开环控制综合系统.doc

1） 开环控制系统 （2）闭环控制系统
按控制系统有没有反馈步骤分类
    （1）开环控制系统  若系统输出量对系统控制作用不产生影响（即无检测反馈单元），则称为开环控制系统。开环控制系统控制精度完全取决于各单元精度，所以，它关键使用 在精度要求不高而且不存在内外干扰场所。但开环控制系统结构简单，且通常不存在稳定性问题。
  （2）闭环控制系统,,系统输出经过检测反馈单元返回来作用于控制部分，形成闭合回路，这种控制系统就称为闭环控制系统，又称为反馈控制系统。其优点是 能够自动纠正外部干扰和系统内参数改变引发偏差，这么就能够采取精度不太高而成本较低元件，组成一个较为正确控制系统。不过闭环控制系统也有它缺 点。因为闭环控制系统是以偏差消除偏差，即系统要工作就必需有偏差存在，所以这类系统不会有很高精度。同时，因为组成系统元件有惯性、传动链间隙 等原因存在，如配合不妥，将会引发反馈控制系统振荡，从而系统不能稳定工作，精度和稳定性之间矛盾一直是闭环控制系统存在关键矛盾。
2．按输入量改变规律来分类
（1）恒值控制系统  恒值控制系统特点是，系统输入量是恒值，并要求系统输出量对应地保持恒定值。它是一个最常见自动控制系统，如自动调速系统、恒温控制系统、恒张力控制系统等，全部属于恒值控制系统。
    （2）随动控制系统  随动控制系统特点是，输入量是改变（有时是随机），而且要求系统输出量能跟随输入量改变而作出对应改变，故随动系统又称为伺服系统或跟踪系统。它广泛地应用于飞机、舰船、武器（火炮、导弹）和雷达等运动控制。
    （3）过程控制系统  该系统输出量是按给定时间函数实现控制。这类系统广泛地应用于化工、冶金、造纸、食品等工业工艺过程参数控制，如温度、压力、流量、液位、pH值等。过程控制系统也可称为程序控制系统，往往内含伺服控制系统。
    以上三种控制系统全部是闭环控制系统。
    3．按系统传输信号对时间关系分类
    （1）连续控制系统   连续控制系统特点是，控制作用信号是连续量或模拟量。如随动系统就是连续控制系统，因为作用于系统信号是模拟量。
（2）离散控制系统  又称采样控制系统。它特点是，作用于系统控制信号是连续量、数字量或采样数据量。通常采样数值计算机控制系统全部是离散系统。
4．按系统输出量和输入量关系分类
    （1）线性系统  线性系统特点是，系统输出量和输入量关系是线性，它各个步骤或系统全部能够用线性微分方程来描述，能够应用叠加原理和拉氏变换处理线性系统中问题。
（2）非线性系统  非线性系统特点是，其中部分步骤含有非线性性质（比如出现饱和死区、滞环等）。它们往往要采取非线性微分方程来描述。另外，叠加原理对非线性系统是不适用。
另外，按系统关键组成元件物理性质，可将控制系统分为电气控制系统、液压控制系统和电一液控制系统。
5．简化汽车电子控制系统模型
从控制原理来看，汽车电控系统能够简化为传感器、ECU和实施器三大组成部分。传感器是感知 信息部件，功用是向ECU提供汽车运行情况和发动机工况等。ECU接收来自传感器信息，经信息处理后发出对应控制指令给实施器。实施器即实施元件， 其功用是实施ECU专题指令，从而完成控制目标。传感器、ECU和实施器三部分相互间工作关系图4-4所表示。

图4-4 传感器、ECU和实施器之间工作关系

三、汽车电子控制系统介绍
汽车电子控制系统能够分为以下四个部分：
1）发动机和动力传动集中控制系统。包含发动机集中控制系统、自动化变速控制系统、制动防抱死和牵引力控制系统等；
2）底盘综合控制和安全系统。包含车辆稳定控制系统、主动式车身姿态控制系统、巡航控制系统、防撞预警系统、驾驶员智能支持系统等；
3）智能车身电子系统。自动调整座椅系统、智能前灯系统、汽车夜视系统、电子门锁和防盗系统等；
4）通讯和信息/娱乐系统。包含智能汽车导航系统、语音识别系统、“ON STAR”系统（含有自动呼救和查询等功效）、汽车维修数据传输系统、汽车音响系统、实时交通信息咨询系统、动态车辆跟踪和管理系统、信息化服务系统（含网络等）等。
下面简单介绍一下现在较多见且较成熟部分地域汽车电子控制装置
（一）发动机控制部分
1．电控点火装置（ESA）
该系统可使发动机在不一样转速、进气量等原因下，在最好点火提前角工况下工作，使发动机输出最 大功率和转矩，而将油耗和排放降低到最低程度。该系统分为开环和闭环两种控制。电控点火装置闭环控制系统经过爆震传感器进行反馈控制，其点火时刻控制 精度比开环高，但排气净化差些。
    2．电控汽油喷射(EFI)
   该系统依据各传感器输送来信号，能有效控制混合气空燃比，使发动机在多种工况下空燃比达成较佳值，从而实现提升功率、降低油耗、降低排气污染等功效。该 系统可分为开环和闭环两种控制。闭环控制是在开环控制基础上，在一定条件下，由计算机依据氧传感器输出含氧浓度信号修正燃油供给量，使混合气空燃比保 持在理想状态下。
3．废气再循环控制（EGR）
    该系统是将一部分排气中废气引入进气侧新鲜混合气中再次燃烧，以抑制发动机有害气体氮氧化合物生成。该系统能依据发动机工况适时地调整参与废气再循环废气循环率，以降低排气中有害气体氮氧化合物。它是一个排气净化有效手段。
    4．怠速控制（ISC）
    该系统能依据发动机冷却液温度及其它相关参数，如空调开关信号、动力转向开关信号等，使发动机怠速处于最好状态。
    除以上控制装置外，发动机部分控制内容还有：发动机输出、冷却风扇、发动机排量、气门正时、二次空气喷射、发动机增压、油气蒸发控制及系统自诊疗等。
    另外，伴随计算机技术深入发展，计算机将会在现代汽车上负担更关键任务，如控制燃烧室容积和形状、控制压缩比、检测汽车零件逐步增加机械磨损等。
   （二）底盘控制部分
1．电控自动变速器（ECT）
    该装置有多个形式。它能依据发动机节气门开度和车速等行驶条件，根据换档特征正确地控制变速比，使汽车处于最好档位。该装置含有提升传动效率、降低油耗、改善换档舒适性、提升汽车行驶平稳性和延长变速器使用寿命等优点。
    2．防滑控制系统
    防滑控制包含制动防抱死（ABS）、牵引控制（TCS）、驱动防滑（ASR）和车辆横向稳定性控制系统（VSC）。该系统能够提升制动效能，预防汽车在制动、起步、驱动和转弯时产生侧滑，是确保行车安全和预防事故发生关键方法。
    3．电子控制动力转向
电子控制动力转向型式较多，现在汽车动力转向发展趋势为四轮转向系统。它们分别显示出不 同优越性，如有可取得最优化转向作用力特征、最优化转向回正特征，改善行驶稳定性和发挥节能和降低成本作用；相关键是为了提升转向能力和 转向响应性；相关键用来改善高速行驶时稳定性。现在电控前轮动力转向较普及，经过控制转向力，确保汽车原地或低速行驶时转向轻便，而高速行驶时又确保 安全。
    4．电控悬挂(TEMS)
该系统能依据不一样路面情况，控制车辆高度，调整悬挂阻尼特征及弹性刚度，改善车辆行驶稳定性、操纵性和乘坐舒适性。
5．巡航控制系统(CCS)
    该系统又称恒速行驶系统。汽车在高速公路上长时间行驶时，打开该系统自动操纵开关后，恒速行驶装置将依据行驶阻力自动增减节气门开度，使汽车行驶速度保持一定。该系统能够减轻驾驶员长途驾驶之疲惫。
    （三）行驶安全系统
    1．安全气囊（SRS)
    该系统是国外汽车上一个常见被动安全装置。在车辆相撞时，由电控元件用电流引爆安置在方向盘中央（有在仪表盘板杂务箱后边也安装）等处气囊中渗氮 物，快速燃烧产生氮气，瞬间充满气囊。气囊作用是在驾驶员和方向盘之间、前座乘员和仪表板间形成一个缓冲软垫，避免硬性撞击而受伤。此装置一定要和安全 带配合使用，不然效果大为降低。
    2．雷达防撞系统
    该系统有多个形式。有在汽车行驶中，当两车距离小到安全距离时，即自动报警，若继续行驶，则会在立即相撞瞬间，自动控制汽车制动器将汽车停住；有是在汽车倒车时，显示车后障碍物距离，有效地预防倒车事故发生。
    3．驱动防滑控制系统（ASR）
    该系统是在制动防抱死系统基础上开发，两系统有很多共同组件。该系统装置利用驱动轮上转速传感器，当感受到驱动轮打滑时，控制元件便经过制动或经过 油门降低转速，使之不再打滑。它实质上是一个速度调整器，能够在起步和弯道中速度发生急剧改变时，改善车轮和地面间附着力，提升其安全性。该系统装置在 雪地或湿滑路面上，较能发挥其特征。
4．安全带控制系统
    该系统在汽车发生任何撞击情况下，可瞬间束紧安全带。有汽车上只有当计算机确定驾驶员和乘客安全带使用正确无误时，发动机才能被起动。
    5．前照灯控制系统
    该系统可在前照灯照明范围内，伴随方向盘转动而转动，并能在会车时自动启闭和防眩。
    除上述装置外，已经开发出多种多样安全装置，如自动门窗装置、车门自动闭锁装置、防盗装置、车钥匙忘拔报警装置和语言开门（无钥匙）装置等。
    （四）信息系统
伴随电子化发展，汽车信息系统越来越庞大，远远超出如车速、里程、冷却液温度、油压等相关范围，逐步向全方面反应车辆工况和行驶动态等功效发展。科目繁多信息装置正在源源不停地进入汽车领域。
1．信息显示和报警系统
该系统可将发动机工况和其它信息参数，经过微处理机处理后，输出对驾驶员更有用信息，并用数字显示、线条显示或声光报警。
    显示信息除冷却液温度、油压、车速、发动机转速等常见内容外，还有瞬时耗油量、平均耗油量、平均车速、行驶里程、车外温度等。依据驾驶员需要，可随时调出显示这些信息。
    监视和报警信息关键有：燃油温度、冷却液温度、油压、充电、尾灯、前照灯、排气温度制动液量、手制动、车门未关严等。当出现不正常现象或自诊疗系统测出有故障时，立即由声光报警。
    2．语言信息系统
    过去通常信息显示全部是靠驾驶员查看仪表，用视觉感知，这么轻易造成遗漏。现在出现了语言信息，包含语音报警和语音控制两类。
    语音报警是在汽车出现不正常情况，如冷却液温度、水位、油位不正常，制动液不足和蓄电池充电值偏低等情况时，计算机经过逻辑判定，输出信息至扬声器，发出模拟人声音向驾驶员报警，如“水位不正常”、“请加油”等，多数还同时用灯光报警。
    语音控制是用驾驶员声音来指挥和控制汽车某个部件、设备进行动作。
    3．车用导航系统和定位系统
    该系统是近几年研究新课题。它可在城市或公路网范围内，定向选择最好行驶路线，并能在屏幕上显示地图，表示汽车行驶中位置，和抵达目标地方向和距离。这实质是汽车行驶向智能化发展方向，再深入就可成为无人驾驶汽车。
    4．通信系统
    这方面真正使用且采取最多是汽车电话，在美国、日本、欧洲等发达国家较普及。现在水平在不停地提升，除车和路之间，车和车之间，车和飞机等交通工具之 间通话外，还可经过卫星和国际电话网相联，实现行驶过程中国际间电话通信，实现网络信息交换，图像传输等。
    （五）隶属装置
    1．全自动空调（EA/C）
    该装置突破单一空气温度调整功效，依据设计在车内多种温度传感器（车内温度、大气温度、日照强度、蒸发器温度、发动机冷却液温度等）输入信号，由计 算机进行平衡温度演算，对进气转换风门、混合风门、水阀、加热断电器、压缩机、鼓风机等进行控制；依据乘客要求，保持车内温度等小气候处于最好值（人体 感觉最舒适状态）。
    2．自动座椅
    该装置是人体工程技术和电子控制技术相结合产物，它能使座椅适应乘客不一样体型，满足乘客舒适性要求。
    3．音响／音像
    车内装有立体音响、CD等。放音系统可实现立体声赔偿、立体声音响自动选台，显示器实现数码选台。
四、ECU功效和组成
1．ECU功效 
ECU是一个电子综合控制装置，它所含有基础功效以下：
1）接收传感器或其它装置输入信息，给传感器提供参考(基准)电压：2V、5V、9V、12V；将输入信息转变为微机所能接收信号。
2）存放、计算、分析处理信息；计算出输出值所用程序；存放该车型特点参数；存放运算中数据（随存随取），存放故障信息。
3）运算分析。依据信息参数求出实施命令数值；将输出信息和标准值对比，查出故障。
4）输出实施命令。把弱信号变为强实施命令数值；输出故障信息。
5）自我修正功效（自适应功效）。
 在发动机控制系统中，ECU不仅用来控制汽油喷射系统，同时还含有点火提前角控制、怠速控制、排放控制、进气控制、增压控制、自诊疗、失效保护和备用控制系统等多项控制功用。
在发动机控制系统中，因为使用微机，和以往模拟电路控制相比，信号处理速度和容量大大提升，所以，就能够实现多功效高精度集中控制。
2．ECU组成
发动机集中控制系统ECU组成图4-5所表示。ECU关键由输入回路、A/D转换器（模/数转换器）、微型计算机和输出回路四部分组成。
图4-5  ECU组成
1-传感器2—模拟信号3—输入回路4—A/D转换器5—输出回路
6—实施元件7—微机8—数字信号9—ROM/RAM记忆装置

（1）输入回路  输入ECU传感器信号有两种：一个是模拟信号（图4-6 a），如：热线式空气流量计输出信号和冷却液温度传感器输出信号等；另一个是数字信号（图4-6 b），如卡门涡流式空气流量计输出信号和转速传感器输出信号等。信号类型不一样，输入ECU后处理方法也不一样。
从传感器输出信号输入ECU后，首先经过输入回路，其中数字信号直接输入微机，模拟信号则由A/D转换器转换成数字信号以后再输入微机。

图4-6  传感器输入信号种类
a) 模拟信号         b) 数字信号

输入回路作用是将传感器输入信号，在除去杂波和把正弦波转变为矩形波后，再转换成输入电平（图4-7）。

图4-7  输入回路作用
1-除去杂波   2—输入回路

（2）A/D转换器（模拟/数字转换器）  由传感器输入模拟信号，微机不能直接处理，故要用A/D转换器将模拟信号转换成数字信号，再输入微机。图4-8所表示为空气流量计输出模拟信号由A/D转换器处理示意图。

图4-8  模拟信号转换处理
1-空气流量计   2—输入回路   3—转换器   4—微机

（3）微型计算机  微机功用是依据发动机工作需要，把多种传感器送来信号用内存程序（微机处理次序）和数据进行运算处理，并把处理结果如汽油喷射控制信号、点火控制信号等送往输出回路。
微机内部结构图49所表示，是由中央处理器（CPU）、存放器、输入/输出装置等组成。

图4-9  微型电子计算机组成
1-存放器  2—信息转送通路   3—输入/输出

1）中央处理器（CPU）。中央处理器功用是读出命令并实施数据处理任务。CPU是由进行数据算术运算和逻辑运算运算器、临时存放数据寄存器、根据程序进行各装置之间信号传送及控制任务控制器等组成（图4-10）。

图4-10   CPU组成
1-控制信号2—数据3—信息传达通道4—控制器
5—寄存器6—运算器

2）存放器。存放器功用是记忆存放程序和数据，通常由多个只读存放器ROM和随机存取存放器RAM组成。
ROM是读出专用存放器，存放内容一次写入后就不能改变，但能够调出使用。ROM存放器存放 内容，即使切断电源，其记忆内容也不丢失，故适适用于对多种程序和数据长久保留。多年可编程只读存放器(EPROM)已在汽车微机中得到应用，该存放 器可由紫外线将其记忆内容消去，并可改写存放内容。
随机存放器RAM既能读出也能写入数据记忆在任意地址上。不过假如切断电源，存放数据就丢失。所以RAM只适适用于临时保留过程中处理数据。
3）输入/输出装置。输入/输出装置功用是依据CPU命令，在外部传感器和实施器之间实施数据传送任务，通常称之为I/O接口。
4）输出回路。由微机输出是电压很低数字信号，用这种信号通常是不能直接驱动实施元件。输出回路功用就是将微机输出数字信号转换成能够驱动实施元件输出信号。输出回路多采取大功率三极管，由微机输出信号控制其导通和截止，从而控制实施元件搭铁回路