單元十一汽車微機(jī)控制系統(tǒng)介紹

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

。目標(biāo)要求1汽車微機(jī)控制概述一、汽車微機(jī)控制的優(yōu)點(diǎn)

由于微型計(jì)算機(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、功能強(qiáng)大、響應(yīng)快速和價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，所以目前的汽車已有很多系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)控制，汽車實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制不僅可以改善和提高汽車的性能，還可以擴(kuò)展汽車的控制內(nèi)容，汽車計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)正朝著標(biāo)準(zhǔn)化、小型化、集成化和網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。二、汽車微機(jī)控制主要項(xiàng)目目前汽車計(jì)算機(jī)控制已涉及到汽車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、安全性、可靠性、凈化性和舒適性等諸多方面。三、汽車微機(jī)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(duì)控制系統(tǒng)的輸出進(jìn)行監(jiān)測(cè)，即不對(duì)實(shí)際輸出與期望輸出的差異進(jìn)行監(jiān)測(cè)，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(duì)控制系統(tǒng)的輸出進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，并根據(jù)實(shí)際輸出與期望輸出的差異產(chǎn)生相應(yīng)的修正信號(hào)，使隨后的實(shí)際輸出更進(jìn)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(jié)構(gòu)復(fù)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(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中廣泛采用閉環(huán)控制系統(tǒng)。2汽車微機(jī)控制系統(tǒng)的基本組成汽車計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)一般由感測(cè)控制信號(hào)的傳感器，以計(jì)算機(jī)為核心的電控單元和實(shí)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(cè)控制系統(tǒng)外部的信息，并將得到的信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)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(jì)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(duì)輸入的響應(yīng)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(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)現(xiàn)控制目標(biāo)的物理運(yùn)動(dòng)，輸出是系統(tǒng)根據(jù)輸入產(chǎn)生的結(jié)果。通常的控制系統(tǒng)一般在每個(gè)部分又會(huì)包含多個(gè)過程，傳感器將被測(cè)物理量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)后送入輸入電路，輸入電路根據(jù)輸入信號(hào)的情況對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)換和放大后送入電控單元，電控單元對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行處理并形成控制指令，形成的控制指令再經(jīng)過轉(zhuǎn)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(shí)現(xiàn)控制指令所要求動(dòng)作的裝置，如電磁閥、繼電器和電動(dòng)機(jī)等，顯示器則可以提供可視或可聽信號(hào)。一、電控單元

電控單元也稱ECU（ElectronicControlUnit），其主要作用是對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行處理。根據(jù)計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)的程序?qū)鞲衅骱涂刂崎_關(guān)輸入的各種信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算、處理和判斷，形成相應(yīng)的控制指令，并控制有關(guān)執(zhí)行器產(chǎn)生與控制指令對(duì)應(yīng)的動(dòng)作，使汽車被控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確的控制。（一）輸入接口(1)信號(hào)預(yù)處理從傳感器來的信號(hào),首先進(jìn)入輸入回路。在輸入回路里,對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理,一般是在去除雜波和把正弦波變?yōu)榫匦尾ê?再轉(zhuǎn)換成輸入電平。(2)A/D轉(zhuǎn)換器（模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器）從傳感器送出的信號(hào),有模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)兩種,其中相當(dāng)一部分傳感器輸入的信號(hào)是模擬信號(hào),如空氣流量計(jì),水溫傳感器,節(jié)氣門位置傳感器等向微機(jī)輸入的都是變化緩慢的連續(xù)信號(hào),他們經(jīng)過傳感器及輸入回路處理后,變成相應(yīng)的電壓信號(hào),但這些信號(hào)微機(jī)不能直接處理,需經(jīng)過相應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換器,將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后才能輸入微機(jī),如從空氣流量計(jì)輸入的為0～5V的模擬電壓信號(hào),當(dāng)輸入電平與A/D轉(zhuǎn)換器設(shè)定的量程相同時(shí),則模擬信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后,才能輸入微機(jī)。（二）微型計(jì)算機(jī)微型計(jì)算機(jī)是發(fā)動(dòng)機(jī)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(hào)和數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理,并把處理結(jié)果（如噴射信號(hào),點(diǎn)火正時(shí)信號(hào)）,送往輸出回路。微機(jī)主要由中央處理器（CPU）、存儲(chǔ)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(gè)控制系統(tǒng)的核心,是計(jì)算機(jī)的大腦。CPU主要由進(jìn)行算術(shù)、邏輯運(yùn)算的運(yùn)算器、暫時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的寄存器、按照程序執(zhí)行各裝置之間信號(hào)傳送及控制任務(wù)的控制器等構(gòu)成。

(2)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器的主要功能是存儲(chǔ)信息資料。存儲(chǔ)器一般分為兩種：能讀出也能寫入的存儲(chǔ)器叫隨機(jī)存儲(chǔ)器,簡(jiǎn)稱RAM；只能讀出的存儲(chǔ)器叫只讀存儲(chǔ)器,簡(jiǎn)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(jìn)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(jī)連接,因此,I/O口是微機(jī)與外界進(jìn)行信息交換的紐帶。輸入、輸出口是微機(jī)系統(tǒng)不可缺少的部分,起著數(shù)據(jù)緩沖、電平匹配、時(shí)序匹配等多種功能。(4)總線總線是用來傳遞信息的內(nèi)部連線。在微機(jī)系統(tǒng)中,中央處理器、存儲(chǔ)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(jìn)行。總線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(jī)總線上,各器件之間的通訊,主要是靠地址碼準(zhǔn)確地進(jìn)行聯(lián)系.例如需要對(duì)存儲(chǔ)器內(nèi)某單元進(jìn)行存儲(chǔ)或讀出數(shù)據(jù)時(shí),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(shí)掌握各器件的狀態(tài),并根據(jù)需要隨時(shí)向有關(guān)器件發(fā)出控制指令。二、輸出接口輸出接口為微機(jī)與執(zhí)行器之間建立聯(lián)系的一部分裝置。它將微機(jī)發(fā)出的決策指令,轉(zhuǎn)變成控制信號(hào)來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器工作。輸出回路一般起著控制信號(hào)的生成和放大等功能。微機(jī)輸出的是數(shù)字信號(hào),而且輸出的電流很小,用這種信號(hào)一般不能驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器工作,需要輸出電路將其轉(zhuǎn)換成可以驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器工作的控制信號(hào)。

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

汽車計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的性能首先取決于獲取與控制過程有關(guān)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(cè)物理量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。汽車傳感器是電子控制系統(tǒng)的關(guān)鍵性部件，如果沒有各種傳感器，電子控制根本無法實(shí)現(xiàn)。因此，了解并掌握現(xiàn)代汽車傳感器的結(jié)構(gòu)、原理、使用與檢修技術(shù)，對(duì)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(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中普遍測(cè)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(biāo)包括測(cè)定范圍、精度、分辨率、響應(yīng)特性、可靠性、耐久性、緊湊性、互換性和經(jīng)濟(jì)性等。汽車上常用的傳感器有1）進(jìn)氣溫度與水溫傳感器，溫度傳感器常用的有熱敏電阻。2）進(jìn)氣壓力傳感器3）空氣流量傳感器

4）霍爾效應(yīng)式運(yùn)動(dòng)傳感器5）光電式運(yùn)動(dòng)傳感器6）電磁感應(yīng)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(chǎn)生作用的則是由執(zhí)行器來完成。執(zhí)行器是一種能量轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換為機(jī)械動(dòng)作，如電動(dòng)機(jī)、離合器閥、氣門機(jī)構(gòu)、電磁閥、電磁膜片等。執(zhí)行器的任務(wù)是根據(jù)控制信號(hào)去執(zhí)行規(guī)定運(yùn)作以完成控制目標(biāo)，如電磁閥的電流信號(hào)、指示燈或警告燈的亮滅信號(hào)、規(guī)定的周期脈沖信號(hào)、驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的一系列固定周期的脈沖信號(hào)和控制的電壓信號(hào)等，執(zhí)行器件與執(zhí)行機(jī)構(gòu)配合，就能完成控制所需要的機(jī)械動(dòng)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(shí)，繼電器觸點(diǎn)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(diǎn)閉合，常開繼電器常閉繼電器繼電器線圈不通電時(shí)，繼電器觸點(diǎn)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(diǎn)張開混合式繼電器

繼電器有動(dòng)合觸點(diǎn)和動(dòng)斷觸點(diǎn)，繼電器線圈通電后常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)張開繼電器在汽車電路中的應(yīng)用很廣泛，一些繼電器線圈電流由汽車電路中的某個(gè)工作電壓來控制，當(dāng)電路中的受控電壓達(dá)到設(shè)定繼電器動(dòng)作電壓時(shí)，繼電器觸點(diǎn)改變工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。計(jì)算機(jī)一般不能直接驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，它通過提供繼電器線圈一端搭鐵來激勵(lì)繼電器，繼電器通電后，便接通蓄電池到電動(dòng)機(jī)的電路。計(jì)算機(jī)輸出驅(qū)動(dòng)器控制電動(dòng)門鎖

(二）電磁閥電磁閥是指在氣體或液體流動(dòng)的管路中受電磁力控制開閉的閥體，它大量應(yīng)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(shí)，可動(dòng)鐵心由于受到彈簧的作用而與固定鐵心脫離，閥門處于關(guān)閉狀態(tài)；當(dāng)線圈通電時(shí)，可動(dòng)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