汽車電氣系統(tǒng)-第11章 汽車電控系統(tǒng)的原理介紹

1、當代汽車電控系統(tǒng)原理介紹山東交通學院 吳際璋一、電控系統(tǒng)概述：一、電控系統(tǒng)概述： 各類電控系統(tǒng)，都是由：各種傳感器、電腦、各種執(zhí)行元件，組成的網(wǎng)絡系統(tǒng)，完成局部自動化和半自動化的隨機控制。通常把這些系統(tǒng)的零部件統(tǒng)稱為：“電控元件”。 （一）傳感器：（一）傳感器： 它又叫“轉(zhuǎn)換器”，把非電量（物理量）變?yōu)殡娏?，以模擬量和數(shù)字量（開關(guān)量）的形式，輸出給電腦ECU。它是壓力、溫度、速度、角度、開度、高度、時間、流量、位移量和開關(guān)量等物理量的信號源。它分為：電阻型、磁敏型、熱敏型、壓敏型、光敏型等型式（電磁型的多為執(zhí)行元件）。 （二）（二） 電腦電腦ECU 電腦ECU是許多半導體基片制成模擬電路，數(shù)字

2、電路和邏輯分析、運算電路，統(tǒng)稱大規(guī)模集成電路。其中央處理器CPU是核心部件，它接受各種傳感器的信號，進行數(shù)據(jù)處理（整形、放大）、模式轉(zhuǎn)換、邏輯分析、計算修正、輸入輸出、學習控制、報警自診、代碼儲存等多項功能，是電控網(wǎng)絡的智能化神經(jīng)中樞。電腦ECU有34種存儲器：1、永久性存儲器（R0M）-又叫“只能讀出存儲器，”用于控制系統(tǒng)，受點火開關(guān)IG/SW控制。它存儲了幾百個工況的點火、噴油控制點和修正量，其控制數(shù)據(jù)固化不變，不能改寫。切斷電源，存儲內(nèi)容不變，記憶內(nèi)容長存。根據(jù)工況的需要，CPU隨機調(diào)取其相 關(guān)數(shù)據(jù)，而投入工作。2、隨機存儲器（RAM）-用于自診系統(tǒng)，受常火線控制。它能讀岀也能寫入相關(guān)數(shù)

3、據(jù)，隨機暫時存儲故障。切斷電源，數(shù)據(jù)丟失。 3、電力擦除式存儲器（EEPROM）-用于自診系統(tǒng)。能可靠的寫入、存儲故障代碼，中斷電源后，其記憶內(nèi)容也不消失。必須反復使其電路通斷觸發(fā)，才能消除存儲的故障代碼。 4、學習控制修正存儲器（PR0M）-是可編程存儲器，受常火線控制。因ROM存儲器存儲空間有限，控制數(shù)據(jù)也是固定有限，修正范圍也是有限。為了提高控制范圍和控制精度，又增設(shè)了一個“隨機學習存儲器”。它將使用中各工況最佳數(shù)據(jù)編程寫入存儲，以便CPU日后需要時隨機提取使用。一旦切斷了電源，就喪失了記憶。為此，修復竣工后的汽車，必須通過運行試車，重新“恢復記憶”。例如：步進電機IAC，在斷電、換新后

4、，應對其初始位置和步數(shù)重新設(shè)定，在常用轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)反復演練，進行“學習控制”，才能“恢復記億”。（三）執(zhí)行元件（三）執(zhí)行元件 各系統(tǒng)的電腦ECU，分別或集中控制著各系統(tǒng)的執(zhí)行元件，它又叫伺服系統(tǒng)（ Servo System），根據(jù)不同的工況要求，完成噴油、點火、換擋、巡航、ABS制動壓力調(diào)節(jié)、車身高度調(diào)節(jié)等指令任務，也就是又把電量變?yōu)榉请娏浚ㄎ锢砹浚?，使各種泵、閥動作，定時、定量的完成指令任務，實現(xiàn)隨機伺服控制。執(zhí)行元件的動力源多為電磁閥和電動泵，通過它控制各種真空驅(qū)動件、液壓驅(qū)動件、氣壓驅(qū)動件、機械驅(qū)動件等。二、電控系統(tǒng)介紹：電控系統(tǒng)概括內(nèi)容較多，都是為了改善汽車動力性、經(jīng)濟性、凈化性、操縱性

5、、穩(wěn)定性、安全性、通過性、舒服性、居住性、方便性。也包括了：自動門窗、電動座椅、空調(diào)系統(tǒng)、音響系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、防盜系統(tǒng)。在此，只講七種關(guān)鍵性的行駛和操縱控制系統(tǒng)： （1）電控汽油噴射系統(tǒng)（ECU）； （2）電控自動變速器（ECT）； （3）電控防抱死制動系統(tǒng)（ABS）； （4）電控防滑轉(zhuǎn)系統(tǒng)（ASR）； （5）電控巡航系統(tǒng)（CCS）； （6）電控安全氣囊系統(tǒng)（SRS）； （7）電控空氣懸架系統(tǒng)（ASC）。（一）、電控汽油噴射系統(tǒng)（ECU）： 1、組成： （1）供油系統(tǒng)：供油、濾油、調(diào)壓、噴油。（2）進氣系統(tǒng)：濾清、計量、調(diào)節(jié)、分配。 （3）、控制系統(tǒng)：ECU、十個傳感器、十個執(zhí)行元件、十項功能

6、。（4）、點火系統(tǒng)：點火伩號發(fā)生器IGT、點火器、點火線圈、分電機（直接點火的，無分電機）。2、控制系統(tǒng)的十個傳感器、十個執(zhí)行元件和十項功能： 3、點火系統(tǒng)的組成和工作過程：（1）有分電機的： （2）直接點火的：又分雙缸直接點火方式和單缸直接點火方式兩種。4、對空氣的計量方式：（1）壓力型D用進氣壓力傳感器。（2）流量型LA、動板式、B、熱線（熱膜）式。C、卡門渦流式。（二）、電控自動變速器（ECT）：1、組成：由變扭器、行星齒輪機構(gòu)、液壓控制系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、冷油件和濾油件，五部分組成。 2、各系統(tǒng)工作原理：（1） （三）、電控防抱死制動系統(tǒng)（ABS）：1、最好的制動條件： 為半滾動、半滑動的

7、臨界狀態(tài)。此時，附著力F最大，制動效果最好。為此：制動力FB，它受附著力F的制約，不能過大。只能：FBmaxF=G。否則，抱死滑拖，制動距離反而加大。這是加裝ABS防抱死系統(tǒng)的目的。2、 ABS系統(tǒng)的優(yōu)點：（1）、縮短了制動距離-特別是在、雨、雪、冰滑的路面上行駛時，最為明顯。（2）、方向操縱性好-有制動加轉(zhuǎn)向的能力，適于在大彎道上高速行駛，安全性能好。（3）、方向穩(wěn)定性好-防止了側(cè)滑（甩尾）。減少多車道上，交通事故的發(fā)生率。3、組成： （1）、輪速傳忎器-車輪角速度信號。 （2）、油泵和儲液室-對踏板行程進行補償，并產(chǎn)生反彈忎覺。 （3），油壓調(diào)節(jié)電磁閥-降壓-保壓-升壓，調(diào)節(jié)頻率為1012

8、次/S，反復進行。（4）、電腦ABS/ECU-接收各種伩號，進行邏輯分析，發(fā)令調(diào)節(jié)油壓，防止抱死。 （5）、ABS報警燈-紅色或黃色，用來報警和閃故障代碼。SW-ON燈亮24s后滅為好，或起動后滅也為好。如燈常亮，為有故障。4、油壓調(diào)節(jié)電磁閥有兩種型式：（1）兩位兩通2/2閥（電壓控制）；（2）三位三通3/3閥。（電流控制）。5、正確的使用ABS系統(tǒng)：（1）、車速低于15km制動，ABS不起作用。在制動試臺上也不起作用，測力結(jié)果，與ABS無關(guān)。（2）、油泵有兩次工作過程，一次是SW-on后，工作46s為自檢和抽空油室；再次是調(diào)壓過程中連續(xù)工作，使油液不斷循環(huán)，形成反彈和補償踏板行程。其他時間工

9、作為故障。 （3）、ABS工作時，踏板有反彈感，有時有間斷拖印，為正常狀態(tài)（因地面粗糙度不同）。（4）、拔下ABS保險絲制動，車輪應能抱死，說明正常制動系統(tǒng)良好。（5）、需用指定的高沸點制動油，防止熱衰退。采用對角放氣法，無其他額外的要求。（6）、它的電機、油泵、調(diào)壓電磁閥應整體換新。 （四）、電控防滑轉(zhuǎn)系統(tǒng)（ASR）：驅(qū)動輪防滑轉(zhuǎn)系統(tǒng)，英文縮寫：ASR系統(tǒng)。它通過調(diào)節(jié)驅(qū)動輪牽引力（Ft）實現(xiàn)防滑轉(zhuǎn)控制，也稱：牽引力控制系統(tǒng)TCS或TRC系統(tǒng)。應保證：Ft maxF；否則，車輪滑轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)而不走ASR應起作用。1、差速器的特性： 差速器的兩個特性： （1）差速特性N左+N右=2N殼。 此為：轉(zhuǎn)速特性

10、（N）。 （2）扭矩等分特性M左+M右=Mt； M左=M右=Mt / 2。此為：扭矩特性（M）。2、差速器特性的缺點：一輪打滑或懸空時，汽車原地不動。 N附=O；N滑=2N殼（根據(jù)N特性）。 M附=M滑（根據(jù)M特性）。無反作用力，發(fā)動機的功變?yōu)樾行驱X輪高速自轉(zhuǎn)摩擦功（M摩）。3、ASR系統(tǒng)的組成和工作原理： （1） 、組成它由：電腦ASR/ECU、電機油泵、儲壓器、3/3電磁閥、副節(jié)氣門、正反轉(zhuǎn)步進電機、選擇開關(guān)ASR/SW、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器組成。（2）、工作原理 A、在良好路面上，無輪速滑轉(zhuǎn)信號時左右驅(qū)動輪的牽引力相等，F(xiàn)t左+Ft右=F t總，ASR系統(tǒng)不起作用。B、在濕滑的路面上，如右驅(qū)

11、動滑轉(zhuǎn)時輪速為高頻信號，使3/3電磁閥動作，溝通油路，對該輪適當制動，產(chǎn)生倒轉(zhuǎn)的摩擦力矩Mm，它使差速器產(chǎn)生自轉(zhuǎn)力矩M自，并傳給附著良好的左輪。此時，左輪為： Ft左+Fm ，并減小了滑轉(zhuǎn)輪磨損。C、當兩個驅(qū)動輪都產(chǎn)生滑轉(zhuǎn)時ASR/ECU根據(jù)：輪速、車速、轉(zhuǎn)速信號，判定滑轉(zhuǎn)。即使副節(jié)氣門步進電機動作，適當關(guān)小副節(jié)氣門，并減小噴油量，使發(fā)動機扭矩Me適當減小，即使牽引力減小?？梢姡斣谂e升器上四輪懸空掛檔運轉(zhuǎn)時，發(fā)動機的轉(zhuǎn)速就難以提高。4、ABS/ASR兩系統(tǒng)共同調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)： ASR系統(tǒng)在ABS系統(tǒng)基礎(chǔ)上，增設(shè)相關(guān)裝置，共用一個電腦，兩系統(tǒng)制動壓力調(diào)節(jié)裝置是串并聯(lián)關(guān)系，因工作時機不同，防抱死調(diào)壓和

12、防滑轉(zhuǎn)調(diào)壓，相互假道，互不影響。5、 ABS/ASR兩系統(tǒng)的區(qū)別： （1）、ABS對驅(qū)動輪和非驅(qū)動輪都控制；ASR只對驅(qū)動輪進行控制。并有選擇開關(guān)控制其使用時機（濕滑時）。（2）、ABS控制期間，離合器分離，發(fā)動機為怠速狀態(tài)，傳動系無工作載荷，各車輪間無相互影響（差速器不工作）。 （3）、ASR控制期間，離合器接合，發(fā)動機不是怠速狀態(tài)。發(fā)動機旋轉(zhuǎn)慣量，對傳動系統(tǒng)有較大負載（扭振）。驅(qū)動輪間有較大的相互影響（差速器處于工作狀態(tài)）。 （4）、ABS是單環(huán)節(jié)控制系統(tǒng)；ASR是多環(huán)節(jié)控制系統(tǒng)。它包括：發(fā)動機控制環(huán)節(jié)、制動控制環(huán)節(jié)、轉(zhuǎn)向控制環(huán)節(jié)。（5）、ABS系統(tǒng)是利用輪速傳感器低頻、低電位信號調(diào)壓，工

13、作過程為：降壓、保壓、升壓；ASR系統(tǒng)是利用高頻、高電位信號調(diào)壓，工作過程為：升壓、保壓、降壓。（6）、ASR系統(tǒng)只在一定的車速范圍內(nèi)進行防滑轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)，當車速高于80km/h以上時，不起調(diào)節(jié)作用。（五）、電控巡航系統(tǒng)（CCS）：SRS“輔助約束裝置輔助約束裝置”縮寫，而縮寫，而“主要約束裝主要約束裝置置”是安全帶。安全氣囊成為必備裝備，用是安全帶。安全氣囊成為必備裝備，用來提高被動安全性。來提高被動安全性。汽車的安全性：一為，主動安全性汽車的安全性：一為，主動安全性-它決定它決定于制動、轉(zhuǎn)向、燈光、視野、環(huán)境的好壞。于制動、轉(zhuǎn)向、燈光、視野、環(huán)境的好壞。二為，被動安全性二為，被動安全性-即事故后

14、對人和物的保即事故后對人和物的保護功能。它決定于車身結(jié)構(gòu)好壞、安全帶護功能。它決定于車身結(jié)構(gòu)好壞、安全帶好壞、安全氣囊好壞。多釆用好壞、安全氣囊好壞。多釆用“雙氣囊雙氣囊”、“四氣囊四氣囊”配置。配置。1、安全氣囊系統(tǒng)、安全氣囊系統(tǒng)SRS的組成：的組成： 是由：電腦SRS/ECU、 碰撞傳感器、 螺旋電纜合、充氣元件、安全氣囊等組成。（1）、電腦是獨立控制系統(tǒng)，它有五個功能：A、電壓調(diào)節(jié)電路-維持電壓衡定，不受其他系統(tǒng)電器負載劇變的影響，提高系統(tǒng)的靈敏度和可靠性。B、安全傳感器-接收碰撞傳感器信號，邏輯判定碰撞性質(zhì)、程度大小，是一般性碰撞或傷亡性碰撞，決定是否引爆氣囊？引爆何方氣囊？C、備用電

15、源電路大容量電容器，防止碰撞后斷電，用自放電，引爆氣囊。D、引爆控制電路-接收安全傳感器信號，向氣囊電熱管發(fā)出大電流引爆指令。E、報警自診電路-正常時，SW/ON，燈亮，進入自檢。有故障燈常亮，并將故障存于EEPROM存儲器。無故障時，燈亮6秒后熄滅。（2）、碰撞傳感器、碰撞傳感器：慣性式電開關(guān)，輸入碰撞信號。碰撞慣性式電開關(guān)，輸入碰撞信號。碰撞慣性力超過定位彈簧設(shè)定值時，即導慣性力超過定位彈簧設(shè)定值時，即導通將信號輸送給安全傳感器?？刂普▽⑿盘栞斔徒o安全傳感器?？刂普娴难b于左右大燈附近；控制側(cè)面的面的裝于左右大燈附近；控制側(cè)面的裝于左右側(cè)門邊框下方。也可裝于電裝于左右側(cè)門邊框下方。也可裝

16、于電腦中，省了控制電腦中，省了控制電纜，減少了故障點。（3）、充氣元件）、充氣元件-由引爆由引爆管、點火藥、固體氮、氣囊組管、點火藥、固體氮、氣囊組成。引爆管點火后，點火藥將固體氮加熱，變?yōu)镹2氣體，沖入氣囊膨脹緩沖。上有薄膜泄氣孔，壓力和溫度達定值后泄氣，防止二次回彈傷害。司機側(cè)氣囊隨方向盤轉(zhuǎn)動，膨脹后為球形；乘員側(cè)氣囊在雜物箱上方，膨脹后為矩形，都為等待式緩沖元件；側(cè)氣囊在座椅靠背外側(cè)，膨脹后為枕頭狀，它為插入式緩沖元件。（4）、螺旋電纜合-是可轉(zhuǎn)動引爆導線，與電腦可靠轉(zhuǎn)動連接。由57個導線制成偏平電束，其中有兩根為引爆線，其余為喇叭和巡航開關(guān)導線。電束長度可達5m，松繞在合中，保證方向盤

17、向左、向右轉(zhuǎn)動兩圈半，仍為松繞導通狀態(tài)。2、安全氣囊的引爆條件：、安全氣囊的引爆條件： （1）、汽車碰撞后，為防止氣囊無為的損耗。正面碰撞引爆區(qū)為前方60，以便確定引爆何方氣囊。車速低于30km/h時發(fā)生碰撞，安全氣囊不引爆，只依靠安全帶收緊器定位。 （2）、車速較高，確認是傷亡性碰撞，才引爆氣囊。以便排除制動減速度所產(chǎn)生的慣性影響，防止誤引爆。（3）、傷亡性的碰撞有兩級波形，第一級沖擊波是車身軟組織變形產(chǎn)生的，是非傷亡性碰撞，一般不會引爆氣囊。第二級沖擊波是結(jié)構(gòu)組織硬化后產(chǎn)生的，成為剛性組織變形，波幅加大，才能引爆。3、安全氣囊不引爆的條件：、安全氣囊不引爆的條件： （1）、正面碰撞超過前方

18、60控制區(qū)時，只能使側(cè)向氣囊引爆。無側(cè)向氣囊時，即無側(cè)向保護作用。 （2）、受橫向碰撞或繞縱軸翻滾時，正面氣囊不會引爆，無側(cè)向氣囊時，即無側(cè)向保護作用。 （3）、受后方追尾碰撞時，因?qū)Τ藛T傷亡力度較小，且慣性力有別于正面碰撞，不會引爆氣囊。（七）、電控空氣懸架系統(tǒng)（ASC）的原理1、 優(yōu)點： 它是利用壓縮空氣作為懸架彈簧，其彈簧的剛度和減振能力及車身高度能自動控制。有三個功能：（1）在水平路面上高速行駛時使車身變低、彈簧變軟，以提高行駛的舒服性。（2）在凸凹不平的路面上行駛時使車身變高、彈簧變硬，以消除顛波，提高通過性和操縱穩(wěn)定性。（3）防止加、減速度及轉(zhuǎn)向時，縱向仰頭和栽頭及橫向傾斜，保持前

19、照燈光的光軸不變，以提高行駛的安全性。2、 組成： 由電腦ASC/ECU、各種傳感器、各種執(zhí)行元件組成。與電噴電腦ECU聯(lián)網(wǎng)工作。（1）、懸架控制開關(guān)在變速器手柄附近，為兩個蹺板式開關(guān)。司機根據(jù)路面和交通情況，選擇自動控制工作模式，其儀表盤上工作模式指示燈同步顯示。A、LRC開關(guān)選擇減振器的阻尼力和空氣彈簧的剛度： a、 NORM正常工作自動控制，以“軟模式為主”，提高行駛的舒服性； b、 SPORT高速運動自動控制，以“不軟不硬的中間模式為主”，提高汽車的操縱穩(wěn)定性；行駛中如果有急起步、急加速、急減速、急制動、急轉(zhuǎn)向等工況，ASC/ECU即根據(jù)各傳感器的信號，改變原設(shè)定的工作模式，改變減振器的阻尼力和空氣彈簧的剛度，自動轉(zhuǎn)為“高、硬模式”，以抵抗仰頭、栽頭、傾斜等癥候的產(chǎn)生，提高汽車的行駛和操縱穩(wěn)定性。當以上工況消失后，又自動恢復原設(shè)定工作模式。從而，實現(xiàn)空氣懸架“軟、中、硬”三檔次自動轉(zhuǎn)換。B、高度控制開關(guān)HI（高）或NORM（正常）工作模式，車身高度，即自動變高、變低控制。同上述原理，實現(xiàn)“高、中、低”三檔次的自動轉(zhuǎn)換。（2）、手動高度控制開