机 械 工 程 学 院
汽车发动机电子控制技术
专 业： 车辆工程
任课教师： 孙 涛
博士生开题报告
教材与参考书
1. 《车用汽油机燃料喷射与电子控制》 教材
卓斌，刘启华 机械工业出版社
2. 《汽车电子控制技术》 参考书 周云山 机
械工业出版社
3. 《汽车电子控制技术》 参考书 冯渊 机械
工业出版社
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本学期授课计划
1. 汽车电控系统的发展现状 4 学时
2. 汽油机控制基础 4 学时
3. 汽油机电控系统传感器 4 学时
4. 汽油机电控系统控制器 2 学时
5. 汽油机电控系统执行器 4 学时
6. 汽油机电控控制策略 6 学时
7. 小测验 2 学时
8. 汽油机起动与点火实验与汽油机运行实验
4 学时
3
联系方式
机械工程学院汽车工程研究所 332室
每周二 下午
Tel: 021-55275287
E-mail: tao_sun531@
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第一章 汽车电子控制技术概述
汽车发动机电控系统是从属于汽车电控系统
的一部分，因此，有必要首先明确一下汽车
电控系统的含义以及产生的背景；
汽车电子控制技术
汽车电子控制技术：汽车技术、电子技术、自动控制理
论相结合的产物；
产生的背景：人们对于汽车性能、节能、环保的重视程
度的不断提高，因而，汽车行业的相关法规不断出台，
(汽车的主动和被动安全性，油耗指标，排放法规)；从
而带动了汽车电控技术的发展；
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第一章 汽车电子控制技术概述
基本的电控系统
汽车电控系统发展简介
汽车电控系统的组成
汽车电控系统的类型
汽车发动机电控系统
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基本的电控系统
电控系统一般都可分为传感器、控制器和执
行器；
传感器：将物理参数转换为电信号，目的在于监测
装置的运行和环境，并将其输送到控制器；
控制器：接受和处理传感器发出的各种信息，并加
以分析，利用事先制定的控制策略决定在当前状态
下控制指令，
执行器： 接受控制器的指令，通过自身的设计将电
信号的控制指令转变为执行元件的相应动作。
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电控系统的基本要求
准确性好；输出准确地接近在一定输入条件
下的理想输出；—— 超调量小
响应快速；对输入的变化响应足够快，且准
确的追随这种变化；——过渡过程时间短
稳定性好；控制系统稳定且在输入信号改变
时，控制系统的运行要稳定；—— 稳定裕度
大
鲁棒性强，对内外部干扰的不敏感，可用矩阵范
数来度量
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第一章 汽车电子控制技术概述
基本的电控系统
汽车电控系统发展简介
汽车电控系统的组成
汽车电控系统的类型
汽车发动机的电控系统
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汽车电控技术发展简介
发动机电子控制技术功能：采集发动机工况
信号，根据传感器采集的信号，确定最佳喷
油量，喷油时刻，点火时刻，从而提高发动
机的动力性，燃油经济性和排放性能；
产生背景：借鉴飞机发动机汽油喷射技术，
并伴随电子技术和油耗以及排放法规要求逐
步提高发展到今天的水平的；
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Bosch 汽油机电控系统发展历程
1952 年，第一台机械控制式汽油喷射式发动
机，配装于Benz 300L 赛车上，汽油直接喷入
气缸内，A/F利用气动式混合气调节器；
1958年，研制成功向进气管内喷油的机械控
制式发动机，空燃比采用机械式油量分配器，
配装于Benz 220 ；
1967年，Bosch研制成功K-Jetronic 机械控制
式汽油喷射系统；同年，Bosch公司购买了美
国Bendix的专利技术，开始生产D-Jetronic，
开创了汽油机电控燃油喷射技术的新时代；
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进一步的发展
1973年，在D型的基础上，改进为L-Jetronic
1979年，在L型的基础上，将点火控制和燃
油喷射控制结合在一起，从而构成了今天广
泛采用的汽油发动机Motronic控制系统
局部的改进有两个类型：
1981年，LH－Jetronic；热线式空气流量传感器；
1982年，KE－Jetronic；机电控制式
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发动机电控技术发展过程—图1-1
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变速器电控技术
防止发动机过载；改变转速比和转矩比；
自动变速器是在机械式自动变速器、液力变
矩器等液力传动技术和电子控制技术的基础
上发展而成的；液力传动技术最早发明于欧
洲，并率先应用于船舶上；
1938年，美国通用公司首先推出了将行星齿
轮变速器与液力耦合器组合而成的液力自动
变速器；采用液压自动变速，是现代轿车自
动变速器的雏形；此后，不断推陈出新；
1969年，雷诺采用计算机控制自动变速，成
为电控液力自动变速器的先驱；
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防抱死制动系统ABS
缩短制动距离，防止制动时，跑偏、甩尾和
轮胎过度磨损；
最早应用于铁路机车；目的是防止制动时，
车轮外圆过度磨损而导致的振动和噪音；
1920年，英国人研制成功了ABS技术，并于
1932年申请了专利，1936年，Bosch获得了
ABS专利权；在40年代末，成为飞机的标配；
最早在汽车上采用ABS的是美国福特公司，
将其装配于林肯牌轿车上；
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汽车电子控制技术应用的优越性
减少燃油消耗，如采用发动机电控喷油技术，
电控点火，混合气浓度控制后，与传统的化
油器发动机相比节约10％~ 15％;
减少空气污染；尾气中主要是HC，CO以及
NOx;利用EGR控制以及三元催化净化装置，
可以降低有害气体的排放；
提高安全性；采用主动和被动安全装置后，
整车的安全性得到大幅度的提升；
提高舒适性；降低了振动水平；噪声的控制
和空气温度和湿度的调节；
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第一章 汽车电子控制技术概述
基本的电控系统
汽车发动机电控系统发展简介
汽车电控系统的组成
汽车电控系统的类型
汽车发动机的电控系统
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汽车电控系统的组成
自动控制系统的一般组成 (图1-2)
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各部分功用（1）
检测反馈单元：通过各种传感器检测受控参
数或其它中间变量，经放大、转换后用以显
示或作为反馈信号。
指令及信号处理单元：该单元接受人机对话
随机指令或定值、程序指令，并接受反馈信
号，一般具有信号比较、变换、运算、逻辑
等处理功能。
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各部分功用（2）
转换放大单元：将指令信号按不同方式进行相互转
换和线性放大，使放大后的功率足以控制执行器并
驱动受控对象。
执行器： 直接驱动受控对象的部件，可以是电磁元
件，如电磁铁、电动机等；也可以是液压或气动元
件，如液压或气压工作缸及马达。为了使驱动特性
与受控对象的负荷特性相互匹配，还可附加变速机
构，如液压马达和行星齿轮传动的组合。
动力源： 动力源为各单元提供能源，通常包括电气
动力源和流体动力源两类。
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自动控制系统的分类
开环控制系统
闭环控制系统
按有无反馈环节分
按输入量变化分
恒值控制系统
随动控制系统
过程控制系统
连续控制系统
离散控制系统
按信号对时间的关系分
按输出、输入的关系分
线性系统
非线性系统
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简化的汽车电控系统模型
图1－3 简化的汽车电子控制系统模型
控制器
(ECU)
传感器 执行器
向ECU提供汽
车运行状况和
发动机工况
接收来自传感器的信息，经
信息处理后发出相应的控制
指令给执行器
执行ECU的专
项指令，从而
完成控制目的
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第一章 汽车电子控制技术概述
基本的电控系统
汽车发动机电控系统发展简介
汽车电控系统的组成
汽车电控系统的类型
汽车发动机的电控系统
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汽车电子控制系统的类型
一般而言，有两种分类方式，汽车的总体结
构分类：
1）发动机和动力传动集中控制系统。
2）底盘综合控制和安全系统。
3）智能车身电子系统。
从功能角度来分类：
1）动力性控制， 2）安全性控制
3）舒适性控制， 4）信息及附属装置控制
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动力性控制
系统名称 控制量
电控燃油喷射(EFI) 喷油量；喷油时刻；燃油泵；燃油供停
电控点火 点火时刻；通电时间；爆震防止
怠速转速控制(ISC) 空调通断；变速器挂挡；动力转向泵通断；
排放控制 EGR；A/F反馈控制；
进气控制 进气引导通路切换；涡流控制阀；
增压控制 泄压阀；废气涡轮增压器；
自诊断与失效保护 故障警告；存储故障代码；传感器失效保护；
电控变速 发动机输出转矩；变速器换挡时机；
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安全性控制
系统名称 控制量
防抱死制动系统 车轮制动力；滑移率；
驱动防滑控制 发动机输出转矩, 驱动轮制动力, 差速器锁止
安全气囊控制 气囊点火器点火时机；
座椅安全带收紧控制 收紧器点火器点火时机；
动力转向控制 控制助力油压；气压或电动机电流；
雷达车距控制 车距；报警；制动；
电子稳定性程序 横摆力矩；车身侧顷；横摆角速度
四轮转向 侧向力；侧偏角
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舒适性控制
系统名称 控制量
悬架控制 车身高度；悬架刚度；悬架阻尼；执行器主
动控制力；车身姿态控制(俯仰，侧倾，点头
)
巡航控制 车速；安全(解除巡航状态)
空调控制 温度(制冷，取暖)
电动座椅控制 方向(前/后) ；高低(上/下)
前照灯光控制 焦距；光线角度；
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信息系统及附属装置
系统名称 控制量
交通信息显示 交通信息，电子地图
CD音响 娱乐信息控制；
车载电话，GPS 通讯联络
车载计算机 车内办公
电子仪表 汽车状态显示
中央门锁控制 门锁遥控；行驶自锁；玻璃升降
防盗控制 报警；数字密码点火开关；方向盘自锁
安全驾驶监控 驾驶时间；方向盘状态；驾驶员身体状态
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汽车电控领域的发展动向
车辆动力学(垂向、纵向、横向)和电子
控制技术相结合进一步发展，新的研究方法
和手段不断出现。(HIL;线控技术；)
发动机燃油经济性和排放性能(稀燃、缸内直
喷)——混合气涡流、燃油喷射、点火定时控制；
主动安全ESP(4WS+LSC)
车身姿态控制和悬架控制
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第一章 汽车电子控制技术概述
基本的电控系统
汽车发动机电控系统发展简介
汽车电控系统的组成
汽车电控系统的类型
汽车发动机的电控系统
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汽车发动机电控系统
当汽车行驶时，驾驶者对加速踏板的操
作决定了发动机的输出功率，对汽油机而言，
加速踏板与节气门作机械连接。驾驶者踩下
加速踏板，就会改变节气门的开度，调节每
个气缸的循环充气量，从而得到需要的功率；
传统汽油机的调节与控制
发动机电控系统的内涵
发动机电控系统的构成
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传统汽油机的调节与控制
传统的汽油机中，存在着对空燃比，点火提前角和
怠速的控制和调节；
空燃比(A/F): 用化油器控制，其中主量孔提供了稳定条件
下大部分时间处于部分负荷运行时所需要的空燃比，机
械省油器和真空省油器提供加浓燃油，以获得高速高负
荷时所需要的功率空燃比；加速泵则在突然加速等过程
中提供瞬态加浓燃油；冷起动时，利用阻风门进一步加
浓混合气；
点火提前角：通常由断电－分电器中断电白金触点的闭
合位置来决定点火提前角的基本量；并由真空提前器和
离心提前器根据负荷和转速对提前角进行校正；
怠速：怠速调节螺钉改变节气门的极限位置，即最小开
度，以调节怠速空气量，并通过化油器怠速系统调节空
燃比；
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发动机电控系统的内涵
现代电控系统中，空燃比，点火提前角
和怠速控制仍然是电控系统的基本控制功能
和任务，当然，其控制方式和控制元件完全
不同了；
传感器：将正在运行的发动机的机械参数和热力学参数
转化为电信号传递给控制器，电信号可为数字式或模拟式，
均为毫安级；
控制器：对传感器的信息进行分析综合，决定发动机当
前的运行模式，并将控制指令送到执行器；
执行器：依控制指令动作，将电信号转换为某些机械运
动，从而改变发动机的某些运行条件；
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发动机电控系统的示意图
发动机
传感器 控制器 执行器
1.监测发动机
工况
2. 将信息传至
控制器
1.接受控制指
令
2. 按控制指令
执行动作
1.接受并分析输
入信息
2. 决定如何调
整发动机
3. 发出控制指令
到执行器
图1－4 发动机电控系统示意图
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传感器控制器信息传递(图1-5)
驾驶员操纵信号； 节气门位置信息传给控制器；
进气管绝对压力； 反映发动机转矩，并表征循环充
气量的大小；
发动机冷却水温度； 对A/F与点火定时均存在较大
影响；
发动机转速； 对点火提前角有较大影响，同时通过对
转速信号的处理，可得出曲轴角位置的信息，以确定具体的
点火时刻；
排气再循环情况； 改善排放的角度而言；
排气中氧含量的信息；反映当前实际空燃比；
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图1-5
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控制器执行器(发动机)信息传
递
接到传感器的输出信息后，控制器首先判断发动机的工
作模式(起动、怠速、部分负荷、节气门全开)，然后控制器
将为当前的工况定一个控制目标；如当前发动机处于部分负
荷、冷却水温正常、中高转速，则控制器的控制目标可能是：
A/F ；点火提前角为为上止点前23度；EGR的比例为5
％，然后控制器将进行一系列的运算，并将运算结果反映到
控制指令上输出至执行器；
喷油量 使得混合气达到规定的空燃比；
点火时刻 该工况下的最佳点火提前角(MBT)；
点火能量点火系特有的功能；
EGR阀开启量 控制EGR阀开度，使得排气再循环量满足
相应的控制命令；
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图1-6
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发动机电控系统(EMS)
发动机电控系统又称发动机管理系统；
控制过程：在控制器中，存储着事先编制的控制
软件和大量的数表，不停地进行数据采集、信息存储、工况
判断、目标确定、控制命令产生和输出等工作，还要不停的
监测驾驶员的操作，以保证发动机有良好的，可预测的瞬态
反应。软件的主要部分，即确定控制器的目标和产生控制命
令，称为控制策略；
ECU 确定
发动机工况：
WOT
ECU确定
控制目标：
浓混合气
ECU决策
控制命令：
大的喷油脉冲
图1-7 节气门全开时ECU的控制信息流
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发动机电控系统的构成
图
1-8 B
osch M
型
电
控
系
统
的
构
成
压力调
节器
控制器
ECU
点火
线圈
高压
分电器
氧传感
器
进气温
度传感
器
空气流
量传感
器
发动机
温度传
感器
蓄电池 点火和起
动开关
转速传感器和
发动机信号定
时传感器
怠速执行器
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传感器
空气流量传感器测量进气空气体积流量；
节气门位置传感器测量节气门开度；
进气温度传感器测量进气口处的空气温度；
发动机冷却水温度传感器测量发动机出水口的冷却
水温度；
发动机转速与曲轴位置传感器测量曲轴转角位置并
由此信号产生转速信号；
氧传感器测量排气中的氧含量；
点火开关与起动开关将点火与起动需求通知控制器
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控制器
ECU ：控制目标；相应的控制策略；控制指
令；
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子系统和执行器
喷油系统含燃油箱、燃油泵、滤清器、进油
管、燃油轨、喷油器、压力调节器和回油管；
点火系统含点火线圈、分电器和火花塞；
怠速由旁通空气控制阀控制；
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