項(xiàng)目二、5模塊二：汽車電控基礎(chǔ)

模塊二 汽車電控系統(tǒng)基礎(chǔ)

任務(wù)一 自動(dòng)控制的基本概念

單元目標(biāo)：了解電控系統(tǒng)的基本概念；熟悉開環(huán)和閉環(huán)控制的特點(diǎn)，熟悉發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)中的開環(huán)控制和閉環(huán)控制

活動(dòng)一 自動(dòng)控制的基本概念

自動(dòng)控制理論的發(fā)展與應(yīng)用，不僅改善了勞動(dòng)條件，把人類從繁重的勞動(dòng)中解放出來，而且由于自動(dòng)控制系統(tǒng)往往能以某種最佳方式運(yùn)行，可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，提高產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)約能源，降低成本。汽車中的自動(dòng)變速器、自動(dòng)空調(diào)、自動(dòng)巡航裝置以及發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的控制都處處體現(xiàn)了自動(dòng)控制的優(yōu)越性。

所謂自動(dòng)控制，就是采用控制裝置使被控對(duì)象的受控物理量能夠在一定的精度范圍內(nèi)，按照給定的規(guī)律變化，達(dá)到控制的目的。例如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速控制，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元根據(jù)所設(shè)定的怠速參數(shù)和條件，控制節(jié)氣門怠速穩(wěn)定裝置（如圖2-10所示）的進(jìn)氣和噴油器的噴油量達(dá)到穩(wěn)定怠速的目的。

圖2-10節(jié)氣門怠速穩(wěn)定裝置活動(dòng)二 開環(huán)控制和閉環(huán)控制的特點(diǎn)

開環(huán)控制是一種最簡(jiǎn)單的控制方式，如圖2-11所示控制裝置與被控對(duì)象之間只有按順序工作，沒有反向聯(lián)系的控制過程，按這種方式組成的系統(tǒng)稱為開環(huán)控制系統(tǒng)，其特點(diǎn)是系統(tǒng)的輸出量不會(huì)對(duì)系統(tǒng)的控制作用發(fā)生影響，沒有自動(dòng)修正或補(bǔ)償?shù)哪芰?。開環(huán)控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)是控制精度取決于組成系統(tǒng)元件的精度，因此對(duì)元件的精度要求較高。

圖2-11開環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制帶有反饋環(huán)節(jié)，如圖2-12所示通過反饋使系統(tǒng)的精確度提高，響應(yīng)時(shí)間縮短，適合于對(duì)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間，穩(wěn)定性要求高的系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是對(duì)前向通路中元件的精度要求不高，系統(tǒng)的輸出量能夠自動(dòng)地跟蹤給定量，減小跟蹤誤差，提高控制精度，抑制擾動(dòng)信號(hào)的影響。如今汽車發(fā)動(dòng)機(jī)噴油、點(diǎn)火系統(tǒng)都采用閉環(huán)控制，降低尾氣排放，節(jié)能增效。

圖2-12閉環(huán)控制系統(tǒng)活動(dòng)三 認(rèn)識(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)電噴系統(tǒng)中的開環(huán)控制和閉環(huán)控制

發(fā)動(dòng)機(jī)電噴系統(tǒng)主要采用開環(huán)與閉環(huán)控制（反饋控制）相結(jié)合的方式。對(duì)諸如暖機(jī)、怠速等需要供給濃混合氣的工況采取開環(huán)控制，此外則通過排氣管中設(shè)置的氧傳感器來檢測(cè)肺氣中的含氧量推算出實(shí)際空燃比來進(jìn)行反饋控制。由空氣流量計(jì)或進(jìn)氣歧管絕對(duì)壓力傳感器和轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)量進(jìn)氣空氣量，由ECU根據(jù)冷卻水溫、進(jìn)氣溫度、氧傳感器信號(hào)等確定合適的空燃比，計(jì)算所需噴油量，進(jìn)而對(duì)執(zhí)行器（噴油器和電路斷開繼電器）進(jìn)行控制，其原理如圖2-13所示。

圖2-13發(fā)動(dòng)機(jī)電噴系統(tǒng)開環(huán)和閉環(huán)控制任務(wù)二 認(rèn)識(shí)汽車上的電子控制裝置

單元目標(biāo)：了解汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)中常用的傳感器、執(zhí)行器的作用及特點(diǎn)；熟悉電噴系統(tǒng)中幾個(gè)常用傳感器、執(zhí)行器

活動(dòng)一 發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)中幾個(gè)常用的傳感器

汽車用傳感器是汽車計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的輸入裝置，它把汽車運(yùn)行中各種工況信息，如車速、各種介質(zhì)的溫度、發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)工況等，轉(zhuǎn)化成電訊號(hào)輸給計(jì)算機(jī)，以便發(fā)動(dòng)機(jī)處于最佳工作狀態(tài)。

發(fā)動(dòng)機(jī)控制用傳感器有許多種類，其中包括溫度傳感器、壓力傳感器、轉(zhuǎn)速和角度傳感器、流量傳感器、位置傳感器、氣體濃度傳感器、爆震傳感器等。

知識(shí)鏈接］電控發(fā)動(dòng)機(jī)上幾個(gè)常用的傳感器

1、轉(zhuǎn)速傳感器

（1）磁脈沖傳感器（外觀如圖2-14所示）

圖2-14磁脈沖傳感器（傳感線圈）圖2-15磁脈沖傳感器工作原理磁脈沖傳感器包括一個(gè)觸發(fā)輪(也叫變磁阻轉(zhuǎn)子)和一個(gè)傳感線圈。當(dāng)觸發(fā)輪齒轉(zhuǎn)過傳感線圈，磁場(chǎng)和感應(yīng)電壓發(fā)生變化。輪齒進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，磁場(chǎng)強(qiáng)度增加，線圈電壓極性為正電壓，而當(dāng)輪齒從磁極移開時(shí)，磁場(chǎng)開始消失，在傳感線圈中產(chǎn)生負(fù)壓。如圖2-15所示。

（2）霍爾傳感器

霍爾效應(yīng)傳感器中裝有半導(dǎo)體基片和永久磁鐵，應(yīng)用霍爾效應(yīng)產(chǎn)生電壓脈沖?；魻栃?yīng)傳感器有一個(gè)與分火頭一體的觸發(fā)輪，輪上帶有一定寬度凹槽的輪葉，由磁屏蔽材料制成，如圖6-16所示。當(dāng)葉輪不在凹槽內(nèi)時(shí)，磁力線穿過霍爾芯片，使之產(chǎn)生霍爾電壓；當(dāng)觸發(fā)輪的輪葉位于凹槽內(nèi)時(shí)，永久磁鐵的磁力線不能到達(dá)對(duì)面的霍爾芯片，沒有霍爾電壓。這樣當(dāng)觸發(fā)輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，輪葉周期性地屏蔽到達(dá)霍爾芯片的磁力線，使霍爾芯片產(chǎn)生電壓脈沖，再輸入控制系統(tǒng)感知相應(yīng)的轉(zhuǎn)速。

圖2-17霍爾效應(yīng)原理圖圖2-16霍爾傳感器工作原理霍爾效應(yīng)原理：將半導(dǎo)體基片垂直地放入磁場(chǎng)中，并在K1、K2兩端面供給電壓，供給電流的方向?yàn)镮v，反向電子流將向側(cè)面A1偏移，使電子在A1面上聚集，于是在A1、A2側(cè)面間就會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，稱為霍爾電壓，如圖2-17所示。

（3）光電傳感器

光電傳感器的零件包括一個(gè)發(fā)光二極管、一個(gè)光敏晶體管和一個(gè)稱為光束阻斷器的帶槽圓盤，如圖2-18所示。發(fā)光二極管和光電管分別位于圓盤的上面和下面，相互對(duì)正。當(dāng)圓盤在發(fā)光二極管和光電管之間旋轉(zhuǎn)時(shí)，發(fā)光二極管發(fā)出的光線斷續(xù)的穿過盤槽形成閃爍的光線，被光電管轉(zhuǎn)化成電壓脈沖，再輸入控制系統(tǒng)感知相應(yīng)的轉(zhuǎn)速。

圖2-18光電傳感器工作原2、溫度傳感器

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上的溫度傳感器一般使用負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻型傳感器，用來檢測(cè)汽車?yán)鋮s液溫度或進(jìn)氣溫度，并輸送信號(hào)給控制系統(tǒng)。如圖2-19所示

圖2-19發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣溫度傳感器［小帖示］負(fù)溫度系數(shù)的溫度傳感器電阻特點(diǎn)

3、位置傳感器

節(jié)氣門位置傳感器是汽車上位置傳感器的常見形式。節(jié)氣門開大時(shí)，滑動(dòng)觸點(diǎn)在電阻體上滑動(dòng)，從而引起可變電阻的電阻值變化，導(dǎo)致輸出電壓變化，輸出電壓與節(jié)氣門開度呈線性關(guān)系，ECU根據(jù)電壓信號(hào)變化來判斷氣門開度的大小。如圖2-20所示

1、節(jié)氣門位置傳2、怠速觸點(diǎn)3、全開觸點(diǎn)4、滑動(dòng)觸點(diǎn)5、節(jié)氣門軸活動(dòng)二汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)中的執(zhí)行器

執(zhí)行器用來精確無(wú)誤地執(zhí)行ECU發(fā)出的命令信號(hào)。因此，執(zhí)行器工作的精確與否將最終影響電控的成敗，正因如此，其工作可靠性和精確性一直作為研究重點(diǎn)而倍受關(guān)注。目前，汽車電控系統(tǒng)的執(zhí)行器類型繁多，有電磁閥、電動(dòng)機(jī)、壓電元件、點(diǎn)火器、電磁繼電器、熱電偶等，結(jié)構(gòu)與功能不盡相同。執(zhí)行器的發(fā)展方向是智能化執(zhí)行器和固態(tài)智能動(dòng)力裝置。

［知識(shí)鏈接］發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)中常見的執(zhí)行器——噴油器

1、噴油器結(jié)構(gòu)

噴油器是電噴系統(tǒng)中的一個(gè)執(zhí)行元件如圖2-21所示，即接受發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元ECU的噴油信號(hào)，定時(shí)定量噴出汽油。其實(shí)，噴油器就是一個(gè)電磁閥，噴油器內(nèi)部有個(gè)電磁線圈，外面經(jīng)插座與ECU相連，噴油器頭部的針閥與銜鐵連為一體。當(dāng)電磁線圈通電時(shí)，便產(chǎn)生吸力，將銜鐵和針閥吸起，打開噴油孔、燃油經(jīng)針閥頭部的軸針和噴孔之間的環(huán)形間隙高速噴出，并形成霧狀，與空氣很好地混合，使混合氣在氣缸內(nèi)的燃燒更充分。也正是噴油器在燃油霧化方面比化油器更好，才保證了電噴發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒更完全、廢氣污染物排放更少。電磁線圈不通電時(shí)，磁力消失，彈簧將銜鐵和針閻下壓，關(guān)閉噴孔停止噴油。

圖2-21噴油器外觀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)2、冷起動(dòng)噴油器電路

圖2-22冷起動(dòng)噴油器電路圖冷起動(dòng)噴油器主要用在電控發(fā)動(dòng)機(jī)K型噴射系統(tǒng)中，在發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)過程中附加噴油形成濃混合器，便于發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)。噴油器內(nèi)部電磁線圈的通電情況如圖6-22所示。當(dāng)防盜ECU正常接通起動(dòng)機(jī)繼電器電路后，電流從蓄電池正極經(jīng)起動(dòng)繼電器到冷起動(dòng)噴油器再到熱控正時(shí)開關(guān)的觸點(diǎn)后接地形成回路，冷起動(dòng)噴油器噴油，同時(shí)電流流經(jīng)熱控正時(shí)開關(guān)的加熱