汽车电子控制系统与传感器
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③ 数据传递终端
它是一个电阻器，避免数据传输终了被反射回来并 产生反射波，这将使数据遭到破坏。
④ CAN数据总线（BUS） • CAN数据总线用以传 输数据的双向数据线。
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•双绞数据总线
汽车电子控制系统与传感器
BMW汽车的CAN总线系统
•中央网关模 块
•网 关
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• E-60的全车网络图，它包括了4套总线结构：K-CAN, PT-CAN， Most和 Byteflight，其中K-CAN总线主要包括车身 电子控制单元， PT-CAN总线主要包括动力系统及底盘控制 单元， Most总线主要包括娱乐、通讯和显示系统控制单元， Byteflight总线主要用于安全气囊系统。
•①可编程只读存储器（PROM），与ROM相同。
•只
•读 •存
•②可改写只读存储器（EPROM），信息可擦除 （紫外线）和重新写入。
•储 •③电可擦只读存储器（EEPROM），在通电的情
•器
况下可改写部分信息，便于数据的修改和升级，是 汽车只读存储器的发展方向。
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汽车电子控制系统与传感器
•安装在曲轴箱 内
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•安装在凸轮轴 处
•安装在飞轮处
汽车电子控制系统与传感器
在电子控制系统中设有后备电路（备用电路系 统），当控制系统本身出现故障时，程序就不能正常 运行。此时启用备用电路，进入后备程序简易控制运 行状态，用固定的控制信号，使车辆继续行驶。
由于备用电路系统只维持发动机运转的简单功能， 而不能替代微机的全部功能，它只按照起动信号和怠 速触点的闭合状态，以恒定的喷油持续时间和点火提 前角对喷油器和点火系统进行控制。因此，后备电路 的工作又称为 “跛行” 模式。
1、传感器的故障诊断与故障运行
传感器的故障诊断只要监视传感器的输入信号是 否在正常范围内？如果超出正常范围，则ECU将此情 况以代码形式存储在随机存储器中，并点亮对应的警 告灯，同时启用备用数据，使汽车继续行驶到有关的 修理厂进行修理。
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汽车电子控制系统与传感器
2、电子控制系统的故障诊断与后备程序
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汽车电子控制系统与传感器
⑷ 总线（BUS） • 总线是微机内部传递信息的电路连线，CPU、 ROM、RAM与I/O接口之间的信息交换都是通过总线 来实现的，总线可分为数据总线、地址总线和控制总 线三种。
•3、输出电路 微机输出的信号电压低（5V）、信号弱，不能直
接控制执行器，必须通过输出电路进行功率放大后才 能控制执行器按微机的指令动作。
① CAN控制器
• CAN控制器的作用是接收 控制单元中微处理器发出的数 据，处理数据并传给CAN收发 器。同时CAN控制器也接收收 发器收到的数据，处理数据并 传给微处理器。
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汽车电子控制系统与传感器
② CAN收发器 收发器是发送器和接收器的组合，它将CAN控制器
提供的数据转化为电信号并通过数据总线发送出去。同 时，它接收总线数据，并将数据传到CAN控制器。
入信号转换成计算机可接受的数字信号，汽车的输入信 号有数字信号和模拟信号二种。
•⑴ 数字信号输入电路 • 数字信号只有高电 平和低电平两种状态（如 脉冲信号和开关信号等）， 经过数字输入电路（缓冲 器）滤波或整形或电平转 换后供微机分析计算。
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汽车电子控制系统与传感器
⑵ 模拟信号输入电路
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2、电子控制器（ECU）
汽车电子控制装置实质上是一个单片机系统，它 是将中央处理器（CPU）、存储器、定时/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 块集成电路上的微型计算机。
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•晶体管式ECU
汽车电子控制系统与传感器
⑴ 中央处理器（CPU）
• 随机存取的存储器（RAM）起到一个寄存器的 作用，它随时可以读出或写入数据，主要用来存放故 障代码、空燃比的修正数据等，一旦电源中断，其内 部存放的数据将全部丢失。
⑶ 输入/输出（I/O）接口电路
输入/输出（I/O）接口电路是CPU与传感器或执 行器之间进行数据交换和下达控制指令的通道。由于 传感器和执行器的种类繁多，它们的信号速度、频率、 幅度、功率和工作时序等都不可能完全与CPU匹配， 通过CPU进行协调和控制。
• 电子控制器的输出 电路主要是由大功率三极 管组成的驱动电路。
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二、汽车电子控制系统的自诊断
汽车采用电子控制系统后带来了新的问题：一是 电控系统较复杂，对检修带来了一定的困难；二是电子 控制系统的安全容错处理，汽车不能因为电子控制系统 的故障而导致汽车失控或不能运行。为此，在电子控制 系统中设置了故障自诊断的功能。
霍尔式传感器有两个突出优 点：一是输出电压信号近似于方 波信号；二是输出电压高低与被 测物体的转速无关。霍尔式传感 器与磁感应式传感器不同的是需 要外加电源。
汽车电子控制系统与传感器
㈡ 安装在曲轴箱内或飞轮处的曲轴位置传感器
在现代汽车上，曲轴位置 传感器安装在曲轴箱内、凸轮 轴处或发动机飞轮处。
常用的有磁感应式和霍尔 式二种曲轴位置传感器。
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汽车电子控制系统与传感器
2、磁感应式曲轴位置传感器 磁感应式曲轴位置传感器又称磁脉冲式曲轴位置传
感器，它由上、下两部分组成。上部为检测曲轴位置基 准的G信号，下部为曲轴转速与转角的Ne信号。
•判缸信号
•曲轴转角信 号
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3、霍尔式曲轴位置传感器 霍尔式曲轴位置传感器采用霍
汽车电子控制系统与传 感器
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2020/11/23
汽车电子控制系统与传感器
§8-1 汽车电子控制系统
现代汽车上的发动机、自动变速器、安全装置等 均采用16位或32位微处理器控制（俗称“电脑控 制”），控制系统称为“电子控制系统” 。
• 电子控制系统是 一种按预定程序自动地 对各种传感器的输入信 号进行分析、比较、计 算和处理，然后产生控 制信号，控制有关执行 器工作的装置。
模拟信号是一个连续变化的电量（如电压、电流信 号等），信号的大小用幅值来表示。
模拟信号必须转换成数字信号后才能供微机分析和 计算，模拟信号输入电路实质上是一个模数转换器 （A/D转换器）。
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汽车电子控制系统与传感器
A/D转换器采样的一般为电压信号，而汽车上的 一些传感器（如发动机水温传感器、进气温度传感器 和节气门位置传感器等）不直接产生电压信号，要由 电子控制器内的稳压电路提供电源，下图所示为传感 器电源的两种形式。
⑤CAN数据总线符合国际标准，便于一辆车上不 同厂家生产的电控单元进行数据交换。
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3、CAN数据传输系统的组成 CAN数据传输系统中每块电脑的内部增加了一个
CAN控制器，一个CAN收发器；每块电脑外部连接了两 条CAN数据总线。在系统中作为终端的两块电脑，其内 部装有一个数据传递终端，有时数据传递终端也可以 安装在电脑外部。
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中央处理器 是具有译码指令 和数据处理能力 的电子部件，是 汽车电子控制的 核心。
汽车电子控制系统与传感器
⑵ 存储器 存储器是用来存储程序指令和数据的部件，它分为
只读存储器和随机存取存储器二种。
只读存储器（ROM）是用来存储制造厂家编制的控 制程序、运行程序和原始试验数据等，它的信息一旦写 入就不可更改，只能读出。
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汽车电子控制系统与传感器
由上面的分析可知：
①当某一传感器或电路产生了故障后，其信号就不 能作为汽车的控制参数，为了维持汽车的工作，微机便 从程序存储器（ROM）中调出某一固定数值，作为汽车 的应急参数，保证汽车可以继续工作。
②当微机本身出现故障时，微机便自动启动备用控 制回路对汽车进行简单控制，使汽车可以开到附近的修 理厂进行修理。
•Volvo 汽车线束增加统计
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汽车电子控制系统与传感器
1、CAN总线的含义
CAN是Controller Area Network（控制单元区域网 络）的缩写，含义是控制单元通过网络交换数据。
使用了CAN总线的汽车，无论各控制单元之间传递 的信息量有多大，每个控制单元都只需要引出２条双向 数据线共同接在２个节点上，这２条双向数据线就称为 CAN总线。
③当微机检测到某一执行器出现故障时，为了安全 起见，采取故障保险措施（称为“故障保险”）。
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三、CAN总线系统与故障诊断
随着汽车上电气元件越来越多，线束也越来越复杂， 线束出现故障的概率也随之提高。为了解决这个问题， 汽车上采用了CAN总线数据传输系统,以简化电气线路 的线束。
故障自诊断系统能自动地、连续地监测传感器、 执行装置和微机本身的工作状态，如果发现不正常的情 况出现（此现象必须持续一定的时间），就将一系列的 警告信号以故障码（DTC）的形式存储到随机存储器。
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汽车电子控制系统与传感器
一旦有故障码存入随机存储 器中，在仪表板上的相应警告灯 点亮，如发动机系统有故障，则 “Check Engine” 警告灯点亮， 提醒驾驶员要及时检修。
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4、故障诊断 为了便于维修人员诊断和测试汽车电控系统的故
障，在电控汽车上设置了故障诊断通讯接口和专用的 ECU检测仪（汽车电脑故障诊断仪）。
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汽车电子控制系统与传感器
故障诊断接口
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•故障诊断接口
汽车电子控制系统与传感器
§8-2 汽车用传感器
传感器的主要功能是检测汽车的运行参数或状态， 它将非电量转换成电量，供ECU分析、处理等。
常用的传感器有温度传感器、压力传感器、位置传 感器、速度传感器、流量传感器等。
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一、曲轴位置传感器（CPS）
曲轴位置传感器又称为发动机转速与曲轴转角传感 器，它的作用是检测曲轴转动角度、发动机转速和气缸 上止点（判缸信号）信号，并输入电控单元ECU，以便 确定点火时刻、喷油时刻和控制燃油泵工作等。
尔元件作为测量元件，当电流Ｉ通 过放在磁场中的霍尔元件，且电流 Ｉ与磁场Ｂ垂直时，电荷在磁场的 作用下向一侧偏移，在垂直于电流 Ｉ和磁场Ｂ的横向侧面上产生一个 霍尔电压ＵH＝RNI B / b。
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汽车电子控制系统与传感器
霍尔式曲轴位置传感器原理
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•如果磁场消失，则霍尔电压ＵH也消失
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３、执行器的故障诊断与故障保险
当执行器发生故障时，往往会对汽车的行驶和安全 造成一定的影响。要对执行器进行故障诊断，一般要设 置故障诊断电路，用来反馈执行器的执行情况。
一旦确认执行器发生故障，ECU将根据故障的严 重程度采取相应的安全措施，自动停止某些功能的执行， 这种功能称为“故障保险”。如当点火器出现故障时， 自诊断模块会切断燃油喷射系统的电源，停止喷油，以 免混合气进入排气系统引起爆炸。
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一、汽车电子控制系统的组成
汽车的电子控制系统，由输入电路（传感器等）、 电子控制装置（ECU）和输出电路（执行器）等组成。
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汽车电子控制系统与传感器
汽车电子控制系统的结构框图
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汽车电子控制系统与传感器
1、输入电路 输入电路又称输入接口，它是将传感器、开关等输
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汽车电子控制系统与传感器
2、CAN数据传输系统的优点
①将传感器信号线减至最少，使更多的传感器信 号进行高速数据传递；
②电控单元和电控单元插脚最小化应用，节省电 控单元的有限空间；
③如果系统需要增加新的功能，只需软件升级即 可；
④各电控单元对所连接的CAN总线进行实时监测， 如出现故障该电控单元会存储故障码；
它有二种安装方式：一种是安装在分电器内（已淘 汰），另一种是安装在曲轴箱内、凸轮轴或飞轮处。
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•安装在分电器内
•安装在曲轴箱内
•安装在飞轮处
汽车电子控制系统与传感器
㈠ 安装在分电器内的曲轴位置传感器(已淘汰) 安装在分电器内的曲轴位置传感器有光电式、磁感
应式和霍尔效应式三种。 1、光电式曲轴位置传感器 • 光电式曲轴位置传感器安装于分电器内，它由发 光管、光敏管和遮光盘等组成。
它是一个电阻器，避免数据传输终了被反射回来并 产生反射波，这将使数据遭到破坏。
④ CAN数据总线（BUS） • CAN数据总线用以传 输数据的双向数据线。
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•双绞数据总线
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BMW汽车的CAN总线系统
•中央网关模 块
•网 关
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• E-60的全车网络图，它包括了4套总线结构：K-CAN, PT-CAN， Most和 Byteflight，其中K-CAN总线主要包括车身 电子控制单元， PT-CAN总线主要包括动力系统及底盘控制 单元， Most总线主要包括娱乐、通讯和显示系统控制单元， Byteflight总线主要用于安全气囊系统。
•①可编程只读存储器（PROM），与ROM相同。
•只
•读 •存
•②可改写只读存储器（EPROM），信息可擦除 （紫外线）和重新写入。
•储 •③电可擦只读存储器（EEPROM），在通电的情
•器
况下可改写部分信息，便于数据的修改和升级，是 汽车只读存储器的发展方向。
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汽车电子控制系统与传感器
•安装在曲轴箱 内
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•安装在凸轮轴 处
•安装在飞轮处
汽车电子控制系统与传感器
在电子控制系统中设有后备电路（备用电路系 统），当控制系统本身出现故障时，程序就不能正常 运行。此时启用备用电路，进入后备程序简易控制运 行状态，用固定的控制信号，使车辆继续行驶。
由于备用电路系统只维持发动机运转的简单功能， 而不能替代微机的全部功能，它只按照起动信号和怠 速触点的闭合状态，以恒定的喷油持续时间和点火提 前角对喷油器和点火系统进行控制。因此，后备电路 的工作又称为 “跛行” 模式。
1、传感器的故障诊断与故障运行
传感器的故障诊断只要监视传感器的输入信号是 否在正常范围内？如果超出正常范围，则ECU将此情 况以代码形式存储在随机存储器中，并点亮对应的警 告灯，同时启用备用数据，使汽车继续行驶到有关的 修理厂进行修理。
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2、电子控制系统的故障诊断与后备程序
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汽车电子控制系统与传感器
⑷ 总线（BUS） • 总线是微机内部传递信息的电路连线，CPU、 ROM、RAM与I/O接口之间的信息交换都是通过总线 来实现的，总线可分为数据总线、地址总线和控制总 线三种。
•3、输出电路 微机输出的信号电压低（5V）、信号弱，不能直
接控制执行器，必须通过输出电路进行功率放大后才 能控制执行器按微机的指令动作。
① CAN控制器
• CAN控制器的作用是接收 控制单元中微处理器发出的数 据，处理数据并传给CAN收发 器。同时CAN控制器也接收收 发器收到的数据，处理数据并 传给微处理器。
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② CAN收发器 收发器是发送器和接收器的组合，它将CAN控制器
提供的数据转化为电信号并通过数据总线发送出去。同 时，它接收总线数据，并将数据传到CAN控制器。
入信号转换成计算机可接受的数字信号，汽车的输入信 号有数字信号和模拟信号二种。
•⑴ 数字信号输入电路 • 数字信号只有高电 平和低电平两种状态（如 脉冲信号和开关信号等）， 经过数字输入电路（缓冲 器）滤波或整形或电平转 换后供微机分析计算。
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汽车电子控制系统与传感器
⑵ 模拟信号输入电路
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2、电子控制器（ECU）
汽车电子控制装置实质上是一个单片机系统，它 是将中央处理器（CPU）、存储器、定时/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 块集成电路上的微型计算机。
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•晶体管式ECU
汽车电子控制系统与传感器
⑴ 中央处理器（CPU）
• 随机存取的存储器（RAM）起到一个寄存器的 作用，它随时可以读出或写入数据，主要用来存放故 障代码、空燃比的修正数据等，一旦电源中断，其内 部存放的数据将全部丢失。
⑶ 输入/输出（I/O）接口电路
输入/输出（I/O）接口电路是CPU与传感器或执 行器之间进行数据交换和下达控制指令的通道。由于 传感器和执行器的种类繁多，它们的信号速度、频率、 幅度、功率和工作时序等都不可能完全与CPU匹配， 通过CPU进行协调和控制。
• 电子控制器的输出 电路主要是由大功率三极 管组成的驱动电路。
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二、汽车电子控制系统的自诊断
汽车采用电子控制系统后带来了新的问题：一是 电控系统较复杂，对检修带来了一定的困难；二是电子 控制系统的安全容错处理，汽车不能因为电子控制系统 的故障而导致汽车失控或不能运行。为此，在电子控制 系统中设置了故障自诊断的功能。
霍尔式传感器有两个突出优 点：一是输出电压信号近似于方 波信号；二是输出电压高低与被 测物体的转速无关。霍尔式传感 器与磁感应式传感器不同的是需 要外加电源。
汽车电子控制系统与传感器
㈡ 安装在曲轴箱内或飞轮处的曲轴位置传感器
在现代汽车上，曲轴位置 传感器安装在曲轴箱内、凸轮 轴处或发动机飞轮处。
常用的有磁感应式和霍尔 式二种曲轴位置传感器。
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汽车电子控制系统与传感器
2、磁感应式曲轴位置传感器 磁感应式曲轴位置传感器又称磁脉冲式曲轴位置传
感器，它由上、下两部分组成。上部为检测曲轴位置基 准的G信号，下部为曲轴转速与转角的Ne信号。
•判缸信号
•曲轴转角信 号
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3、霍尔式曲轴位置传感器 霍尔式曲轴位置传感器采用霍
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§8-1 汽车电子控制系统
现代汽车上的发动机、自动变速器、安全装置等 均采用16位或32位微处理器控制（俗称“电脑控 制”），控制系统称为“电子控制系统” 。
• 电子控制系统是 一种按预定程序自动地 对各种传感器的输入信 号进行分析、比较、计 算和处理，然后产生控 制信号，控制有关执行 器工作的装置。
模拟信号是一个连续变化的电量（如电压、电流信 号等），信号的大小用幅值来表示。
模拟信号必须转换成数字信号后才能供微机分析和 计算，模拟信号输入电路实质上是一个模数转换器 （A/D转换器）。
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汽车电子控制系统与传感器
A/D转换器采样的一般为电压信号，而汽车上的 一些传感器（如发动机水温传感器、进气温度传感器 和节气门位置传感器等）不直接产生电压信号，要由 电子控制器内的稳压电路提供电源，下图所示为传感 器电源的两种形式。
⑤CAN数据总线符合国际标准，便于一辆车上不 同厂家生产的电控单元进行数据交换。
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3、CAN数据传输系统的组成 CAN数据传输系统中每块电脑的内部增加了一个
CAN控制器，一个CAN收发器；每块电脑外部连接了两 条CAN数据总线。在系统中作为终端的两块电脑，其内 部装有一个数据传递终端，有时数据传递终端也可以 安装在电脑外部。
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中央处理器 是具有译码指令 和数据处理能力 的电子部件，是 汽车电子控制的 核心。
汽车电子控制系统与传感器
⑵ 存储器 存储器是用来存储程序指令和数据的部件，它分为
只读存储器和随机存取存储器二种。
只读存储器（ROM）是用来存储制造厂家编制的控 制程序、运行程序和原始试验数据等，它的信息一旦写 入就不可更改，只能读出。
PPT文档演Βιβλιοθήκη Baidu板
汽车电子控制系统与传感器
由上面的分析可知：
①当某一传感器或电路产生了故障后，其信号就不 能作为汽车的控制参数，为了维持汽车的工作，微机便 从程序存储器（ROM）中调出某一固定数值，作为汽车 的应急参数，保证汽车可以继续工作。
②当微机本身出现故障时，微机便自动启动备用控 制回路对汽车进行简单控制，使汽车可以开到附近的修 理厂进行修理。
•Volvo 汽车线束增加统计
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汽车电子控制系统与传感器
1、CAN总线的含义
CAN是Controller Area Network（控制单元区域网 络）的缩写，含义是控制单元通过网络交换数据。
使用了CAN总线的汽车，无论各控制单元之间传递 的信息量有多大，每个控制单元都只需要引出２条双向 数据线共同接在２个节点上，这２条双向数据线就称为 CAN总线。
③当微机检测到某一执行器出现故障时，为了安全 起见，采取故障保险措施（称为“故障保险”）。
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汽车电子控制系统与传感器
三、CAN总线系统与故障诊断
随着汽车上电气元件越来越多，线束也越来越复杂， 线束出现故障的概率也随之提高。为了解决这个问题， 汽车上采用了CAN总线数据传输系统,以简化电气线路 的线束。
故障自诊断系统能自动地、连续地监测传感器、 执行装置和微机本身的工作状态，如果发现不正常的情 况出现（此现象必须持续一定的时间），就将一系列的 警告信号以故障码（DTC）的形式存储到随机存储器。
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汽车电子控制系统与传感器
一旦有故障码存入随机存储 器中，在仪表板上的相应警告灯 点亮，如发动机系统有故障，则 “Check Engine” 警告灯点亮， 提醒驾驶员要及时检修。
汽车电子控制系统与传感器
4、故障诊断 为了便于维修人员诊断和测试汽车电控系统的故
障，在电控汽车上设置了故障诊断通讯接口和专用的 ECU检测仪（汽车电脑故障诊断仪）。
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故障诊断接口
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•故障诊断接口
汽车电子控制系统与传感器
§8-2 汽车用传感器
传感器的主要功能是检测汽车的运行参数或状态， 它将非电量转换成电量，供ECU分析、处理等。
常用的传感器有温度传感器、压力传感器、位置传 感器、速度传感器、流量传感器等。
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一、曲轴位置传感器（CPS）
曲轴位置传感器又称为发动机转速与曲轴转角传感 器，它的作用是检测曲轴转动角度、发动机转速和气缸 上止点（判缸信号）信号，并输入电控单元ECU，以便 确定点火时刻、喷油时刻和控制燃油泵工作等。
尔元件作为测量元件，当电流Ｉ通 过放在磁场中的霍尔元件，且电流 Ｉ与磁场Ｂ垂直时，电荷在磁场的 作用下向一侧偏移，在垂直于电流 Ｉ和磁场Ｂ的横向侧面上产生一个 霍尔电压ＵH＝RNI B / b。
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霍尔式曲轴位置传感器原理
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•如果磁场消失，则霍尔电压ＵH也消失
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３、执行器的故障诊断与故障保险
当执行器发生故障时，往往会对汽车的行驶和安全 造成一定的影响。要对执行器进行故障诊断，一般要设 置故障诊断电路，用来反馈执行器的执行情况。
一旦确认执行器发生故障，ECU将根据故障的严 重程度采取相应的安全措施，自动停止某些功能的执行， 这种功能称为“故障保险”。如当点火器出现故障时， 自诊断模块会切断燃油喷射系统的电源，停止喷油，以 免混合气进入排气系统引起爆炸。
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汽车电子控制系统与传感器
一、汽车电子控制系统的组成
汽车的电子控制系统，由输入电路（传感器等）、 电子控制装置（ECU）和输出电路（执行器）等组成。
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汽车电子控制系统与传感器
汽车电子控制系统的结构框图
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1、输入电路 输入电路又称输入接口，它是将传感器、开关等输
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2、CAN数据传输系统的优点
①将传感器信号线减至最少，使更多的传感器信 号进行高速数据传递；
②电控单元和电控单元插脚最小化应用，节省电 控单元的有限空间；
③如果系统需要增加新的功能，只需软件升级即 可；
④各电控单元对所连接的CAN总线进行实时监测， 如出现故障该电控单元会存储故障码；
它有二种安装方式：一种是安装在分电器内（已淘 汰），另一种是安装在曲轴箱内、凸轮轴或飞轮处。
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•安装在分电器内
•安装在曲轴箱内
•安装在飞轮处
汽车电子控制系统与传感器
㈠ 安装在分电器内的曲轴位置传感器(已淘汰) 安装在分电器内的曲轴位置传感器有光电式、磁感
应式和霍尔效应式三种。 1、光电式曲轴位置传感器 • 光电式曲轴位置传感器安装于分电器内，它由发 光管、光敏管和遮光盘等组成。