汽车电子控制技术上学习教案.pptx

会计学1汽车汽车(qch)电子控制技术上电子控制技术上第一页，共174页。吉林大学(j ln d xu)参考书参考书目目l汽车电器与电子技术(jsh)l 机械工业出版社，2013.7，孙仁云 付白学l汽车电子控制技术(jsh)l 机械工业出版社，2010年3月，付百学l现代汽车电子控制技术(jsh)l 国防工业出版社，2006年5月，罗玉涛l汽车电子控制技术(jsh)l 人民交通出版社，2005年10月，冯崇毅第1页/共174页第二页，共174页。吉林大学(j ln d xu)第一章第一章 概述和基础知识概述和基础知识第第二二章章 发发动动机机电电子子控控制制(kngzh)(kngzh)系统系统第第三三章章 电电子子控控制制(kngzh)(kngzh)自自动动变变速系统速系统第四章第四章 汽车电子防抱死制动系统汽车电子防抱死制动系统 第第五五章章 汽汽车车巡巡航航控控制制(kngzh)(kngzh)系系统统 第第六六章章 电电子子控控制制(kngzh)(kngzh)安安全全气气囊囊第第七七章章 电电子子控控制制(kngzh)(kngzh)悬悬架架系系统统第八章第八章 车载网络技术车载网络技术第九章第九章 汽车电控系统设计汽车电控系统设计 第十章第十章 汽车电器技术汽车电器技术 主要主要(zhyo)(zhyo)内容内容第2页/共174页第三页，共174页。吉林大学(j ln d xu)第一章第一章概概述述 第一节第一节第一节第一节 汽车电子技术的发展历史和现状汽车电子技术的发展历史和现状汽车电子技术的发展历史和现状汽车电子技术的发展历史和现状 一、汽车电子技术的发展历史：传统汽车主要由机械部件构一、汽车电子技术的发展历史：传统汽车主要由机械部件构一、汽车电子技术的发展历史：传统汽车主要由机械部件构一、汽车电子技术的发展历史：传统汽车主要由机械部件构成，较少采用电子装置，结构成，较少采用电子装置，结构成，较少采用电子装置，结构成，较少采用电子装置，结构(jigu)(jigu)和性能的改善由和性能的改善由和性能的改善由和性能的改善由机械装置实现机械装置实现机械装置实现机械装置实现 汽车电子化进程经历了：二极管、三极管、小规模集成汽车电子化进程经历了：二极管、三极管、小规模集成汽车电子化进程经历了：二极管、三极管、小规模集成汽车电子化进程经历了：二极管、三极管、小规模集成 电路、中规模集成电路、大规模集成电路到超大规模集电路、中规模集成电路、大规模集成电路到超大规模集电路、中规模集成电路、大规模集成电路到超大规模集电路、中规模集成电路、大规模集成电路到超大规模集成电路、微处理机及复杂控制系统。成电路、微处理机及复杂控制系统。成电路、微处理机及复杂控制系统。成电路、微处理机及复杂控制系统。60 60年代初：采用简单的电子装置，二极管整流的交流发电机、年代初：采用简单的电子装置，二极管整流的交流发电机、年代初：采用简单的电子装置，二极管整流的交流发电机、年代初：采用简单的电子装置，二极管整流的交流发电机、电子调节器、采用晶体管的电子点火装置等电子调节器、采用晶体管的电子点火装置等电子调节器、采用晶体管的电子点火装置等电子调节器、采用晶体管的电子点火装置等 80 80年代以来：电子技术广泛应用于汽车年代以来：电子技术广泛应用于汽车年代以来：电子技术广泛应用于汽车年代以来：电子技术广泛应用于汽车 目前：汽车电子化程度已成为衡量一个国家汽车生产技术目前：汽车电子化程度已成为衡量一个国家汽车生产技术目前：汽车电子化程度已成为衡量一个国家汽车生产技术目前：汽车电子化程度已成为衡量一个国家汽车生产技术水平的重要标志水平的重要标志水平的重要标志水平的重要标志第3页/共174页第四页，共174页。吉林大学(j ln d xu)第一章第一章概概述述 衡量方法：平均每台汽车电子装置的费用衡量方法：平均每台汽车电子装置的费用衡量方法：平均每台汽车电子装置的费用衡量方法：平均每台汽车电子装置的费用 平均每台汽车电平均每台汽车电平均每台汽车电平均每台汽车电子装置所占汽车成本的比例子装置所占汽车成本的比例子装置所占汽车成本的比例子装置所占汽车成本的比例美国：美国：美国：美国：自自自自6060年代初开始汽车电子装置费用逐年增加年代初开始汽车电子装置费用逐年增加年代初开始汽车电子装置费用逐年增加年代初开始汽车电子装置费用逐年增加 1970 1980 1990 1995 2000 1970 1980 1990 1995 2000年以后年以后年以后年以后美元美元美元美元(miyun)(miyun)：25 248 872 1600 20004000 25 248 872 1600 20004000 电子元器件所占整车成本比例电子元器件所占整车成本比例电子元器件所占整车成本比例电子元器件所占整车成本比例 1970 1980 1990 1995 2000 1970 1980 1990 1995 2000以后以后以后以后 8.4%10%13%20%40%8.4%10%13%20%40%以上以上以上以上 第4页/共174页第五页，共174页。吉林大学(j ln d xu)发动机传动系交流发电机的整流及集成调节器点火控制方面1电子点火装置：全晶体管式、集成式、无触电分电式、一体化点火线圈式）2点火正时控制：普通电子点火系与传统点火系控制原理同，靠机械调节装置完成，受机械结构和性能的限制，控制精度低。微机控制点火提前角：控制精度大大提高燃油供给方面：电子化油器、电子燃油喷射控制发动机最佳电子控制（发动机管理系统）：点火、空燃比、废气再循环、怠速、爆震、喷射等柴油机最佳电子控制离合器电子控制：自动离合器，自动分离、结合自动变速控制巡航控制转向控制：车速感应动力转向电子控制动力转向发动机和传动系的综合控制：涉及车上网络通信 现代汽车现代汽车(qch)(qch)电子电子装置的种类装置的种类第5页/共174页第六页，共174页。吉林大学(j ln d xu)安全性方面舒适性方面电子防抱死制动控制（ABS）驱动防滑控制（ASR）牵引力控制（TCS）安全气囊、安全带自控（自动锁紧、未系报警）电子主动悬架报警装置：防盗报警、防撞车间距报警、轮胎气压报警电子门锁、车窗自控等、电子后视镜遥控车门座椅自动调整自动空调、自动照明、车用电视机及音响将采用：全自动空调：温度、湿度、清洁度、含氧量自动调节行驶路线最优化选择、道路交通信息指示、声控驾驶等仪表通讯电子钟、电子油耗表、电子温度计、电子转速表、电子车速里程表各种报警显示（未关门、未系安全带等）电话、通讯装置将采用：惯性导航、卫星导航、屏幕显示街道图和交通阻塞情况等第6页/共174页第七页，共174页。吉林大学(j ln d xu)第7页/共174页第八页，共174页。吉林大学(j ln d xu)二、汽车电子产品的特点二、汽车电子产品的特点二、汽车电子产品的特点二、汽车电子产品的特点 1.1.安全可靠安全可靠安全可靠安全可靠 2.2.适合大批量生产，成本低适合大批量生产，成本低适合大批量生产，成本低适合大批量生产，成本低 3.3.必须能适应必须能适应必须能适应必须能适应(shyng)(shyng)苛刻的工作环境：温度、苛刻的工作环境：温度、苛刻的工作环境：温度、苛刻的工作环境：温度、振动、灰尘、电磁干扰等振动、灰尘、电磁干扰等振动、灰尘、电磁干扰等振动、灰尘、电磁干扰等 第一章第一章概概述述 第8页/共174页第九页，共174页。吉林大学(j ln d xu)第一章第一章概概述述 三、汽车上采用电子装置的好处：三、汽车上采用电子装置的好处：三、汽车上采用电子装置的好处：三、汽车上采用电子装置的好处：1.1.改善排汽污染、节约能源改善排汽污染、节约能源改善排汽污染、节约能源改善排汽污染、节约能源2.2.提高安全性：主动安全和被动安全提高安全性：主动安全和被动安全提高安全性：主动安全和被动安全提高安全性：主动安全和被动安全3.3.方便操纵性，增加驾驶乐趣方便操纵性，增加驾驶乐趣方便操纵性，增加驾驶乐趣方便操纵性，增加驾驶乐趣(lq)(lq)4.4.创造更加舒适的乘车环境、改善车辆性能创造更加舒适的乘车环境、改善车辆性能创造更加舒适的乘车环境、改善车辆性能创造更加舒适的乘车环境、改善车辆性能5.5.提高性价比提高性价比提高性价比提高性价比第9页/共174页第十页，共174页。吉林大学(j ln d xu)第二节第二节 基础知识基础知识一、电子计算机基础知识一、电子计算机基础知识（一）计算机基本组成：中央处理器、程序存储器、数据存储器、输入输出接口、（一）计算机基本组成：中央处理器、程序存储器、数据存储器、输入输出接口、时钟与电源等。时钟与电源等。1.1.中央处理器中央处理器CPUCPU（Central Processing UnitCentral Processing Unit）：核心部件，它通过接口向系统各）：核心部件，它通过接口向系统各受控部件发出指令，同时进行运算、数据处理和逻辑受控部件发出指令，同时进行运算、数据处理和逻辑(lu j)(lu j)判断等。判断等。运算器运算器ALUALU：对数据执行算术与逻辑：对数据执行算术与逻辑(lu j)(lu j)运算、移位操作等运算、移位操作等 寄存器：通用寄存器、暂存寄存器等寄存器：通用寄存器、暂存寄存器等 控制器：发相应的控制指令，使系统按一定的时序进行操作控制器：发相应的控制指令，使系统按一定的时序进行操作 第一章第一章概概述述 第10页/共174页第十一页，共174页。吉林大学(j ln d xu)2.2.存储器存储器存储器存储器 ROMROM：(read only memory)(read only memory)：用于存放程序、表格和常数。断电后内容不会丢失。控制系：用于存放程序、表格和常数。断电后内容不会丢失。控制系：用于存放程序、表格和常数。断电后内容不会丢失。控制系：用于存放程序、表格和常数。断电后内容不会丢失。控制系统程序、特性曲线、统程序、特性曲线、统程序、特性曲线、统程序、特性曲线、MAPMAP图、换档规律表等。图、换档规律表等。图、换档规律表等。图、换档规律表等。ROMROM有三种类型：有三种类型：有三种类型：有三种类型：a.a.掩膜掩膜掩膜掩膜ROMROM：简称：简称：简称：简称ROMROM，由芯片生产厂家利用光刻掩膜技术，由芯片生产厂家利用光刻掩膜技术，由芯片生产厂家利用光刻掩膜技术，由芯片生产厂家利用光刻掩膜技术 将程序写入，写入后的内容将程序写入，写入后的内容将程序写入，写入后的内容将程序写入，写入后的内容不可由用户更改不可由用户更改不可由用户更改不可由用户更改(gngg(gngg i)i)，可靠性较高，大量生产时成本较低，一般用于定型产品大批，可靠性较高，大量生产时成本较低，一般用于定型产品大批，可靠性较高，大量生产时成本较低，一般用于定型产品大批，可靠性较高，大量生产时成本较低，一般用于定型产品大批量生产。量生产。量生产。量生产。b.b.可编程可编程可编程可编程ROMROM（PROMPROM）：出厂时未写入程序，只能由用户进行一次性写入，一旦写入便）：出厂时未写入程序，只能由用户进行一次性写入，一旦写入便）：出厂时未写入程序，只能由用户进行一次性写入，一旦写入便）：出厂时未写入程序，只能由用户进行一次性写入，一旦写入便不可更改不可更改不可更改不可更改(gngg(gngg i)i)。c.c.可擦写可编程可擦写可编程可擦写可编程可擦写可编程ROMROM（EPROMEPROM）:可由用户反复地写入程序又分可由用户反复地写入程序又分可由用户反复地写入程序又分可由用户反复地写入程序又分 为两类：紫外线擦除为两类：紫外线擦除为两类：紫外线擦除为两类：紫外线擦除 EPROM EPROM 电擦除电擦除电擦除电擦除E2PROM FLASHE2PROM FLASH 第一章第一章概概述述 第11页/共174页第十二页，共174页。吉林大学(j ln d xu)RAMRAM（Random Access MemoryRandom Access Memory）：读写存储器或随机）：读写存储器或随机存取存储器，用于存放现场输入、输出的数据、运算存取存储器，用于存放现场输入、输出的数据、运算的中间结果以及各种临时性信息。的中间结果以及各种临时性信息。静态静态RAM:RAM:工作稳定、不用刷新，但成本高、功耗大工作稳定、不用刷新，但成本高、功耗大 动态动态RAM:RAM:功耗小、成本低，需要刷新功耗小、成本低，需要刷新 常用的静态常用的静态RAM:6116RAM:6116，62646264，6225662256等。等。3.3.输入输出接口输入输出接口(ji k(ji k u)(Input/Output)u)(Input/Output)：是：是CPU CPU 与外界与外界进行通信和数据交换的通路，从外界来的信息经进行通信和数据交换的通路，从外界来的信息经I/OI/O口送入口送入CPUCPU，CPUCPU发出的控制指令通过发出的控制指令通过I/O I/O 口送到外口送到外设设 第一章第一章概概述述 第12页/共174页第十三页，共174页。吉林大学(j ln d xu)4.4.总线总线总线总线(BUS)(BUS)：传递信息的一组信号线，在：传递信息的一组信号线，在：传递信息的一组信号线，在：传递信息的一组信号线，在CPUCPU、存储器和、存储器和、存储器和、存储器和I/OI/O口之间传递信息。口之间传递信息。口之间传递信息。口之间传递信息。数据总线数据总线数据总线数据总线DBDB：用于传送数据信息，数据总线的宽度：用于传送数据信息，数据总线的宽度：用于传送数据信息，数据总线的宽度：用于传送数据信息，数据总线的宽度（位数）决定了（位数）决定了（位数）决定了（位数）决定了CPUCPU能并行输入能并行输入能并行输入能并行输入/输出的二进制数据的位输出的二进制数据的位输出的二进制数据的位输出的二进制数据的位数。数。数。数。8 8位机有位机有位机有位机有8 8根导线，双向根导线，双向根导线，双向根导线，双向 地址总线地址总线地址总线地址总线ABAB：用于传送地址信息，：用于传送地址信息，：用于传送地址信息，：用于传送地址信息，CPUCPU通过通过通过通过(tnggu)(tnggu)地址总线寻找特定的存储器单元或地址总线寻找特定的存储器单元或地址总线寻找特定的存储器单元或地址总线寻找特定的存储器单元或I/OI/O端口。地址总线的端口。地址总线的端口。地址总线的端口。地址总线的位数决定了微机所能直接寻址的存储器空间范围。如需位数决定了微机所能直接寻址的存储器空间范围。如需位数决定了微机所能直接寻址的存储器空间范围。如需位数决定了微机所能直接寻址的存储器空间范围。如需对存储器内的某单元进行读或写操作时，必须先将该单对存储器内的某单元进行读或写操作时，必须先将该单对存储器内的某单元进行读或写操作时，必须先将该单对存储器内的某单元进行读或写操作时，必须先将该单元的地址码送到地址总线上，然后再发出读或写的命令，元的地址码送到地址总线上，然后再发出读或写的命令，元的地址码送到地址总线上，然后再发出读或写的命令，元的地址码送到地址总线上，然后再发出读或写的命令，是单向信号线，地址信号由是单向信号线，地址信号由是单向信号线，地址信号由是单向信号线，地址信号由CPU CPU 输出送入存储器或输出送入存储器或输出送入存储器或输出送入存储器或I/OI/O口口口口 第一章第一章概概述述 第13页/共174页第十四页，共174页。吉林大学(j ln d xu)例：地址总线为例：地址总线为8 8条，内存的存储单元总数为条，内存的存储单元总数为2828地址总地址总线为线为1616根，内存的存储单元总数为根，内存的存储单元总数为216=65536216=65536个即个即64K64K字节字节(z ji)(z ji)。单向。单向 控制总线控制总线CBCB：用于传送各种控制信息。：用于传送各种控制信息。CPUCPU发出的控发出的控制命令及其他部件向制命令及其他部件向CPUCPU发出的请求信息均须通过控发出的请求信息均须通过控制总线来传递。命令：读数据写数据、发地址。由一制总线来传递。命令：读数据写数据、发地址。由一些不同方向的单向信号线组成。三总线又合称为系统些不同方向的单向信号线组成。三总线又合称为系统总线。总线。第一章第一章概概述述 第14页/共174页第十五页，共174页。吉林大学(j ln d xu)（二）计算机中的数制（二）计算机中的数制（二）计算机中的数制（二）计算机中的数制 1.1.数制：二进制，数制：二进制，数制：二进制，数制：二进制，0 0和和和和1 1，逢二进一，逢二进一，逢二进一，逢二进一，2.2.电平：计算机中用电平：计算机中用电平：计算机中用电平：计算机中用1 1和和和和0 0分别代表分别代表分别代表分别代表(dibi(dibi o)o)高、低电平，高、低电平，高、低电平，高、低电平，高电平（高电平（高电平（高电平（2.7V-5V2.7V-5V），低电平（），低电平（），低电平（），低电平（0-0.7V0-0.7V）高低电平、沿跳变高低电平、沿跳变高低电平、沿跳变高低电平、沿跳变占空比：占空比占空比：占空比占空比：占空比占空比：占空比=BAAA+B*100%第一章第一章概概述述 第15页/共174页第十六页，共174页。吉林大学(j ln d xu)（三）常用的半导体器件（三）常用的半导体器件（三）常用的半导体器件（三）常用的半导体器件1 1二极管：单向导电性，正向导通，反向截止。如图：二极管：单向导电性，正向导通，反向截止。如图：二极管：单向导电性，正向导通，反向截止。如图：二极管：单向导电性，正向导通，反向截止。如图：应用于汽车上的有：应用于汽车上的有：应用于汽车上的有：应用于汽车上的有：整流二极管（交流发电机）整流二极管（交流发电机）整流二极管（交流发电机）整流二极管（交流发电机）稳压稳压稳压稳压(wn y)(wn y)二极管二极管二极管二极管开关二极管开关二极管开关二极管开关二极管发光二极管发光二极管发光二极管发光二极管 第一章第一章概概述述 第16页/共174页第十七页，共174页。吉林大学(j ln d xu)2 2晶体管：又称三极管，如图，由两个二极管组成，为电流控制元晶体管：又称三极管，如图，由两个二极管组成，为电流控制元晶体管：又称三极管，如图，由两个二极管组成，为电流控制元晶体管：又称三极管，如图，由两个二极管组成，为电流控制元件，有三个极：基极件，有三个极：基极件，有三个极：基极件，有三个极：基极(j j)b(j j)b，发射极，发射极，发射极，发射极e e，集电极，集电极，集电极，集电极c c 分类：分类：分类：分类：PNPPNP型和型和型和型和NPNNPN型，应用较多的是型，应用较多的是型，应用较多的是型，应用较多的是NPNNPN型型型型 第一章概述 第17页/共174页第十八页，共174页。吉林大学(j ln d xu)作用：作用：a.a.放大放大(fngd)(fngd)作用：基极电流的很小变化能引起发射极作用：基极电流的很小变化能引起发射极 和集电极间电流的很大变化，发动机点火系中晶和集电极间电流的很大变化，发动机点火系中晶 体管点火系统用到其放大体管点火系统用到其放大(fngd)(fngd)作用作用 b.b.开关作用：导通时：饱和状态，压降为开关作用：导通时：饱和状态，压降为0.1-0.3V 0.1-0.3V 输出低电平，关闭时：截止状态，输出高电平输出低电平，关闭时：截止状态，输出高电平 3 3场效应管：是一种新型的晶体管，外型与普通晶体管相似，为电压控制元件，场效应管：是一种新型的晶体管，外型与普通晶体管相似，为电压控制元件，有三个极：源极有三个极：源极S S，漏极，漏极DD，栅极栅极GG 第一章第一章概概述述 第18页/共174页第十九页，共174页。吉林大学(j ln d xu)4 4光电隔离器：也称光电耦合器，它通过光来传递信光电隔离器：也称光电耦合器，它通过光来传递信光电隔离器：也称光电耦合器，它通过光来传递信光电隔离器：也称光电耦合器，它通过光来传递信息使输入输出在电气上完全隔离，息使输入输出在电气上完全隔离，息使输入输出在电气上完全隔离，息使输入输出在电气上完全隔离，作用：作用：作用：作用：a.a.抗干扰抗干扰抗干扰抗干扰:干扰源一般有较大的电压幅度，但能量较干扰源一般有较大的电压幅度，但能量较干扰源一般有较大的电压幅度，但能量较干扰源一般有较大的电压幅度，但能量较小只能形成微弱电流，而光电输入端的发光二极管小只能形成微弱电流，而光电输入端的发光二极管小只能形成微弱电流，而光电输入端的发光二极管小只能形成微弱电流，而光电输入端的发光二极管是在电流状态下工作的，干扰源会因无法提供足够是在电流状态下工作的，干扰源会因无法提供足够是在电流状态下工作的，干扰源会因无法提供足够是在电流状态下工作的，干扰源会因无法提供足够的电流而被抑制掉。光隔为密封集成件，不会的电流而被抑制掉。光隔为密封集成件，不会的电流而被抑制掉。光隔为密封集成件，不会的电流而被抑制掉。光隔为密封集成件，不会(b(b hu)hu)受外界干扰受外界干扰受外界干扰受外界干扰 b.b.可用于电位不同的的电路间的耦合可用于电位不同的的电路间的耦合可用于电位不同的的电路间的耦合可用于电位不同的的电路间的耦合,起电平转换作起电平转换作起电平转换作起电平转换作用用用用 如图所示：如图所示：如图所示：如图所示：第一章第一章概概述述 第19页/共174页第二十页，共174页。吉林大学(j ln d xu)（四）集成电路（四）集成电路（四）集成电路（四）集成电路（ICIC）：产生前多为分立元件（元件）：产生前多为分立元件（元件）：产生前多为分立元件（元件）：产生前多为分立元件（元件+导线）体积导线）体积导线）体积导线）体积大，可靠性差。大，可靠性差。大，可靠性差。大，可靠性差。6060年代初，美国一家仪器公司首创把电子元器年代初，美国一家仪器公司首创把电子元器年代初，美国一家仪器公司首创把电子元器年代初，美国一家仪器公司首创把电子元器件及导线制作件及导线制作件及导线制作件及导线制作(zhzu)(zhzu)在一小片硅片上并封装起来。在一小片硅片上并封装起来。在一小片硅片上并封装起来。在一小片硅片上并封装起来。优点：结构紧凑，可靠性高，成本低，功耗小，响优点：结构紧凑，可靠性高，成本低，功耗小，响优点：结构紧凑，可靠性高，成本低，功耗小，响优点：结构紧凑，可靠性高，成本低，功耗小，响 应速度快。应速度快。应速度快。应速度快。发展：发展：发展：发展：a.a.小规模集成电路：每块芯片上的元气件数量小规模集成电路：每块芯片上的元气件数量小规模集成电路：每块芯片上的元气件数量小规模集成电路：每块芯片上的元气件数量 一般不超过一般不超过一般不超过一般不超过100100个个个个 b.b.中规模集成电路中规模集成电路中规模集成电路中规模集成电路 c.c.大规模集成电路：元件超过大规模集成电路：元件超过大规模集成电路：元件超过大规模集成电路：元件超过1010万个万个万个万个 d.d.超大规模集成电路：超大规模集成电路：超大规模集成电路：超大规模集成电路：第一章第一章概概述述 第20页/共174页第二十一页，共174页。吉林大学(j ln d xu)分类分类分类分类(fn li)(fn li)：a.a.模拟型集成电路：宽带放大器，模拟乘法器，函数发生模拟型集成电路：宽带放大器，模拟乘法器，函数发生模拟型集成电路：宽带放大器，模拟乘法器，函数发生模拟型集成电路：宽带放大器，模拟乘法器，函数发生器等器等器等器等 b.b.数字型集成电路：门电路（小规模），存储器、微处理数字型集成电路：门电路（小规模），存储器、微处理数字型集成电路：门电路（小规模），存储器、微处理数字型集成电路：门电路（小规模），存储器、微处理器和微控制器（大规模到超大规模）器和微控制器（大规模到超大规模）器和微控制器（大规模到超大规模）器和微控制器（大规模到超大规模）c.c.组合型集成电路：在同一芯片上既有模拟电路又有数字组合型集成电路：在同一芯片上既有模拟电路又有数字组合型集成电路：在同一芯片上既有模拟电路又有数字组合型集成电路：在同一芯片上既有模拟电路又有数字电路电路电路电路 第一章第一章概概述述 第21页/共174页第二十二页，共174页。吉林大学(j ln d xu)二、自动控制基础知识二、自动控制基础知识二、自动控制基础知识二、自动控制基础知识（一）自动控制系统组成：三大部分（一）自动控制系统组成：三大部分（一）自动控制系统组成：三大部分（一）自动控制系统组成：三大部分信号采集信号采集信号采集信号采集(c(c ij)ij)部分：传感器部分：传感器部分：传感器部分：传感器电子控制单元（电子控制单元（电子控制单元（电子控制单元（ECUECU）：对传感器的各种输入信号进行分析）：对传感器的各种输入信号进行分析）：对传感器的各种输入信号进行分析）：对传感器的各种输入信号进行分析处理，向被控装置输出控制信号处理，向被控装置输出控制信号处理，向被控装置输出控制信号处理，向被控装置输出控制信号执行器：根据执行器：根据执行器：根据执行器：根据ECUECU的输出信号完成对被控对象的操作的输出信号完成对被控对象的操作的输出信号完成对被控对象的操作的输出信号完成对被控对象的操作 第一章第一章概概述述 第22页/共174页第二十三页，共174页。吉林大学(j ln d xu)（二）开环控制与闭环控制（二）开环控制与闭环控制 1.开环控制：开环控制：ECU不对控制系不对控制系统的输出进行统的输出进行(jnxng)监测，监测，即不考虑实际输出与期望输出即不考虑实际输出与期望输出之间的差异之间的差异 第一章第一章概概述述 第23页/共174页第二十四页，共174页。吉林大学(j ln d xu)2.闭环控制：闭环控制：ECU通过反馈传通过反馈传感器和反馈电路对控制系统的感器和反馈电路对控制系统的输出进行实时监测，并根据实输出进行实时监测，并根据实际输出与期望输出之间的差异际输出与期望输出之间的差异产生相应修正信号，使实际值产生相应修正信号，使实际值接近期望值，控制精度高。电接近期望值，控制精度高。电子子(dinz)油门油门被测对象传感器电控单元计算、分析、处理执行器反馈传感器反馈电路 第一章第一章概概述述 第24页/共174页第二十五页，共174页。吉林大学(j ln d xu)（三）（三）PID控制（比例控制（比例-积分积分-微微分）：属于经典控制，它是连分）：属于经典控制，它是连续系统中技术成熟、应用广泛续系统中技术成熟、应用广泛的一种控制方式。的一种控制方式。优点：是不需了解被控对象的优点：是不需了解被控对象的数学模型，只要根据经验进行数学模型，只要根据经验进行调节其参数在线整定，即可取调节其参数在线整定，即可取得满意结果。得满意结果。缺点：对被控对象参数变化比缺点：对被控对象参数变化比较较(bjio)敏感敏感 PID控制用微机实现称作数字控制用微机实现称作数字PID调节器，广泛应用于汽车调节器，广泛应用于汽车动力传动系统，如节气门开度动力传动系统，如节气门开度控制、离合器结合行程的控制控制、离合器结合行程的控制 第一章第一章概概述述 第25页/共174页第二十六页，共174页。吉林大学(j ln d xu)（四）最优控制：经典控制理论不适用于多变量、时变、非线（四）最优控制：经典控制理论不适用于多变量、时变、非线（四）最优控制：经典控制理论不适用于多变量、时变、非线（四）最优控制：经典控制理论不适用于多变量、时变、非线性系统，而这些系统在汽车工程中大量用到，必须采用现代性系统，而这些系统在汽车工程中大量用到，必须采用现代性系统，而这些系统在汽车工程中大量用到，必须采用现代性系统，而这些系统在汽车工程中大量用到，必须采用现代控制理论的所提供的状态空间设计法。它是利用状态空间表控制理论的所提供的状态空间设计法。它是利用状态空间表控制理论的所提供的状态空间设计法。它是利用状态空间表控制理论的所提供的状态空间设计法。它是利用状态空间表达式，确定达式，确定达式，确定达式，确定(qudng)(qudng)系统的控制规律使控制系统达到要求系统的控制规律使控制系统达到要求系统的控制规律使控制系统达到要求系统的控制规律使控制系统达到要求的性能指标。即适用于单变量、定常系统和线性系统，也适的性能指标。即适用于单变量、定常系统和线性系统，也适的性能指标。即适用于单变量、定常系统和线性系统，也适的性能指标。即适用于单变量、定常系统和线性系统，也适用于多变量、时变系统和非线性系统。状态空间设计法分很用于多变量、时变系统和非线性系统。状态空间设计法分很用于多变量、时变系统和非线性系统。状态空间设计法分很用于多变量、时变系统和非线性系统。状态空间设计法分很多种，但在汽车电子系统中多采用使二次型指标最优来确定多种，但在汽车电子系统中多采用使二次型指标最优来确定多种，但在汽车电子系统中多采用使二次型指标最优来确定多种，但在汽车电子系统中多采用使二次型指标最优来确定(qudng)(qudng)控制规律的最优控制法。控制规律的最优控制法。控制规律的最优控制法。控制规律的最优控制法。第一章第一章概概述述 第26页/共174页第二十七页，共174页。吉林大学(j ln d xu)（五）自适应控制：是综合运用（五）自适应控制：是综合运用现代控制理论的一门新兴技术，现代控制理论的一门新兴技术，研究对象是具有不确定性的系研究对象是具有不确定性的系统。在反馈控制系统中，系统统。在反馈控制系统中，系统的微小变化对动态特性的影响的微小变化对动态特性的影响可以被减弱，但当系统的参数可以被减弱，但当系统的参数和环境变化比较显著时，只有和环境变化比较显著时，只有(zhyu)采用具有一定适应能采用具有一定适应能力的系统才能满足要求。所谓力的系统才能满足要求。所谓适应能力就是系统本身能够随适应能力就是系统本身能够随着环境条件或结构的不可预计着环境条件或结构的不可预计的变化，自行调整或修改系统的变化，自行调整或修改系统参数，这种本身具有适应能力参数，这种本身具有适应能力的控制系统成为自适应控制系的控制系统成为自适应控制系统。统。自适应控制系统分类：自适应控制系统分类：1.前馈自适应控制：前馈自适应控制：也叫开环自适应也叫开环自适应 第一章第一章概概述述 第27页/共174页第二十八页，共174页。吉林大学(j ln d xu)应用对象：如果通过可测信号能够观测到过程特性的改变，并且预先知道如何根据这些信号来调整控制器，那么就可应用前馈自适应控制系统。在汽车电控系统中，为适应海拔高度、工作温度等参数的变化，控制系统通常采用(ciyng)这种前馈自适应。利用气压表或温度计即可测出这些参数的变化量，并且可在控制器中预先设定好系统随之所作的改变 第一章第一章概概述述 第28页/共174页第二十九页，共174页。吉林大学(j ln d xu)2.2.反馈自适应控制：如果过程特性的变化不能直接反馈自适应控制：如果过程特性的变化不能直接(zhji)(zhji)观测到，则根据系统的输入、输出信号等参观测到，则根据系统的输入、输出信号等参数依据自适应算法计算出输入控制器的参数，使之适数依据自适应算法计算出输入控制器的参数，使之适应过程。应过程。第一章第一章概概述述 第29页/共174页第三十页，共174页。吉林大学(j ln d xu)（六）模糊控制：不需要预先知道过程的精确数学模型在控（六）模糊控制：不需要预先知道过程的精确数学模型在控制过程中，首先把由各种传感器测出的精确量转化成为制过程中，首先把由各种传感器测出的精确量转化成为适于模糊运算的模糊量，然后将这些量在模糊控制器中适于模糊运算的模糊量，然后将这些量在模糊控制器中加以运算，最后加以运算，最后(zuhu)(zuhu)再将运算结果中的模糊量转化再将运算结果中的模糊量转化为精确量，以便对执行器进行具体的操作控制。为精确量，以便对执行器进行具体的操作控制。第一章第一章概概述述 第30页/共174页第三十一页，共174页。吉林大学(j ln d xu)三、汽车电子技术基础知识三、汽车电子技术基础知识三、汽车电子技术基础知识三、汽车电子技术基础知识（一）汽车用微机（一）汽车用微机（一）汽车用微机（一）汽车用微机 1 1单片机定义：单片机定义：单片机定义：单片机定义：Single Chip MicrocomputerSingle Chip Microcomputer 将中央处理器（将中央处理器（将中央处理器（将中央处理器（CPUCPU）、）、）、）、ROMROM、RAMRAM、定时器、定时器、定时器、定时器/计数器和计数器和计数器和计数器和一些一些一些一些I/OI/O接口电路、接口电路、接口电路、接口电路、A/DA/D转换电路集成在一块芯片上的微转换电路集成在一块芯片上的微转换电路集成在一块芯片上的微转换电路集成在一块芯片上的微型计算机，能独立完成所需控制功能型计算机，能独立完成所需控制功能型计算机，能独立完成所需控制功能型计算机，能独立完成所需控制功能(gngnng)(gngnng)。又称。又称。又称。又称微控制器（微控制器（微控制器（微控制器（Microcontroller Unit,MCUMicrocontroller Unit,MCU）。是微型计算机）。是微型计算机）。是微型计算机）。是微型计算机家族的重要成员。与微处理器的区别：微处理器家族的重要成员。与微处理器的区别：微处理器家族的重要成员。与微处理器的区别：微处理器家族的重要成员。与微处理器的区别：微处理器（MPUMicro Processing UnitMPUMicro Processing Unit）将）将）将）将CPUCPU做在一块集做在一块集做在一块集做在一块集成电路芯片上使之成为一个独立的器件成电路芯片上使之成为一个独立的器件成电路芯片上使之成为一个独立的器件成电路芯片上使之成为一个独立的器件 第一块单片机由美国德克萨斯仪器公司于第一块单片机由美国德克萨斯仪器公司于第一块单片机由美国德克萨斯仪器公司于第一块单片机由美国德克萨斯仪器公司于19741974年推出。年推出。年推出。年推出。第一章第一章概概述述 第31页/共174页第三十二页，共174页。吉林大学(j ln d xu)第32页/共174页第三十三页，共174页。吉林大学(j ln d xu)第33页/共174页第三十四页，共174页。吉林大学(j ln d xu)2 2特点：特点：特点：特点：（1 1）集成度高、功能强、通用性好）集成度高、功能强、通用性好）集成度高、功能强、通用性好）集成度高、功能强、通用性好（2 2）体积小、重量轻，价格便宜、可靠性好）体积小、重量轻，价格便宜、可靠性好）体积小、重量轻，价格便宜、可靠性好）体积小、重量轻，价格便宜、可靠性好（3 3）面向控制：内部具有许多适用于控制目的的功能部件）面向控制：内部具有许多适用于控制目的的功能部件）面向控制：内部具有许多适用于控制目的的功能部件）面向控制：内部具有许多适用于控制目的的功能部件其指令系统也包含了丰富的适宜于完成控制任务的指令。其指令系统也包含了丰富的适宜于完成控制任务的指令。其指令系统也包含了丰富的适宜于完成控制任务的指令。其指令系统也包含了丰富的适宜于完成控制任务的指令。尤其是用于自动控制尤其是用于自动控制尤其是用于自动控制尤其是用于自动控制(z dn(z dn kn kn zh)zh)领域，完成实时领域，完成实时领域，完成实时领域，完成实时控制任务。在汽车电控系统中得到广泛应用控制任务。在汽车电控系统中得到广泛应用控制任务。在汽车电控系统中得到广泛应用控制任务。在汽车电控系统中得到广泛应用 （4 4）只需改动软件就可实现不同的控制功能）只需改动软件就可实现不同的控制功能）只需改动软件就可实现不同的控制功能）只需改动软件就可实现不同