汽車電控基礎(chǔ)知識(本)

1、汽車電子研究室規(guī)格嚴(yán)格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽車工程學(xué)院汽車工程學(xué)院2022-6-17羅念寧2013.4HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY第3講 汽車電子控制技術(shù)基礎(chǔ) 第2頁 主要介紹當(dāng)前汽車主流的控制方法、傳感器基礎(chǔ)知識，討論汽車電子控制系統(tǒng)一般組成和基本工作原理。 要求學(xué)生對基本自動控制理論有一定了解，掌握汽車電子控制系統(tǒng)一般組成和基本工作原理；了解傳感器的定義、基本參數(shù)和評價方法。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLO

2、GY第3講 汽車電子控制技術(shù)基礎(chǔ) 第3頁 本節(jié)主要講述汽車電控系統(tǒng)框架、常用的控制規(guī)律和電控系統(tǒng)一般開發(fā)方法。 要求學(xué)生對汽車電控系統(tǒng)有基本的認(rèn)識，對開發(fā)過程有基本了解。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY第3講 汽車電子控制技術(shù)基礎(chǔ) 第4頁1.1 電控系統(tǒng)的基本框架HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY第3講 汽車電子控制技術(shù)基礎(chǔ) 第5頁1.1 電控系統(tǒng)的基本框架HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY第3講 汽車電子控制技術(shù)基礎(chǔ) 第6頁1.1 電控系統(tǒng)的基本框架現(xiàn)代汽車電控系統(tǒng)主要由傳感器、電子控制器、執(zhí)行器3個部分組成。-

3、 傳感器作為輸入部分，用于檢測汽車運(yùn)行狀態(tài)（車速、水溫等），接受駕駛員指令，將其轉(zhuǎn)換為電信號；- 控制器（ECU）的作用是接收傳感器的輸入信號，并按設(shè)定的程序進(jìn)行計算處理，輸出處理結(jié)果；- 執(zhí)行器則根據(jù)ECU輸出的電信號驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使控制對象按要求變化；- 此外還有動力源：電動、氣動、液壓；通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。測量單元控制單元執(zhí)行單元HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY第3講 汽車電子控制技術(shù)基礎(chǔ) 第7頁1.2 電控單元電控單元ECU軟件（存儲在ECU）硬件數(shù)據(jù)采集/輸出控制邏輯判斷與計算處理系統(tǒng)監(jiān)控與故障診斷輸入/輸出電路微處理器電源電路HARBIN INSTITUTE

4、OF TECHNOLOGY第3講 汽車電子控制技術(shù)基礎(chǔ) 第8頁輸入處理電路ECU輸入信號類型模擬信號（A/D轉(zhuǎn)換）數(shù)字信號（包括開關(guān)信號）脈沖信號5V數(shù)字信號HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY第3講 汽車電子控制技術(shù)基礎(chǔ) 第9頁微處理器微處理器ECU核心CPU存儲器I/O接口電路定時器/計數(shù)器并行/串行通訊接口A/D和D/A8位 16位 32位單機(jī)控制 集中控制HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY第3講 汽車電子控制技術(shù)基礎(chǔ) 第10頁輸出處理電路把微處理器所使用的5V電壓處理后驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)（12V）執(zhí)行機(jī)構(gòu)電磁閥指示燈開關(guān)信號比例控制閥步進(jìn)電機(jī)

5、等電源電路ECU一般帶有電池和內(nèi)置電源電路，保證微處理器及其接口電路工作在+5V電壓HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY第3講 汽車電子控制技術(shù)基礎(chǔ) 第11頁1.3 操作系統(tǒng)與ECU的控制程序主要有監(jiān)控、管理、計算、控制和自診斷等部分組成?？刂瞥绦虿捎玫恼Z言與微處理器的形式直接相關(guān)，早期多采用匯編語言、PL/M、BASIC或FORTH，現(xiàn)在主要采用C語言。多任務(wù)實(shí)時操作系統(tǒng)；OSEK歐共體汽車產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟規(guī)定以O(shè)SEK標(biāo)準(zhǔn)作為開發(fā)汽車嵌入式系統(tǒng)的公用平臺和應(yīng)用編程接口(OSEK的名稱來自于德文“車內(nèi)電子設(shè)備的開放系統(tǒng)的接口”)。OSEK規(guī)定了汽車控制器的通信規(guī)程、網(wǎng)絡(luò)管理規(guī)

6、則以及高效利用存貯器的嵌入式操作系統(tǒng)規(guī)范HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY第3講 汽車電子控制技術(shù)基礎(chǔ) 第12頁1.4 電控系統(tǒng)的開發(fā)試車：環(huán)節(jié)考核和試生產(chǎn)確定目標(biāo)：性能對比和功能描述對比方案：開發(fā)效率和生產(chǎn)效益?zhèn)鞲衅骱蛨?zhí)行器：選型接口設(shè)計硬件原理圖設(shè)計：由框架細(xì)化硬件布線圖設(shè)計：考慮EMC、生產(chǎn)效率軟件設(shè)計：功能和故障診斷同步設(shè)計系統(tǒng)集成和調(diào)試：性能綜合HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY第3講 汽車電子控制技術(shù)基礎(chǔ) 第13頁圖標(biāo)定各工作模式下的工作模式選定、標(biāo)定實(shí)驗測試數(shù)據(jù)庫設(shè)計通訊接口設(shè)計測試監(jiān)控平臺設(shè)計、實(shí)驗測試在環(huán)仿真控制對象仿真硬件

7、研制）、硬件在環(huán)仿真（控制功能代碼編制實(shí)時操作系統(tǒng)軟件設(shè)計控制器系統(tǒng)設(shè)計驅(qū)動電路輸出信號處理電路傳感器選型輸入接口電路設(shè)計硬件設(shè)計設(shè)計制造、控制器原理仿真控制對象仿真硬件研制控制器仿真硬件研制）設(shè)計（并行方式快速控制原型離線仿真、控制仿真控制策略確定控制對象建模、建模及控制原理設(shè)計MAP654321HILSECURCPHARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY第3講 汽車電子控制技術(shù)基礎(chǔ) 第14頁系統(tǒng)需求模型設(shè)計系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型設(shè)計系統(tǒng)硬件設(shè)計系統(tǒng)軟件設(shè)計系統(tǒng)集成測試設(shè)計流程輔助工具數(shù)據(jù)流程DFD和控制流程CS結(jié)構(gòu)流圖AFD軟硬件開發(fā)系統(tǒng)計測試系統(tǒng)軟硬件功能合理分配1.4 電控系

8、統(tǒng)的開發(fā)HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY第3講 汽車電子控制技術(shù)基礎(chǔ) 第15頁1.4 電控系統(tǒng)的開發(fā)Test track 道路試驗CD Test bed 底盤測功機(jī)臺架試驗Power train test bed 動力總成臺架試驗Component test bed 零部件臺架試驗Electronics test bed 零部件臺架試驗Requirements需求Product產(chǎn)品Verification and Validation 驗證確認(rèn)Optimization Solutions優(yōu)化方案優(yōu)化方案Design Solutions設(shè)計方案設(shè)計方案Testing

9、Solutions測試方案測試方案Integrated simulation tool chain 仿真工具鏈集HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY第3講 汽車電子控制技術(shù)基礎(chǔ) 第16頁1.5 小結(jié)信號輸入：傳感器- 穩(wěn)定性、耐久性、接口規(guī)范信號處理：ECU- 控制策略、實(shí)時性、穩(wěn)定性、安全性信號輸出：驅(qū)動電路- 低成本、大驅(qū)動能力、耐久性、低損耗功能執(zhí)行：噴油系統(tǒng)、配氣系統(tǒng)- 一致性、響應(yīng)性、耐久性返回HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY第3講 汽車電子控制技術(shù)基礎(chǔ) 第17頁1.5 小結(jié)目前，傳感器和執(zhí)行器已經(jīng)形成了汽車電子領(lǐng)域的專業(yè)生產(chǎn)；各種

10、控制系統(tǒng)中使用的同一類型傳感器和執(zhí)行器，其工作原理是基本相同的；設(shè)計和開發(fā)的重點(diǎn)被放在了控制器本身上面，根據(jù)選用的傳感器和執(zhí)行器，設(shè)計電子控制單元的接口控制系統(tǒng)的靈魂主要是軟件系統(tǒng)對于我們相對比較落后的國情來說，利用全球采購的零部件，組合形成自主知識產(chǎn)權(quán)的控制系統(tǒng)，是發(fā)展最快的一條道路。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY第3講 汽車電子控制技術(shù)基礎(chǔ) 第18頁1.6 實(shí)例HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY第3講 汽車電子控制技術(shù)基礎(chǔ) 第19頁1.6 實(shí)例HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY第3講 汽車電子控制技術(shù)基礎(chǔ) 第

11、20頁1.6 實(shí)例HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY第3講 汽車電子控制技術(shù)基礎(chǔ) 第21頁1.6 實(shí)例HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY第3講 汽車電子控制技術(shù)基礎(chǔ) 第22頁 本節(jié)主要討論傳感器的基本屬性與評價方法。 要求學(xué)生了解傳感器的基本特性參數(shù)。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY第3講 汽車電子控制技術(shù)基礎(chǔ) 第23頁 定義：能夠感受規(guī)定的被測量并按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。從輸入端來看，一個指定的傳感器只能感受或響應(yīng)規(guī)定的物理量，即傳感器對規(guī)定的被測量具有最大的靈敏度和最好的選擇性。從輸出端來看，

12、傳感器的輸出信號為“可用信號”。這意指傳感器的輸出信號中不但載運(yùn)著待測的原始信息，而且是能夠被遠(yuǎn)距離傳送、后續(xù)測量環(huán)節(jié)便于接收和進(jìn)一步處理的信號形式。從輸入與輸出關(guān)系來看，這種關(guān)系應(yīng)具有一定規(guī)律。其意指傳感器的輸入與輸出應(yīng)是相關(guān)的，不但可以用解析的方法或用實(shí)驗方法確定的數(shù)學(xué)模型來描述，即具有確定規(guī)律的靜態(tài)特性和動態(tài)特性，而且這種規(guī)律是可復(fù)現(xiàn)的。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY第3講 汽車電子控制技術(shù)基礎(chǔ) 第24頁 作用：一般是指能把非電量轉(zhuǎn)換為電量的器件。要求傳感器能快速、精確地獲取信息，并能經(jīng)受各種惡劣環(huán)境的考驗。 地位：是實(shí)現(xiàn)測試與自動控制的首要環(huán)節(jié)。信息的采集

13、、傳輸和處理技術(shù)，即傳感器技術(shù)、通訊技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)，它們分別構(gòu)成了信息技術(shù)系統(tǒng)的“感官”、“神經(jīng)”和“大腦“。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY第3講 汽車電子控制技術(shù)基礎(chǔ) 第25頁傳感器一般由敏感元件、傳感元件和基本轉(zhuǎn)換電路組成：- 敏感元件將被測非電量轉(zhuǎn)換成可用非電量。如彈性敏感元件將力轉(zhuǎn)換為位移或應(yīng)變輸出。-傳感元件將敏感元件輸出的非電物理量(如位移、應(yīng)變、光強(qiáng)等)轉(zhuǎn)換成電路參數(shù)(如電阻、電感、電容等)量或電量。-基本轉(zhuǎn)換電路將電路參數(shù)轉(zhuǎn)換成便于測量的電量，如電壓、電流、頻率等。實(shí)際的傳感器，有的很簡單，有的則較復(fù)雜，但大多數(shù)傳感器是開環(huán)系統(tǒng)。車用傳感器越來越

14、多，可靠性、精度越來越高，并向集成化、數(shù)字化、智能化方向發(fā)展。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY第3講 汽車電子控制技術(shù)基礎(chǔ) 第26頁 基本工作原理- 守恒定律：包括能量、動量、電荷量等守恒定律。- 場的定律：包括動力場的運(yùn)動定律、電磁場的感應(yīng)定律等。其作用與物體在空間的位置及分布狀態(tài)有關(guān)。利用場的定律構(gòu)成的傳感器，可統(tǒng)稱為“結(jié)構(gòu)型傳感器”。- 物質(zhì)定律：它是表示各種物質(zhì)本身內(nèi)在性質(zhì)的定律，通常以這種物質(zhì)所固有的物理常數(shù)加以描述。物理常數(shù)的大小決定著傳感器的主要性能。這種基于物質(zhì)定律的傳感器，可統(tǒng)稱為“物性型傳感器”。這是當(dāng)代傳感器技術(shù)領(lǐng)域中具有廣闊發(fā)展前景的傳感器。

15、- 統(tǒng)計法則HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY第3講 汽車電子控制技術(shù)基礎(chǔ) 第27頁各種傳感器的變換原理、結(jié)構(gòu)、使用目的、環(huán)境條件雖各不相同，但對它們的主要性能要求都是一致的。這些主要性能要求是：(1)高精度、低成本。應(yīng)根據(jù)實(shí)際要求合理確定靜態(tài)招度與成本的關(guān)系，盡量提高精度、降低成本。(2)高靈敏度。(3)工作可靠。(4)穩(wěn)定性好。應(yīng)根據(jù)需要合理確定靈敏度與穩(wěn)定性的關(guān)系。(5)抗干擾能力強(qiáng)，抗腐蝕性好。(6)動態(tài)特性良好。即動態(tài)測量應(yīng)具有良好的動態(tài)響應(yīng)及穩(wěn)定性。(7)結(jié)構(gòu)簡單、小巧，使用維護(hù)方便，通用性強(qiáng)，功耗低等。HARBIN INSTITUTE OF TECHNO

16、LOGY第3講 汽車電子控制技術(shù)基礎(chǔ) 第28頁傳感器般是基于各種物理的、化學(xué)的和生物的效應(yīng)和規(guī)律設(shè)計的，受相應(yīng)的定律和法則所支配。傳感器一般分為物理型、化學(xué)型和生物型三大類?；瘜W(xué)傳感器是利用電化學(xué)反應(yīng)原理，把有機(jī)和無機(jī)化學(xué)物質(zhì)的成份、濃度等轉(zhuǎn)換為電信號的傳感器。生物傳感器是利用生物活性物質(zhì)選擇性識別、測定生物和化學(xué)物質(zhì)的傳感器。這兩類主要用于化工、環(huán)保監(jiān)測和醫(yī)學(xué)診斷。用于工業(yè)測控領(lǐng)域的主要是物理型的傳感器。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY第3講 汽車電子控制技術(shù)基礎(chǔ) 第29頁 按構(gòu)成原理分：- 物性型利用其轉(zhuǎn)換元件物理特性變化實(shí)現(xiàn)信號轉(zhuǎn)換。光敏電阻、熱敏電阻。- 結(jié)

17、構(gòu)型利用其轉(zhuǎn)換元件的結(jié)構(gòu)參數(shù)變化實(shí)現(xiàn)信號轉(zhuǎn)換。變極距型電容傳感器、變氣隙電感傳感器。 按能量觀點(diǎn)分：-能量轉(zhuǎn)換型又稱有源傳感器或換能器，將非電量轉(zhuǎn)換時不需要提供外電源。壓電式、磁電式、熱電式和光電式。-能量控制型無源傳感器，工作時需外部提供能量。被測非電量僅對傳感器起能量控制或調(diào)節(jié)作用。電阻式、電感式和電容式傳感器。 按輸出信號形式分：- 模擬式- 數(shù)字式HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY第3講 汽車電子控制技術(shù)基礎(chǔ) 第30頁習(xí)慣上常把工作原理和用途結(jié)合起來命名傳感器。如電感式位移傳感器、壓電式加速度傳感器等。型型 式式說說 明明按本質(zhì)效應(yīng)分物理型、化學(xué)型、生物型分別

18、以轉(zhuǎn)換中的物理效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)等命名按工作機(jī)理分結(jié)構(gòu)型以其傳感轉(zhuǎn)換元件結(jié)構(gòu)參數(shù)變化實(shí)現(xiàn)信號轉(zhuǎn)換物性型以其傳感轉(zhuǎn)換元件物理特性交化實(shí)現(xiàn)信號轉(zhuǎn)換按能量關(guān)系分能量轉(zhuǎn)換型(自源型)傳感器輸出量直接由被測量能量轉(zhuǎn)換而得能量控制型(外源型)傳感器輸出量能真由外源供給，但受被測輸入量控制按工作原理分應(yīng)變式、電容式、壓電式、熱電式等以傳感器對信號轉(zhuǎn)換的作用原理命名按輸入量分位移、壓力、溫度、流量、氣體式等以被測量命名(即按用途分類法)按輸出量分模擬式輸出量為模擬信號數(shù)字式輸出量為數(shù)字信號HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY第3講 汽車電子控制技術(shù)基礎(chǔ) 第31頁傳感器的特性指輸入與輸出之間

19、的關(guān)系。分為靜態(tài)特性和動態(tài)特性兩種。- 靜態(tài)特性：輸入量為常量或變化極慢時，傳感器的輸出與輸入之間的關(guān)系。研究靜特性主要應(yīng)考慮非線性與隨機(jī)變化等影響因素。描述的參數(shù)有：靈敏度與信噪比、分辨力、測量范圍與量程、線性度、遲滯、重復(fù)性、漂移、閾值、穩(wěn)定性、精度(靜態(tài)誤差)。- 動態(tài)特性：指傳感器跟蹤輸入信號的能力。取決于傳感器的本身及輸入信號的形式。頻率響應(yīng)特性：正弦函數(shù)階躍響應(yīng)特性0s/01tCto/動態(tài)誤差HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY第3講 汽車電子控制技術(shù)基礎(chǔ) 第32頁靈敏度：- 傳感器輸出變化量與引起此變化的輸入變化量之比。表示傳感器對校測量變化的反應(yīng)能力。分

20、辨力：- 傳感器在規(guī)定測量范圍內(nèi)所能檢測出被測輸入量的最小變化量。yy0 xxySxySddyy0 xydxd圖2-3 傳感器的靈敏度信噪比（S/N）信號分量與噪聲分量的平方平均之比。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY第3講 汽車電子控制技術(shù)基礎(chǔ) 第33頁圖2-2 幾種直線擬合方法(a) 理論擬合； (b) 過零旋轉(zhuǎn)擬合； (c) 端點(diǎn)連線擬合； (d) 端點(diǎn)平移擬合測量范圍：在允許誤差范圍內(nèi)，被測量值的下限與上限的范圍。上下限之差為量程。線性度：又稱非線性誤差，是被測值處于穩(wěn)定狀態(tài)時，表征傳感器輸出和輸入之間的關(guān)系曲線(稱校準(zhǔn)或標(biāo)定曲線)對擬合直線的接近程度。HAR

21、BIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY第3講 汽車電子控制技術(shù)基礎(chǔ) 第34頁遲滯：傳感器在正(輸入量增大)反(輸入量減小)行程中輸出輸入特性曲線的不重合程度重復(fù)性：傳感器在輸入量按同一方向作全量程連續(xù)多次變動時所得特性曲線不一致的程度HmaxYFSyxO圖2-4 遲滯特性Rmax1YFSyxO圖2-5 重復(fù)特性Rmax2HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY第3講 汽車電子控制技術(shù)基礎(chǔ) 第35頁漂移：指一定時間間隔內(nèi)，傳感器輸出量存在著有與被測輸入量無關(guān)的、不需要的變化。包括零點(diǎn)漂移與靈敏度漂移。時漂與溫漂。閾值：能使傳感器輸出端產(chǎn)生可測變化量的最小被測輸

22、入量值.即零位附近的分辨力。精度(靜態(tài)誤差)：是反映傳感器系統(tǒng)誤差與隨機(jī)誤差綜合影響程度的評價指標(biāo)，表示測量結(jié)果與其理論值(真值)的靠近程度。 穩(wěn)定性：傳感器在相當(dāng)長時間內(nèi)仍保持其性能的能力。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY第3講 汽車電子控制技術(shù)基礎(chǔ) 第36頁頻率響應(yīng)特性：- 各種頻率不同而幅值相等的正弦信號輸入傳感器，其輸出正弦信號的幅值、相位與頻率之間的關(guān)系，簡稱頻率特性。- 幅頻特性:輸出與輸入的幅值比與信號頻率的關(guān)系- 相頻特性:輸出與輸入的相角差與信號頻率的關(guān)系- 相頻持性與幅頻特性之間有一定的內(nèi)在關(guān)系，因此表示傳感器的頻響特性及頻域性能指標(biāo)時主要用幅頻

23、特性 HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY第3講 汽車電子控制技術(shù)基礎(chǔ) 第37頁HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY第3講 汽車電子控制技術(shù)基礎(chǔ) 第38頁 階躍響應(yīng)特性當(dāng)給靜止的傳感器輸入一個單位階躍信號時，其輸出信號稱為階躍響應(yīng)。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY第3講 汽車電子控制技術(shù)基礎(chǔ) 第39頁衡量階躍響應(yīng)的指標(biāo)有： - 時間常數(shù)：傳感器輸出值上升到穩(wěn)態(tài)值63.2%所需的時間。- 上升時間：傳感器輸出值由穩(wěn)態(tài)值的10%上升到90%所需的時間。- 響應(yīng)時間：輸出值達(dá)到允許誤差范圍所經(jīng)歷的時間。- 超調(diào)量：輸出第一次

24、超過穩(wěn)值之峰高。- 衰減度：指相鄰兩個波峰(或波谷)高度下降的百分?jǐn)?shù)。- 延遲時間：響應(yīng)曲線第一次達(dá)到穩(wěn)定值的一半所需的時間。 時間常數(shù)、上升時間、響應(yīng)時間、表征系統(tǒng)的響應(yīng)速度性能；超調(diào)量、衰減度則征系統(tǒng)的穩(wěn)定性能。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY第3講 汽車電子控制技術(shù)基礎(chǔ) 第40頁調(diào)節(jié)時間調(diào)節(jié)時間ts穩(wěn)態(tài)誤差穩(wěn)態(tài)誤差超調(diào)量超調(diào)量Mp延遲時間延遲時間td上升時間上升時間tr峰值時間峰值時間tpHARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY第3講 汽車電子控制技術(shù)基礎(chǔ) 第41頁基本特性 性能指標(biāo) 定義說明穩(wěn)態(tài)響應(yīng) 頻響范圍是指傳感器具有足夠精度響應(yīng)的頻

25、率范圍或稱頻響范圍，簡稱頻帶或通頻帶 工程上是指輸出與輸入幅值比保持事2(衰減3dB)范圍內(nèi)的頻率范圍幅值誤差 在頻響范圍內(nèi)與理想傳感器相比產(chǎn)生的幅值誤差是指正弦輸入信號時傳感器的響應(yīng)，它只與物理參數(shù)有關(guān)，而與時間無關(guān)相位誤差在頻響范圍內(nèi)與理想傳感器相比產(chǎn)生的相位誤差瞬態(tài)響應(yīng) 上升時間tr輸出從穩(wěn)態(tài)值的10%上升到90%所需的時間輸入單位階躍信號、tb、tr表征傳感器響應(yīng)快慢a1、表征傳感器穩(wěn)定性能響應(yīng)時間ts從輸入量開始起作用到輸出進(jìn)入穩(wěn)定值的允許誤差范圍(如5%或 2%)內(nèi)所需的時間超調(diào)量a輸出超過最終穩(wěn)定位yc的最大量a，常用a/yc百分?jǐn)?shù)表示衰減度瞬態(tài)過程中振蕩幅值衰減的速度（a-a1

26、）/a延遲時間td響應(yīng)曲線第一次達(dá)到穩(wěn)定的一半所需的時間基本要求較好的頻率響應(yīng)特性、較高的靈敏度、快速的響應(yīng)和較小的時間滯后HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY第3講 汽車電子控制技術(shù)基礎(chǔ) 第42頁項項 目目 相相 應(yīng)應(yīng) 指指 標(biāo)標(biāo)基本特性量程測量范圍在允許誤差限內(nèi)傳感器的被測量值的范圍量程測量范圍的上限(最高)值和下限(最低)位之差過載能力一般用允許超過測量上限(或下限)的被測量位與量程的百分比表示靈敏度靈敏度、分辨力、閾值、港量程輸出靜態(tài)精度精確度、線性度、重復(fù)性、遲滯、靈敏度誤差、穩(wěn)定性、漂移動態(tài)性能頻率特性頻率響應(yīng)的范圍、幅相特性、臨界頻率時間常數(shù)、固有頻率、阻

27、尼比、動態(tài)誤差階躍特性上升時間、響應(yīng)時間、過沖量、衰減率、臨界速度、穩(wěn)態(tài)誤差環(huán)境參數(shù)溫度工作溫度范圍、溫度誤差、溫度漂移、溫度系數(shù)、熱滯后振動、沖擊允許各向抗沖擊振動的頻率、振幅及加速度、沖擊振動所允許引入誤差其它抗潮濕、抗介質(zhì)腐蝕能力、抗電磁場干擾能力等可靠性工作壽命、平均無故障時間、保險期、疲勞性能、絕緣電阻、耐壓使用條件電源（直流、交流、電壓、頻率、功耗、穩(wěn)定度）外形尺寸、重量、備伯、殼體材料、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、安裝方式、饋線電纜、出廠日期、保修期、校準(zhǔn)周期經(jīng)濟(jì)性價格、性能價格比HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY第3講 汽車電子控制技術(shù)基礎(chǔ) 第43頁傳感器的標(biāo)定傳感器的

28、標(biāo)定-利用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備產(chǎn)生已知的非電量標(biāo)準(zhǔn)量，或用基準(zhǔn)量來確定傳感器電輸出量與非電輸入量之間關(guān)系。靜態(tài)標(biāo)定靜態(tài)標(biāo)定:輸入已知標(biāo)準(zhǔn)非電量，測出傳感器的輸出，給出標(biāo)定曲線、標(biāo)定方程和標(biāo)定常數(shù)，計算靈敏度、線性度、滯差、重復(fù)性等傳感器的靜態(tài)特性指標(biāo)。 動態(tài)標(biāo)定動態(tài)標(biāo)定:用于確定傳感器的動態(tài)性能指標(biāo)。通過確定其線性工作范圍用同一頻率不同幅值的正弦信號輸入傳感器，測量其輸出)、頻率響應(yīng)函數(shù)、幅頻特性和相頻特性曲線、階躍響應(yīng)曲線來確定傳感器的頻率響應(yīng)范圍、幅值誤差和相位誤差、時間常數(shù)、阻尼比、固有頻率等。傳感器的校準(zhǔn)傳感器的校準(zhǔn)傳感器需定期檢測其基本性能參數(shù)，判定是否可繼續(xù)使用，如能繼續(xù)使用，則應(yīng)對其有變化的

29、主要指標(biāo)(如靈敏度)進(jìn)行數(shù)據(jù)修正，確保傳感器的測量精確度的過程，稱之傳感器校準(zhǔn)。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY第3講 汽車電子控制技術(shù)基礎(chǔ) 第44頁差動技術(shù)平均技術(shù)穩(wěn)定性技術(shù)屏散、隔離與干擾抑制技術(shù)補(bǔ)償校正技術(shù)集成化與智能化技術(shù)合理選擇傳感器材料、結(jié)構(gòu)與參數(shù) HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY第3講 汽車電子控制技術(shù)基礎(chǔ) 第45頁執(zhí)行器（final controlling element）接收控制信息并對受控對象施加控制作用的裝置。是控制系統(tǒng)正向通路中直接改變操縱變量的儀表，由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成。 HARBIN INSTITUTE O

30、F TECHNOLOGY第3講 汽車電子控制技術(shù)基礎(chǔ) 第46頁按所用驅(qū)動能源分為氣動、電動和液壓執(zhí)行器三種 按輸出位移形式分轉(zhuǎn)角型和直線型兩種-位置、速度、扭矩；按動作規(guī)律可分為開關(guān)型、積分型和比例型三類。 HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY第3講 汽車電子控制技術(shù)基礎(chǔ) 第47頁磨擦：靜磨擦、動磨擦和粘滯磨擦- 靜磨擦引起靜態(tài)（死區(qū)）誤差- 磨擦非線性引起低速抖動- 磨擦對系統(tǒng)穩(wěn)定性是有利的傳動間隙- 只在反向傳動時出現(xiàn)傳動誤差轉(zhuǎn)動慣量彈性形變HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY第3講 汽車電子控制技術(shù)基礎(chǔ) 第48頁足夠的強(qiáng)度、剛度慣量小磨擦小

31、、傳動效率高傳動平穩(wěn)、噪音小結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕可靠性高，可維護(hù)性好HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY第3講 汽車電子控制技術(shù)基礎(chǔ) 第49頁 自動控制就是在無人直接參與的情況下，利用控制裝置操縱受控對象，使被控量等于給定值。-開環(huán)控制結(jié)構(gòu)簡單，但抗擾能力差，控制精度受元件精度約束；-閉環(huán)控制方式，其抗擾能力強(qiáng)，但存在安定性問題。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY第3講 汽車電子控制技術(shù)基礎(chǔ) 第50頁開環(huán)控制：控制裝置與受控對象之間只有順向作用，而無反向聯(lián)系。特點(diǎn)：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制過程均很簡單，但抗擾能力差?？刂凭炔桓撸话阒挥糜趯刂菩阅芤筝^低

32、的場合。在開環(huán)控制中，對于每一個參考輸入信號，都有一個與之相對應(yīng)的工作狀態(tài)和輸出信號，系統(tǒng)的精度取決于元、器件的精度和特性調(diào)整的精度。當(dāng)系統(tǒng)的內(nèi)擾和外擾影響不大，并且控制精度要求不向時，可采用開環(huán)控制入式。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY第3講 汽車電子控制技術(shù)基礎(chǔ) 第51頁閉環(huán)控制：控制裝置與受控對象之間，不但有順向作用，而且還有反向聯(lián)系，即有被控量對控制過程的影響。其控制系統(tǒng)稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。特點(diǎn)：能減小或消除由于擾動所形成的被控量的偏差值，因而具有較高的控制精度和較強(qiáng)的抗擾能力?？刂蒲b置被控對象反饋單元設(shè)定值擾動值輸出值HARBIN INSTITUTE OF

33、TECHNOLOGY第3講 汽車電子控制技術(shù)基礎(chǔ) 第52頁復(fù)合控制就是將開環(huán)控制和閉環(huán)控制相結(jié)合的一種控制方式。實(shí)質(zhì)：在閉環(huán)控制回路的基礎(chǔ)上，附加一個對輸人信號或?qū)_動作用的順饋通路，來提高系統(tǒng)的控制精度。-按輸入信號補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償裝置可提供一個輸入信號的微分作用，并作為順饋控制信號，與原輸入信號一起對被控對象進(jìn)行控制、以提高系統(tǒng)的跟蹤精度。-按擾動作用補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償裝置可測量的擾動對系統(tǒng)的不利影響產(chǎn)生之前，提供一個控制作用以抵消擾動對系統(tǒng)輸出的影響。-補(bǔ)償裝置按照不變性原理設(shè)計，即在任何輸人下，都保證系統(tǒng)輸出與作用在系統(tǒng)上的擾動完全無關(guān)或部分無關(guān)，從而使系統(tǒng)的輸出完全復(fù)現(xiàn)輸入。HARBIN INST

34、ITUTE OF TECHNOLOGY第3講 汽車電子控制技術(shù)基礎(chǔ) 第53頁HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY第3講 汽車電子控制技術(shù)基礎(chǔ) 第54頁按輸入信號特征分類 恒值控制系統(tǒng)恒值控制系統(tǒng)如果系統(tǒng)的輸入量是常數(shù)，并要求在干擾作用下，其輸出量在某一希望值附近做微小變化，則這類系統(tǒng)稱為恒值控制系統(tǒng)。VRG 程序控制系統(tǒng)程序控制系統(tǒng)如果系統(tǒng)的輸入量是已知給定值的時間函數(shù)時，則這類系統(tǒng)稱為程序控制系統(tǒng)。ABS 隨動系統(tǒng)隨動系統(tǒng)如果系統(tǒng)的輸入量是時間的未知函數(shù)，即給定量的變化規(guī)律是事先不能確定的，并要求輸出量精確地跟隨輸入量變化，則這類系統(tǒng)稱為隨動系統(tǒng)。EPSHARBIN

35、INSTITUTE OF TECHNOLOGY第3講 汽車電子控制技術(shù)基礎(chǔ) 第55頁從使用的數(shù)學(xué)方法分類從使用的數(shù)學(xué)方法分類 線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)若一個元件的輸入、輸出的關(guān)系曲線為直線，則稱該元件為線性元件，否則稱為非線性元件。若一個系統(tǒng)中所有的元器件均為線性元器件，則系統(tǒng)稱為線性系統(tǒng)；若系統(tǒng)中有一個非線性元器件，則該系統(tǒng)稱為非線性系統(tǒng)。 定常系統(tǒng)和時變系統(tǒng)定常系統(tǒng)和時變系統(tǒng)從系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型來看，若微分方程的系數(shù)不是時間變量的函數(shù)，則稱為定常系統(tǒng)，否則稱為時變系統(tǒng)。 連續(xù)系統(tǒng)、離散系統(tǒng)和采樣系統(tǒng)連續(xù)系統(tǒng)、離散系統(tǒng)和采樣系統(tǒng)從系統(tǒng)中的信號來看，若系統(tǒng)中各部分的信號都是時間的連續(xù)函數(shù)即模擬量，則為連續(xù)系統(tǒng)；若系統(tǒng)中有一處或多處信號為時間的離散函數(shù)，則為離散系統(tǒng)；若系統(tǒng)中既有模擬量也有離散信號，則為采樣系統(tǒng)。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY第3講 汽車電子控制技術(shù)基礎(chǔ) 第56頁評價系統(tǒng)優(yōu)