汽车电子控制技术上.ppt
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1、 汽车电子控制技术汽车电子控制技术授课教师:张洪坤授课教师:张洪坤 参考书目参考书目l现代汽车电子技术与装置现代汽车电子技术与装置 北京理工大学出版社,1999年1月,皇甫鉴,范明强l汽车电器与电子控制系统汽车电器与电子控制系统 人民交通出版社,1999年3月,寇国瑗,杨生辉等l现代汽车电子控制技术现代汽车电子控制技术 国防工业出版社,2006年5月,罗玉涛l汽车电子控制技术汽车电子控制技术 人民交通出版社,2005年10月,冯崇毅绪论绪论授课教师:张洪坤授课教师:张洪坤第一章第一章概概述(基础知识)述(基础知识)第二章第二章发动机电子控制技术发动机电子控制技术第三章第三章电子控制自动变速系统
2、电子控制自动变速系统第四章第四章汽车电子防抱死制动系统汽车电子防抱死制动系统第五章第五章汽车巡航控制系统汽车巡航控制系统第六章第六章电子控制安全气囊电子控制安全气囊第七章第七章电子控制悬架系统电子控制悬架系统第八章第八章车上网络技术车上网络技术第九章第九章汽车电控系统设计汽车电控系统设计主主要要内内容容绪论绪论授课教师:张洪坤授课教师:张洪坤 第一章第一章概概述述 第一节第一节 汽车电子技术的发展历史和现状汽车电子技术的发展历史和现状 一、汽车电子技术的发展历史:一、汽车电子技术的发展历史:传统汽车主要由机械部件构成,较少采用电子装置,结构和性能的改善由机械装置实现 汽车电子化进程经历了:汽车
3、电子化进程经历了:二极管、三极管、小规模集成 电路、中规模集成电路、大规模集成电路到超大规模集成电路、微处理机及复杂控制系统。60年代初:年代初:采用简单的电子装置,二极管整流的交流发电机、电子调节器、采用晶体管的电子点火装置等 80年代以来:年代以来:电子技术广泛应用于汽车 目前:目前:汽车电子化程度已成为衡量一个国家汽车生产技术水平的重要标志绪论绪论授课教师:张洪坤授课教师:张洪坤 第一章第一章概概述述 衡量方法:衡量方法:平均每台汽车电子装置的费用 平均每台汽车电子装置所占汽车成本的比例美国:自60年代初开始汽车电子装置费用逐年增加 1970 1980 1990 1995 2000年以后
4、美元:25 248 872 1600 20004000 电子元器件所占整车成本比例 1970 1980 1990 1995 2000以后 8.4%10%13%20%40%以上 绪论绪论授课教师:张洪坤授课教师:张洪坤发发动动机机传传动动系系交流发电机的整流及集成调节器交流发电机的整流及集成调节器点火控制方面点火控制方面1电电子子点点火火装装置置:全晶体管式、集成式、无触电分电式、一体化点火线圈式)2点点火火正正时时控控制制:普通电子点火系与传统点火系控制原理同,靠机械调节装置完成,受机械结构和性能的限制,控制精度低。微机控制点火提前角:控制精度大大提高燃燃油油供供给给方方面面:电子化油器、电子
5、燃油喷射控制发发动动机机最最佳佳电电子子控控制制(发发动动机机管管理理系系统统):点火、空燃比、废气再循环、怠速、爆震、喷射等柴油机最佳电子控制柴油机最佳电子控制离离合合器器电电子子控控制制:自动离合器,自动分离、结合自动变速控制自动变速控制巡航控制巡航控制转转向向控控制制:车速感应动力转向电子控制动力转向发发动动机机和和传传动动系系的的综综合合控控制制:涉涉及及车车上网络通信上网络通信 现代汽车电子装置的种类现代汽车电子装置的种类绪论绪论授课教师:张洪坤授课教师:张洪坤安全性方面舒适性方面电子防抱死制动控制(电子防抱死制动控制(ABS)驱动防滑控制(驱动防滑控制(ASR)牵引力控制(牵引力控
6、制(TCS)安安全全气气囊囊、安安全全带带自自控控(自自动动锁锁紧紧、未未系报警)系报警)电子主动悬架电子主动悬架报报警警装装置置:防防盗盗报报警警、防防撞撞车车间间距距报报警警、轮胎气压报警轮胎气压报警电子门锁、车窗自控等、电子后视镜电子门锁、车窗自控等、电子后视镜遥控车门遥控车门座椅自动调整座椅自动调整自动空调、自动照明、自动空调、自动照明、车用电视机及音响车用电视机及音响将采用:将采用:全全自自动动空空调调:温温度度、湿湿度度、清清洁洁度度、含含氧氧量自动调节量自动调节行行驶驶路路线线最最优优化化选选择择、道道路路交交通通信信息息指指示示、声控驾驶等声控驾驶等仪仪表表通通讯讯电子钟、电子
7、油耗表、电子温度计、电子转速表、电子车速里程表电子钟、电子油耗表、电子温度计、电子转速表、电子车速里程表各种报警显示(未关门、未系安全带等)各种报警显示(未关门、未系安全带等)电电话话、通通讯讯装装置置将将采采用用:惯惯性性导导航航、卫卫星星导导航航、屏屏幕幕显显示示街街道道图图和和交交通通阻阻塞塞情情况况等等绪论绪论授课教师:张洪坤授课教师:张洪坤绪论绪论授课教师:张洪坤授课教师:张洪坤二、汽车电子产品的特点二、汽车电子产品的特点 1.安全可靠 2.适合大批量生产,成本低 3.必须能适应苛刻的工作环境:温度、振动、灰尘、电磁干扰等 第一章第一章概概述述 绪论绪论授课教师:张洪坤授课教师:张洪
8、坤 第一章第一章概概述述 三、汽车上采用电子装置的好处:三、汽车上采用电子装置的好处:1.改善排汽污染、节约能源2.提高安全性:主动安全和被动安全3.方便操纵性,增加驾驶乐趣4.创造更加舒适的乘车环境、改善车辆性能5.提高性价比绪论绪论授课教师:张洪坤授课教师:张洪坤 第二节第二节 基础知识基础知识一、电子计算机基础知识一、电子计算机基础知识(一)计算机基本组成:(一)计算机基本组成:中央处理器、程序存储器、数据存储器、输入输出接口、时钟与电源等。1.中央处理器中央处理器CPU(Central Processing Unit):):核心部件,它通过接口向系统各受控部件发出指令,同时进行运算、数
9、据处理和逻辑判断等。运算器ALU:对数据执行算术与逻辑运算、移位操作等 寄存器:通用寄存器、暂存寄存器等 控制器:发相应的控制指令,使系统按一定的时序进行操作 第一章第一章概概述述 绪论绪论授课教师:张洪坤授课教师:张洪坤 2.存储器存储器 ROM:(read only memory):用于存放程序、表格和常数。断电后内容不会丢失。控制系统程序、特性曲线、MAP图、换档规律表等。ROM有三种类型:a.掩膜ROM:简称ROM,由芯片生产厂家利用光刻掩膜技术 将程序写入,写入后的内容不可由用户更改,可靠性较高,大量生产时成本较低,一般用于定型产品大批量生产。b.可编程ROM(PROM):出厂时未写
10、入程序,只能由用户进行一次性写入,一旦写入便不可更改。c.可擦写可编程ROM(EPROM):可由用户反复地写入程序又分 为两类:紫外线擦除 EPROM 电擦除E2PROM FLASH 第一章第一章概概述述 绪论绪论授课教师:张洪坤授课教师:张洪坤 RAM(Random Access Memory):读写存储器或随机存取存储器,用于存放现场输入、输出的数据、运算的中间结果以及各种临时性信息。静态RAM:工作稳定、不用刷新,但成本高、功耗大 动态RAM:功耗小、成本低,需要刷新 常用的静态RAM:6116,6264,62256等。3.输入输出接口输入输出接口(Input/Output):是CPU
11、与外界进行通信和数据交换的通路,从外界来的信息经I/O口送入CPU,CPU发出的控制指令通过I/O 口送到外设 第一章第一章概概述述 绪论绪论授课教师:张洪坤授课教师:张洪坤 4.总线总线(BUS):传递信息的一组信号线,在CPU、存储器和I/O口之间传递信息。数据总线DB:用于传送数据信息,数据总线的宽度(位数)决定了CPU能并行输入/输出的二进制数据的位数。8位机有8根导线,双向 地址总线AB:用于传送地址信息,CPU通过地址总线寻找特定的存储器单元或I/O端口。地址总线的位数决定了微机所能直接寻址的存储器空间范围。如需对存储器内的某单元进行读或写操作时,必须先将该单元的地址码送到地址总线
12、上,然后再发出读或写的命令,是单向信号线,地址信号由CPU 输出送入存储器或I/O口 第一章第一章概概述述 绪论绪论授课教师:张洪坤授课教师:张洪坤 例:地址总线为8条,内存的存储单元总数为28地址总线为16根,内存的存储单元总数为216=65536个即64K字节。单向 控制总线CB:用于传送各种控制信息。CPU发出的控制命令及其他部件向CPU发出的请求信息均须通过控制总线来传递。命令:读数据写数据、发地址。由一些不同方向的单向信号线组成。三总线又合称为系统总线。第一章第一章概概述述 绪论绪论授课教师:张洪坤授课教师:张洪坤(二)计算机中的数制(二)计算机中的数制 1.数制:二进制,0和1,逢
13、二进一,2.电平:计算机中用1和0分别代表高、低电平,高电平(2.7V-5V),低电平(0-0.7V)l高低电平、沿跳变l占空比:占空比=BAAA+B*100%第一章第一章概概述述 绪论绪论授课教师:张洪坤授课教师:张洪坤(三)常用的半导体器件(三)常用的半导体器件1二极管二极管:单向导电性,正向导通,反向截止。如图:应用于汽车上的有:l整流二极管(交流发电机)l稳压二极管l开关二极管l发光二极管 第一章第一章概概述述 绪论绪论授课教师:张洪坤授课教师:张洪坤2晶体管:晶体管:又称三极管,如图,由两个二极管组成,为电流控制元件,有三个极:基极b,发射极e,集电极c 分类:PNP型和NPN型,应
14、用较多的是NPN型 第一章第一章概概述述 绪论绪论授课教师:张洪坤授课教师:张洪坤 作用:a.放大作用:基极电流的很小变化能引起发射极 和集电极间电流的很大变化,发动机点火系中晶 体管点火系统用到其放大作用 b.开关作用:导通时:饱和状态,压降为0.1-0.3V 输出低电平,关闭时:截止状态,输出高电平 3场效应管:场效应管:是一种新型的晶体管,外型与普通晶体管相似,为电压控制元件,有三个极:源极S,漏极D,栅极G 第一章第一章概概述述 绪论绪论授课教师:张洪坤授课教师:张洪坤4光电隔离器:光电隔离器:也称光电耦合器,它通过光来传递信息使输入输出在电气上完全隔离,作用:作用:a.抗干扰:干扰源
15、一般有较大的电压幅度,但能量较小只能形成微弱电流,而光电输入端的发光二极管是在电流状态下工作的,干扰源会因无法提供足够的电流而被抑制掉。光隔为密封集成件,不会受外界干扰 b.可用于电位不同的的电路间的耦合,起电平转换作用 如图所示:第一章第一章概概述述 绪论绪论授课教师:张洪坤授课教师:张洪坤(四)集成电路(四)集成电路(IC):):产生前多为分立元件(元件+导线)体积大,可靠性差。60年代初,美国一家仪器公司首创把电子元器件及导线制作在一小片硅片上并封装起来。优点:优点:结构紧凑,可靠性高,成本低,功耗小,响 应速度快。发展:发展:a.小规模集成电路:每块芯片上的元气件数量 一般不超过100
16、个 b.中规模集成电路 c.大规模集成电路:元件超过10万个 d.超大规模集成电路:第一章第一章概概述述 绪论绪论授课教师:张洪坤授课教师:张洪坤分类:分类:a.模拟型集成电路:宽带放大器,模拟乘法器,函数发生器等 b.数字型集成电路:门电路(小规模),存储器、微处理器和微控制器(大规模到超大规模)c.组合型集成电路:在同一芯片上既有模拟电路又有数字电路 第一章第一章概概述述 绪论绪论授课教师:张洪坤授课教师:张洪坤二、自动控制基础知识二、自动控制基础知识(一)自动控制系统组成:三大部分(一)自动控制系统组成:三大部分1.信号采集部分:传感器2.电子控制单元(ECU):对传感器的各种输入信号进
17、行分析处理,向被控装置输出控制信号3.执行器:根据ECU的输出信号完成对被控对象的操作 第一章第一章概概述述 绪论绪论授课教师:张洪坤授课教师:张洪坤(二)开环控制与闭环控制(二)开环控制与闭环控制 1.开环控制:ECU不对控制系统的输出进行监测,即不考虑实际输出与期望输出之间的差异 第一章第一章概概述述 绪论绪论授课教师:张洪坤授课教师:张洪坤2.闭环控制:闭环控制:ECU通过反馈传感器和反馈电路对控制系统的输出进行实时监测,并根据实际输出与期望输出之间的差异产生相应修正信号,使实际值接近期望值,控制精度高。电子油门被测对象传感器电控单元计算、分析、处理执行器反馈传感器反馈电路 第一章第一章
18、概概述述 绪论绪论授课教师:张洪坤授课教师:张洪坤(三)(三)PID控制(比例控制(比例-积分积分-微分):微分):属于经典控制,它是连续系统中技术成熟、应用广泛的一种控制方式。优点:优点:是不需了解被控对象的数学模型,只要根据经验进行调节其参数在线整定,即可取得满意结果。缺点:缺点:对被控对象参数变化比较敏感 PID控制用微机实现称作数字PID调节器,广泛应用于汽车动力传动系统,如节气门开度控制、离合器结合行程的控制 第一章第一章概概述述 绪论绪论授课教师:张洪坤授课教师:张洪坤(四)最优控制:(四)最优控制:经典控制理论不适用于多变量、时变、非线性系统,而这些系统在汽车工程中大量用到,必须
19、采用现代控制理论的所提供的状态空间设计法。它是利用状态空间表达式,确定系统的控制规律使控制系统达到要求的性能指标。即适用于单变量、定常系统和线性系统,也适用于多变量、时变系统和非线性系统。状态空间设计法分很多种,但在汽车电子系统中多采用使二次型指标最优来确定控制规律的最优控制法。第一章第一章概概述述 绪论绪论授课教师:张洪坤授课教师:张洪坤(五)自适应控制:(五)自适应控制:是综合运用现代控制理论的一门新兴技术,研究对象是具有不确定性的系统。在反馈控制系统中,系统的微小变化对动态特性的影响可以被减弱,但当系统的参数和环境变化比较显著时,只有采用具有一定适应能力的系统才能满足要求。所谓适应能力就
20、是系统本身能够随着环境条件或结构的不可预计的变化,自行调整或修改系统参数,这种本身具有适应能力的控制系统成为自适应控制系统自适应控制系统。自适应控制系统分类:自适应控制系统分类:1.前馈自适应控制:也叫开环自适应 第一章第一章概概述述 绪论绪论授课教师:张洪坤授课教师:张洪坤 应用对象:应用对象:如果通过可测信号能够观测到过程特性的改变,并且预先知道如何根据这些信号来调整控制器,那么就可应用前馈自适应控制系统。在汽车电控系统中,为适应海拔高度、工作温度等参数的变化,控制系统通常采用这种前馈自适应。利用气压表或温度计即可测出这些参数的变化量,并且可在控制器中预先设定好系统随之所作的改变 第一章第
21、一章概概述述 绪论绪论授课教师:张洪坤授课教师:张洪坤2.反馈自适应控制:如果过程特性的变化不能直接观测到,则根据系统的输入、输出信号等参数依据自适应算法计算出输入控制器的参数,使之适应过程。第一章第一章概概述述 绪论绪论授课教师:张洪坤授课教师:张洪坤(六)模糊控制:不需要预先知道过程的精确数学模型在控制过程中,首先把由各种传感器测出的精确量转化成为适于模糊运算的模糊量,然后将这些量在模糊控制器中加以运算,最后再将运算结果中的模糊量转化为精确量,以便对执行器进行具体的操作控制。第一章第一章概概述述 绪论绪论授课教师:张洪坤授课教师:张洪坤三、汽车电子技术基础知识三、汽车电子技术基础知识(一)
22、汽车用微机(一)汽车用微机 1单片机定义:单片机定义:Single Chip Microcomputer 将中央处理器(CPU)、ROM、RAM、定时器/计数器和一些I/O接口电路、A/D转换电路集成在一块芯片上的微型计算机,能独立完成所需控制功能。又称微控制器(Microcontroller Unit,MCU)。是微型计算机家族的重要成员。与微处理器的区别:微处理器(MPUMicro Processing Unit)将CPU做在一块集成电路芯片上使之成为一个独立的器件 第一块单片机由美国德克萨斯仪器公司于1974年推出。第一章第一章概概述述 绪论绪论授课教师:张洪坤授课教师:张洪坤绪论绪论授
23、课教师:张洪坤授课教师:张洪坤绪论绪论授课教师:张洪坤授课教师:张洪坤2特点特点:(1)集成度高、功能强、通用性好(2)体积小、重量轻,价格便宜、可靠性好(3)面向控制:内部具有许多适用于控制目的的功能部件其指令系统也包含了丰富的适宜于完成控制任务的指令。尤其是用于自动控制领域,完成实时控制任务。在汽车电控系统中得到广泛应用 (4)只需改动软件就可实现不同的控制功能(5)速度快、控制精度高 4位,8位,16位,32位 目前应用广泛系列:Intel公司的MCS-51系列,MCS-96系列,Motorola多种型号,Philips的80C51系列,日本NEC公司,INFINEON公司。第一章第一章
24、概概述述 绪论绪论授课教师:张洪坤授课教师:张洪坤安安3单片机分类单片机分类l无ROM型:价格低,外扩一片EPROM即可组成基本微机系统lROM型:只能由制造厂商掩膜编程,适合大批量生产lEPROM型:常用的有两种封装 a.开窗口的陶瓷封装,应用中任意擦除、写入,价格较贵适合研制样机使用,b.不开窗口,只允许一次性写入,OTP,写入后不能更改,价格仅为开窗口的1/3,适用于小批量生产。E2PROM,FLASH(快、便宜、AD精度高、可在线编程)第一章第一章概概述述 绪论绪论授课教师:张洪坤授课教师:张洪坤绪论绪论授课教师:张洪坤授课教师:张洪坤(二)汽车电控系统组成(二)汽车电控系统组成 1传
25、感器:传感器:感知车辆运行状态和外部信息,在自控系统中相当于人的感觉器官 2电子控制单元(电子控制单元(ECU):):是电控系统的核心,通常以单片机为控制核心,外加相应的控制电路,主要作用是对输入信号进行运算、判断和处理,形成决策并发出相应的控制命令给执行器,实现自动控制功能 3执行器:执行器:用来实现控制意图 第一章第一章 概概 述述 绪论绪论授课教师:张洪坤授课教师:张洪坤 1.汽车用传感器汽车用传感器绪论绪论授课教师:张洪坤授课教师:张洪坤绪论绪论授课教师:张洪坤授课教师:张洪坤2电子控制单元(电子控制单元(ECU):):(1)电源模块电源模块:(2)微控制系统模块微控制系统模块:(3)
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