第二节　汽车电子控制技术应用

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两个主要部分。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；燃油控制系统供给发动机最佳计量的燃油。

（2）电控点火系统　电控点火系统（ESA）的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。

（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转速运转，如图1-4所示。

（4）排放控制系统　排放控制系统的功能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，对增加装置进行控制，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　警告提示系统是由ECU控制各种指示和报警装置，一旦控制系统出现故障，该系统能及时发出信号以警告提示，如氧传感器失效、油箱油温过高等。

（9）自诊断与报警系统　自诊断与报警系统设在发动机控制系统的ECU中，对控制系统各部分的工作情况进行监测。当ECU检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。对车辆进行维修时，维修人员可通过特定的操作程序（有些需借助专用设备）调取故障码。故障排除后，必须通过特定的操作程序清除故障码，以免与新的故障信息混淆，给故障诊断带来困难。

（10）失效保护及应急备用系统　失效保护系统的功能主要是当传感器或传感器电路发生故障时，控制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。

应急备用系统功能是当控制系统电脑发生故障时，自动启用备用系统（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

1.自动变速器类型

（1）AMT变速器　AMT译为自动机械式变速器，即电控机械式自动变速器，AMT变速器是在传统的手动齿轮式变速器基础上改进而来的，它是揉合了AT和MT两者优点的机电液一体化自动变速器。它将手动变速器的离合器分离及换挡拨叉等靠人力操纵的部件实现了自动操纵，即通过电动或液压动力实现。驾驶员操纵起来和自动变速器是一样的，这样就实现了手动变速器的自动化，即汽车电控机械式自动变速器。

AMT变速器电控系统组成如下。

①执行机构：包括电动机（步进电动机和直流电动机）、电磁阀（普通电磁阀和高速电磁阀）、液压缸等。

②传感器：包括速度传感器（发动机转速传感器、输入轴转速传感器、车速传感器）、油门开度传感器、挡位传感器等。

③电控单元（ECU）。

（2）DCT变速器　DCT变速器即双离合变速器，在大众车系中也称直接换挡自动变速器（DSG）。

DSG可以形象的设想为将两台变速箱的功能合二为一，并建立在单一的系统内。DSG内含两台自动控制的离合器，由电子控制及液压推动，能同时控制两组离合器的运作。当变速箱运作时，一组齿轮啮合，而接近换挡之时，下一组挡段的齿轮已被预选，但离合器仍处于分离状态；当换挡时一组离合器将使用中的齿轮分离，同时另一组离合器啮合已被预选的齿轮，在整个换挡期间能确保最少有一组齿轮在输出动力，令动力没有出现间断的状况。

①双离合器变速器（DCT）仍然像手动变速器一样是由众多齿轮、同步器、液压控制单元、电子控制单元和各轴等部件组成的，速比变化靠计算机控制来实现，而且各挡速比是固定不变的。

②无论几挡DSG变速器，它们的基本原理是一致的，简单地说，就是将两套变速系统合二为一。

③DSG变速器包含智能电子液压换挡控制系统、双离合器、双输入轴和三个驱动轴等核心环节，它们共同完成复杂的换挡过程。

（3）CVT变速器　无级自动变速器（CVT）是一种采用主动与从动带轮以及钢带的电控自动变速器，它具有无级前进挡变速和二级倒挡变速功能，装置总成与发动机直列布置。

无级变速器只需两组变速滑轮就能现实无数个前进挡位的速比变化，允许其在最大速比点到最小速比点之间做无级调节，它的速比变速是连续性的，不是固定不变的，只有倒挡的传动比是固定不变的。

CVT采用传动带和工作直径可变的主、从动轮相配合传递动力。没有传统变速器换挡时那种“停顿”的感觉，从而得到传动系统与发动机工况的最佳匹配。

（4）AT变速器　电子液压式多挡位自动变速器（AT）是目前应用广泛、技术成熟的自动变速器。按照控制方式的不同，液力自动变速器可以分为液控液力自动变速器和电控液力自动变速器，目前轿车上都是采用电控液力自动变速器。

AT变速器由复杂的行星齿轮组和诸多的换挡执行元件组成，自动变速器虽然速比变化是自动实现的，但各挡速比也是固定不变的。

①自动变速器组成如下。

动力传递系统:动力传递系统（液力变矩器）起到连接发动机与自动变速器的作用。

齿轮变速系统:齿轮变速系统（行星齿轮机构）主要用来改变汽车的行驶速度和行驶方向。

液压控制系统:液压控制系统则是把油泵输出的压力油调节出不同的压力并输送至不同的部位以达到不同的液压控制目的。

电子控制系统:电子控制系统通过监控汽车的整体运行工况实现自动变速器不同功能的控制。

冷却控制系统:冷却控制系统是为了使自动变速器始终保持在一个合理的工作温度。

②自动变速器控制。电子控制自动变速器通过各种传感器、开关，将发动机转速、节气门开度、车速、发动机冷却液温度、自动变速器油温度等参数转变为电信号并传递给控制单元。

控制单元根据这些信号，按照设定好的换挡规律、锁止规律及其他控制规律等，向换挡电磁阀、TCC电磁阀、油压电磁阀等发出电子指令信号。换挡电磁阀、TCC电磁阀、油压电磁阀再将控制单元的电子控制指令信号转变为液压控制信号，液压控制阀体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、闭锁离合器执行机构的动作，从而实现自动换挡、自动闭锁和自动油压调节控制。

2.自动变速器组成系统和部件

自动变速器的外部形状和内部结构也有所不同，但它们的组成基本相同，都是由液力变矩器和齿轮式自动变速器组合起来的。常见的组成部分有液力变矩器、行星齿轮机构、离合器、制动器、油泵、滤清器、管道、控制阀体、速度调压器等，按照这些部件的功能，可将它们分成液力变矩器、变速齿轮机构、供油系统、自动换挡控制系统和换挡操纵机构五大部分。自动变速器组成见表1-1。

3.电控自动变速器控制原理

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。

三、底盘和车身控制系统　

1.ABC车身控制系

ABC系统（图1-6）通过感应最轻微的车轮及车身动作，在任何大的车身振动之前及时对悬架系统作出调整，保持车身的平衡，使汽车对侧倾、俯仰、横摆、跳动和车身高度的控制都能更加迅速、精确。车身的侧倾小，车轮外倾角度变化也小，轮胎就能较好地保持与地面垂直接触，使轮胎对地面的附着力提高，以充分发挥轮胎的驱动制动作用。此外汽车的载重量无论如何变化，汽车始终能保持一定的车身高度，所以悬架的几何关系也可以确保不变。ABC系统能够很好地适应各种路面情况，保持优越的操控性、舒适性及方向稳定性。

2.DSC车身动态控制系统

宝马（BMW）自主开发的DSC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DSC模式，从而增强车辆在上述路面上的牵引力。同时，由于DSC动态稳定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动态稳定控制系统的另一个功能是CBC弯道制动控制系统，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，然后根据情况增加或调整对制动踏板施加的制动力。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。

许多驾驶员也对需要施加比较大的制动力没有准备，或者他们反应得太晚。EBA通过驾驶员踩踏制动踏板的速率来理解它的制动行为，如果它察觉到制动踏板的制动压力恐慌性增加，EBA会在几毫秒内启动全部制动力，其速度要比大多数驾驶员移动脚的速度快得多。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。

EBA系统实时监控制动踏板的运动。它一旦监测到踩踏制动踏板的速度陡增，而且驾驶员继续大力踩踏制动踏板，它就会释放出储存的180bar（1bar=105Pa）的液压施加最大的制动力。驾驶员一旦释放制动踏板，EBA系统就转入待机模式。由于更早地施加了最大的制动力，紧急制动辅助装置可显著缩短制动距离。

4.EBD电子制动力分配控制

汽车制动时，如果四只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，四个轮子与地面的摩擦力不同，在制动时（四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，高速计算出四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地面抓地力，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电子稳定系统通常是支援ABS及ASR（驱动防滑系统，又称牵引力控制系统）的功能。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。目前ESP有3种类型：能向4个车轮独立施加制动力的四通道或四轮系统；能对2个前轮独立施加制动力的双通道系统；能对2个前轮独立施加制动力和对后轮同时施加制动力的三通道系统。

ESP最大的特点就是它的主动性，如果说ABS是被动地作出反应，那么ESP却可以做到防患于未然。

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动作来减低此车轮的打滑。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。