第二章第二章 汽油机电子控制系统基础汽油机电子控制系统基础 第一节第一节 汽车电子控制系统的基本组成汽车电子控制系统的基本组成o一、基本组成一、基本组成o汽车电子控制系统通常由传感器、电子控制汽车电子控制系统通常由传感器、电子控制器（器（ECU）和执行机构三部分所组成。）和执行机构三部分所组成。传感器电子控制器执行器图8-1 汽车电子控制系统基本组成运行的汽车传感器电子控制器执行器汽车电子控制系统基本组成运行的汽车o组成部分的功用组成部分的功用o传感器：是系统中信息的输入部分，它用于感测控制系传感器：是系统中信息的输入部分，它用于感测控制系统外部的信息，并将得到的信息转换为电信号后传输给统外部的信息，并将得到的信息转换为电信号后传输给电控单元，输人信息是引起控制系统发生变化的原因。电控单元，输人信息是引起控制系统发生变化的原因。o电控单元：是控制系统的中枢，是系统中的信息处理部电控单元：是控制系统的中枢，是系统中的信息处理部分，它通过处理、分析和计算输入信息形成控制指令，分，它通过处理、分析和计算输入信息形成控制指令，并将形成的控制决定传输给执行器，处理是控制系统对并将形成的控制决定传输给执行器，处理是控制系统对输入的响应过程。输入的响应过程。o执行器：则是控制系统的输出部分，它将电控单元形成执行器：则是控制系统的输出部分，它将电控单元形成的控制指令转变为实现控制目标的物理运动，输出是系的控制指令转变为实现控制目标的物理运动，输出是系统根据输入产生的结果。统根据输入产生的结果。第二节第二节 电子控制器（电子控制器（ECU） 第二节第二节 电子控制器电子控制器o电子控制器由输入回路、微机和输出回路三部分电子控制器由输入回路、微机和输出回路三部分所组成。所组成。o输入回路作用是：输入回路作用是：o（1）将各传感器及开关信号进行预处理，转换）将各传感器及开关信号进行预处理，转换为计算机可接受的数字信号；由为计算机可接受的数字信号；由AD转换器和转换器和数字输入缓冲器两部分组成，缓冲器电路主要包数字输入缓冲器两部分组成，缓冲器电路主要包括整形电路、波形变换电路、限幅电路和滤波电括整形电路、波形变换电路、限幅电路和滤波电路等。路等。o（2）向传感器提供电压稳定的电源，确保各传）向传感器提供电压稳定的电源，确保各传感器正常工作。感器正常工作。o单片机作用是：单片机作用是：o将中央处理器将中央处理器CPU、存储、存储M(Memory)、定时器、计数器、输入输出定时器、计数器、输入输出(I0)接口电接口电路等主要计算机部件集成在一块集成电路芯路等主要计算机部件集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。片上的微型计算机。o输出回路作用是：输出回路作用是：o根据单片机发出的指令，控制执行器执行具根据单片机发出的指令，控制执行器执行具体动作。由于微机只能输出微弱的电信号体动作。由于微机只能输出微弱的电信号(如喷油脉冲、点火信号等如喷油脉冲、点火信号等)，不能直接驱动，不能直接驱动执行元件，因此必须通过输出回路对控制指执行元件，因此必须通过输出回路对控制指令进行功率放大、译码或令进行功率放大、译码或DA转换，变成转换，变成可以驱动各种执行元件的强电信号。可以驱动各种执行元件的强电信号。 第三节第三节 汽车传感器汽车传感器o传传感感器器是是汽汽车车电电控控系系统统的的重重要要组组成成部部分分之之一一，是是系系统统信信息息的的输输入入部部分分，它它用用于于感感测测控控制制系系统统外外部部的的信信息息，并并将将得得到到的的信信息息转转换换为为电电信信号号后后传传输输给给电电控控单单元元，输输人人信信息息是是引引起起控控制制系统发生变化的原因。系统发生变化的原因。o一、汽车传感器的种类一、汽车传感器的种类二、汽车常用传感器二、汽车常用传感器o（一）温度传感器（一）温度传感器o1功能：温度传感器可随时监测发动机的功能：温度传感器可随时监测发动机的冷却液温度、进气温度、排气温度温度等等，冷却液温度、进气温度、排气温度温度等等，以便修正各种控制参数、计算吸人气缸空气以便修正各种控制参数、计算吸人气缸空气的质量流量以及进行排气净化处理等等。的质量流量以及进行排气净化处理等等。o2类型：常用的有冷却液温度传感器和进类型：常用的有冷却液温度传感器和进气温度传感器。气温度传感器。o冷冷却却液液温温度度传传感感器器安安装装在在发发动动机机冷冷却却液液出出水水管管上上，其其功功用用是是检检测测发发动动机机冷冷却却液液的的温温度度，并并将将温温度度信信号号变变换换为为电电信信号号传传送送给给ECU。ECU根根据据发发动动机机的的温温度度信信号号修修正正喷喷油油时时间间和和点点火火时时间间，从从而而使使发发动动机机工工况处于最佳状态运行。况处于最佳状态运行。o进进气气温温度度传传感感器器安安装装在在进进气气管管路路中中，其其功功用用是是检检测测进进气气温温度度，并并将将温温度度信信号号变变换换为为电电信信号号传传送送给给电电控控单单元元ECU。进进气气温温度度信信号号是是各各种种控控制制功功能能的的修修正正信信号。号。o（二）空气流量传感器二）空气流量传感器o1功能和类型功能和类型o空气流量传感器又称为空气流量计，通常安装在空空气流量传感器又称为空气流量计，通常安装在空气滤清器后的进气管路上。其功用是检测发动机进气滤清器后的进气管路上。其功用是检测发动机进气量大小，并将进气量信息转换成电信号输入电控气量大小，并将进气量信息转换成电信号输入电控单元单元(ECU)，以供，以供ECU计算确定喷油时间计算确定喷油时间(即喷油量即喷油量)和点火时间。空气流量传感器信号是电控单元计和点火时间。空气流量传感器信号是电控单元计算喷油时间和点火时间的主要依据。算喷油时间和点火时间的主要依据。o汽车发动机燃油喷射系统采用的空气流量传感器有汽车发动机燃油喷射系统采用的空气流量传感器有涡流式、热丝式和热膜式三种。涡流式、热丝式和热膜式三种。o（三）歧管压力传感器（三）歧管压力传感器o1功能与类型功能与类型o进进气气歧歧管管绝绝对对压压力力传传感感器器，简简称称歧歧管管压压力力传传感感器器，应应用用在在D型型EFI汽汽油油喷喷射射系系统统中中，是是通通过过检检测测节节气气门门至至进进气气歧歧管管之之间间的的进进气气压压力力来来间间接接测测量量发发动动机机的的进进气气量量反反映映发发动动机机的的负负荷荷大大小小，并并将将压压力力信信号号转转变变为为电电信信号号输输入入发发动动机机控控制制单单元元ECU，作作为为发发动动机机基基本喷油量控制和点火控制的依据。本喷油量控制和点火控制的依据。o进进气气歧歧管管绝绝对对压压力力传传感感器器有有的的安安装装在在发发动动机机驾驾驶驶室室内内，有有的的车车型型安安装装在在发发动动机机ECU控控制制盒盒内内，但但安安装装在进气歧管上的车型较多。在进气歧管上的车型较多。o（四）转速及转角位置传感器（四）转速及转角位置传感器o1功能与类型功能与类型o转转速速及及转转角角位位置置传传感感器器是是电电子子控控制制系系统统的的主主要要部部件件，它它是是控控制制发发动动机机点点火火正正时时、确确认认曲曲轴轴位位置置的的信信号号源源。曲曲轴轴位位置置传传感感器器用用于于检检测测活活塞塞上上止止点点信信号号和和曲曲轴轴转转角角信信号号，它它也也是是测测量量发发动动机机转转速速及及车车速速、车车轮轮转转速速的的信信号号源源。传传感感器器的的结结构构形形式式有有磁磁脉脉冲冲式式、光光电电式式和霍尔式三种。和霍尔式三种。o安安装装位位置置：通通常常安安装装在在曲曲轴轴前前端端、凸凸轮轮轴轴前前端端、分分电器内或飞轮上。电器内或飞轮上。o（五）节气门位置传感器（五）节气门位置传感器o1功能与类型功能与类型o节气门位置传感器将节气门的开度转变为电节气门位置传感器将节气门的开度转变为电信号，输送给电子控制器。电子控制器从节信号，输送给电子控制器。电子控制器从节气门位置传感器信号中获得节气门开度、节气门位置传感器信号中获得节气门开度、节气门开启速度、怠速状态等信息，用于进行气门开启速度、怠速状态等信息，用于进行点火时间、燃油喷射、怠速、废气再循环、点火时间、燃油喷射、怠速、废气再循环、炭罐通气量等控制。节气门位置传感器有线炭罐通气量等控制。节气门位置传感器有线性式和开关式两种类型。性式和开关式两种类型。o（六）氧传感器（六）氧传感器o1功能与类型功能与类型o氧氧传传感感器器安安装装在在发发动动机机的的排排气气管管上上，作作用用是是通通过过检检测测排排放放气气体体中中氧氧的的含含量量来来获获得得混混合合气气的的空空燃燃比比浓浓稀稀信信号号，并并将将检检测测结结果果转转变变成成电电压压信信号号输输入入ECU，ECU根根据据氧氧传传感感器器输输入入的的信信号号，不不断断地地对对喷喷油油脉脉宽宽进进行行修修正正，使使混混合合气气浓浓度度保保持持在在理理想想范范围围内内，实实现现空空燃燃比比的的反反馈馈控控制制，使使发发动动机机在在各各种种工工况况下下获获得得最最佳佳浓浓度度的的混混合合气气，使使三三元元催催化化转转化化器器更更有有效效地地起起净净化作用，减少汽车排气污染。化作用，减少汽车排气污染。o目目前前汽汽车车上上采采用用的的氧氧传传感感器器有有氧氧化化钛钛(Ti02)式式和和氧氧化锆化锆(Zr02)式两种。式两种。 o（七）爆燃传感器（七）爆燃传感器o1功能与类型功能与类型o在发动机电子控制系统中，当点火时刻采用闭环控在发动机电子控制系统中，当点火时刻采用闭环控制时，爆震传感器将发动机爆震信号转换为电信号制时，爆震传感器将发动机爆震信号转换为电信号传递给传递给ECU，ECU根据爆震信号对点火提前角进根据爆震信号对点火提前角进行修正，从而使点火提前角保持最佳，同时能有效行修正，从而使点火提前角保持最佳，同时能有效地抑制发动机爆震。根据工作原理爆震传感器有磁地抑制发动机爆震。根据工作原理爆震传感器有磁伸缩式和压电晶体式两种，其中压电晶体式爆震传伸缩式和压电晶体式两种，其中压电晶体式爆震传感器分为共振型与非共振型两种。感器分为共振型与非共振型两种。o安装位置：一般爆震传感器都安装在发动机缸体侧安装位置：一般爆震传感器都安装在发动机缸体侧面或汽缸盖上。面或汽缸盖上。o（八）车速（八）车速/车轮转速传感器车轮转速传感器o车车速速传传感感器器将将变变速速器器输输出出轴轴转转速速转转变变为为相相应应的的电电信信号号，电电子子控控制制器器根根据据此此信信号号获获得得汽汽车车行行驶驶速速度度参参数数；车车轮轮转转速速传传感感器器将将车车轮轮的的转转速速转转变变为为相相应应的的电电信信号号，电电子子控控制制器器根根据据此此信信号号计计算算汽汽车车行行驶驶速速度度、车车轮轮的的滑滑移移/转转率率、车轮的角减速度等参数。车轮的角减速度等参数。o（九）车身高度传感器（九）车身高度传感器o车身高度传感器将车身高度转换为相应的电车身高度传感器将车身高度转换为相应的电信号，电子控制器根据车身高度传感器输入信号，电子控制器根据车身高度传感器输入的信号判断车身的高度、计算车身相对于车的信号判断车身的高度、计算车身相对于车桥的位移和振动参数。光电式车身高度传感桥的位移和振动参数。光电式车身高度传感器具有结构简单、定位准确等优点，因而现器具有结构简单、定位准确等优点，因而现代汽车电子控制系统大都采用此种传感器。代汽车电子控制系统大都采用此种传感器。o（十）转向盘转角传感器（十）转向盘转角传感器o1功能功能o用于检测转向盘的中间位置、转动方向、转用于检测转向盘的中间位置、转动方向、转动角度和转动速度。在电子控制悬架中，电动角度和转动速度。在电子控制悬架中，电子控制装置根据车速传感器信号和转角传感子控制装置根据车速传感器信号和转角传感器信号，判断汽车转向时侧向力的大小，以器信号，判断汽车转向时侧向力的大小，以控制车身的侧倾。通常采用光电式。控制车身的侧倾。通常采用光电式。o安装位置：转角传感器安装在转向轴管上。安装位置：转角传感器安装在转向轴管上。第四节第四节 执行器执行器o执执行行器器的的任任务务是是根根据据ECU输输出出的的控控制制信信号号执执行行相相应应的的动动作作，以以实实现现某某种种预预定定的的步步进进电电机机、自自动动变变速速器器控控制制中中控制换档的电磁阀、空调控制中的压缩机等执行元件。控制换档的电磁阀、空调控制中的压缩机等执行元件。第五节第五节 汽车控制理论的基本概念汽车控制理论的基本概念o开环控制系统和闭环控制系统开环控制系统和闭环控制系统o开环：在控制系统中，若系统的输出量对系开环：在控制系统中，若系统的输出量对系统的控制作用没有影响，则称作开环控制系统的控制作用没有影响，则称作开环控制系统。统。o闭环：又称反馈控制。该控制系统将输出信闭环：又称反馈控制。该控制系统将输出信号通过反馈环节在输入端与输入信号进行比号通过反馈环节在输入端与输入信号进行比较，若输入信号与反馈信号相同，称为较，若输入信号与反馈信号相同，称为“正正反馈反馈”；若输入信号与反馈信号相减，称为；若输入信号与反馈信号相减，称为“负反馈负反馈”，负反馈的应用较多。，负反馈的应用较多。