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1、第一章 车辆电子控制系统的 基本组成及功能 本章内容: 1. 汽车控制系统的基本组成 2. 汽车各组成部分的功能 1.1 汽车控制系统的基本组成 一个典型的车辆电子控制系统主要由被控对象、控制器（ 或调节器、校正器）、执行器、传感器四个部分组成。 传感器主要向控制器提供被控对象的状态信息。 执行器用于接受控制器的指令，对被控对象实施相应的操作 。 控制器为汽车控制系统的核心，执行控制策略，发出控制指 令。 (a) 外观 (b) 构成 图1.1 ECU的外观和构成 1传感器；2模拟信号；3输入回路；A/D转换器；5输出回路； 6执行元件；7微机； 8数字信号；9ROM-RAM存储器 图1.2 电
2、控汽油机燃油喷射系统 图1.3 发动机电子控制系统框图 图1.4 多点压力感应式汽油喷射系统总体结构框图 电源 压力调节器 燃油油箱 燃油滤清器 燃油泵 冷启动阀 空气滤清器 空气滤清器 电子控制器(ECU) 水温传感器 压力传感器 触发脉冲 节气门开关 点火线圈 分电器 火花塞 发动机 进气道 喷射阀 温度时间开关 图1.5 用8031单片机控制的点火闭环控制系统 图1.6 电子节气门闭环控制系统 控制器分为模拟信号控制器和数字信号控制器两大类 。 模拟信号控制器是由模拟电路构成的不需要控制软件 的控制器，传感器的输出信号（模拟信号）不需要进行A/D 转换，可直接输入控制器，控制器输出信号也
3、不需作D/A转 换，直接送入执行器； 数字信号控制器实际就是微机控制器，它由硬件电路 和控制软件组成，输入信号和输出信号均需要通过A/D或D/A 转换后才能完成相应的信息处理和操作控制。 1.2 汽车控制器的分类 图1.7 汽车发动机综合控制系统 图1.8 柴油发动机电子控制单元 图1.9 发动机电子控制单元 图1.10 混合动力汽车电子控制单元 1.3 车辆传感器的类型、原理及结构 温度传感器 压力传感器 位置与角度传感器 速度与加速度传感器 空气流量传感器 振动传感器 气体浓度传感器 1.4 车辆执行器的类型及基本组成 (1) 电气式执行器 (2) 电液式执行器 (3) 气压式执行器 图1
4、.20 电磁喷油(执行)器顺序喷射的控制电路 图1.55 电磁喷油器结构 1滤网； 2电接头； 3磁化线圈； 4回位弹簧； 5衔铁； 6针阀； 7轴针； 8密封圈 图1.61 电磁（喷油）执行器电流驱动回路 图1.43 滚柱式电动汽油泵（电机执行器）结构示意图 1安全阀；2滚柱泵；3驱动电动机； 4单向阀； A进油口；B出油口 附1：车载电源系统 蓄电池与发电机组成了车载电源系统， 其电路如图所示。发电机和蓄电池是该系统中 的两个重要电器装置。 调节器 A + 发电机 + 蓄电池 用电设备 电流表 起动开关 起动机 附2： 交流发电机及调节器 Alternator and Voltage Re
5、gulator 问题： （一）交流发电机工作原理是怎样的？ （二）交流发电机输出电压的恒定是如何实现的？ （三）电压调节器的工作原理如何？ 结构： 转子 （磁极） 三相交流发电机 发电机 定子 （电枢） 总成 负二极管（三只）装于发电机后端盖上 硅整流器 正二极管（三只）装于元件板上 转子两块爪极构成六对N、S交错的磁极，上有激磁线圈，通 过滑环、碳刷供电。 定子（电枢）由三组圈数相等的绕组构成，产生三相交流电。 交流发电机的工作原理 Operating Principle of Battery 一、发电原理： 旋转磁场使固定的电枢绕组切割磁力线（或者说使电枢绕 组中通过的磁通量发生改变）而产
6、生电动势。 交流发电机三个电枢绕组中的感应电动势彼此相差120电 角度，即： 其中：Em每相电动势最大值 E每相电动势的有效值 电角速度， =2f 而 感应电动势频率 f 为发电机转速的函数，即 f = P n/60 = n/10 （一般P=6（对） P 磁极对数， n 发电机转速 绕组常数 每相绕组匝数 每极磁通 E =4.44 K f N （V） 将 f 代入上式，可得： 交流电的幅值也是发电机转速的函数。因此，当转速n变化时 ， 三相电动势的波形为变频率变振幅的交流电波形。 三相交流发电机的两种接法： （1） 星形接法； （2） 三角形接法。 二、整流原理（三相桥式整流原理） 二极管的箝
7、位作用： +2V +8V +5V +3V -3V -7V -9V -1V 上列二极管中都有电流流过否？ 即：2 只以上的二极管，当负极端相联时，正极端电位最高者导通 ；当正极端相联时，负极端电位最低者导通。 +2V +8V +5V +3V -3V -7V -9V -1V 整流时二极管导通条件： （1）对于三个正极管 子（D1 D3 D5): 在某瞬时， 哪一相电压最高，那一相 的正极管便导通。 （2）对于三个负极管 子（D2 D4 D6): 在某瞬时， 电压最低的那一相的负极 管导通。 注：同时导通的管子 总是两个，正负管子各一个。 加在负载RL两端的 电压总为线电压。 整流过程的分析： U
8、三相桥式整流电路 如右图所示： D1 D4 D1 D6 D3 D6 D3 D2 D5 D2 D5 D4 D1 D4 VA-VB VA-VC VB-VC VB-VA VC-VA VC-VB VA-VB 尽管发电机各相电压是交变的，但由于硅二极 管的单向导电作用，从而在负载两端获得一个较平稳的 直流脉动电压（波形如前所示）。 输出电压平均值： u = uRL= 2.34U = 1.35UL 其中： U 相电压有效值 UL 线电压有效值 交流发电机的激磁方式 自激交流发电机自身发的电供给磁场线 圈生磁。 他激由蓄电池或别的电源供电给磁场线 圈生磁。 交流发电机的激磁方式为： 低速下，他激；中、高速下
9、，自激。 电压调节器 Electromagnetic Regulator 两个问题： 1、为什么需要电压调节器？ E=Cn 2、如何来实现调节输出直流电压的恒定呢？ 电压调节器的种类： 单极振动式电压调节器 电磁振动式电压调节器 电压 双级电磁振动式调节器 调节器 分离电子元件式电压调节器 电子式电压调节器 集成电路式电压调节器 电子电压调节器 Electronic Regulator 一、预备知识 1、稳压管的特性： 稳压管的特性 符号 ： Vz Vz稳定电压值 稳压管 普通二极管 2、晶体三极管的开关特性 三极管的两种结构形式PNP型和NPN型 P P N b c e b c e C结 E
10、结 b c e PNP型 P N b c e b c e C结 E结 b c e NPN型 N C结 E结 C结 E结 三极管的开关特性 放大区 饱和区 截止区 Ib=0 Ib=20 Ib=40 Ib=60 Ib=80 A VCE Ic 若能使三极管在截止区和 饱和区交替工作，则它具有 开关特性。 截止条件： C结反向偏置，E结也反 向偏置。 或者，Ib=0 。 饱和条件： C结和E结都处于正向 偏置。 注意：如果Ib0 ，则IC 存在，三极管工作于放大区 。 二、晶体三极管调节器的基本电路 由分压公式有： 在回路ACb1e1A中，由回路电压法有 ： VACVw+Vb1e1=0 Vw Vb1e
11、1 VAC b1 e1 c1 b2 e2 c2 U 即： VAC=VWVb1e1VW 所以有 Vw Vb1e1 VAC b1 e1 c1 b2 e2 c2 设计时，恰当选取R1和R2的阻值，使U达到电压调节值时 ，Vw也正好达到稳压管的反向击穿电压值。 工作原理分析： 当U 调节电压时 UIb1=0 Ic2 If L Ib2 eL 当U调节电压值时 Vw Vb1e1 VAC b1 e1 c1 b2 e2 c2 UIb1 Ic1 If L eL 工作原理分析小结： 1、当 U调节电压时, VWDW的击穿电压，DW不导通，Ib1=0， T1管截止，Ic1e10（c1和e1间不导通），而Ib20，T
12、2的E结正向偏置 ，Ic2增加，在激磁线圈中产生与dIf/dt相反的自感电动势eL，eL加于 T2的C2极与R3之间，使c2电位高于b2的电位，导致结处于正向偏 置，T管饱和导通。 激磁电流If的流向：电源“” T的和电 源“”。 2、当 U=调节电压时，VW= DW的击穿电压, Ib1由0，T1的E结正向 偏置，Ic1亦由0 ，流过 R3的电流，c1点电位T1的c1和e1的电位 接近T1饱和导通。同时使 Ib2= 0（或Vb2c2=0），故 T2截止。激磁 电流 If0，U。 3、当U且调节电压时，重复1的过程 电子电压调节控制原理框图 控制对象 测量部分 执行部分 比较器 测量参数 控制参
13、数 比较标准 发电机 （输出电压 ） （激磁电流 ） 电子电压调节控制原理框图 控制对象 测量部分 执行部分 比较器 测量参数 控制参数 R1和R2及DW构成的分压电路 比较标准 T1和T2 DW的击穿电压 发电机 （输出电压 ） （激磁电流 ） 对电子电压调节器基本电路的改进： 电子电压调节器的其它实用电路： 概述 一、点火系分类： 传统点火系 蓄电池点火系 电子点火系 微电脑点火系 磁电机点火系 二、对点火系统的基本要求： 1、足够的点火电压：1800020000伏 实验知：满负荷、低转速时需800010000伏，起动时需17000 伏， 考虑到应留有储备量，一般取1800020000伏。点火电压太低， 点火可靠性差；太高，则绝缘困难，成本提高，故 V最大30000伏。 2、足够的火花能量： 50mJ（毫焦耳） 火
