1、代开始,数字集成器件以双极型工艺制成了小规模逻辑器件,随后发展到中规模逻辑器件;20世纪70年代末,微处理器的出现,使数字集成电路的性能产生质的飞跃。汽车电路中,数字电路所占的比重也越来越大。本项目介绍了数字电路领域的基础知识,包括逻辑关系、逻辑门电路、集成电路芯片等知识点,重在建立一个数字电路的知识概念,掌握数字电路的实验方法。【项目描述】数字电路的发展与模拟电路一样经历了由电子管、半导体分立器件到集成电路等几个时代,但其发展比模拟电路发展得更快。从20世纪60年任务一简单逻辑门电路【任务分析】通过学习简单逻辑门电路,了解信号在电路中的一些处理方法,对于汽车电路的学习有非常重要的作用。一、相
2、关知识1.数字电路的基本概念数字信号:在时间和数值上都离散的信号。数字电路:处理数字信号的电路。逻辑体制:正逻辑高电平为1,低电平为0;负逻辑高电平为0,低电平为1。逻辑电路:在数字电路中,电路的输入信号与输出信号之间存在一定的逻辑关系。实现这种逻辑关系的数字电路称为逻辑电路。2.基本逻辑关系与逻辑:只有当决定一件事情发生的所有条件都具备的时候,这件事情才会发生。或逻辑:当决定一件事情发生的所有条件之中,只要有一个或一个以上条件具备的时候,这件事情就会发生。非逻辑:某事情发生与否,只取决于一个条件,该条件具备时,事情不发生,该条件不具备时,事情才发生。3.与门图8-1a所示为与逻辑电路。开关A
3、与B串联后控制指示灯Y,只有当A与B都闭合时(全为“1”时),灯Y才亮(为“1”):A与B中只要一个断开(为“0”),则Y不亮(为“0”)。Y与A、B的这种关系称为与逻辑。与逻辑关系又称为逻辑乘,其表达式为Y=AB=AB实现与逻辑关系的电子电路称为与门电路,简称与门,图8-1b所示为由二极管组成的与门电路,图8-1c所示为与门逻辑符号。与逻辑也可用逻辑状态真值表来表示,见表8-1。图8-1与门电路及符号表8-1与门真值表由与门真值表和逻辑表达式可以得出逻辑乘的运算规律为00=001=010=011=1与门为多入单出门电路,对于有多个输入端的与逻辑可用下式表示Y=ABCD逻辑功能总结为:“有0出
4、0,全1出1”。4.或门图8-2a所示为或逻辑电路,在电路中,两开关A、B并联后控制指示灯Y。只要A或B有一个接通(为“1”),灯Y就亮(为“1”);而A、B全断开时(全为“0”),Y才不亮(为“0”)。Y与A、B的这种关系称为或逻辑。或逻辑关系又称为逻辑加,其表达式为Y=A+B实现或逻辑关系的电路称为或门电路,简称或门。图8-2b所示为由二极管组成的或门电路,图8-2c所示为或门逻辑符号,或门真值表见表8-2。图8-2或门电路及符号表8-2或门真值表由或门真值表和逻辑表达式,可得出逻辑加的运算规律为0+0=00+1=11+0=11+1=1同样,或门输入变量可以是多个,表达式为Y=A+B+C+
5、逻辑功能总结为:“有1出1,全0出0”。5.非门图8-3a所示为非逻辑电路,开关A与灯Y并联。当开关A接通(为“1”)时,灯Y不亮(为“0”);当A断开(为“0”)时,灯Y亮(为“1”),Y与A的状态相反。这种关系称为非逻辑,非逻辑关系也叫逻辑非,其表达式为Y=图8-3b所示为由晶体管构成的非门电路,图8-3c所示为非门逻辑符号。非门真值表见表8-3。图8-3非门电路及符号表8-3非门真值表任务二组合逻辑电路【任务分析】简单的逻辑门电路不能解决汽车电路中所有的逻辑问题,因此需要进一步探究逻辑关系。如“小明和小王都不要到我办公室来”。这句话包含了“与”和“非”关系的组合。在电路中就构成了组合逻辑
6、电路。本次任务介绍常见的几种组合逻辑电路。一、相关知识1.与非门图8-4与非门逻辑符号 在一个与门的输出端接一个非门,就可完成“与”和“非”的复合运算(先求“与”,再求“非”),称为“与非”运算。实现与非复合运算的电路称为与非门。与非门逻辑符号如图8-4所示。与非门的逻辑表达式为Y=与非门电路的特点是:“有0出1,全1出0”。与非门真值表见表8-4。表8-4与非门真值表2.或非门图8-5或非门逻辑符号 在一个或门的输出端接一个非门,则可构成实现或非复合运算的电路,称为或非门。或非门逻辑符号如图8-5所示或非门的逻辑表达式为Y=或非门电路的特点是:“有1出0,全0出1”。或非门真值表见表8-5。
7、表8-5或非门真值表3.异或门图8-6异或门逻辑符号异或门逻辑符号如图8-6所示。异或门电路的特点是:“同则出0,不同出1”。异或门真值表见表8-6。表8-6异或门真值表4.同或门 同或门与异或运算相反,其运算符号为“”。同或门逻辑符号如图8-7所示。同或运算的逻辑表达式为Y=AB=+AB由逻辑表达式可得出逻辑状态表,见表8-7。图8-7同或门逻辑符号同或门电路的特点是:“同则出1,异则出0”。可见,同或逻辑与异或逻辑互补,即AB=A B=也即同或逻辑是异或非。因此,它的逻辑功能一般也采用异或门和非门来实现。5.与或非门与或非门逻辑表达式为Y=与或非门逻辑符号如图8-8所示。表8-7同或门真值
8、表与或非门电路的特点是:“有1出0,全0出1”。与或非门真值表见表8-8。表8-8与或非门真值表图8-8与或非门逻辑符号【项目描述】汽车控制领域的发展,主要表现在以下方面:控制系统微机化、自诊化,进入半自动化控制领域:点火、喷油和空燃比的控制,采用了微机EFI系统;液力式自动变速器采用了微机ECT控制系统;定速巡航采用了微机CCS控制系统;制动系统采用了防抱死ABS+EBD控制系统;驱动系统采用了微机ASR控制系统;车身高度和悬架刚度调节采用了微机电控空气悬架控制系统;碰撞保护系统采用了安全气囊控制系统。控制系统逐步微机化和智能化,报警、自诊系统逐步代码化和语言化。一体化能把机器人和人联系起来
9、,能将人脑和计算机结合为一体,传感器成为联系它们的桥梁。在项目中将简要介绍冷却液温度传感器、节气门位置传感器、相关继电器和执行元件。一、相关知识1.电工电子在当代汽车上的应用 目前,汽车电子技术已发展到利用微型计算机对整车的各个系统进行综合控制的程度。微机在提高汽车的动力性、经济性、安全性以及环保性等方面,都发挥了重要作用。任务一汽车电控系统简介 据有关资料表明,1990年世界生产的轿车中有90%左右已采用微机控制装置。美国福特汽车公司生产的一部汽车上,最多装有7个微处理器(MPU)。日本丰田汽车公司生产的新式汽车至少使用20多个MPU。可以说当今汽车已全面进入计算机控制时代。由于汽车内空间较
10、小,车用微机系统体积不宜过大,因而目前已出现许多将全部功能集成于一块芯片上的车用微计算机,并且几大车载计算机公司正在研究和开发专用于汽车系统的、与外部设备联为一体的特种车用微计算机。2.汽车电路板简介 下面以高尔夫车身网络系统为例进行说明,本板块分为前后车灯控制系统、前后车门开启锁止控制系统、刮水器等控制系统,如图9-1所示。汽车上的主要线路中,30号线为电源正极线,31号线为电源负极线,15号线为点火开关接通后的供电线路,X线为大电流线路。图9-1高尔夫车身网络系统示教板转向盘上的控制开关控制前后车灯,如图9-2所示。前后车门锁止控制系统如图9-3所示。刮水器控制电路如图9-4所示。图9-2
11、前后车灯控制开关图9-3前后车门控制开关图9-4刮水器控制电路任务二冷却液温度传感器的认识与检测【任务分析】现代信息技术的三大基础是信息采集(传感器技术)、信息传输(通信技术)和信息处理(计算机技术)。传感器属于信息技术的前沿尖端产品,尤其是温度传感器被广泛用于工农业生产、科学研究和生活等领域,数量高居各种传感器之首。现代汽车中温度传感器数量也非常多,用于检查发动机温度、吸入气体温度、冷却液温度、传感器温度、车内温度、车外温度和蒸发器表面温度等。一、相关知识1.冷却液温度传感器的作用 冷却液温度传感器的作用是把冷却液温度转换为电信号,输入E-CU后有以下功能(下页):1)修正喷油量。使喷油量随
12、温度自动地反比例变化,冷却液温度达60时即停止温度修正。2)修正点火提前角。低温时增大点火提前角,高温时,为防止爆燃,可增大点火提前角。3)影响怠速控制阀。低温时ECU根据冷却液温度传感信号控制怠速控制阀动作,提高速转。4)影响排气再循环(EGR)阀。2.冷却液温度传感器的结构 冷却液温度传感器由壳体、传热材料、热敏电阻NTC组成,安装在发动机冷却液套中,如图9-10所示。图9-10冷却液温度传感器 NTC型温度传感器的结构如图9-11a所示,其阻值随温度的变化而变化,如图9-11b所示。它的阻值随温度的变化特点为:温度升高,电阻值下降;温度下降,电阻值升高。通过测量它的电阻值变化就可反映出被
13、测量的变化。这种传感器一般为两线,其中一根为搭铁线,另一根为信号线;也有少数的传感器利用外壳搭铁,只用一根信号线引出。图9-11NTC型温度传感器的结构及特性曲线3.冷却液温度传感器故障 在发动机冷却液温度低时,冷却液温度传感器输入ECU的冷却液温度信息使空燃浓度较大的混合气进入气缸,从而使发动机工作稳定,如果此时冷却液温度传感器不发出冷机状态信息,空燃比浓度较小的混合气进入气缸,导致发动机运转不正常。同样,如果暖机后发出冷机信息,则将使空燃比浓度较大的混合气进入气缸,发动机工作也不正常。当冷却液温度传感器出现故障时,往往冷车起动时显示的还是热车时的温度信号,ECU得不到提供过浓混合气的信号,
14、只能供给发动机较稀薄的混合气(热车时的信号),所以发动机冷车不易起动。发生这种情况时需要检查冷却液温度传感器插头接触是否正常或更换冷却液温度传感器。任务三节气门电位计的认识与检测【任务分析】通过改变电位计的电阻大小,获得被测信号的变化情况,许多传感器都使用这一原理进行工作;通过测量电位计电阻的变化情况,可以很简单地获得被测信号,节气门位置传感器和翼片式空气流量计使用的就是这种原理。一、相关知识1.节气门电位计的作用 节气门电位计即节气门位置传感器,是一个变阻电位器。它在输入电压为5V时,能输出05V的渐进随动电压信号,使ECU有开度的大小、加速率和减速率的感知能力。2.节气门电位计的结构 变阻
15、电位计用炭精镀膜电阻或陶瓷薄膜电阻制成,滑动触点臂用复位弹簧控制,与节气门同轴转动,其结构原理如图9-15所示。当输入电压为5V时,输出电压在05V间随动,呈阶梯变化,与节气门开度成正比。目的是提高输出电压的稳定性,以防止在阻力无常的道路上颠簸行驶时,加速踏板抖动信号失准。多数节气门位置传感器为三接头式。图9-15节气门电位计原理图1ECM2ECM接插件3节气门位置传感器4节气门位置传感器接插件5至进气歧管绝对压力传感器6至其他传感器3.节气门电位计的故障 怠速时节气门定位器动作,使节气门打开并输出电位信号,在节气门定位电位计出现故障时,节气门控制部件中的紧急运行弹簧起作用,使发动机处于紧急运
16、转状态,此时发动机的怠速升高,约为1500r/min。4.节气门电位计的性能参数 节气门电位计输入电压为5V,输出电压为05V的随动电压,全闭时出电压为0.7V,全开时为5V,全闭时电阻值为0.61k,全开时为45k。任务四继电器的认识与检测【任务分析】继电器是一种电子控制器件,它具有控制系统(又称输入回路)和被控制系统(又称输出回路),通常应用于自动控制电路中,它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护和转换电路等作用。一、相关知识1.磁力线和磁场方向 实验表明,载流导体的周围都存在着磁场。为了使磁场形象化,常用磁力线来描绘磁场。载流导体周围的磁
17、场示意图如图9-20a所示。磁力线是一些闭合的曲线,线上任一点的切线方向即为该点的磁场方向,如图9-20a中的A点所示。载流导体周围的磁场方向与产生该磁场的电流方向有关,可用右手螺旋定则来判定,如图9-20b所示,四指方向为电流方向,拇指方向为磁场方向。图9-20磁力线示意图2.继电器的基本结构图9-21继电器的结构 继电器是电磁学原理在汽车上的广泛应用之一。通常一辆汽车上有几十种各种类型的继电器,如起动继电器、喇叭继电器、闪光(转向)继电器、刮水继电器等。但无论哪种型号的继电器,其工作原理都是一样的。通俗地说,继电器是一种用小电流控制大电流电路的电磁开关,其结构如图9-21所示。3.继电器的
18、分类汽车继电器常见的有三类:动合继电器、动断继电器、混合型继电器。这三类继电器的动作状态见表9-1。表9-1常见继电器的动作状态4.继电器的应用汽车上许多电气部件都需要开关进行控制。由于汽车电气系统电压较低,具有一定功率的电器工作电流就比较大,一般在几十安培以上,这样大的电流不宜用开关或按键进行通断控制,否则将导致触点因无法承受大电流而烧毁。为了减少控制开关触点的电流负荷,获得所需的控制功能,往往根据需要,在电路中设置一些继电器。任务五执行机构的认识与检测【任务分析】汽车上存在大量的执行机构,如电动汽油泵、喷油器、真空电磁阀、废气再循环装置、怠速空气控制阀、空调系统、点火器、炭罐电磁阀、风扇继
19、电器、仪表显示器等。本任务就喷油器为例简单介绍执行元件的结构和检测。一、相关知识1.喷油器的用途 喷油器可用于在恒压下定时喷油、定时断油,提高雾化质量,改善燃烧条件。喷油量由喷油脉宽控制,实际喷油量为：实际喷油量=基本喷油量修正喷油量额外喷油量2.喷油器的结构与控制电路(1)喷油器的结构 轴针式喷油器的结构和外形如图9-25、图9-26所示。喷油器体内有一个电磁线圈,喷油器头部的针阀与衔铁结合成一体。电控单元以电脉冲的形式向喷油器输出控制电流,当电控单元送来电流信号时,电磁线圈通电,产生电磁力,吸起铁心与针阀,将燃油通过精确设计的轴针头部环形间隙喷出,在喷油器头部前端将燃油粉碎雾化,与空气混合
20、,在发动机进气行程中被吸入气缸。图9-25喷油器的结构图9-26喷油器外形(2)喷油器的控制电路 喷油器的控制电路可以分为同时喷射、分组喷射和顺序喷射。这里以同时喷射为例介绍喷油器的控制电路。同时喷射多用于四缸机或备用系统。四个喷油器并联用一个大功率晶体管控制喷油,一个工作循环喷油两次,又叫做半油量喷射。同时喷射的控制电路如图9-27所示。图9-27喷射器控制电路 喷油器是一次性使用元件,应弄清以下几个主要性能参数,即1)当喷孔的断面、喷油压力一定时,喷油量的多少取决于喷油持续时间的长短,即电磁线圈中脉冲电流信号的宽度喷油脉冲宽度(ms)。这是衡量喷油控制电路好坏的重要依据。3.喷油器的性能参数2)当脉冲电流宽度一定时,则喷孔的断面、喷油压力是决定喷油量多少的关键因素。这是清洗喷油器和更换汽油泵的重要依据。3)喷油时脉冲宽度的大小,随发动机的工况(开度和转速)成正比变化,它是一个线性随机变量值。一般喷油持续时间为120ms;稳定电压为2V;针阀的升程为0.15mm,电磁线圈的电阻值为315。喷油量准确,雾化良好,噪声小,一般15s的喷油量为4555mL;各缸的差值应小于5mL。
