一文了解汽车电子控制系统

智能汽车电子与软件 2024-05-07 17:03

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汽车电子控制系统的基本组成

汽车电子控制系统主要有电子控制单元（包括软件）、传感器和执行器。

一、电子控制单元

电子控制单元（ECU）是汽车电子控制系统的“大脑”，它对各传感器输入的电信号以及部分执行器的反馈电信号进行综合分析与处理，给传感器提供参考电压，然后向执行器输出控制信号，使执行器按控制目标的要求进行工作。

软件集成存储在电子控制单元中，核心是微处理器，这种微处理器通常采用单片机，其功能扩展容易、控制精度更高，用于电子控制系统完成数据采集、计算处理、输出控制、系统监控与自诊断等。大部分电子控制单元的电路结构类似，其控制功能的变化主要取决于开发的软件及输入和输出模块的变化，应根据电子控制系统的功能而定。

二、传感器

传感器是汽车电子控制系统的“千里眼”和“顺风耳”，它将汽车工况及状态、汽车行驶工况和状态的各种物理参量转变为电信号，并输送给电子控制单元。汽车电子控制系统所用的各种传感器按其工作原理及输出信号形式的不同，可分为多种类型。例如，脉冲式传感器、电位计类传感器、热敏电阻类传感器、触点开关类传感器等。

三、执行器

执行器是汽车电子控制系统的“手”和“脚”，电子控制单元通过执行器实现对被控对象的控制。执行器对电子控制单元输出的控制信号作出迅速反应，使被控对象工作在设定的最佳状态。

例如，喷油器。喷油嘴的喷油量由ECU决定。ECU会控制喷油嘴的针阀，决定针阀开启的时间长短（喷射脉冲时间）。喷油量是ECU内存中的一个设定值，这个设定值会根据发动机的状况预先设定，这些状况会根据发动机转速和进气量来决定。

汽车电子控制系统基本原理

汽车电子控制系统事先将一系列的指令程序储存在ECU程序存储器中，这些指令程序在设计、制造时就已经定好了，电子控制单元输入信号来自控制系统的各个传感器。

ECU工作时接收分布在汽车各部位的传感器送来的信号，它把这些输入信息与存储器中的“标准参数”进行比较，根据结果控制执行器采取相应的动作。

电子控制系统

一、发动机控制系统

1.电控燃油喷射系统

汽油发动机电控燃油喷射系统可分为空气供给系统和燃油供给系统2个主要部分。空气供给系统向发动机提供清洁的空气，并根据发动机工况控制进气量，燃油供给系统供给发动机最佳计量的燃油。

在发动机电控燃油喷射系统（EFI）中，电子控制单元（ECU）主要根据进气量确定基本的喷油量，再根据冷却液温度传感器、节气门位置传感器等传感器信号对喷油量进行修正，使发动机在各种运行工况下均能获得最佳浓度的混合气，从而提高发动机的动力性、经济性和排放性。除喷油量控制外，电控燃油喷射系统还包括喷油正时控制、断油控制和燃油泵控制。

发动机电控燃油喷射系统

2.电控点火系统

电控点火系统（ESA）的主要功能是点火提前角控制。该系统根据各相关传感器信号，判断发动机的运行工况和运行条件，选择最理想的点火提前角点燃混合气，从而改善发动机的燃烧过程，以实现提高发动机动力性、经济性和降低排放污染的目的。此外，电控点火系统还具有通电时间控制和爆燃控制功能。

电控点火系统一般由传感器、ECU、点火线圈、火花塞、点火故障报警器组成。电控点火系统在高电压下产生火花，在最佳正时点燃压缩在气缸内的混合气，根据所收到的由各个传感器发来的信号，由发动机ECU实施控制，达到最佳的点火正时。

电控点火系统

3.怠速控制系统

怠速控制系统（ISC）是发动机辅助控制系统，其功能是在发动机怠速工况下，根据发动机冷却液温度、空调压缩机是否工作、变速器是否挂入挡位等，通过怠速控制阀对发动机的进气量进行控制，使发动机随时以最佳怠速运转。

怠速控制系统

4.排放控制系统

排放控制系统主要是对发动机排放控制装置的工作实行电子控制。排放控制主要包括废气再循环（EGR）控制、活性炭罐电磁阀控制、氧传感器和空燃比闭环控制、二次空气喷射控制等。

5.进气控制系统

进气控制系统的功能是根据发动机转速和负荷的变化，对发动机的进气进行控制，以提高发动机的充气效率，从而改善发动机的动力性。

6.增压控制系统

增压控制系统的功能是对发动机进气增压装置的工作进行控制。在装有废气涡轮增压装置的汽车上，ECU根据检测到的进气管压力，对增压装置进行控制，从而控制增压装置对进气增压的强度。

7.巡航控制系统

巡航控制系统是指驾驶人设定巡航控制模式后，ECU根据汽车运行工况和运行环境信息，自动控制发动机工作，使汽车自动维持一定车速行驶。

8.警告提示系统

由ECU控制各种指示和报警装置，一旦控制系统出现故障（如氧传感器失效、油箱油温过高等），警告提示系统能及时发出信号以警告提示。

9.自诊断与报警系统

在发动机控制系统中，电子控制单元（ECU）都设有自诊断与报警系统，对控制系统各部分的工作情况进行监测。当ECU监测到来自传感器或输送给执行元件的故障信号时，立即点亮仪表板上的“CHECKENGINE”灯（故障指示灯），以提示驾驶人发动机有故障，同时，系统将故障信息以设定的数码（故障码）形式储存在存储器中，以便帮助维修人员确定故障类型和范围。

10.失效保护及应急备用系统

当传感器或传感器电路发生故障时，失效保护系统自动按电脑中预先设定的参考信号值工作，以便发动机能继续运转。如冷却液温度传感器电路有故障时，可能会向ECU输入低于-50℃或高于139℃的冷却液温度信号，失效保护系统将自动按设定的标准（冷却液温度信号80℃）控制发动机工作，否则会引起混合气过浓或过稀，导致发动机不能工作。如果ECU收不到点火控制器返回的点火确认信号时，失效保护系统则立即停止燃油喷射，以防大量燃油进入气缸而不能点火工作。

当控制系统电脑发生故障时，自动启用应急备用系统（备用集成电路），按设定的信号控制发动机转入强制运转状态，以防车辆停驶在路途中。应急备用系统只能维持发动机运转的基本功能，但不能保证发动机性能。

二、变速器控制系统

电控液力自动变速器是在液力变速器基础上增设电子控制系统而形成的。电控液力自动变速器通过传感器和开关监测汽车和发动机的运行状态，并将所获得的信息转换成电信号输入到电控单元。电控单元根据这些信号，通过电磁阀控制液压控制装置的换挡阀，使其打开或关闭通往换挡离合器手制动器的油路，从而控制换挡时刻和挡位的变换，以实现自动变速。

电控液力自动变速器通过各种传感器，将发动机转速、节气门开度、车速、发动机水温、自动变速器液压油温度等参数转变为电信号，并输入到电脑；电脑根据这些电信号，按照设定的换挡规律，向换挡电磁阀、油压电磁阀等发出电子控制信号；换挡电磁阀和油压电磁阀再将电脑的电子控制信号转变为液压控制信号，阀板中的各个控制阀根据这些液压控制信号，控制换挡执行机构的动作，从而实现自动换挡。

电控液力自动变速器

三、底盘和车身控制系统

1.ABC车身控制系统

ABC车身控制系统里的悬挂避震装置安装在车轮和车身之间。空气风箱的位置安装了一个螺旋弹簧和液压缸。螺旋弹簧在车轮方向通过连接在减震器上的弹性盘来支撑，在车身方向则通过一个可移动的轴，使作用在悬挂上的附加力通过压力油控制液压缸伸缩来消除。

ABC车身控制系统的组成部件

A1p13—多功能显示器；B22/7—左后高度传感器；B24/6—右后车身加速度传感器；N72/1s3—舒适/运动开关；B4/5—ABC压力传感器；B22/8—左前高度传感器；B24/12—ABC侧向加速度传感器；S9/1—刹车灯开关；B22/1—左后柱塞行程传感器；B22/9—右前高度传感器；B24/14—ABC纵向加速度传感器；X11/4—诊断接头；B22/4—左前柱塞行程传感器；B22/10—右后高度传感器；B40/1—ABC油温传感器；Y36/1—前桥分配阀单元；B22/5—右前柱塞行程传感器；B24/3—左前车身加速度传感器；N51/2—ABC控制电脑；Y36/2—后桥分配阀单元；B22/6—右后柱塞行程传感器；B24/4—右前车身加速度传感器；N72/1s2—高度控制开关；Y86/1—ABC节流阀

2.DSC车身动态控制系统

宝马汽车DSC车身动态控制系统中集成了ASC自动稳定控制系统和牵引力控制系统，能够通过对出现滑转趋势的驱动轮进行选择制动来控制驱动轮的滑转状态，从而相应地对车辆起到稳定作用。而在冰雪路面、沙漠或沙砾路面上，驾驶员只需按下一个按钮就可以使车辆进入DTC模式，从而增强车辆在上述路面上的牵引力。同时，由于DSC车身动态控制系统的干预响应极限稍微延长，车辆的牵引力和驱动力也随之增大，驾驶员能够享受到非同寻常的运动驾驶体验。DSC车身动态控制系统的另一个功能是CBC弯道制动控制，能够在转弯轻微制动时通过非对称的制动力控制消除车辆转向过度趋势。

3.EBA紧急制动辅助装置

在正常行车情况下，大多数驾驶员开始制动时只施加很小的力，然后根据实际情况增加或调整对制动踏板施加的制动力。但是如果必须突然施加大得多的制动力，或驾驶员反应过慢，这种方法会阻碍他们及时施加最大的制动力。这时就要用到EBA。

EBA通过驾驶员踩踏制动踏板的速率来理解驾驶员的制动行为，如果EBA察觉到制动踏板的制动压力恐慌性增加，就会在几毫秒内启动全部制动力，其速率要比大多数驾驶员移动脚的速率快得多。EBA可显著缩短紧急制动距离并有助于防止在停停走走的交通中发生追尾事故。

4.EBD电子制动力分配控制

汽车制动时，如果4个轮胎附着地面的条件不同，比如，左侧轮附着在湿滑路面，而右侧轮附着于干燥路面，则4个轮子与地面的摩擦力不同，在制动时（4个轮子的制动力相同）就容易产生打滑、倾斜和侧翻等现象。

EBD的功能就是在汽车制动的瞬间，高速计算出4个轮胎由于附着不同而导致的摩擦力数值，然后调整制动装置，使其按照设定的程序在运动中高速调整，达到制动力与摩擦力（牵引力）的匹配，以保证车辆的平稳和安全。

当紧急刹车车轮抱死的情况下，EBD在ABS动作之前就已经平衡了每一个轮的有效抓地力，可以防止出现甩尾和侧移，并缩短汽车制动距离。EBD实际上是ABS的辅助功能，它可以改善提高ABS的功效。

5.EDS电子差速锁

EDS电子差速锁是ABS的一种扩展功能，用于鉴别汽车的轮子是不是失去着地摩擦力，从而对汽车的加速打滑进行控制。同普通车辆相比，带有EDS的车辆可以更好地利用地面附着力，从而提高车辆的运行性，尤其在倾斜的路面上，EDS的作用更加明显。但它有速度限制，只有在车速低于40km/h时才会启动，主要是防止起步和低速时打滑。

6.ESP电子稳定系统

ESP电子稳定系统的功能通常是支援ABS及ASR（驱动防滑系统，又称牵引力控制系统）。它通过对从各传感器传来的车辆行驶状态信息进行分析，然后向ABS、ASR发出纠偏指令，来帮助车辆维持动态平衡。ESP可以使车辆在各种状况下保持最佳的稳定性，在转向过度或转向不足的情形下效果更加明显。

ESP一般需要安装转向传感器、车轮传感器、侧滑传感器、横向加速度传感器等。ESP可以监控汽车行驶状态，并自动向一个或多个车轮施加制动力，以保持车子在正常的车道上运行，甚至在某些情况下可以进行每秒150次的制动。

7.TCS牵引力控制系统

TCS牵引力控制系统，又称循迹控制系统。其功能是能够侦知轮胎贴地性的极限，在轮胎即将打滑的瞬间，自动降低或切断传到该轮上的动力，使之保持循迹性。汽车在光滑路面制动时，车轮会打滑，甚至使方向失控。同样，汽车在起步或急加速时，驱动轮也有可能打滑，在冰雪等光滑路面上还会使方向失控而出危险。TCS就是针对此问题而设计的。

TCS依靠电子传感器探测到从动轮速度低于驱动轮时（这是打滑的特征），就会发出一个信号，调节点火时间、减小气门开度、减小油门、降挡或制动车轮，从而使车轮不再打滑。TCS可以提高汽车行驶稳定性，提高加速性，提高爬坡能力。TCS如果和ABS相互配合使用，将进一步增强汽车的安全性能。TCS和ABS可共用车轴上的轮速传感器，并与行车控制单元连接，不断监视各轮转速，当在低速发现打滑时，TCS会立刻让ABS动作来减少此车轮的打滑。如果在高速发现打滑时，TCS立即向行车控制单元发出指令，指挥发动机降速或变速器降挡，使打滑车轮不再打滑，防止车辆失控甩尾。

来源:电控知识搬运工

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