第一章汽车电子控制技术基础共25页
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重庆大学机械学院汽车系 张伟
(二)ECU的组成
ECU一般由输入接口、微处理器和输出接口组成， 如图2-2所示。
1．输入接口电路
输入接口电路，主要是完成外部传感器与微 处理器之间的信息传递。主要是对传感器输入 信号进行预处理，使输入信号变成微处理器可 以接受的信号。因为输入信号有两类：模拟信 号和数字信号，所以分别有相应的输入电路进 行处理。
ABS 控制 计算机
主缸电磁阀 PRV电磁阀 回流电磁阀 保持电磁阀 减压电磁阀 液压泵电机
重庆大学机械学院汽车系 张伟
三、汽车控制用ECU
(一)主要功能 (1)接受传感器或其他装置的输入信号 (2)给传感器提供参考电压：如2v、5v、9v或2v。 (3)存储、计算、分析处理信息，存储运行信息 和故障信息，分析输入信息并进行相应的计算。 (4)输出执行命令，把弱信号变为强信号的执行 命令。 (5)输出故障信息。 (6)完成多种控制功能。
丰田车的电控系统实例
电动节பைடு நூலகம்门 控制计算机
节气门电机
节气门开度 传感器
辅助节气门 开度传感器
发动机 控制 计算机
TRC 控制 计算机
ABS报警灯 TRC OFF 灯 滑动喷射器
TRC开关
ABS/TRC执行元件
前右速度传感器 前左速度传感器 后右速度传感器 后左速度传感器
T/M速度传感器 加速度传感器
重庆大学机械学院汽车系 张伟
单片机是指将CPU、RAM／ROM、I／O接口、 定时／计数器等元件集成在一块芯片上所形成 的芯片级计算机。如流行的MCS一51系列单片 机外形如图2-4所示。单片机具有小型化、功 能强、可靠性高、价格低、性能价格比高和功 耗低等一系列优点，因而在汽车的实时控制中 得到了广泛的应用。
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(1)模拟信号的处理
信号若信号很弱，则需要进行放大。然 后进行模数( A／D )转换 若信号不是很弱，而且在A／D所设定的 量程范围内，可直接进行A／D转换。 若超过了A／D转换器的量程，则需要进 行电压转换，使其不超过 A／D的量程范 围。 图2-3显示了A／D的工作过程。
从1987年度开始，把逻辑模块与动力模块联合 成一个单模块发动机控制器，被称为“动力控 制模块PCM”(如图2-12所示)。该模块具有自适 应能力，且处理信息和完成输出的速度比逻辑 模块和动力模块快。
重庆大学机械学院汽车系 张伟
从1990年开始，由于电喷系统采用低阻 型喷油器，它的工作电流比较大，驱动 电路要用较大的散热器进行冷却，并让 发动机的进气流过计算机，以更好地冷 却喷油器驱动电路。 到1992年，克莱斯勒公司采用高电阻喷 油器，电流降低了，无需配置大散热器 了，计算机体积减小，同时也不需要用 进气气流进行冷却了。
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二、通用汽车电脑
1986年以前，动力控制模块称为160b／s计算 机。从1986年度开始的车型，通用汽车公司采 用P4型计算机，其波特串是8192。某些2019 年生产的通用公司汽车，用整车控制模块 VCM(如图2-13)代替了动力控制模块。整车控 制模块执行原有的动力控制模块和制动防抱死 模块的功能。
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第二节 在汽车控制系统中的应用
一、克莱斯勒汽车电脑
1987年前，克莱斯勒电喷汽车上有两个电 脑：一个逻辑模块(如图 2-10所示)和一个动力 模块(如图2-11所示)。大多数输入信号都接人 逻辑模块，在逻辑模块中进行分析、运算和处 理，然后将指令送给动力模块。动力模块中主 要有执行元件的驱动电路，并驱动相应的执行 器进行工作。
一般采用通用的单片机，如Intel MCS8048， 8049，8032，Motorola MC6802， RCAl802等 8位机及IntelMCS8097 16位机。也用到一些专 用单片机，它是为某一领域或特定商品而开发 设计的，其内部系统结构或指令系统都是特殊 设计的(甚至内部已固化好程序)，如Siemens 80C166，80C196KB，80535等单片机。
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四、执行元件
执行元件的任务是根据ECU输出的控 制信号执行某种相应的动作，以实现某 种预定的功能。如燃油喷射控制中的喷 油器和电动油泵、点火控制中的点火线 圈、怠速控制中的步进电机、自动变速 器控制中控制换挡的电磁阀、空调控制 中的压缩机或电磁离合器等。
各种控制系统中执行元件的使用情况 如表2-2所示。
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3．输出接口电路
输出接口电路将ECU与执行元件联系起来。它 将ECU作出的决策指令转变为控制信号来驱动 执行元件进行工作，它起着控制信号的生成与 放大等功能。常见的输出执行元件通常是一些 继电器、电磁线圈或显示器等。 如图2-9是喷油器的驱动电路，在该电路中设 置有功放集成电路模块LM324。它具有两个功 能：一是增强输出信号的驱动能量，为大电流 功放管提供足够的基极电流；二是在数字电路 与模拟电路之间形成器件隔离，以抑制干扰。
GM的动力控制模块包含一个或多个可拆卸 的芯片，位于计算机的检修板下。某些波特率 160的动力控制模块有两个可拆卸的芯片，一 个可编程的只读存储器和一个标定软件包一 CAIJAK，如图2-14所示。
重庆大学机械学院汽车系 张伟
可编程只读存储器含有一些控制该汽车 运行的专门信息，如点火提前控制程序 等。备用的供油程序装在标定的软件包 芯片中。假如控制燃油供给的正规芯片 出了故障，标定软件包程序便可取而代 之。在此情况下，燃油供给可能不精确， 但汽车仍然可以行驶。 在P4型计算机中，可编程只读存储器和 标定软件包芯片合成一个“存储一标定” (MEMCAL)芯片，如图2-15所示。某些通 用汽车目前装用新一代P6型计算机。
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(2)数字信号的输入。
主要是来自转速传感器的转速信号和活塞 上止点参考信号，它们都是脉冲信号。 经过处理之后，通过I／O接口可直接送 入微处理器。一般要设置放大电路和脉 冲信号整形电路。
2．微处理器
目前汽车上用的微处理器主要是8位单 片机或16位单片机，现在一些轿车上开 始使用 32位单片机。
(二)ECU的组成
ECU一般由输入接口、微处理器和输出接口组成， 如图2-2所示。
1．输入接口电路
输入接口电路，主要是完成外部传感器与微 处理器之间的信息传递。主要是对传感器输入 信号进行预处理，使输入信号变成微处理器可 以接受的信号。因为输入信号有两类：模拟信 号和数字信号，所以分别有相应的输入电路进 行处理。
ABS 控制 计算机
主缸电磁阀 PRV电磁阀 回流电磁阀 保持电磁阀 减压电磁阀 液压泵电机
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三、汽车控制用ECU
(一)主要功能 (1)接受传感器或其他装置的输入信号 (2)给传感器提供参考电压：如2v、5v、9v或2v。 (3)存储、计算、分析处理信息，存储运行信息 和故障信息，分析输入信息并进行相应的计算。 (4)输出执行命令，把弱信号变为强信号的执行 命令。 (5)输出故障信息。 (6)完成多种控制功能。
丰田车的电控系统实例
电动节பைடு நூலகம்门 控制计算机
节气门电机
节气门开度 传感器
辅助节气门 开度传感器
发动机 控制 计算机
TRC 控制 计算机
ABS报警灯 TRC OFF 灯 滑动喷射器
TRC开关
ABS/TRC执行元件
前右速度传感器 前左速度传感器 后右速度传感器 后左速度传感器
T/M速度传感器 加速度传感器
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单片机是指将CPU、RAM／ROM、I／O接口、 定时／计数器等元件集成在一块芯片上所形成 的芯片级计算机。如流行的MCS一51系列单片 机外形如图2-4所示。单片机具有小型化、功 能强、可靠性高、价格低、性能价格比高和功 耗低等一系列优点，因而在汽车的实时控制中 得到了广泛的应用。
重庆大学机械学院汽车系 张伟
(1)模拟信号的处理
信号若信号很弱，则需要进行放大。然 后进行模数( A／D )转换 若信号不是很弱，而且在A／D所设定的 量程范围内，可直接进行A／D转换。 若超过了A／D转换器的量程，则需要进 行电压转换，使其不超过 A／D的量程范 围。 图2-3显示了A／D的工作过程。
从1987年度开始，把逻辑模块与动力模块联合 成一个单模块发动机控制器，被称为“动力控 制模块PCM”(如图2-12所示)。该模块具有自适 应能力，且处理信息和完成输出的速度比逻辑 模块和动力模块快。
重庆大学机械学院汽车系 张伟
从1990年开始，由于电喷系统采用低阻 型喷油器，它的工作电流比较大，驱动 电路要用较大的散热器进行冷却，并让 发动机的进气流过计算机，以更好地冷 却喷油器驱动电路。 到1992年，克莱斯勒公司采用高电阻喷 油器，电流降低了，无需配置大散热器 了，计算机体积减小，同时也不需要用 进气气流进行冷却了。
重庆大学机械学院汽车系 张伟
二、通用汽车电脑
1986年以前，动力控制模块称为160b／s计算 机。从1986年度开始的车型，通用汽车公司采 用P4型计算机，其波特串是8192。某些2019 年生产的通用公司汽车，用整车控制模块 VCM(如图2-13)代替了动力控制模块。整车控 制模块执行原有的动力控制模块和制动防抱死 模块的功能。
重庆大学机械学院汽车系 张伟
第二节 在汽车控制系统中的应用
一、克莱斯勒汽车电脑
1987年前，克莱斯勒电喷汽车上有两个电 脑：一个逻辑模块(如图 2-10所示)和一个动力 模块(如图2-11所示)。大多数输入信号都接人 逻辑模块，在逻辑模块中进行分析、运算和处 理，然后将指令送给动力模块。动力模块中主 要有执行元件的驱动电路，并驱动相应的执行 器进行工作。
一般采用通用的单片机，如Intel MCS8048， 8049，8032，Motorola MC6802， RCAl802等 8位机及IntelMCS8097 16位机。也用到一些专 用单片机，它是为某一领域或特定商品而开发 设计的，其内部系统结构或指令系统都是特殊 设计的(甚至内部已固化好程序)，如Siemens 80C166，80C196KB，80535等单片机。
重庆大学机械学院汽车系 张伟
四、执行元件
执行元件的任务是根据ECU输出的控 制信号执行某种相应的动作，以实现某 种预定的功能。如燃油喷射控制中的喷 油器和电动油泵、点火控制中的点火线 圈、怠速控制中的步进电机、自动变速 器控制中控制换挡的电磁阀、空调控制 中的压缩机或电磁离合器等。
各种控制系统中执行元件的使用情况 如表2-2所示。
重庆大学机械学院汽车系 张伟
3．输出接口电路
输出接口电路将ECU与执行元件联系起来。它 将ECU作出的决策指令转变为控制信号来驱动 执行元件进行工作，它起着控制信号的生成与 放大等功能。常见的输出执行元件通常是一些 继电器、电磁线圈或显示器等。 如图2-9是喷油器的驱动电路，在该电路中设 置有功放集成电路模块LM324。它具有两个功 能：一是增强输出信号的驱动能量，为大电流 功放管提供足够的基极电流；二是在数字电路 与模拟电路之间形成器件隔离，以抑制干扰。
GM的动力控制模块包含一个或多个可拆卸 的芯片，位于计算机的检修板下。某些波特率 160的动力控制模块有两个可拆卸的芯片，一 个可编程的只读存储器和一个标定软件包一 CAIJAK，如图2-14所示。
重庆大学机械学院汽车系 张伟
可编程只读存储器含有一些控制该汽车 运行的专门信息，如点火提前控制程序 等。备用的供油程序装在标定的软件包 芯片中。假如控制燃油供给的正规芯片 出了故障，标定软件包程序便可取而代 之。在此情况下，燃油供给可能不精确， 但汽车仍然可以行驶。 在P4型计算机中，可编程只读存储器和 标定软件包芯片合成一个“存储一标定” (MEMCAL)芯片，如图2-15所示。某些通 用汽车目前装用新一代P6型计算机。
重庆大学机械学院汽车系 张伟
(2)数字信号的输入。
主要是来自转速传感器的转速信号和活塞 上止点参考信号，它们都是脉冲信号。 经过处理之后，通过I／O接口可直接送 入微处理器。一般要设置放大电路和脉 冲信号整形电路。
2．微处理器
目前汽车上用的微处理器主要是8位单 片机或16位单片机，现在一些轿车上开 始使用 32位单片机。