《汽车单片机及车载总线技术教学课件作者南金瑞刘波澜编著第12章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《汽车单片机及车载总线技术教学课件作者南金瑞刘波澜编著第12章（66页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第十二章 汽车电子控制系统实例,第一节 概述 第二节 汽车发动机的电子控制 第三节 电子控制自动变速器 第四节 汽车制动系防抱死电子控制系统 第五节 汽车电子安全气囊 第六节 车载定位和汽车的信息化 第七节 智能化的CAN Bus门控模块 第八节 新型智能芯片在汽车上的应用,第一节 概述,汽车电子技术在汽车技术进步的过程中始终走在前列，汽油机电控喷射技术结合三元催化器、柴油机燃油喷射系统、自动变速器、智能可变气门正时和升程技术、混合动力技术等许多机、电、液紧密结合的技术使汽车和性能指标日益提高，特别是电子控制技术伴随着微电子工业的迅猛发展而迅速提高。 汽油机电子控制最基本的控制内容包括点火系统
2、的电子控制和燃油系统的电子控制。首先是从汽油机的电子控制开始的，最早出现的是晶体管辅助触点点火系。,下一页,返回,第一节 概述,后来在这种点火系统的基础上，断点触点被霍尔或磁电式的传感器所取代，出现了所谓的无触点电子点火系统，这种点火系统的控制单元中往往还具有对初级回路闭合角控制的硬件电路。随后出现了单片机控制的点火系统，控制器除接收汽油机点火的触发信号外，还同时接收汽油机进气压力、转速、冷却水温、负荷等多个信号，并根据这些信号控制点火提前角和闭合时间。随着汽油机电控技术的发展，出现了无分电器的点火系DIS。汽车的其他系统如底盘、悬挂和车身等系统的电控技术，也像发动机的电控技术一样随着半导体和
3、微电子技术似地飞速发展而进步。,上一页,返回,第二节 汽车发动机的电子控制,一、汽油机的电子控制 目前汽油机电控系统一般包括三大部分：传感器部分、电子控制单元（ECU）和执行器部分，如图12-1所示。以ECU为中心，包括前置的A/D转换器、数字信号缓冲器以及后置的信号放大器等。微机运算速度快、精度高，能实时控制，并具备多中断响应等功能。 1.电控汽油喷射（EFI）系统 目前，电喷系统主要采用开环与闭环控制（反馈控制）相结合的方式。系统控制的原理是：由空气流量计或进气歧管绝对压力传感器和转速传感器测量进气空气量，由ECU根据冷却水温、进气温度、氧传感器信号等确定合适的空燃比，计算所需喷油量，进而
4、对执行器进行控制。按照喷油器的安装位置的不同，电喷系统可分为三种型式：单点喷射（SPI）、多点喷射（MPI）和缸内直接喷射。,下一页,返回,第二节 汽车发动机的电子控制,2.电子点火控制系统 早在20世纪初，点火系统在汽车发动机上已开始应用，从有触点式、普通无触点式、集成电路式，发展到现今的微机控制电子点火系统。微机控制电子点火系统可控制并维持发动机点火前提角（ESA）在最佳范围内，使汽油机的点火时刻更接近于理想状态，进一步挖掘发动机的潜能。目前在微机控制点火系统中，出现了一种无分电器点火（DLI）系统，它取消了普通微机控制点火系统中的分电器，改由ECU内部控制各缸配电。无分电器点火系统根据点
5、火顺序的不同，有两缸同时点火和各缸独立点火两种。在发动机的点火控制中，同样采用了开环和闭环相结合的控制形式。,上一页,下一页,返回,第二节 汽车发动机的电子控制,3.怠速控制（ISC）系统 怠速性能的好坏是平均发动机性能优越与否的重要指标，怠速性能差将导致油耗增加，排污严重，因此需进行必要的控制。怠速控制通常是指怠速转速控制，其实质就是对怠速工况时的进气量进行调节。怠速控制的基本原理是ECU根据冷却水温、空调负荷、空挡信号等计算目标转速，并与实际转速相比较，同时检测节气门全关信号及车速信号，判断是否处于怠速状态，确认后则按目标转速与实际转速之间的差值来驱动执行器调整控制进气量。怠速控制系统根据
6、进气量控制方式的不同可分为节气门直动式和旁通空气式两种。,上一页,下一页,返回,第二节 汽车发动机的电子控制,二、柴油机的电子控制 随着时代的发展，位置控制式地电控系统将逐渐被淘汰。本书在这里介绍时间控制式的柴油机电控系统的控制方法。如图12-2所示，在芯片上采用了32位的处理器，这一种模块化设计的MCU，每一个模块都有其较为独立的功能。这些模块有中央处理器单元（CPU32）、定时处理器（TPU）、队列式A/D转换模块（QADC）、队列串行模块（QSM）、系统集成模块（SIM）以及片内存储器（SRAM）。这些模块通过内部总线（IMB）相连，外扩的存储器通过外部总线接口（EBI）与SIM模块相连
7、。,上一页,下一页,返回,第二节 汽车发动机的电子控制,柴油机输出功率的大小由每循环供入气缸内的主要燃油量来控制，因而燃油量的控制是ECU最为核心的任务，在发动机运行过程中，根据不同的工况依据一定的控制逻辑向系统供油，这种逻辑关系如图12-3所示。 柴油机的启动状态有冷启动和热启动两种。 对于车用柴油机而言，怠速工况无疑是一个重要的环节，采用的控制策略是开环的前馈控制结合闭环的PID调节和各缸均匀性控制。,上一页,下一页,返回,第二节 汽车发动机的电子控制,对油量的限制工况有两种情况，一种是用户自己定义的外特性曲线，另一种就是各个工况点的冒烟极限油量。发动机可以达到的运行区域内可以根据使用场合
8、的不同自己定义外特性曲线。而冒烟极限油量的限制一般发生在发动机的低俗大负荷区或者是瞬态工况。 在ECU的设计过程中需要将保护工况考虑在内。通常的保护有超速保护、机油压力过低的保护、冷却液温度过高的保护以及因增压器超速而引起的增压压力过高的保护，其他工况下则按照预先设计的调速特性来执行。,上一页,返回,第三节 电子控制自动变速器,一、概述 汽车自动变速器的研究和应用可以追溯到20世纪30年代。自动变速器采用电子控制系统始于60年代中期。电子控制变速器的真正飞跃发展在1982年，丰田公司将微机技术应用于电子控制变速器系统，实现了自动变速器的智能控制。 自动变速器种类很多，主要有液力自动变速器（AT
9、）、电控机械式自动变速器（AMT）、无级自动变速器（CVT）。液力自动变速器是将发动机的机械能平稳地传给车轮的一种液力机械装置，以其良好的乘坐舒适性、方便的操纵性、优越的动力性、良好的安全性奠定了在汽车工业的主导地位。通常AT均由液力变矩器、辅助变速器与自动换挡控制系统这三大部分组成。,下一页,返回,第三节 电子控制自动变速器,AMT既具有液力自动变速器的优点，又保留了原手动变速器齿轮传动的效率高、成本低、结构简单、易制造的长处。它综合了二者优点，是非常适合我国国情的机电一体化高新技术产品。它的缺点是非动力换挡，这可以通过电控软件方面来得到一定弥补。 驾驶灵活、低油耗的低噪声要求变速器挡位越多
10、越好，这种思想的进一步延伸，就是无级变速。无级变速传动CVT指无级控制速比变化的变速器。它能提高汽车的动力性、燃料经济性、驾驶舒适性、行驶平顺性。电控的CVT可实现动力传动系统的综合控制，充分发挥发动机特性。,上一页,下一页,返回,第三节 电子控制自动变速器,二、自动变速器的电子控制单元 电子控制单元依据所接收到的各输入传感器及开关电信号，视汽车行驶工况和发动机运转工况不同，精确地控制自动变速器的换挡正时、闭锁时刻控制以及执行机构的动作液压和换挡时的发动机扭矩等。电子控制单元的另一功能是对作为自动变速器电子控制系统输入装置的车速传感器和输出装置的电磁阀工作是否正常运行自诊断。若车速传感器和电磁
11、阀发生故障，可通过超速挡分离指示灯或故障显示屏故障代码的形式输出自诊断信息。电子控制单元还具有在电子控制系统出现某些故障时执行失效保护功能的作用，使汽车得以继续行驶。图12-4所示为自动变速器的电子控制系。,上一页,下一页,返回,第三节 电子控制自动变速器,利用换挡模式选择开关，便可在两种既定的换挡模式中选取合适的一种，然后电子控制单元便根据其内存中相应的换挡程序，在选挡手柄处于不同工况位置时，视车速和节气门开度的具体情况，适时发出指令，开启或闭合系统输出装置中的换挡电磁阀，进而控制各种挡阀和执行机构中离合器与制动器的动作，使自动变速器准确而可靠地完成升挡或降挡变换。在汽车自动变速器电子控制系
12、统的电子控制单元中，还存有相应于每种换挡模式下控制锁止离合器接合与分离的计算机程序，按此程序的规定，电子控制单元根据所接收到的车速、节气门开度等传感器信号，向锁止电磁阀发出指令，控制液力变矩器的闭锁时刻。,上一页,下一页,返回,第三节 电子控制自动变速器,与此同时，电子控制单元还可以通过控制流经锁止电磁阀的激励电流来调控作用于锁止离合器的油压，使该离合器的接合与分离平稳，改善乘坐舒适性。在某些具有4个电磁阀的电子控制自动变速器上，电子控制单元可以向主油压电磁阀发出控制信号，暂时降低蓄能减震器的背压，从而使执行机构的离合器和制动器在换挡时的接合更趋平顺。此项电子控制单元功能是指在由N工况变为D工
13、况时，由于电子控制单元内存程序的控制作用，自动变速器并非由空挡直接变为一挡，而是先升至二挡，然后再降到一挡，从而减轻车辆的换挡冲击现象。,上一页,下一页,返回,第三节 电子控制自动变速器,当车辆以超速挡但不太高的车速行驶时，若进一步减速，则电子控制自动变速器并非由超速挡直接降至三挡，而是跳过三挡，先降至二挡很短一段时间，然后再升至三挡。电子控制单元的这种减速控制功能可以减轻减速时由超速挡降至三挡而带来的振动。当电子控制单元根据各输入传感器提供的信号，判定需进行升挡或降挡变换时，将首先发出一个控制信号，通知发动机暂时延迟点火正时，以控制发动机所发出的扭矩，使挡平稳过渡。当控制系统的电子控制单元发
14、现车速传感器、电磁阀等出现故障时，则超速挡分离指示灯有规律地不停闪烁，以显示故障代码的形式，通知驾驶员系统中存在故障以及故障所在的部位。,上一页,下一页,返回,第三节 电子控制自动变速器,有些车辆是以仪表板上故障显示屏上的显示来报告故障代码的。当电子控制单元监测出系统中有故障时，会将其存储到内存中，而且在发动机熄火后也不会消失。因此，排除故障后，要执行专门的故障代码消除程序，才能将其以内存中抹掉。当电子控制系统发生故障，如电磁阀失效时，电子控制单元仍可保证汽车以一些特殊的挡位行驶，使其得以驶抵修理厂家，执行故障排除或修理任务。另外，如前所述，正常情况下电子控制单元接收并赖以发出控制指令的是车速
15、传感器所提示的车速信号，一旦该车速传感器失效，则自动转为采用一个车速传感器输入的信号，从而维持系统的工作。,上一页,返回,第四节 汽车制动系防抱死电子控制系统,一、汽车制动系的概述和防抱死装置 常规的汽车制动器，无论是盘式的还是鼓式的，都是用气压或油压作为制动动力。汽车的制动过程，实际上是以制动力驱动制动蹄片，与安装于轮毂内同车轮一起旋转的盘式制动装置摩擦，对旋转着的车轮施加摩擦力的过程。此外还有在制动力作用下，轮速减缓后产生的轮胎与路面的滑移摩擦过程。汽车通过这些摩擦过程，将自身动能转换成热能消耗掉，才能平稳地停下来。,下一页,返回,第四节 汽车制动系防抱死电子控制系统,汽车防抱死制动系统A
16、BS（Anti-lock Braking System）可以在汽车制动过程中自动控制和调节制动力的大小。当车轮将要抱死降低制动力，而当车轮不会抱死时，又增加制动力，如此反复动作，防止车轮抱死，进而消除制动过程中的侧滑、跑偏、丧失转向能力等非稳定状态，以获得良好的制动性能、操作性能和稳定性能。 二、ABS装置的发展史和分类 ABS刹车防抱死系统的历史可以追溯到上世纪20年代，30年代，机械式ABS开始应用于火车和飞机上。,上一页,下一页,返回,第四节 汽车制动系防抱死电子控制系统,电子控制式ABS的历史开始于1936年，该技术在汽车上的应用主要从50年代开始，到60年代末期，由于得到日益发展的电子技术的支持，ABS技术在安全性和可靠性方面取得重大发展，这个时期ABS技术才算基本成熟。1998年我国上海大众汽车公司率先在其生产的桑塔纳2000型汽车上装备ABS。我国的两个新的汽车合资项目上海别克和广州本田也相继于1998和1999年正式生产的别克世纪和本田98款雅阁新车型将ABS作为标准装配，随后一汽大众和神龙也在其生产的捷达和富康汽车上装备ABS。,上一页,下一页,返回,第四节 汽车制动
