汽車電器與電子技術(shù)第一章匯編

1、第一章第一節(jié)汽車電子技術(shù)的發(fā)展背景第二節(jié)汽車電子控制系統(tǒng)的一般組成第三節(jié)汽車電子控制技術(shù)基礎(chǔ)知識第一節(jié)汽車電子技術(shù)的發(fā)展背景一、安全、環(huán)保和節(jié)能推動了汽車技術(shù)的發(fā)展二、電子信息技術(shù)的發(fā)展，推進了汽車技術(shù)向集成與智能邁進三、汽車電子技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)越性一、安全、環(huán)保和節(jié)能推動了汽車技術(shù)的發(fā)展汽車的安全性是人類社會的一大禍害，車輛的制動安全性、驅(qū)動安全性與行駛安全性是道路交通安全事故的三大主要根源。全世界每年由于交通事故死亡約50萬人，排在人類死亡原因的第10位；我國目前每年因交通事故死亡占全國總死亡人數(shù)的1.5%，約每年10萬人。為此，科技人員從汽車的主動安全性和被動安全性兩個方面著手，設(shè)計了防滑控

2、制系統(tǒng)、車輛姿態(tài)控制系統(tǒng)、智能防撞預(yù)警與應(yīng)急保護系統(tǒng)、碰撞后的保護系統(tǒng)等一系列電子控制裝置。二、電子信息技術(shù)的發(fā)展，推進了汽車技術(shù)向集成與智能邁進圖1-1四層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)二、電子信息技術(shù)的發(fā)展，推進了汽車技術(shù)向集成與智能邁進圖1-2網(wǎng)絡(luò)層次的發(fā)展三、汽車電子技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)越性1.減少汽車修復(fù)時間 汽車電氣設(shè)備的故障約占汽車總故障的1/3。由于汽車構(gòu)造比較復(fù)雜，零部件比較多，工作環(huán)境不可控制(如道路條件，環(huán)境的溫度、濕度)，加上人為的因素，所以汽車的可靠性差，無故障間隔時間短2.節(jié)油 汽車發(fā)動機采用電子綜合優(yōu)化控制，與傳統(tǒng)的化油器式發(fā)動機相比，可以節(jié)約燃油消耗10%15左右。汽車是一個較復(fù)雜的多參數(shù)控

3、制的機械，而且行駛條件隨機變化。對其采用優(yōu)化控制后，計算機可以對控制對象的有關(guān)參數(shù)(如溫度、氣體壓力、轉(zhuǎn)速、排氣成分)進行適當(dāng)采樣，然后進行數(shù)據(jù)處理3.減少空氣污染 用傳感器控制的發(fā)動機空燃比閉環(huán)控制系統(tǒng)，可以保證發(fā)動機處于理論空燃比附近工作。若加裝廢氣再循環(huán)和三元催化凈化等裝置，不但可以節(jié)約燃油，而且廢氣中碳氫化合物(HC)的體積分數(shù)可降低40，氮氧化合物(NOx)的體積分數(shù)可降低60%左右。4.減少交通事故 電子技術(shù)在汽車安全方面得到應(yīng)用后，使整車的安全性能提高。交通事故主要由人的主觀因素和客觀因素所造成，減少人的主觀因素造成事故的電子裝置有：防止酒后駕車和駕駛員磕睡的電子裝置、檢查人的心

4、理狀態(tài)和反應(yīng)時間的電子裝置等；表1-1現(xiàn)代汽車電子控制系統(tǒng)第二節(jié)汽車電子控制系統(tǒng)的一般組成一、電子控制系統(tǒng)的一般組成二、自動控制系統(tǒng)的分類三、汽車電子控制系統(tǒng)簡介四、電子控制單元(ECU)的功能與組成一、電子控制系統(tǒng)的一般組成1.檢測反饋單元該單元的功用在于通過各種傳感器檢測受控參數(shù)或其他中間變量，經(jīng)放大、轉(zhuǎn)換后用以顯示或作為反饋信號。2.指令及信號處理單元該單元接受人機對話隨機指令或定值、程序指令，并接受反饋信號，一般具有信號比較、變換、運算、邏輯等處理功能。傳統(tǒng)的指令及信號處理單元多采用模擬電路，隨著微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，為工程控制系統(tǒng)提供了采用數(shù)字計算機指令和信號處理單元的可能性

5、。汽車上所用的指令及信號處理單元多為微處理機。3.轉(zhuǎn)換放大單元該單元的作用是將指令信號按不同方式進行相互轉(zhuǎn)換和線性放大，使放大后的功率足以控制執(zhí)行器并驅(qū)動受控對象。4.執(zhí)行器執(zhí)行器直接驅(qū)動受控對象的部件，可以是電磁元件，如電磁鐵、電動機等；也可以是液壓或氣動元件，如液壓或氣壓工作缸及馬達。為了使驅(qū)動特性與受控對象的負荷特性相互匹配，還可附加變速機構(gòu)，如液壓馬達和行星齒輪傳動的組合。5.動力源動力源為各單元提供能源，通常包括電氣動力源和流體動力源兩類。一、電子控制系統(tǒng)的一般組成圖1-3電子控制系統(tǒng)的一般組成二、自動控制系統(tǒng)的分類1.按控制系統(tǒng)有無反饋環(huán)節(jié)分類2.按輸入量變化的規(guī)律來分類3.按系統(tǒng)

6、傳輸信號對時間的關(guān)系分類4.按系統(tǒng)輸出量和輸入量的關(guān)系分類5.簡化的汽車電子控制系統(tǒng)模型1.按控制系統(tǒng)有無反饋環(huán)節(jié)分類(1)開環(huán)控制系統(tǒng)若系統(tǒng)的輸出量對系統(tǒng)的控制作用不產(chǎn)生影響(即無檢測反饋單元)，則稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。(2)閉環(huán)控制系統(tǒng)系統(tǒng)的輸出通過檢測反饋單元返回來作用于控制部分，形成閉合回路，這種控制系統(tǒng)就稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)，又稱為反饋控制系統(tǒng)。2.按輸入量變化的規(guī)律來分類(1)恒值控制系統(tǒng)恒值控制系統(tǒng)的特點是，系統(tǒng)的輸入量是恒值，并要求系統(tǒng)的輸出量相應(yīng)地保持恒定值。(2)隨動控制系統(tǒng)隨動控制系統(tǒng)的特點是，輸入量是變化的(有時是隨機的)，并且要求系統(tǒng)的輸出量能跟隨輸入量的變化而作出相應(yīng)的變化

7、，故隨動系統(tǒng)又稱為伺服系統(tǒng)或跟蹤系統(tǒng)。(3)過程控制系統(tǒng)該系統(tǒng)的輸出量是按給定的時間函數(shù)實現(xiàn)控制的。3.按系統(tǒng)傳輸信號對時間的關(guān)系分類(1)連續(xù)控制系統(tǒng)連續(xù)控制系統(tǒng)的特點是，控制作用的信號是連續(xù)量或模擬量。(2)離散控制系統(tǒng)又稱采樣控制系統(tǒng)。4.按系統(tǒng)輸出量和輸入量的關(guān)系分類(1)線性系統(tǒng)線性系統(tǒng)的特點是，系統(tǒng)的輸出量和輸入量的關(guān)系是線性的，它的各個環(huán)節(jié)或系統(tǒng)都可以用線性微分方程來描述，可以應(yīng)用疊加原理和拉氏變換解決線性系統(tǒng)中的問題。(2)非線性系統(tǒng)非線性系統(tǒng)的特點是，其中的一些環(huán)節(jié)具有非線性性質(zhì)(例如出現(xiàn)飽和死區(qū)、滯環(huán)等)。5.簡化的汽車電子控制系統(tǒng)模型圖1-4傳感器、ECU和執(zhí)行器之間的工

8、作關(guān)系三、汽車電子控制系統(tǒng)簡介(一)發(fā)動機控制部分(二)底盤控制部分(三)行駛安全系統(tǒng)(四)信息系統(tǒng)(五)附屬裝置(一)發(fā)動機控制部分 1.電控點火裝置(ESA)該系統(tǒng)可使發(fā)動機在不同轉(zhuǎn)速、進氣量等因素下，在最佳點火提前角工況下工作，使發(fā)動機輸出最大的功率和轉(zhuǎn)矩，而將油耗和排放降低到最低限度。該系統(tǒng)分為開環(huán)和閉環(huán)兩種控制。電控點火裝置閉環(huán)控制系統(tǒng)通過爆燃傳感器進行反饋控制，其點火時刻的控制精度比開環(huán)高，但排氣凈化差些。2.電控汽油噴射(EFI)該系統(tǒng)根據(jù)各傳感器輸送來的信號，能有效控制混合氣空燃比，使發(fā)動機在各種工況下空燃比達到較佳值，從而實現(xiàn)提高功率、降低油耗、減少排氣污染等功效。該系統(tǒng)可分

9、為開環(huán)和閉環(huán)兩種控制。閉環(huán)控制是在開環(huán)控制的基礎(chǔ)上，在一定條件下，由計算機根據(jù)氧傳感器輸出的含氧濃度信號修正燃油供給量，使混合氣空燃比保持在理想狀態(tài)下。3.廢氣再循環(huán)控制(EGR)該系統(tǒng)是將一部分排氣中的廢氣引入進氣側(cè)的新鮮混合氣中再次燃燒，以抑制發(fā)動機有害氣體氮氧化合物的生成。該系統(tǒng)能根據(jù)發(fā)動機的工況適時地調(diào)節(jié)參與廢氣再循環(huán)的廢氣循環(huán)率，以減少排氣中的有害氣體氮氧化合物。它是一種排氣凈化的有效手段。4.怠速控制(ISC)該系統(tǒng)能根據(jù)發(fā)動機冷卻液溫度及其他有關(guān)參數(shù)，如空調(diào)開關(guān)信號、動力轉(zhuǎn)向開關(guān)信號等，使發(fā)動機的怠速處于最佳狀態(tài)。除以上控制裝置外，發(fā)動機部分的控制內(nèi)容還有：發(fā)動機輸出、冷卻風(fēng)扇、

10、發(fā)動機排量、氣門正時、二次空氣噴射、發(fā)動機增壓、油氣蒸發(fā)控制及系統(tǒng)自診斷等。(二)底盤控制部分 1 .電控自動變速器(ECT)該裝置有多種形式。它能根據(jù)發(fā)動機節(jié)氣門開度和車速等行駛條件，按照換檔特性精確地控制變速比，使汽車處于最佳檔位。該裝置具有提高傳動效率、降低油耗、改善換檔舒適性、提高汽車行駛平穩(wěn)性以及延長變速器使用壽命等優(yōu)點。2.防滑控制系統(tǒng)防滑控制包括防抱死制動(ABS)、牽引控制(TCS)、驅(qū)動防滑(ASR)和車輛橫向穩(wěn)定性控制系統(tǒng)(VSC)。該系統(tǒng)可以提高制動效能，防止汽車在制動、起步、驅(qū)動和轉(zhuǎn)彎時產(chǎn)生側(cè)滑，是保證行車安全和防止事故發(fā)生的重要措施。3.電子控制動力轉(zhuǎn)向電子控制動力轉(zhuǎn)

11、向的形式較多，目前汽車動力轉(zhuǎn)向的發(fā)展趨勢為四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。它們分別顯示出不同的優(yōu)越性，如有的可獲得最優(yōu)化的轉(zhuǎn)向作用力特性、最優(yōu)化的轉(zhuǎn)向回正特性，起到改善行駛的穩(wěn)定性以及節(jié)能和降低成本的作用；有的主要是為了提高轉(zhuǎn)向能力和轉(zhuǎn)向響應(yīng)性；有的主要用來改善高速行駛時的穩(wěn)定性。目前電控前輪動力轉(zhuǎn)向較普及，通過控制轉(zhuǎn)向力，保證汽車原地或低速行駛時轉(zhuǎn)向輕便，而高速行駛時又確保安全。4.電控懸架(TEMS)該系統(tǒng)能根據(jù)不同的路面狀況，控制車輛高度，調(diào)整懸架的阻尼特性及彈性剛度，改善車輛行駛的穩(wěn)定性、操縱性和乘坐舒適性。5.巡航控制系統(tǒng)(CCS)該系統(tǒng)又稱恒速行駛系統(tǒng)。汽車在高速公路上長時間行駛時，打開該系統(tǒng)的自動

12、操縱開關(guān)后，恒速行駛裝置將根據(jù)行駛阻力自動增減節(jié)氣門開度，使汽車行駛速度保持一定。該系統(tǒng)可以減輕駕駛員長途駕駛之疲勞。(三)行駛安全系統(tǒng) 1.安全氣囊(SRS)該系統(tǒng)是國外汽車上一種常見的被動安全裝置。在車輛相撞時，由電控元件用電流引爆安置在轉(zhuǎn)向盤中央(有的在儀表盤板雜務(wù)箱后邊也安裝)等處氣囊中的滲氮物，迅速燃燒產(chǎn)生氮氣，瞬間充滿氣囊。氣囊的作用是在駕駛員與轉(zhuǎn)向盤之間、前座乘員與儀表板間形成一個緩沖軟墊，避免硬性撞擊而受傷。此裝置一定要與安全帶配合使用，否則效果大為降低。2.雷達防撞系統(tǒng)該系統(tǒng)有多種形式。有的在汽車行駛中，當(dāng)兩車的距離小到安全距離時，即自動報警，若繼續(xù)行駛，則會在即將相撞的瞬間

13、，自動控制汽車制動器將汽車停住；有的是在汽車倒車時，顯示車后障礙物的距離，有效地防止倒車事故發(fā)生。3.驅(qū)動防滑控制系統(tǒng)(ASR)該系統(tǒng)是在防抱死制動系統(tǒng)的基礎(chǔ)上開發(fā)的，兩系統(tǒng)有許多共同組件。該系統(tǒng)裝置利用驅(qū)動輪上的轉(zhuǎn)速傳感器，當(dāng)感受到驅(qū)動輪打滑時，控制元件便通過制動或通過油門降低轉(zhuǎn)速，使之不再打滑。它實質(zhì)上是一種速度調(diào)節(jié)器，可以在起步和彎道中速度發(fā)生急劇變化時，改善車輪與地面間的附著力，提高其安全性。該系統(tǒng)裝置在雪地或濕滑路面上，較能發(fā)揮其特性。4.安全帶控制系統(tǒng)該系統(tǒng)在汽車發(fā)生任何撞擊的情況下，可瞬間束緊安全帶。有的汽車上只有當(dāng)計算機確認駕駛員和乘客安全帶使用正確無誤時，發(fā)動機才能被起動。5

14、.前照燈控制系統(tǒng)該系統(tǒng)可在前照燈照明范圍內(nèi)，隨著轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動，并能在會車時自動啟閉和防眩。(四)信息系統(tǒng) 1.信息顯示與報警系統(tǒng)該系統(tǒng)可將發(fā)動機的工況和其他信息參數(shù)，通過微處理機處理后，輸出對駕駛員更有用的信息，并用數(shù)字顯示、線條顯示或聲光報警。顯示的信息除冷卻液溫度、油壓、車速、發(fā)動機轉(zhuǎn)速等常見的內(nèi)容外，還有瞬時耗油量、平均耗油量、平均車速、行駛里程、車外溫度等。根據(jù)駕駛員的需要，可隨時調(diào)出顯示這些信息。監(jiān)視和報警的信息主要有：燃油溫度、冷卻液溫度、油壓、充電、尾燈、前照燈、排氣溫度、制動液量、手制動、車門未關(guān)嚴(yán)等。當(dāng)出現(xiàn)不正?，F(xiàn)象或自診斷系統(tǒng)測出有故障時，立即由聲光報警。2.語言信息

15、系統(tǒng)過去一般信息顯示都是靠駕駛員查看儀表，用視覺感知，這樣容易造成遺漏?，F(xiàn)在出現(xiàn)了語言信息，包括語音報警和語音控制兩類。語音報警是在汽車出現(xiàn)不正常情況，如冷卻液溫度、水位、油位不正常，制動液不足和蓄電池充電值偏低等情況時，計算機經(jīng)過邏輯判斷，輸出信息至揚聲器，發(fā)出模擬人的聲音向駕駛員報警，如“水位不正?！薄ⅰ罢埣佑汀钡?，多數(shù)還同時用燈光報警。語音控制是用駕駛員的聲音來指揮和控制汽車的某個部件、設(shè)備進行動作。3.車用導(dǎo)航系統(tǒng)與定位系統(tǒng)該系統(tǒng)是近幾年研究的新課題。它可在城市或公路網(wǎng)范圍內(nèi)，定向選擇最佳行駛路線，并能在屏幕上顯示地圖，表示汽車行駛中的位置，以及到達目的地的方向和距離。這實質(zhì)是汽車行駛

16、向智能化發(fā)展的方向，再進一步就可成為無人駕駛汽車。4.通信系統(tǒng)這方面真正使用且采用最多的是汽車電話，在美國、日本、歐洲等發(fā)達國家較普及。目前的水平在不斷地提高，除車與路之間、車與車之間、車與飛機等交通工具之間的通話外，還可通過衛(wèi)星與國際電話網(wǎng)相聯(lián)，實現(xiàn)行駛過程中的國際間電話通信，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信息交換、圖像傳輸?shù)取?五)附屬裝置 1.全自動空調(diào)(EA/C)該裝置突破單一的空氣溫度調(diào)節(jié)功能，根據(jù)設(shè)計在車內(nèi)的各種溫度傳感器(車內(nèi)溫度、大氣溫度、日照強度、蒸發(fā)器溫度、發(fā)動機冷卻液溫度等)輸入的信號，由計算機進行平衡溫度演算，對進氣轉(zhuǎn)換風(fēng)門、混合風(fēng)門、水閥、加熱斷電器、壓縮機、鼓風(fēng)機等進行控制；根據(jù)乘客要求

17、，保持車內(nèi)的溫度等小氣候處于最佳值(人體感覺最舒適的狀態(tài))。2.自動座椅該裝置是人體工程技術(shù)與電子控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它能使座椅適應(yīng)乘客的不同體型，滿足乘客的舒適性的要求。3.音響音像車內(nèi)裝有立體音響、CD等。放音系統(tǒng)可實現(xiàn)立體聲補償、立體聲音響自動選臺，顯示器實現(xiàn)數(shù)碼選臺。四、電子控制單元(ECU)的功能與組成1.ECU的功能2.ECU的組成1.ECU的功能1)接受傳感器或其他裝置輸入的信息，給傳感器提供參考(基準(zhǔn))電壓：2V、5V、9V、12V，將輸入的信息轉(zhuǎn)變?yōu)槲C所能接受的信號。2)存儲、計算、分析處理信息，計算出輸出值所用的程序，存儲該車型的特點參數(shù)，存儲運算中的數(shù)據(jù)(隨存隨取)，

18、存儲故障信息。3)運算分析。4)輸出執(zhí)行命令。5)自我修正功能(自適應(yīng)功能)。圖1-5ECU的組成1傳感器2模擬信號3輸入回路4A/D轉(zhuǎn)換器5輸出回路6執(zhí)行元件7微機8數(shù)字信號9ROM/RAM記憶裝置2.ECU的組成(1)輸入回路輸入ECU的傳感器信號有兩種：一種是模擬信號(圖1-6a)，如：熱線式空氣流量計的輸出信號和冷卻液溫度傳感器的輸出信號等；另一種是數(shù)字信號(圖1-6b)，如卡門旋渦式空氣流量計的輸出信號和轉(zhuǎn)速傳感器的輸出信號等。(2)A/D轉(zhuǎn)換器由傳感器輸入的模擬信號，微機不能直接處理，故要用A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再輸入微機。(3)微型計算機微機的功用是根據(jù)發(fā)動機工作

19、的需要，把各種傳感器送來的信號用內(nèi)存的程序(微機處理的順序)和數(shù)據(jù)進行運算處理，并把處理結(jié)果如汽油噴射控制信號、點火控制信號等送往輸出回路。(1)輸入回路圖1-6傳感器輸入信號的種類a)模擬信號b) 數(shù)字信號(2)A/D轉(zhuǎn)換器圖1-7輸入回路的作用1除去雜波2輸入回路(2)A/D轉(zhuǎn)換器圖1-8模擬信號轉(zhuǎn)換處理1空氣流量計2輸入回路3轉(zhuǎn)換器4微機(3)微型計算機1)中央處理器(CPU)。2)存儲器。3)輸入/輸出裝置。4)輸出回路。1)中央處理器(CPU)。圖1-9微型電子計算機的構(gòu)成1存儲器2信息轉(zhuǎn)送通路3輸入/輸出1)中央處理器(CPU)。1-10.tif2)存儲器。圖1-11輸出回路1微型

20、計算機2輸出回路3噴油器第三節(jié)汽車電子控制技術(shù)基礎(chǔ)知識一、汽油機的排放與凈化二、汽油機對點火系統(tǒng)的要求三、汽車制動與側(cè)滑四、驅(qū)動與側(cè)滑五、轉(zhuǎn)向系、傳動系與操縱穩(wěn)定性一、汽油機的排放與凈化1.HC(碳氫化合物)的生成機理HC產(chǎn)生的原因除燃料的不完全燃燒外，缸壁淬冷也是排氣中HC的主要來源。由于汽油機中混合氣的燃燒是依靠火焰?zhèn)鞑ミM行的。2.CO的生成機理CO是燃料燃燒的中間產(chǎn)物。排氣中CO主要是在局部缺氧或低溫下由于烴的不完全燃燒產(chǎn)生的。3.NOx的生成機理NOx是空氣在燃燒室的高溫條件下，由氧和氮的反應(yīng)所形成的，它和其他廢氣成分不同，不是來自燃料。發(fā)動機所排出的NOx，雖含有少量的NO2，但大部

21、分是NO。排氣中的NO在大氣中氧化成NO2，通常把NO2和NO統(tǒng)稱為NOx(氮的氧化物)。二、汽油機對點火系統(tǒng)的要求1.發(fā)動機對點火系的要求2.閉合角控制3.恒流控制1.發(fā)動機對點火系的要求(1)能產(chǎn)生足以擊穿火花塞電極間隙的電壓火花塞電極間產(chǎn)生火花時的電壓，稱為擊穿電壓。(2)火花應(yīng)具有足夠的能量要使混合氣可靠點燃，火花塞產(chǎn)生的電壓應(yīng)具有一定的能量(火花能量=火花電壓火花電流火花持續(xù)時間)。(3)最佳點火提前角/點火時刻(點火提前角) 不同發(fā)動機的最佳點火提前角各不相同，并且同一發(fā)動機在不同工況和使用條件下的最佳點火提前角也不相同。(1)能產(chǎn)生足以擊穿火花塞電極間隙的電壓火花塞電極間產(chǎn)生火花

22、時的電壓，稱為擊穿電壓。(2)火花應(yīng)具有足夠的能量要使混合氣可靠點燃，火花塞產(chǎn)生的電壓應(yīng)具有一定的能量(火花能量=火花電壓火花電流火花持續(xù)時間)。(3)最佳點火提前角/點火時刻1)發(fā)動機轉(zhuǎn)速。2)負荷。3)空燃比。4)進氣壓力。5)冷卻液溫度。2.閉合角控制圖1-12閉合角3.恒流控制圖1-13基本閉合角控制電路3.恒流控制圖1-14恒流控制點火線圈一次電流3.恒流控制圖1-15恒流控制電路原理圖3.恒流控制圖1-16車輪在制動時的受力情況三、汽車制動與側(cè)滑1.汽車制動性能的評價指標(biāo)2.車輪制動時的受力分析3.附著系數(shù)與滑動率的關(guān)系1.汽車制動性能的評價指標(biāo)汽車制動性能的評價指標(biāo)主要有三個，即制動效能、制動效能的恒定性和制動時汽車的方向穩(wěn)定性。2.車輪制動時的受力分析(1)地面制動力地面制動力是一個與汽車的行駛方向相反的力，由地面提供，通過輪胎作用于汽車上，讓汽車減速或停止。(2)制動器制動力在輪胎周緣克服制動器摩擦轉(zhuǎn)矩所需的力稱為制動器制動力，用F表示。(3)附著力(4)地面制動力、制動器制動力與輪胎道路附著力之間的關(guān)系汽車在制動