汽車電子技術(shù)概述教學(xué)PPT.ppt

授課老師 郭瑞蓮2013 02 汽車電子技術(shù) 1 1汽車電子技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r 1 2汽車電子技術(shù)的一般組成 1 3汽車電子技術(shù)基礎(chǔ)知識 第一章概述 節(jié)省能源保護(hù)環(huán)境安全性舒適性智能性 一 汽車電子控制的必要性 汽車數(shù)量的發(fā)展帶來以下要求 采用電子控制技術(shù)可以根據(jù)汽車所處的實際工況相應(yīng)進(jìn)行實時控制 1 1汽車電子技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r 2012年中國汽車產(chǎn)銷雙超1800余萬輛 連續(xù)3年蟬聯(lián)全球第一 2001200220032004200520062007200820092010 年 柴油機排放法規(guī)進(jìn)程 排放法規(guī)日趨嚴(yán)格 減少汽車修復(fù)時間節(jié)油減少空氣污染減少交通事故提高乘坐舒適性 汽車電子技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)點 二 汽車電子技術(shù)的發(fā)展歷史 第一階段 1974年以前特征 初級階段產(chǎn)品 汽車收音機 交流發(fā)電機 電子點火器等 第二階段 1974年 1982年特征 迅速發(fā)展階段 模擬集成電路 16位單片機 產(chǎn)品 efi eps ect abs srs第三階段 1982年 1990年特征 汽車電子控制技術(shù)日趨成熟階段產(chǎn)品 動力總成集中控制系統(tǒng) 整車集中控制第四階段 1990年 今特征 汽車電子控制技術(shù)向智能化發(fā)展的高級階段產(chǎn)品 汽車通訊與導(dǎo)航 汽車總線 汽車電子技術(shù)發(fā)展趨勢 新技術(shù) 傳感器技術(shù)微處理技術(shù)多通道傳輸技術(shù)數(shù)據(jù)傳輸載體方面的電子新技術(shù)應(yīng)用汽車車載電子網(wǎng)絡(luò) 1 發(fā)動機的電子技術(shù) 三 汽車發(fā)展中的新技術(shù) 車用計算機對發(fā)動機的控制是比較全面的 包括對供油系統(tǒng) 噴油量 噴油定時 燃油停供 燃油泵等 點火系 點火提前角 觸點閉合角 爆震等 以及對進(jìn)氣 怠速 排放等的控制 汽車電子控制系統(tǒng)的輸入信號由轉(zhuǎn)速 溫度 壓力 流量 廢氣含氧量 爆震等多種傳感器提供 計算機對這些信息進(jìn)行計算 分析 修正后 輸出一系列指令 通過執(zhí)行器實現(xiàn)對發(fā)動機可燃?xì)饣旌媳?點火正時 怠速 爆震 增壓 廢氣凈化等的自動控制 1 汽油機供油及點火的控制技術(shù)控制目標(biāo) 空燃比 點火時間 怠速 汽油噴射式燃油供給系統(tǒng) 優(yōu)點1 能根據(jù)發(fā)動機工況的變化供給最佳空燃比的混合氣 2 供入各氣缸內(nèi)的混合氣 其空燃比相同 數(shù)量相等 3 由于進(jìn)氣管道中沒有狹窄的喉管 因此進(jìn)氣阻力小 充氣性能好 動力性 經(jīng)濟性 排放性 電子點火技術(shù) 電子點火系統(tǒng)優(yōu)點 2 egr電子控制技術(shù) 有效的降低nox排放 ecu控制的開環(huán)控制egr系統(tǒng)工作過程 3 電控廢氣渦輪增壓系統(tǒng) 德國fev電磁控制全可變氣門機構(gòu) 福特ecv無凸輪電控液壓可變配氣機構(gòu) 無凸輪結(jié)構(gòu) 鏈張緊器 凸輪軸正時齒輪總成 no 2凸輪軸 凸輪軸 凸輪軸正時鏈齒輪 氣門挺桿 vvt i 智能可變氣門正時 variablevalvetiming 4 可變配氣相位機構(gòu) 可變配氣相位控制系統(tǒng)vtec 中凸輪升程最大 次凸輪升程最小 主凸輪的形狀適合發(fā)動機低速時單氣門工作的配氣相位要求 中凸輪的形狀適合發(fā)動機高速時雙進(jìn)氣門工作的配氣相位要求 豐田的vvt i發(fā)動機 本田的i vtec發(fā)動機 5 缸內(nèi)直噴汽油發(fā)動機 dfi 缸內(nèi)直噴式汽油機 gdi 經(jīng)電控系統(tǒng) 進(jìn)氣沖程開始第一次噴油 形成稀薄均質(zhì)混合物 第二次噴油在壓縮上死點前形成混合氣分層供給 然后點火燃燒 優(yōu)點 改善冷起動hc和co排放 降低pm排放 抑制爆震 6 進(jìn)氣電子控制技術(shù) acis 諧振控制進(jìn)氣系統(tǒng) 改變進(jìn)氣歧管的有效長度 提高從低速到高速的所有轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的動力性 當(dāng)發(fā)動機中 低速運轉(zhuǎn)時 電腦發(fā)出指令 轉(zhuǎn)換閥控制機構(gòu)關(guān)閉轉(zhuǎn)換閥 此時空氣沿著左圖箭頭所示的路徑 經(jīng)過細(xì)而長的進(jìn)氣歧管進(jìn)入氣缸 使進(jìn)氣增多 當(dāng)發(fā)動機高轉(zhuǎn)速時 轉(zhuǎn)換閥開啟 空氣沿右上角圖中箭頭所示的路徑 經(jīng)過粗而短的進(jìn)氣歧管進(jìn)入氣缸 使進(jìn)氣增多 1 自動變速器技術(shù) 電控有級式變速 2 底盤系統(tǒng)電子控制技術(shù) 2 安全制動的電子技術(shù) abs 3 自動油壓懸掛技術(shù) 4 汽車空調(diào)的電子技術(shù) 5 汽車安全氣囊的電子控制 srs srs控制電路 汽車智能運輸系統(tǒng) 由人 車輛 道路和信息組成 汽車智能運輸系統(tǒng)的功能 6 汽車的電子通信技術(shù) 信息服務(wù)系統(tǒng) 交通管理系統(tǒng) 電子收費系統(tǒng) 地下停車場 車站 公交優(yōu)先系統(tǒng) 交通管制中心 交通支援系統(tǒng) 7 汽車gps導(dǎo)航技術(shù) 汽車導(dǎo)駛系統(tǒng)信息裝置的控制汽車導(dǎo)駛系統(tǒng) 又稱汽車導(dǎo)向行駛系統(tǒng) 是指通過汽車內(nèi)的導(dǎo)駛信息裝置顯示地圖 汽車位置 運動軌跡 目的地方向和距離等 從而為引導(dǎo)汽車行駛提供大量信息的系統(tǒng) 該系統(tǒng)作用 可在城市或公路網(wǎng)范圍內(nèi) 定向選擇最佳行駛路線 能在屏幕上顯示地圖 表示汽車行駛中的位置 以及到達(dá)目的地的方向和距離 如與交通信息系統(tǒng)相結(jié)合 能提供交通動態(tài)情況 還可以提供天氣預(yù)報等信息 8 車內(nèi)can總線技術(shù) gdi hpdi lpdi cvt continuosuslyvariabletransmission 1 2汽車電子控制的一般組成 一 控制裝置和電控系統(tǒng) 組成 傳感器 執(zhí)行器 ecu 電量 電量 電量 汽車電子控制系統(tǒng) 控制 支配 管理 控制量 被控制的物理量 控制目標(biāo) 操作量 為調(diào)節(jié)控制量而進(jìn)行操作的物理量 電量 控制對象 輸入端有操作量 輸出端有控制量的物理對象 控制裝置 傳感器 執(zhí)行器 ecu 開環(huán)控制 閉環(huán)控制 自學(xué)習(xí)控制 二 幾個基本概念 開環(huán)控制定義 較簡單的控制系統(tǒng)常采用所謂開環(huán)控制 它只是由控制裝置改變被控對象的狀態(tài) 在這種控制中 系統(tǒng)的輸出量對系統(tǒng)的控制作用沒有影響 既不需要對輸出量進(jìn)行檢測 也不需要將輸出量反饋到系統(tǒng)輸入端與輸入量進(jìn)行比較 當(dāng)發(fā)出控制指令后 控制對象便開始工作 但系統(tǒng)不能自動檢測控制對象是否按控制指令的要求進(jìn)行工作 舉例 對汽油噴射系統(tǒng)的控制 事先把根據(jù)試驗確定的發(fā)動機各種工況的最佳噴油系數(shù) 存放在ecu的存儲器中 當(dāng)發(fā)動機運轉(zhuǎn)時 ecu在接收系統(tǒng)中各種傳感器傳來的信號后 經(jīng)過處理 判斷發(fā)動機運轉(zhuǎn)工況 計算出最佳的噴油量 并根據(jù)計算結(jié)果控制噴油器的噴油時間 以精確地控制混合氣的空燃比 使發(fā)動機在接近理想空燃比下運轉(zhuǎn) 開環(huán)控制過程 閉環(huán) 所謂閉環(huán)控制 是指通過反饋環(huán)節(jié)將控制對象的輸出信號引回到輸入端 與ecu中存儲的設(shè)定值相比較 求出偏差值 將此差值信號再去控制被控對象的輸出信號 其傳輸途徑形成一個閉合環(huán)路 由于閉環(huán)控制是通過反饋來實現(xiàn)的 所以也叫作反饋控制 閉環(huán)控制定義 閉環(huán)控制過程 在閉環(huán)控制中 傳感器用于檢測指令信息 外界變化信息以及被控對象的狀態(tài)信息 并將其轉(zhuǎn)換成電信號輸給控制裝置 控制裝置則計算出被控對象的當(dāng)前狀態(tài) 稱為被控量 或系統(tǒng)的輸出量 與所希望的狀態(tài) 稱為輸入信號 之差 并根據(jù)這一偏差 稱為誤差信號 按一定規(guī)律產(chǎn)生出控制信號 然后經(jīng)過放大 送給執(zhí)行器 執(zhí)行器用于驅(qū)動被控對象運動 直到它的狀態(tài)達(dá)到所希望的狀態(tài)為止 這種把系統(tǒng)的輸出或系統(tǒng)的另外一些受控變量與系統(tǒng)的輸入作比較后 形成的控制稱為閉環(huán)控制 例如 對發(fā)動機空燃比的控制 是通過安裝在排氣管上的氧傳感器 根據(jù)排氣中氧含量的變化 檢測出進(jìn)入發(fā)動機的混合氣的空燃比值 并把它反饋輸入ecu中 與設(shè)定的空燃比相比較 求出誤差信號 控制噴油時間 使空燃比值保持在理想值附近 因此 閉環(huán)控制可以消除發(fā)動機性能差異或因噴油器磨損 老化等引起的性能變化 其工作穩(wěn)定性好 并可達(dá)到較高的控制精度 閉環(huán)控制舉例 空燃比開環(huán)控制系統(tǒng)舉例 控制原則 根據(jù)發(fā)動機所處工況 按事先規(guī)定的噴油量大小來控制發(fā)動機的空燃比 控制原理 傳感器信號 ecu 噴油器 特點 空燃比的控制結(jié)果對ecu來講是未知的 節(jié)氣門位置傳感器進(jìn)氣流量傳感器轉(zhuǎn)速傳感器進(jìn)氣溫度傳感器水溫傳感器 ecu 噴油器 發(fā)動機 控制原則 根據(jù)發(fā)動機所處工況 按一定的控制策略大小來控制發(fā)動機的空燃比 控制原理 傳感器信號 ecu 噴油器 特點 ecu可根據(jù)空燃比的實際控制結(jié)果對噴油量進(jìn)行調(diào)節(jié) 節(jié)氣門位置傳感器進(jìn)氣流量傳感器轉(zhuǎn)速傳感器進(jìn)氣溫度傳感器水溫傳感器 ecu 噴油器 發(fā)動機 空燃比閉環(huán)控制系統(tǒng) 空燃比 氧傳感器 補充 自學(xué)習(xí)控制 自學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)也是一種閉環(huán)控制系統(tǒng) 它具有辨識 判斷 積累經(jīng)驗和學(xué)習(xí)的功能 在控制系統(tǒng)的特性事先不能確切知道 或不能確切地用數(shù)學(xué)方法描述時 采用自學(xué)習(xí)控制可以在工作過程中不斷地測量 估計系統(tǒng)的特性 并決定最優(yōu)控制方案 實現(xiàn)性能指標(biāo)最優(yōu)控制 這種控制方法在新型轎車的電控系統(tǒng)中應(yīng)用越來越多 特點 學(xué)習(xí)修正量始終儲存在ecu的存儲器中 即使在點火開關(guān)斷開時也不消除 當(dāng)下一次這種運轉(zhuǎn)工況出現(xiàn)時 就能根據(jù)此學(xué)習(xí)修正量對空燃比偏差進(jìn)行修正 空燃比的自學(xué)習(xí)控制過程 例如 由于某種原因 流過空氣流量傳感器的空氣量減少 將造成實際空燃比偏離理論空燃比 致使混合氣偏濃 假若實際空燃比較理論空燃比濃10 則進(jìn)行反饋控制時其反饋修正值的中心位置為0 9的位置 即減少10 此時相當(dāng)于實際空燃比偏離理論空燃比0 1若使反饋修正值的中心回到理論空燃比1 0的位置上 根據(jù)空燃比中心值的偏離量 即可確定自學(xué)習(xí)控制修正值約為0 9 ecu求出自學(xué)習(xí)修正值后 將該值存人存儲器中 在以后使用過程中 把符合當(dāng)前條件的自學(xué)習(xí)修正值 都反映到噴射時間上 做到持續(xù)進(jìn)行修正 因為自學(xué)習(xí)控制修正值能隨運轉(zhuǎn)條件變化立即反映出來 反映到噴射時間上 所以提高了過渡工況運轉(zhuǎn)的空燃比控制精度 自學(xué)習(xí)控制舉例 電子控制單元的構(gòu)成及功能 電子控制單元ecu electroniccontrolunit 是一種電子綜合控制裝置 又稱車用計算機 它包括硬件與軟件兩部分 硬件是計算機系統(tǒng)中所有實際裝置的總稱 它由輸入接口 微型計算機 微機 輸出接口等構(gòu)成 如圖所示 軟件是相對硬件而言的 它主要包括ecu運行所需的各種程序 基本數(shù)據(jù)以及一些工況修正系數(shù)的數(shù)據(jù)儲存等 基本數(shù)據(jù)是通過大量試驗獲得的 是滿足微機控制汽車的各種性能的最重要的保證 軟件中所編制的一系列程序 應(yīng)能滿足功能強 運算處理迅速 控制準(zhǔn)確 實時性強與效率高等多方面的要求 輸入接口 a d轉(zhuǎn)換器在汽車電子控制系統(tǒng)中 最主要的輸入接口是傳感器接口 而從傳感器中輸入的參數(shù)往往是連續(xù)變化的模擬量 如溫度 壓力 流量 位移量等 模擬量不能送入微機進(jìn)行運算 而必須把模擬量轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)碼表示的數(shù)字信號 才能送到微機中進(jìn)行算術(shù)或邏輯運算 能夠?qū)⒛M量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的器件稱為模 數(shù)轉(zhuǎn)換器 由于傳感器輸出的信號有模擬信號和數(shù)字信號 而微機只能接受數(shù)字信號一種形式 所以傳感器輸入的模擬信號要經(jīng)過相應(yīng)的處理電路后 再經(jīng)過a d轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換 才以數(shù)字量的形式送入中央處理器cpu 輸入接口 1 3汽車發(fā)動機電子控制技術(shù)的基礎(chǔ)知識 一 a f及影響 理論a f 14 7功率a f 12經(jīng)濟a f 16 1 空燃比與發(fā)動機動力性及經(jīng)濟性的關(guān)系 功率空燃比 火焰燃燒速度快 燃燒壓力高 發(fā)出功率最大 經(jīng)濟空燃比 保證燃料完全燃燒 2 空燃比與排氣成分的關(guān)系 汽油成分 碳?xì)浠衔?完全燃燒物 co2 h2o不完全燃燒物 co hc nox 生成機理 復(fù)習(xí) 1 簡述汽油機汽車的主要排放物 2 簡述co在汽油機中的生成原因 3 簡述hc在汽油機中的生成原因 4 簡述nox在汽油機中的生成原因 1 簡述汽油機汽車的主要排放物 汽油機汽車排放物的主要來源1 蒸發(fā)排放 hc 2 曲軸箱排放 hc co 3 蒸發(fā)排放 hc 4 尾氣排放 co hc nox 5 曲軸箱排放 hc co 一氧化碳co是碳?xì)淙剂显谌紵^程中生成的重要的中間產(chǎn)物 局部缺氧或低溫下產(chǎn)物 2 簡述co在汽油機中的生成原因 或者在高溫條件下 co2和h2o發(fā)生熱離解反應(yīng)而生成co 其反應(yīng)為 而且反應(yīng)生成的h2又可能使co2重新還原生成co 有 汽油機排氣中的碳?xì)浠衔飄c的生成機理有 壁面火焰淬熄狹隙效應(yīng)燃料不完全燃燒潤滑油膜和積碳的吸收和解吸等 3 簡述hc在汽油機中的生成原因 生成no的因素有三個 1 溫度高溫時 no的平衡濃度高 生產(chǎn)速率也大 在氧充足時 溫度是生成no的重要因素 2 氧濃度在高溫條件下 氧的濃度是生成no的重要因素 在氧濃度低時 即使溫度高 no的生成也受到抑制 3 反應(yīng)滯留時間由于no的生成反應(yīng)比燃燒反應(yīng)慢 所以即使在高溫下 如果反應(yīng)停留的時間段 則no的生成量也受到限制 4 簡述nox在汽油機中的生成原因 a f影響co形成a f影響hc形成燃燒溫度及a f 氧的濃度 影響nox形成 2 空燃比與排氣成分的關(guān)系 氧濃度增加 但燃燒溫度先增高后降低 3 理想發(fā)動機的空燃比要求 1 4負(fù)荷以下 汽缸充氣量下降 壓縮壓力和壓縮溫度變小 燃燒不穩(wěn)定 需要加濃混合氣 冷啟動 缸內(nèi)溫度低 汽油難于汽化 需要加濃混合氣 1 4 3 4負(fù)荷 燃燒穩(wěn)定 需要經(jīng)濟混合氣 3 4以上負(fù)荷 需要功率空燃比 二 點火時間及影響 復(fù)習(xí) 發(fā)動機對點火系的要求 能產(chǎn)生足以擊穿火花塞電極間隙的電壓 0 8 1萬伏 起動1 7萬伏 大于2 8萬伏 火花應(yīng)具有足夠的能量 具有最佳點火提前角 點火時刻 二 點火時間及影響 1 缸內(nèi)點火壓力的變化 缸內(nèi)點火壓力的變化 最佳點火時間 活塞達(dá)上止點時 火焰達(dá)大半個燃燒室 燃燒最大壓力出現(xiàn)在上止點10o左右 發(fā)動機發(fā)出最大功率 過大 混合氣壓力尚未充分上升 著火延遲時間變大 壓縮功增大 熱損失增大 爆震 敲缸 減小 活塞下行時混合氣才燃燒 汽缸內(nèi)壓力降低 后燃增加 熱損失增大 2 排氣成分與點火時間的關(guān)系 點火提前角增大 hc nox增加