8第八章　汽车微机基础

本章主要介绍的内容有：单片机的组成和分类汽车电脑原理课题实验,第八章汽车微机基础,第一节单片机的组成和分类,本节主要介绍的内容有：什么是单片机单片机的组成单片机的分类,一、什么是单片机,单片机是将中央处理器CPU（CentralProcessingUnit）、存储器（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，基本结构如图8-1-1（a）所示。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，故称之为单片微型计算机，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、单片机的组成,中央处理器（CPU）是具有译码指令和数据处理能力的电子部件，是汽车电子控制单元的核心，基本结构如图8-1-1（b）所示，由运算器（Calculator）、寄存器（Register）和控制器（Controller）组成。运算器是计算机的运算部件，用于实现数学运算和逻辑运算。汽车上各种电控系统（燃油喷射系统EFI、防抱死制动系统ABS、安全气囊系统SRS、自动变速器ECT控制系统）ECU内部的数据运算与逻辑判断都在这里进行。寄存器用于暂时存储数据或程序指令。控制器是计算机的指挥控制部件，其功用是按照监控程序和应用程序使计算机各部分动协助调工作。,1中央处理器（CPU）,在单片机或微型计算机中，存储器是用来存储程序指令和数据的部件。存储器是由许多具有记忆功能的存储电路构成的，每个记忆存储电路存储1个二进位信息（0或1），称为存储器的存储位（Bit）。每8个记忆存储电路构成存储器的一个基本单元，存储8位二进制信息，称为存储字节（Byte）。存储器按读写操作原理可分为：只读存储器ROM（ReadOnlyMemory）和随机存取储存器RAM（RandomAccessMemory）。按功能可分为程序存储器和数据存储器。按构成材料可分为半导体存储器和磁质存储器。（1）只读存储器（ROM）掩膜ROM可编程ROM（即PROM）可改写ROM（即EROM）（2）随机存储器（RAM）,2存储器（Memory）,I/O（Input/Output）接口是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种类繁多，它们的信号速度、频率、电平、功率和工作时序等都不可能与CPU完全匹配，因此必须根据CPU的指令，通过I/O接口进行协调和控制。,3输入输出（I/O）接口4总线（BUS）,总线是微机内部传递信息的电路连线。在单片机内部，CPU、ROM、RAM与I/O接口之间的信息交换都是通过总线来实现。按传递信息不同，总线可分为数据总线、地址总线和控制总线三种。数据总线主要用于传送数据与指令。地址总线用来传递地址数码。微机中的器件都与控制总线连接，CPU可通过控制总线随时掌握各个器件的状态，并根据需要随时向某个器件发出控制指令。,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。下图8-1-2所示为MCS-51单片机的基本结构。,5输出回路,三、单片机的分类,单片机分为通用型单片机和专用型单片机，我们通常所说的单片机就是指通用型单片机。从基本操作处理的数据来看，单片机又可分为4位单片机、8位单片机、16位单片机和32位单片机。目前汽车上用的主要是8位单片机和16位单片机，也有一些轿车上开始使用32位单片机。14位单片机28位单片机316位单片机432位单片机,第二节汽车电脑原理,本节主要介绍的内容有：汽车电脑控制系统概述发动机电控系统,一、汽车电脑控制系统概述,汽车电脑作为控制系统的核心，在硬件结构上一般可分为三部分：外部传感器、汽车电脑和执行机构，如图8-2-1所示。汽车电脑一般被称为ECU（ElectronicControlUnit）。ECU主要由输入接口、微处理器和输出接口组成。,1汽车电脑控制系统的组成,（1）具有高的工作可靠性。（2）具有良好的抗振性。（3）能在温度大范围变化的情况下正常工作。（4）具有抗强电磁干扰的能力。（5）能在电压波动较大的情况下正常工作。（6）具有较强的抗腐蚀、抗污染的能力。,2汽车电脑控制系统的特点,3汽车电脑控制系统的应用（1）汽车发动机电脑控制系统,发动机电脑控制系统主要包括电控汽油喷射系统、电控汽油点火系统、发动机怠速控制系统、废气再循环控制系统、汽油机进气控制系统、气缸变排量控制系统、可变压缩比系统，柴油机电控系统等。电控汽油喷射系统电控汽油点火系统怠速控制排放控制进气控制,（2）汽车底盘电控系统,底盘电控系统包括防抱死制动系统（ABS）、电子防滑系统（ASR）、悬挂系统控制、电子控制动力转向、四轮转向控制、巡航控制系统等。防抱死制动系统和电子防滑系统电控自动变速器电控悬挂系统电控动力转向系统电控巡航系统,（3）汽车车身电控系统,汽车车身电控系统包括车用空调控制、车辆信息显示、风窗玻璃的刮水器控制、灯光控制、汽车门锁控制、汽车车窗控制、电动座椅控制、安全气囊与安全带控制、防撞与防盗安全系统等。汽车空调控制系统信息显示系统汽车电子灯光控制系统安全气囊控制系统,（4）汽车信息传递,汽车信息传递系统通常包括多路信息传递、汽车导航和蜂窝式移动电话三部分。多路信息传递系统汽车导航系统移动通讯系统,二、发动机电控系统,其系统构成如图8-2-2所示。,1发动机电控系统的构成,发动机微机控制系统的控制功能，视发动机的生产年份、制造商、发动机类型等有很大的差异。一般而言，生产年份较早的发动机，控制功能相对较少，而近年生产的发动机，电控系统的控制功能已有很大的扩展。主要控制功能如下：（1）燃油喷射控制（2）点火控制（3）怠速控制（4）排气净化控制（5）进气控制（6）故障自诊断和带故障运行控制,2发动机电控系统的主要控制功能,3燃油喷射系统中的传感器（1）空气流量计（MAF）叶片式空气流量计,叶片式空气流量计基于力学原理对发动机进气量进行测量，其工作原理如图8-2-3所示，电路原理图见图8-2-4。发动机工作时，ECU给电位计电阻提供一个标准电源电压VB，使其电流保持恒定，此位置产生的电压信号Us（或UB-Us）输送给ECU，以确定发动机进气量的大小。,电路原理图见图8-2-4。发动机工作时，ECU给电位计电阻提供一个标准电源电压VB，使其电流保持恒定，此位置产生的电压信号Us（或UB-Us）输送给ECU，以确定发动机进气量的大小。,热式空气流量计的主要元件是热线电阻，可分为热线式和热膜式两种类型，其结构和工作原理基本相同。,热式空气流量计,热线式空气流量计的工作原理如图8-2-6所示。,卡门旋涡式空气流量计,光学式卡门旋涡空气流量计的结构如图8-2-7所示。,（2）进气管绝对压力传感器（IMAPS）压敏电阻式进气管绝对压力传感器,传感器的结构如图8-2-8所示，主要由绝对真空室、硅片和IC放大电路组成。,传感器结构示意图如图8-2-9所示，位于传感器壳体内腔的弹性膜片用金属制成，弹性膜片上、下两个凹玻璃的表面也均有金属涂层，这样在弹性膜片与两个金属涂层之间形成两个串联的电容。,电容式进气管绝对压力传感器,（3）节气门位置传感器（TPS）电位计式节气门位置传感器,此类型的节气门位置传感器是一个由节气门轴驱动的电位计，如图8-2-10所示。,此传感器主要由一个滑动触点和两个固定触点组成，如图8-2-11所示。,触点式节气门位置传感器,进气温度传感器如图8-2-12所示，传感器壳体内装有一个热敏电阻，进气温度变化时，热敏电阻的阻值发生变化。,（4）冷却液温度传感器（ECTS）,冷却液温度传感器的结构和电路如图8-2-13和图8-2-14所示，其工作原理与进气温度传感器相同。,（5）凸轮轴/曲轴位置传感器（CPS）,凸轮轴位置传感器（CMPS）给ECU提供曲轴转角基准位置（第一缸压缩上止点）信号，作为燃油喷射控制和点火控制的主控制信号。曲轴位置位置传感器（CKPS）有时称为转速传感器，用来检测曲轴转角位移，给ECU提供发动机转速信号和曲轴转角信号，作为燃油喷射控制和点火控制的主控制制信号。,4燃油喷射系统中的执行器（1）喷油器的构造与工作原理,按喷油口的结构不同，喷油器可分为轴针式和孔式两种，如图8-2-15所示。喷油器主要由滤网、线束连接器、电磁线圈、回位弹簧、衔铁和针阀等组成，针阀与衔铁制成一体。轴针式喷油器的针阀下部有轴针伸入喷口。喷油器不喷油时，回位弹簧通过衔铁使针阀紧压在阀座上，防止滴油。当电磁线圈通电时，产生电磁吸力，将衔铁吸起并带动针阀离开阀座，同时回位弹簧被压缩，燃油经过针阀并由轴针与喷口的环隙或喷孔中喷出。当电磁线圈断电时，电磁吸力消失，回位弹簧迅速使针阀关闭，喷油器停止喷油。在喷油器的结构和喷油压力一定时，喷油器的喷油量取决于针阀的开启时间，即电磁线圈的通电时间。回位弹簧弹力对针阀密封性和喷油器断油的干脆程度会产生影响。,（2）喷油器的驱动方式,喷抽器的驱动方式可分为电流驱动和电压驱动两种方式，如图8-2-16所示。电流驱动方式只适用于低阻值喷油器，电压驱动方式对高阻值和低阻值喷油器均可使用。,电流驱动方式电压驱动方式,在采用电流驱动方式的喷油器控制电路中，不需附加电阻，低阻喷油器直接与蓄电池连接，通过ECU中的晶体三极管对流过喷油器线圈的电流进行控制，电路图见图8-2-17。,低阻喷油器采用电压驱动方式时，必须加入附加电阻。因为低阻喷油器线圈的匝数较少，加入附加电阻，可减小工作时流过线圈的电流，以防止线圈发热而损坏。附加电阻与喷油器的连接方式有三种。电压驱动方式中的喷油器驱动电路较简单，但因其回路中的阻抗大，喷油器的喷油滞后时间长。其中，电压驱动高阻喷油器的喷油滞后时间最长，电压驱动低阻喷油器次之，电流驱动的喷油器最短。,第三节课题实验本田电喷发动机控制功能检测,一、实习目的1了解电喷发动机各系统的功能及在不同工况下，ECU控制的异同点；2掌握相关经验数码、参数。二、实验器材本田雅阁发动机实验台、数字示波器、万用表、电阻。三、注意事项1保证数字示波器规范性的操作；2避免蓄电池正极与实验台架短路。,四、燃油喷射正时与喷油量的控制实验A燃油喷射正时,实验步骤：1打开点火开关，起动发动机，待怠速稳定后，将示波器的两通道表笔连接到面板上，通道1的表笔连接1缸喷油信号测试端子，通道2的表笔连接CYP传感器的信号测试端子（B11），接地夹搭铁。得到1缸喷油时刻和CYP转子齿轮的位置关系波形图。2将通道1的表笔依接2、3、4缸喷油信号的测试端子A3、A5、A2，分别有2、3、4缸喷油时刻和CYP转子齿轮位置关系的波形图。实验分析：每一缸的喷油时刻对比CYP的转子齿轮的位置都不一样。相反，ECU根据此信号等来控制各缸的喷油时刻。,实验B喷油量的控制,实验步骤：1打开点火开关、起动发动机，待怠速稳定后，将示波器的通道1的测试探头连接到面板的“A1”处，接地夹搭铁。冷车起动时和起动后水温上升时的喷油波形，ECU控制的脉冲占空比是不一样的。2点火开关OFF，拔掉进行温度传感器接头，在接头的两端子间接一个3000的电阻，让ECU误以为进气温度比较低，待怠