第一章 汽车电子控制技术基础

第一节 汽车电子控制技术概述

一、汽车电子控制技术发展的必然性与应用现状

1. 汽车电子控制技术发展的必然性

汽车在现代社会的生产与生活中是不可或缺的运输与交通工具，但汽车在对现代文明作出巨大贡献的同时，也给人类带来了严重的负面影响，使人类面临着环境污染、石油资源短缺、道路交通事故等方面的严峻挑战。

在新能源全面替代石油之前，节能是人们对汽车最为迫切的要求，这离不开汽车电子技术的广泛应用。例如，电喷发动机的燃油喷射技术和电子点火控制技术，使得发动机中燃油的燃烧更加及时、充分；发动机配气相位可变控制技术、进气谐波增压控制技术等，使发动机充气效率更高，发动机功率更大。

汽车运行时排放的废气和噪声会对环境造成严重污染，而电子控制技术在解决汽车排放污染问题方面同样起到了至关重要的作用。实际上，发动机燃油喷射技术、点火控制技术及怠速控制技术等，在提高汽车经济性的同时，也有效地降低了汽车的排放。

提高汽车的安全性是人类迫切需要解决的另一项重大问题。汽车的安全性除了在车身、轮胎等方面采用一些改进措施外，相关电子控制技术的运用也起到了不可替代的作用。例如，汽车紧急制动时因为车轮抱死而造成侧滑和甩尾的制动安全问题，只有采用了防抱死电子控制技术才能得到解决；再如，汽车防滑转控制技术在增大牵引力的同时，也很好地提高了汽车的操纵稳定性。

现代汽车已不仅仅是简单的交通运输工具，人们还追求汽车驾驶和乘坐时的舒适性。对汽车舒适性的要求同样离不开电子控制技术的应用。例如，电子控制悬架装置可根据需要改变悬架的刚度和阻尼，在提升操纵稳定性的同时，提高了汽车乘坐舒适性；再如，汽车动力转向电子控制系统可根据车速的快慢控制转向助力的大小，同时满足了转向轻便和良好路感的需要，使驾驶操作轻便灵活。

2. 汽车电子控制技术应用现状

汽车电子控制技术的应用在提高汽车动力性、经济性、安全性、舒适性等方面起到了不可替代的作用，因而在汽车上已得到了广泛的应用。

（1）应用于汽车发动机的电子控制技术

发动机电子控制技术主要有燃油喷射控制、点火控制、发动机怠速控制、燃油蒸发排放控制、废气再循环控制、配气相位可变控制、进气谐波增压控制等（表1-1）。这些电子控制技术的应用，使得汽车发动机的动力性和经济性有了明显的提高，而排气污染则有明显降低。在现代汽车上，燃油喷射控制系统、点火控制系统、发动机怠速控制装置、燃油蒸发排放控制装置等电子控制技术已基本普及，其他电子控制技术在一些汽车上也逐步得到推广应用。

（2）应用于汽车底盘的电子控制技术

底盘电子控制技术主要有防抱死制动系统、防滑转控制系统、动力转向电子控制系统、自动变速器电子控制系统、电子控制悬架系统等（表1-2）。这些电子控制技术的应用，使汽车行驶的安全性和乘坐舒适性都有很大的提高。

（3）应用于汽车车身的电子控制技术

车身电子控制技术主要有汽车巡航控制系统、安全气囊装置、汽车自动空调、电子仪表系统、电子防盗系统及自适应前照灯等（表1-3）。这些电子控制技术的应用，对汽车安全性和舒适性的提高同样也起到至关重要的作用。

3. 汽车电子控制技术未来的发展

（1）机械装置的电动化和电控化

汽车上的机械装置的电动化和电控化仍将是汽车电子控制技术发展的一个方向。例如：电子节气门、电动水泵、线控动力转向系统、磁感应式制动系统等。其中，电子节气门、电动水泵已经开始在汽车上使用。这些电动及电控技术的应用，使汽车的动力性、经济性、制动安全性、操纵稳定性等会有进一步提高。

（2）各电子控制系统实现集中控制

由于汽车上的电子控制技术应用越来越多，各电子控制系统实现集中控制是汽车电子控制技术发展的一个必然趋势。用一个控制器实现多项控制功能（各系统集中控制）的优点，是可使控制系统相关的信息资源共享，各系统的协调控制也会更容易，控制的精度也更高。

现代汽车各电子控制系统的集中已经有较为广泛的应用，例如：发动机集中控制实现了对发动机各个电子控制系统的集中协调控制；汽车动力控制实现了发动机与自动变速器的集中协调控制；车距自动控制系统实现了发动机控制、防滑转控制、防抱死制动控制等的集中协调控制。未来汽车的发展，将实现整车各电子控制系统的集中协调控制。

（3）向着信息化和智能化的方向发展

计算机网络技术、无线通信技术、全球定位系统以及电子仪表等，将更加广泛地应用于汽车，使得汽车不仅是机电一体化的高科技产品，更是高度信息化的交通工具，汽车的使用价值将会更高，公路交通也会更加通畅。具有自动驾驶功能的智能型汽车已经成为当今世界汽车业研究与开发的热点，具有自动驾驶功能且网联化的智能型汽车现在已处于开发和试运行状态，必将是未来汽车发展的方向。

二、汽车电子控制系统的基本组成

1. 汽车电子控制系统的组成框图

现代汽车上有多个电子控制系统，这些电子控制系统均由相关的传感器、电子控制器和相应的执行器组成。发动机电子控制系统工作流程如图1-1所示。

2. 汽车电子控制系统各组成部分的作用

如果将汽车电子控制系统比喻为一个人，在电子控制系统中，各传感器好比是人的“感觉器官”，电子控制器就像人的“大脑”，而执行器则是人的“行动器官”。

传感器：在汽车电子控制系统中，各个传感器用来“感知”汽车的行驶工况与状态、发动机的运行工况与状态等，感知过程是将反映工况与状态的物理参量（例如：车速、加/减速度、发动机转速、进气流量、发动机温度、节气门开度等）转变为相应的电信号，并通过信号线路输送给电子控制器，以使控制器能准确判断被控对象当前的工况与状态。

电子控制器：汽车在电子控制系统中，电子控制器的作用是“分析判断”，通过对传感器输入的电信号进行分析与综合处理，并输出控制信号，控制执行器工作，将被控对象控制在设定的工作状态。电子控制器由相应的硬件和软件组成，它是电子控制系统的核心部件。

执行器：在汽车电子控制系统中，执行器的作用是“完成行为动作”，根据控制器输出的控制信号迅速响应，将被控对象的控制参量迅速调整到设定值，使发动机在设定的状态下工作。