汽车电子测控技术-1

哈尔滨工业大学汽车电子测控技术主讲教师：赵永平汽车电子测控技术本科生创新研修课程哈尔滨工业大学汽车是20世纪最伟大的发明之一，是一种重要的交通运输工具。汽车工业是一个技术密集型的产业，对其它行业有很大的带动作用，因此世界上许多国家都把汽车工业作为国民经济的支柱产业。我国也把汽车工业列为了我国的支柱产业之一。汽车电子测控技术哈尔滨工业大学目前汽车采用的新技术介绍一、汽车发动机上的新技术1、发展了发动机电子管理系统来监测发动机缸内压力、爆震、气门定时等，并实行定时控制。2、采用高能无触点电子点火和电控汽油喷射系统。提高汽车动力经济性、降低有害气体的排放。3、汽柴油机增压技术，使内燃机功率得以成倍提高。4、采用变排量技术的发动机，可满足不同运行工况对发动机功率的要求。5、使用多气门（如每缸4个气门）和可变气门升程和正时技术。发动机速度较低时打开升程小的凸轮轴工作，以保证进气气流的速度；发动机速度较高时打开升程较大的凸轮轴，以保证进气的流量。汽车电子测控技术哈尔滨工业大学二、汽车底盘上的新技术1、发展了半自动自适应减振及悬架系统、VDC动力稳定控制系统、SCS车辆稳定性控制系统(StabilityControlSystem)、可变助动力转向系统(Variable-assistPowerSteering)、电控变速箱、圆盘式无级变速器和五连杆双叉后悬挂系统等来增加汽车乘坐的舒适性和汽车的驾驶性能。2、发展并成为汽车标准配置的安全气囊。可为驾驶员及全车乘客提供保护。3、ABS（制动防抱死系统）是提高汽车主动安全性的重要设施，已成为汽车的标准配置。4、汽车自动求救电话安全系统对汽车碰撞后求助、车钥匙忘在车内、忘记停车地点、行驶中迷失方向等都能自动求助。激光雷达扫描防碰撞警报系统能扫描移动物体的加速度和相对距离，及时警告驾驶员刹车或避让。驾驶员疲劳警告系统。汽车电子测控技术哈尔滨工业大学5、TCS驱动力控制系统（TractionControlSystem）在主从动轮转速不一致产生滑动时，减少发动机功率输出而对驱动力进行控制。6、轮胎动态检测装置。7、自动驾驶系统使汽车在高速公路上实现自动巡航。系统的软件库解决图像识别和处理、自动驾驶决策和自动控制等。双目摄像系统随时检测交通状况。电子转向盘实现自动转向。电子自动变速超车系统控制汽车行驶速度以及自动灯光喇叭系统和自动制动系统使汽车行驶更安全。汽车电子测控技术哈尔滨工业大学三、汽车新材料和整车轻量化研究开发了全铝合金汽车，汽车零部件使用镁钛合金，设计出结构更合理质量更轻的传动系零件等。过去汽车上使用的材料为钢材65%，塑料11％，铝仅占4%。在近10年内，钢材使用率将由65％下降到30％。研究表明，汽车上可使用铝材的地方全使用铝材，则整车质量可减轻382.5kg，轿车质量每减轻10％，燃油耗可降低8％到10％。使用玻璃钢（玻璃纤维增强塑料）来降低汽车整车质量。并具有耐腐蚀，无毒且阻燃，保温、抗老化、抗静电、防紫外线辐射，成型工艺可设计性好等特点。汽车电子测控技术哈尔滨工业大学四、全新的汽车设计概念个性化设计按客户要求和设计者个性设计，从而使批量流水化生产变成单件或小批量生产。汽车专用化将汽车用途分开，比如旅游、上班和购物用不同的汽车。概念车（ConceptVehicle)是体现超前设计和制造水平的样车，不具备经济规模生产，展示制造厂雄厚的科研和新产品开发能力，起“引导消费”的作用。现在已有直接将概念车投入生产的趋势。汽车电子测控技术哈尔滨工业大学五、由于化石类燃料短缺和环境保护要求，汽车动力能源多样化汽车内燃机使用的代用燃料有醇类液体燃料（甲醇和乙醇），气体燃料（气态和液态天然气、气态和液态氢气、沼气、液化石油气），同时开发燃料电池和其他电池的电动汽车等。代用燃料可降低汽车的有害排放，同时扩大汽车动力能源范围。发动机采用高效低污染燃烧方式如稀薄燃烧、排气再循环等来达到节能和环保要求。我国“九五”期间，加大了研究发展电动汽车的力度；“十五”期间，提出建立汽车计算平台的概念，大力发展汽车电子技术。汽车电子测控技术哈尔滨工业大学第一讲总论1、测控技术概述测量控制汽车汽车上的测控技术汽车零部件生产、整车组装过程中的测控技术视频1视频2汽车电子测控技术哈尔滨工业大学在汽车上进行测试汽车电子测控技术哈尔滨工业大学智能测试机信息处理技术技术电子技术的发展相关的社会背景汽车的发展+20世纪60年代70年代80年代90年代☻发明晶体管☻发明集成电路☻发明光纤☻发明微型计算机☻光纤通信☻卫星通信☻第五代计算机☻人工智能☻排放控制☻第二次石油危机☻温室效应问题☻石油危机☻采用晶体管实现维修方便、提高性能☻发动机具备智能功能，抑制排放☻更高智能程度低排放，低燃油消耗☻人工智能、☻交通系统协调管理☻辅助驾驶2、测控技术的发展历史哈尔滨工业大学最初电仅作为点火装置应用于汽车上。1886年德国奔驰（Benz）发明了利用电池和线圈的点火方法，由此开发了车用点火装置，并第一次用于奔驰汽车上了之后，电用于照明灯。1912年卡迪拉克设计开发者之一的美国人弗朗克林一卡特灵（CharlesFranklinKertering)首先发明了启动装置，并首次应用于卡迪拉克汽车上。1920年美国开发研制出蓄电池一线圈式点火装置。1930年左右，博世公司开发研制出高压磁电式点火装置。同年开发真空式车用收音机，但因真空管抗振性差，所占空间大，耗电量大等原因而未能得到普及。1948年发明了晶体管，并逐步替代了真空管。1958年发明了IC集成电路。汽车电子测控技术哈尔滨工业大学1960年半导体元件开始应用于汽车上。最初是在交流发电机整流器上采用硅二极管，之后在调压器、晶体管点火系等上得到广泛应用。1967年后，IC应用于汽车上。如IC化电压调节器，IC化点火模块等。同时，开发了模拟电路式汽油喷射装置、定车速装置、ABS控制装置、变速器控制装置等。但当时由于成本高而未能普及，仅作为技术储备。1970年后，基于美国发布的关于安全、排放、油耗的三大法规，车用电子技术得到了迅速的发展。为此开发耗电量少的IC。1971年，微机问世，并于1976年由通用汽车公司首先应用于汽车点火控制上。改善动力性和经济性。1980年以后，尖端技术的发展，用户要求的多样化，以及微机的普及和数字化控制的发展，使电子技术应用于整车控制上，使整车综合控制技术得到了全面的发展。汽车电子测控技术哈尔滨工业大学（1）汽车总体3、常用的汽车检测参数最高车速（km/h）最大爬坡度（％）0一100km加速时间（s）驱动车轮输出功率(kW)驱动车轮驱动力(kN)汽车燃油消耗量（L/100km）侧倾稳定角（°）汽车电子测控技术哈尔滨工业大学（2）发动机总体额定转速（r/min)怠速转速（r/min)发动机功率（kW）发动机燃料消耗量[g/(kW·h)]单缸断火（油）转速下降值（r/min)汽油车怠述排放CO（％）、HC（10-6）柴油车自由加速烟度（FSN)排气温度（℃）异响汽车电子测控技术哈尔滨工业大学（3）点火系蓄电池电压（V)初级电路电压（V）断电器触点间隙（mm）断电器触点闭合角（°）各缸点火波形重叠角（°）点火提前角（°）各缸点火电压值（kV)各缸点火电压短路值（kV)点火系最高电压值（kV)火花塞加速特性（kV)电容器容量（F)汽车电子测控技术哈尔滨工业大学（4）冷却系冷却液温度（℃）冷却液液面高度散热器冷却液入口和出口温度（℃）风扇传动张力[N/(10~15)mm]（5）润滑系机油压力（kPa）机油温度（℃）机油含铁量（％）机油介电常数汽车电子测控技术哈尔滨工业大学（6）汽油机供油系燃油泵出口关闭压力（kPa）空气滤清器进口压力（kPa）电喷发动机喷油量（mL）电喷发动机各缸喷油不均匀度（％）（7）曲轴连杆气缸压力（MPa)曲轴箱窜气量（L/min)气缸漏气量（％）进气管真空度（kPa)汽车电子测控技术哈尔滨工业大学（8）传动系传动系机械传动效率传动系游动间隙（°）异响（9）制动系制动距离（m)制动力（N）制动阻滞力（N)驻车制动力（N）制动减速度（m/s2）制动系协调时间（s）制动完全释放时间（s）汽车电子测控技术哈尔滨工业大学（10）转向系车轮侧滑量（m/km）车轮前束（mm）车轮外倾角（°）主销后倾角（°）主销内倾角（°）转向轮最大转向角（°）最小转弯半径（m）转向盘最大自由转动量（°）转向盘外缘最大切向力（N）汽车电子测控技术哈尔滨工业大学（11）行驶系车轮不平衡量（g）车轮端面圆跳动（mm）轮胎胎冠花纹深度（mm）（12）照明系发光强度（cd)光轴偏斜量（mm）（13）其他车速表允许误差（％）喇叭A声级噪声（dB)客车车内A声级噪声（dB)驾驶员耳旁A声级噪声(dB)汽车电子测控技术哈尔滨工业大学4、汽车电子技术发展的主要因素（1）电子技术等多学科技术的发展（2）商家对扩大市场份额和附加利润的不断追求（3）不断适应各个时期的社会背景（如高速公路网、能源危机和环境污染等），满足人们对汽车使用性能的更高要求（舒适性、安全性、操作方便和信息化等）。汽车电子测控技术哈尔滨工业大学5、先进的安全车辆系统1-路面传感器；2-碰撞检测传感器；3-吸收步行者冲击的车身结构；4-吸收冲撞的车身结构；5-车速传感器、加速度传感器；6-火灾检测传感器；7-各种信息显示板（导行系统）；8-防水挡风玻璃；9-安全气囊；10-车辆位置传感器；11、15、19-障碍物传感器（后方、侧方、前方）；12-车门内侧锁定解除装置；13-空气压力传感器；14-驾驶员状态传感器；16-驱动记录仪；17-转向角传感器；18-自动操纵装置；20-车辆之间距离传感器；21-步行者保护及防止撞倒前部结构；22-提高目视性和目视性的照明系统先进的安全车辆系统（ASV）概念哈尔滨工业大学6、汽车电子产品的特征汽车电子测控技术汽车电子产品满足各种使用要求大量生产产品的延续性低成本长期使用适应苛刻的使用环境（电噪声、电压变动、温度、湿度及振动等）哈尔滨工业大学7、电子测控系统的共性问题包括：燃油经济性、动力性、尾气排放、制动性、操纵稳定性、平顺性、安全性、弱附着路面的通过性等。为了满足人类多方面的需要，还有许多附加的功能，诸如自动空调、安全气囊、电话、自动门窗、防盗、通信、自动导航等各种其他自动装置。从测控系统的设计方面看，共性的问题是：汽车电子测控技术哈尔滨工业大学控制算法ECU能量输入外部扰动执行机构被控对象动态模型传感装置动作要求偏差输出+－控制系统的一般结构框图汽车电子测控技术哈尔滨工业大学(1)动态建模对于要满足给定要求的电子控制系统，通常都需要建立控制系统的动态模型（或标定系统的数据模型）。(2)为了实现对被控对象的精确控制，需要通过传感装置和测量电路测量被控对象的变化信息。(3)执行机构把期望的动作要求转化为准确的动作。(4)控制算法根据测量信号（对象输出）和期望的动作要求（输入）之间的偏差，基于系统的动态模型，进行控制器的设计，满足系统在不同条件下的使用要求。(5)电子控制装置又称作ECU(ElectronicControlUnit)，是实现控制算法（软件或程序）的载体—硬件装置。汽车电子测控技术哈尔滨工业大学8、汽车电控系统的组成和测控对象汽车电子测控技术汽车电器与电控系统组成电源系统起动系统点火系统照明信号系统仪表系统辅助电器系统电子控制系统1234567哈尔滨工业大学电源系统由蓄电池、发电机及调节器等组成，两者并联，其作用是向全车用电设备提供低压电能。起动系统主要由起动机和起动继电器等组成。点火系统主要由点火线圈、分电器、点火器、火花塞等组成，其作用是产生高压电火花，在压缩行程接近上止点时点燃汽油机气缸中的可燃混合气。照明信号系统包括各种照明及信号灯、电喇叭、蜂鸣器等，其作用是确保车内外照明，提供安全行车所必需的信号，以保证各种运行条件下的人车安全。仪表系统主要有电流表、机油压力表、水温表、燃油表、车速里程表、发动机转速表和各种报警灯等，其作用是监视汽车上各系统的运转和运行状况。辅助电器系统主要包