汽车电子控制技术基础讲义课件22390.pptx
《汽车电子控制技术基础讲义课件22390.pptx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《汽车电子控制技术基础讲义课件22390.pptx(62页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、汽车电子控制技术汽车电子控制技术第第2 章章汽车电子控制技术基础汽车电子控制技术基础 2.1 2.1 汽车电子控制系统的组成与特征汽车电子控制系统的组成与特征2.2 2.2 汽车传感器汽车传感器2.3 2.3 汽车电子控制单元(汽车电子控制单元(ECU)2.4 2.4 汽车电子控制系统中的执行元件汽车电子控制系统中的执行元件2.5 2.5 汽车电子控制系统中的控制理论汽车电子控制系统中的控制理论2.6 2.6 汽车综合控制汽车综合控制2.1.1 2.1.1 汽车电子控制系统的基本构成汽车电子控制系统的基本构成2.1 2.1 汽车电子控制系统的组成与特征汽车电子控制系统的组成与特征给定值给定值传
2、感器传感器A/D转换器转换器D/A转换器转换器执执 行行机机 构构被被 控控对对 象象控制器控制器被控参数被控参数 微型计算机微型计算机图图2-1 2-1 电子控制系统的基本框图电子控制系统的基本框图汽车电子控制系统基本组成框图汽车电子控制系统基本组成框图 汽车计算机系统称为汽车计算机系统称为电子控制单元电子控制单元 ECU(Electronic Control Unit)。控制系统由控制系统由传感器传感器、ECU和和执行机构执行机构组成。组成。传传感感器器数字输入数字输入存储器存储器A/D转换器转换器输输入入端端口口 CPU存储器存储器输输出出端端口口驱驱动动电电路路执执行行机机构构输入接口
3、输入接口图图2-2 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计算机计算机输出接口输出接口1.1.硬件硬件 软件分为软件分为系统软件系统软件和和应用软件应用软件,核心是控制核心是控制软件软件。系统软件一般由计算机制造厂提供,应用系统软件一般由计算机制造厂提供,应用软件由控制系统研发人员编制。软件由控制系统研发人员编制。1)系统软件)系统软件 操作系统、语言加工系统、诊断系统等操作系统、语言加工系统、诊断系统等2)应用软件)应用软件 数据采集与传输、数据采集与传输、被控系统的模型被控系统的模型、控制算控制算法法、故障自诊断系统等、故障自诊断系统等2.2.软件软件2.1.2 汽车电子控制
4、系统的特征汽车电子控制系统的特征1.1.目的性目的性 提高汽车行驶能力、可操纵性、稳定性和自适提高汽车行驶能力、可操纵性、稳定性和自适应性;应性;改善汽车行驶的姿态控制、乘坐的舒适性;改善汽车行驶的姿态控制、乘坐的舒适性;降低汽车的能耗、尾气排放、减少污染。降低汽车的能耗、尾气排放、减少污染。2.相关性相关性 汽车上的电子控制系统是相互关联的;汽车上的电子控制系统是相互关联的;单一的控制系统都会出现非预期的结果;单一的控制系统都会出现非预期的结果;各子系统的最佳,不一定能获得整个系统的最各子系统的最佳,不一定能获得整个系统的最佳,甚至降低了子系统预期的性能。佳,甚至降低了子系统预期的性能。汽汽
5、 车车 综综 合合 控控 制制 系系 统统悬悬 架架控制系统控制系统动力传动动力传动控制系统控制系统操操 纵纵控制系统控制系统发动机发动机控制系统控制系统第三层第三层第二层第二层第一层第一层单个装置单个装置控控 制制子系统子系统控控 制制3.层次性层次性 汽车控制系统一般可分为三个层次:汽车控制系统一般可分为三个层次:例:发动机控制系统例:发动机控制系统4.随机性随机性 汽车在不同的环境条件下行驶,控制系统的设汽车在不同的环境条件下行驶,控制系统的设计必须满足动态的、不确定的或随机的动态工况。计必须满足动态的、不确定的或随机的动态工况。电控燃油电控燃油喷射系统喷射系统(EFI)点火正时控制点火
6、正时控制点火提前角控制点火提前角控制点火能量控制点火能量控制 怠怠 速速控制系统控制系统(ISC)废气再循环废气再循环控制系统控制系统(EGR)喷油量控制喷油量控制喷油时间控制喷油时间控制喷油顺序控制喷油顺序控制 电电 控控点火系统点火系统(ESA)发发 动动 机机 控控 制制 系系 统统2.1.3 2.1.3 汽车电子控制系统的工作原理汽车电子控制系统的工作原理1.检测检测 汽车各部位的汽车各部位的传感器传感器检测检测不断变化不断变化工作状况信工作状况信息、环境信息息、环境信息提供提供给给ECU;3.执行执行 通过通过执行机构执行机构对汽车的工作状况对汽车的工作状况进行控制进行控制。必。必要
7、时,可对要时,可对汽车汽车工作状况信息工作状况信息显示或报警显示或报警。2.判断、决策和控制判断、决策和控制 汽车电子控制系统汽车电子控制系统根据检测的工作状况根据检测的工作状况信息用信息用预先存放在预先存放在ECU中的中的指令程序、控制算法指令程序、控制算法发出发出控制控制信号信号;ECU I/O输输入入回回路路CPU存储器存储器A/D空气流量空气流量 发动机转速发动机转速节气门位置节气门位置冷却水温冷却水温进气温度进气温度 曲轴位置曲轴位置车速车速爆震爆震氧传氧传 启动信号启动信号空调开关空调开关输输出出回回路路喷油量控制喷油量控制点火正时控制点火正时控制怠速控制怠速控制故障自诊断故障自诊
8、断废气再循环废气再循环其它辅助控制其它辅助控制传感器传感器控制项目控制项目发动机集中电子控制系统发动机集中电子控制系统微微处处理理器器A/DA/D存储器存储器D/A车车 速速传感器传感器油油 箱箱传感器传感器D/A车速表车速表燃油液位燃油液位指示仪表指示仪表 图图2-4 2-4 电子控制的车速表及燃油液位指示仪表系统电子控制的车速表及燃油液位指示仪表系统指示仪表系统指示仪表系统2.2 2.2 汽车传感器汽车传感器 汽车传感器也是汽车电子技术领域研究的汽车传感器也是汽车电子技术领域研究的核心核心内容内容之一。之一。目前,一辆普通家用轿车上大约安装几十到近目前,一辆普通家用轿车上大约安装几十到近百
9、只传感器,而豪华轿车上多达二百余只传感器。百只传感器,而豪华轿车上多达二百余只传感器。汽车传感器主要用于汽车传感器主要用于发动机控制系统发动机控制系统、底盘控底盘控制系统制系统、车身控制系统车身控制系统和和导航系统导航系统中。中。汽车传感器是汽车电子控制系统的汽车传感器是汽车电子控制系统的信息源信息源,是是汽车电子控制系统的关键部件。汽车电子控制系统的关键部件。传感器技术的发展趋势传感器技术的发展趋势1 1.多功能化多功能化 一个传感器可实现多个不同种类多个参数的一个传感器可实现多个不同种类多个参数的检测。检测。3 3.集成化集成化 IC制造技术和精细加工技术制作制造技术和精细加工技术制作IC
10、式传感器。式传感器。4 4.智能化智能化 指传感器与大规模集成电路结合,带有指传感器与大规模集成电路结合,带有CPU,具有智能功能,以减少具有智能功能,以减少ECU的复杂程度。的复杂程度。2 2.数字化数字化 适应汽车控制计算机的信息输入。适应汽车控制计算机的信息输入。汽车传感器种类很多,实际应用汽车传感器种类很多,实际应用一般按一般按传感传感器器输入量,即输入量,即传感器检测的量传感器检测的量分类分类,如如2.2.1 2.2.1 汽车传感器的分类汽车传感器的分类 力力 学学 量量热力学量热力学量其其它它检测量检测量单单 位位检测量检测量单单 位位检测量检测量单单 位位位置或位移位置或位移速度
11、速度加速度加速度转角或角转角或角位移位移转速转速力力转矩转矩爆震爆震Mm/sm/s2 rad r/minN NmPa 温度温度压力压力流量流量,真空度真空度 K C KPa MPakg/s m3/s Pa 气体成分气体成分气体浓度气体浓度mol mol分分 类类按能量按能量关关 系系主动型:主动型:传感器传感器无需外加输入电源无需外加输入电源。如:磁电、热电、压电、光电等。如:磁电、热电、压电、光电等。被动型:被动型:传感器需传感器需外加输入电源外加输入电源。如:电阻、电容、电感、磁阻、热阻等。如:电阻、电容、电感、磁阻、热阻等。按信号按信号转转 换换非电量非电量转换成另一种转换成另一种非电量
12、非电量,如:弹性敏感元件、气动传感器如:弹性敏感元件、气动传感器非电量非电量转换成转换成电量电量 如:热电阻、热电偶、压电式如:热电阻、热电偶、压电式按工作按工作原原 理理电阻式、电容式、电感式、应变式、光电式、电阻式、电容式、电感式、应变式、光电式、光敏式、压电式、热电式等光敏式、压电式、热电式等按使用按使用功功 能能用于用于了解了解汽车工作状况;汽车工作状况;用于用于控制控制汽车运行状态;汽车运行状态;传感器的其它传感器的其它分类方法分类方法传感器传感器检检 测测 工工 况况 或或 参参 数数位位 置置传感器传感器排气再循环阀开度、油门踏板位置、燃油箱液排气再循环阀开度、油门踏板位置、燃油
13、箱液面位置、汽车高度、海拔高度等。面位置、汽车高度、海拔高度等。转转 角角传感器传感器节气门位置、曲轴转角、方向盘转角、前轮转节气门位置、曲轴转角、方向盘转角、前轮转角等。角等。转转 速速传感器传感器检测检测曲轴转速、车轮转速等。曲轴转速、车轮转速等。速速 度度加速度加速度传感器传感器检测车速(绝对值)、加速度。检测车速(绝对值)、加速度。力学量传感器在汽车上的应用力学量传感器在汽车上的应用热力学量传感器在汽车上的应用热力学量传感器在汽车上的应用传感器传感器检检 测测 工工 况况 或或 参参 数数温温 度度传感器传感器冷却液温度、进气温度、燃油温度、排气口和冷却液温度、进气温度、燃油温度、排气
14、口和排气管的温度、空调蒸发器和冷凝器温度等。排气管的温度、空调蒸发器和冷凝器温度等。压压 力力传感器传感器进气岐管压力、燃油压力、机油压力、增压压进气岐管压力、燃油压力、机油压力、增压压力、自动变速器油压等。力、自动变速器油压等。流流 量量传感器传感器吸入吸入空气流量、燃油流量、废气再循环流量、空气流量、燃油流量、废气再循环流量、制冷剂流量等。制冷剂流量等。液液 量量传感器传感器燃油量、燃油量、冷却液冷却液量、量、机油机油量、制动量、制动液液量等。量等。气体浓度气体浓度传感器传感器氧气、二氧化碳、氧气、二氧化碳、NOx、HC、柴油烟度。、柴油烟度。汽车传感器工作环境汽车传感器工作环境 高温、低
15、温、振动、冲击、潮湿、蒸汽、盐雾高温、低温、振动、冲击、潮湿、蒸汽、盐雾腐蚀、油泥污染腐蚀、油泥污染2.2.2 2.2.2 汽车传感器的性能要求汽车传感器的性能要求 1)环境的适应性;)环境的适应性;2)工作的稳定性和可靠性;关键)工作的稳定性和可靠性;关键 3)检测的精度和重复性;)检测的精度和重复性;4)小型化、便于安装、易于检测识别;)小型化、便于安装、易于检测识别;5)具有批量生产和通用性、符合有关标准。)具有批量生产和通用性、符合有关标准。汽车传感器的性能要求汽车传感器的性能要求2.2.3 2.2.3 汽车传感器的选用原则汽车传感器的选用原则指指 标标传传 感感 器器 指指 标标 定
16、定 义义量量 程程被检测量上限和下限的代数差。被检测量上限和下限的代数差。灵敏度灵敏度输出变化值与被测量的变化值之比。输出变化值与被测量的变化值之比。分辨率分辨率检测出被测量的最小变化值。检测出被测量的最小变化值。误误 差差检测值与被测量的真实值之差。检测值与被测量的真实值之差。重复性重复性重复测量时,测量结果的一致性。重复测量时,测量结果的一致性。过过 载载允许检测被测量的最大值。允许检测被测量的最大值。可靠度可靠度规定条件下,传感器正常工作的可能性。规定条件下,传感器正常工作的可能性。线性度线性度输入输入/输出曲线与其拟合直线之间的偏差度。输出曲线与其拟合直线之间的偏差度。响应时间响应时间
17、接受阶跃输入信号,传感器输出值达到稳定接受阶跃输入信号,传感器输出值达到稳定值的最小规定百分数值的最小规定百分数(如如95)时所需的时间。时所需的时间。低油位报警器低油位报警器油位传感器油位传感器部分汽车传感器的实物图片部分汽车传感器的实物图片水温传感器水温传感器汽车用压力传感器汽车用压力传感器热膜式汽车空气流量传感器热膜式汽车空气流量传感器热线式汽车空气流量传感器热线式汽车空气流量传感器节气门阀体总成节气门阀体总成节气门位置传感器节气门位置传感器 凸轮轴传感器凸轮轴传感器曲轴位置传感器曲轴位置传感器汽车氧传感器汽车氧传感器汽车爆震传感器汽车爆震传感器汽车超声传感器汽车超声传感器2.3.1 2
18、.3.1 汽车电子控制单元的汽车电子控制单元的主要功能主要功能 1)接受传感器或其它装置的输入信号,并将输入接受传感器或其它装置的输入信号,并将输入 信号处理成计算机能够接受的数字信号;信号处理成计算机能够接受的数字信号;2)给传感器或传感器放大电路提供基准电压;给传感器或传感器放大电路提供基准电压;3)计算、分析、处理和存储汽车工况和环境信息;计算、分析、处理和存储汽车工况和环境信息;4)输出控制执行指令、故障信息;输出控制执行指令、故障信息;5)自我修正功能(自适应功能)。自我修正功能(自适应功能)。2.3 2.3 汽车电子控制单元(汽车电子控制单元(ECU)ECU 的实物图片的实物图片
19、ECU 的实物图片的实物图片 ECU 主要由主要由输入接口输入接口、微处理器微处理器和和输出接口输出接口的组成。的组成。传感器传感器传感器传感器A/D转换器转换器A/D转换器转换器信信 号号放大器放大器微微处处理理器器输输出出驱驱动动基准电压基准电压调调 节节 器器存储器存储器2.3.2 2.3.2 ECU 的组成的组成2 2)微处理器)微处理器 微处理器即单片机,有微处理器即单片机,有8位、位、16位、位、32位。位。1 1 通用单片机通用单片机 2 2 专用单片机专用单片机1 1)输入接口电路)输入接口电路 输入接口电路主要是实现传感器与微处理器输入接口电路主要是实现传感器与微处理器之间的
20、信息传递。主要功能是对传感器输出信号之间的信息传递。主要功能是对传感器输出信号进行预处理。进行预处理。1 1 模拟信号处理:模拟信号处理:放大、量程变换、放大、量程变换、A/D转换。转换。2 2 数字信号处理:数字信号处理:放大、整形。放大、整形。3 3)存储器)存储器 1 1 随机存取存储器(随机存取存储器(RAM)2 2 只读存储器(只读存储器(ROM)3 3 可编程只读存储器(可编程只读存储器(P PROM)4 4 可保持存储器(可保持存储器(P PAM)4 4)输出接口电路)输出接口电路 D/A转换、输出信号变换、电压放大或电流放转换、输出信号变换、电压放大或电流放大。大。功能:功能:
21、执行元件根据执行元件根据ECU输出的控制信号执行相输出的控制信号执行相 应的预定动作。应的预定动作。执行元件根据驱动的能量不同可分为三类:执行元件根据驱动的能量不同可分为三类:2.4 2.4 汽车电子控制系统中的执行元件汽车电子控制系统中的执行元件执行元件执行元件应应 用用 场场 合合电电 动动执行元件执行元件受汽车电源功率的限制,用于执受汽车电源功率的限制,用于执行功率不大场合;行功率不大场合;如电磁阀门如电磁阀门类类液液 压压执行元件执行元件用于执行功率较大、且对于执行用于执行功率较大、且对于执行元件尺寸要求较小的场合;元件尺寸要求较小的场合;如轿车的制如轿车的制动系统动系统气气 动动执行
22、元件执行元件用于执行功率较大、且对于执行用于执行功率较大、且对于执行元件尺寸要求不严的场合;元件尺寸要求不严的场合;如卡车的制如卡车的制动系统动系统2.4.1 2.4.1 电动执行元件电动执行元件执行元件执行元件使用使用电源电源 执行量执行量特特点点电电动动机机类类直流电动机直流电动机 直流电源直流电源转速转速调速性好、启动转矩调速性好、启动转矩大、响应较快。大、响应较快。侍服电动机侍服电动机 直流电源直流电源角位移角位移或位移或位移启动转矩大、响应快。启动转矩大、响应快。步进电动机步进电动机 脉冲电源脉冲电源角位移角位移或位移或位移直接实现数字控制,直接实现数字控制,控制性能好。控制性能好。
23、电电磁磁力力类类直接执行直接执行直流电源直流电源位移位移结构简单、可靠,功结构简单、可靠,功率较小、运动距离小率较小、运动距离小间接间接执行执行直流电源直流电源位移位移电磁力驱动油压、气电磁力驱动油压、气压控制阀压控制阀 直接以电磁能为动力的执行元件,其优点是结直接以电磁能为动力的执行元件,其优点是结构简单、可靠,缺点是功率较小、运动距离小。仅构简单、可靠,缺点是功率较小、运动距离小。仅应用于电动门锁、电磁阀门功率较小、运动距离小应用于电动门锁、电磁阀门功率较小、运动距离小场合。场合。电电-液压、电液压、电-气动执行元件气动执行元件是以电磁力驱动油是以电磁力驱动油压、气压控制阀,可获得较大的功
24、率。但其结构复压、气压控制阀,可获得较大的功率。但其结构复杂,广泛应用于汽车的杂,广泛应用于汽车的行驶、转向、制动、悬架行驶、转向、制动、悬架方方面。面。电电-液压、电液压、电-气动执行元件气动执行元件 2.4.2 2.4.2 汽车执行元件的性能要求汽车执行元件的性能要求 3 3)可靠性和安全性)可靠性和安全性 使用寿命长、安全、噪声低。使用寿命长、安全、噪声低。1 1)输入、输出性能)输入、输出性能 能实现细微的控制、响应快、足够的输出功率。能实现细微的控制、响应快、足够的输出功率。2 2)环境的适应性)环境的适应性 耐高温、低温、振动、冲击、潮湿、盐雾、腐耐高温、低温、振动、冲击、潮湿、盐
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 汽车 电子 控制 技术 基础 讲义 课件 22390
限制150内