第一章 汽車電子控制技術基礎

第一節 汽車電子控制技術概述

一、汽車電子控制技術發展的必然性與應用現狀

1. 汽車電子控制技術發展的必然性

汽車在現代社會的生產與生活中是不可或缺的運輸與交通工具，但汽車在對現代文明作出巨大貢獻的同時，也給人類帶來了嚴重的負面影響，使人類面臨著環境污染、石油資源短缺、道路交通事故等方面的嚴峻挑戰。

在新能源全面替代石油之前，節能是人們對汽車最為迫切的要求，這離不開汽車電子技術的廣泛應用。例如，電噴發動機的燃油噴射技術和電子點火控制技術，使得發動機中燃油的燃燒更加及時、充分；發動機配氣相位可變控制技術、進氣諧波增壓控制技術等，使發動機充氣效率更高，發動機功率更大。

汽車運行時排放的廢氣和噪聲會對環境造成嚴重污染，而電子控制技術在解決汽車排放污染問題方面同樣起到了至關重要的作用。實際上，發動機燃油噴射技術、點火控制技術及怠速控制技術等，在提高汽車經濟性的同時，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措施外，相關電子控制技術的運用也起到了不可替代的作用。例如，汽車緊急制動時因為車輪抱死而造成側滑和甩尾的制動安全問題，只有采用了防抱死電子控制技術才能得到解決；再如，汽車防滑轉控制技術在增大牽引力的同時，也很好地提高了汽車的操縱穩定性。

現代汽車已不僅僅是簡單的交通運輸工具，人們還追求汽車駕駛和乘坐時的舒適性。對汽車舒適性的要求同樣離不開電子控制技術的應用。例如，電子控制懸架裝置可根據需要改變懸架的剛度和阻尼，在提升操縱穩定性的同時，提高了汽車乘坐舒適性；再如，汽車動力轉向電子控制系統可根據車速的快慢控制轉向助力的大小，同時滿足了轉向輕便和良好路感的需要，使駕駛操作輕便靈活。

2. 汽車電子控制技術應用現狀

汽車電子控制技術的應用在提高汽車動力性、經濟性、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用。

（1）應用于汽車發動機的電子控制技術

發動機電子控制技術主要有燃油噴射控制、點火控制、發動機怠速控制、燃油蒸發排放控制、廢氣再循環控制、配氣相位可變控制、進氣諧波增壓控制等（表1-1）。這些電子控制技術的應用，使得汽車發動機的動力性和經濟性有了明顯的提高，而排氣污染則有明顯降低。在現代汽車上，燃油噴射控制系統、點火控制系統、發動機怠速控制裝置、燃油蒸發排放控制裝置等電子控制技術已基本普及，其他電子控制技術在一些汽車上也逐步得到推廣應用。

（2）應用于汽車底盤的電子控制技術

底盤電子控制技術主要有防抱死制動系統、防滑轉控制系統、動力轉向電子控制系統、自動變速器電子控制系統、電子控制懸架系統等（表1-2）。這些電子控制技術的應用，使汽車行駛的安全性和乘坐舒適性都有很大的提高。

（3）應用于汽車車身的電子控制技術

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

3. 汽車電子控制技術未來的發展

（1）機械裝置的電動化和電控化

汽車上的機械裝置的電動化和電控化仍將是汽車電子控制技術發展的一個方向。例如：電子節氣門、電動水泵、線控動力轉向系統、磁感應式制動系統等。其中，電子節氣門、電動水泵已經開始在汽車上使用。這些電動及電控技術的應用，使汽車的動力性、經濟性、制動安全性、操縱穩定性等會有進一步提高。

（2）各電子控制系統實現集中控制

由于汽車上的電子控制技術應用越來越多，各電子控制系統實現集中控制是汽車電子控制技術發展的一個必然趨勢。用一個控制器實現多項控制功能（各系統集中控制）的優點，是可使控制系統相關的信息資源共享，各系統的協調控制也會更容易，控制的精度也更高。

現代汽車各電子控制系統的集中已經有較為廣泛的應用，例如：發動機集中控制實現了對發動機各個電子控制系統的集中協調控制；汽車動力控制實現了發動機與自動變速器的集中協調控制；車距自動控制系統實現了發動機控制、防滑轉控制、防抱死制動控制等的集中協調控制。未來汽車的發展，將實現整車各電子控制系統的集中協調控制。

（3）向著信息化和智能化的方向發展

計算機網絡技術、無線通信技術、全球定位系統以及電子儀表等，將更加廣泛地應用于汽車，使得汽車不僅是機電一體化的高科技產品，更是高度信息化的交通工具，汽車的使用價值將會更高，公路交通也會更加通暢。具有自動駕駛功能的智能型汽車已經成為當今世界汽車業研究與開發的熱點，具有自動駕駛功能且網聯化的智能型汽車現在已處于開發和試運行狀態，必將是未來汽車發展的方向。

二、汽車電子控制系統的基本組成

1. 汽車電子控制系統的組成框圖

現代汽車上有多個電子控制系統，這些電子控制系統均由相關的傳感器、電子控制器和相應的執行器組成。發動機電子控制系統工作流程如圖1-1所示。

2. 汽車電子控制系統各組成部分的作用

如果將汽車電子控制系統比喻為一個人，在電子控制系統中，各傳感器好比是人的“感覺器官”，電子控制器就像人的“大腦”，而執行器則是人的“行動器官”。

傳感器：在汽車電子控制系統中，各個傳感器用來“感知”汽車的行駛工況與狀態、發動機的運行工況與狀態等，感知過程是將反映工況與狀態的物理參量（例如：車速、加/減速度、發動機轉速、進氣流量、發動機溫度、節氣門開度等）轉變為相應的電信號，并通過信號線路輸送給電子控制器，以使控制器能準確判斷被控對象當前的工況與狀態。

電子控制器：汽車在電子控制系統中，電子控制器的作用是“分析判斷”，通過對傳感器輸入的電信號進行分析與綜合處理，并輸出控制信號，控制執行器工作，將被控對象控制在設定的工作狀態。電子控制器由相應的硬件和軟件組成，它是電子控制系統的核心部件。

執行器：在汽車電子控制系統中，執行器的作用是“完成行為動作”，根據控制器輸出的控制信號迅速響應，將被控對象的控制參量迅速調整到設定值，使發動機在設定的狀態下工作。