技师第4章 汽车电子控制单元工作原理及自诊断

,第一节 汽车电子控制系统的组成及原理一、汽车电子控制系统的组成和功用 汽车电子控制系统简称电控系统，也称为汽车计算机控制系统，一般由传感器、电控单元和执行器三部分组成。 l、传感器 传感器是电控系统的信号输入装置。其主要作用是将汽车运行工况中的各种参数转换成电信号输入电控单元。输入电控单元的电信号一般有模拟信号和数字信号两种。 对于模拟信号输入装置(如热线式空气流量传感器、水温传感器等)来说是将微机控制对象的各种被测参数(如空气流量、水温等)通过传感器变成模拟电信号，然后经过AD转换器转换成数字信号进入电控单元。而数字信号输入装置多是产生离散信号，通常这些信号代表两种状态。如开与关、高电平与低电平等。 2、电控单元,电控单元ECU(EIectrnnic Contral unit)是以微处理器为核心的计算机控制装置。它包括硬件与软件两部分。硬件是计算机系统中物理组成的总称。它由输入信导电路、微型计算机(微机)、输出信号电路等构成，如图2-1-1所示。软件是相对硬件而盲的，它主要包括ECU运行所需的各种程序、基本数据以及一些工况修正系数的数据储存等。电控单元也被称为电子控制器或车用计算机。 3、执行器 执行器是根据电控单元的控制指令完成各种相应动作，具体执行某项控制功能的装置。在汽车电控系统中，执行器把从ECU传来的电信号转换为机械运动。它通过电能、发动机真空、气压或三者之间的组合作用，对外做功，推动汽车或发动机的某个装置运动，以完成所需要的控制任务。例如，执行器可根据ECU的指令改变发动机节气门的开度从而控制发动机的转速。最常使用的执行器主要有电磁线圈、电动机、继电器等。,第4讲 汽车电子控制单元工作原理及自诊断,二、汽车电子控制系统的控制原理 现代控制分为反馈控制和程序控制两大类。反馈控制是要不断测量被控对象的输出，或者说要随时了解控制产生的效果，根据输出或控制产生的效果随时调整控制作用的大小，这就形成了一个闭形环路，故称闭环控制；而程序控制是根据事先设定好的程序进行操作，在操作过程中这个程序不再改动，因此这种控制是开环控制。开环控制在原理上比反馈控制要简单许多，但程序控制技术在不断发展，开环和闭环在一种控制设备中常常混合应用。 车用计算机是操纵车辆各部分工作的主要控制装置，它们完成许多过去由机械装置所处理不了的工作。在大多数情况下，计算机控制得到的结果与机械控制所得到的结果之间的主要差别是所得结果的多样性，计算机能在较广泛的范围内提供控制，能处理更多的信息。另一点差别是计算机具有多功能性。利用经典和现代控制理论而建立的开环闭环、最优、自适应控制系统，在优化控制中都有采用。 建立这些控制系统，首先要对汽车某一系统(如点火提前角优化控制系统)进行系统辨识，建立该系统的数学模型，然后采用相应的控制方法进行优化控制。但是发动机结构复杂，影响点火的因素较多，理论推导优化点火状态下的数学模型比较困难，因此一般用试验的方法找出各种工况下的最佳点火提前角。然后存入微机内存，在实际控制过程中，微机不断检测发动机的工况(如发动机转速和功率等)；用查表的方法查出该工况下的最佳点火提前角修正后再通过微机接口、放大电路去控制点火。由此可见，使用同样的车用计算机，制造厂可以为不同的发动机和不同的工作状况编制不同的控制软件，这要比重新制造新的机械控制装置容易得多，也经济得多，这就是计算机控制的最突出的优点之一。 在现代汽车电子控制系统中常采用的控制方式有开环控制、闭环控制和自学习控制等。,1、开环控制 比较简单的控制系统常采用开环控制，它只是由控制装置改变被控对象的状态。在这种控制中，系统的输出量对系统的控制作用没有影响，既不需要对输出量进行检测，也不需要将输出量反馈到系统输入端与输入量进行比较。在汽车电子控制装置中，开环控制系统的方框图如图2-1-2所示。 当发出控制指令后，控制对象便开始工作，但系统不能自动检测控制对象是否按控制指令的要求进行工作。例如，对汽油喷射系统的控制，事先把根据试验确定的发动机各种工况的最佳喷油系数，存放在ECU的存储器中。当发动机运转时，ECU在接收系统中各种传感器传来的信号后，经过处理，判断发动机运转工况，计算出最佳的喷油量，并根据计算结果控制喷油器的喷油时间，以精确地控制混合气的空燃比使发动机在接近理想空燃比下运转。 开环控制系统的结构简单，易于实现，但其控制精度取决于设定参数的精度和被控对象的运行状况。例如，当发动机的性能出现差异或因发动机喷油器磨损、老化等引起性能变化时，混合气就不可能正确地保持在理想的空燃比值，难以实现最佳控制。 2、闭环控制 汽车电子控制装置中的闭环控制系统方框图如图2-l-3所示。 闭环控制是指通过反馈环节将控制对象的输出信号引回到输入端，与ECU中存储的设定值相比较，求出偏差值，将此差值信号再去控制被控对象的输出信号，其传输途径形成一个闭合环路。由于闭环控制是通过反馈来实现的，所以也叫做反馈控制。例如，对发动机空燃比的控制，是通过安装在排气管上的氧传感器，根据排气中氧含量的变化，检测出进入发动机的混合气的空燃比值，并把它反馈输入ECU中，与设定的空燃比相比较，求出误差信号控制喷油时间，使空燃比值保持在理想值附近。因此，闭环控制可以消除发动机性能差异或因喷油器磨损、老化等引起的性能变化，其工作稳定性好，并可达到较高的控制精度。,对混合气空燃比的闭环控制，是一个简单而实用的闭环控制系统。但这一过程的时间包括混合气吸入气缸、排气流过氧传感器，以及氧传感器的响应时间等。由于存在滞后时间，要完全准确地使空燃比保持在理论空燃比(147：1)是不可能的。因此实际控制的混合气的空燃比总是保持在理论空燃比附近的一个狭窄范围内。 3、自学习控制 自学习控制系统也是一种闭环控制系统，它具有辨识、判断、积累经验和学习的功能。 在控制系统的特性事先不能确切知道，或不能确切地用数学方法描述时，采用自学习控制可以在工作过程中不断地测量、估计系统的特性，并决定最优控制方案，实现性能指标最优控制。这种控制方法在新型轿车的电控系统中应用越来越多。用于发动机电控汽油喷射系统的空燃比自学习控制原理如图2-l-4所示。 自学习控制是自动地检测由控制系统各组成元件和发动机制造误差、使用老化等引起的空燃比控制特性的偏差，并进行及时修正的系统。对于某一型号的发动机来说，各种工况下的基本喷射时间是标准数据，它们都按照储存在存储器中的数据运行。对于由传感器、执行器等离散性产生的空燃比偏差，将由氧传感器的反馈修正；同时，还有一个根据其偏差量修正与该时刻运转工况相对应的学习修正量。此学习修正量始终储存在ECU的存储器,中，即使在点火开关断开时也不消除。当下一次这种运转工况出现时，就能根据此学习修正量对空燃比偏差进行修正。例如，由于某种原因，流过空气流量传感器的空气量减少，将造成实际空燃比偏离理论空燃比，致使混合气偏浓，假若实际空燃比较理论空燃比浓10，则进行反馈控制时其反馈修正值的中心位置为O9的位置(即减少10)，此时相当于实际空燃比偏离理论空燃比0.1。若使反馈修正值的中心回到理论空燃比l.O的位置上，根据空燃比中心值的偏离量，即可确定自学习控制修正值约为0.9。ECU求出自学习修正值后，将该值存入存储器中，在以后使用过程中，把符合当前条件的自学习修正值，都反映到喷射时间上，做到持续进行修正。因为自学习控制修正值能随运转条件变化立即反映出来(反映到喷射时间上)，所以提高了过渡工况运转的空燃比控制精度。,三、汽车电子控制系统的特点 (1)具有高的工作可靠性。高的工作可靠性是汽车电控系统工作的基本保证，是确保电控系统精确控制的基础。 (2)具有良好的抗振性。必须承受汽车行驶中产生的强烈冲击和振动，承受较大的动载荷。 (3)能在温度大范围变化的情况下正常工作。元件能够耐受较大的热负荷，在较宽温度范围内能够稳定工作。 (4)具有抗强电磁干扰的能力。发动机运转过程中会产生强电磁干扰，电控系统能够屏蔽这些干扰确保输人、输出的信号准确无误。 (5)电压波动较大的情况下正常工作。汽车行驶中，电压波动较大，能在输人电压不稳定的状况下正常工作。 (6)具有较强的抗腐蚀、污染的能力。常处于腐蚀介质和污染环境中，能确保系统具有抵抗腐蚀介质的影响。四、汽车电子控制系统的应用 随着汽车电子化的发展，目前比较多见、成熟的汽车电控系统，主要有发动机电子控制、底盘电子控制、车身电子控制、信息传递等几大部分。 （一)汽车发动机电控系统 发动机电控系统：包括燃油喷射、点火时间、怠速运转、废气再循环、爆燃控制和其他相应的控制以及自诊断系统、后备系统等。发动机电子控制能最大限度地提高动力性，改善运转的经挤性，同时尽可能降低排放量。 1、电控燃油喷射 主要是最佳空燃比的控制。它能有效的控制混合气空燃比，使发动机在各种工况以及有关因素的影响下，空燃比达到最佳值，从而实现提高功率、降低油耗、减少排气污染的功效。 分为开环与闭环两种控制。闭环控制是在开环控制的基础上，在一定条件下，由电控单元根据氧传感器输出的混合气(空燃比)信号，修正燃油供给量，使混合气空燃比保持在理想状态。 2、点火时间控制 该系统可使发动机在不同转速、进气量等因素下，实现最佳点火提前角，使发动机能发出最大的功率或转矩，同时使油耗和排放降低到最低限度。 该系统分开环和闭环两种控制。闭环是在开环的基础上，增加一个爆震传感器进行反馈控制，其点火时刻的精度比开环高，但排气净化稍差些。,3、怠速控制 根据冷却水温度及其他有关参数，如空调开关信号、动力转向开关信号等。使发动机的怠速转速处于最佳状态。 4、排放控制 包括废气再循环控制、三元催化转换控制和活性炭罐燃油蒸发控制等。可确保把汽车排放污染降低到最低程度。 5、进气控制 电控进气系统包括进气通道控制和可变配气相位控制，可以使发动机在任何工况和转速下均保持最佳的进气量，动力充沛，油耗低。 6、柴油机电控系统 同汽油机相比，采用电控系统较晚，普及率不高。但与汽油机相似，柴油机电控系统主要包括喷油量控制、喷油时刻控制、怠速控制、进气节流控制、预热控制、涡轮增压控制、废气再循环控制以及自诊断和安全功能。 (二)汽车底盘电控系统 包括防抱死制动、驱动防滑、自动变速器、悬挂系统、电子控制动力转向、四轮转向、巡航系统等。 1、制动防抱死和驱动防滑系统 都是汽车的主要安全装置，ABS可防止制动时车轮被抱死，产生侧滑，提高车辆制动的稳定性和可操纵性；驱动防滑系统用来防止汽车起步和加速时驱动轮打滑，使车辆在起步或加速时的操纵性和稳定性处于最佳状态。 2、电控自动变速器 该装置有多种形式。它能根据发动机节气门开度和车速等行驶条件，由电控单元按照换挡特性和换挡规律，精确控制变速比，使汽车达到最佳挡位。它与机械系统比较，具有高精度动力传动效率、低油耗，改善换挡舒适性，汽车行驶的平稳性以及延长使用寿命等优点。 3、电控悬挂系统 悬挂系统控制可根据不同的路面状况和车辆运行工况，自动控制车身高度，调整悬挂的弹性刚度和阻尼，改善辆行驶稳定性、平顺性、操纵性和乘坐舒适性。 4、电控动力转向系统 根据车速、转向角、转矩等传感器信号自动控制施加在转向盘上的转向力使汽车在停车或低速行驶时转向盘所需的力减小，高速行驶时转动转向盘所需的力增大，即在各种行驶条件下实现转向上所需的力都是最佳值。全电子控制动力转向可提供回正力矩和阻尼力矩，从而获得最优转向回正特性且大大改善车辆行驶稳定性。此外电子控制动力转向还可获得最优化的转向作用力特性，提高转向响应性。,5、电控巡航系统 电控巡航系统根据车速传感器、巡航控制开关及定速取消开关信号，通过进气管的真空度或直流电机控制节气门开度来保持预先设定车速，而驾驶员不需脚踩加速踏板。汽车在高速公路上长时间行驶时，设定巡航车速后，电控单元将根据行车阻力自动增减节气门开度，使汽车行驶速度保持一定，轻驾驶员驾车的疲劳。 (三)汽车车身电控系统包括空调、车辆信息显示、刮水器、灯光、门锁、车窗、电动座椅、安全气囊与安全带、防撞与防盗安全系统等。 1、汽车空调控制系统 车用全自动空调的电子控制器是根据各种温度传感器(车内外温度、太阳辐射强度、蒸发器温度、发动机冷却液温度等)输入的信号，计算出经过空调热交换器后送入车内应该达到的出风温度。对混合气调节开度、风扇驱动电机转速、冷却器风门(或加热器风门)、压缩机等进行控制，自动地使车内的温度、湿度始终处于最佳值，为驾驶员和乘员提供一个舒适的乘坐环境。 2、信息显示系统 也称驾驶员信息系统。该系统正处于发展和完善阶段，由车况监测部件、车载计算机和电子仪表三部分组成。汽车车况监测是传统仪表板报警功能的发展，主要通过液位、压力、温度、灯光等传感器，检测发动机系统、制动系统、电源系统以及车灯的故障。车载计算机提供的信息能提高行车的安全性，燃油经济性及乘坐舒适性。它能使驾驶员获得平均油耗、瞬时油耗、平均车速、可行驶里程、驾驶时间、时钟温度等有关正确驾驶的信息。这些信息在需要时才能通过键盘和按钮调出。电子仪表为驾驶员提供汽车行驶时最基本的操作信息(车速、机油温度、水温、行驶里程等)，且这些信息连续在仪表板上显示。 3、汽车电子灯光控制系统 可根据光传感器检测到的车外天气光亮情况，自动的将后灯和前照灯接通或切断，提高使用的便利性和行驶安全性。 4、安全气囊控制系统 是一种被动安全保护装置。其功用是当传感器检测到撞车事故发生时，即向控制器发送信号，而当判断电路根据传感器送来的信号值判断为严重撞车情况时，即触发装在转向盘内的氮气发生器，点燃气体发生剂，产生高压氮气迅速吹胀气囊。吹胀的气囊将驾驶员与转向盘和挡风玻璃隔开，以防止撞车过程中，驾驶员的头部和胸部直接撞在转向盘或挡风玻璃上发生伤亡事故。,(四) 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部分。 1、多路信息传递系统 由显示器电子控制器、具有操作开关的显示器(监视器)和其他各种电子控制器(光盘、电视、音响、全球定位系统、移动电话等控制器)组成。每个电于控制器通过通讯网络与其他电子控制器相连。显示器电子控制器作为主控制器，通过多路通讯网络进行通讯及整个系统的控制，由显示器显示诸如行车用的交通地图信息资料、汽车油耗情况以及车辆行驶过程的信息等。 2、汽车导航系统 汽车导航系统由GPS接收机、电子地图等组成。 导航定位系统通过GPS接收机接收卫星信号，解算出自身经纬度坐标，然后与系统内的电子地图匹配在屏幕上动态显示车辆运行轨迹，驾驶员便可对当前行车位置一目了然。GPS系统和地理信息系统(GIs)可提供大量有用信息，满足车辆定位与导航，交通管理与监控的需要，并为驾驶员提供旅馆、加油站、修车厂等信息服务。 3、移动通讯系统 移动电话与常规电话不同。首先，蜂窝式移动电话的话机及拨号的按键直接与无线电发射接收器相连，不采用电话线；其次，是电话可随汽车移动。当通讯开始时，移动电话需要选择一个适合的无线电波的频道，且必须通过基地站的程控电子开关板来控制蜂窝式移动电话与基地站连接。由于蜂窝式移动电话是四处移动，因此，还必须了解移动电话所处的位置(即汽车所处位置)。这样蜂窝式移动电话才能被覆盖该地区的基地站所接通，同时还与汽车所用的移动电话的计费问题相联系。 第二节 电控单元 电控单元(ECU)也称为电子控制器或车用计算机，是汽车电控系统的核心。电控单元可以分为硬件和软件两部分，硬件部分是构成电控单元的物理元器件，软件部分是实现电控单元控制功能的指令和数据系统。ECU的功用是对各种传感器输送来的信息进行运算、处理和分析判断然后发出各种控制指令，使执行器按指令动作。ECU还具有故障监测功能，能将系统中发生的故障存储记忆下来，为故障诊断提供依据。,一、电控单元的硬件结构 硬件物理结构分为壳体、接口、电路板和电路几个部分。壳体可用塑料或金属材料制成，当安置在驾驶室或行李箱内时，壳体可以采用非密封结构。当安置在发动机舱内时，壳体必须采用密封结构。电控单元的壳体是非标准件，其外形和接口有所不同。接口是电控单元与外部电路的连接部分，接口的形状和端脚数量取决于电控单元的功能，通常接口的端脚数量不超过100个。电路板一般采用印刷电路板，对于结构复杂和电磁兼容性要求高的电控单元可以采用多层结构，有特殊要求时还可以采用陶瓷电路板，电路板中有时还设置一些元件形成混合集成电路。 电控单元的电路部分主要由一些通用或专用的大规模集成电路构成，电路元件越来越多地采用表面安装技术，尽管电控单元的控制功能越来越多，但电控单元的体积却越来越小。 电路从功能方面可以分为输人信号处理电路、计算电路、输出信号处理电路和安全保护电路等几个部分。 (一)输人信号处理电路 1、输入信号处理电路的主要功能 (1)识别和指示数据传送的地址输入电路能通过地址识别线路，判定主机要求交换信息的装置，是否是本接口连接的装置，如果不是，就拒绝变换。当信息传送时，输入电路能指出信息在主机的地址。 (2)数据缓冲与暂存，使IO装置与微处理器在数据传送速度上得到匹配。因为微处理器与IO装置处理数据的速度并不相同，为使微处理器与IO之间的数据交换取得同步，就需要进行数据缓冲，如先把数据输人缓冲寄存器锁存起来。然后IO装置再从缓冲器中取出数据。 (3)信息格式转换把输入装置送往微处理器的信息转换成其能接收的格式，反之微处理器输出到输出装置(执行器)的信息也需转换成执行器能接收的格式，如数/模转换，信息电平高低的转换，串、并行传送方式的转换等。,(4)传送主机控制命令接口电路能记录和识别主机传送来的控制命令，如输出时。微处理器将信息送到输出电路以备输出；输入时，输人装置将数据送到输入接口寄存，以备CPU来读取。这些均由接口发出相应的信号来告诉输入装置。这些命令有起动、停止、读、写等。 (5)反映输人、输出装置的工作状态输入、输出时，输入电路随时采集并保存装置的工作状况，以备主机查询。这些状态有装置正在工作、停止工作、出现故障、中断请示等。,2、输入信号电路主要组成 (1)AD转换器在汽车电子控制系统中，最主要的输入电路是传感器输入电路。而从传感器中输入的参数往往是连续变化的模拟量，如温度、压力、流量、位移量等。所谓连续量，它包括两个方向的意思：一是时间变化连续，二是数值变化连续。模拟量不能送入电脑进行运算，而必须把模拟量转换成二进制数码表示的数字信号，才能送到电脑中进行算术或逻辑运算。能够将模拟量转换成数字量的器件称为模、数转换器，即AD转换器，如图2-1-5所示。 (2)数字输入缓冲器输入装置不能直接和微处理器数据总线相连，要借助于输入接口电路使输入装置与总线膈离，起缓冲、暂存数据的作用，并协调解决主机和输入装置间数据传送速度不匹配的矛盾。数字输入缓冲器具有对数据信息传送速度的缓冲作用，从而达到主机和输入装置之间速度匹配的目的。,(二) 计算电路 计算电路实际上是一个微型计算机，包括CPU、存储器、输入端口、输出端口四大部分。各种输入信号通过输人端口进入CPU，CPU是微机的核心部分，它首先从预先写人存储器的程序(由一系列指令所组成)中遂条取出执行指令，然后进行指令译码。并按照操作码所指明的操作类型，对操作数据进行操作。CPU对这些数据进行算术或逻辑运算，把运算结果储存在存储器中，通过输出端口输出，并同时使执行器进行工作。,(2)寄存器 寄存器提供参与运算的操作数据并存放运算结果。按其作用可分为通用寄存器和专用寄存器两类。 (3)控制器 控制器是计算机的“指挥中心”，它的主要功能是按照人们预先设定的操作步骤，控制整机各部件步调一致地自动工作。它内部的逻辑电路的作用是使整个系统按一定时序进行协调一致的操作，它在算术逻辑运算单元、输入输出接口以及存储器之间发出同步信号，控制指令按一定顺序进行读取、译码、执行等操作，并通过本身发出的控制信号与外界进行通信。,1、CPU：是电控单元的控制中枢，它是运算器与控制器的总称。把运算器与控制器集成在一小块硅片上。即称该芯片为中央处理器CPU或微处理器。 CPU的功用是读出命令并执行数据处理任务，即通过接口向系统的各个受控部分发出指令，同时又可对整个控制系统所需的参数进行检测、数据处理，控制运算与逻辑判断。 CPU种类很多内部构成不尽相同，但其基本结构是大致相同的，主要由进行数据算术运算和逻辑运算的运算器、暂时存储数据的寄存器、按照程序进行各部件之间信号传送及控制的控制器等构成，如图所示。为确保可靠，一般均采用双CPU结构。 (1)运算器 运算器是一个用于信息加工的部件，通常由算术逻辑运算单元(ALU)，以及通过内部总线而挂在其周围的暂存寄存器、累加器、锁存器、标志触发器等构成。,控制器要从内存中按顺序读取各条指令每读取一条指令，就进行分析，然后根据指令向各功能部件发出控制命令，控制它们执行这条指令所指定的任务。当控制器得知一条指令执行完毕后，就会自动按顺序去读取下一条要执行的指令，重复上述工作过程，直到整个程序执行完毕。在控制器中有指令寄存器，用来存放新读取来的指令寄存数据，而指令译码器能解读指令寄存器中某项指令编码，向执行该指令的电路(内部寄存器、运算器等)输出执行指令。 2存储器 “记忆”部件。微机要根据已编制的程序，对数据和信息自动快速地进行运算和处理，就必须把指令、数据和微机的中间结果存放在微机内部，存储器就是微机中存储计算程序、原始数据及中间结果的设备。存储器的容量越大，则记忆的信息越多，微机的功能就越强。微机中的操作主要是与存储器交换信息，因此，存储器的工作速度是影响计算机运算速度的主要因素。半导体存储器的集成度高、体积小、成本低，动态存取时间短，在微机中的应用日益广泛，特别是在车用计算机中，几乎全部采用半导体存储器。车用计算机所用的半导体存储器，按存储信息的功能可分为随机存取存储器RAM和只读存储器ROM。RAM又称读写存储器，一般是指机器运行期间可读、可写的存储器。而只读存储器一般是指机器运行期间只能读出信息，不能随时写人信息的存储器。只读存储器按功能可分为掩模式ROM(简称ROM)、可编程序只读存储器PROM和可改写的只读存储器EPROM。 存储器由许多存储单元组成，每个存储单元可以存放若干二进制代码(指令或数据)。为区分不同的存储单元，通常把内存中全部存储单元进行统一编号，此号码称为存储单元的地址码。当计算机要把一个代码存人其存储单元中或从其存储单元取出时，首先要把该存储单元的地址码通知存储器，然后由存储器“查找”与该地址码对应的存储单元，查到后才能进行信息的存取。 3、输入、输出端口 端口是指那些在接口电路中完成信息的传送，并可由编程人员寻址进行读写的寄存器。CPU可以通过输入、输出指令向端口取或存信息。端口主要有两类：一类为状态口和命令口另一类为数据口。状态口主要用来检测IO装置的工作状态，CPU通过输入指令来检测输入装置的工作状态，以决定下一步的操作。CPU通过输出指令向输出装置发出控制命令以控制相应的执行器，如“起动(或停止)电机转动”、“步进电机转向”、“改变某些频率”等。而数据口传送的是数据信息，如数字、字符及某种特定的编码等。 若干个端口加上相应的控制电路而构成接口。所以，一个接口往往含有几个端口。,4时钟系统及电源装置 时钟的作用是产生恒定脉冲时钟信号，从而对各单元间的数据传输进行控制。时钟系统包括时钟脉冲源与脉冲发生器。时钟脉冲源通常由晶体振荡器及与非门组合的振荡电路所组成，它为脉冲发生器提供频率稳定且电平匹配的时钟脉冲信号。脉冲发生器通常由循环移位寄存器构成，它产生一组有序的、间隔相等或不相等的脉冲序列，提供工作脉冲。 计算机的工作就是运行程序，而程序是由若干指令所组成的。运行程序就是执行指令序列每一条指令的执行都要经过取出指令、指令译码和执行指令3个阶段。即程序一旦装入存储器，CPU就自动地、逐条地从存储器中取出指令对指令进行译码，解释成一组控制信号，然后送到相应部件，定时起动所要求的操作。上述3个阶段分别对应3个周期：取指周期、分析周期、操作周期。因此，一条指令执行的周期由以上3个周期组成。通常将一条指令从取出到执行完成所需的时间称作指令周期，一个指令周期就是取出并执行一条指令的时间。 CPU在执行指令时，各种操作都要在时钟的控制下，按一定的时间节拍(也称周期)，按顺序而且还要按精确的定时进行。时钟脉冲发生器产生一连串具有一定频率与宽度的脉冲送入CPU，对计算机的工作过程进行时间的控制。由时钟脉冲发生器产生固定频率的节拍，就是计算机各操作的最小时间单位。系统中各部分元件都按照这一统一的节拍操作。才能保证在同一时间内完成一定的操作。 5总线 计算机是一个信息处理系统，它由若干功能部件构成，这些功能部件在一起协调工作才能形成一个完整的计算机系统。总线是构成计算机各系统的骨架，是在各个功能部件之间设置的公共信息传输线。借助总线将计算机各功能部件之间连接起来，以实现传送地址、数据和控制信息的操作。总线结构，可以大大减少信息传送线的数量，便于实现系统积木化，增加系统灵活性。 车用计算机中CPU通过这组总线与存储器及输入、输出接口传送信息，而存储器及输入、输出接口也可通过这组总线直接进行信息交换，如图。 根据传输信号的不同，总线可以分为数据总线、地址总线与控制总线。其数据总线主要用于传送数据和指令，它由几根导线组成。数据总线是双向总线，即CPU的数据可以传送到存储器或输入、输出接口，也可以从存储器或输入、输出接口接收数据。地址总线用于传送地址码。计算机总线上各器件之间的通信，主要是靠地址码准确地进行联系的。控制总线用来传送各种控制信号。,(三)输出信号电路 是微机与被控对象进行信息交换的纽带，它将微机作出的决策指令，转换为控制信号去驱动执行器进行工作。起着控制信号的生成与放大等作用。微机算出的结果是数字量，需转换成模拟量送出去控制相应的执行器。因此，输出信号电路的功用是将微机输出的数字信号转换成可以驱动执行器的模拟信号，通常采用大功率管，由微机输出信号控制其导通截止。在电控发动机中，ECU输出的各种控制指令，由电子控制系统的执行器来执行，如执行喷油脉冲控制、点火提前角控制、怠速控制、排放控制以及起动故障自诊断程序和安全保险、备用程序等。在电控自动变速器中，ECU输出控制信号使其液压控制装置上的各个电磁阀工作，进行换挡操作。 (四)安全保护电路 由电源监控、故障记忆、继电器驱动和故障指示灯驱动电路等组成。主要作用是监控电源电压，确保系统内部电压稳定。监控系统各个部分工作是否正常，如果发现有故障出现，立即点亮故障指示灯，记录故障代码，同时根据CPU指令使系统退出工作状态或进入后备工作状态。二、电控单元的软件结构 软件可以分为程序和数据两部分。数据是通过大量试验获得的。是满足微机控制汽车的各种性能的最重要的保证。程序的结构取决于电控单元的功能，数据与程序的特定部分相联系并在控制系统自检时保持一定。 (一)程序部分 电控系统的程序一般都用汇编语言编写，为了编程、调试、修改和使用方便，一般采用模块化结构。程序部分一般包括以下几个部分： (1)软件与电控单元的匹配部分：包括输入输出调制和滤波、驱动功率放大、微处理器和电控单元初始化、微处理器与外围设备的内部服务，如操作系统等软件之间的内部服务。 (2)软件的控制功能部分：其结构取决于控制系统要求实现的控制功能。 (3)安全保险功能部分：如输出电路发生短路的处理过程、输入信号出现异常时的替代值根据要求设置软件检测程序等。 (4)自检及环境测试所需的诊断和通讯部分。（二)数据部分 数据可以分为与系统固定特性相关的固定数据和与系统可变特性相关的校正数据两类。如控制系统中执行器的数量等即为固定数据，为了保证控制的实时性和准确性，在存储容量足够的前提下，汽车电控系统可以将被控系统的特性图以数据表的形式存储在存储器中，汽车发动机和变速器的各种特性即为校正数据，校正数据必须根据控制系统用于具体车型进行设定。,三、电控单元的工作原理 电控单元的主要工作就是按照特定的程序对输入信号进行处理，并形成相应的控制指令向执行器输出驱动信号。电控单元的主要工作过程由微处理器进行，而微处理器是通过读取系统指令进行工作的。 在存储器的特定区段中存储着指令或数据，存储器的这一区段称为寄存器，其中存放着处理器下一指令所在地址的寄存器称为程序计数器，用于临时存放从存储器中读出指令的寄存器称为指令寄存器。 微处理器工作时先根据程序计数器中的地址将指令读入指令寄存器中，然后对指令进行翻译，而程序计数器则存储下一条指令所在的地址。微处理器在获得执行该指令所必须的信息以后，将执行该指令所定义的过程，指令定义的过程主要包括对数据进行存储、运算、逻辑判断和函数转换等。当一条指令执行结束以后，微处理器将重复进行确定指令存储地址读取指令、解译指令和执行指令这一循环过程执行下一条指令，直到程序中的全部指令执行完毕。对于8位数微处理器，运行一个指令读取和执行循环大约需要3ms的时间。 为了改善程序的结构，程序中往往会包含一些子程序，每个子程序用于实现一个特定的功能，主程序需要调用子程序时，将有一条指令使程序计数器设置为子程序第一条指令所在的地址，然后微处理器将运行该子程序，当子程序运行结束时，子程序的最后一条指令又使微处理器返回到当初离开主程序的位置。 微处理器的另一重要工作是对来自输入、输出和反馈电路的优先信号作出反应，当这些优先信号输入微处理器时，微处理器将停止正在进行的工作，转向运行处理这些优先信号的子程序，这一过程称为中断服务，这些需要优先处理的信号称为中断信号。中断服务功能可以使微处理器不必对控制系统进行连续监测，又可以在进行其他控制过程中按照需要对中断信号进行及时处理，使处理这些信号的时效性得到保证。例如，发动机因点火过于提前导致爆震发生时，由爆震传感器反馈的爆震信号将使微处理器中断正在进行的工作，而转向运行延迟点火正时的子程序，使爆震燃烧得到抑制。四、电控单元的发展 随着汽车电控系统的发展，汽车上将会使用越来越多的汽车专用电控单元，而且其中的微处理器的处理能力、运算速度和集成度将进一步提高。汽车电控系统将广泛采用32位和64位微处理器，许多系统的电控单元功能将被集成在硅片上，预计未来的汽车电控系统的电控单元将被集成动力传动控制模块、底盘控制模块、车身控制模块、信息通讯控制模块和后备控制模块等5个处理单元，其中每个处理单元都有独立的控制模块、中央处理器和存储器，形成多功能集中控制系统。多功能集中控制系统有利于提高系统的可靠性、增加控制功能和减小占用空问。,第三节汽车电子控制系统的故障自诊断 现代汽车电子控制系统中，都设有故障自诊断系统。该系统可以监测、诊断电控系统的工作状况以及工作中出现的故障。当发现系统有故障时，会点亮仪表板上的系统故障警示灯，通知驾驶员系统出现故障，同时把故障代码存入存储器中。当进行维修时，修理人员将存入存储器中的故障码调出，可以快速准确地诊断出故障的原因和部位。一、故障自诊断原理 当接通点火开关时，电控系统的自诊断系统就开始进入工作状态，首先是ECU进入初始化程序，并对系统进行自检。此时故障警示灯会闪亮，如果故障管示灯不亮，则表示故障警示灯线路有故障。自诊断系统常常使用此办法来检查其输出装置故障替示灯是否正常。 发动机起动后，检查警示灯应该熄灭，如果它不熄灭，表示自诊断系统已检测到故障。当车辆运行过程中自诊断系统就一直在工作，当检测到一个故障时，ECU就将故障代码存入存储器，并点亮故障警示灯。 对于自诊断系统，正常的输入、输出信号电平都是在规范范围内变化的，当某一电路出现超出规定范围的信号时，诊断系统就判定该信号线路出现故障。例如，某种水温传感器工作正常时，输出电压在O.14.8V范围内变化，如果水温传感器输出电压小于0.1V，就相当于发动机水温高于139，这在发动机正常工作中是不可能出现的，自诊断系统就会判断出水温传感器出现故障。当判断信号线路是否出现故障时，偶尔出现一次超范围的不正常信号，诊断系统并不判为故障。不正常信号必须持续一段时问，例如某型轿车发动机转速1500r/min时，氧传感器信号电压低于0.15V必须持续2min以上才能确定氧传感器有故障。 应该注意到，自诊断系统只能对类似开路或短路故障进行报警并记录故障代码，但对于传感器性能不佳这类故障往往无法确认，只能由人工方法进行具体检测才能确定故障原因并排除。二、故障代码的读取与清除 (一)故障码的分类 故障代码的测试模式分为静态测试模式和动态测试模式两类。目前大多数车型主要用静态测试模式，其特点是，接通点火开关，但不起动发动机或车辆处于静止状态。动态测试是在发动机正常运转或车辆运行中进行故障诊断的一种测试方法，可以检测到静态测试无法判断的故障。 故障代码也分为两类，一类是硬码，另一类称为软码。例如，当发动机运转时，故障警示灯一直保持闪亮，说明ECU已检测到一个故障，而且该故障一直存在，称其对应的故障码为硬码。当发动机运转时，故障警示灯亮，然后熄灭，表示ECU已经检测到一个间歇性故障，,其对应的代码称为软码。一般软码通常是由于线路接触不良引起的，应采取症状模拟方法来排除。 (二)故障码的显示方法 对于不同的厂家、不同的车型、不同的电控系统。故障代码的读取与清除方法各不相同，但是故障码显示的方法基本相似。 1、故障灯显示法 大部分电控系统的自诊断系统均采用故障灯显示法。当维修人员用跨接线或带LED灯的跨接线跨接自诊断插座某两个端于，并打开点火开关时，仪表板上的故障警示灯或LED灯会闪亮，显示出故障代码。根据灯光闪亮的方式不同可分为： (1)直接计数法 故障码等于故障警示灯闪烁的次数。若只有一个故障码，将循环显示该故障码，循环显示中间有一个时间间隔，称为循环间隔时间。若有二个以上故障码时，两故障码间也有一定的时间间隔，称为代码间隔时间。循环间隔时间一般都大于代码间隔时间。 (2)十进制计数法 故障码由两位数组成，在十位数和个位数之间有一个时间间隔，称为位数间隔时间，以区分十位数和个位数，它比代码间隔时间要短。十位数和个位数的闪烁波形是一样的，首先显示十位数中间熄灭，熄灭时间等于位数间隔时间，接下来显示个位数，如图2-l-8所示。 (3)长、短闪烁法 实际上也是十进制计数法只不过是为了进一步区分十位数和个位数在十进制计数法的基础上将十位数闪亮的时间加长罢了，如图2-l-9所示。 2、数字显示法 数字显示法主要在一些高档轿车上应用，其进行故障自诊断测试时，故障码将以数字的形式直接显示在信息显示器上。 3、LED显示法 LED是发光二极管的英文鞴写。有些厂家在电控单元上设有一个或多个