车辆电子控制技术课程必备知识自学指导书(2014年-1版).doc

车辆电子控制技术课程必备知识自学指导书2012年3月编(2014年1月修改)前言车辆电子控制技术课程是车辆工程专业车辆电子控制技术研究方向学生的一门专业学位课程,它涉及车辆结构和理论、机械基础、电子技术、控制理论、传感器技术等知识,教学中要求研究生有较宽广的基础知识和交叉专业知识。近年来,跨专业报考车辆工程并选择车辆电子控制技术研究方向与技术开发的学生增多。但是,来自不同本科专业的学生,基础知识结构相差很大,研究生学****本课程的水平参差不齐,教学效果难于使每个学生都达到了教学培养的目标要求。为此,编写了该车辆电子控制技术课程必备知识自学指导书,拟帮助同学们在学****车辆电子控制技术课程过程中通过自学掌握必备的知识点。目录一、车辆电子控制技术课程教学知识体系车辆电子技术是现代汽车的一个标志性技术,从而车辆电子在国内外也逐渐形成了一个产业,其技术的开发也日益呈现出高科技含量和智能水平,同时需要技术开发人员具有综合的知识和理论水平,并掌握一定的技术开发技能。因此,目前车辆电子产品企业普遍缺乏技术开发人才,尤其车辆电子控制技术人才供不应求,培养好这样的人才是当务之急的事情。车辆电子控制技术是一门典型的机电一体化课程,也是车辆工程专业硕士研究生的重要专业(学位)课,搞好这门课程的教学,是培养好车辆电子控制技术开发技术人才的重要环节。车辆电子控制技术涉及机械学、汽车构造、汽车理论、车辆动力学、电子技术、单片机原理与接口技术、控制理论与控制技术等先导课程知识,在此基础上展开进一步的学****车辆电子控制技术较为容易。但在教学实践中发现,由于学生本科阶段是学****不同专业,很多还是跨学科考研,如:考车辆工程研究生的考生有来自电子信息工程、机械设计及其自动化、机械电子工程、计算机技术、交通运输工程、车辆工程等专业,因此对上述知识掌握不够全面,如机械设计及其自动化专业学生缺乏汽车构造、汽车理论、电子技术、控制理论等知识,但电子与控制类学生对机械学、理论力学和车辆知识又没有一个基本的掌握,即便是车辆工程毕业的本科学生对控制理论和技术的掌握也极其有限,因此,在学****本课程时,同学们普遍感到学****难度大,掌握起来不容易。车辆电子控制技术为何会涉及较广的知识面呢?车辆是一种行走机械,与一般的工业机械不同,要求其操纵控制精确、可靠、实时性好。车辆电子控制技术虽然重点在于控制,而从图1所表示的车辆控制结构框图可见,控制效果的好坏取决于控制方案的选择,而控制的选择又依赖于汽车被控系统的特性(尽管实际控制并不要求被控对象有精确的建模,但针对其被控系统的动态特性选择恰当的控制方法却是必要的)。这就需要掌握好能对汽车系统进行动力学建模方法和培养好分析其特性的能力。此外,现代车辆电子系统开发中常采用并行工程,即控制软件的开发和机械系统研制及控制器硬件设计同步进行。控制软件的先期开发往往采用计算机仿真技术完成,于是,控制效果的好坏只能通过被控对象数学计算来体现,这种情况下,被控对象的精确建模尤为重要。实际输出图1车辆闭环电子控制系统结构框图输出反馈被控对象(车辆某机械子系统)执行器(作动器)控制器核心信号调理电路传感器驱动器涉及电工学、电磁学、电机学、机械动力学等知识存储器期望输出(期望输出)给定输入指令涉及单片微机(嵌入式微处理器)、接口电路,控制理论与方法,控制软件设计方法等知识ECU(控制器单元)涉及机械、车辆构造、车辆理论、动力学理论等知识被控对象的理论建模方法主要涉及到汽车理论、车辆动力学、理论力学、机械原理、汽车构造、机械制图等课程中的一些重要知识和方法,如:机械组成分析、机械构件或系统受力分析、运动学分析、动力学分析、车辆性能分析等,由这些知识点构成了一个建模过程的知识体系(见图2)。在图2所示的建模过程中,各个主要环节都需要应用一些相关知识来完成。例如,对车辆被控车辆机械子系统组成结构的分析是建模环节的第一步,对已经存在的结构(或者已设计的结构)首先必须借助于机械识图知识来看懂其组成关系和结构;运用机械原理知识了解和掌握构件间的相对运动关系、运动副的类型和运动传递关系;运用车辆构造知识来明确该机械子系统应实现的功能。第二步,运用理论力学中的运动学理论和机械原理中的机构运动与机械传动分析方法对该机械子系统进行机械运动学分析,明确其运动类型属于转动还是平动或者是一种复合型运动,为动力学建模做准备。由于系统运动状态变化的根本原因是系统所受的力和力矩,所以第三步需要应用理论力学中静力学对系统进行受力分析。第四步和第五步是运用理论力学中的动力学分析方法和车辆动力学理论对被控系统进行动力学分析并完成动力学建模。第六步,在必要时可分析车辆被控子系统的性能特性,为进行控制器设计打下基础。进行性能特性分析所涉及的主要知识和理论仍然是汽车理论和汽车动力学。可见,掌握了这些知识点和分析方法,就具