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汽车电控技术

湖南涉外经济学院

汽车电控技术课程设计

课题名称：

汽车电控技术

姓名：

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指导老师：

完成时间：

目录

内容摘要...................................................................................................3

关键词.......................................................................................................3

正文...........................................................................................................3

1汽车线控转向系统的结构和基本原理...............................................3

1.1汽车线控转向系统的结构.............................................................3

1.2汽车线控转向系统的原理简介.........................................................4

1.3汽车线控转向系统的特点..................................................................5

2.线控制动系统........................................................................................5

2.1电液制动系统......................................................................................5

2.2电子机械制动系统...............................................................................6

3.电子节气门.............................................................................................7

3.1基本结构.............................................................................................7

3.2工作原理.............................................................................................7

3.3应用概况.............................................................................................8

结束语.......................................................................................................8

参考文献...................................................................................................9

致谢............................................................................................................9

汽车线控技术

内容摘要

汽车线控技术是从飞机驾驶控制上的Fly-By-Wire发展而来。

该技术利用传感器将驾驶员操作动作变成电信号传送到处理器,处理器发送指令给相应的执行机构完成驾驶员的操作意图。

汽车线控技术用电动机系统取代传统的机械、液压或气动部件,可以降低部件的复杂性,减少与机械装置,降低油耗和制造成本

关键词：

汽车线控转向驱动制动

1汽车线控转向系统的结构和基本原理

1.1汽车线控转向系统的结构

汽车线控转向系统由方向盘总成、转向执行总成和主控制器（ECU）三个主要部分以及自动防故障系统、电源等辅助系统组成，如图1所示。

方向盘总成包括方向盘、方向盘转角传感器、力矩传感器、方向盘回正力矩电机。

方向盘总成的主要功能是将驾驶员的转向意图（通过测量方向盘转角）转换成数字信号.并传递给主控制器：

同时接受主控制器送来的力矩信号，产生方向盘回正力矩.以提供给驾驶员相应的路感信息。

转向执行总成包括前轮转角传感器、转向执行电机、转向电机控制器和前轮转向组件等组成。

转向执行总成的功能是接受主控制器的命令，通过转向电机控制器控制转向车轮转动，实现驾驶员的转向意图。

主控制器对采集的信号进行分析处理.判别汽车的运动状态，向方向盘回正力电机和转向电机发送指令，控制两个电机的工作，保证各种工况下都具有理想的车辆响应，以减少驾驶员对汽车转向特性随车速变化的补偿任务，减轻驾驶员负担。

同时控制器还可以对驾驶员的操作指令进行识别，判定在当前状态下驾驶员的转向操作是否合理。

当汽车处于非稳定状态或驾驶员发出错误指令时线控转向系统会将驾驶员错误的转向操作屏蔽，而自动进行稳定控制，使汽车尽快地恢复到稳定状态。

自动防故障系统是线控转向系的重要模块.它包括一系列的监控和实施算法，针对不同的故障形式和故障等级做出相应的处理，以求最大限度地保持汽车的正常行驶。

作为应用最广泛的交通工具之一，汽车的安全性是必须首先考虑的因素，是一切研究的基础，因而故障的自动检测和自动处理是线控转向系统最重要的组成系统之一。

它采用严密的故障检测和处理逻辑，以更大地提高汽车安全性能。

电源系统承担着控制器、两个执行马达以及其它车用电器的供电任务，其中仅前轮转角执行马达的最大功率就有500-800W，加上汽车上的其它电子设备，电源的负担已经相当沉重。

所以要保证电网在大负荷下稳定工作，电源的性能就显得十分重要。

1.2汽车线控转向系统的原理简介

汽车转向系统是决定汽车主动安全性的关键总成，传统汽车转向系统是机械系统，汽车的转向运动是由驾驶员操纵转向盘，通过转向器和一系列的杆件传递到转向车轮而实现的。

汽车线控转向系统取消了转向盘与转向轮之间的机械连接.完全由电能实现转向，摆脱了传统转向系统的各种限制.不但可以自由设计汽车转向的力传递特性，而且可以设计汽车转向的角传递特性，给汽车转向特性的设计带来无限的空间。

是汽车转向系统的重大革新。

汽车线控转向系统的工作原理如图2所示。

用传感器检测驾驶员的转向数据.然后通过数据总线将信号传递给车上的ECU，并从转向控制系统获得反馈命令：

转向控制系统也从转向操纵机构获得驾驶员的转向指令，并从转向系统获得车轮情况。

从而指挥整个转向系统的运动。

转向系统控制车轮转到需要的角度，并将车轮的转角和转动转矩反馈到系统的其余部分，比如转向操纵机构，以使驾驶员获得路感，这种路感的大小可以根据不同的情况由转向控制系统控制。

1.3汽车线控转向系统的特点

（1）提高汽车安全性能。

去除了转向柱等机械连接，完全避免了撞车事故中转向柱对驾驶员的伤害；智能化的ECU根据汽车的行驶状态判断驾驶员的操作是否合理，并做出相应的调整；当汽车处于极限工况时，能够自动对汽车进行稳定控制。

（2）改善驾驶特性，增强操纵性。

基于车速、牵引力控制以及其它相关参数基础上的转向比率（转向盘转角和车轮转角的比值）不断变化。

低速行驶时，转向比率低，可以减少转弯或停车时转向盘转动的角度；高速行驶时，转向比率变大，获得更好的直线行驶条件。

（3）改善驾驶员的路感。

由于转向盘和转向车轮之间元机械连接，驾驶员“路感”通过模拟生成。

可以从信号中提出最能够反应汽车实际行驶状态和路面状况的信息.作为转向盘回正力矩的控制变量，使转向盘仅向驾驶员提供有用信息，从而为驾驶员提供更为真实的“路感”。

（4）增强汽车舒适性。

由于消除了机械结构连接，地面的不平和转向轮的不平衡不会传递到转向轴上。

从而减缓了驾驶员的疲劳：

驾驶员的腿部活动空间和汽车底盘的空间明显增大。

2.线控制动系统

线控制动系统（BBW，Brake2By2Wire），目前分为两类，一种为电液制动系统（EHB，Electro2Hy2draulicBrake），另一种为电子机械制动系统（EMB，Electro2MechanicalBrake）。

EHB是电子与液压系统相结合所形成的多用途、多形式的制动系统，它由电子系统提供柔性控制，液压系统提供动力;而EMB则将传统制动系统中的液压油或空气等传力介质完全由电制动取代，是未来制动控制系统的发展方向。

2.1电液制动系统

在中小型车辆的传统制动系统中，驾驶员通过制动主缸在轮缸建立制动压力，而EHB则是通过蓄能器提供制动压力。

蓄能器压力由柱塞泵产生，可提供多次连续的制动压力。

EHB由传感器、ECU及执行器（液压控制单元）等构成，其结构如图1所示。

制动踏板与制动器间无直接动力传递。

制动时，制动力由ECU和执行器控制，踏板行程传感器将信号传给ECU，ECU汇集轮速传感器、转向传感器等各路信号，根据车辆行驶状态计算出每个车轮的最大制动力，并发出指令给执行器的蓄能器来执行各车轮的制动。

高压蓄能器能快速而精确地提供轮缸所需的制动压力。

同时，控制系统也可接受其他电子辅助系统（例如ABS、BAS、EBD、ESP等）的传感器信号，从而保证最佳的减速度和行驶稳定性。

与EMB相比，EHB具有如下优点:

（1）不需要车轮制动器附近的额外空间，也不会额外增加重量。

（2）为降低能耗，经过良好设计的14V电源能充分满足要求。

（3）在紧急情况下，制动主缸的压力还可直接施加给两个前轮，因而不需备用系统。

因此，就目前而言EHB是实现BBW的第一步，对于重型车辆或工业车辆，只有液压系统可以产生较大的制动力矩，以满足大吨位车辆的制动要求。

（4）能够改善系统的性能和操作人员的舒适性。

制动阀可安装在远离驾驶室更接近于制动器的位置，以减少管路消耗。

无需采用更多的液压阀及管路就能使远程操作更容易。

2.2电子机械制动系统

EMB主要用于小型车辆中，主要包含电制动器、ECU、轮速传感器、动力电源等。

它与EHB最大区别是制动力为电机提供的转矩，而不是由柱塞泵产生的高压油，且有独立的电源来供电，其各部分的功能如表1。

与其它传统制动控制系统相比，EMB具有如下优点:

（1）系统结构简单，省去大量管路系统及部件;

（2）制动响应时间短，提高了制动性能;（3）系统制造、装配、测试简单快捷，采用模块化结构，维护简单;（4）采用电线连接，系统耐久性能良好;（5）易于改进，略加变化即可增设各种电控制功能。

但是与EHB相比，它仍有以下几个问题需要解决:

（1）驱动电源问题。

目前车辆的12V电源系统无法提供如此大的能量，需采用高质量的42V电源。

（2）控制系统失效问题。

由于不存在独立的主动备用制动系统，为了确保安全，需要一个备用系统，因而也增加了成本。

（3）抗干扰问题。

车辆在运行过程中会有各种干扰信号，如何消除这些干扰信号造成的影响是急需解决的问题。

3.电子节气门

3.1基本结构

电子节气门系统的基本结构有以下几个部分组成：

1、发动机2、转速传感器3、节气门位置传感器4、节气门执行器5、节气门6、加速踏板位置传感器7、车速传感器8、变速器9、加速踏板10、节气门电子控制单元（ECU）其中转速传感器也可以用曲轴位置传感器或者凸轮轴位置传感器来代替；节气门执行器是一个步进电机，由它来推动节气门以控制节气门的开度；加速踏板位置传感器的构造及工作原理和节气门位置传感器的构造及工作原理是一样的；节气门电子控制单元一般是和发动机电子控制单元做在一起的。

电子节气门控制系统的工作原理如上图所示。

加速踏板位置传感器（6）将司机需要加速或减速的信息传递给节气门电子控制单元（10），ECU根据得到的信息，计算出相应的最佳节气门位置，发出控制信号给节气门执行器（4），由节气门执行器将节气门开到计算出的最佳节气门的开度位置。

ECU通过与其它电子控制单元（如发动机电子控制单元，自动变速器电子控制单元等）进行通讯，ECU根据得到的节气门位置传感器（3）信息、发动机转速传感器

（2）信号、车速传感器（7）的信息对节气门的最佳位置进行不断的修正，使节气门的开度达到司机所需要的理想位置。

......

3.2工作原理

　　驾驶员操纵加速踏板，加速踏板位置传感器产生相应的电压信号输入节气门控制单元，控制单元首先对输入的信号进行滤波，以消除环境噪声的影响，然后根据当前的工作模式、踏板移动量和变化率解析驾驶员意图，计算出对发动机扭矩的基本需求，得到相应的节气门转角的基本期望值。

然后再经过CAN总线和整车控制单元进行通讯，获取其他工况信息以及各种传感器信号如发动机转速、档位、节气门位置、空调能耗等等，由此计算出整车所需求的全部扭矩，通过对节气门转角期望值进行补偿，得到节气门的最佳开度，并把相应的电压信号发送到驱动电路模块，驱动控制电机使节气门达到最佳的开度位置。

节气门位置传感器则把节气门的开度信号反馈给节气门控制单元，形成闭环的位置控制。

　　节气门驱动电机一般为步进电机或直流电机，两者的控制方式也有所不同。

驱动步进电机常采用H桥电路结构，控制单元通过发出的脉冲个数、频率和方向控制电平对步进电机进行控制。

电平的高低控制步进电机转动的方向，脉冲个数控制电机转动的角度，即发出一个脉冲信号，步进电机就转动一个步进角，脉冲频率控制电机转速，转速与脉冲频率成正比。

因此，通过对上述三个参数的调节可以实现电机精确定位与调速。

　　控制直流电机采用脉冲宽度调制（PWM）技术，其特点是频率高，效率高，功率密度高，可靠性高。

控制单元通过调节脉宽调制信号的占空比来控制直流电机转角的大小，电机方向则是由和节气门相连的复位弹簧控制的。

电机输出转矩和脉宽调制信号的占空比成正比。

当占空比一定，电机输出转矩与回位弹簧阻力矩保持平衡时，节气门开度不变；当占空比增大时，电机驱动力矩克服回位弹簧阻力矩，节气门开度增大；反之，当占空比减小时，电机输出转矩和节气门开度也随之减小。

　　ECU对系统的功能进行监控，如果发现故障，将点亮系统故障指示灯，提示驾驶员系统有故障。

同时电磁离合器被分离，节气门不再受电机控制。

节气门在回位弹簧的作用下返回到一个小开度的位置，使车辆慢速开到维修地点。

3.3应用概况

早期的电子节气门功能比较简单，在形式上采用一个机械式的主节气门串联一个电控的辅助节气门，往往只能实现某一单一的功能。

现代电子节气门则独立成一个系统，可实现多种控制功能，既提高行驶可靠性，又使结构简化，成本降低。

主要有如下控制功能：

　　a。

牵引力控制（ASR）　　牵引力控制系统又称驱动防滑系统。

它的作用是当汽车加速时将滑移率控制在一定的范围内，从而防止驱动轮快速滑动。

它的功能一是提高牵引力；二是保持汽车的行驶稳定。

它通过减少节气门开度来降低发动机功率从而达到控制目的。

原理如下：

控制单元采集加速踏板的位置、车轮速度和方向盘转向角度等信号，通过计算求得滑移率，并产生相应的控制电压信号，通过数据总线把信号传送至控制单元，依据此信号，控制单元将减少节气门开度来调整混合气流量，以降低发动机功率。

此时控制单元对节气门发出的控制信号将不受驾驶员驾驶意图的影响，这样就可以避免驾车者的误操作。

　　b。

巡航控制（CCS）　　巡航控制系统又称为速度控制系统，它是一种减轻驾车者疲劳的装置。

当驾驶员开启该系统时，车速将被固定下来，驾驶员不必长时间踩踏加速踏板。

原理如下：

车速传感器将车速信号输入控制单元，控制单元根据行驶阻力的变化输出信号自动调节节气门开度，当汽车阻力增大（上坡）和车速降低时，控制节气门开度增大，反之减小，使行驶车速保持稳定。

　　c。

怠速控制（ISC）　　电子节气门系统取消了怠速调节阀，而是直接由控制单元调节节气门开度来实现车辆的怠速控制。

　　d。

减少换档冲击控制　　根据当前车速、节气门开度以及发动机转速等信号，控制单元选择合适的传动比，实现自动换档。

结束语

综上所述，汽车线控转向技术以求获得最佳的汽车转向性能，提高汽车的操纵性、稳定性和安全性.使汽车具有一定的智能化。

汽车线控转向技术的发展代表未来汽车转向技术的发展方向，并将在汽车转向领域中占据主导地位。

我国的线控转向技术研究还是空白，无法与国外相比。

从我国现有条件出发。

对该系统进行深入、细致的研究，对于拓展电气传动技术的应用、加快国产汽车的电子化发展以及提供未来智能汽车驾驶技术的支持，都将有深远的意义。

参考文献

[1]陆刚.汽车制动控制系统新技术及其未来[J].电子技术，2005，5.

[2]全国汽车维修专项技能认证技术支持中心编写组.制动系统[M].教育科学出版社，2004.

[3]林慕义，张文明，宁晓斌.线控制动系统在轮式工业车辆上的实现[J].机床与液压，2004.

[4]解福泉，周建平?

汽车典型电控系统构造与维修［Ｍ］?

北京：

人民交通出版社，2009

[5]王世铮，覃娅娟?

汽车故障诊断技术［Ｍ］?

北京理工大学出版社，2009

[6]北京西实谊汽车图书公司编著.ABS和防盗系统原理与检修.中国三峡出版社.2003.

[7]李全利.王保新.高启成等.汽车维修.北京大学出版社.2008.

致谢

在论文完成之际，我首先向关心帮助和指导我的指导老师杨振东表示衷心的感谢并致以崇高的敬意！

在学校的学习生活即将结束，回顾四年来的学习经历，面对现在的收获，我感到无限欣慰。

为此，我向热心帮助过我的所有老师和同学表示由衷的感谢!

在论文工作中，遇到了许许多多这样那样的问题，有的是专业上的问题，有的是论文格式上的问题，一直得到杨振东老师的亲切关怀和悉心指导，使我的论文可以又快又好的完成，杨振东老师以其渊博的学识、严谨的治学态度、求实的工作作风和他敏捷的思维给我留下了深刻的印象，我将终生难忘我的杨振东老师对我的亲切关怀和悉心指导，再一次向他表示衷心的感谢，感谢他为学生营造的浓郁学术氛围，以及学习、生活上的无私帮助!

值此论文完成之际，谨向杨振东老师致以最崇高的谢意!