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现代汽车发动机电控技术
电控作为汽车电控中的重要一环,为适应日趋严格的排放、安全法规,已受到国内外汽车厂商的高度重视,并得到了空前发展。
一、概述
现代轿车电控技术的理论基础就是现代控制理论。从早期的经典控制到目前的智能控制,控制理论在汽车电控中得到了广泛的应用。主要有PID控制、最优控制、自适应控制、滑模控制、模糊控制、神经网络控制以及预测控制等。现代控制理论的发展使得电控系统更能适应复杂的多变量系统、时变系统和非线性系统,甚至对于数学模型不甚精确的系统也能实施精确有效的控制。而这正是发动机电控得以实现的前提。就其结构而言,电控系统主要由传感器、电子控制组件(ECU)、执行器 3个部分组成。传感器作为输入部分,用于测量物理信号(温度、压力等),将其转换为电信号;ECU的作用是接收传感器的输入信号,并按设定的程序进行计算处理,输出处理结果;执行器则根据 ECU输出的电信号驱动执行机构,使之按要求变化。
(一)电子控制组件(ECU)
ECU以微机为中心。还包括前置的A/D转换器、数字信号缓冲器以及后置的信号放大器等。微机运算速度快、精度高,能实时控制,并具备多中断响应等功能。目前除了8位、16位微机外,32位特别是64位微机已开始逐步使用。而且,不仅有通用型微机和单片机,专用的汽车微机也已研制出来。正是微机技术突飞猛进的发展促进了汽车电控技术的不断完善。可以说,当前 ECU的发展总趋势是从单系统单机控制向多系统集中控制过渡。不久以后,汽车电控系统将采用计算机网络技术,把发动机电控系统、车身电控系统、底盘电控系统及信息与通信系统等各系统的ECU相联结,形成机内分布式计算机网络,实现汽车电子综合控制。
(二)传感器
汽车传感器的工作条件极为恶劣,因此,传感器能否精确可*地工作至关重要。近年来在该领域中,理论研究及材料应用发展较为迅速,半导体和金属膜技术、陶瓷烧结技术等迅猛发展。毋庸置疑,智能化、集成化和数字化将是传感器的未来发展趋势。
(三)执行器
执行器用来精确无误地执行 ECU发出的命令信号。因此,执行器工作的精确与否将最终影响电控的成败,正因如此,其工作可靠性和精确性一直作为研究重点而倍受关注。目前,汽车电控系统的执行器类型繁多,有电磁阀、电动机、压电元件、点火器、电磁继电器、热电偶等,结构与功能不尽相同。执行器的发展方向是智能化执行器和固态智能动力装置。
二、发动机电控技术及应用
发动机电控技术可分为电控汽油喷射、电子点火、怠速控制、排气再循环控制、增压控制、故障自诊断、故障保险、备用控制以及其它控制技术。
(一)电控汽油喷射(EFI)系统
电控汽油喷射系统(简称电喷系统)是60年代末开始发展起来的,较之早期普遍使用的化油器供油系统,其突出优点在于空燃比的控制更为精确,可实现最佳空燃比;而且电喷技术提高了汽油的雾化、蒸发性能,加速性能更好,发动机功率和扭矩显著升高。
目前,电喷系统主要采用开环与闭环控制(反馈控制)相结合的方式。对诸如暖机、怠速等需要供给浓混合气的工况采取开环控制,此外则通过排气管中设置的氧传感器,测量实际空燃比来进行反馈控制。由空气流量计或进气歧管绝对压力传感器和转速传感器测量进气空气量,由ECU根据冷却水温、进气温度、氧传感器信号等确定合适的空燃比,计算所需喷油量,进而对执行