第二節(jié)　汽車電子控制系統(tǒng)基本原理

汽車電子控制系統(tǒng)事先將一系列的指令程序儲(chǔ)存在ECU程序存儲(chǔ)器中，這些指令程序在設(shè)計(jì)、制造時(shí)就已經(jīng)定好了，電子控制單元輸入信號(hào)來自控制系統(tǒng)的各個(gè)傳感器。

ECU工作時(shí)接收分布在汽車各部位的傳感器送來的信號(hào)，它把這些輸入信息與存儲(chǔ)器中的“標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)”進(jìn)行比較，根據(jù)結(jié)果控制執(zhí)行器采取相應(yīng)的動(dòng)作，如圖1-1所示。

一、發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)

1. 電控燃油噴射系統(tǒng)

汽油發(fā)動(dòng)機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)可分為空氣供給系統(tǒng)和燃油供給系統(tǒng)2個(gè)主要部分。空氣供給系統(tǒng)向發(fā)動(dòng)機(jī)提供清潔的空氣，并根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工況控制進(jìn)氣量，燃油供給系統(tǒng)供給發(fā)動(dòng)機(jī)最佳計(jì)量的燃油。

在發(fā)動(dòng)機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)（EFI）中，電子控制單元（ECU）主要根據(jù)進(jìn)氣量確定基本的噴油量，再根據(jù)冷卻液溫度傳感器、節(jié)氣門位置傳感器等傳感器信號(hào)對(duì)噴油量進(jìn)行修正，使發(fā)動(dòng)機(jī)在各種運(yùn)行工況下均能獲得最佳濃度的混合氣，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性。除噴油量控制外，電控燃油噴射系統(tǒng)還包括噴油正時(shí)控制、斷油控制和燃油泵控制。圖1-2為發(fā)動(dòng)機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)。

2. 電控點(diǎn)火系統(tǒng)

電控點(diǎn)火系統(tǒng)（ESA）的主要功能是點(diǎn)火提前角控制。該系統(tǒng)根據(jù)各相關(guān)傳感器信號(hào)，判斷發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行工況和運(yùn)行條件，選擇最理想的點(diǎn)火提前角點(diǎn)燃混合氣，從而改善發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒過程，以實(shí)現(xiàn)提高發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和降低排放污染的目的。此外，電控點(diǎn)火系統(tǒng)還具有通電時(shí)間控制和爆燃控制功能。

電控點(diǎn)火系統(tǒng)（圖1-3）一般由傳感器、ECU、點(diǎn)火線圈、火花塞、點(diǎn)火故障報(bào)警器組成。電控點(diǎn)火系統(tǒng)在高電壓下產(chǎn)生火花，在最佳正時(shí)點(diǎn)燃?jí)嚎s在氣缸內(nèi)的混合氣，根據(jù)所收到的由各個(gè)傳感器發(fā)來的信號(hào)，由發(fā)動(dòng)機(jī)ECU實(shí)施控制，達(dá)到最佳的點(diǎn)火正時(shí)。

3. 怠速控制系統(tǒng)

怠速控制系統(tǒng)（ISC）是發(fā)動(dòng)機(jī)輔助控制系統(tǒng)，其功能是在發(fā)動(dòng)機(jī)怠速工況下，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度、空調(diào)壓縮機(jī)是否工作、變速器是否掛入擋位等，通過怠速控制閥對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣量進(jìn)行控制，使發(fā)動(dòng)機(jī)隨時(shí)以最佳怠速運(yùn)轉(zhuǎn)，如圖1-4所示。

4. 排放控制系統(tǒng)

排放控制系統(tǒng)主要是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)排放控制裝置的工作實(shí)行電子控制。排放控制主要包括廢氣再循環(huán)（EGR）控制、活性炭罐電磁閥控制、氧傳感器和空燃比閉環(huán)控制、二次空氣噴射控制等。

5. 進(jìn)氣控制系統(tǒng)

進(jìn)氣控制系統(tǒng)的功能是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的變化，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣進(jìn)行控制，以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣效率，從而改善發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性。

6. 增壓控制系統(tǒng)

增壓控制系統(tǒng)的功能是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣增壓裝置的工作進(jìn)行控制。在裝有廢氣渦輪增壓裝置的汽車上，ECU根據(jù)檢測(cè)到的進(jìn)氣管壓力，對(duì)增壓裝置進(jìn)行控制，從而控制增壓裝置對(duì)進(jìn)氣增壓的強(qiáng)度。

7. 巡航控制系統(tǒng)

巡航控制系統(tǒng)是指駕駛?cè)嗽O(shè)定巡航控制模式后，ECU根據(jù)汽車運(yùn)行工況和運(yùn)行環(huán)境信息，自動(dòng)控制發(fā)動(dòng)機(jī)工作，使汽車自動(dòng)維持一定車速行駛。

8. 警告提示系統(tǒng)

由ECU控制各種指示和報(bào)警裝置，一旦控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障（如氧傳感器失效、油箱油溫過高等），警告提示系統(tǒng)能及時(shí)發(fā)出信號(hào)以警告提示。

9. 自診斷與報(bào)警系統(tǒng)

在發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中，電子控制單元（ECU）都設(shè)有自診斷與報(bào)警系統(tǒng)，對(duì)控制系統(tǒng)各部分的工作情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。當(dāng)ECU監(jiān)測(cè)到來自傳感器或輸送給執(zhí)行元件的故障信號(hào)時(shí)，立即點(diǎn)亮儀表板上的“CHECK ENGINE”燈（故障指示燈），以提示駕駛?cè)税l(fā)動(dòng)機(jī)有故障，同時(shí)，系統(tǒng)將故障信息以設(shè)定的數(shù)碼（故障碼）形式儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器中，以便幫助維修人員確定故障類型和范圍。對(duì)車輛進(jìn)行維修時(shí)，維修人員可通過特定的操作程序（有些需借助專用設(shè)備）調(diào)取故障碼。故障排除后，必須通過特定的操作程序清除故障碼，以免與新的故障信息混淆，給故障診斷帶來困難。

10. 失效保護(hù)及應(yīng)急備用系統(tǒng)

當(dāng)傳感器或傳感器電路發(fā)生故障時(shí)，失效保護(hù)系統(tǒng)自動(dòng)按電腦中預(yù)先設(shè)定的參考信號(hào)值工作，以便發(fā)動(dòng)機(jī)能繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。如冷卻液溫度傳感器電路有故障時(shí)，可能會(huì)向ECU輸入低于-50℃或高于139℃的冷卻液溫度信號(hào)，失效保護(hù)系統(tǒng)將自動(dòng)按設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)（冷卻液溫度信號(hào)80℃）控制發(fā)動(dòng)機(jī)工作，否則會(huì)引起混合氣過濃或過稀，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)不能工作。如果ECU收不到點(diǎn)火控制器返回的點(diǎn)火確認(rèn)信號(hào)時(shí)，失效保護(hù)系統(tǒng)則立即停止燃油噴射，以防大量燃油進(jìn)入氣缸而不能點(diǎn)火工作。

當(dāng)控制系統(tǒng)電腦發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)啟用應(yīng)急備用系統(tǒng)（備用集成電路），按設(shè)定的信號(hào)控制發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)入強(qiáng)制運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，以防車輛停駛在路途中。應(yīng)急備用系統(tǒng)只能維持發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的基本功能，但不能保證發(fā)動(dòng)機(jī)性能。

二、變速器控制系統(tǒng)

電控液力自動(dòng)變速器是在液力變速器基礎(chǔ)上增設(shè)電子控制系統(tǒng)而形成的。電控液力自動(dòng)變速器通過傳感器和開關(guān)監(jiān)測(cè)汽車和發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，并將所獲得的信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸入到電控單元。電控單元根據(jù)這些信號(hào)，通過電磁閥控制液壓控制裝置的換擋閥，使其打開或關(guān)閉通往換擋離合器手制動(dòng)器的油路，從而控制換擋時(shí)刻和擋位的變換，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變速。

電控液力自動(dòng)變速器通過各種傳感器，將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門開度、車速、發(fā)動(dòng)機(jī)水溫、自動(dòng)變速器液壓油溫度等參數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，并輸入到電腦；電腦根據(jù)這些電信號(hào)，按照設(shè)定的換擋規(guī)律，向換擋電磁閥、油壓電磁閥等發(fā)出電子控制信號(hào)；換擋電磁閥和油壓電磁閥再將電腦的電子控制信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤嚎刂菩盘?hào)，閥板中的各個(gè)控制閥根據(jù)這些液壓控制信號(hào)，控制換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換擋，如圖1-5所示。

三、底盤和車身控制系統(tǒng)　

1. ABC車身控制系統(tǒng)

ABC車身控制系統(tǒng)里的懸掛避震裝置安裝在車輪和車身之間。空氣風(fēng)箱的位置安裝了一個(gè)螺旋彈簧和液壓缸。螺旋彈簧在車輪方向通過連接在減震器上的彈性盤來支撐，在車身方向則通過一個(gè)可移動(dòng)的軸，使作用在懸掛上的附加力通過壓力油控制液壓缸伸縮來消除。圖1-6為ABC車身控制系統(tǒng)的組成部件。

2. DSC車身動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)

寶馬汽車DSC車身動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)中集成了ASC自動(dòng)穩(wěn)定控制系統(tǒng)和牽引力控制系統(tǒng)，能夠通過對(duì)出現(xiàn)滑轉(zhuǎn)趨勢(shì)的驅(qū)動(dòng)輪進(jìn)行選擇制動(dòng)來控制驅(qū)動(dòng)輪的滑轉(zhuǎn)狀態(tài)，從而相應(yīng)地對(duì)車輛起到穩(wěn)定作用。而在冰雪路面、沙漠或沙礫路面上，駕駛員只需按下一個(gè)按鈕就可以使車輛進(jìn)入DTC模式，從而增強(qiáng)車輛在上述路面上的牽引力。同時(shí)，由于DSC車身動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)的干預(yù)響應(yīng)極限稍微延長(zhǎng)，車輛的牽引力和驅(qū)動(dòng)力也隨之增大，駕駛員能夠享受到非同尋常的運(yùn)動(dòng)駕駛體驗(yàn)。DSC車身動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)的另一個(gè)功能是CBC彎道制動(dòng)控制，能夠在轉(zhuǎn)彎輕微制動(dòng)時(shí)通過非對(duì)稱的制動(dòng)力控制消除車輛轉(zhuǎn)向過度趨勢(shì)。

3. EBA緊急制動(dòng)輔助裝置

在正常行車情況下，大多數(shù)駕駛員開始制動(dòng)時(shí)只施加很小的力，然后根據(jù)實(shí)際情況增加或調(diào)整對(duì)制動(dòng)踏板施加的制動(dòng)力。但是如果必須突然施加大得多的制動(dòng)力，或駕駛員反應(yīng)過慢，這種方法會(huì)阻礙他們及時(shí)施加最大的制動(dòng)力。這時(shí)就要用到EBA。

EBA通過駕駛員踩踏制動(dòng)踏板的速率來理解駕駛員的制動(dòng)行為，如果EBA察覺到制動(dòng)踏板的制動(dòng)壓力恐慌性增加，就會(huì)在幾毫秒內(nèi)啟動(dòng)全部制動(dòng)力，其速率要比大多數(shù)駕駛員移動(dòng)腳的速率快得多。EBA可顯著縮短緊急制動(dòng)距離并有助于防止在停停走走的交通中發(fā)生追尾事故。

EBA實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)制動(dòng)踏板的運(yùn)動(dòng)。一旦監(jiān)測(cè)到踩踏制動(dòng)踏板的速率陡增，而且駕駛員繼續(xù)大力踩踏制動(dòng)踏板，它就會(huì)釋放出儲(chǔ)存的180bar（1bar=10⁵Pa）的液壓力來施加最大的制動(dòng)力。而駕駛員一旦釋放制動(dòng)踏板，EBA系統(tǒng)則轉(zhuǎn)入待機(jī)模式。由于更早地施加了最大的制動(dòng)力，因此緊急制動(dòng)輔助裝置可顯著縮短制動(dòng)距離。

4. EBD電子制動(dòng)力分配控制

汽車制動(dòng)時(shí)，如果4個(gè)輪胎附著地面的條件不同，比如，左側(cè)輪附著在濕滑路面，而右側(cè)輪附著于干燥路面，則4個(gè)輪子與地面的摩擦力不同，在制動(dòng)時(shí)（4個(gè)輪子的制動(dòng)力相同）就容易產(chǎn)生打滑、傾斜和側(cè)翻等現(xiàn)象。

EBD的功能就是在汽車制動(dòng)的瞬間，高速計(jì)算出4個(gè)輪胎由于附著不同而導(dǎo)致的摩擦力數(shù)值，然后調(diào)整制動(dòng)裝置，使其按照設(shè)定的程序在運(yùn)動(dòng)中高速調(diào)整，達(dá)到制動(dòng)力與摩擦力（牽引力）的匹配，以保證車輛的平穩(wěn)和安全。

當(dāng)緊急剎車車輪抱死的情況下，EBD在ABS動(dòng)作之前就已經(jīng)平衡了每一個(gè)輪的有效抓地力，可以防止出現(xiàn)甩尾和側(cè)移，并縮短汽車制動(dòng)距離。EBD實(shí)際上是ABS的輔助功能，它可以改善提高ABS的功效。

5. EDS電子差速鎖

EDS電子差速鎖是ABS的一種擴(kuò)展功能，用于鑒別汽車的輪子是不是失去著地摩擦力，從而對(duì)汽車的加速打滑進(jìn)行控制。同普通車輛相比，帶有EDS的車輛可以更好地利用地面附著力，從而提高車輛的運(yùn)行性，尤其在傾斜的路面上，EDS的作用更加明顯。但它有速度限制，只有在車速低于40km/h時(shí)才會(huì)啟動(dòng)，主要是防止起步和低速時(shí)打滑。

6. ESP電子穩(wěn)定系統(tǒng)

ESP電子穩(wěn)定系統(tǒng)的功能通常是支援ABS及ASR（驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)，又稱牽引力控制系統(tǒng)）。它通過對(duì)從各傳感器傳來的車輛行駛狀態(tài)信息進(jìn)行分析，然后向ABS、ASR發(fā)出糾偏指令，來幫助車輛維持動(dòng)態(tài)平衡。ESP可以使車輛在各種狀況下保持最佳的穩(wěn)定性，在轉(zhuǎn)向過度或轉(zhuǎn)向不足的情形下效果更加明顯。

ESP一般需要安裝轉(zhuǎn)向傳感器、車輪傳感器、側(cè)滑傳感器、橫向加速度傳感器等。ESP可以監(jiān)控汽車行駛狀態(tài)，并自動(dòng)向一個(gè)或多個(gè)車輪施加制動(dòng)力，以保持車子在正常的車道上運(yùn)行，甚至在某些情況下可以進(jìn)行每秒150次的制動(dòng)。目前ESP有3種類型：能向4個(gè)車輪獨(dú)立施加制動(dòng)力的四通道或四輪系統(tǒng)；能對(duì)2個(gè)前輪獨(dú)立施加制動(dòng)力的雙通道系統(tǒng)；能對(duì)2個(gè)前輪獨(dú)立施加制動(dòng)力和對(duì)后輪同時(shí)施加制動(dòng)力的三通道系統(tǒng)。

ESP最重要的特點(diǎn)就是它的主動(dòng)性，如果說ABS是被動(dòng)地作出反應(yīng)，那么ESP卻可以做到防患于未然。

7. TCS牽引力控制系統(tǒng)

TCS牽引力控制系統(tǒng)，又稱循跡控制系統(tǒng)。其功能是能夠偵知輪胎貼地性的極限，在輪胎即將打滑的瞬間，自動(dòng)降低或切斷傳到該輪上的動(dòng)力，使之保持循跡性。汽車在光滑路面制動(dòng)時(shí)，車輪會(huì)打滑，甚至使方向失控。同樣，汽車在起步或急加速時(shí)，驅(qū)動(dòng)輪也有可能打滑，在冰雪等光滑路面上還會(huì)使方向失控而出危險(xiǎn)。TCS就是針對(duì)此問題而設(shè)計(jì)的。

TCS依靠電子傳感器探測(cè)到從動(dòng)輪速度低于驅(qū)動(dòng)輪時(shí)（這是打滑的特征），就會(huì)發(fā)出一個(gè)信號(hào)，調(diào)節(jié)點(diǎn)火時(shí)間、減小氣門開度、減小油門、降擋或制動(dòng)車輪，從而使車輪不再打滑。TCS可以提高汽車行駛穩(wěn)定性，提高加速性，提高爬坡能力。TCS如果和ABS相互配合使用，將進(jìn)一步增強(qiáng)汽車的安全性能。TCS和ABS可共用車軸上的輪速傳感器，并與行車控制單元連接，不斷監(jiān)視各輪轉(zhuǎn)速，當(dāng)在低速發(fā)現(xiàn)打滑時(shí)，TCS會(huì)立刻讓ABS動(dòng)作來減少此車輪的打滑。如果在高速發(fā)現(xiàn)打滑時(shí)，TCS立即向行車控制單元發(fā)出指令，指揮發(fā)動(dòng)機(jī)降速或變速器降擋，使打滑車輪不再打滑，防止車輛失控甩尾。