汽车电子控制装置教案讲诉Word格式文档下载.docx
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3.安全方面
安全方面已经采用的技术主要有电子防抱制动控制、驱动防滑控制装置、电子主动悬架控制、电子控制四轮转向系统、安全气囊自控装置、刮水器自动控制、速度控制（限速与恒速）、车窗自动控制、轮胎气压报警、防盗报警、防撞车间距报警、未系安全带报警、安全带自动锁紧控制、明暗灯光控制、冲撞记录仪、前大灯控制、后视镜控制、电子门锁等。
安全方面即将采用的技术主要有路面状态显示、防碰撞自动控制、死角处障碍物报警、安全雷达、制动管路故障应急制动、睡眠检测报警、司机突病时自控、电子操纵紧急制动、酒醉检测安全自控、后视摄像及屏幕显示、声音合成报警系统、故障预警提示系统、倒车测距系统等。
4.舒适性方面
舒适性方面已经采用的技术主要有空调自动控制、座椅自动调整、自动照明、红外线控制车门开关、车窗及车门自动开关（声控）、高级立体音响、无线电调谐自动预选、无钥匙开车、车用电视机及音响等。
舒适性方面将要采用的技术主要有全自动空调（温度、湿度、清洁度、含氧量）系统、道路交通信息指示表、行驶路线最优化选择控制、声控驾驶等。
第二章汽车发动机电子控制系统
1、了解汽车发动机电子控制系统的组成和分类；
2、熟练掌握燃油供给、空气供给工作原理；
3、了解电子控制系统过程；
4、掌握故障诊断系统的应用。
重点：
1．燃油供给、空气供给工作原理；
2．电子控制系统过程。
难点：
1．汽油机的进气和排放控制；
讲授法、讲练结合、启发式
§
2-1汽车发动机电子控制系统的组成与分类
一、功用
汽车发动机电子控制系统的功用是控制燃油喷射式发动机的空燃比和点火时刻。
二、电控燃油喷射系统的基本组成
电控燃油喷射系统尽管类型不少，品种繁多，但它们都具有相同的控制原则：
即以电控单元（ECU）为控制核心，以空气流量和发动机转速为控制基础，以喷油器、怠速空气调整器等为控制对象，保证获得与发动机各种工况相匹配的最佳混合气成分和点火时刻。
电控燃油喷射系统大致可分为空气供给系统、燃油供给系统和电子控制系统三个部分。
三、电控燃油喷射系统分类
1）按喷油实现的方式分类
在发动机电子控制系统中，按喷油实现的方式进行分类，可分为机械式、机电混合式和电子控制式三种燃油喷射系统。
（1）机械式燃油喷射系统
该系统采用连续喷射方式，可分为单点或多点喷射，其喷油量是通过空气计量板直接控制燃油流量调节柱塞来控制的，采用的是机械式计量方式，故由此得名。
（2）机电混合式燃油喷射系统
其特点是增加了一个电子控制单元（ElectricControlUnit，ECU）。
ECU可根据水温、节气门位置等传感器的输入信号来控制电液式压差调节器的动作，以此实现对不同工况下的空燃比进行修正的目的。
（3）电子控制式燃油喷射系统
电子控制单元通过各种传感器来检测发动机运行参数（包括发动机的进气量、转速、负荷、温度、排气中的氧含量等）的变化，再由ECU根据输入信号和数学模型来确定所需的燃油喷射量，并通过控制喷油器的开启时间来控制喷入气缸内的每循环喷油量，进而达到对气缸内可燃混合气的空燃比进行精确配制的目的。
2）按喷油器的喷射部位分类
在发动机电子控制系统中，按喷油器的喷射部位进行分类，又可分为缸内喷射和缸外喷射两种形式。
（1）缸内喷射
它是将喷油器安装于缸盖上直接向缸内喷油，因此需要较高的喷油压力（3到4MPa）。
由于喷油压力较高，故对供油系统的要求较高，成本也相应较高。
现在已经不使用了。
（2）缸外喷射
它是指在进气歧管内喷射或进气门前喷射。
在该方式中，喷油器被安装于进气歧管内或进气门附近，故燃油在进气过程中被喷射后与空气混合形成可燃混合气再进入气缸内。
相比而言，由于缸外喷射方式燃油的喷油压力（0.1到0.5MPa）不高，且结构简单，成本较低，故目前应用较为广泛。
3）按喷油器数目分类
在发动机燃油喷射控制系统中，按喷油器数目进行分类，又可分为单点喷射和多点喷射两种形式。
（1）单点喷射
单点喷射系统是把喷油器安装在化油器所在的节气门段，通常用一个喷油器将燃油喷入进气流，形成混合气进入进气歧管，再分配到各个气缸中。
（2）多点喷射
多点喷射系统是在每缸进气口处装有一只喷油器，由电控单元（ECU）控制顺序地进行分缸单独喷射或分组喷射，燃油直接喷射到各缸的进气门前方，再与空气一起进入气缸形成混合气。
4）按喷油器的喷射方式分类
在发动机电子控制系统中，按喷油器的喷射方式可分为连续喷射和间歇喷射两种形式。
（1）连续喷射
在连续喷射系统中，燃油被连续不断地喷入进气歧管内，并在进气管内蒸发后形成可燃混合气，再被吸入气缸内。
（2）间歇喷射
又称为脉冲喷射或同步喷射。
其特点是喷油频率与发动机转速同步，且喷油量只取决于喷油器的开启时间（喷油脉冲宽度）。
5）按喷油器的喷射时序分类
在发动机电子控制系统中，按喷油器的喷射时序可分为同时喷射、分组喷射和顺序喷射三种形式。
（1）同时喷射
同时喷射是指发动机在运行期间，各缸喷油器同时开启、同时关闭。
（2）分组喷射
分组喷射是将喷油器按发动机每工作循环分成若干组交替进行喷射。
（3）顺序喷射
顺序喷射则是指喷油器按发动机各缸的工作顺序依次进行喷射。
6）按空气量的检测方式分类
在发动机电子控制系统中，根据空气进气量的检测方式，可分为进气压力感应式和空气流量感应式两种。
（1）进气压力感应式
进气压力感应式是通过检测进气歧管的压力（真空度）和发动机的转速，推算发动机吸入的空气量，并计算燃油流量的速度。
（2）空气流量感应式
空气流量感应式又分为空气体积流量式和空气质量流量式。
空气体积流量式
计量进入气缸的空气的体积量，将该量转变成电信号，输送至ECU，ECU计算出与该体积的空气相适应的喷油量，以控制混合气空燃比的最佳值。
空气质量流量式
将进入气缸内空气的质量转换成电信号，输送给
ECU，由
ECU根据空气的质量计算出与之相适应的喷油量，以控制最佳空燃比。
四、电控燃油喷射系统的基本原理
ECU通过绝对压力传感器或空气流量计的信号计量空气质量，并根据计算出的空气质量与目标空燃比比较即可确定每次燃烧所必需的燃料质量。
根据空气质量和发动机转速计算出的喷油时间称为基本喷油持续时间。
各种传感器检测冷却水温度、进气温度、节气门开度等与发动机工况有关的参数后，对基本喷油持续时间进行修正，确定最佳喷油持续时间，使实际喷油持续时间接近由目标空燃比确定的喷油持续时间。
2-2燃油供给系统
一、燃油供给系统的组成与作用
燃油供给系统由电动燃油泵、燃油滤清器、燃油压力调节器、脉动阻尼减振器、喷油总管、喷油器、冷启动喷油器及油管等组成。
燃油供给系统的作用是向发动机及时地供应各种工况下所需要的燃油量。
二、燃油供给系统的工作原理
液力传动装置的基本形式为液力偶合器与液力变矩器。
三、各部件的结构和工作原理
1.电动燃油泵
电动燃油泵的功能是从油箱中吸入燃油，将油压提高到规定值，然后通过供给系统送到喷油器。
按结构的不同分为滚柱式、涡轮式、齿轮式和侧槽式等。
按安装位置的不同分为内装式和外装式。
内装式电动燃油泵安装在油箱内部，优点是不易产生气阻和泄漏，有利于热油输送，且工作噪声小；
外装式电动燃油泵串联在油箱外部的输油管路中，容易布置，但噪声大，且易产生气泡形成气阻，外装式一般采用滚柱式电动燃油泵。
电动燃油泵主要由永磁式驱动电动机、泵体和外壳三部分组成。
燃油泵中设有一安全阀，燃油泵工作压力升高到400kPa时，安全阀打开，燃油泵出油腔同时与吸油腔相通，燃油在泵内循环，避免供油压力过高。
为了防止发动机停转时，供油压力突然下降而引起燃油倒流，在燃油泵出油口安装了单向阀。
当发动机熄火时，燃油泵停止转动，单向阀关闭，这样在供油系统中仍有残余压力，有利于发动机再次启动。
2.汽油滤清器
汽油滤清器的作用是滤除汽油中的杂质，防止污物堵塞喷油器针阀等精密机件。
它装在电动汽油泵之后的输油管路中。
它由纸质滤芯再串联一个棉纤维过滤网制成，过滤能力较大，有很好的滤清效果，能滤去直径大于0.01mm的杂质。
其外壳为密封式铁壳，有一定的耐压能力。
在正常使用情况下，这种汽油滤清器的使用寿命较长，汽车每行驶40000km才需更换。
3.汽油压力调节器
汽油压力调节器的作用是根据进气歧管压力的变化来调节进入喷油器的汽油压力，使两者保持恒定的压力差，压力调节在250kPa到300kPa范围内。
汽油压力调节器一般位于分配油管的一端，由金属壳体组成的内腔分为弹簧室和燃油室，弹簧室内有一根通气管与进气歧管相连，使供油系统中的油压不仅取决于弹簧预紧力，而且取决于进气歧管内的气体压力。
4.汽油脉动阻尼器
汽油脉动阻尼器的作用是减小汽油管路中的压力波动，并抑制喷油器或汽油压力调节器在开启与关闭过程中产生的压力脉冲噪声。
汽油脉动阻尼器采用膜片与弹簧组成的缓冲装置，膜片将内腔分为空气室和燃油室，当油压脉动的汽油进入脉动阻尼器时，该脉动压力通过膜片传给弹簧而被吸收，从而起到缓冲作用。
5.喷油器
喷油器的功能是根据ECU的控制信号向进气歧管、进气总管内喷射定量的雾化汽油。
喷油器按用途和工作条件的需要，有很多种形式，按结构形式分有针轴式、球阀式、片阀式；
按驱动方式可分为电压驱动和电流驱动两种形式，按阻值分有高阻值和低阻值两种。
6.冷启动喷油器
冷启动喷油器安装在进气总管上，其功能是发动机在低温启动时投入工作，以改善发动机的低温启动性能。
2-3空气供给系统
一、空气供给系统的功用
功用是为发动机可燃混合气的形成提供必要的空气，并测量进入气缸的空气量。
二、空气供给系统的组成
空气供给系统主要由空气滤清器、空气流量计、节气门体、节气门位置传感器、进气总管、进气歧管、温度传感器等组成。
1、空气流量计
空气流量计应设置在空气滤清器和节气门体之间。
常用的空气流量计有翼片式空气流量计、卡门旋涡式空气流量计、热线式空气流量计和热膜式空气流量计4种类型。
（1）翼片式空气流量计
翼片式空气流量计由翼片部分、电位计部分及接线插头组成。
翼片部分由测量叶片、缓冲叶片组成。
测量叶片随空气流量的变化在空气主通道内偏转。
电位计部分主要由平衡配重、滑臂、回位弹簧、调整齿圈和印制电路板等组成。
由于电位计与测量叶片是同轴的，所以当叶片偏转时，电位计滑臂必然转动。
由于转轴一端装有螺旋回位弹簧，当其弹力与吸入空气气流对测量叶片产生的推力平衡时，叶片就会处于某一稳定偏转位置，而电位计滑臂也处于镀膜电阻的某一对应位置。
电位计滑臂对电源的分压输出即代表此时的空气流量。
把此电压经A/D（模拟/数字）转换后送微机，微机依据空气量的多少，经过运算、处理，确定应该喷射的汽油量，并经执行器控制喷油，从而得到最佳空燃比。
这种空气流量计的结构简单、可靠性高，但进气阻力大，响应较慢且体积较大。
（2）卡门旋涡式空气流量计
与叶片式空气流量计相比，卡门涡旋式空气流量计具有体积小、质量轻、进气道结构简单、进气阻力小等优点。
所谓卡门旋涡，是指在进气管道中央放置一个锥状涡流发生器，当空气流过时，在涡流发生器后部将会不断产生卡门旋涡的涡流串，测出卡门旋涡的频率便可感知空气流量的大小。
它主要有光电式和超声波式。
①光电式卡门旋涡空气流量计
它是利用光电效应原理进行信号检测与转换的。
它主要由管路、旋涡发生器、整流栅、导孔、金属箔板弹簧、发光二极管（LED）、光敏晶体管等部分组成。
在产生卡门旋涡的过程中，旋涡发生器两侧的空气压力会发生变化，通过导孔作用在金属箔上，从而使其振动。
发光二极管的光照在振动的金属箔上时，光敏晶体管接收到的金属箔上的反射光是被旋涡调制的光，其输出经解调得到代表空气流量的频率信号。
②超声波式卡门旋涡空气流量计
该空气流量计中使用了超声波传感器。
所谓超声波，是指频率高于20kHz，人耳听不到的机械波。
在卡门旋涡发生器下游管路两侧相对安装超声波发射探头和接收探头。
因卡门旋涡对空气密度的影响，就会使超声波从发射探头到接收探头的时间较无旋涡变晚，而产生相位差。
对此相位信号进行处理，就可得到旋涡脉冲信号，即代表体积流量的电信号输出。
（3）热线式空气流量计
热线式空气流量计的基本构成包括：
取样管、铂金丝、温度补偿电阻、控制电路及壳体等。
根据安装的部位不同，可分为主流测量方式和旁通测量方式。
主流式热线空气流量计的铂金丝和进气温度传感器都安装在主气道中的取样管内。
旁通式热线空气流量计是将铂金丝绕在陶瓷芯管上，并置于旁通气道内。
当发动机启动后，空气流过铂金丝周围，使其热量散失，温度下降，桥式电路失去平衡，其输出电位差发生变化；
控制电路根据电桥输出电位差的变化调整加热电流，使电桥处于新的稳定状态，并且在电阻上得到代表空气流量的新的电压输出。
2、进气压力传感器
采用速度-密度方式检测进气量的电控汽油喷射系统，是利用进气歧管压力传感器来间接地测量发动机吸入空气量的。
3、节气门位置传感器
节气门位置传感器安装在节气门体上，它将节气门开度转换成电压信号输出，以便ECU控制喷油量。
节气门位置传感器有开关式和滑动电阻式等类型。
（1）开关式节气门位置传感器
这种节气门位置传感器结构比较简单，价格低廉，但其输出是非连续的，检测性差。
（2）滑动电阻式节气门位置传感器
电位器的动触点（即节气门开度输出触点）随节气门开度在电阻膜上滑动，从而在该触点上得到与节气门开度成比例的线性电压输出。
2-4电子控制系统
一、电控单元（ECU）
接收传感器或其他装置输入的信息，存储、计算、分析处理信息；
输出执行命令；
ECU不仅用来控制燃油喷射系统，同时还具有点火提前角控制、怠速控制、排放控制、进气控制、增压控制、自诊断、失效保护和备用控制系统等多项控制功能。
ECU主要由输入回路、A/D转换器、微处理器和输出回路和总线等组成。
电子控制系统
（1）输入回路
从传感器输出的信号输入ECU后，首先通过输入回路，其中数字信号直接输入微处理器。
模拟信号则由A/D转换器转换成数字信号之后再输入微处理器。
（2）A/D转换器
由传感器输入的模拟信号，微处理器不能直接处理，要用A/D转换器将模拟信号转换成数字信号，再输入微处理器。
（3）微处理器
微处理器的功能是根据发动机工作的需要，把各种传感器送来的信号用内存的程序（微机处理的程序）和数据进行运算处理，并把处理结果如燃油喷射控制信号、点火控制信号等送往输出回路。
二、传感器
1、发动机转速和曲轴位置传感器
空气流量计检测的是单位时间内的空气流量，为确定每次循环符合最佳空燃比，应求得每次循环吸入的空气量。
即在已知单位时间空气流量的基础上，应检测发动机转速。
为选取合适的喷油时刻和点火时刻，还需检测每缸曲轴转角的位置，故设发动机转速与曲轴位置传感器。
发动机转速与曲轴位置传感器有多种形式，常用的有磁感应式、光电式、霍尔等。
（1）磁感应式
传感器由转子和线圈组成。
转子固定在分电器轴上，线圈固定在分电器壳体上。
永久磁铁的磁力线经转子、线圈、托架构成封闭回路，转子旋转时，由于转子凸起与托架间的磁隙不断发生变化，通过线圈的磁通也不断变化，线圈中便产生感应电压，并以交流形式输出。
（2）霍尔式传感器
触发叶轮的叶片数等于发动机缸数，叶轮由分电器轴带动旋转，叶片不断地进出磁场的空气隙。
叶轮以其缺口对着空气隙时，磁铁产生的磁通经导板、空气隙到半导体基片构成回路，这时传感器输出霍尔电压。
当叶轮的叶片进入空气隙时，原磁路被叶片旁通。
此时，传感器无霍尔电压输出。
（3）光电式传感器
光电式传感器主要由发光二极管、光敏二极管、信号盘和控制电路组成。
发光二极管、光敏二极管和控制电路都装在固定底板座上，发光二极管与光敏二极管位置相对，分别位于信号盘的两侧。
当信号盘挡住发光二极管的光线时，光敏二极管截止，控制电路输出低电压。
当缝隙对准发光二极管与光敏二极管时，光线照射到光敏二极管上，控制电路输出高电平。
2、氧传感器
氧传感器安装在排气管内。
由于排气中的氧浓度可以反映空燃比的大小，所以在电子控制汽油喷射系统中广泛使用氧传感器。
氧传感器随时将检测的氧浓度反馈给电控装置，电控装置据此判断空燃比是否偏离理论值，一旦偏离，就调节喷油量，以控制空燃比收敛于理论值。
（1）二氧化钛（TiO2）氧传感器
这种氧传感器是一种体电阻型气敏传感器。
它是利用化学反应强、对氧气敏感、易于还原的氧化物半导体材料二氧化钛在与氧气接触时产生氧化还原反应，使晶格结构发生变化，从而导致电阻值发生变化的原理工作的。
它的工作过程是：
当排气中氧含量较高时，二氧化钛的阻值增大；
反之，当排气中氧含量较低时，二氧化钛的阻值减小。
（2）二氧化锆（ZrO2）氧传感器
二氧化锆氧传感器的基本元件是专用陶瓷体，即二氧化锆固体电解质管。
当锆管接触氧气时，氧气透过多孔铂膜电极，吸附于二氧化锆，并经电子交换成为负离子。
由于锆管内表面通大气，外表面通排气，其内外表面的氧气分压不同，则负氧离子浓度也不同，从而形成负氧离子由高浓度侧向低浓度侧的扩散。
当扩散处于平衡状态时，两电极间便形成电动势，所以二氧化锆氧传感器的本质是化学电池，亦称氧浓差电池。
3、爆震传感器
爆震传感器的功用是把爆震时传到缸体上的机械振动转化成电压信号，输入ECU作为爆震控制信号。
常用的爆震传感器可分为共振型和非共振型两种。
①共振型压电式爆震传感器
选择振荡片的固有频率与被测发动机爆震时的振动频率一致，则当爆震发生时两者共振，压电元件有最大谐振输出。
②非共振型压电式爆震传感器
非共振型压电式爆震传感器实际是一种加速度传感器。
它是以接收加速度信号的形式来检测爆震的，这种传感器与共振型传感器的不同之处在于：
它内部无振荡片，但设置了一个配重块。
配重块以一定预应力压紧在压电片上。
当发动机产生爆震时，配重块就以一正比于加速度的交变力施加在压电片上，从而产生输出信号。
三、开关信号
（1）启动信号（STA）
此信号用来判断发动机是否处在启动状态，启动时，由于进气管内混合气流速慢、温度低，因此汽油的雾化、蒸发较差。
为了改善启动性能，在启动发动机时必须加浓混合气。
ECU接收到电信号，确认发动机处于启动状态时，将自动增加喷油量。
（2）空挡启动开关信号（NSW）
在装有自动变速器（A/T）的汽车中，ECU用这个信号区别变速器是处于“P”或“N”（停车或空挡），还是处于“L”、“2”、“D”或“R”挡行驶状态。
NSW信号主要用于怠速系统的控制。
（3）空调信号（A/C）
A/C空调信号用来检测空调压缩机是否工作。
空调压缩机工作时，向微机输送高电平信号，ECU根据A/C信号控制发动机怠速时的点火提前角、怠速转速和断油转速等。
2-5燃油喷射控制
一、喷油器的控制和工作原理
燃油喷射式发动机所需的燃油是燃油泵和喷油器供给的。
当发动机工作时，各传感器将信号输入ECU，ECU根据各输入信号的电平状态，经运算判断后输出控制信号，控制三极管导通或截止。
二、喷油正时
喷油正时就是喷油器什么时候开始喷油的问题。
1、多点间歇喷射
多点间歇喷射分同时喷射、分组喷射和顺序喷射三种类型。
①同时喷射
所有的喷油器并联连接，ECU根据曲轴位置传感器送入的基准信号，发出喷油器控制信号，控制功率三极管的导通和截止，从而控制各喷油器电磁线圈电路同时接通和切断，使各缸喷油器同时喷油。
通常曲轴每转一周，各缸喷油器同时喷射一次，在发动机的一个工作循环中喷射两次。
由于这种喷射方式是所有各缸喷油器同时喷射，所以喷油正时与发动机进气、压缩、做功、排气的循环没有什么关系。
其缺点是由于各缸对应的喷射时间不可能最佳，有可能造成各缸的混合气形成不一样。
同时喷射正时图
②分组喷射
分组喷射一般是把所有气缸的喷油器分成2到4组。
四缸发动机一般把喷油器分成两组，由微机分组控制喷油器，两组喷油器轮流交替喷射。
每一工作循环中，各喷油器均喷射一次或两次。
一般多是发动机每转一周，只有一组喷射。
分组喷射正时图
③顺序喷射
顺序喷射也叫独立喷射。
曲轴每转两周，各缸喷油器都轮流喷射一次，且像点火系统一样，按照特定的顺序依次进行喷射。
顺序喷射方式由于要知道向哪一缸喷射，因此应具备气缸判别信号。
因此当微机根据判缸信号、曲轴位置信号，确定该缸是排气行程且活塞行至上止点前某一喷油位置时，微机输出喷油控制信号，接通喷油器电磁线圈电路，该缸即开始喷射。
顺序喷射可以设立在最佳时间喷油，对混合气的形成十分有利，因
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