界进行信息交换的纽带。输入、输出口是微机系统不可缺少的部分,起着数据缓冲、电平匹配、时序匹配等多种功能。(4)总线总线是用来传递信息的内部连线。在微机系统中,中央处理器、存储器与输入、输出口,通过传递信息的总线连接起来,它们之间的信息交换均要通过总线进行。总线按传递信息的类别可分为数据总线、地址总线与控制总线三种数据总线:主要用于传递数据和指令。地址总线:用于传递地址码.在微机总线上,各器件之间的通讯,主要是靠地址码准确地进行联系.例如需要对存储器内某单元进行存储或读出数据时,必须先将该单元的地址码送到地址总线上,然后再送出写入或读出的指令,才能完成操作。控制总线:CPU可以通过它随时掌握各器件的状态,并根据需要随时向有关器件发出控制指令。二、输出接口输出接口为微机与执行器之间建立联系的一部分装置。它将微机发出的决策指令,转变成控制信号来驱动执行器工作。输出回路一般起着控制信号的生成和放大等功能。微机输出的是数字信号,而且输出的电流很小,用这种信号一般不能驱动执行器工作,需要输出电路将其转换成可以驱动执行器工作的控制信号。

由上可知,微机主要由中央处理器、存储器、输入/输出接口等组成。随着半导体集成工艺的发展,目前的微机多把CPU、一定容量的RAM和ROM以及I/O接口集成在一个芯片上,即所谓的单片机。如下图所示。二、传感器

汽车计算机控制系统的性能首先取决于获取与控制过程有关的工作变量和参数的精度，传感器可以通过多种方式将被测物理量转换为电信号。汽车传感器是电子控制系统的关键性部件，如果没有各种传感器，电子控制根本无法实现。因此，了解并掌握现代汽车传感器的结构、原理、使用与检修技术，对提高现代汽车电子控制系统的维修水平是十分重要的。汽车计算机控制系统中普遍测量的物理量是温度、压力、速度、位置、流量和氧气浓度等。传感器的性能指标包括测定范围、精度、分辨率、响应特性、可靠性、耐久性、紧凑性、互换性和经济性等。汽车上常用的传感器有1）进气温度与水温传感器，温度传感器常用的有热敏电阻。2）进气压力传感器3）空气流量传感器

4）霍尔效应式运动传感器5）光电式运动传感器6）电磁感应式车速传感器

7）氧传感器

8）爆震传感器

三、执行器现代汽车的电控系统中，接收信息的元件是传感器，而接收控制信息产生作用的则是由执行器来完成。执行器是一种能量转换部件，它能在电子控制装置的控制下，将输入的各种形式的能量转换为机械动作，如电动机、离合器阀、气门机构、电磁阀、电磁膜片等。执行器的任务是根据控制信号去执行规定运作以完成控制目标，如电磁阀的电流信号、指示灯或警告灯的亮灭信号、规定的周期脉冲信号、驱动步进电动机的一系列固定周期的脉冲信号和控制的电压信号等，执行器件与执行机构配合，就能完成控制所需要的机械动作。汽车常用几种执行器

（一）继电器汽车上采用的继电器有常开继电器、常闭继电器和混合型继电器继电器线圈不通电时，继电器触点在其弹簧力作用下保持张开的位置，继电器线圈通电后触点闭合，常开继电器常闭继电器继电器线圈不通电时，继电器触点在其弹簧力作用下保持闭合的位置，继电器线圈通电后触点张开混合式继电器

继电器有动合触点和动断触点，继电器线圈通电后常开触点闭合，常闭触点张开继电器在汽车电路中的应用很广泛，一些继电器线圈电流由汽车电路中的某个工作电压来控制，当电路中的受控电压达到设定继电器动作电压时，继电器触点改变工作状态，从而实现自动控制。计算机一般不能直接驱动电动机，它通过提供继电器线圈一端搭铁来激励继电器，继电器通电后，便接通蓄电池到电动机的电路。计算机输出驱动器控制电动门锁

(二）电磁阀电磁阀是指在气体或液体流动的管路中受电磁力控制开闭的阀体，它大量应用于汽车控制中。电磁阀的工作原理如下图所示。在线圈不通电时，可动铁心由于受到弹簧的作用而与固定铁心脱离，阀门处于关闭状态；当线圈通电时，可动铁心克服弹簧的弹力作用而与固定铁心吸合，阀门处于打开状态，这样就控制了液