《汽车电器与电子技术 第7章汽车电子控制技术基础讲解》由会员分享，可在线阅读，更多相关《汽车电器与电子技术 第7章汽车电子控制技术基础讲解（140页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第7章汽车电子控制技术基础主讲：贠海涛汽车电器与电子技术本章主要内容n汽车电子控制系统的基本组成n汽车传感器结构与工作原理n电子控制器的基本结构、工作原理n执行器的结构与工作原理7.1概述1.汽车电子控制技术发展概况20世纪60年代：燃油喷射、速度控制、制动防抱死等方面的电子控制装置，由晶体管分立元件组成；20世纪70年代初期：集成电路的应用；1976年，美国通用公司首次将微处理器应用于汽车发动机点火控制；20世纪90年代，信息技术在汽车上得到发展。电子化仪表、电子地图和GPS系统。7.1概述u现代汽车：微处理器为控制核心的控制系统已广泛地运用于汽车发动机、底盘及车身的各个系统中，汽车已成为机
2、电一体化的产品。u未来的汽车：高度智能化，应用功能强大的微型计算机，其综合处理信息的速度和能力更高，使各控制系统工作更加协调一致。u红外摄像，微波雷达、激光雷达、超声波测距与测速雷达等汽车电子控制技术实现汽车自动驾驶也不会太遥远。u车间距自动控制、障碍物监测和报警、汽车跑偏自动纠正、司机疲劳驾驶及酒后提醒报警等。7.1概述2.汽车电子控制系统的基本组成u传感器：将发动机的工况及状态、汽车的行驶工况和状态等物理参量转变为电信号，输送给电子控制器。u电子控制器：对各传感器输入的电信号进行综合的处理，作出实时的判断，并输出控制信号。u执行器：根据控制器的控制信号作出相应的控制动作，将控制参量迅速调整
3、到设定的值，使控制对象工作在设定的状态。3.汽车电子控制系统分类u发动机电子控制系统v点火控制系统、燃油喷射控制系统、发动机怠速控制系统、废气再循环控制系统、配气机构电子控制技术（可变气门正时系统，VVT）等。u底盘电子控制系统v制动防抱死控制系统、驱动防滑控制系统、自动变速箱控制系统、悬架电子控制系统、动力转向控制系统、巡航控制系统。u车身电子控制系统v自动空调、电子仪表、安全气囊、电子防盗系统7.1概述7.2传感器传感器的组成传感器的分类车用传感器的种类传感器的发展趋势7.2.1传感器的组成传感器由敏感元件、转换元件、测量电路三部分组成。敏感元件转换元件测量电路辅助电源电路非电量电量7.2
4、.1传感器的组成u敏感元件是指能直接感受（或响应）被测量的部分，即将被测量通过传感器的敏感元件转换成与被测量有确定关系的非电量或其它量。u转换元件则将上述非电量转换成电参量。u测量电路的作用是将转换元件输入的电参量经过处理转换成电压、电流或频率等可测电量，以便进行显示、记录、控制和处理的部分。传感器实例：电子式车速表传感器实例：冷却液温度传感器7.2.2传感器的分类u按输入量分：温度、压力、速度、加速度、位移、湿度等；u按测量原理分：电磁原理、固体物理学理论；u按结构与物理性质分：结构型、物性型。7.2.3传感器的发展趋势u传感器的固态化、小型化u传感器集成与多功能化u传感器的智能化7.3车用
5、传感器发动机：向发动机的电子控制单元（ECU）提供发动机的工作状况信息，对发动机工作状况进行精确控制温度、压力、位置、转速、流量、气体浓度和爆震传感器等汽车传感器：汽车电子控制系统的信息源，关键部件，核心技术内容普通轿车：约安装几十到近百只传感器，豪华轿车：传感器数量可多达二百余只。底盘：控制变速器系统、悬架系统、动力转向系统、制动防抱死系统等车速、踏板、加速度、节气门、发动机转速、水温、油温车身：提高汽车的安全性、可靠性和舒适性等温度、湿度、风量、日照、加速度、车速、测距、图象等常用车用传感器7.3车用传感器根据被测量分类：流量传感器位置传感器压力传感器温度传感器浓度传感器爆震传感器速度传感
6、器碰撞传感器（加速度）7.3.1流量传感器一、流量传感器概述1.空气流量传感器的功用与类型空气流量传感器是测定吸入发动机的空气流量的传感器。（1）功用：电子控制汽油喷射发动机为了在各种运转工况下都能获得最佳浓度的混合气，必须正确地测定每一瞬间吸入发动机的空气量，以此作为ECU计算(控制)喷油量的主要依据。如果空气流量传感器或线路出现故障，ECU得不到正确的进气量信号，就不能正常地进行喷油量的控制，将造成混合气过浓或过稀，使发动机运转不正常。7.3.1流量传感器7.3.1流量传感器（2）流量传感器类型根据检测进气量的方式分为D型（压力型）、L型（流量型）；按其结构型式可分为翼片式、量芯式、热线式
7、、热膜式、卡门涡旋式等几种。7.3.1流量传感器uD型（压力型）流量传感器：它依据发动机负荷状况，测出进气歧管中绝对压力的变化，并将其转换成电压信号，与转速信号一起送到ECU，作为确定基本喷油量的依据。怠速与加速时进气量相差40倍，最大流速达80ms，D型流量传感器的检测精度不高，但价格低。uL型（流量型）：检测吸入进气管的空气流量。分为体积型（翼片式、量芯式、卡门涡旋式）和质量型（热线式、热膜式），质量型空气流量传感器无运动部件，且气流流动阻力小工作性能稳定，检测精度高，但制造成本较高。热膜式寿命长。7.3.1流量传感器热丝式与热膜式流量传感器（1）基本结构感知空气流量的铂金属丝或铂金属膜、
8、根据进气温度进行修正的温度补偿电阻(冷线)、控制热丝或铂金属膜电流并产生输出信号的控制线路板、空气流量传感器的壳体等。（2）特点响应速度快，检测精度不受进气气流脉动的影响，进气阻力小、无磨损部件。目前大多数中高档车如别克、尼桑、沃尔沃采用热丝式；马自达、捷达都市先锋、新捷达王、红旗CA7220E、桑塔纳2000GSi等采用热膜式。v结构7.3.1流量传感器（3）工作原理把通电加热的铂丝置于空气流中，使铂丝温度和吸入空气温度差保持一定。铂丝成为惠斯顿电桥中的一个臂。控制电路热丝温度传感器防护网A：集成电路；RH：热线电阻RK：温度补偿电阻RA：精密电阻RB：电桥电阻7.3.1流量传感器原理电路A
9、：集成电路；RH：热线电阻RK：温度补偿电阻RA：精密电阻RB：电桥电阻7.3.1流量传感器测量原理热丝温度由混合集成电路A保持其温度与吸入空气温度相差一定值，当空气质量流量增大时，混合集成电路A使热丝通过的电流加大，反之，则减小。这样，就使得通过热丝RH的电流是空气质量流量的单一函数，即热丝电流IH随空气质量流量增大而增大，或随其减小而减小，一般在50-120mA之间变化。7.3.1流量传感器（4）特性曲线7.3.1流量传感器7.3.2位置传感器1.曲轴位置传感器的分类曲轴位置传感器(CPSCrankshaftPositionsensor)，又称为发动机转速与曲轴转角传感器。7.3.2位置传
10、感器（1）曲轴位置传感器的功用曲轴位置传感器的功用：它采集发动机曲轴转速与曲轴转角信号送至电控单元，以便计算并控制喷油提前角与点火提前角。确定活塞处于压缩（或排气）冲程上止点的位置。7.3.2位置传感器（2）曲轴位置传感器的类型光电式、磁电式、霍尔式光电式：日产公爵王、三菱与猎豹吉普车磁电式：丰田系列车霍尔式：红旗CA7220E、切诺基吉普车捷达AT与GTX、桑塔纳2000GSi及3000、奥迪200轿车采用磁电式曲轴位置传感器与霍尔式凸轮轴位置传感器。2.光电式曲轴位置传感器（1）结构：信号发生器和带缝隙和光孔的信号盘7.3.2位置传感器信号盘随分电器轴转动，产生透光和遮光交替变化。当发光二
11、极管的光束照到光敏二极管时，光敏二极管产生电压；当发光二极管光束被挡住时，光敏二极管电压为0。发光管分火头密封盖信号盘电路光敏二极管输出信号光敏二极管发光二极管遮光盘7.3.2位置传感器工作原理图7.3.2位置传感器7.3.2位置传感器（2）工作原理信号发生器固装在分电器壳体上，主要由两只发光二极管、两只光敏二极管（分别对应信号盘内圈孔和信号盘外圈孔）和电子电路组成。两只发光二极管分别正对着光敏二极管，发光二极管以光敏二极管为照射目标。信号盘位于发光二极管和光敏二极管之间，当信号盘随发动机曲轴运转时，因信号盘上有光孔，产生透光和遮光的交替变化，造成信号发生器输出表征曲轴位置（信号盘内圈孔）和转
12、角（信号盘外圈孔）的脉冲信号。7.3.2位置传感器u信号盘结构u信号盘有内外两圈孔，外圈有360个孔，用来感测曲轴转角并将其转化为电压脉冲信号（Ne信号，曲轴转角信号），电控单元根据该信号计算发动机转，并控制汽油喷射正时和点火正时。u信号盘内圈有6个孔（6缸发动机），产生G信号（压缩冲程上止点信号，120信号），其中第1缸透光孔比其它缸透光孔稍长），用来感测第1缸压缩上止点，由于信号发生器安装位置的关系，在活塞上止点前70输出。7.3.2位置传感器uG信号（汽缸上止点位置信号，120信号）：信号发生器安装位置的关系，120信号（6缸发动机）在活塞上止点前70输出。由于第1缸透光孔比其它缸透光孔
13、稍长，G信号发生器输出一宽脉冲，ECU接受到该信号时即判定为第1缸压缩上止点位置前70。uNe信号（曲轴转角信号，1信号发生器）：Ne信号发生器输出360个脉冲，每个脉冲周期高电位对应1（信号盘上透光孔间隔角度为0.5，遮光部分角度为0.5），低电位亦对应1，共表征曲轴转角720。u喷油提前角和点火提前角可控制在1曲轴转角内。7.3.2位置传感器3.磁感应式曲轴与凸轮轴位置传感器7.3.2位置传感器4.霍尔式曲轴位置传感器霍尔式曲轴位置传感器是利用霍尔效应的原理，产生与曲轴转角相对应的电压脉冲信号的。它是利用触发叶片或轮齿改变通过霍尔元件的磁场强度，从而使霍尔元件产生脉冲的霍尔电压信号，经放大
14、整形后即为曲轴位置传感器的输出信号。7.3.2位置传感器（1）霍尔效应UH=RHIB霍尔传感器的优点：v输出信号为方波；v输出电压与转速无关。d7.3.2位置传感器（2）霍尔传感器结构由触发叶轮、永久磁铁、导磁板（磁轭）和霍尔集成电路等组成。其中霍尔集成电路由霍尔元件、放大电路、稳压电路、温度补偿电路、信号变换电路和输出电路组成。当电源电压为14V时，霍尔集成电路输出高电平达9.8V；当电源电压为5V时，霍尔集成电路输出高电平达4.8V。而低电平为0.1-0.3V。7.3.2位置传感器v霍尔集成电路原理图7.3.2位置传感器（3）霍尔信号发生器的工作原理霍尔信号发生器由永久磁铁、导磁板和霍尔集
15、成电路等组成。内外信号轮侧面各设置一个霍尔信号发生器。信号轮转动时，每当叶片进入永久磁铁与霍尔元件之间的空气隙时，霍尔集成电路中的磁场即被触发叶片所旁路（或称隔磁），这时不产生霍尔电压；当触发叶片离开空气隙时，永久磁铁2的磁通便通过导磁板3穿过霍尔元件，这时产生霍尔电压。永久磁铁霍尔元件触发轮当触发叶轮上的叶片进入永久磁铁与霍尔元件之间时，磁场被叶片旁路，不产生霍尔电压；当缺口部分进入磁铁与霍尔元件之间时，磁力线进入霍尔元件，传感器输出电压信号。7.3.2位置传感器7.3.2位置传感器例1：美国GM公司的霍尔式曲轴位置传感器安装在曲轴前端，采用触发叶片的结构型式。在发动机的曲轴皮带轮前端固装着
16、内外两个带触发叶片的信号轮，与曲轴一起旋转。外信号轮外缘上均匀分布着18个触发叶片和18个窗口，每个触发叶片和窗口的宽度为10弧长；内信号轮外缘上设有3个触发叶片和3个窗口，3个触发叶片的宽度不同，分别为100、90和110弧长，3个窗口的宽度亦不相同，分别为20、30和10弧长。由于内信号轮的安装位置关系，宽度为100弧长的触发叶片前沿位于第1缸和第4缸上止点（TDC）前75，90弧长的触发叶片前沿在第6缸和第3缸上止点前75，110弧长的触发叶片前沿在第5缸和第2缸上止点前75。7.3.2位置传感器结构7.3.2位置传感器输出特性7.3.2位置传感器外信号轮每旋转1周产生18个脉冲信号（称为18X信号），1个脉冲周期相当于曲轴旋转20转角的时间，ECU再将1个脉冲周期均分为20等份，即可求得曲轴旋转1所对应的时间，并根据这一信号，控制点火时刻。该信号的功用相当于光电式曲轴位置传感器产生1信号的功能。内信号轮每旋转1周产生3个不同宽度的电压脉冲信号（称为3X信号），脉冲周期均为120曲轴转角的时间，脉冲上升沿分别产
