1、第二章第二章 汽油机电子控制系统基础汽油机电子控制系统基础 第一节第一节 汽车电子控制系统的基本组成汽车电子控制系统的基本组成o一、基本组成一、基本组成o汽车电子控制系统通常由传感器、电子控制汽车电子控制系统通常由传感器、电子控制器（器（ECU）和执行机构三部分所组成。）和执行机构三部分所组成。传感器电子控制器执行器图8-1 汽车电子控制系统基本组成运行的汽车传感器电子控制器执行器汽车电子控制系统基本组成运行的汽车o组成部分的功用组成部分的功用o传感器：是系统中信息的输入部分，它用于感测控制系传感器：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统外部
2、的信息，并将得到的信息转换为电信号后传输给电控单元，输人信息是引起控制系统发生变化的原因。电控单元，输人信息是引起控制系统发生变化的原因。o电控单元：是控制系统的中枢，是系统中的信息处理部电控单元：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，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，处理是控制系统对并将形成的控制决定传输给执行器，处理是控制系统对输入的响应过程。输入的响应过程。o执行器：则是控制系统的输出部分，它将电控单元形成执行器：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
3、出是系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。统根据输入产生的结果。第二节第二节 电子控制器（电子控制器（ECU）第二节第二节 电子控制器电子控制器o电子控制器由输入回路、微机和输出回路三部分电子控制器由输入回路、微机和输出回路三部分所组成。所组成。o输入回路作用是：输入回路作用是：o（1）将各传感器及开关信号进行预处理，转换）将各传感器及开关信号进行预处理，转换为计算机可接受的数字信号；由为计算机可接受的数字信号；由AD转换器和转换器和数字输入缓冲器两部分组成，缓冲器电路主要包数字输入缓冲器两部分组成，缓冲器电路主要包括整形电路、波形变换电路、限幅电路和滤波电括
4、整形电路、波形变换电路、限幅电路和滤波电路等。路等。o（2）向传感器提供电压稳定的电源，确保各传）向传感器提供电压稳定的电源，确保各传感器正常工作。感器正常工作。o单片机作用是：单片机作用是：o将中央处理器将中央处理器CPU、存储、存储M(Memory)、定时器、计数器、输入输出定时器、计数器、输入输出(I0)接口接口电路等主要计算机部件集成在一块集成电路电路等主要计算机部件集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。芯片上的微型计算机。o输出回路作用是：输出回路作用是：o根据单片机发出的指令，控制执行器执行具根据单片机发出的指令，控制执行器执行具体动作。由于微机只能输出微弱的电信号体动作。由于微机
5、只能输出微弱的电信号(如喷油脉冲、点火信号等如喷油脉冲、点火信号等)，不能直接驱动，不能直接驱动执行元件，因此必须通过输出回路对控制指执行元件，因此必须通过输出回路对控制指令进行功率放大、译码或令进行功率放大、译码或DA转换，变成转换，变成可以驱动各种执行元件的强电信号。可以驱动各种执行元件的强电信号。第三节第三节 汽车传感器汽车传感器o传感器是汽车电控系统的重要组成部分之一，传感器是汽车电控系统的重要组成部分之一，是系统信息的输入部分，它用于感测控制系是系统信息的输入部分，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，输人信息
6、是引起控制号后传输给电控单元，输人信息是引起控制系统发生变化的原因。系统发生变化的原因。o一、汽车传感器的种类一、汽车传感器的种类二、汽车常用传感器二、汽车常用传感器o（一）温度传感器（一）温度传感器o1功能：温度传感器可随时监测发动机的功能：温度传感器可随时监测发动机的冷却液温度、进气温度、排气温度温度等等，冷却液温度、进气温度、排气温度温度等等，以便修正各种控制参数、计算吸人气缸空气以便修正各种控制参数、计算吸人气缸空气的质量流量以及进行排气净化处理等等。的质量流量以及进行排气净化处理等等。o2类型：常用的有冷却液温度传感器和进类型：常用的有冷却液温度传感器和进气温度传感器。气温度传感器。
7、o冷却液温度传感器安装在发动机冷却液出水管上，冷却液温度传感器安装在发动机冷却液出水管上，其功用是检测发动机冷却液的温度，并将温度信号其功用是检测发动机冷却液的温度，并将温度信号变换为电信号传送给变换为电信号传送给ECU。ECU根据发动机的温根据发动机的温度信号修正喷油时间和点火时间，从而使发动机工度信号修正喷油时间和点火时间，从而使发动机工况处于最佳状态运行。况处于最佳状态运行。o进气温度传感器安装在进气管路中，其功用是检测进气温度传感器安装在进气管路中，其功用是检测进气温度，并将温度信号变换为电信号传送给电控进气温度，并将温度信号变换为电信号传送给电控单元单元ECU。进气温度信号是各种控制
8、功能的修正。进气温度信号是各种控制功能的修正信号。信号。o（二）空气流量传感器二）空气流量传感器o1功能和类型功能和类型o空气流量传感器又称为空气流量计，通常安装在空空气流量传感器又称为空气流量计，通常安装在空气滤清器后的进气管路上。其功用是检测发动机进气滤清器后的进气管路上。其功用是检测发动机进气量大小，并将进气量信息转换成电信号输入电控气量大小，并将进气量信息转换成电信号输入电控单元单元(ECU)，以供，以供ECU计算确定喷油时间计算确定喷油时间(即喷油即喷油量量)和点火时间。空气流量传感器信号是电控单元和点火时间。空气流量传感器信号是电控单元计算喷油时间和点火时间的主要依据。计算喷油时间
9、和点火时间的主要依据。o汽车发动机燃油喷射系统采用的空气流量传感器有汽车发动机燃油喷射系统采用的空气流量传感器有涡流式、热丝式和热膜式三种。涡流式、热丝式和热膜式三种。o（三）歧管压力传感器（三）歧管压力传感器o1功能与类型功能与类型o进气歧管绝对压力传感器，简称歧管压力传感器，进气歧管绝对压力传感器，简称歧管压力传感器，应用在应用在D型型EFI汽油喷射系统中，是通过检测节气汽油喷射系统中，是通过检测节气门至进气歧管之间的进气压力来间接测量发动机的门至进气歧管之间的进气压力来间接测量发动机的进气量反映发动机的负荷大小，并将压力信号转变进气量反映发动机的负荷大小，并将压力信号转变为电信号输入发动
10、机控制单元为电信号输入发动机控制单元ECU，作为发动机，作为发动机基本喷油量控制和点火控制的依据。基本喷油量控制和点火控制的依据。o进气歧管绝对压力传感器有的安装在发动机驾驶室进气歧管绝对压力传感器有的安装在发动机驾驶室内，有的车型安装在发动机内，有的车型安装在发动机ECU控制盒内，但安控制盒内，但安装在进气歧管上的车型较多。装在进气歧管上的车型较多。o（四）转速及转角位置传感器（四）转速及转角位置传感器o1功能与类型功能与类型o转速及转角位置传感器是电子控制系统的主要部件，转速及转角位置传感器是电子控制系统的主要部件，它是控制发动机点火正时、确认曲轴位置的信号源。它是控制发动机点火正时、确认
11、曲轴位置的信号源。曲轴位置传感器用于检测活塞上止点信号和曲轴转曲轴位置传感器用于检测活塞上止点信号和曲轴转角信号，它也是测量发动机转速及车速、车轮转速角信号，它也是测量发动机转速及车速、车轮转速的信号源。传感器的结构形式有磁脉冲式、光电式的信号源。传感器的结构形式有磁脉冲式、光电式和霍尔式三种。和霍尔式三种。o安装位置：通常安装在曲轴前端、凸轮轴前端、分安装位置：通常安装在曲轴前端、凸轮轴前端、分电器内或飞轮上。电器内或飞轮上。o（五）节气门位置传感器（五）节气门位置传感器o1功能与类型功能与类型o节气门位置传感器将节气门的开度转变为电节气门位置传感器将节气门的开度转变为电信号，输送给电子控制
12、器。电子控制器从节信号，输送给电子控制器。电子控制器从节气门位置传感器信号中获得节气门开度、节气门位置传感器信号中获得节气门开度、节气门开启速度、怠速状态等信息，用于进行气门开启速度、怠速状态等信息，用于进行点火时间、燃油喷射、怠速、废气再循环、点火时间、燃油喷射、怠速、废气再循环、炭罐通气量等控制。节气门位置传感器有线炭罐通气量等控制。节气门位置传感器有线性式和开关式两种类型。性式和开关式两种类型。o（六）氧传感器（六）氧传感器o1功能与类型功能与类型o氧传感器安装在发动机的排气管上，作用是通过检氧传感器安装在发动机的排气管上，作用是通过检测排放气体中氧的含量来获得混合气的空燃比浓稀测排放气
13、体中氧的含量来获得混合气的空燃比浓稀信号，并将检测结果转变成电压信号输入信号，并将检测结果转变成电压信号输入ECU，ECU根据氧传感器输入的信号，不断地对喷油脉根据氧传感器输入的信号，不断地对喷油脉宽进行修正，使混合气浓度保持在理想范围内，实宽进行修正，使混合气浓度保持在理想范围内，实现空燃比的反馈控制，使发动机在各种工况下获得现空燃比的反馈控制，使发动机在各种工况下获得最佳浓度的混合气，使三元催化转化器更有效地起最佳浓度的混合气，使三元催化转化器更有效地起净化作用，减少汽车排气污染。净化作用，减少汽车排气污染。o目前汽车上采用的氧传感器有氧化钛目前汽车上采用的氧传感器有氧化钛(Ti02)式和
14、式和氧化锆氧化锆(Zr02)式两种。式两种。o（七）爆燃传感器（七）爆燃传感器o1功能与类型功能与类型o在发动机电子控制系统中，当点火时刻采用闭环控在发动机电子控制系统中，当点火时刻采用闭环控制时，爆震传感器将发动机爆震信号转换为电信号制时，爆震传感器将发动机爆震信号转换为电信号传递给传递给ECU，ECU根据爆震信号对点火提前角进根据爆震信号对点火提前角进行修正，从而使点火提前角保持最佳，同时能有效行修正，从而使点火提前角保持最佳，同时能有效地抑制发动机爆震。根据工作原理爆震传感器有磁地抑制发动机爆震。根据工作原理爆震传感器有磁伸缩式和压电晶体式两种，其中压电晶体式爆震传伸缩式和压电晶体式两种
15、，其中压电晶体式爆震传感器分为共振型与非共振型两种。感器分为共振型与非共振型两种。o安装位置：一般爆震传感器都安装在发动机缸体侧安装位置：一般爆震传感器都安装在发动机缸体侧面或汽缸盖上。面或汽缸盖上。o（八）车速（八）车速/车轮转速传感器车轮转速传感器o车速传感器将变速器输出轴转速转变为相应车速传感器将变速器输出轴转速转变为相应的电信号，电子控制器根据此信号获得汽车的电信号，电子控制器根据此信号获得汽车行驶速度参数；车轮转速传感器将车轮的转行驶速度参数；车轮转速传感器将车轮的转速转变为相应的电信号，电子控制器根据此速转变为相应的电信号，电子控制器根据此信号计算汽车行驶速度、车轮的滑移信号计算汽
16、车行驶速度、车轮的滑移/转率、转率、车轮的角减速度等参数。车轮的角减速度等参数。o（九）车身高度传感器（九）车身高度传感器o车身高度传感器将车身高度转换为相应的电车身高度传感器将车身高度转换为相应的电信号，电子控制器根据车身高度传感器输入信号，电子控制器根据车身高度传感器输入的信号判断车身的高度、计算车身相对于车的信号判断车身的高度、计算车身相对于车桥的位移和振动参数。光电式车身高度传感桥的位移和振动参数。光电式车身高度传感器具有结构简单、定位准确等优点，因而现器具有结构简单、定位准确等优点，因而现代汽车电子控制系统大都采用此种传感器。代汽车电子控制系统大都采用此种传感器。o（十）转向盘转角传
17、感器（十）转向盘转角传感器o1功能功能o用于检测转向盘的中间位置、转动方向、转用于检测转向盘的中间位置、转动方向、转动角度和转动速度。在电子控制悬架中，电动角度和转动速度。在电子控制悬架中，电子控制装置根据车速传感器信号和转角传感子控制装置根据车速传感器信号和转角传感器信号，判断汽车转向时侧向力的大小，以器信号，判断汽车转向时侧向力的大小，以控制车身的侧倾。通常采用光电式。控制车身的侧倾。通常采用光电式。o安装位置：转角传感器安装在转向轴管上。安装位置：转角传感器安装在转向轴管上。第四节第四节 执行器执行器o执行器的任务是根据执行器的任务是根据ECU输出的控制信号执行相应的输出的控制信号执行相
18、应的动作，以实现某种预定的步进电机、自动变速器控制中动作，以实现某种预定的步进电机、自动变速器控制中控制换档的电磁阀、空调控制中的压缩机等执行元件。控制换档的电磁阀、空调控制中的压缩机等执行元件。第五节第五节 汽车控制理论的基本概念汽车控制理论的基本概念o开环控制系统和闭环控制系统开环控制系统和闭环控制系统o开环：在控制系统中，若系统的输出量对系开环：在控制系统中，若系统的输出量对系统的控制作用没有影响，则称作开环控制系统的控制作用没有影响，则称作开环控制系统。统。o闭环：又称反馈控制。该控制系统将输出信闭环：又称反馈控制。该控制系统将输出信号通过反馈环节在输入端与输入信号进行比号通过反馈环节在输入端与输入信号进行比较，若输入信号与反馈信号相同，称为较，若输入信号与反馈信号相同，称为“正正反馈反馈”；若输入信号与反馈信号相减，称为；若输入信号与反馈信号相减，称为“负反馈负反馈”，负反馈的应用较多。，负反馈的应用较多。
