第五章发动机控制系统电子控制器的结构与原理

汽车电子控制技术1第五章发动机控制系统电子控制器的结构与原理本章主要内容：电子控制器ECU的功用与组成电子控制器ECU结构原理电子控制器ECU工作工程汽车电子控制技术2第一节电子控制器ECU的功用与组成发动机控制系统ECU的功用是：接收各种传感器输出的发动机工况信号，根据ECU内部预先编制的控制程序和存储的试验数据，通过数学计算机和逻辑判断确定适应发动机工况的点火提前角、喷油时间等参数，并将这些数据转变为电信号控制各种执行元件动作，从而使发动机保持最佳运行状态。发动机除了上述控制功能之外，还具有故障自诊功能（又称为备用功能）。一、电子控制器ECU的功用汽车电子控制技术3ECU采集和处理各种传感器的输入信号，根据发动机工作的要求（喷油脉宽、点火提前角等），进行控制决策的运算，并输出相应的控制信号。当前电控发动机中除了控制喷油外，还控制点火、EGR、怠速和增压发动机的废气阀等，由于共用一个ECU对发动机进行综合控制，所以也被称为发动机管理系统。汽车电子控制技术4电子控制器ECU（ElectronicControlUnit）又称为电子控制组件或电子控制单元，通常称为车载ECU，简称ECU，是以单片机为核心而组成的电子控制装置，具有很强的运算和逻辑判断功能，ECU是汽车电子控制系统的控制中心。汽车电子控制器ECU主要由输入回路、单片微型计算机（单片机）和输出回路三部分组成。输入回路和输出回路一般都与单片机一起制作在一个金属盒内，固定在车内不易受到碰撞的部位，如仪表下面或座椅下面等等。二、汽车发动机电子控制器ECU的组成汽车电子控制技术5控制单元的组成组成：输入回路、模/数转换器、微型计算机（微机）和输出回路。汽车电子控制技术6第二节电子控制器ECU结构原理输出回路又称为输入接口，由A/D转换器和数字输入缓冲器两部分组成，缓冲器电路。主要包括整形电路、波形变换电路、限幅电路和滤波电路等等，内部结构框图如图5-1所示。输入回路的功用是将传感器输入的各种信号变换成微机能够接收数字信号。一、输入回路汽车电子控制技术7模拟信号数字信号控制单元输入回路各种传感器的信号输入ECU后，首先进入输入回路进行处理，传感器输入的信号不同，处理的方法也不同。汽车电子控制技术8图5-1电子控制器ECU内部结构图汽车电子控制技术9单片机是将中央处理器CPU（CentralProcessingUnit）存储器M（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。虽然单片机只是一块芯片，但其已经具有微型计算机的组成与功能，故称为单片微型计算机，简称单片机或微机。目前，汽车电控系统采用的单片机均为数字式单片机。二、单片机汽车电子控制技术10输出回路是单片机与执行器之间的中继站，其功用是根据微机发出的指令，控制执行器动作。微机对采样信号进行分析、比较、运算后，由预定的程序形成控制指令并通过输出端子输出，由于微机只能输出微弱的电信号（如喷油脉冲、点火信号等），电压一般为5V，不能直接驱动执行元件，因此必须通过输出回路对控制指令进行功率放大，译码或D/A转换，变成可以驱动各种元件的强电信号。当执行器（如EFI旁通电磁阀、ECT锁止继动阀、ECT蓄压器背压调节阀等）需要线圈的平均电流逐渐增大或逐渐减小。因为占空比频率较高，所以流过执行器电磁线圈的平均电流不会脉远变化。三、输出回路汽车电子控制技术11第三节电子控制器ECU工作过程发动机启动时，电子控制器ECU进入工作状态，某些运行程序或操作指令从存储器ROM中调入中央处理单元CPU。这些程序可以控制燃油喷射、点火时刻、怠速转速等等。在CPU的控制下，一个个指令按照预先编制的程序有条不紊地进行循环。在程序运行过程中，所需要的发动机工况信息由各种传感器提供。当曲轴位置传感器CPS检测的发动机转速与转角信号（脉冲信号）、进气歧管压力传感器MAP检测的负荷信号输入回路进行信号处理。汽车电子控制技术12下一步是将预先存储在ROM中的最佳试数据引入CPU，将传感器输入的信息与其进行比较。CPU将来自传感器的各种信息依次取样，与最佳试验数据进行逻辑运算，通过比较作出判定结果并发出指令信号，经I/O接口电路、输出回路控制执行器动作。如果是喷油器驱动信号，就控制喷油开始时刻、喷油持续时间，完成控制喷油功能；如果是点火器驱动信号，就控制点火导通角和点火时刻，完成控制点火功能。如果执行器需要线性电流量驱动，单片机就控制占空比来控制输出回路导通与截止，使流过执行器电磁线圈的平均电流线性增大与减少。发动机工作时，微机运行速度相当快，如点火正时控制，每秒钟可以修正上百次，因此控制精度很高，点火时刻十分准确。