單元十一汽車微機控制系統(tǒng)介紹

單元十一汽車微機控制系統(tǒng)介紹1．正確描述汽車微機控制系統(tǒng)的組成部分，各部分的工作過程。2．簡單敘述汽車微機控制系統(tǒng)各傳感器、電控單元、執(zhí)行器的工作原理。3．會進行汽車微機控制系統(tǒng)簡單電路分析。4．能判別汽車微機控制系統(tǒng)各傳感器、電控單元、執(zhí)行器應用了那些電工電子知識

。目標要求1汽車微機控制概述一、汽車微機控制的優(yōu)點

由于微型計算機具有結構緊湊、工作可靠、功能強大、響應快速和價格低廉等優(yōu)點，所以目前的汽車已有很多系統(tǒng)實現(xiàn)了計算機控制，汽車實現(xiàn)計算機控制不僅可以改善和提高汽車的性能，還可以擴展汽車的控制內容，汽車計算機控制系統(tǒng)正朝著標準化、小型化、集成化和網(wǎng)絡化的方向發(fā)展。二、汽車微機控制主要項目目前汽車計算機控制已涉及到汽車的動力性、經(jīng)濟性、安全性、可靠性、凈化性和舒適性等諸多方面。三、汽車微機控制的分類根據(jù)控制環(huán)路可以將控制系統(tǒng)分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)兩類。在開環(huán)控制系統(tǒng)中，電控單元不對控制系統(tǒng)的輸出進行監(jiān)測，即不對實際輸出與期望輸出的差異進行監(jiān)測，如下圖a）所示。在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，電控單元通過反饋傳感器和反饋電路對控制系統(tǒng)的輸出進行連續(xù)監(jiān)測，并根據(jù)實際輸出與期望輸出的差異產生相應的修正信號，使隨后的實際輸出更進一步向期望輸出靠近，如下圖b）所示。閉環(huán)控制系統(tǒng)雖然比開環(huán)控制系統(tǒng)的結構復雜一些，但可以獲得開環(huán)控制系統(tǒng)無法獲得的控制精度。所以，在汽車計算機控制系統(tǒng)中廣泛采用閉環(huán)控制系統(tǒng)。2汽車微機控制系統(tǒng)的基本組成汽車計算機控制系統(tǒng)一般由感測控制信號的傳感器，以計算機為核心的電控單元和實現(xiàn)控制意圖的執(zhí)行器三部分組成，如下圖。

感器是系統(tǒng)中信息的輸入部分，它用于感測控制系統(tǒng)外部的信息，并將得到的信息轉換為電信號后傳輸給電控單元，輸入信息是引起控制系統(tǒng)發(fā)生變化的原因。電控單元是控制系統(tǒng)的中樞，是系統(tǒng)中的信息處理部分，它通過處理、分析和計算輸入信息形成控制指令，并將形成的控制決定傳輸給執(zhí)行器，信息處理是控制系統(tǒng)對輸入的響應過程。執(zhí)行器則是控制系統(tǒng)的輸出部分，它將電控單元形成的控制指令轉變?yōu)閷崿F(xiàn)控制目標的物理運動，輸出是系統(tǒng)根據(jù)輸入產生的結果。通常的控制系統(tǒng)一般在每個部分又會包含多個過程，傳感器將被測物理量轉變?yōu)殡娦盘柡笏腿胼斎腚娐?，輸入電路根?jù)輸入信號的情況對其進行轉換和放大后送入電控單元，電控單元對輸入信號進行處理并形成控制指令，形成的控制指令再經(jīng)過轉換和放大后送入執(zhí)行器或顯示器。執(zhí)行器是一些可以實現(xiàn)控制指令所要求動作的裝置，如電磁閥、繼電器和電動機等，顯示器則可以提供可視或可聽信號。一、電控單元

電控單元也稱ECU（ElectronicControlUnit），其主要作用是對輸入信號進行處理。根據(jù)計算機中存儲的程序對傳感器和控制開關輸入的各種信號進行運算、處理和判斷，形成相應的控制指令，并控制有關執(zhí)行器產生與控制指令對應的動作，使汽車被控系統(tǒng)實現(xiàn)快速、準確的控制。（一）輸入接口(1)信號預處理從傳感器來的信號,首先進入輸入回路。在輸入回路里,對輸入信號進行預處理,一般是在去除雜波和把正弦波變?yōu)榫匦尾ê?再轉換成輸入電平。(2)A/D轉換器（模擬/數(shù)字轉換器）從傳感器送出的信號,有模擬信號和數(shù)字信號兩種,其中相當一部分傳感器輸入的信號是模擬信號,如空氣流量計,水溫傳感器,節(jié)氣門位置傳感器等向微機輸入的都是變化緩慢的連續(xù)信號,他們經(jīng)過傳感器及輸入回路處理后,變成相應的電壓信號,但這些信號微機不能直接處理,需經(jīng)過相應的A/D轉換器,將模擬信號轉換成數(shù)字信號后才能輸入微機,如從空氣流量計輸入的為0～5V的模擬電壓信號,當輸入電平與A/D轉換器設定的量程相同時,則模擬信號經(jīng)A/D轉換器轉換成數(shù)字量后,才能輸入微機。（二）微型計算機微型計算機是發(fā)動機電子控制系統(tǒng)的神經(jīng)中樞。它能根據(jù)需要,把各種傳感器送來的信號和數(shù)據(jù)進行運算處理,并把處理結果（如噴射信號,點火正時信號）,送往輸出回路。微機主要由中央處理器（CPU）、存儲器和輸入、輸出口（I/O）等部分組成。如下圖所示。(1)中央處理器（CPU）中央處理器常叫CPU,它是整個控制系統(tǒng)的核心,是計算機的大腦。CPU主要由進行算術、邏輯運算的運算器、暫時存儲數(shù)據(jù)的寄存器、按照程序執(zhí)行各裝置之間信號傳送及控制任務的控制器等構成。

(2)存儲器存儲器的主要功能是存儲信息資料。存儲器一般分為兩種：能讀出也能寫入的存儲器叫隨機存儲器,簡稱RAM；只能讀出的存儲器叫只讀存儲器,簡稱ROM。(3)輸入與輸出口（I/O）輸入與輸出口是CPU與輸入裝置（傳感器）、輸出裝置（執(zhí)行器）間進行信息交流的控制電路。輸入，輸出裝置,一般都通過I/O接口才能與微機連接,因此,I/O口是微機與外界進行信息交換的紐帶。輸入、輸出口是微機系統(tǒng)不可缺少的部分,起著數(shù)據(jù)緩沖、電平匹配、時序匹配等多種功能。(4)總線總線是用來傳遞信息的內部連線。在微機系統(tǒng)中,中央處理器、存儲器與輸入、輸出口,通過傳遞信息的總線連接起來,它們之間的信息交換均要通過總線進行?？偩€按傳遞信息的類別可分為數(shù)據(jù)總線、地址總線與控制總線三種數(shù)據(jù)總線:主要用于傳遞數(shù)據(jù)和指令。地址總線:用于傳遞地址碼.在微機總線上,各器件之間的通訊,主要是靠地址碼準確地進行聯(lián)系.例如需要對存儲器內某單元進行存儲或讀出數(shù)據(jù)時,必須先將該單元的地址碼送到地址總線上,然后再送出寫入或讀出的指令,才能完成操作。控制總線:CPU可以通過它隨時掌握各器件的狀態(tài),并根據(jù)需要隨時向有關器件發(fā)出控制指令。二、輸出接口輸出接口為微機與執(zhí)行器之間建立聯(lián)系的一部分裝置。它將微機發(fā)出的決策指令,轉變成控制信號來驅動執(zhí)行器工作。輸出回路一般起著控制信號的生成和放大等功能。微機輸出的是數(shù)字信號,而且輸出的電流很小,用這種信號一般不能驅動執(zhí)行器工作,需要輸出電路將其轉換成可以驅動執(zhí)行器工作的控制信號。

由上可知,微機主要由中央處理器、存儲器、輸入/輸出接口等組成。隨著半導體集成工藝的發(fā)展,目前的微機多把CPU、一定容量的RAM和ROM以及I/O接口集成在一個芯片上,即所謂的單片機。如下圖所示。二、傳感器

汽車計算機控制系統(tǒng)的性能首先取決于獲取與控制過程有關的工作變量和參數(shù)的精度，傳感器可以通過多種方式將被測物理量轉換為電信號。汽車傳感器是電子控制系統(tǒng)的關鍵性部件，如果沒有各種傳感器，電子控制根本無法實現(xiàn)。因此，了解并掌握現(xiàn)代汽車傳感器的結構、原理、使用與檢修技術，對提高現(xiàn)代汽車電子控制系統(tǒng)的維修水平是十分重要的。汽車計算機控制系統(tǒng)中普遍測量的物理量是溫度、壓力、速度、位置、流量和氧氣濃度等。傳感器的性能指標包括測定范圍、精度、分辨率、響應特性、可靠性、耐久性、緊湊性、互換性和經(jīng)濟性等。汽車上常用的傳感器有1）進氣溫度與水溫傳感器，溫度傳感器常用的有熱敏電阻。2）進氣壓力傳感器3）空氣流量傳感器

4）霍爾效應式運動傳感器5）光電式運動傳感器6）電磁感應式車速傳感器

7）氧傳感器

8）爆震傳感器

三、執(zhí)行器現(xiàn)代汽車的電控系統(tǒng)中，接收信息的元件是傳感器，而接收控制信息產生作用的則是由執(zhí)行器來完成。執(zhí)行器是一種能量轉換部件，它能在電子控制裝置的控制下，將輸入的各種形式的能量轉換為機械動作，如電動機、離合器閥、氣門機構、電磁閥、電磁膜片等。執(zhí)行器的任務是根據(jù)控制信號去執(zhí)行規(guī)定運作以完成控制目標，如電磁閥的電流信號、指示燈或警告燈的亮滅信號、規(guī)定的周期脈沖信號、驅動步進電動機的一系列固定周期的脈沖信號和控制的電壓信號等，執(zhí)行器件與執(zhí)行機構配合，就能完成控制所需要的機械動作。汽車常用幾種執(zhí)行器

（一）繼電器汽車上采用的繼電器有常開繼電器、常閉繼電器和混合型繼電器繼電器線圈不通電時，繼電器觸點在其彈簧力作用下保持張開的位置，繼電器線圈通電后觸點閉合，常開繼電器常閉繼電器繼電器線圈不通電時，繼電器觸點在其彈簧力作用下保持閉合的位置，繼電器線圈通電后觸點張開混合式繼電器

繼電器有動合觸點和動斷觸點，繼電器線圈通電后常開觸點閉合，常閉觸點張開繼電器在汽車電路中的應用很廣泛，一些繼電器線圈電流由汽車電路中的某個工作電壓來控制，當電路中的受控電壓達到設定繼電器動作電壓時，繼電器觸點改變工作狀態(tài)，從而實現(xiàn)自動控制。計算機一般不能直接驅動電動機，它通過提供繼電器線圈一端搭鐵來激勵繼電器，繼電器通電后，便接通蓄電池到電動機的電路。計算機輸出驅動器控制電動門鎖

(二）電磁閥電磁閥是指在氣體或液體流動的管路中受電磁力控制開閉的閥體，它大量應用于汽車控制中。電磁閥的工作原理如下圖所示。在線圈不通電時，可動鐵心由于受到彈簧的作用而與固定鐵心脫離，閥門處于關閉狀態(tài)；當線圈通電時，可動鐵心克服彈簧的彈力作用而與固定鐵心吸合，閥門處于打開狀態(tài)，這樣就控制了液