第二章 汽车电子控制系统的核心—ECU

第二章汽车电子控制系统的核心技术-ECU2.1ECU概述2.2ECU基本结构2.3ECU的发展趋势2.4传感器2.5执行器2.1ECU概述汽车电子控制系统：包括硬件和软件两部分，硬件有电子控制单元（ElectronicControlUnit,ECU）及其接口、传感器、执行机构、显示机构等；软件存储在ECU中支配电子控制系统完成实时测控功能。汽车上的大部分电子控制系统中的ECU电路结构大同小异，其控制功能的变化主要依赖于软件及输入、输出模块的功能变化，随控制系统所要完成的任务不同而不同。一款汽车发动机的ECU芯实物图2.2ECU的基本结构1汽车电子控制系统的一般结构传感器ECU执行器汽车电子控制系统的技术核心是ECU，技术关键是传感器。2ECU的基本结构ECU是由输入处理电路、微处理器（单片机）、输出处理电路、系统通信电路及电源电路组成，的结构如图所示。传感器输入到ECU的信号主要有二种：即模拟信号、数字信号（包括开关信号）。•模拟信号必须通过A/D转换器。为了保证汽车控制需要。A/D转换通常采用10位以上，4ms以下采样间隔。•对于数字信号，常需要进行电位匹配、波形修正、防颤等处理。输出处理电路：微处理器输出的是+5V脉冲信号，且电流也在15mA以下，不能直接驱动电磁阀、电动机、指示灯等，必须经过输出处理电路进行转换。电源电路：ECU内设了稳压电源，保证不因外部电源恶劣时影响ECU的稳定工作，同时ECU的内置电池也保证在外部电源短时缺电时不丢失数据。3微处理器（单片机）的结构微处理器：是将中央处理器CPU（CentralProcessingUnit）、存储器（Memory）、定时器/计数器、输入/输出（I/O）接口电路等主要计算机部件集成在一块集成电路芯片上的微型计算机，所以也称单片机。单片机结构框图CUP结构框图单片机的核心部分又是中央处理器（CPU），是具有译码指令和数据处理能力的电子部件，是汽车电子控制单元的核心，基本结构如图所示，由运算器（Calculator）、寄存器（Register）和控制器Controller）组成。ECU在发动机电控系统中的应用方框图一款高档发动机的ECU2.3ECU的发展趋势集中综合控制、总线技术、汽车智能控制是未来汽车电子控制技术重点发展方向。集中综合控制:单片机的类型将会启用更高位数的，各系统ECU向综合一体发展，互联网技术将可能切入，车载PC融入……•总线技术：各个ECU通过局域网技术实现车内互联，各ECU间信息共享。•汽车智能控制：传感技术，图像识别技术，导航技术将使汽车智能控制得到发展。2.4传感器1、传感器特性概述传感器：传感器是指能感受规定的物理变量，并按一定规律转换成可用输入的电信号变量的器件或装置。简单地说，传感器是把非电量转换成电量的装置。传感器由敏感元件、转换元件和测量电路三部分组成。1)敏感元件是指能直接感受（或响应）被测量的部分，即将被测量通过传感器的敏感元件转换成与被测量有确定关系的非电量或其它量。2）转换元件则将上述非电量转换成电参量。3）测量电路的作用是将转换元件输入的电参量经过处理转换成电压、电流或频率等可测电量，以便进行显示、记录、控制和处理的部分2常用传感器的工作原理（1）磁电式传感器磁电效应根据法拉第电磁感应定律，线圈在磁场中运动（或线圈所在磁场的磁通变化），切割磁力线时，线圈中产生感应电动势。直线移动式磁电传感器转动式磁电传感器磁电式转度传感器（2）霍尔式传感器霍尔效应：半导体或金属薄片置于磁场中，当有电流（与磁场垂直的薄片平面方向）流过时，在垂直于磁场和电流的方向上产生电动势，这种现象称为霍尔效应。霍尔元件：目前常用的霍尔材料锗（Ge）、硅（Si）、锑化铟（InSb）、砷化铟（InAs）等。N型锗容易加工制造，霍尔系数、温度性能、线性度较好(3)压电式传感器压电效应对某些电介质沿着一定方向加力而使其变形时，在一定表面上产生电荷，当外力撤除后，又恢复到不带电状态，这种现象称为正压电效应。在电介质的极化方向施加电场，电介质会在一定方向上产生机械变形或机械压力，当外电场去除后，变形或应力随之消失，此现象称为逆压电效应。压电元件压电式传感器是物性型的、发电式传感器。常用的压电材料有石英晶体（SiO2）和人工合成的压电陶瓷。压电陶瓷的压电常数是石英晶体的几倍，灵敏度较高。压电加速度传感器压电爆震传感器的压电共振点制作在爆震振动频率上，爆震传感器安装在发动机气缸外壁，发生爆震时，压电共振片发生共震，会产生较大的电压信号输出给ECU.压电式传感器使用实列:爆震传感器、安全气囊碰撞传感器（4）光电式传感器光电效应:在光线作用下，电子逸出物体表面的现象，称为外光电效应，如光电管、光电倍增管等。在光线作用下，物体的电阻率改变的现象，称为内光电效应，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光敏晶闸管等。在光线作用下，物体产生一定方向电动势的现象，称为光生伏特现象，如光电池。光敏电阻、光电管、光敏管、光电池都可以设计成使用方便的传感器。(5)热电式传感器热电效应将两种不同性质的金属导体（通常为纯金属，广泛使用的是铂、铜、镍、铁等）A、B接成一个闭合回路，如果两接合点温度不相等（T0≠T），则在两导体间产生电动势，并且回路中有一定大小的电流存在，此现象称为热电效应。热电传感器热敏电阻传感器热敏电阻空气温度传感器2.5执行器汽车控制器的种类繁多，但很大一部分都是通过电开关、电磁阀、电动机实现控制的。1电开关。在汽车控制执行部分的开关有需要电隔离和不需要电隔离2种，一般需要隔离的都选用继电器，不需要隔离的就直接选用大功率晶体管。2电磁阀电磁阀是依靠电磁力实现诸如气阀、油阀、离合器的操控的。3电动机汽车控制电动机通常使用直流电动机和步进电动机两种。第二章完