了解汽车各控制系统工作原理.docx

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了解汽车各控制系统工作原理

北京市公交技工学校

专业理论课教案（首页）

授课章

节名称

§4--2-2

了解各控制系统工作原理

审批签字

授课班级

零四级十二班

授课时数

20

授课时间

3.31（3～4）、4.1（1～2）、4.4（1～2）、4.4（5～7）、4.5（3～4）、4.6（1～2）、4.6（5～7）、4.7（3～4）、

4.8（1～2）

授课方法

讲授

教具

课件、多媒体、实物等

教学目的和要求

初步掌握各控制系统工作原理、基本结构和作用。

教学重点

与难点

工作原理

作业

工作页

制订教师

赵超越

教学内容及步骤

一、复习引入

二、新课讲授

三、课上小结

四、布置作业

教

学

后

记

授课内容

授课

方法

要求：

了解汽车各控制与调节系统的工作原理

一、喷油量的控制与调节系统

（已学提问）

二、喷油正时控制与调节

喷油正时控制是指ECU对喷油开始时刻的控制，在间歇汽油喷射系统中，喷油正时控制有同步喷射和异步喷射两种控制方式。

同步喷射方式，喷射的开始时刻与曲轴的转角位置有关，ECU根据曲轴的转角位置信号输出喷油脉冲信号，在固定的曲轴转角开始喷油。

在发动机运转过程中，同步唢射始终在进行。

（以上为喷油正时控制）

异步喷射方式．喷射的开始时刻与曲轴的转角位置无关，ECU根据需要进行异步喷射的信号或过程，输出喷油脉冲信号。

因此，异步喷射方式是一种临时的补偿性喷射，是同步喷射的补充，发动机处于冷起动、加速等非稳定工况时，电控汽油喷射控制系统除了同步喷射外，还增加异步喷射，对同步喷射的喷油量进行增量修正。

（以上为喷油正时调节）

三、喷油持续时间控制与调节

在电控汽油喷射控制系统中，喷油持续时间控制根据发动机的运行情况和控制要求，分为发动机起动时的喷油持续时间控制和起动后喷油持续时间的控制。

1、发动机起动时喷油持续时间的控制

发动机起动时，由于发动机的转速变化很大，无论是进气歧管绝对压力还是空气流量计都无法准确测出实际的进气量。

因此，发动机起动时，ECU不能用实际进气量来计算喷油量，而采用另外的喷油量控制方式。

根据起动时发动机的热状态，又分为冷起动时的喷油持续时间控制和高温起动时的喷油量控制。

1）冷起动时的喷油持续时间控制

发动机起动时，基本喷油持续时间是由发动机冷却水的温度确定的，两者之间的对应关系已制成数据表预先储存在ROM中，ECU根据冷却水温度从数据表中找出相应的基本喷油持续时间。

（为冷起动时的喷油持续时间控制）然后，再根据进气温度、蓄电池电压对基本喷油时问进行修正，得到冷起动过程实际的喷油持续时间。

大多数电控汽油机起动时的喷油正时控制都采用同步喷射方式，喷油正时与曲轴转角的对应关系固定不变。

有些电控汽油机，为防止一次喷油量过多造成火花塞浸湿，对冷起动时增加的喷油量采取异步喷射的方式补充，以保证发动机有良好的起动性能。

（为冷起动时的喷油持续时间调节）

2）高温起动时喷油量控制

在夏季高温时节，汽车在高速行驶后停车l0～30min再次起动时，由于发动机散发的热量对汽油的加热作用，会使汽油温度上升至80～100℃，此时喷油器内的汽油会沸腾生成大量汽油蒸气，实际喷油量因汽油中含有油蒸气而减小，造成起动时混合气过稀，出现高温下起动困难的情况。

为此，电控系统必须采取高温油量修正方法，以改善电控汽油机的高温起动性能。

在大多数电控汽油机中，ECU根据冷却液温度确定是否进行高温起动油量修正（一般设定值为100℃），在有些专门配置汽油温度传感器的电控汽油机中，ECU根据汽油的温度确定高温起动时是否进行喷油量修正。

（为高温起动时喷油量调节）

四、最佳点火提前角的控制与调节

在电控点火系统中，根据汽油机运行工况的特点，ECU对点火提前角的控制分为汽油机起动时的点火提前角控制和起动后的点火提前角控制两种情况。

1．汽油机起动时点火提前角的控制

汽油机起动时，在极短的时间内，发动机从每分钟零转升高到每分钟几百转，转速的剧烈变化使电控点火系统无法实行最佳点火提前角控制。

因此，对于汽油机的起动工况，ECU不实行最佳点火提前角控制，而是根据起动开关信号和发动机的转速信号，以预先设定的点火提前角点火。

当发动机转速超过一定值（一般大于500r／min）时，则转入起动后的最佳点火提前角控制程序。

（为最佳点火提前角控制）

2．起动后的最佳点火提前角控制

汽油机起动后，电控点火系对点火正时实行最佳点火提前角控制。

最佳点火提前角控制的基本控制过程是：

首先，ECU根据发动机转速和负荷确定基本点火提前角。

然后，根据有关传感器的信号，确定修正点火提前角。

这两项点火提前角的代数和，再加上作为计算基准的初始点火提前角，得到实际的最佳点火提前角。

实际最佳点火提前角可用公式表示为：

实际最佳点火提前角=初始点火提前角+基本点火提前角+点火提前角修正值（为最佳点火提前角调节）

五、爆震控制

汽油机的爆震和点火提前角有非常密切的关系，一般情况下，随点火提前角增大，汽油机产生爆震的可能性增大，对已发生爆震的汽油机，减小点火提前角，即可消除爆震。

在需要对发动机进行爆震反馈控制的各种运行工况，对爆震传感器的输入信号的处理和判别根据不同的检测方法稍有差异。

对于共振检测方法，ECU首先把输人信号的最大值与爆震强度基准值进行比较，若输人信号最大值大于基准值，表示汽油机已发生爆震，然后ECU按预先设定的角度值逐步减小点火提前角，直至爆震消除。

爆震消除后，ECU将按预先设定的角度值逐步增大点火提前角，直至发生爆震，然后又逐步减小点火提前角直至爆震消除，如此周而复始地重复上述过程，把实际点火提前角控制在理想最佳点火提前角附近。

（以上为汽油机发生爆震时，点火提前角的调节过程）

六、空燃比反馈控制

为了满足越来越严格的排放法规的要求，最有效地利用三元催化转化器对排气的催化净化效能，现代电控汽油机在绝大部分运行工况对空燃比都实行闭环控制。

假定开始时混合气的实际空燃比略小于14．7，此时氧传感器输出高电平信号，ECU根据氧传感器的高电平信号，对基本喷油持续时间进行减量修正，实际喷油持续时间缩短，喷油量减少，修正过程按先快后缓方式进行，由于喷油量持续减少，混合气逐渐变稀，当混合气的实际空燃比略大于14．7时，氧传感器的输出信号从高电平阶跃到低电平，ECU根据氧传感器的低电平信号，对基本喷油持续时间进行增量修正，修正过程仍按先快后缓方式进行。

由于喷油量持续增加，混合气又逐渐由稀变浓，一旦空燃比大于14．7，氧传感器的输出信号将从低电平阶跃到高电平，然后ECU将根据氧传感器输入的高电平信号，重复前面的由浓到稀的修正过程……如此反复循环，最终使混合气的实际空燃比始终稳定在理论空燃比附近。

从整个修正过程看，当实际混合气偏浓时，由于空燃比偏浓的时间比空燃比偏稀的时间长，故氧传感器输出高电位时间也相对较长，从而使实际空燃比向变稀方向变化，反之则向相反方向变化。

（以上为氧传感器作用下空燃比的调节过程）

七、怠速控制装置的控制内容

电控系统对怠速控制装置的控制内容因发动机而异，对于步进电机式怠速控制装置，其主要控制内容主要有以下几项：

1．起动初始位置设定

为了保证怠速控制阀在发动机再起动时处于全开位置，在发动机点火开关关闭后，主继电器继续保持接通状态，ECU控制步进电机转动使怠速控制阀开至最大位置（即125步级），为下次起动做好准备，然后主继电器才断电。

（以上为怠速控制）

2．起动后控制

由于发动机起动前，ECU已经把怠速控制阀的初始位置预置在最大开度位置，当发动机起动后，若怠速控制阀仍保持全开，则会引起发动机转速过高。

为了避免出现这种情况，在起动过程中，当发动机转速达到由冷却水温度确定的对应转速时，ECU控制步进电机转动，使怠速控制阀逐渐关小到与冷却水温度相对应的开度。

3．暖机控制

暖机过程中，ECU控制步进电机转动，使怠速控制阀从起动后的开度逐渐关小，当冷却水温达到70℃时，暖机控制结束，怠速控制阀达到正常怠速开度。

4．反馈控制

当发动机在怠速工况运转时，如果发动机的实际转速与预置的目标转速的差值超过规定值（如20r／mim），ECU即控制步进电机转动，通过怠速控制阀增减旁通空气量，使发动机实际转速与目标转速差小于规定值。

目标转速与发动机怠速工况时的负荷有关，对应于空挡起动开关是否接通，空调是否使用，用电器增加等不同情况，都有不同确定的目标转速。

5．发动机转速变化的预控制

发动机处于怠速工况时，空调开关、空挡起动开关等接通或者断开，都会即时引起发动机怠速负荷变化，产生较大的怠速波动。

为了减小负荷变化对怠速的影响，ECU在收到以上开关量信号后，在发动机转速变化出现前，就控制步进电机转动，预先把怠速控制阀开大或关小一个固定的距离，以提高发动机的怠速稳定性。

（以上为怠速调节）

八、自动变速器

1．换挡控制

变速器能够依据ECU中存储的若干种换挡模式，根据事先的设定和汽车行驶动态状况选择最佳的换挡时刻，自动执行换挡操作。

（以上为换挡控制）

2．油压控制

ECU能够根据变速器手柄位置、节气门开度、车速、变速器油温等信号，借助压力控制电磁阀的占空比，实现对控制系统油路压力的调节。

（以上为换挡调节）

3．变矩器闭锁控制

变矩器闭锁控制包括闭锁时间和闭锁压力的控制。

ECU通过设定的控制程序，根据汽车运行状况、发动机和变速器工作状态，向变矩器闭锁电磁阀发出控制信号，实现变矩器闭锁离合器的接合或分离（以上为换挡控制），同时利用闭锁电磁阀的压力调节作用，能够使闭锁离合器接合与分离更加柔和。

如在换挡期间，ECU会将变矩器闭锁离合器暂时分离，以减轻换挡冲击；制动时、节气门全闭时、冷却水温低于70℃时、变速器油温低于60℃时或巡航控制系统正在工作时都将分离闭锁离合器。

（以上为换挡调节）

4．发动机转矩控制

在换挡过程中，ECU可以控制发动机推迟点火或减少喷油量，短时间达到减小发动机输出转矩的目的，从而使换挡更加平稳。

5．储能器背压控制

需要换挡时，ECU通过控制储能器背压，调节执行器活塞油压上升幅度，达到改善换挡品质的目的。

（以上为换挡调节）

九、ABS制动系统

当制动系统未制动时，各电磁阀均处于断电状态，此时在主电磁阀的控制下，储液罐与内部储液室导通，而内部储液室与液压助力室联系截断。

同时，由于滑阀的控制作用将供能装置（油泵）与液压助力室隔断，并将液压助力室与储液罐导通。

（以上为制动控制）

常规制动时，若踏下制动踏板，剪力杆逆时针转动，推动滑阀左移，其结果使液压助力室与储液罐通路隔断，并将液压助力室与储能器导通。

储能器液压作用在后制动轮缸上，此时，靠滑阀的节流作用使制动力增减。

同时该液压使助力活塞左移，并使推杆、第一级主缸活塞和第二级主缸活塞左移，于是，液压会分别作用于右前制动轮缸和左前制动轮缸。

若踏板维持不动，助力活塞左移，使剪力杆顺时针转动，滑阀右移，这时助力室与储能器和储液罐均不通，助力室压力维持一定，各轮缸压力保持不变。

若释放踏板，推动感压活塞右移，剪力杆逆时针转动，剪力杆顺时针转动，滑阀右移，储能器隔断液压助力室，并使液压助力室与储液罐导通，随后助力活塞和主缸活塞右移，轮缸压力下降，同时剪力杆也逆时针转动，使滑阀左移，关闭助力室进出液口，活塞处于平衡状态，即维持制动的随动关系。

（以上为制动控制）

在ABS制动减压过程中，进、出液电磁阀均通电，使进液阀截止、出液阀导通，前者使主缸以及液压助力室与轮缸隔断，而后者使轮缸与储液罐导通，从而实现制动减压。

在ABS制动保压过程中，进液电磁阀通电，使进液阀截止，出液电磁阀断电，使出液阀截止，实现保压。

在ABS制动增压过程中，进、出液电磁阀均断电，让进液阀导通，出液阀截止，同时主电磁阀也通电，使储液罐与内部储液室处于隔断状态，而将液压助力室与内部储液室导通，引起内部储液室压力升高，高压液体经过主缸流回轮缸。

（以上为制动调节）

十、驱动轮防滑转调节系统（ASR系统）

传统的防滑差速锁是当驱动轮发生滑转时，将两侧的驱动轮锁在一起，可提高车辆的通过能力，但当两侧的驱动轮都发生滑转时，将失去作用。

（这是对车轮滑转的控制）

ASR系统可以防止驱动轮起步、加速和在湿滑路面上滑转：

车轮转速传感器将驱动轮和非驱动轮转速转变为电信号，输入给控制器，控制器根据这些信号计算出驱动轮的滑转率，当滑转率超出设定范围时，电子控制器便依据节气门开度信号、发动机转速信号、转向盘转向信号等选定控制方式，然后向各执行器发出控制指令，最终将驱动轮的滑转率控制在目标范围内。

（这是对车轮滑转的调节）

十一、转向助力系统

转向系统工作时，一方面有转向盘带动机械转向器实现部分人力转向（这是对车轮转向的控制），另一方面通过传感器和电子控制装置驱动辅助转向电动机，电枢的旋转运动借助传动齿轮副使助力蜗杆转动，然后，由循环球和螺母将旋转运动变为直线往复运动，形成转向助推力。

助力系统可以通过改变电机的供电极性控制电动机的旋转方向，并可同时按需要的转矩，提供所需电流（可达75A）。

电流越强，施加于齿条上的作用力越大。

系统通过安装在齿轮齿条式转向器输入轴上的传感器来检测方向盘的转动情况，当电子控制装置接收到来自传感器的转动方向和载荷大小信号后，发出不同的助力指令，控制电动机动作。

（这是对车轮转向力的调节）

十二、悬架控制系统工作原理

现代汽车悬架控制系统，是指利用有源或无源控制元件构成的闭环控制系统对汽车悬架施行主动控制的装置。

它能根据车辆的运动状况和路面情况主动作出反应，抑制车身的各种振动，使悬架始终处于最佳减振状态。

目前，汽车悬架控制系统可以实现对车高、悬架弹簧刚度和减振器阻尼、侧倾刚度等方面的主动调节。

与其他控制系统一样，悬架控制系统一般也包含三个部分，即：

①用来感受汽车运动状态的各类传感器；②能对汽车运动状态做出分析判断，并发出控制指令的悬架控制电脑（ECU）；③能完成各种控制动作的执行机构。

悬架控制系统的传感器有多种形式，它们在系统中承担着将汽车行驶路况（汽车的振动）、车速及起动、加速、转向、制动等工况转变为电信号，并输送给电控装置（ECU）的任务。

电子控制装置（ECU）由计算机和信号输入、输出电路组成，它对传感器输入的电信号进行综合处理，向执行机构发出控制指令。

悬架控制系统的执行机构可以是电磁阀、步进电机或泵气电动机等。

它们接受来自电子控制装置的控制信号，准确、快速和及时地做出动作反应，实现对弹簧刚度、减振器阻尼或车身高度的调节。

实现悬架自动调节控制的弹性元件是气体弹簧。

气体弹簧的工作原理是在一个密闭的容器中充入经压缩的气体，利用气体的可压缩性来构成弹性元件。

随着作用在弹簧上载荷的增加，容器内气体受到压缩，压力升高，弹簧刚度增大；反之，随载荷减小，气压下降，刚度减小。

这种弹簧刚度的变化是非线性的，也即刚度是可变的，具有比较理想的弹性特性。

（以上为悬架的自动调节）

下图为某车高控制系统的控制流程：

下图为某悬架控制系统的综合控制原理图：

十三、安全气囊的电子控制装置（SRS系统）

ECU是安全气囊系统的控制中心，它接受来自前传感器的输入信号，对引爆条件加以判断，控制充气装置点火电路的通断，同时还兼有对系统装置进行监测和对故障进行诊断的功能。

控制装置一般由中央安全气囊传感器、点火控制驱动电路、安全传感器、备用电源、诊断电路、记忆电路和安全电路等组成。

安全气囊的ECU及系统电路如下：

为了保证安全气囊在需要时能够及时触发，而当汽车紧急制动和上下剧烈振动甚至轻微碰撞时不产生误动作，安全气囊的控制系统以多传感器的逻辑组合方式加以控制。

在图所示的ECU中，安全气囊必须在某个安全传感器与左、右前气囊传感器之一同时闭合，也可在某个安全传感器与中央安全气囊传感器同时闭合，或者上述三种传感器同时闭合时触发。

中央安全气囊传感器为电阻式加速度传感器，用来检测车辆的减速度。

车辆碰撞时，传感器的悬臂端受到减速惯性力的作用产生弯曲，阻抗电桥电路的输出发生改变。

传感器将这种弯曲转变为电信号，经过前置放大、高通滤波和主放大器等环节对信号做出处理后，作为判定系统是否工作的信号。

当信号值超过设定值时，点火（引爆）控制电路被接通。

（以上为安全气囊的控制）

十四、巡航系统（CCS系统）

CCS系统工作流程图如下：

（1）巡航控制

在主控制开关接通的情况下，车辆在巡航控制车速范围内（通常为40～200km／h）行驶时，将控制开关向恒速设定（SET）方向扳动一次，CCSECU记忆此时的行车速度，并开始恒速控制。

ECU将实际车速与设定的存储车速随时进行比较，指挥发动机节气门控制执行器工作，调控节气门开度，以保持汽车的稳定行驶速度。

此过程驾驶员无需踩踏油门踏板。

（以上为调节）

（2）解除与恢复巡航控制

当将控制手柄向解除（CANCEL）方向扳动一次，或者对车辆实施制动（包括行车和驻车制动）、分离离合器、接合空挡起动开关等操作时，巡航控制会自动解除。

如若解除瞬时的车速不低于40km／h，则ECU记录该瞬时速度，并可以通过手柄向恢复（RES）方向扳动一次恢复巡航控制；如若车速低于40km／h，则巡航将自动解除，ECU中原存储车速也随之自动取消，不可再恢复。

（以上为控制）

（3）减速与加速控制

当车辆在巡航状态下行驶时，若将控制手柄向SET／COAST方向扳动并保持，则发动机节气门将以一定步长逐渐减小开度，使车辆减速行驶，ECU会存储松开开关瞬时的车速，作为后续巡航的恒速依据；若将控制手柄朝RES／ACC方向扳动并保持，则发动机节气门又会以一定步长逐渐增大开度，使车辆加速，ECU也记录下松开开关瞬时的车速，作为后续巡航的恒速依据。

（以上为调节）

十五、桑塔纳2000GSI时代超人所采用的电子防盗系统：

它采用了目前世界先进的汽车防盗技术，具有无形防盗和无声防盗的特点，即车主无需任何额外操作便可以起动汽车或进人防盗状态，没有扰人的声响，由于该系统以随机方式产生密码信号，实施了特殊的通讯过程，使得外人无法以通常的机械、电器或电子扫码破解密码等手段起动发动机。

此防盗系统由带转发器的汽车钥匙、电子识读线圈、防盗器电子控制单元、可编代码的发动机控制单元和防盗警示灯等部分组成。

每把钥匙中设有一个棒状转发器、运算芯片和电磁线圈，它们可以与识读线圈一起完成防盗器控制单元与转发器运算芯片的信号和能量传递。

当点火开关接通后，在防盗器控制单元的驱动下，识读线圈在其周围建立磁场，受磁场激励，转发器中的线圈可以向转发器运算芯片提供所需工作能量和时钟同步信号，并负责传递各种信息。

安装在点火锁上的识读线圈经导线与防盗控制器相连，承担防盗控制单元与转发器之间传递信号和能量的任务。

包含微处理器的防盗器控制单元可以进行系统密码运算、比较并控制全系统的通讯以及对故障扫描仪的信号输出。

经过原厂匹配，在防盗器控制单元中存储有本车发动机控制器识别码，同时在钥匙的转发器中也存储了识别码和相应的防盗器信息。

当车主利用钥匙打开点火开关时，防盗器控制单元首先通过锁孔上的识读线圈将一组随机数据传递给钥匙中的转发器，通过运算，转发器将结果反馈回控制单元，控制单元将它与自己经过相同运算所得结果相比较，如果结果吻合，该钥匙即会得到系统认可。

随后防盗器控制单元还将核对发动机控制单元的代码是否正确。

该代码是发动机控制单元存储在防盗器控制单元中的。

由于每次启动发动机时，控制单元中的随机代码发生器都会产生一个变化的代码，如果代码经核对不一致，则发动机会在起动2s后自动熄火。

（以上为防盗控制）

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