汽车电子控制技术的应用与发展前途(4)

2019-04-16 17:36

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等功能,这样多种功能的集中,不仅简化了机构,而且也提高了怠速控制的精确性。 3.1.4 废气再循环系统

废气再循环系统是在保证内燃机动力性不降低的前提下,根据内燃机的温度及负荷大小将发动机排出的废气的一部份再送回进气管,和新鲜空气或新鲜混合气混合后再次进入气缸参加燃烧,使燃烧反应的速度减慢,从而降低NOX的排放量,是控制NOX排放的主要措施。废气中的氧含量很低,含有大量N 、CO2和水蒸气,这三种气体很稳定,不能燃烧,可吸收大量热量。当一部份排气经EGR控制阀还流回进气系统与新鲜空气或新鲜混合气混合后,稀释了新鲜空气或新鲜混合气中的氧浓度,使燃烧速度降低:这两个因素都使燃烧温度降低,从而有效控制了燃烧过程中NOX的生成。

3.1.5 燃料蒸发排放控制

该系统主要由活性碳罐贮存装置、燃油蒸发净化控制装置和燃油箱燃油蒸发控制装置组成。汽油是一种易挥发的液体,在常温下燃油箱经常充满蒸气,燃料蒸发控制系统的作用是将蒸气引入燃烧并防止挥发到大气中。这个过程起重要作用的是活性碳罐贮存装置,因为活性碳有吸附功能,当汽车运行或熄火时,燃油箱的汽油蒸气通过管路进入活性碳罐的上部,新鲜空气则从活性碳罐下部进入活性碳罐。发动机熄火后,汽油蒸气与新鲜空气在罐内混合并贮存在活性碳罐中,当发动机启动后,装在活性碳罐与进气歧管之间的燃油蒸发净化装置的电磁阀门打开,活性碳罐内的汽油蒸气被吸入进气歧管参加燃烧。 3.1.6 电控二次空气喷射系统

系统中的空气由电控单元根据输入信号通过控制相关电磁阀引往空气滤清器、排气管及催化式排气净化器中。该系统有两套主控电磁阀,第一套电磁阀为分流阀,用于将空气送往空气滤清器;第二套电磁阀为开关电磁阀,用于将空气送往排气管或催化式排气净化器。二次空气喷射系统也常被称为补燃系统或后燃系统。其原因是可燃混合气在汽缸内进行第一次燃烧后,其中那些未完全燃烧的部分由于人为地引入新鲜空气而使其在排气过程中进行了补燃,因而经消声器排入大气时的尾气很少有或者完全没有火星。而排气内有火星是在有可燃气体存在的情况下引发火灾的一大原因。因此,二次空气喷射系统也是防止内燃机尾气引起火灾的一项重要技术和设施。除了在轿车上应用外,它还广泛应用于安全性能要求更高的内燃机车和专用汽车,如液化气

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运输车、轻油运输车、机场加油车等。 3.1.7 发动机可变气门正时技术

近几十年来,基于提高汽车发动机动力性、经济性和降低排污的要求,许多国家和发动机厂商、科研机构投入了大量的人力、物力进行新技术的研究与开发。目前,这些新技术和新方法,有的已在内燃机上得到应用,有些正处于发展和完善阶段,有可能成为未来内燃机技术的发展方向。发动机可变气门正时技术(VVT, Variable Valve Timing)是近些年来被逐渐应用于现代轿车上的新技术中的一种,发动机采用可变气门正时技术可以提高进气充量,使充量系数增加,发动机的扭矩和功率可以得到进一步的提高。Passat B5轿车选用2.8升V6发动机,该发动机对可变气门正时进行了特别设计。从俯视观察,排气凸轮轴安装在外侧,进气凸轮轴安装在内侧。曲轴通过齿形皮带首先驱动排气凸轮轴,排气凸轮轴通过链条驱动进气凸轮轴。Passat B5发动机所应用的可变气门正时系统,是通过微机控制可变气门调节器上升和下降获得齿形皮带轮与进气凸轮(进气门)的相对位置变化,这种结构属于凸轮轴配气相位可变结构,一般可调整20~30曲轴转角。 3.1.8 发动机系统自我诊断功能

计算机程序不断地将ECU 的指令和系统的反应进行比较,同时检查各个传感器的信号是否可信,以此确定系统是否存在故障。根据使用情况一般可分为以下几类:

(1)描述各电控总成工况参数的信号,这类信号的特点是各信号的数值都有正常的工作范围,当某传感器信号电压的数值超出了可能的范围,或者虽未超出范围, 但出现在不应当出现的工况,则可判为不可信。例如车速在90km/h,发动机转速3 000r/min, 进气岐管绝对压力65kPa时出现2%的节气门开度,这显然是不可信的。

(2)可同时根据几个传感器的信号计算出同一个物理量(如空气流量),其计算结果与根据已被判定为无故障的传感器的计算结果不一致时,此传感器可判为有故障。

(3)根据某传感器(如发动机冷却液温度传感器和氧传感器)信号变动所经历的时间和幅度,可判断系统是否存在某些方面的故障。

3.2 底盘电子控制

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3.2.1 电控自动变速器(ECAT)

电控单元(ECU)根据传感器检测到的发动机转速、节气门开度、车速、发动机冷却液温度、自动变速器液压油温度等信号确定换档规律,并向电磁阀发出电子控制信号;电磁阀将该信号转变为液压控制信号,阀板中的各个控制阀根据这些液压控制信号,控制换档执行机构的动作,从而实现自动换档;电控自动变速器则在全液压控制自动变速器的基础上增加了一套电子控制系统,ECU根据节气门开度和车速等信号确定换档时刻,控制执行元件电磁阀工作,从而控制制动器和离合器工作,实现换档。对于电控自动变速器,采用节气门阀主要用于调节油道压力,而不用于控制换档时刻。电控自动变速器能实现最佳的换档规律,具有良好的经济性和动力性,污染低;换档过程中无冲击和振动,换档动作准确、及时;工作稳定、可靠,能在高低温、大颠簸、冲击振动、强磁声、电子干扰下正常工作,能很好地适应复杂的交通情况和地理条件;具有故障自诊断功能;取消了离合器,无需频繁换档,操纵方便。但电控自动变速器也存在结构复杂、零件精度要求高、制造难度大,成本较高、维修技术复杂,车辆低速行驶时传动效率较手动变速器低等缺点。 3.2.2 防抱死制动系统(ABS)

制动防抱死系统(ABS)的主要功能是汽车在进行紧急制动和在易打滑的路面上进行常规制动时,迅速而又精确地检测出各车轮的滑移量,通过电子控制器的分析、运算和控制,适时恰当地调节制动系统的液压或气压,减小车轮的滑移率,以确保制动时汽车方向的稳定性、制动可靠性和行驶安全性,ABS——And—Lockbraking system防抱死制动系统英文单词的缩写。ABS系统是在传统制动系统的基础上改进而成的。它除了传统的制动主缸、制动轮缸、真空助力器及管路外,主要用车轮转速传感器,电子控制器(ECU)、压力调节器和ABS警示灯等组成。在制动过程中,每当ECU检测到车轮趋于抱死时,就向压力调节器发出降低制动管路压力的命令,压力调节器就会立即降低管路的压力。与此同时ECU实时监控车轮的运动状态。当检测到需要增加制动压力时它又命令压力调节器增加制动压力,车轮又趋于抱死。如此反复,只要驾驶人保持足够的力在制动踏板上,这种准确的压力调节就会一直进行下去,以控制车轮的滑移率在15%~20%之间。这样就能防止车轮抱死,车轮依然可以转动,驾驶人在车辆遇到障碍物时,可安全绕开并能保持向预定的方向行驶,同时地面制动力在既滚动又滑动的制动过程中达到最大。ABS系统是否参与工作,直接与车轮的滑移率和车

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速有关。当车速超过一定值以后(一般为5km/小时或8km/小时),ABS才会对制动过程中趋于抱死的车轮进行制动压力调节。这是因为当车速很低时,车轮抱死对制动性、安全性的影响也很小。

ABS系统的ECU还具有故障自诊断功能。当检测到ABS系统有故障时,ABS警示灯就会闪亮以提示驾驶人同时关闭ABS系统,并使制动功能自动恢复到汽车的传统制动系统状态。这时汽车的传统制动系统仍然工作而只是不再具有防止车轮抱死的功能。汽车在制动过程中,车轮转速传感器不断把各个车轮的转速信号及时输送给ABS电子控制单元,ABS电子控制单元根据设定的控制逻辑对4个转速传感器输入的信号进行处理,计量汽车的参考车速,各车轮速度和减速度,确定各车轮的滑移率,通过对各车轮的压力升高,压力保持及压力降低的循环控制,使各个车轮的滑移率保持在理想的范围之内,防止车轮完全抱死以提高汽车的制动效果和安全性。在制动过程中,如果车轮没有抱死趋势,ABS系统将不参与制动压力控制,此时制动过程与常规制动系统相同。如果ABS出现故障,ABS电子控制单元将不再对液压单元进行控制并将仪表板上的ABS故障灯点亮,向驾驶人发出警告信号,此时制动过程也与常规制动系统的工作相同。

驱动防滑系统(ASR)也叫牵引力控制系统(TCS或TRC),是ABS的完善和补充,它可防止起动和加速时的驱动轮打滑,既有助于提高汽车加速时的牵引性能。又能改善操作稳定性。汽车―打滑‖有两种情况:一种是制动时的车轮滑移;另一种是汽车驱动时的车轮―滑转‖ 。度低于转动车轮的圆周速度时,轮胎与地面之间就有相对滑动,称之为―滑转‖ 。驱动轮的滑转,使车轮与地面的附着力下降,驱动轮产生的牵引力减少,导致汽车的起步性能、加速性能和在滑溜路面上的通过性能及行驶稳定性下降。为了防止汽车在起步、加速和在易滑或左右轮附着力不同的复杂路面上行驶时驱动轮滑转,驱动防滑控制系统(TRC)也就应运而生。

驱动防滑的控制方式: (1) 发动机功率控制

汽车在起步、加速时,如果油门踏板踩得过猛,会因驱动力过大而出现驱动轮都滑转的情况。此时电脑ECU输出信号,通过控制发动机的输出功率来调节传递到驱动轮上的转矩,以控制汽车的滑移率。通常采用的控制方法有:

①节气门开度控制。在发动机原节气门的基础上,串联一个副节气门,由TRC系

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统的执行机构控制其开度。这种方式工作比较平稳,容易与其他方式配合使用。

②喷油量的减少或切断控制。 ③减少点火提前角的控制。

调节发动机的输出转矩虽然可以通过调节节气门开度、点火提前角、汽油喷射量及中断汽油喷射和点火来实现,但是由于仅中断部分汽缸点火而不终止相应汽缸的燃油供给会对催化转换器造成严重损害,因此目前在TRC系统中通常利用控制节气门和点火提前角的方式来调节发动机的输出扭矩,从而实现对驱动车轮的驱动力矩的调节。

(2) 驱动轮制动控制

这种控制方式是通过在发生滑转的驱动轮上施加制动力矩来控制滑转率。制动驱动轮是防止滑转最迅速的一种控制方式,但是出于舒适性的考虑,制动力不能太大。为了防止TRC控制过程中制动力矩与发动机输出转矩之间出现平衡而导致无意义的功率消耗,这种控制方式通常与调节发动机输出功率的方法合用。

(3) 发动机输出功率与驱动轮制动综合控制

两种控制方法合起来并用,不仅可以防止TRC控制过程中制动力矩与发动机输出转矩之间出现平衡而导致无意义的功率消耗,还可以根据发动机的状况和车轮滑转的实际情况采取相应的控制。如在滑溜路面上行驶时,在发动机驱动扭矩较小的情况下也可以出现车轮滑转,这时采用对滑转车轮施以制动的方法就比较有效。而在发动机输出功率较大时出现滑转,则通过减少发动机输出功率的方法来控制车轮滑转。汽车行驶过程中,路面的情况千差万别,从而导致驱动轮的状态也不断的发生变化,而这种发动机输出功率与驱动轮制动综合控制方法,使汽车具有较高的稳定性与操纵性。因此,这种综合控制方法得以广泛的应用,例如日本丰LS400轿车上就采用了这种综合控制的TRC系统。

(4) 差速器锁止控制

驱动力矩可以通过调节发动机的输出转矩、变速器传动比、差速器锁紧系数等来实现,但目前采用调节变速器传动比和差速器锁紧系数的方式在TRC中,相对而言,较为少见。在差速器向车轮输出端的离合器片上加压可实现锁止功能,其锁止的程度可逐渐变化,从基本锁止到完全锁止。控制压力来自蓄压器的高压油液,压力值的大小由TRC电脑控制电磁阀来调节,并由压力传感器和驱动轮车速传感器反馈给电子控

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