第二章-汽車(chē)電子控制系統(tǒng)的核心-ECU課件

第二章汽車(chē)電子控制系統(tǒng)的核心技術(shù)-ECU2.1ECU概述2.2ECU基本結(jié)構(gòu)2.3ECU的發(fā)展趨勢(shì)2.4傳感器2.5執(zhí)行器第二章汽車(chē)電子控制系統(tǒng)的核心技術(shù)-ECU2.1ECU概述12.1ECU概述汽車(chē)電子控制系統(tǒng)：包括硬件和軟件兩部分，硬件有電子控制單元（ElectronicControlUnit,ECU）及其接口、傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、顯示機(jī)構(gòu)等；軟件存儲(chǔ)在ECU中支配電子控制系統(tǒng)完成實(shí)時(shí)測(cè)控功能。汽車(chē)上的大部分電子控制系統(tǒng)中的ECU電路結(jié)構(gòu)大同小異，其控制功能的變化主要依賴于軟件及輸入、輸出模塊的功能變化，隨控制系統(tǒng)所要完成的任務(wù)不同而不同。2.1ECU概述汽車(chē)電子控制系統(tǒng)：包括硬件和軟件兩部分，硬2一款汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的ECU芯實(shí)物圖一款汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的ECU芯實(shí)物圖32.2ECU的基本結(jié)構(gòu)1汽車(chē)電子控制系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)傳感器ECU執(zhí)行器汽車(chē)電子控制系統(tǒng)的技術(shù)核心是ECU，技術(shù)關(guān)鍵是傳感器。2.2ECU的基本結(jié)構(gòu)1汽車(chē)電子控制系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)傳感器42ECU的基本結(jié)構(gòu)ECU是由輸入處理電路、微處理器（單片機(jī)）、輸出處理電路、系統(tǒng)通信電路及電源電路組成，的結(jié)構(gòu)如圖所示。傳感器輸入到ECU的信號(hào)主要有二種：即模擬信號(hào)、數(shù)字信號(hào)（包括開(kāi)關(guān)信號(hào)）。模擬信號(hào)必須通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器。為了保證汽車(chē)控制需要。A/D轉(zhuǎn)換通常采用10位以上，4ms以下采樣間隔。對(duì)于數(shù)字信號(hào)，常需要進(jìn)行電位匹配、波形修正、防顫等處理。輸出處理電路：微處理器輸出的是+5V脈沖信號(hào)，且電流也在15mA以下，不能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥、電動(dòng)機(jī)、指示燈等，必須經(jīng)過(guò)輸出處理電路進(jìn)行轉(zhuǎn)換。電源電路：ECU內(nèi)設(shè)了穩(wěn)壓電源，保證不因外部電源惡劣時(shí)影響ECU的穩(wěn)定工作，同時(shí)ECU的內(nèi)置電池也保證在外部電源短時(shí)缺電時(shí)不丟失數(shù)據(jù)。2ECU的基本結(jié)構(gòu)ECU是由輸入處理電路、微處理器（單片機(jī)53微處理器（單片機(jī)）的結(jié)構(gòu)微處理器：是將中央處理器CPU（CentralProcessingUnit）、存儲(chǔ)器（Memory）、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、輸入/輸出（I/O）接口電路等主要計(jì)算機(jī)部件集成在一塊集成電路芯片上的微型計(jì)算機(jī)，所以也稱單片機(jī)。單片機(jī)結(jié)構(gòu)框圖CUP結(jié)構(gòu)框圖單片機(jī)的核心部分又是中央處理器（CPU），是具有譯碼指令和數(shù)據(jù)處理能力的電子部件，是汽車(chē)電子控制單元的核心，基本結(jié)構(gòu)如圖所示，由運(yùn)算器（Calculator）、寄存器（Register）和控制器Controller）組成。3微處理器（單片機(jī)）的結(jié)構(gòu)微處理器：是將中央處理器CPU（6ECU在發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)中的應(yīng)用方框圖一款高檔發(fā)動(dòng)機(jī)的ECU一款高檔發(fā)動(dòng)機(jī)的ECU72.3ECU的發(fā)展趨勢(shì)集中綜合控制、總線技術(shù)、汽車(chē)智能控制是未來(lái)汽車(chē)電子控制技術(shù)重點(diǎn)發(fā)展方向。集中綜合控制:單片機(jī)的類(lèi)型將會(huì)啟用更高位數(shù)的，各系統(tǒng)ECU向綜合一體發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將可能切入，車(chē)載PC融入……總線技術(shù)：各個(gè)ECU通過(guò)局域網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)車(chē)內(nèi)互聯(lián)，各ECU間信息共享。汽車(chē)智能控制：傳感技術(shù)，圖像識(shí)別技術(shù)，導(dǎo)航技術(shù)將使汽車(chē)智能控制得到發(fā)展。2.3ECU的發(fā)展趨勢(shì)集中綜合控制、總線技術(shù)、汽車(chē)智能控制82.4傳感器1、傳感器特性概述

傳感器：傳感器是指能感受規(guī)定的物理變量，并按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸入的電信號(hào)變量的器件或裝置。簡(jiǎn)單地說(shuō)，傳感器是把非電量轉(zhuǎn)換成電量的裝置。

傳感器由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和測(cè)量電路三部分組成。

1)敏感元件是指能直接感受（或響應(yīng)）被測(cè)量的部分，即將被測(cè)量通過(guò)傳感器的敏感元件轉(zhuǎn)換成與被測(cè)量有確定關(guān)系的非電量或其它量。

2）轉(zhuǎn)換元件則將上述非電量轉(zhuǎn)換成電參量。

3）測(cè)量電路的作用是將轉(zhuǎn)換元件輸入的電參量經(jīng)過(guò)處理轉(zhuǎn)換成電壓、電流或頻率等可測(cè)電量，以便進(jìn)行顯示、記錄、控制和處理的部分2.4傳感器1、傳感器特性概述傳感器：傳感器是指能感受92常用傳感器的工作原理（1）磁電式傳感器磁電效應(yīng)

根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，線圈在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)（或線圈所在磁場(chǎng)的磁通變化），切割磁力線時(shí)，線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。直線移動(dòng)式磁電傳感器轉(zhuǎn)動(dòng)式磁電傳感器磁電式轉(zhuǎn)度傳感器2常用傳感器的工作原理（1）磁電式傳感器磁電效應(yīng)磁電式10（2）霍爾式傳感器

霍爾效應(yīng)：半導(dǎo)體或金屬薄片置于磁場(chǎng)中，當(dāng)有電流（與磁場(chǎng)垂直的薄片平面方向）流過(guò)時(shí)，在垂直于磁場(chǎng)和電流的方向上產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。

霍爾元件：目前常用的霍爾材料鍺（Ge）、硅（Si）、銻化銦（InSb）、砷化銦（InAs）等

。N型鍺容易加工制造，霍爾系數(shù)、溫度性能、線性度較好（2）霍爾式傳感器霍爾效應(yīng)：11(3)壓電式傳感器

壓電效應(yīng)

對(duì)某些電介質(zhì)沿著一定方向加力而使其變形時(shí)，在一定表面上產(chǎn)生電荷，當(dāng)外力撤除后，又恢復(fù)到不帶電狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。在電介質(zhì)的極化方向施加電場(chǎng)，電介質(zhì)會(huì)在一定方向上產(chǎn)生機(jī)械變形或機(jī)械壓力，當(dāng)外電場(chǎng)去除后，變形或應(yīng)力隨之消失，此現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)。

壓電元件

壓電式傳感器是物性型的、發(fā)電式傳感器。常用的壓電材料有石英晶體（SiO2）和人工合成的壓電陶瓷。壓電陶瓷的壓電常數(shù)是石英晶體的幾倍，靈敏度較高。

壓電加速度傳感器

壓電爆震傳感器的壓電共振點(diǎn)制作在爆震振動(dòng)頻率上，爆震傳感器安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸外壁，發(fā)生爆震時(shí)，壓電共振片發(fā)生共震，會(huì)產(chǎn)生較大的電壓信號(hào)輸出給ECU.壓電式傳感器使用實(shí)列:爆震傳感器、安全氣囊碰撞傳感器(3)壓電式傳感器壓電效應(yīng)壓電加速度傳感器12（4）光電式傳感器

光電效應(yīng):

在光線作用下，電子逸出物體表面的現(xiàn)象，稱為外光電效應(yīng)，如光電管、光電倍增管等。在光線作用下，物體的電阻率改變的現(xiàn)象，稱為內(nèi)光電效應(yīng)，如光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管、光敏晶閘管等。

在光線作用下，物體產(chǎn)生一定方向電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象，稱為光生伏特現(xiàn)象，如光電池。

光敏電阻、光電管、光敏管、光電池都可以設(shè)計(jì)成使用方便的傳感器。（4）光電式傳感器光電效應(yīng):13(5)熱電式傳感器

熱電效應(yīng)將兩種不同性質(zhì)的金屬導(dǎo)體（通常為純金屬，廣泛使用的是鉑、銅、鎳、鐵等）A、B接成一個(gè)閉合回路，如果兩接合點(diǎn)溫度不相等（T0≠T），則在兩導(dǎo)體間產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，并且回路中有一定大小的電流存在，此現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。熱電傳感器熱敏電阻傳感器

熱敏電阻空氣溫度傳感器(5)熱電式傳感器熱電效應(yīng)熱敏電阻傳感器熱敏電142.5執(zhí)行器汽車(chē)控制器的種類(lèi)繁多，但很大一部分都是通過(guò)電開(kāi)關(guān)、電磁閥、電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)控制的。1電開(kāi)關(guān)。在汽車(chē)控制執(zhí)行部分的開(kāi)關(guān)有需要電隔離和不需要電隔離2種，一般需要隔離的都選用繼電器，不需要隔離的就直接選用大功率晶體管。2電磁閥電磁閥是依靠電磁力實(shí)現(xiàn)諸如氣閥、油閥、離合器的操控的。3電動(dòng)機(jī)汽車(chē)控制電動(dòng)機(jī)通常使用直流電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)兩種。

2.5執(zhí)行器汽車(chē)控制器的種類(lèi)繁多，但很大一部15第二章完第二章完16第二章汽車(chē)電子控制系統(tǒng)的核心技術(shù)-ECU2.1ECU概述2.2ECU基本結(jié)構(gòu)2.3ECU的發(fā)展趨勢(shì)2.4傳感器2.5執(zhí)行器第二章汽車(chē)電子控制系統(tǒng)的核心技術(shù)-ECU2.1ECU概述172.1ECU概述汽車(chē)電子控制系統(tǒng)：包括硬件和軟件兩部分，硬件有電子控制單元（ElectronicControlUnit,ECU）及其接口、傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、顯示機(jī)構(gòu)等；軟件存儲(chǔ)在ECU中支配電子控制系統(tǒng)完成實(shí)時(shí)測(cè)控功能。汽車(chē)上的大部分電子控制系統(tǒng)中的ECU電路結(jié)構(gòu)大同小異，其控制功能的變化主要依賴于軟件及輸入、輸出模塊的功能變化，隨控制系統(tǒng)所要完成的任務(wù)不同而不同。2.1ECU概述汽車(chē)電子控制系統(tǒng)：包括硬件和軟件兩部分，硬18一款汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的ECU芯實(shí)物圖一款汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的ECU芯實(shí)物圖192.2ECU的基本結(jié)構(gòu)1汽車(chē)電子控制系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)傳感器ECU執(zhí)行器汽車(chē)電子控制系統(tǒng)的技術(shù)核心是ECU，技術(shù)關(guān)鍵是傳感器。2.2ECU的基本結(jié)構(gòu)1汽車(chē)電子控制系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)傳感器202ECU的基本結(jié)構(gòu)ECU是由輸入處理電路、微處理器（單片機(jī)）、輸出處理電路、系統(tǒng)通信電路及電源電路組成，的結(jié)構(gòu)如圖所示。傳感器輸入到ECU的信號(hào)主要有二種：即模擬信號(hào)、數(shù)字信號(hào)（包括開(kāi)關(guān)信號(hào)）。模擬信號(hào)必須通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器。為了保證汽車(chē)控制需要。A/D轉(zhuǎn)換通常采用10位以上，4ms以下采樣間隔。對(duì)于數(shù)字信號(hào)，常需要進(jìn)行電位匹配、波形修正、防顫等處理。輸出處理電路：微處理器輸出的是+5V脈沖信號(hào)，且電流也在15mA以下，不能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥、電動(dòng)機(jī)、指示燈等，必須經(jīng)過(guò)輸出處理電路進(jìn)行轉(zhuǎn)換。電源電路：ECU內(nèi)設(shè)了穩(wěn)壓電源，保證不因外部電源惡劣時(shí)影響ECU的穩(wěn)定工作，同時(shí)ECU的內(nèi)置電池也保證在外部電源短時(shí)缺電時(shí)不丟失數(shù)據(jù)。2ECU的基本結(jié)構(gòu)ECU是由輸入處理電路、微處理器（單片機(jī)213微處理器（單片機(jī)）的結(jié)構(gòu)微處理器：是將中央處理器CPU（CentralProcessingUnit）、存儲(chǔ)器（Memory）、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、輸入/輸出（I/O）接口電路等主要計(jì)算機(jī)部件集成在一塊集成電路芯片上的微型計(jì)算機(jī)，所以也稱單片機(jī)。單片機(jī)結(jié)構(gòu)框圖CUP結(jié)構(gòu)框圖單片機(jī)的核心部分又是中央處理器（CPU），是具有譯碼指令和數(shù)據(jù)處理能力的電子部件，是汽車(chē)電子控制單元的核心，基本結(jié)構(gòu)如圖所示，由運(yùn)算器（Calculator）、寄存器（Register）和控制器Controller）組成。3微處理器（單片機(jī)）的結(jié)構(gòu)微處理器：是將中央處理器CPU（22ECU在發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)中的應(yīng)用方框圖一款高檔發(fā)動(dòng)機(jī)的ECU一款高檔發(fā)動(dòng)機(jī)的ECU232.3ECU的發(fā)展趨勢(shì)集中綜合控制、總線技術(shù)、汽車(chē)智能控制是未來(lái)汽車(chē)電子控制技術(shù)重點(diǎn)發(fā)展方向。集中綜合控制:單片機(jī)的類(lèi)型將會(huì)啟用更高位數(shù)的，各系統(tǒng)ECU向綜合一體發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將可能切入，車(chē)載PC融入……總線技術(shù)：各個(gè)ECU通過(guò)局域網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)車(chē)內(nèi)互聯(lián)，各ECU間信息共享。汽車(chē)智能控制：傳感技術(shù)，圖像識(shí)別技術(shù)，導(dǎo)航技術(shù)將使汽車(chē)智能控制得到發(fā)展。2.3ECU的發(fā)展趨勢(shì)集中綜合控制、總線技術(shù)、汽車(chē)智能控制242.4傳感器1、傳感器特性概述

傳感器：傳感器是指能感受規(guī)定的物理變量，并按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸入的電信號(hào)變量的器件或裝置。簡(jiǎn)單地說(shuō)，傳感器是把非電量轉(zhuǎn)換成電量的裝置。

傳感器由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和測(cè)量電路三部分組成。

1)敏感元件是指能直接感受（或響應(yīng)）被測(cè)量的部分，即將被測(cè)量通過(guò)傳感器的敏感元件轉(zhuǎn)換成與被測(cè)量有確定關(guān)系的非電量或其它量。

2）轉(zhuǎn)換元件則將上述非電量轉(zhuǎn)換成電參量。

3）測(cè)量電路的作用是將轉(zhuǎn)換元件輸入的電參量經(jīng)過(guò)處理轉(zhuǎn)換成電壓、電流或頻率等可測(cè)電量，以便進(jìn)行顯示、記錄、控制和處理的部分2.4傳感器1、傳感器特性概述傳感器：傳感器是指能感受252常用傳感器的工作原理（1）磁電式傳感器磁電效應(yīng)

根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，線圈在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)（或線圈所在磁場(chǎng)的磁通變化），切割磁力線時(shí)，線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。直線移動(dòng)式磁電傳感器轉(zhuǎn)動(dòng)式磁電傳感器磁電式轉(zhuǎn)度傳感器2常用傳感器的工作原理（1）磁電式傳感器磁電效應(yīng)磁電式26（2）霍爾式傳感器

霍爾效應(yīng)：半導(dǎo)體或金屬薄片置于磁場(chǎng)中，當(dāng)有電流（與磁場(chǎng)垂直的薄片平面方向）流過(guò)時(shí)，在垂直于磁場(chǎng)和電流的方向上產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。

霍爾元件：目前常用的霍爾材料鍺（Ge）、硅（Si）、銻化銦（InSb）、砷化銦（InAs）等

。N型鍺容易加工制造，霍爾系數(shù)、溫度性能、線性度較好（2）霍爾式傳感器霍爾效應(yīng)：27(3)壓電式傳感器

壓電效應(yīng)

對(duì)某些電介質(zhì)沿著一定方向加力而使其變形時(shí)，在一定表面上產(chǎn)生電荷，當(dāng)外力撤除后，又恢復(fù)到不帶電狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。在電介質(zhì)的極化方向施加電場(chǎng)，電介質(zhì)會(huì)在一定方向上產(chǎn)生機(jī)械變形或機(jī)械壓力，當(dāng)外電場(chǎng)去除后，變形或應(yīng)力隨之消失，此現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)。

壓電元件

壓電式傳感器是物性型的、發(fā)電式傳感器。常用的壓電材料有石英晶體（SiO2）和人工合成的壓電陶瓷。壓電陶瓷的壓電常數(shù)是石英晶體的幾倍，靈敏度較高。

壓電加速度傳感器

壓電爆震傳感器的壓電共振點(diǎn)制作在爆震振動(dòng)頻率上，爆震傳感器安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸外壁，發(fā)生爆震時(shí)，壓電共振片發(fā)生共震，會(huì)產(chǎn)生較大的電壓信號(hào)輸出給ECU.壓電式傳感器使用實(shí)列:爆震傳感器、安全氣囊碰撞傳感器(3)壓電式傳感器壓電效應(yīng)壓電加速度傳感器28（4）光電式傳感器

光電效應(yīng):

在光線作用下，電子逸出物體表面的現(xiàn)象，稱為外光電效應(yīng)，如光電管、光電倍增管等。在光線作用下，物體的電阻率改變的現(xiàn)象，稱為內(nèi)