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车辆电子学试题

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1． 何谓电子学？简述其发展过程。
电子学（Electronics）是一门以应用为主要目的的科学和技术。它主要研究电子的特性和行为，以及电子器件的物理学科。
发展过程：
（1）电子学是在早期的电磁学和电工学的基础上发展起来的。
（2） 标志着电子学诞生的两个重大的历史事件，是爱迪生效应的发现和关于电磁波存在的验证实验。

2． 何谓微电子学？
微电子学（Microelectronics）是电子学的一门分支学科，主要是研究电子或离子在固体材料中的运动规律及其应用，并利用它实现信号处理功能的学科。它以实现电路和系统的集成为目的的
3． 何谓汽车电子学？
汽车电子学是以电子学和控制理论的基本原理为出发点，系统介绍汽车电子控制基础理论和应用。

4． 简述汽车电子技术的发展过程和发展趋势。

（1）满足用户需求，大幅度提高汽车的性能，使之更舒适、方便、安全和可靠。
（2）满足社会需求，保护环境、节省能源、节约资源。
（3）实现交通系统智能化，将汽车和社会有机地联接起来。

1974年以前为第一阶段，是汽车电子控制技术发展的初级阶段。
1974-1982年为第二阶段，是汽车电子控制技术迅速发展阶段。
1982-1990年为第三阶段，也是微型计算机在汽车上应用日趋成熟并向智能化发展的阶段
1990年以后为第四阶段，是汽车电子控制技术向智能化发展的高级阶段。

5． 这何汽车电子技术占汽车总成本的比例越来越高？
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。

6． 汽车电子控制系统由哪三部分组成？各部分的功用是什么？
（1）传感器
传感器将装置的物理参数转换为电信号（数字式或模拟式），用以监测装置的运行情况和环境条件，并将这些信号输送到电子控制单元。
（2）电子控制单元（ECU）
电子控制单元接收和处理传感器发出的各种信息，并对这些信息进行分析，以了解装置的情况。利用事先制定的控制策略，决定在当前的状态下该如何控制这个装置；最后将这种决定转换成一条或多条指令输送到执行器。
（3）执行器
执行器接收电子控制单元发来的各种指令，通过本身的设计，将电信号转变为执行器的动作（可为电器元件的动作，也可为某种机械运动），这些元件的动作将改变装置的运行条件，决定装置的运行和输出。
7． 简述汽车电子控制系统的工作过程。
第一步：实时数据采集。对各传感器的瞬时值实时采集、转换并输入ECU。
第二步：实时决策。ECU对采集到的表征被控参数的状态量进行分析，并按已确定的控制规律，计算决定进一步的控制过程策略。
第三步：实时控制。根据决策，适时地对执行器发出控制信号。
8本征半导体有哪三大特性？
热敏特性、光敏特性和掺杂特性。
9如何使用万用表的电阻档判断二极管的极性是否损坏？
把万用表两端分别接到二极管两端，若两次中有一次电阻无限大，一次接近于零
则是好的，若两次电阻都为无限大，则二极管损坏。
10把一节1.5V的电池直接正向接到二极管的两端，会发生什么问题？
当二极管导通后，电压有微小升高，就会引起很大的电流变化，管子发热量为Q=I^2*R（R为二极管导通时的等效电阻）当管子两端电压为1.5伏时，电流就很大，二极管发热量大，会烧毁二极管。
11.试分析汽车交流发电机中整流电路的工作原理。
在电路中，三个正极管的正极引出线分别与三相绕组的首端相连。在某一瞬间，只有与电位最高的一相绕组相连的正极管导通。同样，三个负极管的引出线也分别同三相绕组的首端相连。在某一瞬间，只有与电位最低的一相绕组相连的负极管导通。
12.试分析汽车交流发电机中续流电路的工作原理。
一个通电的线圈，当突然断电时，就会在线圈中产生一个反向电动势，如果这个反向电动势叠加在电路中的其他电子元件上（一般为三极管），就会引起元件的损坏。为了避免这种现象的出现，一般都在线圈旁边并联一个二极管来吸收反向电动势，这种电路就是二极管的续流电路（如图2-11所示）。在这种电路中，二极管起到了对其他电子元件的保护作用，所以也称为保护二极管。
13.试分析汽车上采用发光二极管进行报警灯的工作原理。
浮子舌簧管开关式液位传感器应用电路原理：
当液位低于规定值时，舌簧与浮子的位置关系如图2-16（b）中虚线浮子位置所示。当永久磁铁接近舌簧管时，磁力线从舌簧管中通过，舌簧管的触点闭合，报警二极管电路被接通，报警二极管发光，提示驾驶员液位已经低于规定值。当液位达到规定值时，浮子上升到规定位置如图2-16（b）中实线所示，没有磁力线通过舌簧管，在舌簧管本身的弹力作用下，舌簧管触点打开，报警二极管熄灭，表示液位合乎要求。
14.光电二极管有何特性？
一、光敏性
15.三极管具有电流放大作用的内部条件和外部条件是什么？
三极管的三个极分别为发射极e、集电极c、基极b。三极管的基本功能就是利用基极电流控制集电极和发射极之间的电流。
当NPN管的基极b与发射极e电位差大于0.7V，这种情况称为基极加了正向偏压。在这种状态下，三极管导通，集电极c向发射极e有电流，而且流过的电流的大小与基极b流入的电流成正比，称为三极管的放大状态。
对于PNP管，放大状态的条件是基极b的电位比发射极e的电位低0.3V以上。
16.如何用万用表电阻档确定一只三极管的类型，并区分三个电极？
①基极的判别
用指针式万用表的黑表笔接假定的基极，用红表笔分别接触另外两个极。若测得电阻都较小，约为几百欧至几千欧；将红黑表笔对调，测得电阻都较大，约为几百千欧以上。这个管子就是NPN管，最初黑表笔接的就是基极。
用指针式万用表的黑表笔接假定的基极，用红表笔分别接触另外两个极。若测得电阻都较大，约为几百千欧以上；将红黑表笔对调，测得电阻都较小，约为几百欧至几千欧。这个管子就是PNP管，最初黑表笔接的就是基极。
②集电极和发射极的判别
对于NPN管，确定基极后，用指针式万用表的两个表笔分别接触另两个管脚，同时用指尖轻触基极，观察万用表指针摆动情况；将两个表笔对调，重复上述过程。取指针摆动较大一次的表笔接触位置，黑表笔接触的是集电极c，红表笔接触的是发射极e。
对于PNP管，确定基极后，用指针式万用表的两个表笔分别接触另两个管脚，同时用指尖轻触基极，观察万用表指针摆动情况；将两个表笔对调，重复上述过程。取指针摆动较大一次的表笔接触位置，黑表笔接触的是发射极e，红表笔接触的是集电极c。
17.试根据三极管的开关特性，设计发动机喷油器的驱动电路。
当发动机不转时，通过信号线圈的磁通不变，不产生信号。闭合点火开关，蓄电池电压经过电阻R加到三极管基极，形成基极电流，三极管饱和导通，喷油器工作。
18.试分析JFT型电子调压器的工作原理。
当发电机输出电压升高，达到预定调节值时，AB之间的电压大于稳压管VZ的反向击穿电压，稳压管VZ导通，三极管VT1基极流过电流，VT1饱和导通，同时VT1将VT2的发射极和基极短路，使VT2截止，断开励磁线圈，发电机输出电压下降。
当发电机输出电压稍低于调节值时，稳压管VZ又恢复到截止状态，VT1由导通变为截止，使VT2导通。如此反复，使发电机的输出电压维持在规定的调整值附近。
19.列举集成运算放大器在汽车电子电路中的应用。
（1）电桥信号放大电路
（2）光电测量电路
20.简述电压比较器在氧传感器信号处理中的工作原理。
在浓混合气燃烧时（小于理论空燃比），排气中的氧消耗殆尽，氧传感器几乎不产生电压；在稀混合气燃烧时（大于理论空燃比），排气中还含有一部分多余的氧气，氧传感器产生大约1 V左右的电压。控制系统根据氧传感器的输出信号对喷油量进行修正。控制系统规定，当氧传感器输出电压大于0.5V 时，认为混合气过浓；小于0.5V，认为混合气过稀。氧传感器与ECU之间就是通过电压比较器进行信号传递的。
31.何谓压电效应？如何应用于压力传感器中？
答：（1）某些晶体（如石英等）在一定方向的外力作用下，不仅几何尺寸会发生变化，而且晶体内部会产生极化现象，晶体表面上有电荷出现，形成电场。当外力去除后，表面又恢复到不带电状态，这种现象被称为压电效应
(2) 具有这种性质的材料，称为压电材料。若将压电材料置于电场之中，其几何尺寸也会发生变化。这种由于外电场作用下，导致压电材料产生机械变形的现象，称为逆压电效应或电致伸缩效应。
在压电式传感器中，常用两片或多片组合在一起使用。由于压电材料是有极性的，因此接法也有两种，如图3-37所示。图3-37（a）为并联连接法，其输出电容C’为单片的n倍，即C’=nC，输出电压U’=U，极板上的电荷量Q’为单片电荷量的n倍，即Q’=nQ。图3-37（b）为串联连接法，这时有Q’=Q，U’=U，C’=C/n。
在以上两种连接方式中，并联连接法输出电荷大，本身电容大，因此时间常数也大，适用于测量缓变信号，并以电荷量作为输出的场合。串联连接法输出电压高，本身电容小，适用于以电压作为输出量以及测量电路输入阻抗很高的场合。
压电元件在压电传感器中，必须有一定的预应力，这样可以保证在作用力变化时，压电片始终受到压力，同时也保证了压电片的输出与作用力的线性关系。
32.转速传感器在汽车上应用有哪些？
答: 汽车上测量转速（速度）的场合主要有：
①曲轴转速或凸轮轴转速。用于发动机供油、点火等基本控制。
②变速器输入轴转速，用于自动变速器控制。
③变速器输出轴转速，用于自动变速器控制、车速的推算。
④车轮轮速，用于ABS、ASR、EPS系统。
⑤柴油机喷油泵转速，用于柴油机供油控制。
⑥绝对车速，用于ABS、ASR系统。
33.何谓电磁感应？解释其测速原理。
答：（1）当导体相对于磁场运动且切割磁感线或者线圈中的磁通发生变化时，在导体或线圈中都会产生感应电动势。若导体或线圈构成闭合回路，则导体或线圈中将有电流流过。
（2）磁力线穿过的路径为：永久磁铁N极→定子与转子间的气隙→转子凸齿→转子凸齿与定子磁头间的气隙→磁头→轭铁→永久磁铁S极。当信号转子旋转时，磁路中的气隙就会周期性地发生变化，磁路的磁阻和穿过信号线圈磁头的磁通量随之发生周期性的变化。根据电磁感应原理，传感线圈中就会感应产生交变电动势。
当信号转子按顺时针方向旋转时，转子凸齿与磁头间的气隙减小，磁路磁阻减小，磁通量Ф增多，磁通量变化率增大，感应电动势E为正
当转子凸齿接近磁头边缘时，磁通量Ф急剧增多，磁通变化率最大，感应电动势最高，图3-56中曲线b点所示。转子转过b点后，虽然磁通量Ф仍在增多，但磁通变化率减小，因此感应电动势E降低。

当转子转到凸齿的中心线与磁头的中心线对齐时（图3-55b），虽然转子凸齿与磁头间的气隙最小，磁路的磁阻最小，磁通量Ф最大，但是，由于磁通量不可能继续增加，磁通量变化率为零，因此感应电动势E为零，如图3-56中曲线c点所示。
当转子沿顺时针方向继续旋转，凸齿离开磁头时（图3-55c），凸齿与磁头间的气隙增大，磁路磁阻增大，磁通量Ф减少，所以感应电动势E为负值，如图3-56中曲线cda所示。当凸齿转到将要离开磁头边缘时，磁通量Ф急剧减少，磁通量变化率达到负向最大值，感应电动势E也达到负向最大值，如图3-56中曲线上d点所示。
由此可见，信号转子每转过一个凸齿。传感线圈中就会产生一个周期的交变电动势，即电动势出现一次最大值和最小值，传感线圈也就相应地输出一个交变电压信号
34.何谓霍尔效应？解释其测速原理。
答：当在半导体薄片两端通以控制电流I，并在薄片的垂直方向施加强度为B的磁场时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势（称为霍尔电动势或霍尔电压），这种现象称为霍尔效应
（2）根据霍尔电压的计算公式可知，若改变磁感应强度B的有无或强弱，则霍尔电压相应变化，即有无或强弱变化。利用轴上的转盘或齿轮就可改变磁感应强度的变化频率，根据频率的变化即可检测到转速的快慢。
图3-60是几种不同结构的霍尔式转速传感器。磁性转盘的输入轴与被测转轴相连，当被测转轴转动时，磁性转盘随之转动，固定在磁性转盘附近的霍尔传感器便可在每一个小磁铁通过时产生一个相应的脉冲，检测出单位时间的脉冲数，便可知被测转速。磁性转盘上小磁铁数目的多少决定了传感器测量转速的分辨率。

35.何谓光电效应？解释其测速原理。
答：光电效应是指物体吸收了光能后转换为该物体中某些电子的能量，从而产生的电效应。
（2）3.测速原理
图3-72是光电数字转速表的工作原理图。图3-72（a）是透光式，在待测转速轴上固定一带孔的调置盘，在调置盘一边由白炽灯产生恒定光，透过盘上小孔到达光敏二极管或光敏三极管组成的光电转换器上，转换成相应的电脉冲信号，经过放大整形电路输出整齐的脉冲信号，转换通过该脉冲频率测定。图3-72（b）是反光式，在待测转速的盘上固定一个涂上黑白相间条纹的圆盘，它们具有不同的反射信号，转换成电脉冲信号。

（a）透光式 （b）反光式
图3-72 光电数字转速表原理图
转速每分n与脉冲频率f的关系式为

式中，N——孔数或黑白条纹数目。
频率可用一般的频率计测量。光电器件多采用光电池、光敏二极管和光敏三极管以提高寿命、减小体积、减小功耗和提高可靠性。
36.何谓磁阻效应？解释其测速原理
答：当一载流导体置于磁场中时，其电阻会随磁场而变化，这种现象被称为磁阻效应。
（2）用磁敏电阻元件组成的电桥回路如图3-78所示，其与旋转的磁性转子的相对位置如图3-78（b）所示。随着转子的旋转，当MRE元件处于N极和S极之间的位置时，元件A和C上作用有最大的平行磁场，而元件B和D上作用的是最大垂直磁场。因而A和C的电阻值最大，B和D的电阻值最小。所以，④的电位高于②的电位。因而，如图3-78（d）所示，MRE的输出信号为正弦波形，将其整形后成为脉冲方波信号。
MRE转速传感器的转子与变速器输出轴上的驱动齿轮相连，用于车速表的检测信号。

图3-78 MRE转速传感器
（a）MRE元件图形；（b）与磁性转子的关系；（c）信号处理电路；（d）输出特性

37.列举位置传感器在汽车上应用例子。
答：在汽车电子控制系统中，为了能满足汽车的使用要求，位置与角度传感器的类型很多，主要有曲轴位置传感器、节气门位置传感器、液位传感器、车辆高度传感器、转向盘转角传感器等。
位置传感器的测量方法有很多，主要有电位器式、磁感应式、光电式、霍尔式、电容式、超声波式等。
38.简述电位器式位置传感器的工作原理。
答：电位器式传感器又称变阻器传感器，它的工作原理是基于均匀截面导体的电阻计算公式。由物理学可知，其电阻为

式中，——电阻率，；
——电阻丝长度，；
A——电阻丝截面积，。
由上式可知，如果电阻丝直径与材质一定，则电阻值R的大小随电阻丝的长度而变化。这就是电位器式位置传感器的工作原理。
39.如何应用电磁感应原理精确测量曲轴1°转角信号。
答：磁感应式位置传感器是采用电磁感应测量角位移，主要应用于曲轴位置传感器上。磁感应式曲轴位置传感器安装于曲轴飞轮附近、或曲轴正对齿轮附近、或凸轮轴正对齿轮附近、或分电器轴上。
磁感应式曲轴位置传感器由转子与感应头组成。当转子旋转时，轮齿与感应线圈的凸缘部（磁头）的空气间隙变化时，则导致感应线圈的磁场变化而产生感应电动势。因为轮齿靠近及远离磁头时，将产生一次增减磁通的变化，所以，每一个轮齿通过磁头时，都将在感应线圈中产生一个完整的交流电压信号。
由于磁头①和磁头③相隔3°曲轴转角安装，而它们又是每隔4°产生一个脉冲信号。所以磁头①和磁头③所产生的脉冲信号相位差正好为90°。将这两个脉冲信号送入信号放大与整形电路中合成后，即产生曲轴1°转角的信号。
精准测得曲轴每转1°的信号，可安装两个感应头，且彼此相隔3°曲轴转角

40.简述光电式位置传感器的工作原理。
答：光电式位置传感器是利用光电元件的光电效应测量位置信号的，主要应用有曲轴位置、车身高度、转向盘转角等检测。
41、简述超声波距离传感器的工作原理。
超声波传感器
将检测一定距离之内有无物体的传感器称为超声波传感器，它采用了发射兼接收的工作方式。在要发射超声波时，因交流电压加到压电陶瓷振子上，产生了机械振动，所以就能发出超声波；反之，在接收时，障碍物产生的反射波将机械振动加在压电陶瓷振子上，产生交流电压，经前置放大器放大后输出，利用微机检测从发射到接收所用时间，就可以算出到障碍物的距离。
42、汽车ECU有何特点？为何汽车上ECU越来越多
1、汽车ECU的特点
（1）集成度高，体积小，质量轻，可靠性高，价格也低廉。
（2）易于标准化、系列化，只需改动软件就可以实现不同的控制功能。
（3）软件资源丰富，特别适应于汽车各种工况参数间关系很复杂的控制系统。
（4）控制精度高，速度快。
2、ECU越来越多
ECU的作用是根据所存储的程序对控制对象输入的各种信息进行运算、处理、判断，然后输出指令，控制有关执行器的动作，达到快速、准确、自动控制被控汽车部件工作的目的。ECU与传感器和后续介绍的执行器构成汽车的电子设备，ECU则是电子设备的核心。
43、模拟信号有何特征？列举汽车上发出模拟信号的传感器。
1、模拟信号是连续的变量，其模拟量的变化（如电压）直接与所感受到的作用成正比。模拟量的精度常受各种因素限制。由于传感器的原因，很多输入信号为模拟信号。
2、
汽车部件
产生模拟信号的传感器
发动机控制系统
冷却液温度传感器、进气温度传感器、燃油温度传感器、进气歧管压力传感器、空气流量传感器（翼片式、热线式、热膜式）、爆震传感器、氧传感器、加速踏板位置传感器、节气门位置传感器、大气压力传感器、排气温度传感器
底盘控制系统
变速器油温传感器、车身高度传感器
车身控制系统
车内温度传感器、碰撞传感器、超声波测距传感器
44、对模拟信号需要进行哪些处理才能送至CPU？
放大处理、转换处理、
45、何谓A/D转换，简述逐次逼近式转换原理。
将标准幅度的电信号转换成对应的数字信号。A/D转换就是将连续的模拟电压转换成对应的二进制数字量，输入模拟量与输出数字量的大小完全成比例。
①逐次逼近式转换原理
逐次逼近式转换的基本原理是用一个计量单位使连续量整量化（简称量化），即用计量单位与连续量比较，把连续量变为计量单位的整数倍，略去小于计量单位的连续量部分，得到的整数量即数字量。显然，计量单位越小，量化的误差也越小。
可见，逐次逼近式的转换原理即“逐位比较”。
（画图、写字取其一）
图为一个N位逐次逼近式A/D转换器原理图。

图逐次逼近式A/D转换原理图
46．数字信号有何特征？列举汽车上发出数字信号的传感器。
数字信号的输入可分为两种：频率信号和数字通信信号。
汽车控制中需要多种频率信号输入，如发动机转速、变速器输入轴转速、变速器输出轴转速、车速等。这些信号根据传感器不同，其幅值和波形也不尽相同，需要经过调节模块将这些信号处理成微控制器可以处理的数字信号。一般来说，对频率信号的处理方法主要有频率技术法和频/压转换法两种。图4-14所示为对频率信号处理过程的示意图。
另一种数字信号是数字通信信号。目前汽车中使用的电控系统越来越多，它们之间的一些资源是可以共享的，因此在车用ECU中都有数字通信接口，常见的如RS232接口、SPI接口、CAN接口和1553B等。
发动机转速、变速器输入轴转速、变速器输出轴转速、车速传感器
47．数字信号如何进行整形处理？整形电路
举例：施密特触发器（Schmitt Trigger）是应用十分普遍的整形电路，它是一种电平触发器，能把周期性变化的非矩形输入信号整形为适合于数字电路需要的矩形脉冲，抗干扰能力较强。施密特触发器由反相器或与非门构成，并有同相输出和反相输出两种。下面以反相输出的施密特触发器为例，简单地介绍它的工作原理和应用。
48．开关信号为何会产生抖动现象？如何采用硬件方法进行消抖处理？
机械式按键未被按下时，P1.0应为高电平，当按键按下后，P1.0应变为低电平。但是由于机械触点的弹性作用，当按键闭合时，电路不会立即稳定地接通；当按键释放时，电路也不会立即完全断开。于是，P 1.0口线上的电平就出现抖动现象，抖动延续时间由按键结构决定，一般为5～10 ms。

用硬件方法消除抖动，相应的电路称为整形电路或“消抖”电路。以双稳态的RS触发器来说明消抖作用，如图4-21所示（图中，两个与非门构成了RS触发器。开关触点有两个位置：未按下时接触上端1，按下后接触下端2。在开关未按下时，与非门A因输入端1接地，其输出应为1，即P1.0电平为1。当按键按下时，开关下端2接地，与非门B因此输出必为1，此时与非门A因两个输入端都是1，其输出必为0，即引起P 1.0电平翻转。在开关按下期间，即使开关有瞬间弹跳，下端2的电平不稳定，但只要按键不返回上端1点，就不会引起双稳态电路输出状态的多次翻转。

图4-21 RS触发器消抖电路
49．简述MCS-51单片机的结构特点。
MCS-51单片机是在一块芯片中集成了CPU、RAM、ROM、定时器/计数器和多功能I/O 口等一台计算机所需要的基本功能部件。其基本结构框图如图4-24所示，包括：
（1）一个8位CPU。
（2）4 KB ROM或EPROM（8031无ROM）。
（3）128字节RAM数据存储器。
（4）21个特殊功能寄存器SFR。
（5）4个8位并行I/O 口，其中P0、P2为地址/数据线，可寻址64 KB ROM和64 KBRAM。
（6）一个可编程全双工串行口。
（7）具有5个中断源，两个优先级，嵌套中断结构。
（8）两个16位定时器/计数器。
（9）一个片内振荡器及时钟电路。
50．哪些执行元件可采用单片机的集成电路芯片直接驱动？
汽车上一些发光二极管（如发动机ECU上的故障码闪烁灯）可直接采用集成电路芯片驱动，
51．为何要进行D/A转换，简述权电阻网络D/A转换法的原理。

数字量/模拟量转换简称数/模转换或D/A转换，是与A/D转换相反的过程，主要用于模拟量控制系统中，例如控制某些直流电机，或用于仪器仪表中产生模拟信号电压等场合。例如雨刮电极的控制、节气门电极控制等
D/A转换原理
D/A转换常采用权电阻网络D/A转换法。权电阻网络D/A转换法是用一个二进制数的每一位产生一个与二进制数的权成正比的电压，然后将这些电压加起来，就可得到与该二进制数对应的模拟量电压信号。

52．当某些电子器件失效时，如何采用硬件失效保护策略和软件失效保护策略
。
硬件在失效保护中起着很重要的作用，它可以检测一些失效模式，并可以对这些模式做出反应。软件失效保护策略在监测失效模式方面非常有效，它可使用合适的程序流进行保护。

53．汽车执行器有哪些类型？

汽车执行器可分为电动式、液压式和气压式三种。

54．绘制一台永磁铁直流电机的原理图并且解释其工作原理
以单匝电枢绕组的直流电机为例说明其工作原理（图5-3）

图5-3 直流电机的组成原理
电机通电后，磁极产生的磁场方向如图5-3所示，并通过电刷和换向铜片将直流电引入绕组。当换向片A与正电刷接触，换向片B与负电刷接触时，绕组中的电流IS从a→d，此时按左手定则判定绕组匝边ab、cd受到的磁场力F方向如图5-3 a所示，形成了一个逆时针方向的电磁转矩M而使电枢转动。当电枢转动至换向片A与负电刷接触，换向片B与正电刷接触时，电流改由d→a，如图5-3b所示，使电磁转矩M的方向不变，电枢仍按逆时针方向继续转动。

55．有刷式直流电机的特征是什么？换向器电刷装置的功能是什么？解释其工作原理？
从上可知，直流电机能通过转速、电流和转矩的自动变化来平衡负载的改变，使之能在新的转速下稳定工作，即直流电机具有自动调节转矩功能。
直流电机具有良好的调速特性，较大的启动转矩，相对功率大及快速响应等优点。尽管其结构复杂、成本较高、但在汽车控制系统中作为执行元件得到广泛的应用。

换向器与电刷
向片与换向片之间均用云母绝缘。电刷架一般为框式结构，其中正极刷架与端盖绝缘安装，负极刷架直接搭铁。刷架上装有弹性较好的盘形弹簧。电刷由铜粉与石墨粉压制而成，呈棕红色，装在端盖上的电刷架中，通过电刷弹簧保持与换向片之间具有适当的压力。电刷和装在电枢轴上的换向器用来连接励磁绕组和电枢绕组的电路，并使电枢轴上产生的电磁力矩保持固定方向。

56．直流电机的励磁方式有哪几种？各有何特点？
4种：

（a）他励 （b）并励 （c）串励 （d）复励
图5-4 直流电机按励磁分类原理图
他励电机是电枢与励磁绕组分别用不同的电源供电，如图5-4a所示，永磁直流电机也属于这一类。
并励电机是指由同一电源供电给并联着的电枢和励磁绕组，如图5-4b所示。
串励电机的励磁绕组和电枢绕组相串联，串励绕组中通过的电流和电枢绕组的电流大小相等，如图5-4c所示。
复励电机是既有并励绕组又有串励绕组，并励绕组和串励绕组的磁场可以相加，也可以相减，前者称为积复励，后者称为差复励，如图5-4d所示。

57．列举直流电机在汽车中的应用事例。
1.刮水器电机
2.电动车窗电机
3.电动门锁电机
4.空调鼓风电机
5.电子节气门的电机

58．在什么情况下，步进电机比直流和交流电机有利？
要实现精确定位，步进电机是不错的选择。

60．为何说电子节气门中的电机是一种伺服电机？

答：电子节气门采用的直流电机是一种伺服电机，可根据加速踏板的位置传感器信号通过直流电机来控制节气门的角位移和角速度。

61．何谓步进电机？简述三相反应式步进电机的工作原理
一般电机都是连续旋转，而步进电机却是一步一步转动的，故叫步进电机。

62．永磁式步进电机与三相反应式步进电机有何区别？列举其在汽车上的应用
永磁式步进电机的定子上有两相或多相绕组，转子为一对或几对极的星形磁钢，转子的极数与定子每相的极数相同，图中的定子为两相集中绕组（ AO、BO），每相为两对极，转子磁钢也是两对极。
反应式步进电机的转子上没有励磁线圈。
在反应式步进电机的结构中，分成定子和转子两大部分。定子内圆周均匀分布着六个磁极，磁极上有励磁绕组，每两个相对的绕组组成一相，转子有四个齿。
永磁式步进电机的特点是：
①大步距角，如15°、22.5°、30°、45°、90°等。
②启动频率较低，通常为几十到几百赫兹。
③控制功率较小。
④在断电情况下有定位转矩。
⑤有较强的内阻尼力矩。
1.怠速步进电机
2.四轮转向系统中的步进电机
3.电子悬架上的步进电机

63．开关型电磁阀与占空比型电磁阀有何区别？分别列举在汽车上的应用。
开关式电磁阀通常由电磁线圈、衔铁及阀心等组成（图5-34）。它只有两种工作状态：全开或全关。当线圈不通电时，阀心被油压推开，打开泄油孔，该油路的压力油经电磁阀泄荷，油路压力为零；当线圈通电时，电磁力使阀心左移，关闭泄油孔，油路压力上升。
开关式电磁阀在汽车电子控制系统中应用较广，主要用在控制响应要求不高的场合，如活性碳罐电磁阀、曲轴箱通风电磁阀、进气歧管电磁阀、变矩器锁止电磁阀等。
占空比电磁阀是一种能进行高速响应的二位二通的换向阀，其响应速度一般达到ms 的级别。当线圈通电时，电磁线圈产生磁场将阀轴和阀吸起，空气旁通道打开，阀门升起的越高，空气流通面积则越大。工作时ECU 输出占空比可调的脉冲信号，线圈中的平均电流大小决定于控制信号的占空比，最后决定电磁阀的开度和发动机怠速转速的高低。
占空比型电磁阀在汽车上的应用较广，如控制EGR率的EGR电磁阀、自动变速器的油压电磁阀、发动机怠速电磁阀等。
64．汽车上为何广泛采用继电器？
汽车上许多电器部件需要用开关进行控制。由于汽车电气系统电压较低，具有一定功率的电器部件的工作电流较大，一般在几十安以上，这样大的电流如果直接用开关或按键进行通断控制，开关或按键的触点将因无法承受大电流的通过而烧毁。继电器是一种用小电流控制大电流的器件，所以在汽车上经常利用开关控制继电器的吸合与断开，再利用继电器的触点控制电器部件的通断。
65．何谓PID控制？简述其控制原理？
PID（比例、积分、微分）控制属于经典控制理论的范畴，是连续系统中技术成熟、应用最广泛的一种控制方式。
常规PID控制系统原理框图如图6-1所示。系统由模拟PID控制器和被控对象组成。

图6-1 模拟PID控制系统原理图
PID控制器是一种线性控制器，它根据给定r（t）与实际值c（t）构成控制偏差，即
（6-1）
将偏差的比例（P）、积分（I）和微分（D）通过线性组合构成控制量，对被控制对象进行控制，故称PID控制器。其控制规律为
（6-2）
或写成传递函数的形式
（6-3）
式中，Kp——比例系数；T1——积分时间常数；TD——微分时间常数；
e（t）——偏差；Y（t）——输入；y（t）——输出；u（t）——控制量；
66．简述P控制器、PI控制器、PD控制器的应用场合。
比例控制器是根据误差进行控制，使系统沿着减小误差的方向运动。误差大则控制作用也大。比例控制器一般不能消除稳态误差。
积分控制主要用于消除静差，提高系统的无差度。
微分控制器能反映偏差信号的变化趋势（变化速率），并能在偏差信号变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减少调节时间。微分控制可以减少超调量，克服振荡，使系统的稳定性提高，同时加快系统的动态响应速度，减少调整时间，从而改善系统的动态性能。
67．试推导出位置式PID控制算法和增量式PID控制算法。
位置式PID控制算法：
由于计算机控制是一种采样控制，只能根据采样时刻的偏差值计算控制量，因此PID控制器中的积分和微分项不能直接使用，需要进行离散化处理。按模拟PID控制算法的表达式，现以一系列的采样时刻点kT代表连续时间t，以和式代替积分，以增量代替微分，则可作如下近似变换：
（6-7）
式中， T——采样周期。
显然，上述离散化过程中，采样周期必须足够短，才能保证有足够的精度。为书写方便，将e（KT）简化表示成e（k），即省去T。将式（6-7）代入式（6-2），可得离散的PID表达式为
（6-8）
或
（6-9）
式中：k——采样序列，k=0，1，2，…；
u（k）——第k次采样时刻的计算机输出值；
e（k）——第k次采样时刻输入的偏差值；
e（k-1）——第k-1次采样时刻输入的偏差值；
K1——积分系数，K1=KPT/T1；
KD——微分系数，KD=KPTD/T。
由z变换的性质：
Z
Z
由式（6-9）的z变换式为
（6-10）
由式（6-10）便可得到数字PID控制器的z的传递函数为
（6-11）
或

增量式PID控制算法：
当执行机构需要的是控制量的增量（如驱动步进电机）时，可由式（6-6导出）提供增量的PID控制算式。根据递推原理可得
（6-13）
用式（6-9）减去式（6-13），可得
（6-14）
为便于计算，可以将式（6-14）乘开，合并同类项，可得增量式PID控制算法的表达式：
（6-15）
式中： （6-16）
（6-17）

68．为何需要对PID控制器参数进行整定？
当车辆运行工况变化时，PID控制的效果在很大程度上取决于K0、K1、K2和T等参数的选择。PID控制器的设计一般来说可以分成两个部分。一是根据PID控制器各环节的作用，选择控制器的结构，以保证闭环系统的稳定，并尽可能地消除稳态误差。例如，要求系统稳态误差为零，则应选择包含积分环节的调节器如PI、PID等；对于有滞后性质的对象，往往引入微分环节等。二是根据对象和对控制性能的要求，还可以采用一些改进的PID算法等。一旦控制器的结构确定下来，控制器设计的下一步任务就归结为参数整定。
69．简述PID控制在电子节气门上的应用方法。
变风量自动空调模型、汽车空调热平衡方程的建立、仿真分析
70．何谓自适应控制？列举自适应控制系统在汽车控制系统中的应用。
控制系统在运行过程中自身不断地认识被控制对象的状态、参数或性能，并根据预定的性能指标做出决策，自动改变控制参数、结构或控制作用，使控制系统在某种意义下达到最优的措施。
应用：半自动悬架阻尼自适应控制、汽车巡航系统的自适应控制、空燃比自适应控制

71．何谓模糊控制？列举模糊控制在汽车控制系统中的应用。
模糊控制是一种新型的智能控制。它模仿人工控制活动中人脑的模糊概念和成功的控制策略，运用模糊数学，把人工控制策略用计算机来实现。模糊控制是一种基于模糊控制规则的控制方式。模糊控制在汽车上得到了应用，主要有自动变速器换挡控制、ABS控制、主动悬架阻尼控制、ASR控制、ESP控制、自动空调控制、SRS控制等
72．何谓最优控制？在汽车控制系统中如何运用？
最优控制是所选的系统性能指标达到最优的一种控制方法。控制系统中，最优控制的设计方法主要有极大（小）值原理和动态规划法，算法实质上是求解在约束条件下的极值问题
73 何谓学习控制？为何在汽车控制系统中得到广泛采用？
它能够在系统运行过程中采集有关系统的位置信息，进行估计、分类、推理、决策，实施优化控制，以便不断改善系统品质，直至达到期望或令人满意的动态与静态性能学习控制的机理是，寻求动态控制系统输入与输出间的简单传递关系——执行一个由前一步控制过程学习得到的控制决策，使系统性能优于前一步——重复这种学习过程，学习记忆结果，稳步改善受控系统的性能指标。
74简述汽车网络技术的发展背景和特点。
汽车网络技术已成为现代汽车高端的标准配置，是实现舒适、安全、环保、节能等先进控制装备对车身进行控制的重要技术手段之一。汽车网络具有如下特点：减少了线束的数量和体积，可以达到消除冗余传感器并实现数据共享的目的，改善了汽车系统设计和配置的灵活性，利于汽车动力性、排放性、操纵性、经济性和安全性的改进和完善。
75为何汽车网络主要采用拓扑结构？
拓扑是研究与大小、形状无关的线和面特性的方法。通常把控制器抽象为点，把网络中的通信介质（如数据线）抽象为线，从而抽象出网络的拓扑结构。
76设计汽车网络系统应考虑哪些要求？
汽车使用应安全、方便、操作简便、性能可靠和低成本，且运行环境恶劣，为此汽车网络系统的设计应考虑下列因素：
①温度范围一般要求在-40～125℃。