第十章汽车构造.docx

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第十章汽车构造

第十章汽车新技术简介

第一节概述

随着现代科学技术的发展，汽车工业也发生了巨大的变化，新技术，新结构、新工艺、新材料、新能源在汽车上得到广泛应用。

汽车已由过去的以机为主、以电为辅的传统的运输设备，发展到机械、液压、电气及电子并重、高度电气化及自动化的一代新型交通工具。

专用的计算机实现了对汽车的全面控制，汽车工业已进入了电子技术广泛应用于汽车的电子时代。

一、计算机实现对汽车的全面控制

现代汽车已由计算机对其实现全面的控制，主要内容包括：

1、发动机控制系统

1电控燃油喷射（EFI）：

控制燃油喷射的数量和时间；

2电控点火系（ESA）：

控制点火的时刻和周期；

3怠速控制（ISC）：

控制怠速油量；

4进气控制：

控制进气量；

5排放控制：

根据不同工况控制排放的质量；

6增压控制：

控制增压比例，克服爆燃；

7故障自诊断：

自动显示故障码发出报警信息；

8失效保护：

电控失效时，起动普通工作模式；

9备用系统：

设有备用系统，一套系统失效后，备用系统起动运行；

2、底盘控制系统

1自动变速器控制系统：

实现自动控制变换相应的档位；

2防滑差速器（ASD）与加速防滑系统（ASR）：

自动控制汽车差速行驶，提高车辆牵引能力；

3牵引力控制（TRC）：

4制动防抱死控制（ABS）：

自动实现最佳制动，提高汽车的制动能力及制动中的操纵稳定性；

5电控悬架系统（TEMS）：

提高汽车的行驶平顺性及动力性及舒适性；

6定速控制系统：

减轻驾驶人员的劳动强度，提高舒适性；

7动力转向车速感应稳定系统：

提高车辆行驶稳定性，避免车辆产生侧滑或翻倾；

3、安全保证及报警系统

1安全气囊防碰撞系统（SRS）：

提高汽车的被动安全性；

2防盗窃控制系统：

3倒车监视系统：

改善驾驶条件，提高汽车的操纵性；

4雷达鉴控定距系统：

改善驾驶条件，提高汽车的行驶安全性；

4、辅助装置控制系统

1门窗控制系统

2坐椅调节系统

3自动空调系统

4汽车音响及通讯系统

二、汽车工业广泛应用的新型材料

除常规的钢铁及金属材料外，汽车上已经广泛应用了多种新型的工程材料，降低了汽车的自重，提高了汽车的可靠性、燃油经济性，并且改善了汽车的制造工艺及加工成本。

1、铝合金材料：

广泛应用于汽车发动机、车身附件、装饰板、蒙皮板、机件壳体等零、部件。

2、工程塑料：

广泛应用于汽车发动机、底盘及车身附件、内装饰件。

3、合成橡胶：

广泛应用于汽车轮胎、液压系统的密封件及起减震缓冲作用的零、部件。

4、陶瓷材料：

利用其耐磨性及耐高温性，用于制造发动机的活塞及燃烧室相应的零、部件。

三、新能源在汽车上的应用

1、新型有机燃料的开发与应用

为减小大气污染、改善生态环境，除不断地改进传统的以石油为燃料的内燃机，使其提高燃烧效率，减小尾气排放外，新型的有机燃料也在不断地开发和广泛地应用于汽车业，如：

酒精、煤气、天然气等，特别是天然气，由于其天然储量丰富、燃烧热值高、利于发动机的充分燃烧，目前得到了广泛的应用。

2、电动汽车日趋成熟

蓄电池的性能不断地得到改善和提高，电动汽车技术日趋成熟，主要表现在续行里程进一步加大，已超过一百公里；最高时速也不断地提高，已达到每小时50公里以上，为彻底解决汽车排放问题开辟了新的道路。

3、内燃动力与电气动力相结合的新车型进一步改善了汽车的动力性及经济性

内燃机与电动机相结合的新型底盘，使汽车实现上坡时由内燃机及电动机共同驱动；而下坡运行时，则可在关闭内燃机的同时将电动机转变成发电机，回收汽车的下坡能量并存储起来，从而进一步改善了汽车的动力性及经济性。

第二节汽车电控基础知识简介

汽车是一个综合复杂的计算机控制系统，该系统由若干相对独立、又具有一定联系的子系统组成。

但从逻辑结构来看，各子系统基本结构类似，其均由信号采集及输入装置、信号处理及控制输出装置及信号指令执行装置组成。

一、信号采集及输入装置

汽车的信号采集及输入装置的基本作用是感知汽车瞬时的技术状态参数及驾驶人员的操作意志和指令，并把这些信息及时准确地传递到信号处理及控制输出装置，该装置也称为电子控制单元（ECU）；汽车的信号采集及输入装置主要包括两类：

传感器及控制开关。

1、传感器

传感器是将各种非电量信号，如压力、温度、转速、流量、位移等，转变为相应的电信号的装置。

汽车上常用的传感器有：

进气压力传感器、水温传感器、转速传感器、空气流量传感器、节气门位置传感器等，其主要作用是及时准确地感知汽车的技术状态，将非电量信号经转换后，把相应的电信号传输到信号处理装置，进行处理。

2、控制开关

控制开关主要是感知驾驶人员的操作意志和指令信号的装置。

汽车上常用的控制开关有：

刹车信号开关（含手刹及脚刹）、档位开关（含空档及倒档或前进档）、点火开关及起动开关、动力模式选择开关、转向开关、车灯开关及空调开关等。

二、信号处理及控制装置（电子控制单元ECU）

1、信号处理及控制装置（ECU）的基本功用

1接收信息：

接收传感器及控制开关的输入信号，并将该信号进行预处理，为后续对信号的利用作准备；同时为传感器的正常工作提供基准电压和测试条件。

2存储信息：

存储汽车的相关信息和参数及运算的中间数据和运算程序与参考依据。

3运算分析：

根据测试数据及存储信息进行运算分析，得出决策指令。

4输出指令：

将决策指令经过数模转换及放大处理，转换为汽车执行器可接受的指令信息并输出到相应各执行器，包括自身修正及故障显示。

2、信号处理及控制装置（电控单元ECU）的组成

1输入回路：

基本作用是接收输入信号并进行滤波及整形处理。

2模／数转换器（A／D转换器）：

其作用是将接收到的传感器的模拟信号转换为数字信号，以便微机进行处理。

3微机：

其主要作用是按预置的程序对接收到的信息数据及时计算处理，并根据处理结果发出对汽车的控制信号送往输出回路。

微机主要由中央处理器（CPU）、存储器及输入输出器组成。

4输出回路：

其主要作用是将微机发出的较弱的信号转换为执行器所能接收的较强的执行信号和指令，包括重新将数字信号转换为模拟信号。

三、信号指令执行装置（执行器）

信号指令执行装置的基本功用是接受信号处理及控制装置（ECU）的指令信号，并按照信号指令的要求具体实现对汽车的控制功能，该装置是控制汽车正常运行的最基础的部件，一般由电器及机械部件的组合体构成。

由于对汽车的控制是复杂的、多方面的，所以信号指令执行装置也是多种多样的，具体应由汽车的设计水平来决定。

一般现代的电喷汽车均设有燃油控制器、点火控制器、冷起动控制器、怠速控制器等装置，通过这些装置实现对燃油喷射、点火时刻、冷起动及怠速下运转的调整和控制的具体执行。

第三节汽车主要电控系统简介

一、汽油机电子燃油喷射系统（EFI）

图10-1MPI电喷系统图

1-气压传感器、2-废气循环控制器、3-汽油喷射器、4-燃料输送管、5-控制开关、6-顶置点火线圈、7-油压调节器、8-曲轴基准位置传感器、9-空气流量计、10-加速度传感器、11-节气门体、12-电控单元、13-空转速度控制伐、14-水温传感器、15-爆振传感器、16-曲轴转速传感器、17-氧传感器、18-汽油泵、19-空气伐

1、MPI（MultiPointInjectionSystem）电喷系统（EFI）的组成

电子控制汽油喷射系统（EFI）主要由汽油供给系统、空气供给系统及电子控制系统组成。

1汽油供给系统主要由电动汽油泵18、油压调节器7、燃料输送管4及汽油喷射器3组成；汽油经汽油泵18压入油路后，受到油压调节器7的控制，将多余的汽油直接泄回油箱，并将管路4中的油压稳定在一个固定数值（262kpa）左右，然后通过喷射器3按发动机工况喷入进气歧管。

2空气供给系统主要由空气滤清器、空气流量计9、节气门体11、气压传感器1及怠速控制伐等部件组成；空气经滤清后，由空气流量计9计量其流量后通过节气门体11及进气歧管，分别进入各气缸；发动机在怠速下运转时，节气门关闭，空气由怠速控制伐控制进入气缸。

3电子控制系统主要由电控单元12、加速传感器10、氧传感器17、曲轴转速传感器16、控制开关5、废气循环控制器2、曲轴基准位置传感器8、水温传感器14及顶置点火线圈6等部件组成；其中电控单元12是核心部件，其通过对传感器及控制开关传送的车况信息的判断，发出指令到执行器：

汽油喷射器3、废气循环控制器2、怠速控制伐等部件，实现对发动机相应工况的科学控制。

2、电喷系统（EFI）对燃油喷射量的控制

一般电喷系统对喷油量的控制分为基本喷射量和补充喷射量来实现的；

1基本喷射量：

维持发动机运转的基本喷射量是由电控单元（ECU）根据发动机转速信号（由曲轴转速传感器16或由点火线圈6根据点火次数测得）和发动机负荷信号（由空气流量计9和节气门位置传感器11测得）进行决策控制汽油喷射器3供给的油量。

2补充喷射量：

发动机电控单元（ECU）根据发动机特定的具体情况，供给发动机额外的喷射量称为补充喷射量；其由冷却水温、空气温度、节气门特定位置、点火开关起动位置等因素决定，通常包括：

●低水温补充油量：

水温低于80˙C时，电控单元将控制汽油喷射器喷出一定的补充油量；水温越低补充的油量越多；

●低气温补充的油量：

空气温度低于40˙C时，电控单元将控制汽油喷射器喷出一定的补充油量；气温越低补充的油量越多；

●

节气门位置的补充油量：

当节气门在大负荷时，电控单元将控制汽油喷射器喷出一定的大负荷补充油量；

●点火开关起动位置的补充油量：

当点火开关在起动位置时，电控单元将控制汽油喷射器喷出一定的起动补充油量。

图10-2电子防抱死（ABS）系统布置图

二、汽车的电子防抱死制动系统（ABS）

当汽车处于紧急制动下，普通制动系统将各车轮抱死，使汽车失去方向控制能力，制动性能下降，很容易造成交通事故；为改进汽车的制动性能，特在汽车上装设电子防抱死装置（Anti-lockbrakesystem）,以使汽车最大限度地利用地面的附着力而达到最佳的制动效果。

1、电子防抱死（ABS）系统基本组成（如图10-2所示）

1车轮转速传感器及车轮转速传感器转子：

该部件的主要作用是及时感知汽车各车轮的运动速度，并不断地把车轮运动信息传递给ABS电脑；其中各车轮转速传感器转子是与汽车的车轮一同转动的，该转子的轮齿与传感器之间产生电磁感应并发出与转速成比例的脉冲信息。

2ABS电脑：

该部件也是信号处理及控制装置，其主要作用是接受各车轮的转速传感器信息，并对信息进行加工运算，得出各车轮的瞬时转速及制动减速度，然后通过与存储器中的数据对比，判断各车轮是否被抱死停转，与此同时不断地向ABS执行器发出指令信息。

③ABS执行器：

该部件接受由ABS电脑发来的信息，按电脑指令调整制动力，以保证最大制动效能。

2、ABS执行器工作原理

1ABS制动系统如图10-3所示，其是在普通制动系统的基础上增设电磁控制装置来实现的，其中虚线框中的部分是ABS执行部件。

2ABS执行器工作原理：

该部件是将受电脑控制的电磁伐串入制动液压回路中，当ABS电脑发出信息后直接控制电磁伐的通断，使制动器处于最佳制动状态下工作而不被抱死。

图10-3电子防抱死（ABS）系统图

三、汽车安全气囊系统（SRS）

1、安全气囊的功用

安全气囊系统（SRS—SupplementalRestraintSystem）是汽车发生碰撞（一次碰撞）引起车速急剧变化后，为避免车内乘员与车内设施发生猛烈撞击（二次碰撞）而遭受伤害所设置的一种被动安全装置。

安全气囊（SRS）系统必须配合安全带共同使用，才能充分发挥效能；其是在汽车产生一次碰撞与乘员和车内设施发生二次碰撞之间的一刹那（约120ms之内），在乘员与机件之间迅速产生一层气垫（如图10-4所示），使驾驶员与乘员免遭碰撞的创伤。

2、安全气囊系统构造

如图10-5所示，安全气囊系统主要由四部分组成：

碰撞传感器、SRS指示灯、安全气囊组件、安全气囊控制装置（SRS电脑）。

图10-5安全气囊系统

3、安全气囊的工作原理

图10-6安全气囊工作原理

1安全气囊组件基本构造

安全气囊组件包括：

气体发生器和气囊体；气体发生器内装有点火器（电雷管）、点火剂、充气剂；当点火器接到指令后引爆点火剂，点火剂产生大量热量使充气剂受热分解出大量气体充入气囊体。

这一整个过程仅在短短的40ms内完成。

2安全气囊系统工作原理

安全气囊系统工作过程如图10-6所示：

当汽车发生碰撞时，安装在车前端的碰撞传感器与SRS电脑中装的防护传感器共同作用的信号促使SRS电脑对气体发生器中的点火器发出指令，从而通过点火器引爆点火剂使充气剂迅速反应，将气囊体充满由充气剂分解后产生的气体。

第四节、自动变速器

一、自动变速器概况介绍

1、普通变速器的不足

①换档操作复杂，分散驾驶人员精力，增加行车不安全因素；

②换档操作必须切断功率流，增加动载荷，影响传动系使用寿命；

③换档操作最佳时机不易把握，影响汽车的动力性及经济性；

④换档操作不平稳，影响乘员乘车的舒适性。

2、自动变速器的发展情况

20世纪30年代，由美国通用公司首先研制出了由液力偶合器与行星轮式变速器组合的新型变速系统；

20世纪50年代，出现了由车速及节气门开度综合控制的液压操纵自动换档的变速器；

20世纪70年代，由日本丰田公司首先研制了电子控制的自动换档变速器；

3、自动变速器的主要优点

①简化操作、减轻驾驶人员的劳动强度，提高了行车安全性；

②减小了汽车传动部件的冲击载荷，提高了车辆的使用寿命；

③实现了负载自动换档，提高了汽车的动力性能和通过性，减少了误车的可能性；

④避免了驾驶人员的异常操作，减少了发动机的异常燃烧，降低了尾气排放的污染；

4、自动变速器的主要类型

按自动换档的控制方式分为液力控制式自动变速器及电子式自动变速器；

1液力控制式自动变速器

液力控制式自动变速器是通过机械装置将汽车的运行工况转化为液压信号，并使变速系统按照预定的变速规律通过液压积成伐板的回路控制来实现换档操作。

2电子控制式自动变速器

电子控制式自动变速器是通过传感器装置将汽车的运行工况转化为电信号，并通过自动变

图10-7自动变速器换档逻辑过程

速器电脑对电信号处理，然后输出控制指令给相应的电磁伐，来实现变速器的换档操作。

5、自动变速的换档操作的逻辑过程（如图10-7所示）

二、自动变速器的基本组成及工作原理

1、电子控制式自动变速的基本组成

图10-8自动变速器的组成

1-变扭器、2-油泵、3-输入轴、4-行星轮变速器、5-变速控制伐体、6-输出轴、7-油底壳

如图10-8所示，电子控制自动变速器一般由液力变矩器、行星轮变速器、电子控制变速系统三部分组成；

1液力变矩器

液力变矩器通常由与发动机飞轮连接的泵轮、与变速器输入轴连接的涡轮及与单向离合器连接的导轮组成，其主要作用是通过油液的运动传递动力并在一定范围内实现降速增扭、无级变速。

2行星轮变速器

行星轮变速器是由一系列的行星齿轮系、液压离合器与制动器组成的有级式的变速器，该变速器易于通过控制系统实现自动换档，并且与液力变矩器配合可在更大范围内实现无级变速。

3电子控制系统

自动变速器电子控制系统由反应汽车工况的传感器、自动变速器控制电脑、变速电磁伐及换档离合器等执行机构组成，其主要功用是由自动变速器控制电脑根据传感器反应的车况信息进行自动运算和判断，发出科学的换档指令到换档执行机构以实现自动换档变速。

2、自动变速器的工作原理

图10-9自动变速器工作原理图

1功率流传递路线

汽车发动机发出的功率流通过液力变矩器的一次放大（可达到2～4倍）后，传给行星轮变速器进行有级变速，然后输出到驱动桥；其中液力变矩器可在一定范围内实现无级变速，根据汽车的行驶阻力及车速自动调整负荷。

2传感器监测的主要信息

●节气门位置传感器反应节气门的开度大小的比例，该信息与发动机转速、汽车行驶速度等参数配合提供电脑换档的决策依据；

●车速传感器反应汽车的行驶速度；

●发动机转速传感器反应发动机实际运转速度；

●冷却水温传感器反应发动机热平衡状况信息，水温较低时不适宜加档，应在低负荷下继续预热；

●变速器油温传感器反应变速器润滑油热平衡状况，其是控制散热器的散热强度的依据；

●档位开关反应驾驶人员的意图并间接反应出道路情况，自动变速器仍然需要将变速手柄置于某一确定的位置（至少分为前进、倒退、空位等）；

●模式选择开关决定汽车行驶的基本模式：

是以经济车速行驶还是以高动力性行驶；

●制动灯开关决定发动机工况及各传动部件的工况；

3自动变速系统的控制内容

●档位控制：

当变速手柄在前进档时，自动变速器电脑根据汽车行驶情况选择最佳的时刻换到最合适的档位，以使汽车充分发挥动力性和经济性；

●变速液压系统的油压控制：

自动变速器电脑根据汽车的工况需要调整液压系统的压力，以达到既减少能耗，又满足传递功率流的需要，同时保证换档平稳无冲击；

●发动机控制：

自动换档过程中，自动变速器电脑通知发动机电脑适当减小喷油量，保证换档平稳；特殊路况下需发动机制动汽车运行时，自动变速器电脑发出信号使发动机与变速器强制连接（通过强制离合器），以实现发动机的制动效果；

4自动变速的控制原理

●自动换档的决策模型：

如图10-10所示，汽车换档的主要决定因素是节气门开度和汽车行驶速度，当汽车在某一节气门开度下，车速上升达到升档规律线时，则自动变速器电脑发出升档指令使自动变速器实现升档操作；反之，车速下降达到降档规律线时，则自动变速器电脑发出降档指令使自动变速器实现降档操作，该模型也称为自动换档图；

图10-10自动换档图

●自动换档的控制过程：

如图10-11所示，自动变速电脑根据汽车档位开关及换档模式开关的信息决定选择相应的自动换档图，然后按节气门位置传感器及车速传感器检测到的信息进行判断得出结果，最后向换档电磁伐发出换档指令。

图10-11自动换档控制过程

三、电子控制自动变速器的使用

1、自动变速器的档位和控制开关

如图10-12所示，自动变速器操纵机构包括：

1-操纵手柄、2-档位（一般设有P、R、N、D、S、L各档位）、3-超速档开关或保持开关、4-锁止按钮；

①自动变速器操纵手柄的档位

●

P档（停车档）：

变速器输入轴与输出轴分离，其输出轴被锁止机构锁住，汽车不能移动；应特别注意，汽车在运动中不能挂入P档，若误操作会损坏机件，故特设有锁止按钮，驾驶人员应在汽车停稳后，按下锁止按钮4后方可挂入P档；

●R档（倒车档）：

变速器输入轴与输出轴旋向相反，是倒车专用档；挂倒档也需在汽车停稳后，按下锁止按钮方可挂入；

●N档（空档）：

变速器输入、输出轴脱离联系，变速器齿轮可自由转动，并且输入轴及输出轴均可自由转动，对汽车无锁止功能；

●D档（前进档）：

在通常情况下运行均使用D档，变速器可根据汽车工况自动加、减档位；对4档车，3档为直接档，4档为超速档，在不需要高速行驶的路段，可通过超速档开关限制变速器自动升入超速档；

●S档（前进低速2档）：

汽车在直接档及其以下各档行驶，并且发动机在较高转速下工作，以充分发挥汽车的动力性；该档适于爬长坡或在较为恶劣的路况行驶，在该档下，发动机对汽车有制动作用；

●L档（前进低速1档）：

汽车只在低于直接档的各档位行驶；该档适于陡坡及极端恶劣的路段行驶，发动机可产生较大的牵引力及制动力，对车辆有较强的控制能力；

②自动变速器的控制开关

●超速档开关（O／D开关）：

该开关控制汽车是否能升至超速档运行，若该开关断开，汽车仪表板相应的指示灯（O／DOFF）亮，汽车不能进入超速档行驶；

●模式选择开关：

用于设定不同模式的换档控制图，以限定电脑换档时机；一般分经济模式、动力模式及标准模式可供选择；

●保持开关：

保持开关也被称为档位锁定开关。

该开关决定汽车运行的方式是自动换档还是手动换档，该开关设有‘A’位和‘M’位，分别表示‘自动’和‘手动’；

2、电子控制自动变速器的正确操纵

①起动发动机：

电路中设有互锁功能，只有当操纵手柄挂入P档或N档，并且踏下制动踏板或拉紧手刹时，发动机起动电路才可能接通，若档位不对（D、S、L档或R档）或未采取制动措施，均不能起动发动机，以防意外起动后汽车失控造成事故；

②起步：

脚踏下制动踏板，然后将操纵手柄挂入前进档，缓慢松开制动踏板，待汽车起步后再缓慢踩下加速踏板；

3临时停车：

若停车时间很短，在D档下只需踏下制动踏板即可，当松开制动踏板后可重新起步；若停车时间稍长，则可在D档下踏下制动器的同时拉紧手刹，以防汽车意外爬行；若停车时间较长，可将操纵手柄置于N档，然后拉紧手刹；

4超车：

迅速将油门踏板踏到底，汽车自动提供最高加速性能，待超车完成后，应将油门置于原来的位置，以恢复汽车的正常行驶；

5正常行车：

在D档下，汽车在电脑控制下自动变换档位，满足不同工况的需要，包括爬坡、变速、停车、起步等；

6恶劣道路行驶：

当汽车需要爬越陡坡或通过冰雪泥泞道路时，可将操纵手柄置于S档或L档行驶；也可接通保持开关，小心以手动挂低速档通过；

7倒车：

在汽车停稳后，方可挂入R档，一般情况下，只需松开制动踏板即可实现倒车操作；

8停放：

踩下制动踏板，须待汽车停稳后，将操纵手柄置于P档，同时拉紧手刹，然后关闭点火开关，锁好车门。

3、自动变速器使用注意事项

①不可使用N档滑行，由于润滑不良而易造成机件损坏；

②不宜乱轰油门，易造成油温过高，使机件过度磨损；

③在较高车速行驶时，不要随便变换操纵手柄，必要时应待车速降低后由D档换入S档或L档；

④必须在汽车彻底停稳后，方可挂入R档或P档，否则将造成机件损坏。

思考题：

1、主要有哪些新技术在汽车工业中得到了广泛的应用？

2、现代汽车中计算机的自动控制主要表现在哪些方面？

控制的主要内容是什么？

3、汽车中的电子自动控制系统由哪些基本的逻辑部件组成的？

各相应部件的主要功能是什么？

4、电控燃油喷射系统（EFI）的基本组成及各部的主要功能如何？

5、电控燃油喷射系统（EFI）是如何控制燃油喷射量的？

6、电子防抱死装置（ABS）是由哪些部件组成的？

各部件主要功能如何？

7、电子防抱死装置（ABS）执行器的主要构造及工作原理如何？

8、安全气囊（SRS）系统的基本构造及工作原理如何？

9、自动变速器与传统的机械变速器相比，有哪些优点？

10、自动变速器主要由哪几部分组成，各自的主要作用如何？

11、试绘简图说明自动变速器实现自动变速的逻辑过程？

12、自动变速器操纵手柄设有哪些档位？

各档位的意义如何？

13、如何正确操纵自动变速汽车？