汽车电子控制系统的组成及原理

桑塔纳2000汽车电子控制系统的组成及原理

摘要：早在60年代后期和70年代，用于汽车的电子控制单元（ECU）多采用模拟电路实现，只能分别采用ECU控制汽车的某一个分系统。这种控制方式不可避免的造成的传感器的重复设置，线路结构复杂，硬件成本高，电子设备占用空间大等特点。随着电子技术的飞速发展，用于汽车的ECU逐步采用数字化和集成化技术；用集成电路做成的微处理器的运算速度不断提高，存储量不断增大。这些都使得用一个ECU实现多种功能控制系统成为可用，这样由一组集成芯片做成的ECU集成控制系统就是汽车微机控制系统。

关键词：电子控制系统

汽车电子控制单元(ECU)中枢电路元件即微型计算机。微机主要由中央处理器（CPU），用于存储程序和数据的存储器，输入\输出（I/O）接口和系统总线组成。

我们可以将汽车微机控制系统功能分为七大类，主要包括发动机控制、变速器控制、行驶与制动转向控制、安全保证及仪表警报、电源系统、舒适性和娱乐通讯。其中发动机控制系统无论总控制目标还是所需采集的参数数据都是最为复杂的。每一个控制系统可以由各自的ECU单独控制，也可几个系统组合起来共用一个ECU实行控制。不同的车型其组合形式和控制功能的分配也不尽相同。有的车型将发动机和自动变速器共用一个ECU；虽然大多数车型的点火控制和怠速控制由发动机ECU来完成，但也有的车型将定速、怠速、加速控制由行驶、制动转向控制系统ECU完成，或者单独由一个独立的ECU来实行控制。

从目前的发展趋势看，汽车微机控制系统将会以更快的速度向小型化、集成化、集中化方向发展。所谓集中，是指车用的ECU的控制功能会越来越增大，使一辆车的ECU数量越来越少。根据有关文献介绍，德国的BOSCH公司已经在着手研制综合汽车微机管理系统，下世纪初将有由一个微机芯片对汽车的所有参数、所有辅助装置进行全方位综合协调控制和管理的新型汽车投放市场。

桑塔纳2000型轿车的AJR型发动机采用了德国波许（BOSCH）公司最先进的Motronic3.8.2电子控制多点汽油顺序喷射系统。它是在AFE型发动机Motronic1.5.4系统基础上发展起来的。该系统采用热膜式空气流量计检测发动机进气流量，可直接反映发动机负荷，比Motronic1.5.4系统所采用的绝对压力传感器检测进气歧管压力并推算流量的方法更精确。AJR型发动机的曲轴上装有1个60齿的信号触发轮，用于产生曲轴转角信号，它比AFE型发动机的分电器中由4齿触发轮产生的转角信号更为准确。M3.8.2系统能依据进气流量信号和曲轴转角信号准确的控制发动机混合气空燃比和点火时间，从而极降低了汽车排气污染。

发动机具有自我诊断系统，但是必须用专用仪器方可读出控制单元（ECU）中储存的故障代码。发动机也同样具有备用功能，例如当水温传感器线路有短路故障时，ECU就认为水温始终是19.5摄氏度。备用功能用于在控制系统、传感器、执行元件发生某些故障时，维持发动机的运转，以便汽车开到修理厂。

采用新的排气系统。将消声器的管径由直径50mm改为直径45mm，

并对原消声器的部结构进行了调整，从而降低了车噪声，提高乘坐的舒适性，同时又使发动机保持良好的动力性能。

采用了汽油蒸汽控制回收系统（AKF系统）。汽油蒸汽控制回收系统采用了活性炭罐吸附油箱中挥发的汽油蒸汽，在发动机启动后，再把炭罐中吸附的汽油吹出燃烧，减少废气排放，更为节能。

AJR型发动机上装有2个爆震传感器，比AFE型发动机增加了1个，使ECU能更有效地识别各个气缸的爆震燃烧，迅速调整点火时间，保护发动机免受劣质汽油引起的强烈爆震的损害。采用两个点火线圈，即使用了双火花点火系。

M3.8.2电子控制汽油喷射系统由空气供给系统、汽油供给系统、控制系统组成，AJR型发动机电子控制系统的结构如表所示。

ECU的组成原理：

（1）输入接口

输入接口包括A/D转换器和数字输入缓冲器两个部分其作用是传感

器送来的信号变换成微机要求的数字信号。A/D转换器将那些传感器输出为模拟信号的采样信号转换成数字信号；有些传感器输出虽为数字信号，但在这入微机之前必须进行波形整形或滤波处理才能为微机所接受。数字输入缓冲器的作用是对这类数字信号进行加工处理。例如输入端A得到开关信号；B端输入的采样信号为正弦波，它必须有缓冲器进行整流、整形变成矩形脉冲后才能送到微机；C 端获得由触点振动式传感器来采样信号，并含有严重的干扰噪声；D端获得的采样信号含有明显高频干扰，这些信号都必须经缓冲器将干扰波滤去才能为微机所接受。

（2）输出接口

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通过输出端子输出。但微机端子只能输出微弱的电信号，不能直接驱动执行元件。为此，ECU必须通过输出接口把控制指令进行功率放大、译码、乃至D/A转换，变成可以推动各种执行元件的强信号。

（3）微机

微机是汽车电子控制单元的核心，微机的主要部件是具有译码指令和数据处理能力的中央处理器（CPU）。CPU它由算数逻辑单元（ALU）寄存器和控制器组成。ALU的主要功能是对数据进行算术运算和逻辑运算；寄存器用于暂时存储数据或程序指令；控制器的功能是控制程序指令译码及完成其他相关操作。

总结：汽车的各种操纵系统正向电子化、自动化方向发展。传统的

汽车机械操纵系统将变成通过高速容错通信总线与高性能CPU相连的电气系统，如汽车将采用电气马达和电控信号来实现线控驾驶，先控制动、线控油门和电控悬架等，采用这些线控系统将完全取代现有系统中的液压和机械控制。

自20世纪70年代以来，汽车工业的飞速发展都是在电子技术的推动下实现，而未来几年的汽车领域的技术革新将有百分之七十来自于电子技术的进步。可见，电子技术在未来汽车工业中所起到的作用是不可替代的。对于我国汽车工业来说，汽车电子产业仍处于初期阶段，因此，必须正确把握未来汽车电子技术发展方向，加快相关技术的研究与开发工作，以便形成自己的优势，实现民族汽车产业的快速崛起。

参考文献：

（1）海鸥刚《汽车电子学基础》理工大学

（2）振文幼平《汽车电器与电子技术》人民交通

（3）林为群《汽车单片机及车在网络系统》人民交通