08汽车电子控制系统与传感器
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晶体管式ECU
⑴ 中央处理器（CPU）
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。
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。
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。
汽车电子控制系统的结构框图
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
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
①可编程只读存储器（PROM），与ROM相同。
只
读
②可改写只读存储器（EPROM），信息可擦除
存
（紫外线）和重新写入。
储
③电可擦只读存储器（EEPROM），在通电的情况
器
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。
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。
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”）。
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。
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。
⑵ 模拟信号输入电路
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）。
2、电子控制系统的故障诊断与后备程序
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。
第八章、汽车电子控制系统与传感器
主要内容 汽车电子控制系统 汽车用传感器
§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。
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。
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。
⑷ 总线（BUS） 总线是微机内部传递信息的电路连线，CPU、
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
ROM、RAM与I/O接口ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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。
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。
⑴ 中央处理器（CPU）
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。
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。
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。
汽车电子控制系统的结构框图
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
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
①可编程只读存储器（PROM），与ROM相同。
只
读
②可改写只读存储器（EPROM），信息可擦除
存
（紫外线）和重新写入。
储
③电可擦只读存储器（EEPROM），在通电的情况
器
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。
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。
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”）。
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。
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。
⑵ 模拟信号输入电路
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）。
2、电子控制系统的故障诊断与后备程序
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。
第八章、汽车电子控制系统与传感器
主要内容 汽车电子控制系统 汽车用传感器
§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。
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。
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。
⑷ 总线（BUS） 总线是微机内部传递信息的电路连线，CPU、
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
ROM、RAM与I/O接口ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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。
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。