第一章 汽車電子控制技術(shù)基礎(chǔ)

第一節(jié) 汽車電子控制技術(shù)概述

一、汽車電子控制技術(shù)發(fā)展的必然性與應(yīng)用現(xiàn)狀

1. 汽車電子控制技術(shù)發(fā)展的必然性

汽車在現(xiàn)代社會(huì)的生產(chǎn)與生活中是不可或缺的運(yùn)輸與交通工具，但汽車在對(duì)現(xiàn)代文明作出巨大貢獻(xiàn)的同時(shí)，也給人類帶來了嚴(yán)重的負(fù)面影響，使人類面臨著環(huán)境污染、石油資源短缺、道路交通事故等方面的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

在新能源全面替代石油之前，節(jié)能是人們對(duì)汽車最為迫切的要求，這離不開汽車電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用。例如，電噴發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油噴射技術(shù)和電子點(diǎn)火控制技術(shù)，使得發(fā)動(dòng)機(jī)中燃油的燃燒更加及時(shí)、充分；發(fā)動(dòng)機(jī)配氣相位可變控制技術(shù)、進(jìn)氣諧波增壓控制技術(shù)等，使發(fā)動(dòng)機(jī)充氣效率更高，發(fā)動(dòng)機(jī)功率更大。

汽車運(yùn)行時(shí)排放的廢氣和噪聲會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，而電子控制技術(shù)在解決汽車排放污染問題方面同樣起到了至關(guān)重要的作用。實(shí)際上，發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射技術(shù)、點(diǎn)火控制技術(shù)及怠速控制技術(shù)等，在提高汽車經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，也有效地降低了汽車的排放。

提高汽車的安全性是人類迫切需要解決的另一項(xiàng)重大問題。汽車的安全性除了在車身、輪胎等方面采用一些改進(jìn)措施外，相關(guān)電子控制技術(shù)的運(yùn)用也起到了不可替代的作用。例如，汽車緊急制動(dòng)時(shí)因?yàn)檐囕啽蓝斐蓚?cè)滑和甩尾的制動(dòng)安全問題，只有采用了防抱死電子控制技術(shù)才能得到解決；再如，汽車防滑轉(zhuǎn)控制技術(shù)在增大牽引力的同時(shí)，也很好地提高了汽車的操縱穩(wěn)定性。

現(xiàn)代汽車已不僅僅是簡單的交通運(yùn)輸工具，人們還追求汽車駕駛和乘坐時(shí)的舒適性。對(duì)汽車舒適性的要求同樣離不開電子控制技術(shù)的應(yīng)用。例如，電子控制懸架裝置可根據(jù)需要改變懸架的剛度和阻尼，在提升操縱穩(wěn)定性的同時(shí)，提高了汽車乘坐舒適性；再如，汽車動(dòng)力轉(zhuǎn)向電子控制系統(tǒng)可根據(jù)車速的快慢控制轉(zhuǎn)向助力的大小，同時(shí)滿足了轉(zhuǎn)向輕便和良好路感的需要，使駕駛操作輕便靈活。

2. 汽車電子控制技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

汽車電子控制技術(shù)的應(yīng)用在提高汽車動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、安全性、舒適性等方面起到了不可替代的作用，因而在汽車上已得到了廣泛的應(yīng)用。

（1）應(yīng)用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的電子控制技術(shù)

發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制技術(shù)主要有燃油噴射控制、點(diǎn)火控制、發(fā)動(dòng)機(jī)怠速控制、燃油蒸發(fā)排放控制、廢氣再循環(huán)控制、配氣相位可變控制、進(jìn)氣諧波增壓控制等（表1-1）。這些電子控制技術(shù)的應(yīng)用，使得汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性有了明顯的提高，而排氣污染則有明顯降低。在現(xiàn)代汽車上，燃油噴射控制系統(tǒng)、點(diǎn)火控制系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)怠速控制裝置、燃油蒸發(fā)排放控制裝置等電子控制技術(shù)已基本普及，其他電子控制技術(shù)在一些汽車上也逐步得到推廣應(yīng)用。

（2）應(yīng)用于汽車底盤的電子控制技術(shù)

底盤電子控制技術(shù)主要有防抱死制動(dòng)系統(tǒng)、防滑轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)、動(dòng)力轉(zhuǎn)向電子控制系統(tǒng)、自動(dòng)變速器電子控制系統(tǒng)、電子控制懸架系統(tǒng)等（表1-2）。這些電子控制技術(shù)的應(yīng)用，使汽車行駛的安全性和乘坐舒適性都有很大的提高。

（3）應(yīng)用于汽車車身的電子控制技術(shù)

車身電子控制技術(shù)主要有汽車巡航控制系統(tǒng)、安全氣囊裝置、汽車自動(dòng)空調(diào)、電子儀表系統(tǒng)、電子防盜系統(tǒng)及自適應(yīng)前照燈等（表1-3）。這些電子控制技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)汽車安全性和舒適性的提高同樣也起到至關(guān)重要的作用。

3. 汽車電子控制技術(shù)未來的發(fā)展

（1）機(jī)械裝置的電動(dòng)化和電控化

汽車上的機(jī)械裝置的電動(dòng)化和電控化仍將是汽車電子控制技術(shù)發(fā)展的一個(gè)方向。例如：電子節(jié)氣門、電動(dòng)水泵、線控動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、磁感應(yīng)式制動(dòng)系統(tǒng)等。其中，電子節(jié)氣門、電動(dòng)水泵已經(jīng)開始在汽車上使用。這些電動(dòng)及電控技術(shù)的應(yīng)用，使汽車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、制動(dòng)安全性、操縱穩(wěn)定性等會(huì)有進(jìn)一步提高。

（2）各電子控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)集中控制

由于汽車上的電子控制技術(shù)應(yīng)用越來越多，各電子控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)集中控制是汽車電子控制技術(shù)發(fā)展的一個(gè)必然趨勢。用一個(gè)控制器實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)控制功能（各系統(tǒng)集中控制）的優(yōu)點(diǎn)，是可使控制系統(tǒng)相關(guān)的信息資源共享，各系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制也會(huì)更容易，控制的精度也更高。

現(xiàn)代汽車各電子控制系統(tǒng)的集中已經(jīng)有較為廣泛的應(yīng)用，例如：發(fā)動(dòng)機(jī)集中控制實(shí)現(xiàn)了對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)各個(gè)電子控制系統(tǒng)的集中協(xié)調(diào)控制；汽車動(dòng)力控制實(shí)現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)與自動(dòng)變速器的集中協(xié)調(diào)控制；車距自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)控制、防滑轉(zhuǎn)控制、防抱死制動(dòng)控制等的集中協(xié)調(diào)控制。未來汽車的發(fā)展，將實(shí)現(xiàn)整車各電子控制系統(tǒng)的集中協(xié)調(diào)控制。

（3）向著信息化和智能化的方向發(fā)展

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、無線通信技術(shù)、全球定位系統(tǒng)以及電子儀表等，將更加廣泛地應(yīng)用于汽車，使得汽車不僅是機(jī)電一體化的高科技產(chǎn)品，更是高度信息化的交通工具，汽車的使用價(jià)值將會(huì)更高，公路交通也會(huì)更加通暢。具有自動(dòng)駕駛功能的智能型汽車已經(jīng)成為當(dāng)今世界汽車業(yè)研究與開發(fā)的熱點(diǎn)，具有自動(dòng)駕駛功能且網(wǎng)聯(lián)化的智能型汽車現(xiàn)在已處于開發(fā)和試運(yùn)行狀態(tài)，必將是未來汽車發(fā)展的方向。

二、汽車電子控制系統(tǒng)的基本組成

1. 汽車電子控制系統(tǒng)的組成框圖

現(xiàn)代汽車上有多個(gè)電子控制系統(tǒng)，這些電子控制系統(tǒng)均由相關(guān)的傳感器、電子控制器和相應(yīng)的執(zhí)行器組成。發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)工作流程如圖1-1所示。

2. 汽車電子控制系統(tǒng)各組成部分的作用

如果將汽車電子控制系統(tǒng)比喻為一個(gè)人，在電子控制系統(tǒng)中，各傳感器好比是人的“感覺器官”，電子控制器就像人的“大腦”，而執(zhí)行器則是人的“行動(dòng)器官”。

傳感器：在汽車電子控制系統(tǒng)中，各個(gè)傳感器用來“感知”汽車的行駛工況與狀態(tài)、發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行工況與狀態(tài)等，感知過程是將反映工況與狀態(tài)的物理參量（例如：車速、加/減速度、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、進(jìn)氣流量、發(fā)動(dòng)機(jī)溫度、節(jié)氣門開度等）轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號(hào)，并通過信號(hào)線路輸送給電子控制器，以使控制器能準(zhǔn)確判斷被控對(duì)象當(dāng)前的工況與狀態(tài)。

電子控制器：汽車在電子控制系統(tǒng)中，電子控制器的作用是“分析判斷”，通過對(duì)傳感器輸入的電信號(hào)進(jìn)行分析與綜合處理，并輸出控制信號(hào)，控制執(zhí)行器工作，將被控對(duì)象控制在設(shè)定的工作狀態(tài)。電子控制器由相應(yīng)的硬件和軟件組成，它是電子控制系統(tǒng)的核心部件。

執(zhí)行器：在汽車電子控制系統(tǒng)中，執(zhí)行器的作用是“完成行為動(dòng)作”，根據(jù)控制器輸出的控制信號(hào)迅速響應(yīng)，將被控對(duì)象的控制參量迅速調(diào)整到設(shè)定值，使發(fā)動(dòng)機(jī)在設(shè)定的狀態(tài)下工作。