汽车电控技术分析 安世浩.doc
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1、商丘工学院毕业论文(设计)题目 汽车电控技术分析 院 别 机械工程学院 专 业 汽车检测与维修 学生姓名 安世浩 成 绩 指导教师 李晓红 2013年1月摘 要纵观近几十年来汽车技术方面的重大成就,几乎无一例外地是应用电子技术的结果,多年来,汽车工业的长足进步,都是以电子技术(特别是计算机、集成电路技术)为动力而实现的。而今一直未来汽车的发展不仅仅是汽车本身机械设备的发展,更主要是新型的电子技术在汽车上的应用。新型电子技术在汽车上应用使汽车的功能更加的多样化,只有多样化的功能才能满足用户的要求。而采用电子技术是解决汽车所面临的诸多技术问题的最佳方案。本文共分为3章:第1章主要介绍了电子技术在汽
2、车方面的运用(汽车电控技术)和汽车电控技术的发展;第2章分别从汽油发动机电控技术的运用、柴油机电控技术的运用、汽车底盘电控技术的运用、汽车其他电控技术的运用等方面详细介绍了电控技术在目前的应用现状,不论是汽油机还是柴油机,其发动机电控、车身电控、底盘电控以及其他方面电子技术的运用,无不告诉着我们目前电控技术的重要性;第3章综合我参考其他资料及个人的意见总结了汽车电控技术未来的发展。我认为:一个国家电子产业的水平及其在汽车工业领域的应用情况如何,就决定了它在未来的世界汽车行业竞争中能否掌握主动权。关键词:电控技术; 汽车工业; 未来发展目 录1前言11.1汽车电控技术的概论11.2汽车电控技术的
3、发展简介12汽车电控技术的应用现状42.1汽油发动机电控技术的应用42.1.1 汽油机电控概述42.1.2 电控汽油喷射系统42.1.3 汽油机点火系统52.1.4 发动机自我诊断技术52.2柴油机电控技术的应用简介62.3汽车底盘电控技术的应用62.3.1 汽车自动变速器62.3.2 汽车防抱死制动系统72.3.3 汽车转向控制82.3.4 汽车驱动防滑控制系统82.3.5 汽车悬架控制系统82.4汽车其他电控技术的应用92.4.1 汽车安全气囊控制系统92.4.2 汽车巡航控制系统92.4.3 汽车安全及防盗装置102.4.4 电子灯光控制系统102.4.5 汽车信息显示与传递系统103汽
4、车电控技术的发展前途12结论14参考文献151前言1.1 汽车电控技术的概论现代汽车电子控制技术是汽车技术与电子技术相结合的产物。随着汽车工业与电子工业的不断发展,在现代汽车上,电子技术的应用越来越广泛,汽车电子化的程度越来越高。20实际70年代中期,随着微型计算机开始在汽车上的应用,给汽车业带来了划时代的变化。可以说,今天的汽车已进入微机控制的时代,且日趋成熟和可靠。汽车电子控制系统基本由传感器、电子控制器(ECU)、驱动器和控制程序软件等部分组成,与车上的机械系统配合使用(通常与动力系统、底盘系统和车身系统中的子系统融合),并利用电缆或无线电波互相传输讯息,即所谓的“机电整合”,如电子燃油
5、喷射系统、制动防抱死控制系统、防滑控制系统、电子控制悬架系统、电子控制自动变速器、电子助力转向等。汽车电子控制系统大体可分为四个部分:发动机电子控制系统,底盘综合控制系统,车身电子安全系统,信息通讯系统。1.2汽车电控技术发展简介汽车业与电子业是世界工业的两大金字塔。近年来,汽车业与电子业的联系日趋密切。从发动机的燃油喷射、点火控制、怠速控制、进气控制、排放控制、故障诊断到底盘的传动系统,行驶系、转向系、制动系和车身及辅助装置,普遍采用了电子控制一体化,这是现代汽车的显著特点。在汽车零部件中,最初采用的电子装置是交流发电机的整流器。通过使用硅二极管,车用发电机改直流为交流。交流发电机结构紧凑、
6、故障少、成本低。1960年,美国克莱斯勒汽车公司和日本汽车公司开始采用硅二极管整流的交流发电机。此后不久,交流发电机迅速推广到全世界。我国适用于20世纪70年代,现已全部取代了直流发电机。20世纪60年代以来,发动机周围零部件的电子化显得十分活跃,尤其是电压调节器和点火装置电子化,并得到快速发展。1960年,美国通用汽车公司采用了IC调节器。IC调节器是在硅半导体的表现和内部,把晶体管、电阻和电容封装子一起,即把固体电路集聚在半导体硅切片上制成。这种电路结构紧凑、可靠性高、成本低、耗电少、反应敏捷、不需冷却,因而,迅速推动微机控制技术在汽车上的应用,并得到迅速发展。1973年,美国通用公司开始
7、采用IC点火装置,此后逐渐普及。随着排放标准的日趋严格,强烈要求增大点火能量,提高点火时刻的精度。IC点火控制能很好地满足这些要求,并使维护更简单。1974年,美国通用汽车公司开始装备加大火花塞电极间隙、增强点火能量的HEI高能点火系统。同时,在分电器内装上点火线圈和电子控制电路,力图将点火系统作成一体。1976年,克莱斯勒汽车公司首创电子控制点火系统。系统中使用了模拟计算机,根据输入的空气温度、进气温度、水温、转速和负荷,计算出最佳点火时刻。1977年通用公司开始使用数字式点火时刻控制系统。同年,福特公司将这种发动机上的电子控制系统扩展到同时控制排放再循环和二次空气喷射上。继之,日本、欧洲一
8、些国家也相继开发了自己的汽车电子控制系统。之后,又经过多次改进,其控制功能不断增多,性能更加先进。此后,化油器空燃比反馈、后备电路、自诊断功能相继被开发出来。1978年,德国的波许(Bosch)公司研制成D型电子控制汽油喷射系统,随后由开发了L型电子控制喷射系统,后来这些技术不断改进、完善。到1979年,发动机电子控制技术已达到相当高的程度。在除发动机以外的其它汽车零部件上,最先应用电子技术的是福特公司。1970年,福特公司开始应用电子防滑(防抱死)装置,随后有了电控变速器。1982年以后,微型计算机在汽车上的应用日趋成熟,主要是数字或电子控制。近年来,车用装置越来越向智能化方向发展,主要是提
9、高电子微处理器的级别,同时,驾驶辅助装置、警报安全装置、提高舒适性的装置、通信娱乐装置等等,相继采用了电子技术装置。这些装置的采用,对环保、节能、提高运行安全性和汽车综合性能具有重要的意义。1995年后,汽车电控技术有了新的发展,随着CAN总线技术和超大规模集成电路组成的高速车用微型计算机在汽车上的广泛应用,汽车电控系统对高复杂程度使用要求控制能力的提高,为汽车电子控制从现代电子控制系统向智能化电子控制系统发展创造了条件,近几年汽车运行过程的智能化控制系统已初露端倪。如动力系统最优化控制系统,通讯与导航协调控制系统安全驾驶监测预警告系统,自动防追尾碰撞系统,自动驾驶系统和电子地图等。2汽车电控
10、技术的应用现状2.1汽油发动机电控技术的应用尽管名义上汽车的电子化进程在上世纪50年代就已经开始,但真正意义上的汽车电子化是以汽油机电控技术的应用作为标志的,发动机是汽车最早实现电控的唯一总成部件,是电子控制技术在发动机上的应用带动和促进了汽车电控技术的发展。发动机集中管理系统开发成功,使汽车电控技术迈上集中控制技术的新高点。 2.1.1汽油机电控概述 发动机电控技术包含内容也很多,主要由发动机电控燃油喷射系统、发动机电控点火正时系统、发动机怠速控制系统三个部分组成。任何一个由微型号电脑控制的装置,都不得是由以下三个基本部分组成的:传感器控制电脑执行器 传感器是电脑控制系统的眼睛,它用于观察各
11、种变化的物理、化学量,并将这些物理、化学量转变为电脑可识别的电信号,例如水温传感器、空气流量计等。执行器是电脑控制系统的手,它用于执行电脑发出的各种命令,它可把命令变成对控制对象的具体动作,例如喷油器、怠速马达、点火线圈等。控制电脑是整个控制系统的指挥部,它用于分析处理各种信息,并操作各个执行器来完成整个系统工作。2.1.2电控汽油喷射系统现代汽车上,机械式或机电混合式燃油喷射系统趋于淘汰电控燃油喷射装置因其性能优越而得到日益普及。电控燃油喷射系统是20世纪60年代末开始发展起来的,与传统的化油器供油系统相比而其突出优点在于空燃比的控制更为精确,可实现最佳空燃比;且电喷技术提高了汽油的雾化、蒸
12、发性能,加速性能更好,发动机功率和转矩得以显著提高。这样能使发动机一直处于最优工作条件下运行,并使发动机的综合性能得到提高。汽油机采用电子燃油喷射技术(EFI)是现代汽车提高功率、降低油耗、减少污染的有效措施之一。EFI技术是一种高级的发动机电子管理系统,其基本工作原理是:由传感器将汽油机的工作运行状况,如负荷大小、转速快慢、进气温度等数据送给计算机进行处理,然后由控制执行元件来确定供油量,从而保证发动机在各种工况下的正常运行。当今的EFI已由单一控制发展到多项集中控制,根据汽车速度、环境温度和发动机转速等参数,自动对发动机的燃油喷射、空燃比、点火时间、怠速转速和废气再循环(EGR)等进行综合
13、控制。其效果为:输出功率提高10%,油耗下降10%,尾气排放降低90%,起动时间缩短50%,加速时间缩短50%(0100kmh)。2.1.3汽油机点火系统近年来,汽车发动机向着多缸、高转速、高压缩比的方向发展,人们还力图通过改善混合气的燃烧状况,以及燃用稀混合气,以达到减少排气污染和节约燃油的目的。这些都要求汽车的点火系统能够提供足够高的次级电压、火花能量和最佳点火时刻。传统点火系统已经不能满足这些要求。因此,近几十年来各国都在积极探索改进途径,并研制了一系列的电子点火系统。目前国内外汽车上使用的电子点火系统主要分为有触点的电子点火系统和无触点的电子点火系统两大类。无论是哪一类电子点火系统,都
14、是利用电子元件(晶体三极管)作为开关来接通或断开点火系统的初级电路,通过点火线圈来产生高压电。 电子点火系统也有闭环控制与开环控制之分:带有爆震传感器,能根据发动机是否发生爆震及时修正点火提前角的电控系统称为闭环控制系统;不带爆震传感器,点火提前控制仅根据电控单元内设定的程序控制的称为开环控制系统。2.1.4发动机自我诊断技术 计算机程序不断地将ECU的指令和系统的反应进行比较,同时检查各个传感器的信号是否可信,以此确定系统是否存在故障。根据使用情况一般可分为以下几类:1描述各电控总成工况参数的信号,这类信号的特点是各信号的数值都有正常的工作范围,当某传感器信号电压的数值超出了可能的范围,或者
15、虽未超出范围,但出现在不应当出现的工况,则可判为不可信。例如车速在90km/h,发动机转速3000r/min,进气歧管绝对压力65kPa时出现2%的节气门开度,这显然是不可信的。2可同时根据几个传感器的信号计算出同一个物理量(如空气流量),其计算结果与根据已被判定为无故障的传感器的计算结果不一致时,此传感器可判为有故障。3根据某传感器(如发动机冷却液温度传感器和氧传感器)信号变动所经历的时间和幅度,可判断系统是否存在某些方面的故障。2.2柴油机电控技术的应用简介 目前柴油机燃油喷射系统的电子控制主要有几种方式:有的采用共轨式电控喷油系统,有的采用电控单体泵或组合式电控单体泵,有的采用电控泵喷嘴
16、,有的采用电控分配泵,过去极少数也有采用电控直列泵。在商用车柴油机上用得多的是共轨式电控喷油系统、电控单体泵喷油系统和电控泵喷嘴喷油系统。英国Ricardo公司预估到20l0年欧洲在1213升车用柴油机燃油系统的构成中,共轨式电控喷油系统和电控单体泵喷油系统各占46%,电控泵喷嘴喷油系统约占8%左右。燃油供给系统的主要构成是供油泵、共轨和喷油器。 燃油供给系统的基本工作原理是:供油泵将燃油加压成高压,供入共轨内;共轨实际上是一种燃油分配管。储存在共轨内的燃油在适当的时刻通过喷油器喷入发动机气缸内。电控共轨系统中的喷油器是一种由电磁阀控制的喷油阀,电磁阀的开启和关闭由计算机控制。2.3汽车底盘电
17、控技术的应用2.3.1汽车自动变速器电控单元(ECU)根据传感器检测到的发动机转速、节气门开度、车速、发动机冷却液温度、自动变速器液压油温度等信号确定换档规律,并向电磁阀发出电子控制信号;电磁阀将该信号转变为液压控制信号,阀板中的各个控制阀根据这些液压控制信号,控制换档执行机构的动作,从而实现自动换档;电控自动变速器则在全液压控制自动变速器的基础上增加了一套电子控制系统,ECU根据节气门开度和车速等信号确定换档时刻,控制执行元件电磁阀工作,从而控制制动器和离合器工作,实现换档。对于电控自动变速器,采用节气门阀主要用于调节油道压力,而不用于控制换档时刻。电控自动变速器能实现最佳的换档规律,具有良
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