汽车电器基本知识、主要电子控制系统.pdf

汽 车 概 论?听说电是汽车的神经。?对。而且越来越多有关电的新技术应用于汽车。第九讲第九讲 汽车电器汽车电器第一节 电器概述第二节 电源系统第三节 点火系统第四节 起动系统第五节 照明信号系统第六节 全车线路连线原则第七节 现代汽车计算机控制系统第一节第一节 电器概述电器概述汽 车 概 论?电在汽车上也是必不可少的：电火花，起动，照明、仪表、信号等。?可以说，汽油是汽车的血液，电是汽车的神经?包括?电源系统?点火系统?起动系统?照明信号系统?仪表警告系统?现代汽车应用了更多的电子计算机控制系统，使汽车称为典型的机电一体化产品。汽 车 概 论全车线路连线原则?低压：汽车电器设备系统的额定电压有12V和24V两种。目前汽油机普遍采用12V，而柴油机则多采用24V。?直流：汽车发动机的起动机是直流串励式电动机，必须由蓄电池供电，而向蓄电池充电必须用直流，所以汽车电器设备为直流系统。?单线制：汽车上所有电器设备均为并联。而从电源到用电设备只用一根导线连接，汽车底盘、发动机等金属机体作为另一公共“导线”。单线制导线用量少，线路清晰，安装方便。?负极搭铁：单线制时蓄电池的一个电极接至车架上，称“搭铁”。负极接车架即为“负极搭铁”。负极搭铁对车架或车身的化学腐蚀较轻，对无线电干扰较小。（大多数车辆均采用负极搭铁）?均装有保险装置，以防短路烧坏用电设备?除起动机、喇叭、转向灯之外，各用电设备均经过电流表第二节第二节 电源系统电源系统汽 车 概 论一 概述?作用：?在汽车上用于产生和储存电能，并供给一切用电设备。?组成：?蓄电池?发电机(及调节器)汽 车 概 论二 蓄电池?功能：电能化学能?作用?起动时，给起动机供电?工作中：?发电机发出的电能超过用电设备的需要时，由蓄电池储存?发电机发出的电能不满足用电设备的需要时，由蓄电池部分或全部供电?构造：主要是铅酸蓄电池?外壳，极板组，隔板，电解液，极柱汽 车 概 论?其他类型的蓄电池?干荷电铅蓄电池：干态，加入电解液30min后，不需要充电即可使用，是应急的理想电源?免维护蓄电池：也叫MF电池。使用过程中不需要添加蒸馏水，不需进行维护?碱性蓄电池?电动汽车的蓄电池?钠硫电池?燃料电池?锌-空气电池汽 车 概 论三 发电机?作用?由发动机带动发出电能(机械能电能)?正常情况，除起动机之外的所有用电设备由其供电，并向蓄电池充电?组成(硅整流交流发电机)?转子总成：磁场部分?定子总成：电枢线圈?硅整流器：三相交流直流?调节器?作用：调节发电机的输出电压，使其稳定在规定的工作范围汽 车 概 论第三节第三节 点火系统点火系统汽 车 概 论一 概述?作用：将低压高压，按一定次序和时刻分别分到各个气缸产生电火花，点燃可燃混合气?组成?点火开关?电源?点火线圈?分电器?火花塞汽 车 概 论?点火开关：控制点火系的初级电路及仪表电路等?蓄电池：12V，供给点火系所需的电能?点火线圈：自耦变压器,将低压变成能击穿火花塞间隙的高压?分电器：由断电器、配电器、点火提前调节装置组成?火花塞：产生电火花，点燃混合气?电容器：减小触点分开时产生的火花，延长触点使用寿命汽 车 概 论二 主要元件?点火开关：起动时，接通低压电路?点火线圈：低压高压?分电器?作用：接通和切断低压线路?组成?断电器：磁通变化经磁场产生高压?配电器：分配高电压至各气缸上?点火提前装置?离心提前装置：转速越高，提前角越大?真空提前装置：负荷越小，提前角越大?人工提前装置：根据汽油辛烷值?火花塞：高压电流下，两极间产生电火花，点燃气缸中的混合气。汽 车 概 论汽 车 概 论三 点火系电路第四节第四节 起动系统起动系统汽 车 概 论一 概述?作用?通过转动发动机曲轴，使其进入工作状态?组成?起动机?电磁操纵机构?起动方式?人力?电力起动汽 车 概 论二 起动机?作用：产生起动扭矩?结构：壳体、磁极、电枢、整流子、电刷汽 车 概 论三 电磁操纵机构?作用：控制起动电机的运转和起动齿轮与飞轮齿圈的啮合与脱离，防止电机电枢超速运转汽 车 概 论四 起动电路第五节第五节 照明信号系统照明信号系统汽 车 概 论一 照明装置汽 车 概 论仪表指示系统概述?为使驾驶员能随时了解汽车和发动机的各种参数是否正常，以便及时采取措施，防止发生人身和机械事故，汽车上或多或少地使用各种仪表。这些仪表有的显示汽车的常规运行参数，有的显示某些极限参数。?仪表系统?电流表机油压力表?水温表燃油表?车速里程表发动机转速表?指示灯系统?温度指示灯机油压力指示灯?充电指示灯燃油低液位指示灯?制动系统指示灯制动液面警告灯汽 车 概 论二 仪表汽 车 概 论?电流表：指示蓄电池充电或放电电流?机油压力表：检测机油(润滑系统)压力?水温表：指示发动机冷却水工作温度?燃油表：指示燃油箱内储油量的多少?车速里程表：指示行车车速，累计汽车行驶里程数?发动机转速表：用于监视发动机工作状况，便于掌握换挡时机汽 车 概 论三 信号及报警装置?转向信号?闪光器?倒车信号?电源指示灯?仪表报警装置?喇叭汽 车 概 论辅助电器设备汽 车 概 论风窗玻璃洗涤器?组成?控制电路?与刮水器联动?动作?低速刮水?高速刮水?点动刮水?间歇刮水?洗涤风窗汽 车 概 论电动刮水器?组成：?电动机传动机构?动作?慢速刮水?快速刮水?停机复位：不管何时切断电源都停止在下部汽 车 概 论风窗除霜装置汽 车 概 论电动门窗玻璃升降器?组成：?电动机?减速装置?传动机构?齿扇式?齿条式?控制开关汽 车 概 论汽 车 概 论汽车空调汽 车 概 论汽车音响第六节第六节 全车线路全车线路汽 车 概 论一 全车线路连线原则?低压：汽车电器设备系统的额定电压有12V和24V两种。目前汽油机普遍采用12V，而柴油机则多采用24V。?直流：汽车发动机的起动机是直流串励式电动机，必须由蓄电池供电，而向蓄电池充电必须用直流，所以汽车电器设备为直流系统。?单线制：汽车上所有电器设备均为并联。而从电源到用电设备只用一根导线连接，汽车底盘、发动机等金属机体作为另一公共“导线”。单线制导线用量少，线路清晰，安装方便。?负极搭铁：单线制时蓄电池的一个电极接至车架上，称“搭铁”。负极接车架即为“负极搭铁”。负极搭铁对车架或车身的化学腐蚀较轻，对无线电干扰较小。（大多数车辆均采用负极搭铁）?均装有保险装置，以防短路烧坏用电设备?除起动机、喇叭、转向灯之外，各用电设备均经过电流表汽 车 概 论二 全车线路图第七节第七节 现代汽车计算机控制系统现代汽车计算机控制系统汽 车 概 论汽车计算机控制的必要性?为了实现高效、安全的公路交通，不能只着眼于汽车，而应把人、汽车和环境作为一个系统。?为了改善和提高汽车的性能，需要对汽车的许多系统进行优化控制。微型计算机具有结构紧凑、工作可靠、功能强大、响应快速和价格低廉等优点，特别适宜于作为汽车计算机控制系统的控制器。?目前，汽车计算机控制已经涉及到动力性、经济性、安全性、可靠性。其目的主要有：?满足用户需求，大幅度提高汽车性能，尤其是舒适性、方便性、安全性、可靠性等；?满足社会需求，保护环境，节约能源、节省资材；?实现公路交通系统智能化，将汽车与社会紧密联系起来。汽 车 概 论电子控制一览燃油喷射控制EFI)进气、增压控制空燃比控制点火控制(ESA)爆震控制怠速控制(ISC)排放控制(EGR)车 身安全性发动机底 盘自动变速器(ECT)防滑差速器(LSD)动力转向(EPS)四轮转向(4 WS)制动防抱死(ABS)驱动防滑(ASR/TCS)巡行控制(CCS)悬架控制(TEMS)自动安全带安全气囊雷达防撞倒车报警防盗系统传动系转向系制动系行驶系悬 架电动车窗电动门锁电动后视镜电动车顶电动天线自动空调自动座椅收放机电视机信息与通信电子仪表显示导向行驶车用电话机车用传真机汽 车 概 论控制系统框图传感器电控单元执行器输出输入ECU传感器：感测控制 系统外部 的信息并 能电信号电控单元：控制系统的 中枢，是系统中的信息 处理部分。处理、分 析、计算输入信息，形 成控制指令并将控制决 定传输给执行器。执行器：系统的 输出部分，将 ECU的控制指令 转变为实现控制 目标的物理运动汽 车 概 论发动机控制?电控燃油喷射（EFI-Electronic Fuel Injection）?按照发动机各种工况的要求和进气量控制喷油量，实现空燃比的最佳控制。?发动机控制目标?动力性、经济性、排放控制、工作可靠性汽 车 概 论自动变速箱?自动变速箱能根据路面情况、实际工况来自动换入合适的档位，减轻了司机的劳动强度；?全液压控制型：仅靠液压系统来实现控制?电子控制型：由电脑控制换档时刻和换档模式ECT-Electronically Controlled Transmission汽 车 概 论防抱死控制系统?ABS(Antilock Braking System)?控制目标?缩短制动距离?改善制动过程的方向稳定性?保持制动过程的转向操纵能力?减轻驾驶员的紧张程度?延长轮胎的使用寿命?在制动过程中，电子控制装置根据车轮转速传感器输入的信号判定有车轮趋于抱死时，ABS就进入防抱制动压力调节过程。汽 车 概 论巡航行驶电子控制系统?CCSCruise Control System?控制目标?使汽车速度保持稳定，将驾驶员从对节气门的持续控制中解脱出来，减轻驾驶员的工作强度。?和防碰撞控制系统（低成本车距传感器）联系 形成 智能车辆道路系统?举例：巡行控制有四个操作，位于方向盘上?MAIN(开/关)：打开，使之处于备用状态?SET/COAST(调置/滑行)：达到某希望车速时，推上该开关，进行调置?RES/ACC(再调置/加速)：?调置暂时解除状态：推上该开关，重新调置上次调置的车速?调置状态：推上该开关，加速?CANCEL(消除)：解除调置状态汽 车 概 论电子控制悬架系统?传统的悬架?组成：弹性元件，减振器，导向机构?作用：车身与车轮之间的弹性连接，衰减和消除车身振动，改善行驶平顺性，提高汽车的方向稳定性?被动式悬架：弹簧刚度和减振器阻尼不变?电控目标?为适应汽车在不同行驶状态和道路条件对刚度和阻尼变化的要求。?具体控制要求?在平整路面上，减少阻尼，提高汽车的平顺性?在不平路面上行驶，加大阻尼，提高汽车的稳定性?急转弯、急加速和紧急制动，旋架应比较硬即刚度大?正常行驶时，应使悬架感到比较柔软?分类?半主动悬架：对刚度阻尼、车身高度分级控制?主动悬架：连续变化汽 车 概 论汽车驱动防滑系统?ASR(Accelerate Slip Regulation)加速打滑控制。?作用：是当汽车加速时将滑动率控制在一定的范围内，从而防止驱动轮快速滑动。它的功能一是提高牵引力；二是保持汽车的行驶稳定。?原理：当电脑检测到某个驱动轮打滑时，就会自动降低发动机的输出功率，并对打滑的车轮施加制动，直到车轮恢复正常的转动。?ESP（Electronic Stabilty Program）电控行驶平稳系统?包含ABS及ASR，是这两种系统功能上的延伸。因此，ESP称得上是当前汽车防滑装置的最高级形式。汽 车 概 论转向控制?控制目标?改善驾驶员的转向操纵感觉，减轻驾驶员的体力消耗，提高汽车的转向能力?要求?既转向轻便省力，又能较好反馈“路感”?计算机控制系统出现故障时，仍能保留人力转向能力?尽可能减小转向的动力消耗?分类：根据转向动力形式分?液压转向系统：通过电磁阀对转向助力进行调节?电液混合转向系统：转向油泵由电动机驱动?电动转向系统(EPS)：电动机直接驱动转向机构?四轮转向系统(4WS)?液压、机械液压、电动汽 车 概 论安全气囊控制?控制目标?发生碰撞时，该系统可以在乘员与汽车内部结构之间膨胀开一个气囊，起缓冲作用，提高乘员安全性，是一种被动安全系统。气囊在撞击约50ms内充满。?安全气囊系统（ARS）主要组成?输入：碰撞传感器，系统检测装置?ECU?执行器：充气组件?充气器?压缩气体式：气体压缩在钢瓶中?气体发生式：常用，如叠氮化钠气体发生器，NaN3+Fe2O3?气囊：用尼龙布制成，可装在前排、后排、侧面等位置?装饰盖和底板汽 车 概 论导航与全球定位系统?汽车导向系统：又称导航系统?对飞机和轮船来说，由于周围无参照物，需要具备确定本身在地图上的位置，这种能够确定方位的装置是导航器。汽车的情况虽有不同，但当汽车在生疏地带行驶，特别是在难以看清道路标志和周围景色的夜间行车时，有时同样会迷失方向。故也需要各种导向行驶系统来确定其本身方向和位置，这种技术就是汽车自动导向技术。?汽车导向系统的类型?地磁导向行驶系统?电子地图导向系统?惯性行驶系统?无线电导向系统汽 车 概 论?全球定位系统GPS?Global Positioning System，其含义是导航卫星授时、测距和全球定位系统。?GPS汽车导向系统汽 车 概 论?GPS的组成?空间部分：导航卫星?地面站：检测部分?用户设备：接受部分