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浅谈汽车电控系统的原理和故障分析

文章出处:人气:26发表时间:2018/4/12 14:45:08

   近年来,随着电子技术、计算机技术和信息技术的应用,汽车电子控制技术得到了迅猛的发展,尤其在控制精度、控制范围、智能化和网络化等多方面有了较大突破。例如运动控制器已经原来越密集与智能,汽车电控系统已成为衡量现代汽车发展水平的重要标志。从全球范围来看,新能源汽车被公认为是未来汽车行业的主流,很多国家都在积极发展和引导新能源汽车。关键核心技术也就是运动控制器与电控系统的完美结合与延伸,随着新能源汽车的发展,这也为汽车电控的发展带来了契机。国内市场,随着国家的政策的帮扶,一些实力较强企业,正从电机控制系统或是电池管理系统向新能源汽车电控方向发展。电控系统方面,呈现出百花齐放的态势。

    随着全球能源的短缺,新能源汽车的使用成为必然的发展趋势。对于新能源汽车而言,电子控制系统是其决定性组成部分,这就需要深入研究电子控制技术,研究重点需要放在其关键技术点。对运动控制器的深度开发,之后针对新能源汽车电子控制的关键性技术进行详述,最后对其发展趋势进行分析。

    过去的一年新能源汽车电控销售持续爆发,大幅超出市场预期,预计全年将有望实现翻倍以上增长。今年18年上半年以来新能源汽车的产销数据持续超预期,最新工信部公布2017年1-9月份产量也达到惊人的75.6万辆,同比增长近3倍。受益于新能源汽车市场规模的迅速扩展,新能源汽车电控系统的产销量也将随之增长。

   在国外,很多电控系统为内部配套,像特斯拉、宝马、本田、日产等的电控系统均为体系内供应商直接供货,另外还有一种情况是整车厂和零部件供应商共同参与,福特和麦格纳联合开发电机控制系统。电控技术比较知名的厂商有电装、西门子、日立、大陆等。

    汽车电子控制系统基本由传感器、电子控制器(ECU)、驱动器和控制程序软件等部分组成,与车上的机械系统配合使用(通常与动力系统、底盘系统和车身系统中的子系统融合),并利用电缆或无线电波互相传输讯息,即所谓的“机电整合”,如电子燃油喷射系统、制动防抱死控制系统、防滑控制系统、电子控制悬架系统、电子控制自动变速器、电子助力转向等。汽车电子控制系统大体可分为四个部分:发动机电子控制系统,底盘综合控制系统,车身电子安全系统,信息通讯系统。其中,前两种系统与汽车的行驶性能有直接关系。倘若某个环节出现问题就会造成整个汽车行驶的危险,现在小编给大家介绍一下汽车电控系统的各个主要部分的主要功能和注意事项。

    (一)发动机电控系统

    发动机电子控制系统(EECS)是通过对发动机点火、喷油、空气与燃油的比率、排放废气等进行电子控制,使发动机在最佳工况状态下工作,以达到提高其整车性能、节约能源、降低废气排放的目的。

    1.电控点火装置(ESA)

    电控点火装置由微处理机、传感器及其接口、执行器等构成。该装置根据传感器测得的发动机参数进行运算、判断,然后进行点火时刻的调节,可使发动机在不同转速和进气量等条件下,保证在最佳点火提前角下工作,使发动机输出最大的功率和转矩,降低油耗和排放,节约燃料,减少空气污染。

    2.电控燃油喷射(EFI)

    控燃油喷射装置因其性能优越而逐渐取代了机械式或机电混合式燃油喷射系统。当发动机工作时,该装置根据各传感器测得的空气流量、进气温度、发动机转速及工作温度等参数,按预先编制的程序进行运算后与内存中预先存储的最佳工况时的供油控制参数进行比较和判断,适时调整供油量,保证发动机始终在最佳状态下工作,使其在输出一定功率的条件下,发动机的综合性能得到提高。

    3.废气再循环控制(EGR)

    废气再循环控制系统是目前用于降低废气中氧化氮排放的一种有效措施。其主要执行元件是数控式EGR阀,作用是独立地对再循环到发动机的废气量进行准确的控制。

    (二)底盘综控系统

    底盘综合控制系统包括电控自动变速器、防抱死制动系统(ABS)与驱动防滑系统(ASR)、电子转向助力系统(EPS)、自适应悬挂系统(ASS)、巡行控制系统(CCS)等。

    1.电控自动变速器(ECAT)

    一般来说,汽车驱动轮所需的转速和转矩,与发动机所能提供的转速和转矩有较大差别,因而需要传动系统来改变从发动机到驱动轮之间的传动比,将发动机的动力传至驱动轮,以便能够适应外界负载与道路条件变化的需要。此外,停车、倒车等也靠传动系统来实现,适时地协调发动机与传动系统的工作状况,充分地发挥动力传动系统的潜力,使其达到最佳的匹配,这是变速控制系统的根本任务。ECAT可以根据发动机的载荷、转速、车速、制动器工作状态及驾驶员所控制的各种参数,经计算、判断后自动地改变变速杆的位置,按照换档特性精确地控制变速比,从而实现变速器换挡的最佳控制,得到最佳挡位和最佳换挡时间。该装置具有传动效率高、低油耗、换档舒适性好、行驶平稳性好以及变速器使用寿命长等优点。采用电子技术特别是微电子技术控制变速系统,已经成为当前汽车实现自动变速功能的主要方法。

    2.防抱死制动系统(ABS)与驱动防滑系统(ASR)

    汽车防抱死制动系统可以感知制动轮每一瞬时的运动状态,通过控制防止汽车制动时车轮的抱死来保证车轮与地面达到最佳滑动率,从而使汽车在各种路面上制动时,车轮与地面都能达到纵向的峰值附着系数和较大的侧向附着系数,以保证车辆制动时不发生抱死拖滑、失去转向能力等不安全的因素,可使汽车在制动时维持方向稳定性和缩短制动距离,有效地提高了行车的安全性。它是应用在汽车安全上的最有价值的一项应用。

    3.电子转向助力系统(EPS)

    电子转向助力系统采用电动机与电子控制技术对转向进行控制,利用电动机产生的动力协助驾车者进行动力转向,系统不直接消耗发动机的动力。EPS一般是由转矩(转向)传感器、电子控制单元、电动机、减速器、机械转向器以及蓄电池电源等构成。汽车在转向时,转矩(转向)传感器会感知转向盘的力矩和拟转动的方向,这些信号会通过数据总线发给电控单元,电控单元会根据传动力矩、拟转的方向等数据信号,向电动机控制器发出动作指令,电动机就会根据具体的需要输出相应大小的转动力矩,从而产生了助力转向。如果不转向,则本套系统就不工作,处于待调用状态。电子转向助力系统提高了汽车的转向能力和转向响应特性,增加了汽车低速时的机动性以及调整行驶时的稳定性。目前国内中高档轿车应用助力转向较多。

    4.自适应悬挂系统(ASS)

    自适应悬挂系统能根据悬挂装置的瞬时负荷,自动、适时地调整悬挂的阻尼特性及悬架弹簧的刚度,以适应瞬时负荷,保持悬挂的既定高度,极大地提高了车辆行驶的稳定性、操纵性和乘坐的舒适性。

    5.巡行控制系统(CCS)

    巡航控制又称恒速行驶系统是让驾驶员无需操作油门踏板就能保证汽车以某一固定的预选车速行驶的控制系统。

 汽车的电控系统的故障远比传统发动机复杂的多,仅用传统的经验检查难以进行故障的分析判别。

一.故障码分析技术

汽车的行车电脑可以按照事先设定的参数,根据车辆运行的状况进行检测传感器,电子控制器及各种执行器的输入信息,当出现于设定参数不一致的就会出现故障码,可以优先采用故障诊断系统提取故障码进行检查。通常维修人员需要利用故障诊断仪。

二.综合分析技术

汽车发动机故障千变万化,仅仅依靠故障代码寻找故障,偶尔会出现判断上的失误,当设计中没有考虑到故障码信息,就不一定会反映出真正的故障部位。这时就得利用汽车示波器,万用表等对电路和电路元器件的动态和静态进行检测,通过与正常数据的对比分析从而找出问题所在。

三.电路分析技术

现代汽车发动机的电控系统十分复杂,各品牌以及车型的电控系统差异较大。电路分析技术就是以故障车的电路设计图为基础,将故障现象根据电路原理进行分析和判断,找出汽车电控系统的故障部位并分析和判断,找出故障部位并解决。包括间断性,复合型和隐蔽性这三种。

    

随着集成控制技术、计算机技术和网络技术的发展,汽车电子技术已明显向集成化、智能化和网络化三个主要方向发展。

    (一)集成化

    近年来嵌入式系统、局域网控制和数据总线技术的成熟,使汽车电子控制系统的集成成为汽车技术发展的必然趋势。将发动机管理系统和自动变速器控制系统,集成为动力传动系统的综合控制;将制动防抱死控制系统、牵引力控制系统和驱动防滑控制系统综合在一起进行制动控制;通过中央底盘控制器,将制动、悬架、转向、动力传动等控制系统通过总线进行连接,控制器通过复杂的控制运算,对各子系统进行协调,将车辆行驶性能控制到最佳水平,形成一体化底盘控制系统。

    (二)智能化

    智能化传感技术和计算机技术的发展,加快了汽车的智能化进程。汽车智能化相关的技术问题已受到汽车制造商的高度重视。其主要技术中“自动驾驶仪”的构想必将依赖于电子技术实现。智能交通系统(ITS)的开发将与电子、卫星定位等多个交叉学科相结合,它能根据驾驶员提供的目标资料,向驾驶员提供距离最短而且能绕开车辆密度相对集中处的最佳行驶路线。它装有电子地图,可以显示出前方道路、并采用卫星导航。从全球定位卫星获取沿途天气、车流量、交通事故、交通堵塞等各种情况,自动筛选出最佳行车路线。

    (三)网络化

    随着电控器件在汽车上越来越多的应用,车载电子设备间的数据通信变得越来越重要。以分布式控制系统为基础构造汽车车载电子网络系统是十分必要的。大量数据的快速交换、高可靠性及低成本是对汽车电子网络系统的要求。在该系统中,各子处理机独立运行,控制改善汽车某一方面的性能,同时在其它处理机需要时提供数据服务。主处理机收集整理各子处理机的数据,并生成车况显示。

    电控系统被称为新能源汽车的大脑,作为三大核心技术之一,其主要还涵盖了电机控制系统和电池管理系统。电控系统,一般是由主机厂来参与研发。由此可见,新能源汽车市场的竞争,意味着电控系统技术对市场竞争有很大的影响


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