第3三章 汽車電子控制技術(shù)-汽車電子控制執(zhí)行器及其驅(qū)動(dòng)

1、汽車電子學(xué)童亮聯(lián)系電話：聯(lián)系電話mail:T北京信息科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院車輛工程教研室現(xiàn)代汽車電控技術(shù)現(xiàn)代汽車電控技術(shù)教教 師師 介介 紹紹 童亮童亮 , 博士，副教授博士，副教授 車輛工程教研室車輛工程教研室Address：空調(diào)器廠空調(diào)器廠20072007Tel：82426913-mail: 現(xiàn)代汽車電控技術(shù)現(xiàn)代汽車電控技術(shù)收集信息收集信息的傳感器的傳感器 信息處理器信息處理器(ECU)控制部件控制部件的執(zhí)行器的執(zhí)行器輸入輸入輸出輸出 汽車電子控制系統(tǒng)執(zhí)行器汽車電子控制系統(tǒng)執(zhí)行器現(xiàn)代汽車電控技術(shù)現(xiàn)代汽車電控技術(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)構(gòu)成發(fā)動(dòng)機(jī)管理系

2、統(tǒng)構(gòu)成現(xiàn)代汽車電控技術(shù)現(xiàn)代汽車電控技術(shù)EGR 閥排氣溫度傳感器曲軸位置傳感器上止點(diǎn)傳感器冷卻水溫度傳感器氧傳感器爆震傳感器油箱燃油慮清器燃油泵節(jié)氣門體進(jìn)氣溫度傳感器 高壓輸油管診斷器 制動(dòng)助力器壓力傳感器氧傳感器進(jìn)氣歧管絕對(duì)壓力傳感器燃油壓力傳感器油壓調(diào) 整器點(diǎn)火線圈噴油嘴其他控制模塊實(shí)例：本田發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)實(shí)例：本田發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)現(xiàn)代汽車電控技術(shù)現(xiàn)代汽車電控技術(shù)汽車電子系統(tǒng)的輸出汽車電子系統(tǒng)的輸出解決的問題：解決的問題：1 1 了解電子控制系統(tǒng)中執(zhí)行器的特點(diǎn)；了解電子控制系統(tǒng)中執(zhí)行器的特點(diǎn)；2 2 掌握高邊、低邊、半橋和全橋的驅(qū)動(dòng)掌握高邊、低邊、半橋和全橋的驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)和運(yùn)用場(chǎng)合；電路的設(shè)

3、計(jì)和運(yùn)用場(chǎng)合；3 3 學(xué)會(huì)如何選擇合適的學(xué)會(huì)如何選擇合適的MOSFETMOSFET；4 4 掌握電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方法。掌握電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方法。5 5 掌握汽車電控系統(tǒng)常用的執(zhí)行器掌握汽車電控系統(tǒng)常用的執(zhí)行器現(xiàn)代汽車電控技術(shù)現(xiàn)代汽車電控技術(shù)汽車上的執(zhí)行器種類汽車上的執(zhí)行器種類Secondary power packPower SteeringBack wheel steeringFriction type differentialLevel regulation(automatic)Central locking system Comfort functionsGear box,automaticcool

4、ingVentilationHeatingShock absorbers, active spring suspensionBrake, ABS, ASR,Motor, Hydraulic adjustable camshaft, pneumatic valve control現(xiàn)代汽車電控技術(shù)現(xiàn)代汽車電控技術(shù)汽車上的執(zhí)行器種類汽車上的執(zhí)行器種類Air ConditionerSteering by wire ActuatorMotors ZVSunroof DriveSeat MotorsWater PumpCooler FanElectronic Brake ActuatorsMirror D

5、rivesFuel Injection Valves, System, Fuel Pump,Electrical Valves,Starter,Roll Bar DrivePower window MotorsLight Control SystemsWindshield Wipers現(xiàn)代汽車電控技術(shù)現(xiàn)代汽車電控技術(shù)控制范圍控制范圍電氣式電氣式液壓式液壓式氣壓式氣壓式控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)執(zhí)行器執(zhí)行器控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)執(zhí)行器執(zhí)行器控制控制系統(tǒng)系統(tǒng)執(zhí)行器執(zhí)行器動(dòng)力傳動(dòng)控動(dòng)力傳動(dòng)控制制燃油噴射燃油噴射電磁線圈電磁線圈電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)自動(dòng)變速器、自動(dòng)變速器、四輪驅(qū)動(dòng)四輪驅(qū)動(dòng)電磁閥電磁閥電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)巡航巡航控制控

6、制電磁電磁膜片膜片行駛控制行駛控制電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向向四輪轉(zhuǎn)向四輪轉(zhuǎn)向電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)制動(dòng)防抱死制動(dòng)防抱死動(dòng)力轉(zhuǎn)向動(dòng)力轉(zhuǎn)向四輪轉(zhuǎn)向四輪轉(zhuǎn)向懸架懸架電磁閥電磁閥電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)空氣空氣懸架懸架電磁閥電磁閥車身控制車身控制空調(diào)器空調(diào)器自動(dòng)座椅自動(dòng)座椅自動(dòng)門鎖自動(dòng)門鎖電磁線圈電磁線圈電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)汽車上的執(zhí)行器種類汽車上的執(zhí)行器種類現(xiàn)代汽車電控技術(shù)現(xiàn)代汽車電控技術(shù)汽車上的執(zhí)行器種類汽車上的執(zhí)行器種類各種電磁閥：各種電磁閥：汽油機(jī)噴油器；汽油機(jī)噴油器；ABSABS中的控制壓中的控制壓力的電磁閥力的電磁閥 感性負(fù)載；感性負(fù)載；各種電機(jī)：各種電機(jī)：直流電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)，交流電機(jī)；直流電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)，交流電機(jī)；直線

7、電機(jī)（線性電磁鐵）直線電機(jī)（線性電磁鐵） 感性負(fù)載；感性負(fù)載；各種繼電器：各種繼電器：?jiǎn)?dòng)機(jī)、風(fēng)扇、車燈啟動(dòng)機(jī)、風(fēng)扇、車燈 感性感性負(fù)載；負(fù)載；狀態(tài)指示燈：狀態(tài)指示燈：檔位指示、報(bào)警指示檔位指示、報(bào)警指示 電阻電阻負(fù)載；負(fù)載；現(xiàn)代汽車電控技術(shù)現(xiàn)代汽車電控技術(shù)功率驅(qū)動(dòng)元件功率驅(qū)動(dòng)元件 感性負(fù)載感性負(fù)載的驅(qū)動(dòng)是汽車控制系統(tǒng)執(zhí)行器的主要的驅(qū)動(dòng)是汽車控制系統(tǒng)執(zhí)行器的主要方式。所以感性負(fù)載的控制方法就是本節(jié)的核心。方式。所以感性負(fù)載的控制方法就是本節(jié)的核心。 由于執(zhí)行器的驅(qū)動(dòng)功率比較大，由于執(zhí)行器的驅(qū)動(dòng)功率比較大，MCUMCU輸出的輸出的TTLCMOSTTLCMOS的的(0(05V)5V)的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)無法

8、直接和執(zhí)行器的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)無法直接和執(zhí)行器相連。中間需要一個(gè)把功率放大環(huán)節(jié)。這個(gè)環(huán)節(jié)叫相連。中間需要一個(gè)把功率放大環(huán)節(jié)。這個(gè)環(huán)節(jié)叫驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電路。在。在ECUECU的設(shè)計(jì)中，驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)非常的設(shè)計(jì)中，驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)非常重要。重要。 感性負(fù)載感性負(fù)載的驅(qū)動(dòng)電路的關(guān)鍵元件包括的驅(qū)動(dòng)電路的關(guān)鍵元件包括繼電器繼電器（RelayRelay）和和場(chǎng)效應(yīng)功率晶體管（場(chǎng)效應(yīng)功率晶體管（MOSFETMOSFET）?，F(xiàn)代汽車電控技術(shù)現(xiàn)代汽車電控技術(shù)功率驅(qū)動(dòng)元件功率驅(qū)動(dòng)元件執(zhí)行器的驅(qū)動(dòng)舉例：執(zhí)行器的驅(qū)動(dòng)舉例：ABSABS系統(tǒng)系統(tǒng)現(xiàn)代汽車電控技術(shù)現(xiàn)代汽車電控技術(shù)功率驅(qū)動(dòng)元件功率驅(qū)動(dòng)元件現(xiàn)代汽車電控技術(shù)現(xiàn)代汽車電控技術(shù)

9、繼電器的分類繼電器的分類按照功率和應(yīng)用：按照功率和應(yīng)用： 開關(guān)繼電器開關(guān)繼電器: : 控制電壓控制電壓: 5,12,24V(DC): 5,12,24V(DC) 功率范圍功率范圍:1kw(AC: 導(dǎo)通導(dǎo)通電壓后，漏極和源極中間電壓后，漏極和源極中間的電阻為的電阻為0.0420.042歐姆。歐姆。在持續(xù)工作的條件下：在持續(xù)工作的條件下：DSDS持續(xù)導(dǎo)通，最大的電流可持續(xù)導(dǎo)通，最大的電流可以達(dá)到以達(dá)到43A43A。現(xiàn)代汽車電控技術(shù)現(xiàn)代汽車電控技術(shù)（一）低邊驅(qū)動(dòng)（一）低邊驅(qū)動(dòng)（Low Side DriverLow Side Driver）DSGq典型電路：如圖所示的電路中，典型電路：如圖所示的電路中，

10、MOSFET IRF520NMOSFET IRF520N被用來控制感性負(fù)載被用來控制感性負(fù)載L1L1的導(dǎo)通和關(guān)斷。由于的導(dǎo)通和關(guān)斷。由于S S極（源極）接極（源極）接地，因此只要在地，因此只要在G G極（柵極）加上一個(gè)極（柵極）加上一個(gè)大于大于4V4V、小于、小于15V15V的電壓的電壓就可使就可使IRF520NIRF520N處于完全處于完全導(dǎo)通狀態(tài)。導(dǎo)通狀態(tài)。q問題：?jiǎn)栴}：D1D1和和D2D2的作用？的作用？現(xiàn)代汽車電控技術(shù)現(xiàn)代汽車電控技術(shù)（一）低邊驅(qū)動(dòng)（一）低邊驅(qū)動(dòng)（Low Side DriverLow Side Driver）VGS0，VDVbatVS0；VL10VGS12V，VD0VV

11、S0；VL1Vbat現(xiàn)代汽車電控技術(shù)現(xiàn)代汽車電控技術(shù)（二）高邊驅(qū)動(dòng)（二）高邊驅(qū)動(dòng)（High Side DriverHigh Side Driver） 典型電路：典型電路：如如右圖所示，注右圖所示，注意和低邊驅(qū)動(dòng)意和低邊驅(qū)動(dòng)的對(duì)比圖。此的對(duì)比圖。此時(shí)時(shí)D D極（漏極）極（漏極）直接結(jié)電源，直接結(jié)電源，而而S S極（源極）極（源極）接執(zhí)行器的高接執(zhí)行器的高端端。現(xiàn)代汽車電控技術(shù)現(xiàn)代汽車電控技術(shù)（二）高邊驅(qū)動(dòng)（二）高邊驅(qū)動(dòng)（High Side DriverHigh Side Driver）VGVbat+15v，VDVbat,VSVbat, VL1Vbat現(xiàn)代汽車電控技術(shù)現(xiàn)代汽車電控技術(shù)（二）高邊驅(qū)動(dòng)

12、（二）高邊驅(qū)動(dòng)（High Side DriverHigh Side Driver）u通過對(duì)比低邊和高邊驅(qū)動(dòng)可以看出，高通過對(duì)比低邊和高邊驅(qū)動(dòng)可以看出，高邊驅(qū)動(dòng)的難度較高，因?yàn)闁艠O和源極之間的邊驅(qū)動(dòng)的難度較高，因?yàn)闁艠O和源極之間的電壓是變化的。在電壓是變化的。在MOSFETMOSFET導(dǎo)通的瞬間，柵極導(dǎo)通的瞬間，柵極電壓要從電壓要從12V12V迅速上升到迅速上升到VbatVbat15V15V，需要有，需要有專門的專門的自舉電路自舉電路提升該電壓。提升該電壓。u這種柵極浮動(dòng)驅(qū)動(dòng)的技術(shù)在很多的執(zhí)行這種柵極浮動(dòng)驅(qū)動(dòng)的技術(shù)在很多的執(zhí)行器控制中被用到，也已經(jīng)形成了專門的高邊器控制中被用到，也已經(jīng)形成了專門

13、的高邊驅(qū)動(dòng)接口電路。驅(qū)動(dòng)接口電路?，F(xiàn)代汽車電控技術(shù)現(xiàn)代汽車電控技術(shù)（二）高邊驅(qū)動(dòng)（二）高邊驅(qū)動(dòng)（High Side DriverHigh Side Driver）&:/HINLIN TTL CMOS電平現(xiàn)代汽車電控技術(shù)現(xiàn)代汽車電控技術(shù)（三）半橋驅(qū)動(dòng)（三）半橋驅(qū)動(dòng)（Half Bridge DriverHalf Bridge Driver）把高邊驅(qū)動(dòng)把高邊驅(qū)動(dòng)和和低邊驅(qū)動(dòng)結(jié)合起低邊驅(qū)動(dòng)結(jié)合起來，就可以得到來，就可以得到如圖所示的半橋如圖所示的半橋驅(qū)動(dòng)電路。驅(qū)動(dòng)電路?，F(xiàn)代汽車電控技術(shù)現(xiàn)代汽車電控技術(shù)（四）全橋驅(qū)動(dòng)（四）全橋驅(qū)動(dòng)（Full Bridge DriverFull Bridge Dr

14、iver）現(xiàn)代汽車電控技術(shù)現(xiàn)代汽車電控技術(shù)（四）全橋驅(qū)動(dòng)（四）全橋驅(qū)動(dòng)（Full Bridge DriverFull Bridge Driver）q帶有相電流反饋和保護(hù)的全橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路帶有相電流反饋和保護(hù)的全橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路T1T2T3T4Rs現(xiàn)代汽車電控技術(shù)現(xiàn)代汽車電控技術(shù)MOSFETMOSFET參數(shù)的選擇參數(shù)的選擇耐壓值；耐壓值；最大電流；最大電流；內(nèi)阻的大?。粌?nèi)阻的大??；開關(guān)速度；開關(guān)速度；封裝封裝/ /散熱要求散熱要求成本成本國(guó)際整流器公司現(xiàn)代汽車電控技術(shù)現(xiàn)代汽車電控技術(shù)智能驅(qū)動(dòng)器件智能驅(qū)動(dòng)器件Smart MOSFETSmart MOSFET：Multi_High_SideMulti_

15、High_Side；Multi_Low_SideMulti_Low_Side；Multi_HighMulti_High & Low Side & Low Side；Multi_Half_BridgeMulti_Half_Bridge；H-BridgeH-Bridge；現(xiàn)代汽車電控技術(shù)現(xiàn)代汽車電控技術(shù)智能驅(qū)動(dòng)器件智能驅(qū)動(dòng)器件u集成低邊驅(qū)動(dòng)：集成低邊驅(qū)動(dòng)： TLE6216TLE6216 TLE6220TLE6220 TLE6224TLE6224u集成高邊驅(qū)動(dòng)：集成高邊驅(qū)動(dòng)： BTS6144BTS6144u集成半橋集成半橋/ /全橋驅(qū)動(dòng)：全橋驅(qū)動(dòng)： TLE6209TLE6209現(xiàn)代汽

16、車電控技術(shù)現(xiàn)代汽車電控技術(shù)智能驅(qū)動(dòng)器件智能驅(qū)動(dòng)器件現(xiàn)代汽車電控技術(shù)現(xiàn)代汽車電控技術(shù)智能驅(qū)動(dòng)器件智能驅(qū)動(dòng)器件現(xiàn)代汽車電控技術(shù)現(xiàn)代汽車電控技術(shù)u8 8路串聯(lián)開關(guān)系列的特性路串聯(lián)開關(guān)系列的特性 u多個(gè)高端和低端驅(qū)動(dòng)，具多個(gè)高端和低端驅(qū)動(dòng)，具有診斷功能有診斷功能 u全面的設(shè)備保護(hù)全面的設(shè)備保護(hù) - - 過溫保護(hù)過溫保護(hù) - - 過壓和低壓保護(hù)過壓和低壓保護(hù) u廣泛的運(yùn)行電壓范圍（從廣泛的運(yùn)行電壓范圍（從5V5V到到25V25V以上）以上） u每通道高峰電流高達(dá)每通道高峰電流高達(dá)2.5 2.5 A A的負(fù)載電流能力的負(fù)載電流能力 u較低的靜止電流和待機(jī)電較低的靜止電流和待機(jī)電流流 u經(jīng)濟(jì)高效的經(jīng)濟(jì)高效的

17、3232針腳和針腳和5454針針腳腳SOICSOIC封裝封裝 u在汽車溫度范圍內(nèi)（在汽車溫度范圍內(nèi)（-40-40至至+125+125）運(yùn)行）運(yùn)行 u串行外圍設(shè)備接口（串行外圍設(shè)備接口（SPISPI）控制控制 u與與3.3V 3.3V 或或5.0V5.0V微控制器微控制器直接連接直接連接 u提供輸入控制和診斷反提供輸入控制和診斷反饋饋 u通過通過SPISPI系統(tǒng)菊花鏈，進(jìn)系統(tǒng)菊花鏈，進(jìn)行可擴(kuò)展控制行可擴(kuò)展控制 智能驅(qū)動(dòng)器件智能驅(qū)動(dòng)器件MC33880MC33880現(xiàn)代汽車電控技術(shù)現(xiàn)代汽車電控技術(shù)智能驅(qū)動(dòng)器件智能驅(qū)動(dòng)器件MC33880MC33880現(xiàn)代汽車電控技術(shù)現(xiàn)代汽車電控技術(shù)智能驅(qū)動(dòng)器件智能驅(qū)動(dòng)

18、器件更多的智能驅(qū)動(dòng)器件：更多的智能驅(qū)動(dòng)器件：InfineonInfineonFreescaleFreescaleSTSTBOSCHBOSCH現(xiàn)代汽車電控技術(shù)現(xiàn)代汽車電控技術(shù)MOSFETMOSFET的應(yīng)用舉例的應(yīng)用舉例: :電動(dòng)進(jìn)排氣門電動(dòng)進(jìn)排氣門現(xiàn)代汽車電控技術(shù)現(xiàn)代汽車電控技術(shù)電動(dòng)進(jìn)排氣門電動(dòng)進(jìn)排氣門現(xiàn)代汽車電控技術(shù)現(xiàn)代汽車電控技術(shù)電動(dòng)進(jìn)排氣門電動(dòng)進(jìn)排氣門現(xiàn)代汽車電控技術(shù)現(xiàn)代汽車電控技術(shù)電動(dòng)進(jìn)排氣門電動(dòng)進(jìn)排氣門現(xiàn)代汽車電控技術(shù)現(xiàn)代汽車電控技術(shù)電動(dòng)進(jìn)排氣門電動(dòng)進(jìn)排氣門現(xiàn)代汽車電控技術(shù)現(xiàn)代汽車電控技術(shù)噴油器驅(qū)動(dòng)電路噴油器驅(qū)動(dòng)電路 現(xiàn)代汽車電控技術(shù)現(xiàn)代汽車電控技術(shù)現(xiàn)代汽車電控技術(shù)現(xiàn)代汽車電控技術(shù)現(xiàn)代

19、汽車電控技術(shù)現(xiàn)代汽車電控技術(shù)PWM(PWM(PulsePulse Width Modulation Width Modulation) ) 功率放大器中的大功率晶體管工作在開關(guān)狀態(tài)下，開關(guān)頻率保持恒功率放大器中的大功率晶體管工作在開關(guān)狀態(tài)下，開關(guān)頻率保持恒定，用調(diào)整開關(guān)周期內(nèi)晶體管導(dǎo)通時(shí)間（即改變基極調(diào)制脈沖寬度）的定，用調(diào)整開關(guān)周期內(nèi)晶體管導(dǎo)通時(shí)間（即改變基極調(diào)制脈沖寬度）的方法來改變輸出。從而使電機(jī)獲得脈寬受調(diào)制脈沖控制的電壓脈沖，由方法來改變輸出。從而使電機(jī)獲得脈寬受調(diào)制脈沖控制的電壓脈沖，由于頻率高及電感的作用則為波動(dòng)很小的直流電壓（平均電壓）。于頻率高及電感的作用則為波動(dòng)很小的直流電

20、壓（平均電壓）。 脈寬的變化使電機(jī)電樞的直流電壓隨著變化。脈寬的變化使電機(jī)電樞的直流電壓隨著變化。脈沖寬度正比代表速度F值的直流電壓周期不變脈寬脈寬脈寬脈寬平均直流電壓Ut周期不變現(xiàn)代汽車電控技術(shù)現(xiàn)代汽車電控技術(shù)PWMPWM的控制原理的控制原理現(xiàn)代汽車電控技術(shù)現(xiàn)代汽車電控技術(shù)續(xù)流二極管續(xù)流二極管DFDF的目的在于的目的在于i)i)保護(hù)三極管保護(hù)三極管ii)ii)釋放電機(jī)繞組上釋放電機(jī)繞組上積蓄的能量。積蓄的能量?，F(xiàn)代汽車電控技術(shù)現(xiàn)代汽車電控技術(shù)工作時(shí)電樞上電壓與三極管上電壓的關(guān)系為：工作時(shí)電樞上電壓與三極管上電壓的關(guān)系為： VccVcc=Vm+Vtr=Vm+Vtr PtrPtr=Vtr=Vtr* *IaIa現(xiàn)代汽車電控技術(shù)現(xiàn)代汽車電控技術(shù)L297+L298步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)圖2 步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部的基本結(jié)構(gòu)現(xiàn)代汽車電控技術(shù)現(xiàn)代汽車電控技術(shù)現(xiàn)代汽