汽車(chē)計(jì)算機(jī)控制概論

§1-1汽車(chē)電子控制系統(tǒng)的基本組成汽車(chē)電子控制系統(tǒng)通常由傳感器、電子控制器（ECU）和執(zhí)行機(jī)構(gòu)三部分所組成。傳感器電子控制器執(zhí)行器圖8-1汽車(chē)電子控制系統(tǒng)基本組成運(yùn)行的汽車(chē)一、汽車(chē)電子控制系統(tǒng)的基本組成§1-1汽車(chē)電子控制系統(tǒng)的基本組成

傳感器是系統(tǒng)中信息的輸入部分，它用于感測(cè)控制系統(tǒng)外部的信息，并將得到的信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后傳輸給電控單元，輸人信息是引起控制系統(tǒng)發(fā)生變化的原因。電控單元是控制系統(tǒng)的中樞，是系統(tǒng)中的信息處理部分，它通過(guò)處理、分析和計(jì)算輸入信息形成控制指令，并將形成的控制決定傳輸給執(zhí)行器，處理是控制系統(tǒng)對(duì)輸入的響應(yīng)過(guò)程。執(zhí)行器則是控制系統(tǒng)的輸出部分，它將電控單元形成的控制指令轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)現(xiàn)控制目標(biāo)的物理運(yùn)動(dòng)，輸出是系統(tǒng)根據(jù)輸入產(chǎn)生的結(jié)果?！?-1汽車(chē)電子控制系統(tǒng)的基本組成二、汽車(chē)電子控制系統(tǒng)的類(lèi)型⒈按控制器的電路結(jié)構(gòu)與工作方式分

1）模擬控制系統(tǒng)

2）數(shù)字控制系統(tǒng)

⒉按控制器所具有的控制功能分

1）單功能控制系統(tǒng)

2）多功能控制系統(tǒng)

§1-1汽車(chē)電子控制系統(tǒng)的基本組成⒊按控制系統(tǒng)控制所屬汽車(chē)部位分

1）發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)2）底盤(pán)電子控制系統(tǒng)3）車(chē)身電子控制系統(tǒng)⒋按控制系統(tǒng)的控制目標(biāo)分1）排放與油耗電子控制系統(tǒng)2）安全與舒適電子控制系統(tǒng)3）汽車(chē)信息系統(tǒng)

§1-2汽車(chē)傳感器一、傳感器概述

傳感器是汽車(chē)電控系統(tǒng)的重要組成部分之一，是系統(tǒng)信息的輸入部分，它用于感測(cè)控制系統(tǒng)外部的信息，并將得到的信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后傳輸給電控單元，輸人信息是引起控制系統(tǒng)發(fā)生變化的原因。

§1-2汽車(chē)傳感器§1-3電子控制器（ECU或ECM）一、電子控制器的基本組成：電子控制器由輸入回路、微機(jī)和輸出回路三部分所組成?！?-3電子控制器（ECU或ECM）二、輸入電路電子控制器輸入電路包括信號(hào)處理電路和傳感器電源，其作用是：1、將各傳感器及開(kāi)關(guān)信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可接受的數(shù)字信號(hào)；由A／D轉(zhuǎn)換器和數(shù)字輸人緩沖器兩部分組成，緩沖器電路主要包括整形電路、波形變換電路、限幅電路和濾波電路等。2、向傳感器提供電壓穩(wěn)定的電源，確保各傳感器正常工作。§1-3電子控制器（ECU或ECM）三、單片機(jī)是將中央處理器CPU(CentralProcessingUnit)、存儲(chǔ)器M(Memory)、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、輸入／輸出(I／0)接口電路等主要計(jì)算機(jī)部件集成在一塊集成電路芯片上的微型計(jì)算機(jī)?！?-3電子控制器（ECU或ECM）⒈中央微處理器

中央微處理器（CentralProcessingUnit）簡(jiǎn)稱(chēng)CPU，包含運(yùn)算器、控制器、寄存器等部件，這些部件是通過(guò)總線連接的。運(yùn)算器：用于對(duì)數(shù)據(jù)的算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。控制器：按事先編排的程序發(fā)出控制脈沖，控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)各部自動(dòng)協(xié)調(diào)地工作。寄存器：用于暫時(shí)存儲(chǔ)運(yùn)算器的中間運(yùn)算數(shù)據(jù)。CPU在控制器控制脈沖的控制下，按其時(shí)鐘脈沖的頻率（節(jié)拍）自動(dòng)協(xié)調(diào)地進(jìn)行數(shù)據(jù)的運(yùn)算、寄存、傳送等操作。

§1-3電子控制器（ECU或ECM）2、存儲(chǔ)器用于記憶數(shù)據(jù)和程序，包含只讀存儲(chǔ)器（ROM）和隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）。1）只讀存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器（ReadOnlyMemory）簡(jiǎn)稱(chēng)ROM，一般用于存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)的控制程序、實(shí)施各項(xiàng)控制所需的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)等一些固定信息，在制造時(shí)寫(xiě)入后不能更改。工作時(shí)只供讀取，電源切斷時(shí)其儲(chǔ)存的信息不會(huì)消失。2）隨機(jī)存儲(chǔ)器隨機(jī)存儲(chǔ)器（ReadAccessMemory）簡(jiǎn)稱(chēng)RAM，在計(jì)算機(jī)工作時(shí)隨時(shí)可存入或讀取信息，電源切斷后，RAM中的信息隨即消失。汽車(chē)電子控制系統(tǒng)的故障信息（代碼）和自適應(yīng)學(xué)習(xí)修正參數(shù)一般用RAM儲(chǔ)存，這些信息需要在點(diǎn)火開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后仍然保留。

§1-3電子控制器（ECU或ECM）3、總線（BUS）在微機(jī)系統(tǒng)中，微處理器、存儲(chǔ)器和I／O接口之間要進(jìn)行大量的信息交換和數(shù)據(jù)傳遞，若上述各功能部件之間采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的信息和數(shù)據(jù)傳輸線路方式，則信息傳輸速度高，傳輸過(guò)程簡(jiǎn)單，但整個(gè)系統(tǒng)所需要的信息傳輸線路量很大，且傳輸線路利用率低，故在微機(jī)系統(tǒng)中的信息傳輸線路均采用多點(diǎn)連接方式，即在上述各功能部件之間設(shè)置公共的信息傳輸線路，這便是總線(BUS)。各功能部件間通過(guò)總線的信息傳遞由CPU統(tǒng)一控制?！?-3電子控制器（ECU或ECM）四、輸出回路其功用是根據(jù)單片機(jī)發(fā)出的指令，控制執(zhí)行器執(zhí)行具體動(dòng)作。由于微機(jī)只能輸出微弱的電信號(hào)(如噴油脈沖、點(diǎn)火信號(hào)等)，不能直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件，因此必須通過(guò)輸出回路對(duì)控制指令進(jìn)行功率放大、譯碼或D／A轉(zhuǎn)換，變成可以驅(qū)動(dòng)各種執(zhí)行元件的強(qiáng)電信號(hào)。當(dāng)執(zhí)行器(如EFI旁通電磁閥、ECT鎖止繼動(dòng)閥、ECT蓄壓器背壓調(diào)節(jié)閥等)需要線性電流量驅(qū)動(dòng)時(shí)，單片機(jī)將控制占空比來(lái)控制輸出回路的導(dǎo)通與截止，使流過(guò)執(zhí)行器電磁線圈的平均電流逐漸增大或逐漸減小。因?yàn)檎伎毡阮l率較高，所以流過(guò)執(zhí)行器電磁線圈的平均電流不會(huì)脈動(dòng)變化。§1-3電子控制器（ECU或ECM）五、電源電路將汽車(chē)上12V～14V的電壓轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)的5V電壓以滿足微機(jī)工作的需要，同時(shí)維持一定時(shí)間的后備電源，以免微機(jī)在工作過(guò)程中出現(xiàn)短時(shí)間的電源中斷而造成的數(shù)據(jù)丟失?！?-3電子控制器（ECU或ECM）§1-3電子控制器（ECU或ECM）§1-3電子控制器（ECU或ECM）§1-4執(zhí)行機(jī)構(gòu)

執(zhí)行機(jī)構(gòu)是電子控制系統(tǒng)的“手”和“腳”，它按控制器的控制信號(hào)進(jìn)行工作，使被控對(duì)象迅速作出反應(yīng)或?qū)⒈豢貙?duì)象的控制參量迅速調(diào)整到設(shè)定的值，以實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)。常用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)有電磁類(lèi)和電動(dòng)類(lèi)等?！?-4執(zhí)行機(jī)構(gòu)

電磁類(lèi)執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過(guò)產(chǎn)生電磁力完成控制動(dòng)作的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，有直動(dòng)式和轉(zhuǎn)動(dòng)式兩大類(lèi)。

§1-4執(zhí)行機(jī)構(gòu)⒈直動(dòng)電磁類(lèi)執(zhí)行機(jī)構(gòu)直動(dòng)電磁類(lèi)執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的電磁線圈通電后產(chǎn)生磁場(chǎng)，電磁力使動(dòng)作機(jī)構(gòu)產(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng)，噴油器、開(kāi)關(guān)式怠速控制閥、廢氣再循環(huán)電磁閥、炭罐通氣電磁閥等均屬此類(lèi)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。直動(dòng)電磁類(lèi)執(zhí)行機(jī)構(gòu)按其工作方式分，有開(kāi)關(guān)式、定位式和脈動(dòng)式等幾種。1）開(kāi)關(guān)工作方式2）定位工作方式3）脈動(dòng)工作方式

§1-4執(zhí)行機(jī)構(gòu)§1-4執(zhí)行機(jī)構(gòu)§1-4執(zhí)行機(jī)構(gòu)§1-4執(zhí)行機(jī)構(gòu)⒉旋轉(zhuǎn)電磁類(lèi)執(zhí)行機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)電磁類(lèi)執(zhí)行機(jī)構(gòu)其電磁線圈通電后使動(dòng)作機(jī)構(gòu)產(chǎn)生角位移，旋轉(zhuǎn)式發(fā)動(dòng)機(jī)怠速控制閥就屬此類(lèi)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。1）旋轉(zhuǎn)電磁機(jī)構(gòu)的組成

2）旋轉(zhuǎn)電磁機(jī)構(gòu)的工作原理

§1-4執(zhí)行機(jī)構(gòu)§1-4執(zhí)行機(jī)構(gòu)§1-4執(zhí)行機(jī)構(gòu)

電動(dòng)機(jī)類(lèi)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是通過(guò)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)完成控制動(dòng)作執(zhí)行機(jī)構(gòu)，電動(dòng)機(jī)類(lèi)執(zhí)行機(jī)構(gòu)所用的電動(dòng)機(jī)有普通直流電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)兩種。⒈普通直流電動(dòng)機(jī)§1-4執(zhí)行機(jī)構(gòu)§1-4執(zhí)行機(jī)構(gòu)⒉步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)按“步”轉(zhuǎn)動(dòng)，可控制其轉(zhuǎn)動(dòng)的角度和轉(zhuǎn)向，通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)控制參量的調(diào)節(jié)作用和定位控制。1）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的基本組成步進(jìn)電動(dòng)機(jī)主要由永久磁鐵的轉(zhuǎn)子和繞有兩個(gè)繞組的定子組成。2）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理

§1-4執(zhí)行機(jī)構(gòu)§1-4執(zhí)行機(jī)構(gòu)§1-4執(zhí)行機(jī)構(gòu)

§1-4汽車(chē)電控方式一、開(kāi)環(huán)控制、在控制系統(tǒng)中，若系統(tǒng)的輸出量對(duì)系統(tǒng)的控制作用沒(méi)有影響，則叫做開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。在開(kāi)環(huán)系統(tǒng)中，既不需要對(duì)輸出量進(jìn)行測(cè)量，也不需要將輸出量反饋到系統(tǒng)輸入端與輸入量進(jìn)行比較。

§1-5汽車(chē)電控方式二、閉環(huán)控制、閉環(huán)控制系統(tǒng)即反饋控制系統(tǒng)，是一種利用系統(tǒng)本身的調(diào)節(jié)功能，使系統(tǒng)輸出信號(hào)對(duì)控制產(chǎn)生直接影響的系統(tǒng)。輸入信號(hào)和反饋信號(hào)之差，稱(chēng)為誤差信號(hào)。誤差信號(hào)加到控制器上，通過(guò)控制調(diào)節(jié)以減小系統(tǒng)的誤差，使系統(tǒng)的輸出量趨于所希望的值，亦即通過(guò)反饋?zhàn)饔脕?lái)減小系統(tǒng)的誤差。

§1-5汽車(chē)電控方式三、自適應(yīng)控制雖然在反饋控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)的微小變化對(duì)動(dòng)態(tài)特性的影響可以被減弱，但是當(dāng)系統(tǒng)的參數(shù)和環(huán)境變化（如系統(tǒng)老化、工作溫度、海拔高度等）比較顯著時(shí)，只有采用具有一定適應(yīng)能力的系統(tǒng)，才能夠滿足要求。所謂適應(yīng)能力，就是系統(tǒng)本身能夠隨著環(huán)境條件或結(jié)構(gòu)的不可預(yù)計(jì)的變化，自行調(diào)整或修改系統(tǒng)參數(shù)。這種本身具有適應(yīng)能力的控制系統(tǒng)，叫做自適應(yīng)式控制系統(tǒng)。按照其調(diào)節(jié)方式的不同，自適應(yīng)控制系統(tǒng)可以分為前饋?zhàn)赃m應(yīng)控制和反饋?zhàn)赃m應(yīng)控制兩種基本形式。

§1-5汽車(chē)電控方式1、前饋?zhàn)赃m應(yīng)控制：如果通過(guò)可測(cè)信號(hào)能夠觀測(cè)到過(guò)程特性的改變，并且預(yù)先知道如何根據(jù)這些信號(hào)來(lái)調(diào)整控制器，那么就可以應(yīng)用前饋?zhàn)赃m應(yīng)系統(tǒng)。這種系統(tǒng)也叫開(kāi)環(huán)自適應(yīng)，因?yàn)樗鼪](méi)有從閉環(huán)內(nèi)部引出信號(hào)反饋到控制器中。反饋?zhàn)赃m應(yīng)控制

§1-5汽車(chē)電控方式2、反饋?zhàn)赃m應(yīng)控制如果過(guò)程特性的變化不能直接觀測(cè)到，則必須采用反饋?zhàn)赃m應(yīng)。即根據(jù)系統(tǒng)的輸入、輸出信號(hào)等參數(shù)，能夠計(jì)算出輸入控制器·的參數(shù)，使之適應(yīng)過(guò)程。．圖反饋?zhàn)赃m應(yīng)控制

§1-5汽車(chē)電控方式四、學(xué)習(xí)控制在控制系統(tǒng)中，如果把操作人員看作為控制器，他們對(duì)輸入量與輸出量作出比較，并且根據(jù)它們的差值(即誤差)進(jìn)行修正控制，那么許多開(kāi)環(huán)系統(tǒng)都可以轉(zhuǎn)化成閉環(huán)控制系統(tǒng)。如果我們要對(duì)這種人工控制的閉環(huán)控制系統(tǒng)進(jìn)行分析，我們就會(huì)碰到一個(gè)要求列出描述人的控制動(dòng)作的微分方程式的困難問(wèn)題。在這種情況下，操作人員的學(xué)習(xí)能力是許多復(fù)雜的因之一。當(dāng)操作者積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)后，他就會(huì)起一個(gè)較好的控制器的作用。如果設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)其自身便具有這種在控制過(guò)程中不斷完善的學(xué)習(xí)能力，便稱(chēng)之為學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)。

§1-5汽車(chē)電控方式五、模糊控制無(wú)論是在開(kāi)環(huán)、閉環(huán)、適應(yīng)或?qū)W習(xí)控制系統(tǒng)中，往往需要建立精確的數(shù)學(xué)模型(傳遞函數(shù)和狀態(tài)方程)，但是在對(duì)如汽車(chē)等復(fù)雜的對(duì)象進(jìn)行控制時(shí)，研究人員發(fā)現(xiàn)，有些按照建立的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行控制所取得的效果卻不如由人來(lái)控制做得更好。模糊控制就是將模糊數(shù)學(xué)的方法應(yīng)用于控制過(guò)程中，使控制過(guò)程能夠模擬人的思維、語(yǔ)言和行為的模糊性。模糊數(shù)