汽车电子控制装置教案_汽车电子控制系统教案
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智能化上。
随着人工智能技术的飞速发展，将人工智能用于汽车系统控制已成为不争的事实。
二、汽车电子控制技术的现状与发展趋势
目前，国外汽车上应用较多、较为成熟的电子控制装置大致可分为四个方面 : 1.仪表通信
仪表通信类的应用主要有电子钟、电子油耗表、电子温度计、电子车速里程表、电子转速表、旅程计算器、燃料消耗计、电子定时、电子化图示仪表盘、电话及其通信装置、各种报警(灯丝切断，排气温度，水面，液面，未关门，未系安全带等)。
仪表通信类即将采用的新技术主要有大型电子化薄式仪表盘、多路信息传输、光纤通信传输、惯性导航、卫星导航、屏幕显示街道图及交通阻塞状况图、多功能综合屏幕显示等。
2.发动机及传动系
发动机及传动系已经采用的技术主要有交流发电机的整流及集成调节器、电子点火(全晶体管式，集成式，无触点分电器式，一体化点火线圈式)、点火正时控制、废气再循环控制(氧传感器)、燃油喷射电子控制、电子控制化油器、柴油机最佳参数电子控制(喷射，进气，正时等)、发动机最佳参数电子控制(空燃比，点火，废气再循环，怠速，爆燃控制，喷射控制等)、车速自动控制、柴油机启动控制、增压器自动控制、变速器电子控制、离合器电子控制、却系电
子控制、冷启动控制、换挡提示器、发动机停缸控制、车速感应的动力转向装置等。
发动机及传动系即将采用的新技术主要有发动机气缸电子控制、发动机和传动系综合控制、无级变速和自适应速度控制、热电变换、蓄电池容量余值显示、自动巡航系统、电子控制消声器、电子控制动力转向等。
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。
§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(Electric Control Unit，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。
修正用 传感器 曲轴位置传感器 水温传感器 氧传感器 爆燃传感器 节气门位置传感器 其他传感器 ECU 基本测量用 用于检测空气量 传感器 用于检测发动机转速 电磁喷油器 电子点火 怠速控制 废气再循环 其他控制
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，因此它有利于提高燃油经济性和降低有害物的排放。
顺序喷射正时图
三、喷油量的控制 ① 启动时喷油控制
发动机启动时的基本喷油时间不是根据进气量(或进气压力)和发动机转速计算确定的，而是ECU根据启动信号和当时的冷却水温度，计算出启动时的喷油持续时间。
② 启动后的喷油控制
发动机转速超过预定值时，ECU确定的喷油信号持续时间满足下式： 喷油信号持续时间=基本喷油持续时间×喷油修正系数+电压修正值
式中，喷油修正系数是各种修正系数的总和。A.基本喷油量的控制
根据发动机转速信号和进气管压力信号确定喷油量，是以进气量与进气管压力成正比为前提的，这一前提只在理论上成立。
实际工作中，进气脉动使充气效率变化，进行再循环的排气量的波动也影响进气量测量的准确度。B.启动后喷油量的修正
在确定基本喷油时间的同时，ECU由各种传感器获得发动机运行工况信息，对基本喷油时间进行修正。a.启动后加浓
发动机完成启动后，点火开关由启动(STA)位置转到接通点火(ON)位置，或发动机转速已达到或超过预定值，ECU额外增加喷油量，使发动机保持稳定运行。喷油量的初始修正值根据冷却水温度确定，然后以一固定速度下降，逐步达到正常。b.暖机加浓
冷机时，燃油蒸发性差，为使发动机迅速进入最佳工作状态，必须供给浓混合气。
在冷却水温度低时，ECU根据水温传感器(THW)信号相应增加喷射量。c.进气温度修正
通常以20℃为进气温度信号的标准温度，低于20℃时，空气密度大，ECU增加喷油量，使混合气不致过稀；
进气温度高于20℃时，空气密度减小，ECU使喷油量减少，以防混合气太浓。d.大负荷加浓
发动机在大负荷工况下运转时，要求使用浓混合气以获得大功率。ECU根据发动机负荷增加喷油量。
发动机负荷状况可以根据节气门开度或进气量的大小确定，故ECU可根据进气压力传感器、空气流量计、节气门位置传感器输送的信号判断发动机负荷状况，决定相应增加的燃油喷射量。
大负荷的加浓量约为正常喷油量的10%到30%。有些发动机的大负荷加浓量还与冷却水温度信号(THW)有关。e.过渡工况修正
发动机在过渡工况下运行时(即汽车加速或减速行驶)，为获得良好的动力性、经济性、响应性，空燃比应作相应变化，即需要适量调整喷油量。f.怠速修正(只用于D型EFI系统)在D型EFI系统中，决定基本喷油时间的进气管压力，在过渡工况时，相对于发动机转速将产生滞后。
怠速时发动机转速越低，这种滞后时间越长，怠速就越不稳定。
随进气压力增大或转速降低，增加喷油量；随进气压力减少或转速增高，减少喷油量。g.断油控制 ① 减速断油
发动机在高速下运行急减速时，节气门完全关闭，为避免混合气过浓、燃料
经济性和排放性能变差，ECU停止喷油。
当发动机转速降到某预定转速之下或节气门重新打开时，喷油器投入工作。② 发动机超速断油。
为避免发动机超速运行，发动机转速超过额定转速时，ECU控制喷油器停喷。电子控制自动变速器用到的信号输入装置有传感器和开关，产生的信号一般有脉冲、模拟、开关3种形态。
速度传感器产生脉冲信号，温度传感器产生模拟信号，选择开关则产生开关信号。
§2-6 点火控制
一、控制点火系统的组成控制点火系统主要有ECU、传感器、各种控制开关、点火线圈、火花塞和点火执行器组成。
1、传感器
凸轮轴位置传感器是确定曲轴基准位置和点火基准的传感器，它保证ECU控制点火系统正常工作最基本的信号。
空气流量传感器是确定进气量大小的传感器，该信号除用来计算基本喷油量外，还用作负荷信号来计算和读取基本点火提前角。
进气温度传感器信号反映发动机吸入空气的温度，利用该信号对基本点火提前角进行休整；另外利用该信号控制启动和发动机暖机期间的点火提前角。节气门位置传感器将节气门开度转换成电压信号，以便ECU利用该信号和车速传感器信号来综合判断发动机所处的工况（怠速、中等负荷、大负荷或减速），并对点火提前角进行修正。
爆震传感器用于点火提前角闭环控制系统，利用该信号来判断发动机是否发生爆震，从而对点火提前角进行修正。各开关信号用于修正点火提前角。
2、ECU ECU是燃油喷射控制系统和点火控制系统的控制核心，存储了该型号发动机在各种工况下的最佳点火提前角，并按预先编制的程序进行计算和判断后，向点火控制器发出最佳点火提前角和点火线圈初级电路导通时间的控制信号。
3、点火控制器
点火控制器是控制点火系统的功率输出级，它接受ECU输出的点火控制信号并进行功率放大，以便驱动点火线圈工作。
二、点火时刻的控制过程
实际点火提前角＝初始提前角+基本提前角+修正提前角
起动期间:固定值 起动后
基本点火提前角的控制：由转速和负荷确定
点火提前角的修正：
部分负荷工况根据冷却水温、进气温度和节气门位置等信号修正。
满负荷工况要特别小心控制点火提前角，以免产生爆震。
最大和最小提前角的控制：微处理器计算的点火提前角必须控制在一定范围内，否则发动机很难正常运转。
三、闭合角的控制
闭合角控制电路的作用是：根据发动机转速和蓄电池电压调节闭合角，以保
证足够的点火能量。在发动机转速上升和蓄电池电压下降时，闭合角控制电路使闭合角加大，即延长一次侧电路的通电时间，防止一次侧储能下降，确保点火能量。
点火线圈的次级电压是和初级电路断开时的初级电流成正比。通电时间短时，初级电流小，会使感应的次级电压偏低，容易造成失火。初级电流大，对点火有利；但通电时间过长，会使点火线圈发热，甚至烧坏，还会使能耗增大。因此要控制一个最佳通电时间。
四、发动机爆震的控制
最常见的是利用发动机的爆震信号作为反馈信息，用来控制大负荷等工况下的点火提前角；
爆震传感器将发动机的爆震状况反馈给ECU，一旦爆震程度超过规定的标准，ECU立即发出点火系统推迟点火；当爆震程度低于规定的标准时，ECU又会将点火时刻提前，循环调节点火时刻的结果，使发动机始终处于临界爆震的工作状态。
§2-7 怠速控制
怠速一般是指发动机对外无功率输出时，以最低转速运转。
怠速转速过高，会增加燃油消耗量。因此，怠速转速应尽可能低。但考虑到减少有害物的排放，怠速转速又不能过低。另外，考虑所有怠速使用条件下，如冷车运转与电器负荷、空调装置、自动变速器、动力转向伺服机构的接入等情况，它们都会引起怠速转速的变化，使发动机怠速不稳甚至会引起熄火现象。怠速时，节气门处于关闭状态，空气通过节气门缝隙及旁通节气门的怠速调节通道进入发动机，由空气流量计（或进气歧管压力传感器）检测该进气量，并根据转速及其它修正信号控制喷油量，使转矩与发动机本身内部阻力矩相平衡，保证发动机在怠速下稳定运转。当发动机的内部阻力矩发生变化时，怠速运转转速将会发生变化。发动机怠速控制装置的功能就是自动维持发动机怠速稳定运转。
一、怠速控制原理
ECU根据从各传感器的输入信号所决定的目标转速与发动机的实际转速进行比较，根据比较得出的差值，确定相当于目标转速的控制量，去驱动控制空气量的执行机构，使怠速转速保持在目标转速附近。
二、节气门直动式控制
节气门直动式怠速控制装置是通过控制节气门开启程度，调节空气流通的面积，达到控制进气量，实现怠速控制的三、旁通空气式控制
为了控制发动机怠速运转的速度，根据来自发动机ECU的信号，怠速控制阀
增加或减少流过节气门旁通通道的空气量。
§2-8 汽油机进气控制
一、进气惯性增压控制系统
进气惯性增压控制系统，是利用进气流惯性产生的压力波提高进气效率。
二、动力阀控制装置
动力阀控制装置是安装在进气管上，控制进气管空气通道的大小。它可以根据发动机不同负荷来改变进气量，以改善发动机的性能。
小负荷时，真空电磁阀控制动力阀关闭，进气通道变小，发动机输出小功率，来提高燃油经济性；大负荷时，真空电磁阀打开，进气通道变大，发动机输出大功率。
三、废气涡轮增压控制
利用废气排出时的流速，驱动涡轮旋转，涡轮旋转使进气管中的气流增加而增压。
发动机所需要的增压压力目标值大小由ECU根据发动机的运行情况（如加速情况、冷却水温度、爆震状况和进气空气量等）确定。增压压力由进气管压力传感器检测，并作为反馈信号输入ECU，ECU根据其与增压压力目标值的差值，发出不同占空比的脉冲信号（频率为20Hz），控制电磁阀平均开始时间的长短，以调节真空膜盒中的控制压力的大小，控制废气涡轮增压器废气放气阀的开度或可变喷嘴环的角度，从而控制增压器的轮速，产生发动机所需的目标值增压压力。
§2-9 汽油机的排放控制
汽车发动机作为一个大气污染源，应该采取各种有效措施予以治理和改造。现代汽车采取了多种排放控制措施来减少汽车的排气污染，如三元催化转换、废气再循环（EGR）、活性碳罐蒸发控制系统等。
一、废气再循环控制
废气再循环简称为 EGR（Exhaust Gas Recirculation）系统，是目前用于降低NOx排放的一种有效措施。它是将一部分排气引入进气管与新混合气混合后进入气缸燃烧，从而实现再循环，并对送入进气系统的排气进行最佳的控制。EGR系统净化NOx的基本原理是：排气中的主要成分是CO2、H2O和N2等，这三种气体的热容量较高。当新混合气和部分排气混合后，热容量也随之增大。在进行相同发热量的燃烧时，与不混合时相比，可使燃烧温度下降，这样就抑制NOx生成，因为NOx 主要是在高温富氧的条件下生成的。
但是过度的废气再循环，使混合气的着火性能和发动机输出功率下降，将会影响发动机的正常运行，特别是在怠速、低转速小负荷及发动机处于冷态运行时，再循环的废气将会明显降低发动机的性能。
因此应根据发动机结构、工况及工作条件的变化自动调整参与再循环的废气量，并选择NOx排放量多的发动机运转范围，进行适量的EGR控制。通常，EGR的控制指标采用EGR率表示，其定义如下
EGR率 =[ EGR气体流量/（吸入空气量+EGR气体流量）]×100%
1、固定EGR率的电子式EGR控制：
在发动机工作时，ECU根据各传感器，如曲轴位置传感器、冷却液温度传感
器、节气门位置传感器、点火开关等送来的信号，确定发动机目前在哪一种工况下工作，以输出指令，控制废气再循环电磁阀打开或关闭，从而控制废气再循环控制阀打开或关闭，使废气再循环进行或停止。
2、可变EGR率的电子式EGR控制：
可变EGR率废气再循环控制的工作原理是：根据发动机台架试验确定的EGR率与发动机转速、进气量的对应关系，将有关数据存入发动机ECU内的ROM中。发动机工作时，ECU根据各种传感器送来的信号，确定发动机在哪一种工况工作，经过查表和计算修正、输出适当的指令，控制电磁阀的开度，以调节废气再循环的EGR率。
3、闭环控制式的EGR控制：
新鲜空气经节气门进入稳压箱，发动机排气中的一部分（还流废气）经控制阀进入稳压箱，稳压箱中设置有EGR率传感器，它对稳压箱中新鲜空气与废气所形成的混合气中的氧气浓度不断地进行检测，并将检测结果输入ECU。ECU经过分析计算后向控制阀输出控制信息，不断地调整EGR率，使废气再循环的 EGR率时刻在ECU的控制下保持在理想状态，从而有效地减少NOx的排放量。二、三元催化转换控制
该装置装发动机排气管前，把发动机排放废气中的有害气体转化成无毒气体。
三元催化转换器所用的催化剂是铂（或钯）和铑的混合物，催化剂理想工作温度为400~800度。
三元催化转换器只有在理论空燃比14.7附近很窄的范围内工作时，其转换效率才能达到最佳。
三元催化转换器能对排气中的CO、HC、NOx同时进行净化处理。化学反应为： 2NO + 2CO = N2 + 2CO2 2C2H6 + 7O2 = 4CO2 + 6H2O 2CO + O2 = 2CO2
三、活性碳罐蒸发污染控制
为了防止燃油蒸汽直接排向大气而产生污染，同时提高燃油的经济性而采用的装置。
油箱的汽油蒸气通过单向阀进入活性碳罐上部，空气从碳罐下部进入清洗活性碳。在碳罐右上方有一定量排放小孔及受真空控制的排放控制阀，排放控制阀上部的真空度由碳罐控制电磁阀控制，而碳罐控制电磁阀受ECU控制。
§2-10 故障自诊断系统一、自诊断系统的功能及工作情况
发动机运转过程中，ECU内部的故障自诊断电路随时监测各个传感器和执行器的工作状况，一旦发现传感器或执行器参数异常或功能失效时，系统就会接通仪表盘上的故障指示灯电路。
系统同时将检测到的故障内容以故障码的形式存储在RAM中，以便维修人员读取。
二、故障码的显示
故障码是用数字代表出现故障的系统或故障的大致范围。不同的厂家，故障码有所不同，读取方法也不完全一样。常见的有：
1、脉冲电压显示
1）、电压脉冲宽度相同，十位与个位间有一较短的暂停时间，故障码与故障码之间有一较长的暂停时间。
2）、电压脉冲宽度不同，宽脉冲表示十位，短脉冲表示个位，十位与个位间有一较短的暂停时间，故障码与故障码之间有一较长的暂停时间。
3）、电压脉冲宽度相同，位与位间有一较短的暂停时间，故障码与故障码之间有一较宽的电压脉冲。
4）、脉冲电压不同，5V的电压脉冲表示十位，0V的电压脉冲表示个位，故障码与故障码之间以较长的2.5V电压区分。
2、数字显示
故障码以数字的形式显示在组合仪表的显示屏上。
3、发光二极管显示
发光二极管显示法的二极管一般装在ECU上，根据二极管数量的不同，分个二极管显示式、2个二极管显示式和4个二极管显示式。
1个二极管的与仪表板上的故障指示灯闪烁表示法相同；
2个二极管中，红色的显示十位，绿色的显示个位；
4个二极管则采用8、4、2、1码方式显示；
§2-11 安全保险功能和备用系统一、安全保险功能
当电控发动机某一传感器、执行器或控制部分出现故障时，如果ECU仍然按原来的方式控制发动机运行，就可能使发动机或其他部件也出现故障。例如，发动机点火系统出现故障时，ECU仍控制喷油器继续喷油，混合气过浓，未燃烧的混合气进入排气净化装置（三元催化器）后，继续燃烧，使三元催化器温度急剧升高而损坏。
为了避免这种情况的发生，ECU系统一般会启动安全保险功能。手提电脑的备用电池，电脑的UPS等就是类似的安全保险功能。
二、备用系统
当ECU内的控制系统出现故障时，备用系统立即启动，用固定的信号进行控制。该系统仅仅只能维持基本运行性能，而不能保持正常的运行性能。
1、启动备用系统条件
（1）、当微处理器停止输出点火正时控制信号时。
（2）、当进气歧管压力信号电路出现开路或短路时。
2、备用系统工作状态
当ECU的监视器监测到微处理器出现异常时，先接通故障检查指示灯，提醒驾驶员注意，同时自动转换到备用系统工作状态。
备用系统是个简易的控制系统，主要是根据启动信号和怠速触点状态，选择一固定喷油时间和点火提前角进行控制。由于不是最佳参数，故只能维持基本运行性能，使车辆继续行驶，而不能保持正常的运行性能。
§2-12 柴油机电子控制系统一、概述
国际上受日益严格的排放法规限制，目前柴油机电子控制技术在国外达到60%--90%。
柴油机电子控系统组成，与汽油机一样仍然有信号输入装置、电控单元ECU、执行器三部分。
柴油机电子控系统的技术特点：一是其关键技术和在柴油喷射电控执行器上；二是柴油电子控制喷射系统的多样化。
二、电控柴油喷射系统分类
电控柴油喷射系统按直接控制的量来分有位置控制和时间控制两类。
位置控制保留了传统的喷油泵、高压油管和喷油器，以及喷油泵中的齿条齿圈、滑套等控制油量的机械传动机构，只是对齿条或滑套的运动位置控制由原来的机械调速器改为微处理器控制；时间控制系统可以保留原来的喷油泵、高压油管和喷油器，也可以用新型的高压燃油系统，用高速电磁阀直接控制高压燃油的喷射。
三、电子控制柴油喷射系统的控制原理
ECU根据各传感器（包括发动机转速、加速踏板位置、齿条位置、喷油时刻、车速及进气压力、进气温度、冷却水温及燃油温度传感器）实时检测到的发动机运行参数，与ECU中预先存储的参数值或图谱相比较，按其最佳值或计算后的目标值把指令输送给执行器。执行器根据ECU的指令，控制喷油量和喷油正
时。
1、喷油量控制
是由ECU控制电动调速器中的控制套筒的位置来实现增减喷油量。ECU根据加速踏板位置和发动机转速传感器送来的信号，首先算出该工况下的基本喷油量；其次，根据进气压力、进气温度、冷却水温传感器、起动机和空调器等信号，对该基本喷油量进行修正；并且还有根据溢流环位置传感器的信号进行反馈修正，以确定最佳喷油量。
2、喷油时刻的控制
ECU按发动机转速和加速踏板的位置确定出基本喷油时刻，然后根据进气压力、冷却水温度、起动信号和正时器活塞位置信号等，对该时刻加以补充修正，最后确定出与各工况相适应的喷油时刻控制信号，并以该信号控制喷油正时控制阀的工作。
3、怠速转速的控制
ECU根据加速踏板位置传感器、车速传感器、起动信号以及发动机转速信号等，决怠速控制何时开始进行；另外还根据水温传感器、空挡开关和空调器等信号，计算出此时的目标怠速转速，并计算出与该转速相适应的喷油量；还根据发动机转速的反馈信号，不断对喷油量进行修正，以确保发动机在目标怠速转速下稳定运转。
4、进气节流控制
是通过ECU控制电磁阀来控制进气节流阀控制怠速进气量，停车时关断进气降低怠速噪声停机振动。
5、预热塞通电控制
通过ECU控制预热塞的通电时间来提高柴油机低温起动和低温怠速运转。
6、废气再循环控制
减少排气中的NOx排放量，与汽油机电控系统相同。
7、涡轮增压
柴油机的转速不易提高，要提高输出功率，必须增大柴油机的转矩，而采用废气涡轮增压是增大功率的一种有效手段。
8、自诊断和安全功能
ECU控制系统具有故障自诊断功能，当系统发生异常时，系统采用指示灯点亮的方式来报警。
柴油机电控系统
§3-1 自动变速器的分类和基本结构
一、概述：变速器是一种满足汽车在不同工况需要不同转速和扭矩等要求的装置。
自动变速器的采用，使汽车的驾驶变得方便，乘着舒适性大大提高。轿车自动变速器的装车率，日本高达78%，美国为70%，德国为62%，中国为24%。
1、自动变速器的作用
（1）自动适时地换挡
（2）减轻驾驶员的劳动强度
2、自动变速器的优点
(1)汽车起步平稳，能吸收、衰减振动与冲击；提高乘坐的舒适性。(2)自动适应行驶阻力和发动机工况的变化，实现自动换挡，有利于提高汽车的动力性和平均车速。
(3)液力变矩器使传动系的动载荷减小，提高了汽车的使用寿命。(4)驾驶操纵简单，实现换挡自动化，有利于行车安全。(5)能以较低的车速稳定行驶，提高车辆在坏路上的通过性。(6)减少了废气污染。
二、分类
自动变速器的驱动方式、挡位数、变速齿轮的结构形式、变矩器的结构类型
及换挡控制形式等都有不同之处。
1、按结构分类：液控液压式自动变速器、机械无级自动变速器和电控液压式自动变速器三种。
2、按汽车驱动方式分类 ：前轮驱动自动变速器和后轮驱动自变速器。
以上两种为书上的分类，其实还有很多分类。就象人的分类一样，可以按性别，年龄，身份，高矮，胖瘦，地域，国籍，肤色等。
3、按自动变速器前进挡位数分类 ：2挡自动变速器、3挡自动变速器、4挡自动变速器等。
4、按变矩器的类型分类 ：普通液力变矩器式、综合液力变矩器式和带闭锁离合器的液力变矩器式自动变速器三种。
5、按齿轮传动机构的类型分类：普通齿轮式和行星齿轮式两种。
6、按控制方式分类：全液压自动变速器和电子控制自动变速器两种。
7、按工作原理分类 ：液力自动变速器(AT)、机械自动变速器(AMT)和无级自动变速器(CVT)三种。
三、基本结构
现代汽车自动变速器多由以下几部分组成：液力变矩器、油泵、行星齿轮机构、液压自动换挡控制系统、电控装置、冷却和滤油装置以及变速器油等。
§3-2 液力变矩器
一、液力变矩器的作用
液力变矩器位于自动变速器的最前端，安装在发动机的飞轮上。它是通过工作轮叶片的相互作用，引起机械能与液体能的相互转换来传递动力，通过液体动量矩的变化来改变转矩的传动元件，具有无级连续改变速度与转矩的能力。
二、液力偶合器的工作原理
液力传动装置的基本形式为液力偶合器与液力变矩器。
液力偶合器的基本构件是具有若干径向平面叶片的、构成工作腔的泵轮和涡轮。
动力传递的原理
如果准备两台电风扇，将它们相对放置，间距几厘米，然后接通其中一台电风扇电源，则另外一台电风扇也会以同样方向旋转。
三、液力变矩器的结构和工作原理
汽车的液力变矩器由泵轮，涡轮和导轮组成。
泵轮为主动件，它与飞轮连接；涡轮为被动件，它与变速器输入轴连接；导轮介于两轮的液流之间，它与变速器的壳体导管连接。
液力变矩器的结构与偶合器的区别是在泵轮与涡轮之间增加了一个固定在单向离合器上的导轮。
§3-3行星齿轮变速系统一、行星齿轮变速系统的作用和分类
单排行星齿轮
单排行星齿轮机构由太阳齿轮、内齿圈（内齿轮）、行星齿轮架和行星齿轮。单个行星排是两个自由度机构，单行星排的输入与输出轴可实现减(超)速、等速或反转(倒挡)，即两个前进一个倒车的3个排挡。
若一种齿轮固定，另一种齿轮作驱动轮，则剩下的一种齿轮就可以变速转动输出动力。
固定的方法是：内齿轮采用制动器，太阳齿轮采用单向离合器，行星齿轮的固定是指固定行星齿轮支架。实际行星齿轮变速器中是多个行星排的组合轮系。
行星齿轮机构简图
二、几种典型的行星齿轮变速器
目前自动变速器中的行星齿轮变速器大多为三自由度结构，主要有三类：即辛普森(Simpson)式、拉维娜(Ravigneaux)式及CR—CR式。1)辛普森结构
这是以发明者Simpson工程师命名的结构，其结构特点是由两个完全相同齿轮参数的行星排组成，如图所示。
优点是齿轮种类少、加工量少、工艺性好、成本低； 以齿圈输入、输出，强度高，传递功率大； 无功率循环，效率高； 组成的元件转速低，换挡平稳。
辛普森3挡行星齿轮变速器
4挡辛普森结构 2)拉维娜结构
拉维娜行星齿轮机构是由一个单行星排与一个双星行星排组合而成的复合式行星机构。
拉维娜行星齿轮机构共用一行星架、长行星轮和齿圈，故它只有4个独立元件。
其特点是构成元件少、转速低、结构紧凑、轴向尺寸短、尺寸小、传动比变
化范围大、灵活多变、适合FR式布置。
拉维娜结构 3)CR-CR结构
CR-CR结构是指将2组单行星排的行星架C和齿圈R分别组配的变速器，其特点是变速比大、效率高、元件轴转速低。
§3-4 液压控制系统一、液压控制系统的功用
液压系统是自动变速器的重要组成部分，为液力变矩器提供传动介质，完成变速器自动换挡控制。
同时，它还保证变速器各部分的润滑，使变速器得到可靠的散热和冷却。可见，液压系统起到传动、控制、操纵、冷却和润滑等功能。
二、液压系统的组成自动变速器的液压系统由动力源、执行机构、控制机构、冷却润滑系统等组成。
动力源是被液力变矩器泵轮驱动的油泵，执行机构是指行星齿轮系统的离合器、制动器，控制机构由主油路调压装置、换挡阀和缓冲安全装置及液力变矩器控制装置组成。
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