汽车传动系统的电子控制

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1、汽车传动系统的电子控制,反馈控制原理,人工控制恒温箱,控制过程:观测恒温箱内的温度（被控制量）与要求的温度（给定值）进行比较得到温度偏差的大小和方向根据偏差大小和方向调节调压器，控制加热电阻丝的电流以调节温度回复到要求值。,实质: 检测偏差再纠正偏差,反馈控制原理,自动控制恒温箱,温度偏差信号经电压、功率放大后，用以驱动执行电动机，并通过传动机构拖动调压器动触头。当温度偏高时，动触头向减小电流的方向运动，反之加大电流，直到温度达到给定值为止，此时，偏差u=0,电机停止转动。,控制过程:,恒温箱实际温度由热电偶转换为对应的电压u2,恒温箱期望温度由电压u1给定，并与实际温度u2比较得到温度偏差信

2、号u=u1-u2,反馈控制原理,系统原理方块图,实质:检测偏差纠正偏差,反馈控制原理,从恒温箱控制系统功能框图可见：给定量位于系统的输入端，称为系统输入量，也称为参考输入量（信号）。 被控制量位于系统的输出端，称为系统输出量。 输出量（全部或一部分）通过测量装置返回系统的输入端，使之与输入量进行比较，产生偏差（给定信号与返回的输出信号之差）信号。输出量的返回过程称为反馈。返回的全部或部分输出信号称为反馈信号。,反馈控制原理,检测输出量（被控制量）的实际值； 将输出量的实际值与给定值（输入量）进行比较得出偏差； 用偏差值产生控制调节作用去消除偏差，使得输出量维持期望的输出。,综上所述，控制系统的

3、工作原理可简述如下：,由于存在输出量反馈，上述系统能在存在无法预计扰动的情况下，自动减少系统的输出量与参考输入量（或者任意变化的希望的状态）之间的偏差，故称之为反馈控制。显然：反馈控制建立在偏差基础上，其控制方式是“检测偏差再纠正偏差”。,反馈控制原理,开环控制,控制器与被控对象间只有顺序作用而无反馈联系，控制单方向进行。,数控机床的开环控制系统方块图,优点：简单、稳定、可靠。若组成系统的元件特性和参数值比较稳定，且外界干扰较小，开环控制能够保持一定的精度。 缺点：精度通常较低、无自动纠偏能力。,反馈控制原理,闭环控制,闭环控制系统特点：输出端和输入端之间存在反馈回路，输出量对控制过程有直接影

4、响。闭环的作用：应用反馈，减少偏差。,优点：精度较高，对外部扰动和系统参数变化不敏感,缺点：存在稳定、振荡、超调等问题，系统性能分析和设计麻烦。,反馈控制原理,自动控制的基础为闭环控制。控制论的奠基人 N.Wiener 给出的定义为：“Feedback is a method of controlling a system by inserting into it the result of its past performance”,反馈控制原理,动作要求,偏差,控制算法 ECU,能量输入,外部扰动,执行机构,被控对象 动态模型,传感装置,输出,自动控制系统的一般结构,反馈控制原理,自动控制

5、系统的评价指标,稳定性系统动态过程的振荡倾向及其恢复平衡状态的能力。稳定的系统当输出量偏离平衡状态时，其输出能随时间的增长收敛并回到初始平衡状态。,反馈控制原理,稳定性可以这样定义：,当一个实际的系统处于一个平衡的状态时，如果受到外来作用的影响，系统经过一个过渡过程仍然能够回到原来的平衡状态，称这个系统是稳定的，否则称系统不稳定。,稳定性是控制系统正常工作的先决条件。控制系统稳定性由系统结构所决定，与外界因素无关。稳定性由控制系统内部储能元件的能量不可能突变所产生的惯性滞后作用所导致。,反馈控制原理,稳态误差:系统的调整（过渡）过程结束而趋于稳定状态时，系统输出的实际值与给定量之间的差值。,快

6、速性：输出量和输入量产生偏差时，系统消除这种偏差的快慢程度。快速性表征系统的动态性能。,精确性：控制精度，以稳态误差来衡量。,注意： 不同性质的控制系统，对稳定性、精确性和快速性要求各有侧重 系统的稳定性、精确性、快速性相互制约，应根据实际需求合理选择。,反馈控制原理,自动控制系统(1),反馈控制原理,自动控制系统(2),反馈控制原理,自动控制系统(3),汽车电子技术自动控制在汽车领域的应用,传统汽车,现代汽车,机械系统,机电一体化 多种高新技术,劳动密集 技术密集,技术密集 知识密集,汽车电子技术自动控制在汽车领域的应用,第一阶段,第二阶段,第三阶段,车载收音机 发电机硅整流器 晶体管无触点

7、点火 燃油喷射控制 电子时钟,发动机电子管理系统 自动变速系统 制动防抱死系统 软/硬悬架 巡航控制 电子仪表 小气候控制,动力传动总成控制系统 制动、转向、悬架整体控制 车身电子控制 综合信息显示控制 在线故障诊断系统 通讯和导航系统 多路传输和智能电源,1960,1980,1990,2000,汽车电子技术发展过程,汽车电子技术自动控制在汽车领域的应用,汽车电子技术发展过程,汽车电子技术自动控制在汽车领域的应用,4信息与通信系统,显示：中央综合显示系统、多画面电子地图、前视窗显示、电子时钟 信息通讯：多路传输总线，蜂窝电话 导航：惯性导航、GPS导航 故障诊断系统,2底盘控制系统,悬架控制

8、制动防抱死控制 ,3车身控制系统,安全：安全气囊、安全带 舒适：空调、音频系统 方便：桌椅控制、自动照明,1动力传动总成控制系统,汽油机控制 柴油机控制 自动变速控制 动力传动整体控制,汽车电子技术自动控制在汽车领域的应用,汽车电子控制系统的综合化,目前，电子产品几乎覆盖了整个汽车。随着汽车上实现相对独立功能的部件控制系统的数量增加，较多的、传感器和执行机构带来诸多困难。系统诊断和维护不便，故障多、不可靠。,为了使汽车各个控制系统的功能达到最优协调与匹配，减少传感器的使用数量，开始采用车载网络技术，通过数据总线将各个联结在一起，产生了汽车综合电子控制系统。,汽车电子技术自动控制在汽车领域的应用

9、,汽车电子控制系统的综合化,汽车电子技术自动控制在汽车领域的应用,汽车电子控制系统的综合化,由此可充分地利用车内空间和现有的电子控制功能，避免了控制功能的重复，简化了布线和安装，改善了故障诊断能力，同时提高了系统的可靠性和可维护性。,汽车电子控制系统的构成,传感器,有的汽车上传感器多达50多个。可以说，汽车电子控制技术成功与否在很大程度上取决于传感器。车用传感器，按检测项目可分为：温度传感器；压力传感器；空气流量传感器；位置、角度传感器；气体浓度传感器；转速传感器；加速度传感器；光量传感器；液位传感器；距离传感器；电流传感器；载荷传感器等。,汽车电子控制系统的构成,设计或选用传感器时，除考虑传

10、感器的测量范围、精度、分辨率、响应速度等基本因素应符合要求之外，还要考虑到参数的一致性、可靠性（工作环境的特殊性）、耐久性及经济性等。除非特别原因，应该选用直接测量的传感器，而不选用间接的。有些量理论上可以从其它量推导得到，但实际上很难实现。如速度和加速度量由于信号的干扰作用就难于从位移信号中求出。,汽车电子控制系统的构成,汽车电子控制系统的构成,汽车电子控制系统的构成,ECU汽车电子控制系统的核心,汽车电子控制系统的构成,ECU汽车电子控制系统的核心,ECUElectronic Control Unit是电子 控制系统的核心，软件存储在ECU中，它支配电子控制系统完成实时测控功能，包括各种数

11、据采集、计算处理、输出控制、系统控制与自诊断等。,汽车电子控制系统的构成,ECU的基本构成,A/D,输出处理,微处理器,电源电路,输入 处理,电源,数字 信号,模拟 信号,电磁阀,电机,指示灯,ECU,输入,输出,D/A,汽车电子控制系统的构成,输入处理电路,模拟信号转换成数字信号数字信号（包括开关信号）脉冲信号,输入处理电路,+12v,0v,+5v,0v,汽车电子控制系统的构成,输出处理电路,微处理器输出的信号往往被用作控制电磁阀的电流信号、指示灯的开关信号、规定的周期脉冲信号、用于驱动步进电机的一系列固定周期的脉冲信号和用于比例控制的电压信号等。一方面由于这些信号功率小，另一方面由于汽车上

12、执行机构的电源大多数是蓄电池，而微处理器所使用的是的电压，所以不能直接驱动执行机构，需要将微处理器的控制信号通过输出处理电路处理后再驱动执行机构。,汽车电子控制系统的构成,输出处理电路,微处理器,喷射信号,输出功率 驱动信号,喷射器,功率放大,汽车电子控制系统的构成,执行机构,常用的执行机构根据驱动能量不同可分为三类：液压、气动和电气。也有利用材料特殊性质完成期望动作的，如节温器。对小功率和运动伺服系统，一般采用电气元件。对大功率系统，可采用液压和气动元件。如果结构尺寸要求很严，则采用液压件；若结构尺寸要求不严，则多采用气动。,汽车电子控制系统的构成,常用的执行机构,汽车电子控制系统的构成,系

13、统模型,汽车电子控制系统的模型既包括动态模型，也包括静态模型。比较典型的动态模型，如汽车驱动控制的动态模型、汽车整车动力学模型、防抱死制动模型等。常用的静态模型，如发动机数据模型、各种液压阀控制电压（电流）与流量/压力输出特性模型。,汽车电子控制系统的构成,可通过三种不同的方式获得系统的模型，如理论推导、试验标定以及系统辨识。理论模型能准确而全面地描述系统的动态和稳态特性，但往往难于导出。一般而言，静态数据模型可以解决任意复杂系统的定量描述问题，但如果系统的动态特性起主导作用时，用静态模型描述可能产生较大的误差。系统辨识可以提供包括动态特性在内的参数模型。在实际应用中，人们习惯把系统辨识的动态

14、参数模型与稳态数据模型结合起来，以改善数据模型的精度。,系统模型,汽车电子控制技术课程体系,发动机的电子控制 (汽油机、柴油机),纵向动力学控制 (ABS/ASR),自动变速控制 (AT/AMT/CVT),电子悬架控制系统,其它控制系统、车载网络,Take a break!,汽油发动机的电子控制,图1 发动机电子控制系统示意图 1.电动燃油泵 2.燃油滤清器 3.活性炭罐电磁阀 4.活性炭罐 5.带输出驱动级的点火线圈 6.凸轮轴位置传感器 7.喷油器 8.燃油压力调节器 9.节气门控制组件 10.空气流量计 11.氧传感器 12.冷却液温度传感器 13.爆震传感器 14.曲轴位置传感器 15

15、.进气温度传感器 16.发动机控制单元,汽油发动机的电子控制,反馈信号(氧传感器、爆震传感器),汽油发动机的电子控制,ECU主要控制内容：,1、电控汽油喷射(EFI)； 2、电控点火提前(ESA); 3、怠速控制(ISC)； 4、排放控制； 5、进气控制。,电控汽油喷射-EFI,EFI分类(按空气计量方式),1、D型EFI系统（速度密度型）,通过检测进气歧管的真空度来间接检测发动机吸入的空气量。 “D”是德文“压力”的第一个字母。 由于空气在进气歧管内的压力波动，该方法的测量精度较差。,电控汽油喷射-EFI,EFI分类(按空气计量方式),电控汽油喷射-EFI,EFI分类(按空气计量方式),2、L型EFI系统（质量流量型）,采用空气流量计直接测量发动机吸入的空气量。 “L”是德文“空气”的第一个字母 。 其测量精度高于D型，故可精确地控制空燃比，它是目前应用最广的一种形式。,电控汽油喷射-EFI,EFI分类(按空气计量方式),电控汽油喷射-EFI,EFI分类(按空气计量方式),3、Mono型EFI系统,