汽车电控技术一.docx

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汽车电控技术一

/.汽车电子控制技术

选用教材：

《汽车电子控制技术上、下》，冯崇毅、付百学著，机械工业出版社。

《汽车电子控制技术》，主编：

于京诺，机械工业出版社。

参考书：

《汽车电控技术简明教程》，郗沭平编著，北京理工大学出版社。

《现代汽车电器与电子设备》，王遂双编著，机械工业出版社。

《现代汽车电子技术》，潘旭峰编著，北京理工大学出版社。

《现代汽车电子技术与装置》，皇甫鉴，北京理工大学出版社。

《汽车理论》，余志生，机械工业出版社。

《汽车构造》，陈家瑞，机械工业出版社。

《自动控制原理》，胡寿松，国防工业出版社。

第一章绪论

课堂教学主要内容：

1.汽车电控技术发展现状及应用

2.电控系统对整车性能的影响及技术要求

3.汽车主要电控系统的组成和工作原理

4.控制系统中的控制器、传感器、执行器结构及工作原理

5.典型电控系统控制策略及系统设计

一、汽车电控技术发展现状

汽车电控技术包含电子技术、控制技术、计算机技术及传感器技术，电控系统的工作目标就是提高汽车的整车性能、降低制造成本，提高产品核心竞争力。

其发展历程可为：

汽车电器→汽车电子→汽车电控→智能汽车。

目前汽车电控化和智能化程度已成为评价一个国家汽车研发、生产水平和汽车产品性能的重要指标。

汽车电控技术也已成为国内车辆工程专业本科教学的核心内容之一。

汽车电子控制技术的发展大致分为四个阶段：

第一阶段：

（60~70年代）主要是利用半导体器件对汽车电器产品进行电子化改造，以提高其性能、降低成本、延长使用寿命。

如晶体管调压器、晶体管点火装置。

第二阶段：

（70~90年代）主要是将控制技术、微处理器及传感器技术有机结合，用于解决机械系统无法解决的复杂控制问题，如发动机喷油和点火的精确控制。

第三阶段：

（90~00年代）强调人—车—环境为主线的系统工程，主要是将汽车各电控系统进行集成、对整车综合性能进行优化。

第四阶段：

（2000年以后）汽车控制系统网络化、故障诊断远程化、控制系统智能化，并向智能网联汽车方向发展，如无人驾驶技术、驾驶辅助技术、智能交通技术等。

微电子技术和传感器技术的发展给汽车电子控制技术提供了必要的基础，人们对汽车性能要求的不断提高，各国政府对汽车安全、环保及节能的重视给汽车电控技术发展提供了动力。

当今，安全、节能和环保已成为现代汽车工业发展的主要方向，电控技术和人工智能已成为解决上述汽车技术难题，促进汽车工业进步的有效手段。

近些年，人工智能和网络信息技术在汽车领域得到了快速发展，驾驶员可以随时得到汽车运行参数、道路状况信息，可以优化出行路线、实现自动驾驶和故障远程处理等，从而提高汽车行驶安全性、降低了能源消耗、减轻了交通拥堵。

二、汽车电控系统开发流程：

1、开发目的：

确定系统功能、结构及应用前景。

2、技术指标：

系统应达到的性能指标。

3、技术路线：

V字形开发流程。

4、工作内容：

系统结构、控制策略、程序运行可靠性、系统调试及标定。

5、现有基础：

技术储备、开发手段、市场资源、协作单位能力。

6、时间进度：

对开发工作进行分解，制定进度表和节点验收内容。

7、人员安排：

提出人力资源需求及调配。

8、资金预算：

制定开发成本，资金使用计划。

9、经济分析：

对开发成果进行技术、经济性分析。

10、风险预测：

对开发过程中可能出现的风险进行分析，制定预案。

11、项目总结：

对开发过程形成的技术文件整理归档、生产准备。

汽车电控系统基本组成：

1、传感器：

它是将汽车工况和状态等物理量转变为电信号的装置，该信号可以作为控制系统的反馈量或显示系统的输入量。

传感器分为有源和无源传感器。

在传感器选型时还应考虑传感器量程、灵敏度、非线性度和动态响应及成本。

2、控制器：

它负责对各种传感器输入的信号进行整形、滤波和运算处理，做出实时的判断，输出控制指令。

汽车用的控制器要选用汽车级控制器芯片（16位、32位），控制器硬件设计要考虑其工作可靠性、环境适应性、电磁兼容性、控制程序编写的难易程度等因素。

3、执行器：

它是根据控制器输出的控制信号，完成相应的控制动作，将控制参量迅速调整到设定值。

执行器有电磁式、电动式、液动式、真空助力式等。

执行器选择要考虑工作可靠性、功率消耗、动态响应、安装条件及成本等因素。

三、电控技术在汽车上的应用

1.发动机及传动系

（1）交流发电机的整流及调节：

解决发电机供电电压不稳定问题，目前汽车电器供电电压为12V和24V，发电机输出电压与发电机转速成正比，而发电机转速随发动机转速变化，因此需要一个稳压电路，以保证供电电压的稳定性。

（2）电子点火（晶体管）：

系统分为有触电点火、无触点点火和直接点火系统。

系统可以解决传统点火系统中断电器触点的磨损和烧蚀现象、点火能量损失、点火提前角多参数控制和点火顺序等问题。

（3）废气再循环控制：

将发动机尾气以一定的比例与新鲜空气进行混合，然后送入燃烧室进行燃烧，可以降低尾气排放指标（NOx）；同时可以提高混合气温度，改善发动机冷启动性能。

（4）汽油机燃油喷射控制：

通过采集发动机转速、负荷及进气温度等信号控制电磁喷油器的喷油时间和喷油顺序，改善发动机的动力性、经济性和排放指标。

（5）发动机综合控制（空燃比、点火、废气再循环、怠速、爆振、喷射等），综合解决发动机动力性和经济性及排放指标的问题。

（6）巡航控制：

ECU根据设定巡航车速和汽车行驶阻力，通过调节发动机节气门开度，使发动机输出力矩与车辆的行驶阻力平衡，保证车辆恒速行驶、以减轻驾驶员工作强度、提高行车安全。

同时也为自动驾驶技术开发提供基础技术平台。

2.安全方面

（1）ABS电子防抱制动控制：

由于车轮与地面之间的附着力随车轮滑移率变化，而且在滑移率为15-25%期间附着力存在最大值，因此，可以控制车轮滑移率来实现汽车制动性能的改善，解决制动过程出现的甩尾、制动距离过大和制动跑偏等问题，提高行车安全。

（2）ASR驱动防滑控制：

其原理与ABS相同，两系统可以共用传感器和执行器，但控制算法和控制过程不同，首先ASR只能在驱动轮上采用，解决方案也比ABS多，例如，为了控制驱动轮滑移率在给定范围，可以进行驱动力、制动力和差速器锁止控制，以解决汽车在低附着路面及坡路汽车行驶时驱动力打滑的问题。

（3）ESP电子稳定系统：

系统通过采集车身运动状态信息，协调控制汽车各轮的驱动力和制动力以及方向盘转角，把汽车从危险运动姿态调整到安全姿态，避免重大交通事故发生。

（4）主动悬架：

为了提高车辆在不好路面上行驶的乘员舒适性以及车辆在高速行驶时的稳定性，系统采集车身振动和车身运动状态信息，调节车辆各悬架刚度和阻尼力，以提高车辆行驶安全性和舒适性。

（5）电动助力转向系统：

用电机驱动助力取代传统液压助力转向系统，可以降低转向系统成本和整车能耗。

（6）电控安全气囊（SRS）：

系统检测汽车纵向减速度信号，判断车辆是否将发生碰撞事故，在车辆发生碰撞时及时控制气囊打开，保护乘员人身安全。

（7）雨刮器自动控制：

雨天行驶时汽车前方视野与雨量大小和车速有关，系统根据上述信息自动调节雨刮器工作频率，改善雨天驾驶时的能见度，提高行车安全。

（8）车身高度自动控制：

汽车悬架的偏频与车辆行驶舒适性有直接关系，偏频与悬架刚度成正比，与簧载质量成反比。

大型旅游客车空载和满载时簧载质量相差较大，因此为了解决客车行驶舒适性和稳定性问题，系统要根据簧载质量变化调节悬架刚度，以保持悬架偏频不变。

（9）轮胎气压报警：

用于解决车辆在高速行驶时由于轮胎过热可能出现爆胎事故。

（10）防盗报警：

一种是防止非法进入车内的防盗系统，另一种是防止非法启动车辆的防盗系统。

在钥匙上加装电阻或遥控器改变通讯频率，可以防止车辆非法启动。

加装振动和红外线报警装置可以防止非法进入车内。

（11）行车间距报警：

加装测距雷达可以防止撞车事故，提高行车安全。

（12）车灯自动控制：

自动切换远近光灯使用，汽车前照灯可以跟随方向盘转动，解决驾驶员在夜间行车时的安全性问题。

（13）汽车自动空调：

解决车内温度控制问题，提高行车安全。

自动空调系统是由压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器组成，普通压缩机的制冷量与压缩机转速成正比，由于压缩机转速随发动机转速变化，因此当压缩机转速较高时，汽车行驶车速也较高，汽车的散热能力也增大，所需要的制冷量减少，这样就存在当车辆需要的制冷量与压缩机能提供的制冷量之间的矛盾，为了保证车内温度恒定就出现了自动空调系统，目前在调节车内温度时有以下方法：

a、调节外部空气进气量；b、压缩机间断工作；c、压缩机排量连续可调。

第c种方法是最有效和节能方法。

（14）自动导航系统：

目前导航系统多数采用GPS系统，这是由美国提供的全球定位系统。

中国也在开发自己的卫星导航系统，北斗导航系统，目前已开始对亚太地区用户提供服务。

导航系统需要发射24颗同步通讯卫星，这些卫星分布在6个轨道平面上，以保证在地球上任意位置的GPS接收器都能同时收到4颗卫星信号，从而确定接收器的地理坐标。

为了实现自动导航还需要电子地图，目前国内许多公司从事电子地理信息数据采集工作，以完成电子地图的制作，为客户提供最新版的电子地理信息。

四、汽车电子控制技术发展方向

1、控制系统集成化：

如发动机综合控制系统，提高发动机动力性和经济性，整车综合控制系统，提高车辆动力性和经济性及降低排放。

控制系统集成化可以使整个系统简化，有利于对复杂系统多变量、多目标的综合协调控制。

但系统集成需要运算能力更强、速度更快的微处理器，因此微处理器也从8位、16位、32位发展到64位。

2、信息传输网络化：

由于汽车上电子装置数量增多、汽车电路也越来越复杂，为了减少连接数量、现代汽车广泛采用车载网络技术，将过去的一线一用的专线制改为一线多用制。

利用车载网络可以将汽车各控制单元、传感器、仪表和执行器连接起来，从而构成汽车内部的控制器局域网，实现各系统间的信息资源共享。

减少了电气节点和导线数量，增加了信息传输的可靠性。

根据网速不同，美国汽车工程师协会将总线协议划分为A、B、C三大类，A（LIN总线）类是面向传感器和执行器的一种低速网络，主要用于后视镜、灯光控制及电动车窗等。

B类（低速CAN）应用于独立模块间的数据共享，如汽车舒适性、故障诊断和仪表显示等。

C类（高速CAN）用于实时闭环控制的多路数据传输，如发动机、ABS和自动变速器、安全气囊等控制。

3、汽车和交通的智能化，智能汽车是一个集环境感知、规划决策、多级辅助驾驶等功能于一体的综合系统。

智能交通是将先进的信息技术、通讯技术、传感技术、控制技术和计算机技术进行有效集成，建立实时、准确、高效的综合运输和管理系统，两者的有机结合可以实现汽车行驶路线最佳选择和自动驾驶。

4、电控系统设计模块化，是指为开发具有多种功能的不同产品，不需要对每种产品进行单独设计，而是精心设计出多种模块，将其经过不同方式组合在一起，以实现系统新的功能。

采用模块化设计可以缩短产品开发周期、提高产品质量、降低产品开发成本、提高控制系统工作的可靠性。

五、电子控制技术发展动力

1.国家法规：

如环保、油耗、安全、电磁干扰等

2.市场竞争：

国内各合资品牌竞争，国产车与进口车的竞争，

3.特殊用户：

如F1赛车、拉力赛，高端用户特殊需求，军用车辆等。

六、电动汽车电控技术*

1、整车控制系统设计

（1）动力系统架构：

电机前置、电机后置、分布式电机驱动、轮毂电机等。

（2）动力系统匹配：

根据整车动力性和经济性指标匹配电机、电池参数及数量。

（3）整车控制策略制定：

动力模式、经济模式、常规模式、再生制动模式、跛行模式和故障模式等。

（4）控制系统边界划分：

确定通讯方式、通讯协议、接口定义等。

（5）整车模型建立：

整车、电机、电池组和测试工况等。

（6）控制策略的仿真测试：

控制策略门限值优化、测试工况选取、评价指标制定等。

（7）控制系统软硬件设计：

控制器硬件电路图设计、