第二節　汽車電子控制系統基本原理

汽車電子控制系統事先將一系列的指令程序儲存在ECU程序存儲器中，這些指令程序在設計、制造時就已經定好了，電子控制單元輸入信號來自控制系統的各個傳感器。

ECU工作時接收分布在汽車各部位的傳感器送來的信號，它把這些輸入信息與存儲器中的“標準參數”進行比較，根據結果控制執行器采取相應的動作，如圖1-1所示。

一、發動機控制系統

1. 電控燃油噴射系統

汽油發動機電控燃油噴射系統可分為空氣供給系統和燃油供給系統2個主要部分。空氣供給系統向發動機提供清潔的空氣，并根據發動機工況控制進氣量，燃油供給系統供給發動機最佳計量的燃油。

在發動機電控燃油噴射系統（EFI）中，電子控制單元（ECU）主要根據進氣量確定基本的噴油量，再根據冷卻液溫度傳感器、節氣門位置傳感器等傳感器信號對噴油量進行修正，使發動機在各種運行工況下均能獲得最佳濃度的混合氣，從而提高發動機的動力性、經濟性和排放性。除噴油量控制外，電控燃油噴射系統還包括噴油正時控制、斷油控制和燃油泵控制。圖1-2為發動機電控燃油噴射系統。

2. 電控點火系統

電控點火系統（ESA）的主要功能是點火提前角控制。該系統根據各相關傳感器信號，判斷發動機的運行工況和運行條件，選擇最理想的點火提前角點燃混合氣，從而改善發動機的燃燒過程，以實現提高發動機動力性、經濟性和降低排放污染的目的。此外，電控點火系統還具有通電時間控制和爆燃控制功能。

電控點火系統（圖1-3）一般由傳感器、ECU、點火線圈、火花塞、點火故障報警器組成。電控點火系統在高電壓下產生火花，在最佳正時點燃壓縮在氣缸內的混合氣，根據所收到的由各個傳感器發來的信號，由發動機ECU實施控制，達到最佳的點火正時。

3. 怠速控制系統

怠速控制系統（ISC）是發動機輔助控制系統，其功能是在發動機怠速工況下，根據發動機冷卻液溫度、空調壓縮機是否工作、變速器是否掛入擋位等，通過怠速控制閥對發動機的進氣量進行控制，使發動機隨時以最佳怠速運轉，如圖1-4所示。

4. 排放控制系統

排放控制系統主要是對發動機排放控制裝置的工作實行電子控制。排放控制主要包括廢氣再循環（EGR）控制、活性炭罐電磁閥控制、氧傳感器和空燃比閉環控制、二次空氣噴射控制等。

5. 進氣控制系統

進氣控制系統的功能是根據發動機轉速和負荷的變化，對發動機的進氣進行控制，以提高發動機的充氣效率，從而改善發動機的動力性。

6. 增壓控制系統

增壓控制系統的功能是對發動機進氣增壓裝置的工作進行控制。在裝有廢氣渦輪增壓裝置的汽車上，ECU根據檢測到的進氣管壓力，對增壓裝置進行控制，從而控制增壓裝置對進氣增壓的強度。

7. 巡航控制系統

巡航控制系統是指駕駛人設定巡航控制模式后，ECU根據汽車運行工況和運行環境信息，自動控制發動機工作，使汽車自動維持一定車速行駛。

8. 警告提示系統

由ECU控制各種指示和報警裝置，一旦控制系統出現故障（如氧傳感器失效、油箱油溫過高等），警告提示系統能及時發出信號以警告提示。

9. 自診斷與報警系統

在發動機控制系統中，電子控制單元（ECU）都設有自診斷與報警系統，對控制系統各部分的工作情況進行監測。當ECU監測到來自傳感器或輸送給執行元件的故障信號時，立即點亮儀表板上的“CHECK ENGINE”燈（故障指示燈），以提示駕駛人發動機有故障，同時，系統將故障信息以設定的數碼（故障碼）形式儲存在存儲器中，以便幫助維修人員確定故障類型和范圍。對車輛進行維修時，維修人員可通過特定的操作程序（有些需借助專用設備）調取故障碼。故障排除后，必須通過特定的操作程序清除故障碼，以免與新的故障信息混淆，給故障診斷帶來困難。

10. 失效保護及應急備用系統

當傳感器或傳感器電路發生故障時，失效保護系統自動按電腦中預先設定的參考信號值工作，以便發動機能繼續運轉。如冷卻液溫度傳感器電路有故障時，可能會向ECU輸入低于-50℃或高于139℃的冷卻液溫度信號，失效保護系統將自動按設定的標準（冷卻液溫度信號80℃）控制發動機工作，否則會引起混合氣過濃或過稀，導致發動機不能工作。如果ECU收不到點火控制器返回的點火確認信號時，失效保護系統則立即停止燃油噴射，以防大量燃油進入氣缸而不能點火工作。

當控制系統電腦發生故障時，自動啟用應急備用系統（備用集成電路），按設定的信號控制發動機轉入強制運轉狀態，以防車輛停駛在路途中。應急備用系統只能維持發動機運轉的基本功能，但不能保證發動機性能。

二、變速器控制系統

電控液力自動變速器是在液力變速器基礎上增設電子控制系統而形成的。電控液力自動變速器通過傳感器和開關監測汽車和發動機的運行狀態，并將所獲得的信息轉換成電信號輸入到電控單元。電控單元根據這些信號，通過電磁閥控制液壓控制裝置的換擋閥，使其打開或關閉通往換擋離合器手制動器的油路，從而控制換擋時刻和擋位的變換，以實現自動變速。

電控液力自動變速器通過各種傳感器，將發動機轉速、節氣門開度、車速、發動機水溫、自動變速器液壓油溫度等參數轉變為電信號，并輸入到電腦；電腦根據這些電信號，按照設定的換擋規律，向換擋電磁閥、油壓電磁閥等發出電子控制信號；換擋電磁閥和油壓電磁閥再將電腦的電子控制信號轉變為液壓控制信號，閥板中的各個控制閥根據這些液壓控制信號，控制換擋執行機構的動作，從而實現自動換擋，如圖1-5所示。

三、底盤和車身控制系統　

1. ABC車身控制系統

ABC車身控制系統里的懸掛避震裝置安裝在車輪和車身之間。空氣風箱的位置安裝了一個螺旋彈簧和液壓缸。螺旋彈簧在車輪方向通過連接在減震器上的彈性盤來支撐，在車身方向則通過一個可移動的軸，使作用在懸掛上的附加力通過壓力油控制液壓缸伸縮來消除。圖1-6為ABC車身控制系統的組成部件。

2. DSC車身動態控制系統

寶馬汽車DSC車身動態控制系統中集成了ASC自動穩定控制系統和牽引力控制系統，能夠通過對出現滑轉趨勢的驅動輪進行選擇制動來控制驅動輪的滑轉狀態，從而相應地對車輛起到穩定作用。而在冰雪路面、沙漠或沙礫路面上，駕駛員只需按下一個按鈕就可以使車輛進入DTC模式，從而增強車輛在上述路面上的牽引力。同時，由于DSC車身動態控制系統的干預響應極限稍微延長，車輛的牽引力和驅動力也隨之增大，駕駛員能夠享受到非同尋常的運動駕駛體驗。DSC車身動態控制系統的另一個功能是CBC彎道制動控制，能夠在轉彎輕微制動時通過非對稱的制動力控制消除車輛轉向過度趨勢。

3. EBA緊急制動輔助裝置

在正常行車情況下，大多數駕駛員開始制動時只施加很小的力，然后根據實際情況增加或調整對制動踏板施加的制動力。但是如果必須突然施加大得多的制動力，或駕駛員反應過慢，這種方法會阻礙他們及時施加最大的制動力。這時就要用到EBA。

EBA通過駕駛員踩踏制動踏板的速率來理解駕駛員的制動行為，如果EBA察覺到制動踏板的制動壓力恐慌性增加，就會在幾毫秒內啟動全部制動力，其速率要比大多數駕駛員移動腳的速率快得多。EBA可顯著縮短緊急制動距離并有助于防止在停停走走的交通中發生追尾事故。

EBA實時監測制動踏板的運動。一旦監測到踩踏制動踏板的速率陡增，而且駕駛員繼續大力踩踏制動踏板，它就會釋放出儲存的180bar（1bar=10⁵Pa）的液壓力來施加最大的制動力。而駕駛員一旦釋放制動踏板，EBA系統則轉入待機模式。由于更早地施加了最大的制動力，因此緊急制動輔助裝置可顯著縮短制動距離。

4. EBD電子制動力分配控制

汽車制動時，如果4個輪胎附著地面的條件不同，比如，左側輪附著在濕滑路面，而右側輪附著于干燥路面，則4個輪子與地面的摩擦力不同，在制動時（4個輪子的制動力相同）就容易產生打滑、傾斜和側翻等現象。

EBD的功能就是在汽車制動的瞬間，高速計算出4個輪胎由于附著不同而導致的摩擦力數值，然后調整制動裝置，使其按照設定的程序在運動中高速調整，達到制動力與摩擦力（牽引力）的匹配，以保證車輛的平穩和安全。

當緊急剎車車輪抱死的情況下，EBD在ABS動作之前就已經平衡了每一個輪的有效抓地力，可以防止出現甩尾和側移，并縮短汽車制動距離。EBD實際上是ABS的輔助功能，它可以改善提高ABS的功效。

5. EDS電子差速鎖

EDS電子差速鎖是ABS的一種擴展功能，用于鑒別汽車的輪子是不是失去著地摩擦力，從而對汽車的加速打滑進行控制。同普通車輛相比，帶有EDS的車輛可以更好地利用地面附著力，從而提高車輛的運行性，尤其在傾斜的路面上，EDS的作用更加明顯。但它有速度限制，只有在車速低于40km/h時才會啟動，主要是防止起步和低速時打滑。

6. ESP電子穩定系統

ESP電子穩定系統的功能通常是支援ABS及ASR（驅動防滑系統，又稱牽引力控制系統）。它通過對從各傳感器傳來的車輛行駛狀態信息進行分析，然后向ABS、ASR發出糾偏指令，來幫助車輛維持動態平衡。ESP可以使車輛在各種狀況下保持最佳的穩定性，在轉向過度或轉向不足的情形下效果更加明顯。

ESP一般需要安裝轉向傳感器、車輪傳感器、側滑傳感器、橫向加速度傳感器等。ESP可以監控汽車行駛狀態，并自動向一個或多個車輪施加制動力，以保持車子在正常的車道上運行，甚至在某些情況下可以進行每秒150次的制動。目前ESP有3種類型：能向4個車輪獨立施加制動力的四通道或四輪系統；能對2個前輪獨立施加制動力的雙通道系統；能對2個前輪獨立施加制動力和對后輪同時施加制動力的三通道系統。

ESP最重要的特點就是它的主動性，如果說ABS是被動地作出反應，那么ESP卻可以做到防患于未然。

7. TCS牽引力控制系統

TCS牽引力控制系統，又稱循跡控制系統。其功能是能夠偵知輪胎貼地性的極限，在輪胎即將打滑的瞬間，自動降低或切斷傳到該輪上的動力，使之保持循跡性。汽車在光滑路面制動時，車輪會打滑，甚至使方向失控。同樣，汽車在起步或急加速時，驅動輪也有可能打滑，在冰雪等光滑路面上還會使方向失控而出危險。TCS就是針對此問題而設計的。

TCS依靠電子傳感器探測到從動輪速度低于驅動輪時（這是打滑的特征），就會發出一個信號，調節點火時間、減小氣門開度、減小油門、降擋或制動車輪，從而使車輪不再打滑。TCS可以提高汽車行駛穩定性，提高加速性，提高爬坡能力。TCS如果和ABS相互配合使用，將進一步增強汽車的安全性能。TCS和ABS可共用車軸上的輪速傳感器，并與行車控制單元連接，不斷監視各輪轉速，當在低速發現打滑時，TCS會立刻讓ABS動作來減少此車輪的打滑。如果在高速發現打滑時，TCS立即向行車控制單元發出指令，指揮發動機降速或變速器降擋，使打滑車輪不再打滑，防止車輛失控甩尾。