技師第4章汽車電子控制單元工作原理及自診斷

1、第一節(jié)第一節(jié) 汽車電子控制系統(tǒng)的組成及原理汽車電子控制系統(tǒng)的組成及原理一、汽車電子控制系統(tǒng)的組成和功用 汽車電子控制系統(tǒng)簡稱電控系統(tǒng)，也稱為汽車計算機控制系統(tǒng)，一般由傳感器、電控單元和執(zhí)行器三部分組成。 l、傳感器傳感器 傳感器是電控系統(tǒng)的信號輸入裝置。其主要作用是將汽車運行工況中的各種參數(shù)轉(zhuǎn)換成電信號輸入電控單元。輸入電控單元的電信號一般有模擬信號和數(shù)字信號兩種。 對于模擬信號輸入裝置(如熱線式空氣流量傳感器、水溫傳感器等)來說是將微機控制對象的各種被測參數(shù)(如空氣流量、水溫等)通過傳感器變成模擬電信號，然后經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號進入電控單元。而數(shù)字信號輸入裝置多是產(chǎn)生離散信號，通常這

2、些信號代表兩種狀態(tài)。如開與關、高電平與低電平等。 2、電控單元電控單元 電控單元ECU(EIectrnnic Contral unit)是以微處理器為核心的計算機控制裝置。它包括硬件與軟件兩部分。硬件是計算機系統(tǒng)中物理組成的總稱。它由輸入信導電路、微型計算機(微機)、輸出信號電路等構(gòu)成，如圖2-1-1所示。軟件是相對硬件而盲的，它主要包括ECU運行所需的各種程序、基本數(shù)據(jù)以及一些工況修正系數(shù)的數(shù)據(jù)儲存等。電控單元也被稱為電子控制器或車用計算機。 3、執(zhí)行器執(zhí)行器 執(zhí)行器是根據(jù)電控單元的控制指令完成各種相應動作，具體執(zhí)行某項控制功能的裝置。在汽車電控系統(tǒng)中，執(zhí)行器把從ECU傳來的電信號轉(zhuǎn)換為機械

3、運動。它通過電能、發(fā)動機真空、氣壓或三者之間的組合作用，對外做功，推動汽車或發(fā)動機的某個裝置運動，以完成所需要的控制任務。例如，執(zhí)行器可根據(jù)ECU的指令改變發(fā)動機節(jié)氣門的開度從而控制發(fā)動機的轉(zhuǎn)速。最常使用的執(zhí)行器主要有電磁線圈、電動機、繼電器等。 第第4講講 汽車電子控制單元工作原理及自診斷汽車電子控制單元工作原理及自診斷二、汽車電子控制系統(tǒng)的控制原理二、汽車電子控制系統(tǒng)的控制原理 現(xiàn)代控制分為反饋控制和程序控制兩大類。反饋控制是要不斷測量被控對象的輸出，或者說要隨時了解控制產(chǎn)生的效果，根據(jù)輸出或控制產(chǎn)生的效果隨時調(diào)整控制作用的大小，這就形成了一個閉形環(huán)路，故稱閉環(huán)控制；而程序控制是根據(jù)事先設

4、定好的程序進行操作，在操作過程中這個程序不再改動，因此這種控制是開環(huán)控制。開環(huán)控制在原理上比反饋控制要簡單許多，但程序控制技術(shù)在不斷發(fā)展，開環(huán)和閉環(huán)在一種控制設備中常?；旌蠎?。 車用計算機是操縱車輛各部分工作的主要控制裝置，它們完成許多過去由機械裝置所處理不了的工作。在大多數(shù)情況下，計算機控制得到的結(jié)果與機械控制所得到的結(jié)果之間的主要差別是所得結(jié)果的多樣性，計算機能在較廣泛的范圍內(nèi)提供控制，能處理更多的信息。另一點差別是計算機具有多功能性。利用經(jīng)典和現(xiàn)代控制理論而建立的開環(huán)閉環(huán)、最優(yōu)、自適應控制系統(tǒng)，在優(yōu)化控制中都有采用。 建立這些控制系統(tǒng)，首先要對汽車某一系統(tǒng)(如點火提前角優(yōu)化控制系統(tǒng))進

5、行系統(tǒng)辨識，建立該系統(tǒng)的數(shù)學模型，然后采用相應的控制方法進行優(yōu)化控制。但是發(fā)動機結(jié)構(gòu)復雜，影響點火的因素較多，理論推導優(yōu)化點火狀態(tài)下的數(shù)學模型比較困難，因此一般用試驗的方法找出各種工況下的最佳點火提前角。然后存入微機內(nèi)存，在實際控制過程中，微機不斷檢測發(fā)動機的工況(如發(fā)動機轉(zhuǎn)速和功率等)；用查表的方法查出該工況下的最佳點火提前角修正后再通過微機接口、放大電路去控制點火。由此可見，使用同樣的車用計算機，制造廠可以為不同的發(fā)動機和不同的工作狀況編制不同的控制軟件，這要比重新制造新的機械控制裝置容易得多，也經(jīng)濟得多，這就是計算機控制的最突出的優(yōu)點之一。 在現(xiàn)代汽車電子控制系統(tǒng)中常采用的控制方式有開環(huán)

6、控制、閉環(huán)控制和自學習控制等。 1、開環(huán)控制 比較簡單的控制系統(tǒng)常采用開環(huán)控制，它只是由控制裝置改變被控對象的狀態(tài)。在這種控制中，系統(tǒng)的輸出量對系統(tǒng)的控制作用沒有影響，既不需要對輸出量進行檢測，也不需要將輸出量反饋到系統(tǒng)輸入端與輸入量進行比較。在汽車電子控制裝置中，開環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖如圖2-1-2所示。 當發(fā)出控制指令后，控制對象便開始工作，但系統(tǒng)不能自動檢測控制對象是否按控制指令的要求進行工作。例如，對汽油噴射系統(tǒng)的控制，事先把根據(jù)試驗確定的發(fā)動機各種工況的最佳噴油系數(shù)，存放在ECU的存儲器中。當發(fā)動機運轉(zhuǎn)時，ECU在接收系統(tǒng)中各種傳感器傳來的信號后，經(jīng)過處理，判斷發(fā)動機運轉(zhuǎn)工況，計算出最

7、佳的噴油量，并根據(jù)計算結(jié)果控制噴油器的噴油時間，以精確地控制混合氣的空燃比使發(fā)動機在接近理想空燃比下運轉(zhuǎn)。 開環(huán)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)，但其控制精度取決于設定參數(shù)的精度和被控對象的運行狀況。例如，當發(fā)動機的性能出現(xiàn)差異或因發(fā)動機噴油器磨損、老化等引起性能變化時，混合氣就不可能正確地保持在理想的空燃比值，難以實現(xiàn)最佳控制。 2、閉環(huán)控制 汽車電子控制裝置中的閉環(huán)控制系統(tǒng)方框圖如圖2-l-3所示。 閉環(huán)控制是指通過反饋環(huán)節(jié)將控制對象的輸出信號引回到輸入端，與ECU中存儲的設定值相比較，求出偏差值，將此差值信號再去控制被控對象的輸出信號，其傳輸途徑形成一個閉合環(huán)路。由于閉環(huán)控制是通過反饋來實現(xiàn)

8、的，所以也叫做反饋控制。例如，對發(fā)動機空燃比的控制，是通過安裝在排氣管上的氧傳感器，根據(jù)排氣中氧含量的變化，檢測出進入發(fā)動機的混合氣的空燃比值，并把它反饋輸入ECU中，與設定的空燃比相比較，求出誤差信號控制噴油時間，使空燃比值保持在理想值附近。因此，閉環(huán)控制可以消除發(fā)動機性能差異或因噴油器磨損、老化等引起的性能變化，其工作穩(wěn)定性好，并可達到較高的控制精度。 對混合氣空燃比的閉環(huán)控制，是一個簡單而實用的閉環(huán)控制系統(tǒng)。但這一過程的時間包括混合氣吸入氣缸、排氣流過氧傳感器，以及氧傳感器的響應時間等。由于存在滯后時間，要完全準確地使空燃比保持在理論空燃比(147：1)是不可能的。因此實際控制的混合氣的

9、空燃比總是保持在理論空燃比附近的一個狹窄范圍內(nèi)。 3、自學習控制 自學習控制系統(tǒng)也是一種閉環(huán)控制系統(tǒng)，它具有辨識、判斷、積累經(jīng)驗和學習的功能。 在控制系統(tǒng)的特性事先不能確切知道，或不能確切地用數(shù)學方法描述時，采用自學習控制可以在工作過程中不斷地測量、估計系統(tǒng)的特性，并決定最優(yōu)控制方案，實現(xiàn)性能指標最優(yōu)控制。這種控制方法在新型轎車的電控系統(tǒng)中應用越來越多。用于發(fā)動機電控汽油噴射系統(tǒng)的空燃比自學習控制原理如圖2-l-4所示。 自學習控制是自動地檢測由控制系統(tǒng)各組成元件和發(fā)動機制造誤差、使用老化等引起的空燃比控制特性的偏差，并進行及時修正的系統(tǒng)。對于某一型號的發(fā)動機來說，各種工況下的基本噴射時間是標

10、準數(shù)據(jù)，它們都按照儲存在存儲器中的數(shù)據(jù)運行。對于由傳感器、執(zhí)行器等離散性產(chǎn)生的空燃比偏差，將由氧傳感器的反饋修正；同時，還有一個根據(jù)其偏差量修正與該時刻運轉(zhuǎn)工況相對應的學習修正量。此學習修正量始終儲存在ECU的存儲器中，即使在點火開關斷開時也不消除。當下一次這種運轉(zhuǎn)工況出現(xiàn)時，就能根據(jù)此學習修正量對空燃比偏差進行修正。例如，由于某種原因，流過空氣流量傳感器的空氣量減少，將造成實際空燃比偏離理論空燃比，致使混合氣偏濃，假若實際空燃比較理論空燃比濃10，則進行反饋控制時其反饋修正值的中心位置為O9的位置(即減少10)，此時相當于實際空燃比偏離理論空燃比0.1。若使反饋修正值的中心回到理論空燃比l.

11、O的位置上，根據(jù)空燃比中心值的偏離量，即可確定自學習控制修正值約為0.9。ECU求出自學習修正值后，將該值存入存儲器中，在以后使用過程中，把符合當前條件的自學習修正值，都反映到噴射時間上，做到持續(xù)進行修正。因為自學習控制修正值能隨運轉(zhuǎn)條件變化立即反映出來(反映到噴射時間上)，所以提高了過渡工況運轉(zhuǎn)的空燃比控制精度。三、汽車電子控制系統(tǒng)的特點 (1)具有高的工作可靠性。高的工作可靠性是汽車電控系統(tǒng)工作的基本保證，是確保電控系統(tǒng)精確控制的基礎。 (2)具有良好的抗振性。必須承受汽車行駛中產(chǎn)生的強烈沖擊和振動，承受較大的動載荷。 (3)能在溫度大范圍變化的情況下正常工作。元件能夠耐受較大的熱負荷，在

12、較寬溫度范圍內(nèi)能夠穩(wěn)定工作。 (4)具有抗強電磁干擾的能力。發(fā)動機運轉(zhuǎn)過程中會產(chǎn)生強電磁干擾，電控系統(tǒng)能夠屏蔽這些干擾確保輸人、輸出的信號準確無誤。 (5)電壓波動較大的情況下正常工作。汽車行駛中，電壓波動較大，能在輸人電壓不穩(wěn)定的狀況下正常工作。 (6)具有較強的抗腐蝕、污染的能力。常處于腐蝕介質(zhì)和污染環(huán)境中，能確保系統(tǒng)具有抵抗腐蝕介質(zhì)的影響。四、汽車電子控制系統(tǒng)的應用 隨著汽車電子化的發(fā)展，目前比較多見、成熟的汽車電控系統(tǒng)，主要有發(fā)動機電子控制、底盤電子控制、車身電子控制、信息傳遞等幾大部分。 （一（一) )汽車發(fā)動機電控系統(tǒng)汽車發(fā)動機電控系統(tǒng) 發(fā)動機電控系統(tǒng)：包括燃油噴射、點火時間、怠速

13、運轉(zhuǎn)、廢氣再循環(huán)、爆燃控制和其他相應的控制以及自診斷系統(tǒng)、后備系統(tǒng)等。發(fā)動機電子控制能最大限度地提高動力性，改善運轉(zhuǎn)的經(jīng)擠性，同時盡可能降低排放量。 1、電控燃油噴射 主要是最佳空燃比的控制。它能有效的控制混合氣空燃比，使發(fā)動機在各種工況以及有關因素的影響下，空燃比達到最佳值，從而實現(xiàn)提高功率、降低油耗、減少排氣污染的功效。 分為開環(huán)與閉環(huán)兩種控制。閉環(huán)控制是在開環(huán)控制的基礎上，在一定條件下，由電控單元根據(jù)氧傳感器輸出的混合氣(空燃比)信號，修正燃油供給量，使混合氣空燃比保持在理想狀態(tài)。 2、點火時間控制 該系統(tǒng)可使發(fā)動機在不同轉(zhuǎn)速、進氣量等因素下，實現(xiàn)最佳點火提前角，使發(fā)動機能發(fā)出最大的功率

14、或轉(zhuǎn)矩，同時使油耗和排放降低到最低限度。 該系統(tǒng)分開環(huán)和閉環(huán)兩種控制。閉環(huán)是在開環(huán)的基礎上，增加一個爆震傳感器進行反饋控制，其點火時刻的精度比開環(huán)高，但排氣凈化稍差些。 3、怠速控制 根據(jù)冷卻水溫度及其他有關參數(shù)，如空調(diào)開關信號、動力轉(zhuǎn)向開關信號等。使發(fā)動機的怠速轉(zhuǎn)速處于最佳狀態(tài)。 4、排放控制 包括廢氣再循環(huán)控制、三元催化轉(zhuǎn)換控制和活性炭罐燃油蒸發(fā)控制等?？纱_保把汽車排放污染降低到最低程度。 5、進氣控制 電控進氣系統(tǒng)包括進氣通道控制和可變配氣相位控制，可以使發(fā)動機在任何工況和轉(zhuǎn)速下均保持最佳的進氣量，動力充沛，油耗低。 6、柴油機電控系統(tǒng) 同汽油機相比，采用電控系統(tǒng)較晚，普及率不高。但與汽

15、油機相似，柴油機電控系統(tǒng)主要包括噴油量控制、噴油時刻控制、怠速控制、進氣節(jié)流控制、預熱控制、渦輪增壓控制、廢氣再循環(huán)控制以及自診斷和安全功能。 (二二)汽車底盤電控系統(tǒng)汽車底盤電控系統(tǒng) 包括防抱死制動、驅(qū)動防滑、自動變速器、懸掛系統(tǒng)、電子控制動力轉(zhuǎn)向、四輪轉(zhuǎn)向、巡航系統(tǒng)等。 1、制動防抱死和驅(qū)動防滑系統(tǒng) 都是汽車的主要安全裝置，ABS可防止制動時車輪被抱死，產(chǎn)生側(cè)滑，提高車輛制動的穩(wěn)定性和可操縱性；驅(qū)動防滑系統(tǒng)用來防止汽車起步和加速時驅(qū)動輪打滑，使車輛在起步或加速時的操縱性和穩(wěn)定性處于最佳狀態(tài)。 2、電控自動變速器 該裝置有多種形式。它能根據(jù)發(fā)動機節(jié)氣門開度和車速等行駛條件，由電控單元按照換擋

16、特性和換擋規(guī)律，精確控制變速比，使汽車達到最佳擋位。它與機械系統(tǒng)比較，具有高精度動力傳動效率、低油耗，改善換擋舒適性，汽車行駛的平穩(wěn)性以及延長使用壽命等優(yōu)點。 3、電控懸掛系統(tǒng) 懸掛系統(tǒng)控制可根據(jù)不同的路面狀況和車輛運行工況，自動控制車身高度，調(diào)整懸掛的彈性剛度和阻尼，改善輛行駛穩(wěn)定性、平順性、操縱性和乘坐舒適性。 4、電控動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 根據(jù)車速、轉(zhuǎn)向角、轉(zhuǎn)矩等傳感器信號自動控制施加在轉(zhuǎn)向盤上的轉(zhuǎn)向力使汽車在停車或低速行駛時轉(zhuǎn)向盤所需的力減小，高速行駛時轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤所需的力增大，即在各種行駛條件下實現(xiàn)轉(zhuǎn)向上所需的力都是最佳值。全電子控制動力轉(zhuǎn)向可提供回正力矩和阻尼力矩，從而獲得最優(yōu)轉(zhuǎn)向回正特性且

17、大大改善車輛行駛穩(wěn)定性。此外電子控制動力轉(zhuǎn)向還可獲得最優(yōu)化的轉(zhuǎn)向作用力特性，提高轉(zhuǎn)向響應性。 5、電控巡航系統(tǒng) 電控巡航系統(tǒng)根據(jù)車速傳感器、巡航控制開關及定速取消開關信號，通過進氣管的真空度或直流電機控制節(jié)氣門開度來保持預先設定車速，而駕駛員不需腳踩加速踏板。汽車在高速公路上長時間行駛時，設定巡航車速后，電控單元將根據(jù)行車阻力自動增減節(jié)氣門開度，使汽車行駛速度保持一定，輕駕駛員駕車的疲勞。 ( (三三) )汽車車身電控系統(tǒng)汽車車身電控系統(tǒng)包括空調(diào)、車輛信息顯示、刮水器、燈光、門鎖、車窗、電動座椅、安全氣囊與安全帶、防撞與防盜安全系統(tǒng)等。 1、汽車空調(diào)控制系統(tǒng) 車用全自動空調(diào)的電子控制器是根據(jù)各

18、種溫度傳感器(車內(nèi)外溫度、太陽輻射強度、蒸發(fā)器溫度、發(fā)動機冷卻液溫度等)輸入的信號，計算出經(jīng)過空調(diào)熱交換器后送入車內(nèi)應該達到的出風溫度。對混合氣調(diào)節(jié)開度、風扇驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速、冷卻器風門(或加熱器風門)、壓縮機等進行控制，自動地使車內(nèi)的溫度、濕度始終處于最佳值，為駕駛員和乘員提供一個舒適的乘坐環(huán)境。 2、信息顯示系統(tǒng) 也稱駕駛員信息系統(tǒng)。該系統(tǒng)正處于發(fā)展和完善階段，由車況監(jiān)測部件、車載計算機和電子儀表三部分組成。汽車車況監(jiān)測是傳統(tǒng)儀表板報警功能的發(fā)展，主要通過液位、壓力、溫度、燈光等傳感器，檢測發(fā)動機系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、電源系統(tǒng)以及車燈的故障。車載計算機提供的信息能提高行車的安全性，燃油經(jīng)濟性及乘坐舒

19、適性。它能使駕駛員獲得平均油耗、瞬時油耗、平均車速、可行駛里程、駕駛時間、時鐘溫度等有關正確駕駛的信息。這些信息在需要時才能通過鍵盤和按鈕調(diào)出。電子儀表為駕駛員提供汽車行駛時最基本的操作信息(車速、機油溫度、水溫、行駛里程等)，且這些信息連續(xù)在儀表板上顯示。 3、汽車電子燈光控制系統(tǒng) 可根據(jù)光傳感器檢測到的車外天氣光亮情況，自動的將后燈和前照燈接通或切斷，提高使用的便利性和行駛安全性。 4、安全氣囊控制系統(tǒng) 是一種被動安全保護裝置。其功用是當傳感器檢測到撞車事故發(fā)生時，即向控制器發(fā)送信號，而當判斷電路根據(jù)傳感器送來的信號值判斷為嚴重撞車情況時，即觸發(fā)裝在轉(zhuǎn)向盤內(nèi)的氮氣發(fā)生器，點燃氣體發(fā)生劑，產(chǎn)

20、生高壓氮氣迅速吹脹氣囊。吹脹的氣囊將駕駛員與轉(zhuǎn)向盤和擋風玻璃隔開，以防止撞車過程中，駕駛員的頭部和胸部直接撞在轉(zhuǎn)向盤或擋風玻璃上發(fā)生傷亡事故。 ( (四四) ) 汽車信息傳遞汽車信息傳遞 汽車信息傳遞系統(tǒng)通常包括多路信息傳遞、汽車導航和蜂窩式移動電話部分。 1、多路信息傳遞系統(tǒng) 由顯示器電子控制器、具有操作開關的顯示器(監(jiān)視器)和其他各種電子控制器(光盤、電視、音響、全球定位系統(tǒng)、移動電話等控制器)組成。每個電于控制器通過通訊網(wǎng)絡與其他電子控制器相連。顯示器電子控制器作為主控制器，通過多路通訊網(wǎng)絡進行通訊及整個系統(tǒng)的控制，由顯示器顯示諸如行車用的交通地圖信息資料、汽車油耗情況以及車輛行駛過程的

21、信息等。 2、汽車導航系統(tǒng) 汽車導航系統(tǒng)由GPS接收機、電子地圖等組成。 導航定位系統(tǒng)通過GPS接收機接收衛(wèi)星信號，解算出自身經(jīng)緯度坐標，然后與系統(tǒng)內(nèi)的電子地圖匹配在屏幕上動態(tài)顯示車輛運行軌跡，駕駛員便可對當前行車位置一目了然。GPS系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)(GIs)可提供大量有用信息，滿足車輛定位與導航，交通管理與監(jiān)控的需要，并為駕駛員提供旅館、加油站、修車廠等信息服務。 3、移動通訊系統(tǒng) 移動電話與常規(guī)電話不同。首先，蜂窩式移動電話的話機及撥號的按鍵直接與無線電發(fā)射接收器相連，不采用電話線；其次，是電話可隨汽車移動。當通訊開始時，移動電話需要選擇一個適合的無線電波的頻道，且必須通過基地站的程控電

22、子開關板來控制蜂窩式移動電話與基地站連接。由于蜂窩式移動電話是四處移動，因此，還必須了解移動電話所處的位置(即汽車所處位置)。這樣蜂窩式移動電話才能被覆蓋該地區(qū)的基地站所接通，同時還與汽車所用的移動電話的計費問題相聯(lián)系。 第二節(jié)第二節(jié) 電控單元電控單元 電控單元(ECU)也稱為電子控制器或車用計算機，是汽車電控系統(tǒng)的核心。電控單元可以分為硬件和軟件兩部分，硬件部分是構(gòu)成電控單元的物理元器件，軟件部分是實現(xiàn)電控單元控制功能的指令和數(shù)據(jù)系統(tǒng)。ECU的功用是對各種傳感器輸送來的信息進行運算、處理和分析判斷然后發(fā)出各種控制指令，使執(zhí)行器按指令動作。ECU還具有故障監(jiān)測功能，能將系統(tǒng)中發(fā)生的故障存儲記憶

23、下來，為故障診斷提供依據(jù)。一、電控單元的硬件結(jié)構(gòu)一、電控單元的硬件結(jié)構(gòu) 硬件物理結(jié)構(gòu)分為殼體、接口、電路板和電路幾個部分。殼體可用塑料或金屬材料制成，當安置在駕駛室或行李箱內(nèi)時，殼體可以采用非密封結(jié)構(gòu)。當安置在發(fā)動機艙內(nèi)時，殼體必須采用密封結(jié)構(gòu)。電控單元的殼體是非標準件，其外形和接口有所不同。接口是電控單元與外部電路的連接部分，接口的形狀和端腳數(shù)量取決于電控單元的功能，通常接口的端腳數(shù)量不超過100個。電路板一般采用印刷電路板，對于結(jié)構(gòu)復雜和電磁兼容性要求高的電控單元可以采用多層結(jié)構(gòu)，有特殊要求時還可以采用陶瓷電路板，電路板中有時還設置一些元件形成混合集成電路。 電控單元的電路部分主要由一些通

24、用或?qū)Ｓ玫拇笠?guī)模集成電路構(gòu)成，電路元件越來越多地采用表面安裝技術(shù)，盡管電控單元的控制功能越來越多，但電控單元的體積卻越來越小。 電路從功能方面可以分為輸人信號處理電路、計算電路、輸出信號處理電路和安全保護電路等幾個部分。 (一)輸人信號處理電路 1、輸入信號處理電路的主要功能 (1)識別和指示數(shù)據(jù)傳送的地址輸入電路能通過地址識別線路，判定主機要求交換信息的裝置，是否是本接口連接的裝置，如果不是，就拒絕變換。當信息傳送時，輸入電路能指出信息在主機的地址。 (2)數(shù)據(jù)緩沖與暫存，使IO裝置與微處理器在數(shù)據(jù)傳送速度上得到匹配。因為微處理器與IO裝置處理數(shù)據(jù)的速度并不相同，為使微處理器與IO之間的數(shù)據(jù)

25、交換取得同步，就需要進行數(shù)據(jù)緩沖，如先把數(shù)據(jù)輸人緩沖寄存器鎖存起來。然后IO裝置再從緩沖器中取出數(shù)據(jù)。 (3)信息格式轉(zhuǎn)換把輸入裝置送往微處理器的信息轉(zhuǎn)換成其能接收的格式，反之微處理器輸出到輸出裝置(執(zhí)行器)的信息也需轉(zhuǎn)換成執(zhí)行器能接收的格式，如數(shù)/模轉(zhuǎn)換，信息電平高低的轉(zhuǎn)換，串、并行傳送方式的轉(zhuǎn)換等。 (4)傳送主機控制命令接口電路能記錄和識別主機傳送來的控制命令，如輸出時。微處理器將信息送到輸出電路以備輸出；輸入時，輸人裝置將數(shù)據(jù)送到輸入接口寄存，以備CPU來讀取。這些均由接口發(fā)出相應的信號來告訴輸入裝置。這些命令有起動、停止、讀、寫等。 (5)反映輸人、輸出裝置的工作狀態(tài)輸入、輸出時，輸

26、入電路隨時采集并保存裝置的工作狀況，以備主機查詢。這些狀態(tài)有裝置正在工作、停止工作、出現(xiàn)故障、中斷請示等。 2、輸入信號電路主要組成 (1)AD轉(zhuǎn)換器在汽車電子控制系統(tǒng)中，最主要的輸入電路是傳感器輸入電路。而從傳感器中輸入的參數(shù)往往是連續(xù)變化的模擬量，如溫度、壓力、流量、位移量等。所謂連續(xù)量，它包括兩個方向的意思：一是時間變化連續(xù)，二是數(shù)值變化連續(xù)。模擬量不能送入電腦進行運算，而必須把模擬量轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)碼表示的數(shù)字信號，才能送到電腦中進行算術(shù)或邏輯運算。能夠?qū)⒛M量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的器件稱為模、數(shù)轉(zhuǎn)換器，即AD轉(zhuǎn)換器，如圖2-1-5所示。 (2)數(shù)字輸入緩沖器輸入裝置不能直接和微處理器數(shù)據(jù)總線相

27、連，要借助于輸入接口電路使輸入裝置與總線膈離，起緩沖、暫存數(shù)據(jù)的作用，并協(xié)調(diào)解決主機和輸入裝置間數(shù)據(jù)傳送速度不匹配的矛盾。數(shù)字輸入緩沖器具有對數(shù)據(jù)信息傳送速度的緩沖作用，從而達到主機和輸入裝置之間速度匹配的目的。( (二二) ) 計算電路計算電路 計算電路實際上是一個微型計算機，包括CPU、存儲器、輸入端口、輸出端口四大部分。各種輸入信號通過輸人端口進入CPU，CPU是微機的核心部分，它首先從預先寫人存儲器的程序(由一系列指令所組成)中遂條取出執(zhí)行指令，然后進行指令譯碼。并按照操作碼所指明的操作類型，對操作數(shù)據(jù)進行操作。CPU對這些數(shù)據(jù)進行算術(shù)或邏輯運算，把運算結(jié)果儲存在存儲器中，通過輸出端口

28、輸出，并同時使執(zhí)行器進行工作。 (2)寄存器 寄存器提供參與運算的操作數(shù)據(jù)并存放運算結(jié)果。按其作用可分為通用寄存器和專用寄存器兩類。 (3)控制器 控制器是計算機的“指揮中心”，它的主要功能是按照人們預先設定的操作步驟，控制整機各部件步調(diào)一致地自動工作。它內(nèi)部的邏輯電路的作用是使整個系統(tǒng)按一定時序進行協(xié)調(diào)一致的操作，它在算術(shù)邏輯運算單元、輸入輸出接口以及存儲器之間發(fā)出同步信號，控制指令按一定順序進行讀取、譯碼、執(zhí)行等操作，并通過本身發(fā)出的控制信號與外界進行通信。1、CPU：是電控單元的控制中樞，它是運算器與控制器的總稱。把運算器與控制器集成在一小塊硅片上。即稱該芯片為中央處理器CPU或微處理器

29、。 CPU的功用是讀出命令并執(zhí)行數(shù)據(jù)處理任務，即通過接口向系統(tǒng)的各個受控部分發(fā)出指令，同時又可對整個控制系統(tǒng)所需的參數(shù)進行檢測、數(shù)據(jù)處理，控制運算與邏輯判斷。 CPU種類很多內(nèi)部構(gòu)成不盡相同，但其基本結(jié)構(gòu)是大致相同的，主要由進行數(shù)據(jù)算術(shù)運算和邏輯運算的運算器、暫時存儲數(shù)據(jù)的寄存器、按照程序進行各部件之間信號傳送及控制的控制器等構(gòu)成，如圖所示。為確保可靠，一般均采用雙CPU結(jié)構(gòu)。 (1)運算器 運算器是一個用于信息加工的部件，通常由算術(shù)邏輯運算單元(ALU)，以及通過內(nèi)部總線而掛在其周圍的暫存寄存器、累加器、鎖存器、標志觸發(fā)器等構(gòu)成。 控制器要從內(nèi)存中按順序讀取各條指令每讀取一條指令，就進行分析

30、，然后根據(jù)指令向各功能部件發(fā)出控制命令，控制它們執(zhí)行這條指令所指定的任務。當控制器得知一條指令執(zhí)行完畢后，就會自動按順序去讀取下一條要執(zhí)行的指令，重復上述工作過程，直到整個程序執(zhí)行完畢。在控制器中有指令寄存器，用來存放新讀取來的指令寄存數(shù)據(jù)，而指令譯碼器能解讀指令寄存器中某項指令編碼，向執(zhí)行該指令的電路(內(nèi)部寄存器、運算器等)輸出執(zhí)行指令。 2存儲器 “記憶”部件。微機要根據(jù)已編制的程序，對數(shù)據(jù)和信息自動快速地進行運算和處理，就必須把指令、數(shù)據(jù)和微機的中間結(jié)果存放在微機內(nèi)部，存儲器就是微機中存儲計算程序、原始數(shù)據(jù)及中間結(jié)果的設備。存儲器的容量越大，則記憶的信息越多，微機的功能就越強。微機中的操

31、作主要是與存儲器交換信息，因此，存儲器的工作速度是影響計算機運算速度的主要因素。半導體存儲器的集成度高、體積小、成本低，動態(tài)存取時間短，在微機中的應用日益廣泛，特別是在車用計算機中，幾乎全部采用半導體存儲器。車用計算機所用的半導體存儲器，按存儲信息的功能可分為隨機存取存儲器RAM和只讀存儲器ROM。RAM又稱讀寫存儲器，一般是指機器運行期間可讀、可寫的存儲器。而只讀存儲器一般是指機器運行期間只能讀出信息，不能隨時寫人信息的存儲器。只讀存儲器按功能可分為掩模式ROM(簡稱ROM)、可編程序只讀存儲器PROM和可改寫的只讀存儲器EPROM。 存儲器由許多存儲單元組成，每個存儲單元可以存放若干二進制

32、代碼(指令或數(shù)據(jù))。為區(qū)分不同的存儲單元，通常把內(nèi)存中全部存儲單元進行統(tǒng)一編號，此號碼稱為存儲單元的地址碼。當計算機要把一個代碼存人其存儲單元中或從其存儲單元取出時，首先要把該存儲單元的地址碼通知存儲器，然后由存儲器“查找”與該地址碼對應的存儲單元，查到后才能進行信息的存取。 3、輸入、輸出端口 端口是指那些在接口電路中完成信息的傳送，并可由編程人員尋址進行讀寫的寄存器。CPU可以通過輸入、輸出指令向端口取或存信息。端口主要有兩類：一類為狀態(tài)口和命令口另一類為數(shù)據(jù)口。狀態(tài)口主要用來檢測IO裝置的工作狀態(tài)，CPU通過輸入指令來檢測輸入裝置的工作狀態(tài)，以決定下一步的操作。CPU通過輸出指令向輸出裝

33、置發(fā)出控制命令以控制相應的執(zhí)行器，如“起動(或停止)電機轉(zhuǎn)動”、“步進電機轉(zhuǎn)向”、“改變某些頻率”等。而數(shù)據(jù)口傳送的是數(shù)據(jù)信息，如數(shù)字、字符及某種特定的編碼等。 若干個端口加上相應的控制電路而構(gòu)成接口。所以，一個接口往往含有幾個端口。 4時鐘系統(tǒng)及電源裝置 時鐘的作用是產(chǎn)生恒定脈沖時鐘信號，從而對各單元間的數(shù)據(jù)傳輸進行控制。時鐘系統(tǒng)包括時鐘脈沖源與脈沖發(fā)生器。時鐘脈沖源通常由晶體振蕩器及與非門組合的振蕩電路所組成，它為脈沖發(fā)生器提供頻率穩(wěn)定且電平匹配的時鐘脈沖信號。脈沖發(fā)生器通常由循環(huán)移位寄存器構(gòu)成，它產(chǎn)生一組有序的、間隔相等或不相等的脈沖序列，提供工作脈沖。 計算機的工作就是運行程序，而程序

34、是由若干指令所組成的。運行程序就是執(zhí)行指令序列每一條指令的執(zhí)行都要經(jīng)過取出指令、指令譯碼和執(zhí)行指令3個階段。即程序一旦裝入存儲器，CPU就自動地、逐條地從存儲器中取出指令對指令進行譯碼，解釋成一組控制信號，然后送到相應部件，定時起動所要求的操作。上述3個階段分別對應3個周期：取指周期、分析周期、操作周期。因此，一條指令執(zhí)行的周期由以上3個周期組成。通常將一條指令從取出到執(zhí)行完成所需的時間稱作指令周期，一個指令周期就是取出并執(zhí)行一條指令的時間。 CPU在執(zhí)行指令時，各種操作都要在時鐘的控制下，按一定的時間節(jié)拍(也稱周期)，按順序而且還要按精確的定時進行。時鐘脈沖發(fā)生器產(chǎn)生一連串具有一定頻率與寬度

35、的脈沖送入CPU，對計算機的工作過程進行時間的控制。由時鐘脈沖發(fā)生器產(chǎn)生固定頻率的節(jié)拍，就是計算機各操作的最小時間單位。系統(tǒng)中各部分元件都按照這一統(tǒng)一的節(jié)拍操作。才能保證在同一時間內(nèi)完成一定的操作。 5總線 計算機是一個信息處理系統(tǒng)，它由若干功能部件構(gòu)成，這些功能部件在一起協(xié)調(diào)工作才能形成一個完整的計算機系統(tǒng)。總線是構(gòu)成計算機各系統(tǒng)的骨架，是在各個功能部件之間設置的公共信息傳輸線。借助總線將計算機各功能部件之間連接起來，以實現(xiàn)傳送地址、數(shù)據(jù)和控制信息的操作?？偩€結(jié)構(gòu)，可以大大減少信息傳送線的數(shù)量，便于實現(xiàn)系統(tǒng)積木化，增加系統(tǒng)靈活性。 車用計算機中CPU通過這組總線與存儲器及輸入、輸出接口傳送信

36、息，而存儲器及輸入、輸出接口也可通過這組總線直接進行信息交換，如圖。 根據(jù)傳輸信號的不同，總線可以分為數(shù)據(jù)總線、地址總線與控制總線。其數(shù)據(jù)總線主要用于傳送數(shù)據(jù)和指令，它由幾根導線組成。數(shù)據(jù)總線是雙向總線，即CPU的數(shù)據(jù)可以傳送到存儲器或輸入、輸出接口，也可以從存儲器或輸入、輸出接口接收數(shù)據(jù)。地址總線用于傳送地址碼。計算機總線上各器件之間的通信，主要是靠地址碼準確地進行聯(lián)系的?？刂瓶偩€用來傳送各種控制信號。 (三)輸出信號電路 是微機與被控對象進行信息交換的紐帶，它將微機作出的決策指令，轉(zhuǎn)換為控制信號去驅(qū)動執(zhí)行器進行工作。起著控制信號的生成與放大等作用。微機算出的結(jié)果是數(shù)字量，需轉(zhuǎn)換成模擬量送出

37、去控制相應的執(zhí)行器。因此，輸出信號電路的功用是將微機輸出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成可以驅(qū)動執(zhí)行器的模擬信號，通常采用大功率管，由微機輸出信號控制其導通截止。在電控發(fā)動機中，ECU輸出的各種控制指令，由電子控制系統(tǒng)的執(zhí)行器來執(zhí)行，如執(zhí)行噴油脈沖控制、點火提前角控制、怠速控制、排放控制以及起動故障自診斷程序和安全保險、備用程序等。在電控自動變速器中，ECU輸出控制信號使其液壓控制裝置上的各個電磁閥工作，進行換擋操作。 (四)安全保護電路 由電源監(jiān)控、故障記憶、繼電器驅(qū)動和故障指示燈驅(qū)動電路等組成。主要作用是監(jiān)控電源電壓，確保系統(tǒng)內(nèi)部電壓穩(wěn)定。監(jiān)控系統(tǒng)各個部分工作是否正常，如果發(fā)現(xiàn)有故障出現(xiàn)，立即點亮故障指示

38、燈，記錄故障代碼，同時根據(jù)CPU指令使系統(tǒng)退出工作狀態(tài)或進入后備工作狀態(tài)。二、電控單元的軟件結(jié)構(gòu) 軟件可以分為程序和數(shù)據(jù)兩部分。數(shù)據(jù)是通過大量試驗獲得的。是滿足微機控制汽車的各種性能的最重要的保證。程序的結(jié)構(gòu)取決于電控單元的功能，數(shù)據(jù)與程序的特定部分相聯(lián)系并在控制系統(tǒng)自檢時保持一定。 (一)程序部分 電控系統(tǒng)的程序一般都用匯編語言編寫，為了編程、調(diào)試、修改和使用方便，一般采用模塊化結(jié)構(gòu)。程序部分一般包括以下幾個部分： (1)軟件與電控單元的匹配部分：包括輸入輸出調(diào)制和濾波、驅(qū)動功率放大、微處理器和電控單元初始化、微處理器與外圍設備的內(nèi)部服務，如操作系統(tǒng)等軟件之間的內(nèi)部服務。 (2)軟件的控制功

39、能部分：其結(jié)構(gòu)取決于控制系統(tǒng)要求實現(xiàn)的控制功能。 (3)安全保險功能部分：如輸出電路發(fā)生短路的處理過程、輸入信號出現(xiàn)異常時的替代值根據(jù)要求設置軟件檢測程序等。 (4)自檢及環(huán)境測試所需的診斷和通訊部分。（二)數(shù)據(jù)部分 數(shù)據(jù)可以分為與系統(tǒng)固定特性相關的固定數(shù)據(jù)和與系統(tǒng)可變特性相關的校正數(shù)據(jù)兩類。如控制系統(tǒng)中執(zhí)行器的數(shù)量等即為固定數(shù)據(jù)，為了保證控制的實時性和準確性，在存儲容量足夠的前提下，汽車電控系統(tǒng)可以將被控系統(tǒng)的特性圖以數(shù)據(jù)表的形式存儲在存儲器中，汽車發(fā)動機和變速器的各種特性即為校正數(shù)據(jù)，校正數(shù)據(jù)必須根據(jù)控制系統(tǒng)用于具體車型進行設定。三、電控單元的工作原理三、電控單元的工作原理 電控單元的主要

40、工作就是按照特定的程序?qū)斎胄盘栠M行處理，并形成相應的控制指令向執(zhí)行器輸出驅(qū)動信號。電控單元的主要工作過程由微處理器進行，而微處理器是通過讀取系統(tǒng)指令進行工作的。 在存儲器的特定區(qū)段中存儲著指令或數(shù)據(jù)，存儲器的這一區(qū)段稱為寄存器，其中存放著處理器下一指令所在地址的寄存器稱為程序計數(shù)器，用于臨時存放從存儲器中讀出指令的寄存器稱為指令寄存器。 微處理器工作時先根據(jù)程序計數(shù)器中的地址將指令讀入指令寄存器中，然后對指令進行翻譯，而程序計數(shù)器則存儲下一條指令所在的地址。微處理器在獲得執(zhí)行該指令所必須的信息以后，將執(zhí)行該指令所定義的過程，指令定義的過程主要包括對數(shù)據(jù)進行存儲、運算、邏輯判斷和函數(shù)轉(zhuǎn)換等。當

41、一條指令執(zhí)行結(jié)束以后，微處理器將重復進行確定指令存儲地址讀取指令、解譯指令和執(zhí)行指令這一循環(huán)過程執(zhí)行下一條指令，直到程序中的全部指令執(zhí)行完畢。對于8位數(shù)微處理器，運行一個指令讀取和執(zhí)行循環(huán)大約需要3ms的時間。 為了改善程序的結(jié)構(gòu)，程序中往往會包含一些子程序，每個子程序用于實現(xiàn)一個特定的功能，主程序需要調(diào)用子程序時，將有一條指令使程序計數(shù)器設置為子程序第一條指令所在的地址，然后微處理器將運行該子程序，當子程序運行結(jié)束時，子程序的最后一條指令又使微處理器返回到當初離開主程序的位置。 微處理器的另一重要工作是對來自輸入、輸出和反饋電路的優(yōu)先信號作出反應，當這些優(yōu)先信號輸入微處理器時，微處理器將停止

42、正在進行的工作，轉(zhuǎn)向運行處理這些優(yōu)先信號的子程序，這一過程稱為中斷服務，這些需要優(yōu)先處理的信號稱為中斷信號。中斷服務功能可以使微處理器不必對控制系統(tǒng)進行連續(xù)監(jiān)測，又可以在進行其他控制過程中按照需要對中斷信號進行及時處理，使處理這些信號的時效性得到保證。例如，發(fā)動機因點火過于提前導致爆震發(fā)生時，由爆震傳感器反饋的爆震信號將使微處理器中斷正在進行的工作，而轉(zhuǎn)向運行延遲點火正時的子程序，使爆震燃燒得到抑制。四、電控單元的發(fā)展 隨著汽車電控系統(tǒng)的發(fā)展，汽車上將會使用越來越多的汽車專用電控單元，而且其中的微處理器的處理能力、運算速度和集成度將進一步提高。汽車電控系統(tǒng)將廣泛采用32位和64位微處理器，許多

43、系統(tǒng)的電控單元功能將被集成在硅片上，預計未來的汽車電控系統(tǒng)的電控單元將被集成動力傳動控制模塊、底盤控制模塊、車身控制模塊、信息通訊控制模塊和后備控制模塊等5個處理單元，其中每個處理單元都有獨立的控制模塊、中央處理器和存儲器，形成多功能集中控制系統(tǒng)。多功能集中控制系統(tǒng)有利于提高系統(tǒng)的可靠性、增加控制功能和減小占用空問。第三節(jié)汽車電子控制系統(tǒng)的故障自診斷 現(xiàn)代汽車電子控制系統(tǒng)中，都設有故障自診斷系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以監(jiān)測、診斷電控系統(tǒng)的工作狀況以及工作中出現(xiàn)的故障。當發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)有故障時，會點亮儀表板上的系統(tǒng)故障警示燈，通知駕駛員系統(tǒng)出現(xiàn)故障，同時把故障代碼存入存儲器中。當進行維修時，修理人員將存入存儲器中

44、的故障碼調(diào)出，可以快速準確地診斷出故障的原因和部位。一、故障自診斷原理 當接通點火開關時，電控系統(tǒng)的自診斷系統(tǒng)就開始進入工作狀態(tài)，首先是ECU進入初始化程序，并對系統(tǒng)進行自檢。此時故障警示燈會閃亮，如果故障管示燈不亮，則表示故障警示燈線路有故障。自診斷系統(tǒng)常常使用此辦法來檢查其輸出裝置故障替示燈是否正常。 發(fā)動機起動后，檢查警示燈應該熄滅，如果它不熄滅，表示自診斷系統(tǒng)已檢測到故障。當車輛運行過程中自診斷系統(tǒng)就一直在工作，當檢測到一個故障時，ECU就將故障代碼存入存儲器，并點亮故障警示燈。 對于自診斷系統(tǒng)，正常的輸入、輸出信號電平都是在規(guī)范范圍內(nèi)變化的，當某一電路出現(xiàn)超出規(guī)定范圍的信號時，診斷系

45、統(tǒng)就判定該信號線路出現(xiàn)故障。例如，某種水溫傳感器工作正常時，輸出電壓在O.14.8V范圍內(nèi)變化，如果水溫傳感器輸出電壓小于0.1V，就相當于發(fā)動機水溫高于139，這在發(fā)動機正常工作中是不可能出現(xiàn)的，自診斷系統(tǒng)就會判斷出水溫傳感器出現(xiàn)故障。當判斷信號線路是否出現(xiàn)故障時，偶爾出現(xiàn)一次超范圍的不正常信號，診斷系統(tǒng)并不判為故障。不正常信號必須持續(xù)一段時問，例如某型轎車發(fā)動機轉(zhuǎn)速1500r/min時，氧傳感器信號電壓低于0.15V必須持續(xù)2min以上才能確定氧傳感器有故障。 應該注意到，自診斷系統(tǒng)只能對類似開路或短路故障進行報警并記錄故障代碼，但對于傳感器性能不佳這類故障往往無法確認，只能由人工方法進行

46、具體檢測才能確定故障原因并排除。二、故障代碼的讀取與清除 (一)故障碼的分類 故障代碼的測試模式分為靜態(tài)測試模式和動態(tài)測試模式兩類。目前大多數(shù)車型主要用靜態(tài)測試模式，其特點是，接通點火開關，但不起動發(fā)動機或車輛處于靜止狀態(tài)。動態(tài)測試是在發(fā)動機正常運轉(zhuǎn)或車輛運行中進行故障診斷的一種測試方法，可以檢測到靜態(tài)測試無法判斷的故障。 故障代碼也分為兩類，一類是硬碼，另一類稱為軟碼。例如，當發(fā)動機運轉(zhuǎn)時，故障警示燈一直保持閃亮，說明ECU已檢測到一個故障，而且該故障一直存在，稱其對應的故障碼為硬碼。當發(fā)動機運轉(zhuǎn)時，故障警示燈亮，然后熄滅，表示ECU已經(jīng)檢測到一個間歇性故障， 其對應的代碼稱為軟碼。一般軟碼

47、通常是由于線路接觸不良引起的，應采取癥狀模擬方法來排除。 (二)故障碼的顯示方法 對于不同的廠家、不同的車型、不同的電控系統(tǒng)。故障代碼的讀取與清除方法各不相同，但是故障碼顯示的方法基本相似。 1、故障燈顯示法 大部分電控系統(tǒng)的自診斷系統(tǒng)均采用故障燈顯示法。當維修人員用跨接線或帶LED燈的跨接線跨接自診斷插座某兩個端于，并打開點火開關時，儀表板上的故障警示燈或LED燈會閃亮，顯示出故障代碼。根據(jù)燈光閃亮的方式不同可分為： (1)直接計數(shù)法 故障碼等于故障警示燈閃爍的次數(shù)。若只有一個故障碼，將循環(huán)顯示該故障碼，循環(huán)顯示中間有一個時間間隔，稱為循環(huán)間隔時間。若有二個以上故障碼時，兩故障碼間也有一定的

48、時間間隔，稱為代碼間隔時間。循環(huán)間隔時間一般都大于代碼間隔時間。 (2)十進制計數(shù)法 故障碼由兩位數(shù)組成，在十位數(shù)和個位數(shù)之間有一個時間間隔，稱為位數(shù)間隔時間，以區(qū)分十位數(shù)和個位數(shù)，它比代碼間隔時間要短。十位數(shù)和個位數(shù)的閃爍波形是一樣的，首先顯示十位數(shù)中間熄滅，熄滅時間等于位數(shù)間隔時間，接下來顯示個位數(shù)，如圖2-l-8所示。 (3)長、短閃爍法 實際上也是十進制計數(shù)法只不過是為了進一步區(qū)分十位數(shù)和個位數(shù)在十進制計數(shù)法的基礎上將十位數(shù)閃亮的時間加長罷了，如圖2-l-9所示。 2、數(shù)字顯示法 數(shù)字顯示法主要在一些高檔轎車上應用，其進行故障自診斷測試時，故障碼將以數(shù)字的形式直接顯示在信息顯示器上。 3、LED顯示法 LED是發(fā)光二極管的英文鞴寫。有些廠