第一章 汽車電子化與發(fā)動(dòng)機(jī)電控技術(shù)

汽車電控技術(shù)緒論汽車是人類發(fā)明的最重要的交通工具之一。1886年，卡爾奔馳發(fā)明第一輛汽車；1903年，亨利福特創(chuàng)辦了第一家專業(yè)汽車制造廠；1950年，全世界汽車年產(chǎn)量1058萬輛；2006年，世界汽車年產(chǎn)量6912.7萬輛。2/5/20231汽車工業(yè)為社會(huì)創(chuàng)造巨大財(cái)富的同時(shí)，也帶來了負(fù)面影響：現(xiàn)代社會(huì)三大公害：大氣環(huán)境污染、能源危機(jī)、交通事故。應(yīng)對(duì)措施：汽車排放法規(guī)、汽車油耗法、防止交通事故安全法規(guī)等。汽車電控技術(shù)緒論2/5/20232第一章汽車電子化與發(fā)動(dòng)機(jī)電控技術(shù)

1.1汽車電控技術(shù)簡(jiǎn)介1.1.1汽車電子化發(fā)展簡(jiǎn)介

第一階段：20世紀(jì)50年代初期~74年，對(duì)汽車電器產(chǎn)品進(jìn)行電子技術(shù)改造。特征：解決電子產(chǎn)品在汽車上應(yīng)用的技術(shù)問題和拓展電子產(chǎn)品在汽車上應(yīng)用的范圍。

第二階段：74年~82年，單一控制系統(tǒng)應(yīng)用。特征：以微處理器為控制核心，以實(shí)現(xiàn)特定控制內(nèi)容或功能為基本目的，各種獨(dú)立的電子控制系統(tǒng)得到了迅速發(fā)展。

2/5/20233第三階段：82年~95年，集中控制系統(tǒng)應(yīng)用。特征：以微型計(jì)算機(jī)作為控制核心，能夠同時(shí)完成多種控制功能的計(jì)算機(jī)集中管理系統(tǒng)為基本模式，初步實(shí)現(xiàn)了汽車控制技術(shù)從普通電子控制向現(xiàn)代電子控制的過渡。

第四階段：

95年后，系統(tǒng)工程整體優(yōu)化。特征：隨著CAN總線技術(shù)和高速車用微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，電子控制系統(tǒng)初步具備了對(duì)高復(fù)雜程度使用要求的控制能力，汽車電子化開始步入智能化控制的技術(shù)高點(diǎn)。

2/5/20234汽車電子技術(shù)的應(yīng)用范圍汽車電子技術(shù)車身控制發(fā)動(dòng)機(jī)控制底盤控制汽車電子控制系統(tǒng)車載電子信息系統(tǒng)安全氣囊中央門鎖控制車燈控制空調(diào)控制巡航控制CCS動(dòng)力轉(zhuǎn)向EPS主動(dòng)懸架控制驅(qū)動(dòng)防滑ASR防抱制動(dòng)ABS自動(dòng)變速器ECT廢氣再循環(huán)EGR怠速控制ISC噴油控制EFI點(diǎn)火控制2/5/202351.1.2

汽車電子發(fā)展趨勢(shì)隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、信息技術(shù)、新材料、新工藝的不斷進(jìn)步，汽車電子技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)有以下方面：1.電子元件微型化、集成化、多路傳輸、區(qū)域網(wǎng)絡(luò)、模塊化；2.傳感器向智能型發(fā)展；3.將汽車的供電系統(tǒng)電壓標(biāo)準(zhǔn)由l2V提高到42V；4.光導(dǎo)纖維在汽車信號(hào)傳輸中的應(yīng)用；5.汽車上傳統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)將被機(jī)電一體化的裝置所代替，各種操縱系統(tǒng)向電子化和電動(dòng)化發(fā)展，實(shí)現(xiàn)“線操控”；6.新的控制理論和方法將大量應(yīng)用。2/5/20236現(xiàn)代汽車電子控制系統(tǒng)主要由傳感器、電控單元ECU和執(zhí)行器三個(gè)部分組成。

傳感器用來采集汽車運(yùn)行工況和環(huán)境狀況的參數(shù)信號(hào)，并將信號(hào)提供給電控單元。

電控單元將信號(hào)進(jìn)行處理后，經(jīng)過計(jì)算、分析、判斷、比較、決策后發(fā)出最佳運(yùn)行指令。

執(zhí)行器根據(jù)電控單元的指令實(shí)施動(dòng)作，完成控制功能?？刂圃瓌t：以傳感器為控制基礎(chǔ)，以電控單元為控制核心，以執(zhí)行器為控制對(duì)象，使汽車達(dá)到最佳運(yùn)行性能。1.1.3

電子控制系統(tǒng)的組成2/5/20237汽車電子控制技術(shù)可分為四大類，即動(dòng)力牽引系統(tǒng)控制，車輛行駛姿態(tài)控制，車身（車輛內(nèi)部）控制和信息傳送。

·發(fā)動(dòng)機(jī)控制·變速器控制動(dòng)力牽引系統(tǒng)車輛行駛姿態(tài)控制

·防抱死剎車控制·懸掛控制·巡航控制·防滑控制·動(dòng)力轉(zhuǎn)向控制

·安全控制·空調(diào)控制·顯示儀表·自動(dòng)操作控制·多路通訊系統(tǒng)車身內(nèi)部控制信息傳送

·車載移動(dòng)電話·導(dǎo)航·音響系統(tǒng)1.1.4現(xiàn)代汽車電子技術(shù)應(yīng)用概況2/5/20238發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制能最大限度地提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性，改善發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)盡可能降低汽車尾氣中有害物質(zhì)的排放量。它是電子控制技術(shù)在汽車上應(yīng)用的主要部分。

發(fā)動(dòng)機(jī)控制包括燃油噴射控制（EFI）、點(diǎn)火時(shí)間控制（ESA）、怠速控制（ISC）、排氣再循環(huán)（EGR）、發(fā)動(dòng)機(jī)爆震控制和其他相應(yīng)的控制以及自診斷系統(tǒng)、后備系統(tǒng)等。

1.2汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電控技術(shù)簡(jiǎn)介2/5/202391.2.1汽油發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制技術(shù)發(fā)展簡(jiǎn)介一、機(jī)械控制汽油噴射系統(tǒng)

1952~1957年為第一階段。主要特征是：以提高發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性為主要目的，把飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射技術(shù)成功地移植到汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上。-----為電子控制汽油噴射技術(shù)的開發(fā)提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

2/5/202310二、電子控制汽油噴射系統(tǒng)和點(diǎn)火系統(tǒng)1957~1979年為第二階段。主要特征是：以減少排污及降低能耗為主要目的，以空燃比精確控制為基本措施的各種電子控制汽油噴射系統(tǒng)相繼開發(fā)成功，汽油機(jī)運(yùn)行控制進(jìn)入電子控制的新階段。------為單一控制向集中控制過渡奠定了基礎(chǔ)。

2/5/202311三、發(fā)動(dòng)機(jī)集中管理系統(tǒng)1979年以后是汽油機(jī)電子控制技術(shù)發(fā)生重大變革的第三階段。

主要特征是：把原先單一控制系統(tǒng)整合成一個(gè)系統(tǒng)，開發(fā)出了Motronic系統(tǒng)，即發(fā)動(dòng)機(jī)集中管理系統(tǒng)。------為系統(tǒng)控制功能的拓展創(chuàng)造了條件。

2/5/202312單一控制：指控制系統(tǒng)只有汽油噴射控制（或點(diǎn)火控制）功能。集中控制：指控制系統(tǒng)除具有汽油噴射控制功能外，還具有點(diǎn)火正時(shí)等其他控制功能。單一控制和集中控制的共同點(diǎn)：系統(tǒng)都是由傳感器、電控單元ECU和執(zhí)行器三個(gè)部分組成?？刂凭雀撸l(fā)動(dòng)機(jī)性能比化油器發(fā)動(dòng)機(jī)有明顯提高。2/5/202313單一控制和集中控制的不同點(diǎn)：采用單一控制技術(shù)的電噴發(fā)動(dòng)機(jī)，各系統(tǒng)都必須按照各自的控制功能配置相應(yīng)的傳感器和控制單元，存在共需傳感器的重復(fù)及難于實(shí)現(xiàn)同步控制等弊端，限制了控制功能的擴(kuò)展、優(yōu)化。集中控制既將多項(xiàng)目控制集中在一個(gè)ECU上完成，不同控制功能所共需傳感器只采用一個(gè)共用，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低了成本，提高了可靠性，并能方便地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制功能的拓展。2/5/2023141.2.2柴油發(fā)動(dòng)機(jī)電控技術(shù)簡(jiǎn)介第一階段：20世紀(jì)70年代至80年代中期基本特征是：采用位置控制方式，用電子控制的電液式或電磁式線位移或角位移驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，取代原來的機(jī)械式調(diào)速機(jī)構(gòu)和噴油提前調(diào)整裝置，實(shí)現(xiàn)循環(huán)噴油量和噴油定時(shí)的電子控制。

2/5/202315基本特征是：采用時(shí)間控制方式，類似于汽油機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)集中管理系統(tǒng)在柴油機(jī)上應(yīng)用，電控系統(tǒng)通過用高速電磁閥對(duì)噴油泵或噴油器噴油過程進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)循環(huán)噴油量、噴油定時(shí)的電子控制。

第二階段：20世紀(jì)80年代中期以后2/5/202316在后期開發(fā)的柴油機(jī)電控共軌式燃油噴射系統(tǒng)采用“壓力控制”方式。噴油器噴孔尺寸一定，噴油時(shí)間一定，控制噴油壓力即可控制噴油量；而在增壓活塞和柱塞尺寸一定時(shí)，噴油壓力（即增壓壓力）取決于共軌中的油壓，共軌中的油壓是由ＥＣＵ根據(jù)各種傳感器信號(hào)通過燃油壓力調(diào)節(jié)閥來控制的，所以將此種噴油量控制方式稱為“壓力控制”方式。為降低對(duì)供油壓力的要求，噴油量的控制采用控制噴油壓力的方法實(shí)現(xiàn)，在系統(tǒng)中，ＥＣＵ根據(jù)實(shí)際的共軌壓力信號(hào)對(duì)共軌壓力進(jìn)行閉環(huán)控制。2/5/2023172/5/2023181.3汽車底盤電控技術(shù)簡(jiǎn)介底盤由傳動(dòng)系統(tǒng)、行駛系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和制動(dòng)系統(tǒng)四部分組成。傳動(dòng)系統(tǒng)：由離合器、變速器、萬向節(jié)、傳動(dòng)軸和驅(qū)動(dòng)橋等組成。行駛系統(tǒng)：由車架、車橋、懸架和車輪等部分組成。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)：主要由轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)三個(gè)部分組成。制動(dòng)系統(tǒng)：由制動(dòng)操縱機(jī)構(gòu)和制動(dòng)器兩個(gè)主要部分組成。2/5/202319傳動(dòng)系統(tǒng)電子控制：電控自動(dòng)離合器

、自動(dòng)變速器、電子差速器、電控四輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等行駛系統(tǒng)電子控制：電子調(diào)節(jié)懸架轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電子控制：動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、四輪轉(zhuǎn)向（4WS）控制制動(dòng)系統(tǒng)電子控制：防抱死制動(dòng)控制（ABS）、驅(qū)動(dòng)防滑控制（ASR）、電子制動(dòng)力分配(EBD)、緊急制動(dòng)輔助裝置(EVA)系統(tǒng)等。其他電控裝置：巡航控制（CCS）、電子穩(wěn)定程序（ESP）等。2/5/202320一、自動(dòng)變速器

它是由車速傳感器和節(jié)流閥開度傳感器將車速和節(jié)流閥開度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后作為電子控制裝置ECU的輸入信號(hào)，經(jīng)ECT的ECU按照換檔特性和換檔規(guī)律，適時(shí)輸出信號(hào)給電磁閥，利用電磁閥來控制油壓回路，從而精確控制傳動(dòng)比，使汽車得到最佳檔位和最佳換檔時(shí)間。它與傳統(tǒng)變速器比較，具有高精度動(dòng)力傳動(dòng)效率、低油耗，改善換檔舒適性，汽車行使的平穩(wěn)性以及延長(zhǎng)使用壽命等優(yōu)點(diǎn)。1.3.1汽車傳動(dòng)系統(tǒng)電控技術(shù)2/5/2023211.自動(dòng)變速器AT(自動(dòng)排檔變速箱AutomaticTransmission)2.機(jī)械式自動(dòng)變速器

AMT（手自一體變速箱）3.電子控制無級(jí)自動(dòng)變速器CVT2/5/202322二、電控四輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

電控四輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)特點(diǎn)：動(dòng)力不僅可在前、后橋之間主動(dòng)分配，也可在后橋左右兩側(cè)車輪間進(jìn)行分配。當(dāng)車輛過彎時(shí)，系統(tǒng)會(huì)將更多動(dòng)力輸送到處于彎道外側(cè)的后輪上，從而主動(dòng)制造內(nèi)向偏航力矩，使車子在彎道中的行駛動(dòng)態(tài)更穩(wěn)定。2/5/2023231.轉(zhuǎn)向助力控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)是根據(jù)車速、轉(zhuǎn)向角、轉(zhuǎn)矩等傳感器，自動(dòng)控制施加在轉(zhuǎn)向盤上所需的轉(zhuǎn)向力，使汽車在停止或低速行駛時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤的力減小，而在高速行駛時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤的力增加，即在各種行駛條件下實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向盤上所需力的最佳值。全電子控制動(dòng)力轉(zhuǎn)向可提供回正力矩和阻尼力矩，從而獲得最優(yōu)轉(zhuǎn)向回正特性，且大大改善車輛行駛穩(wěn)定性。此外，電子控制動(dòng)力轉(zhuǎn)向還可獲得最優(yōu)化的轉(zhuǎn)向作用力特性，提高轉(zhuǎn)向響應(yīng)性。

1.3.2轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電控技術(shù)2/5/2023242.四輪轉(zhuǎn)向（4WS）控制四輪轉(zhuǎn)向（4WS）控制由安裝在后懸掛器處，用于操縱后輪的后輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)及前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)所組成，這樣前后四個(gè)車輪均能進(jìn)行轉(zhuǎn)向操縱。采用該控制系統(tǒng)的目的是為了提高汽車在低速時(shí)的轉(zhuǎn)向性能及在高速行駛時(shí)的轉(zhuǎn)向能力。2/5/2023251.防抱死制動(dòng)ABS（Anti-LockBrakeSystem）ABS和ASR都是汽車的主要安全裝置。

在沒有ABS時(shí)，如果緊急剎車一般會(huì)使輪胎抱死，由于抱死之后輪胎與地面是滑動(dòng)摩擦，所以剎車的距離會(huì)變長(zhǎng)。如果前輪鎖死，車子失去側(cè)向轉(zhuǎn)向力，容易跑偏；如果后輪鎖死，后輪將失去側(cè)向抓地力，容易發(fā)生甩尾

。特別是在積雪路面，當(dāng)緊急制動(dòng)時(shí)，更容易發(fā)生上述的情況。ABS可以防止汽車制動(dòng)時(shí)車輪被抱死，從而有效地避免由于車輪抱死而易出的交通事故。它充分利用了輪胎與路面之間的最大附著力，顯著地提高了車輛制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性和可操縱性，防止了制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生側(cè)滑、甩尾等危險(xiǎn)現(xiàn)象，縮短了制動(dòng)距離，使制動(dòng)效能得到充分發(fā)揮。1.3.3車輪防滑控制技術(shù)2/5/202326ASR是維持附著條件，充分發(fā)揮驅(qū)動(dòng)力的電子調(diào)節(jié)裝置，其作用是通過控制發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率和驅(qū)動(dòng)輪的制動(dòng)系統(tǒng)等手段來控制驅(qū)動(dòng)力，即在汽車起步，加速時(shí)減少驅(qū)動(dòng)力，防止驅(qū)動(dòng)力超過輪胎與路面的附著力而導(dǎo)致車輪空轉(zhuǎn)打滑，保持最佳的驅(qū)動(dòng)力，改善汽車的方向穩(wěn)定性和操縱性。2.驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)（ASR）2/5/2023273.EBD電子制動(dòng)力分配系統(tǒng)

汽車制動(dòng)時(shí)，如果四只輪胎附著地面的條件不同，就容易產(chǎn)生打滑、傾斜和側(cè)翻等現(xiàn)象。EBD的功能就是在汽車制動(dòng)的瞬間，高速計(jì)算出四個(gè)輪胎由于附著不同而導(dǎo)致的摩擦力數(shù)值，然后調(diào)整制動(dòng)裝置，達(dá)到制動(dòng)力與摩擦力（牽引力）的匹配，以保證車輛的平穩(wěn)和安全。當(dāng)緊急剎車車輪抱死的情況下，EBD在ABS動(dòng)作之前就已經(jīng)平衡了每一個(gè)輪的有效地面抓地力，可以防止出現(xiàn)甩尾和側(cè)移，并縮短汽車制動(dòng)距離。EBD實(shí)際上是ABS的輔助功能，它可以改善提高ABS的功效。所以在安全指標(biāo)上，汽車的性能又多了“ABS+EBD”。2/5/202328緊急制動(dòng)時(shí)，剎車系統(tǒng)進(jìn)入最大限量的工作狀態(tài)，ABS系統(tǒng)啟動(dòng)，輪胎與地面產(chǎn)生劇烈摩擦，車速驟然下降，直到完全停下來。EVA系統(tǒng)便是在駕駛者踩剎車踏板這一過程中起作用的。通過嵌入式液壓助力系統(tǒng)，且根據(jù)駕駛者踩下剎車的速度和力量可以自動(dòng)感知駕駛者需要什么樣的制動(dòng)效果。從而提高緊急情況下的制動(dòng)效率，最大限度避免事故的發(fā)生。

4.EVA緊急制動(dòng)輔助裝置

2/5/2023295.ESP電子穩(wěn)定程序ESP通常是支援ABS及ASR的功能。它通過對(duì)從各傳感器傳來的車輛行駛狀態(tài)信息進(jìn)行分析，然后向ABS、ASR發(fā)出糾偏指令，來幫助車輛維持動(dòng)態(tài)平衡。ESP可以使車輛在各種狀況下保持最佳的穩(wěn)定性，在轉(zhuǎn)向過度或轉(zhuǎn)向不足的情形下效果更加明顯。

2/5/202330電子調(diào)節(jié)懸架

電子調(diào)節(jié)懸架可根據(jù)不同的路面狀況和車輛運(yùn)動(dòng)工況，自動(dòng)控制車身高度，調(diào)整懸架的彈性剛度和阻尼，改善車輛行駛穩(wěn)定性、操縱性、平順性和乘坐舒適性。目前應(yīng)用的主要有半主動(dòng)懸架和主動(dòng)懸架。1.3.4懸架系統(tǒng)電控技術(shù)2/5/202331巡航控制（又稱為恒定車速控制）巡航控制系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是一種自動(dòng)等速行駛控制系統(tǒng)。當(dāng)巡航控制系統(tǒng)工作時(shí)，汽車可以在駕駛員不踩加速踏板的情況下按設(shè)定的車速等速行駛，從而減輕駕駛員的疲勞，對(duì)汽車的舒適性和燃料經(jīng)濟(jì)性也有一定的改善。該控制系統(tǒng)是根據(jù)車速傳感器、定速控制開關(guān)及定速取消開關(guān)的信號(hào)，通過進(jìn)氣管的負(fù)壓壓力或一臺(tái)小電機(jī)來調(diào)節(jié)節(jié)氣門開度來保持預(yù)先設(shè)定的車速的。1.3.5其他電控系統(tǒng)2/5/202332車身的電子控制

增設(shè)車身控制（又稱車輛內(nèi)部系統(tǒng)控制）的目的是為司乘人員提供更為舒適、更為便利及更為安全的環(huán)境，并能夠提高整車的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

車身的電子控制包括：車用空調(diào)控制，數(shù)字化儀表信息顯示，擋風(fēng)玻璃的雨刷控制，車燈控制，車后障礙檢測(cè)，安全保護(hù)系統(tǒng)，多路通訊系統(tǒng)，門鎖控制，電動(dòng)車窗控制，電動(dòng)坐椅控制，安全帶控制及空氣袋控制等。

2/5/2023331汽車空調(diào)控制

汽車空調(diào)控制系統(tǒng)用來控制車廂內(nèi)的溫度，使車內(nèi)溫度保持在一設(shè)定的舒適溫度范圍內(nèi)。該系統(tǒng)控制車內(nèi)空氣溫度、空氣出口流量、風(fēng)扇速度、吸入空氣或排出空氣及空調(diào)壓縮機(jī)的運(yùn)行等。

2/5/202334

2信息顯示系統(tǒng)

汽車信息顯示系統(tǒng)正處于發(fā)展和完善階段，由車況監(jiān)測(cè)部件、車載計(jì)算機(jī)和電子儀表三部分組成。汽車車況監(jiān)測(cè)是傳統(tǒng)機(jī)械式儀表板報(bào)警功能的改進(jìn)和發(fā)展，通過液位、壓力、溫度、燈光等傳感器，監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)、制動(dòng)系、電源系統(tǒng)以及車燈的故障。車載計(jì)算機(jī)提供的信息能提高行車的安全性、燃油經(jīng)濟(jì)性及乘坐舒適性、它能使駕駛員獲得平均油耗、瞬間油耗、平均車速、可行駛里程、駕駛時(shí)間、時(shí)鐘、溫度等有關(guān)正確駕駛的信息。這些信息在不需要時(shí)不顯示，需要時(shí)通過鍵盤和按鈕調(diào)出。電子儀表為駕駛員提供汽車行使時(shí)最基本的操作信息。且這些信息連續(xù)在儀表板上顯示。

2/5/2023353安全氣囊控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)是一種被動(dòng)安全保護(hù)裝置，由觸發(fā)裝置、氣體發(fā)生器和氣囊三部分組成。觸發(fā)裝置包括傳感器、電子控制裝置、儲(chǔ)備電源和監(jiān)