08汽车电学基础第八部分

汽车电学基础,第八部分,汽车微机基础,情境一：单片机的组成和分类,一、单片机的概念,单片机是将中央处理器CPU、存储器、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,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。,单片机基本结构框图,二、单片机的组成,1.中央处理器,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,由运算器、寄存器和控制器组成。,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协工作。,中央处理器,2.存储器,在单片机或微型计算机中,存储器(Memory)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个二进位信息(或),称为存储器的存储位(Bit)。每个记忆存储电路构成存储器的一个基本单元,存储位二进制信息,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(ReadOnlyMemory,ROM)和随机存取储存器(RandomAccessMemory,RAM).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。,()只读存储器只读存储器(ROM)是一种一旦信息写入就不可更改,而只能读出的存储器.实质上,ROM是一次性写入、可随机读出的存储器。根据ROM编程方式不同,只读存储器(ROM)可分为以下三种:,掩膜ROM,可编程ROM(即PROM),可改写ROM(即EPROM),()随机存储器随机存储器(RAM)与只读存储(ROM)相比有两点不同:一是RAM中的信息既可随时写入或读出,也可随时改写,改写时不必先擦除原有内容;二是半导体RAM中的信息会因突然断电而丢失。因此在汽车上,RAM通常用来存储单片机工作时暂时需要存储的数据(如输入/输出数据、单片机运算得出的结果、故障码、空燃比修正数据等),这些数据根据需要可随时调用或被新的数据改写。,3.输入/输出接口,输入/输出(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。,4.总线,总线(BUS)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的。按传递信息的不同,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。,5.输出回路非门,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。,MCS-单片机的基本结构,三、单片机的分类,4位单片机,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。,位单片机的特点是价格便宜,但功能不弱,只是CPU为位。,8位单片机,位单片机已成为单片机的主要机型。,16位单片机,32位单片机,32位单片机首推英国Inmos公司的IMST单片机,它是目前并行处理位数最高的单片机。,实际应用的16位单片机主要是Intel公司的MCS90单片机系列。,情境二：汽车电脑原理,一、汽车电脑控制系统概述,.汽车电脑控制系统的组成,汽车电脑控制系统基本组成,汽车电脑控制系统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，汽车电脑一般被称为ECU(ElectronicControlUnit),是控制系统的核心.ECU主要由输入接口、微处理器和输出接口组成。,.汽车电脑控制系统的特点,具有高的工作可靠性,具有良好的抗振性,能在温度大范围变化的情况下正常工作,具有抗强电磁干扰的能力,能在电压波动较大的情况下正常工作,具有较强的抗腐蚀、抗污染的能力,.汽车电脑控制系统的应用,目前比较普遍的汽车电脑控制系统主要有发动机电控系统、底盘电控系统、车身电控系统、信息传递系统等几大部分。,()汽车发动机电控系统,发动机电控系统主要包括电控燃油喷射系统、电控点火系统、发动机怠速控制系统、废气再循环控制系统、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。,电控燃油喷射系统,电控点火系统,怠速控制系统,排放控制系统,进气控制系统,()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)、悬架系统控制、电控动力转向系统、四轮转向控制系统、巡航控制系统等。,()汽车车身电控系统,汽车车身电控系统包括汽车空调控制、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。,()汽车信息传递系统,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。,.发动机电控系统的构成,现代发动机电控系统尽管种类繁多,但作为一个控制系统,它们具有与其他控制系统相同的三个基本组成部分:传感器、电控单元ECU)和执行元件。,二、发动机电控系统,.发动机电控系统的主要控制功能,燃油喷射控制,点火控制,怠速控制,排气净化控制,进气控制,故障自诊断和带故障运行控制,3.燃油喷射系统中的传感器,（1）空气流量计,在L型电控燃油喷射系统中,由空气流量计(MAF)测量发动机的进气量,并将进气量信号输入ECU。根据空气流量计测量原理不同,空气流量计可分为叶片式、热式和卡门旋涡式三种类型.,热式空气流量计：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。,卡门旋涡式空气流量计：光学式卡门旋涡空气流量计道内设一锥形涡流发生器,当空气流经进气道时,会在涡流发生器的后部产生有规律的卡门旋涡,从而导致涡流发生器周围的空气压力发生变化。,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。,叶片式空气流量计,叶片式空气流量电路原理图,热线式空气流量计结构,热线式空气流量计工作原理,光学式卡门旋涡空气流量计,（2）进气歧管绝对压力传感器,压敏电阻式进气歧管绝对压力传感器。主要由真空室、硅片和IC放大器组成。,电容式进气歧管绝对压力传感器。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。电容式进气歧管绝对压力传感器电容式压力传感器的测量原理:电容式压力传感器利用膜片构成一个电容值可变的压力敏感元件,膜片受力变形时,其电容值相应改变,由传感器测量电路将与压力相对应的电容变化转换为相应电信号。,压敏电阻式进气歧管绝对压力传感器,（3）节气门位置传感器,节气门位置传感器(TPS)检测节气门的开度及开度变化,此信号输入ECU,用于控制燃油喷射及其他辅助控制(EGR、开闭环控制等)。节气门位置传感器安装在节气门体上,由节气门轴驱动,可分为电位计式、触点式和综合式三种。,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。,触点式节气门位置传感器.此传感器主要由一个滑动触点和两个固定触点组成。,电位计式节气门位置传感器,触点式节气门位置传感器,（4）进气温度传感器,在D型EFI中,进气温度传感器一般安装在空气滤清器内或进气总管内.在L型EFI中,进气温度传感器一般安装在空气流量计内.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。,（5）冷却液温度传感器,冷却液温度传感器(ECTS)给ECU提供发动机冷却液温度信号,该信号作为燃油喷射和点火正时控制的修正信号。冷却液温度传感器信号也是其他控制系统(EGR等)的控制信号。,进气温度传感器,冷却液温度传感器,冷却液温度传感器电路,（6）凸轮轴/曲轴位置传感器,凸轮轴位置传感器(CMPS)给ECU提供曲轴转角基准位置(第一缸压缩行程上止点)信号,该信号作为燃油喷射控制和点火控制的主控制信号。曲轴位置传感器(CKPS)有时称为发动机转速传感器,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,该信号作为燃油喷射控制和点火控制的主控制信号。,.燃油喷射系统中的执行器,电控单元的执行器有怠速控制电动机、喷油器等。,（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,喷油器主要由滤网、线束插接器、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油口。,()喷油器的驱动方式喷油器的驱动方式可分为电流驱动和电压驱动两种方式,电流驱动方式只适用于低阻值喷油器，喷油器电流驱动电路电压驱动方式对高阻值和低阻值喷油器均可使用。,喷油器,喷油器驱动方式,喷油器电流驱动电路,情境三：课题实验,实验A燃油喷射正时,一、实验目的,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.掌握相关实验数据、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该发动机采用的是压力型电控燃油喷射系统,即ECM/PCM以发动机转速和进气歧管绝对压力信号来确定基本喷油量,以进气温度、排气氧含量、节气门开度等信号来修正喷油量.通过控制各缸喷油器的接地来控制各缸喷油的开始和停止时刻以及持续时间。,五、实验步骤和内容,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,通道的表笔连接CYP传感器的信号测试端子（B11）,接地夹接地,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的表笔依次接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根据此信号来控制各缸的喷油时刻。,实验步骤和内容,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,接地夹接地。冷车起动时和起动后冷却液温度上升时的喷油波形,ECU控制的脉冲占空比是不一样的。,2.点火开关OFF,拔掉进气温度传感器插头,在插头的两端子间接一个3000的电阻.再次起动发动机,让ECU误以为进气温度比较低,待怠速稳定后,观察示波器显示的喷油信号脉宽。,实验分析：