周漢武

(武漢交通職業(yè)學(xué)院,湖北 ,武漢,430065)

淺論電子控制器及其在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)中的作用*

周漢武

(武漢交通職業(yè)學(xué)院,湖北 ,武漢,430065)

隨著汽車電子化程度的進(jìn)一步提高和微電子技術(shù)的迅速發(fā)展,電子控制器(ECU)的控制功能得到了重大的發(fā)展,現(xiàn)在越來(lái)越多的控制系統(tǒng)都被以ECU為核心的電子控制系統(tǒng)所取代。本文主要介紹ECU及其在燃油噴射、點(diǎn)火和廢棄再循環(huán)等三個(gè)重要的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)中的作用。

電子控制系統(tǒng),ECU,燃油噴射控制系統(tǒng)

根據(jù)汽車總體結(jié)構(gòu)來(lái)看,汽車電子控制系統(tǒng)可分為發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)、底盤(pán)電子控制系統(tǒng)和車身電子控制系統(tǒng)。本文介紹的發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)主要通過(guò)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火、排放廢氣等進(jìn)行電子優(yōu)化控制,提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和運(yùn)行狀態(tài)。本文主要介紹ECU及其在燃油噴射、點(diǎn)火和廢棄再循環(huán)等三個(gè)重要汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)中的作用。

1 電子控制器(ECU)的組成與原理

圍繞單片機(jī)設(shè)計(jì)組織的(ECU)是整個(gè)電子控制系統(tǒng)的核心。ECU的功能主要是接受各種傳感器輸出的發(fā)動(dòng)機(jī)工況信號(hào),根據(jù) ECU內(nèi)部預(yù)先編制的控制程序和存儲(chǔ)的試驗(yàn)數(shù)據(jù),通過(guò)數(shù)學(xué)計(jì)算和邏輯判斷確定適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)工況的點(diǎn)火提前角、噴油時(shí)間等參數(shù),并將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)控制各種執(zhí)行元件動(dòng)作,從而使發(fā)動(dòng)機(jī)保持最佳運(yùn)行狀態(tài)。隨著汽車電子化程度的進(jìn)一步提高和微電子技術(shù)的迅速發(fā)展,ECU的控制功能逐漸由單一控制向集中控制方向發(fā)展。汽車電子控制器(ECU)主要由輸入回路、單片微型計(jì)算機(jī)和輸出回路三部分組成。輸入回路接受傳感器和其他裝置輸入的信號(hào),包括轉(zhuǎn)速、流量、油壓、溫度和駕駛員指令等信號(hào),如果是數(shù)字信號(hào),就根據(jù)微處理器的安排經(jīng)緩沖器和I/O接口電路直接進(jìn)入微處理器。如果是模擬信號(hào),則首先經(jīng)過(guò)模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào),以便數(shù)字式單片機(jī)處理,然后才能經(jīng)過(guò) I/O接口電路輸入微處理器;微處理器則將上述已經(jīng)預(yù)處理過(guò)的信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理,并將處理數(shù)據(jù)送至輸出回路;輸出回路將數(shù)字信號(hào)的驅(qū)動(dòng)功率放大,輸出的信號(hào)包括空燃比控制、剎車控制、尾氣排放控制、點(diǎn)火控制和怠速控制等信號(hào),將這些信號(hào)交由執(zhí)行器處理。具體結(jié)構(gòu)如下圖所示：

圖1 ECU的組織結(jié)構(gòu)

2 ECU在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)中的作用

2.1 ECU在燃油噴射控制系統(tǒng)的作用

電子控制燃油噴射系統(tǒng)能最大限度的降低燃油消耗量和凈化尾氣?，F(xiàn)代汽車普遍采用順序噴射,它的燃油霧化質(zhì)量好,并且各缸噴油時(shí)刻均可設(shè)計(jì)在最佳時(shí)刻,有利于提高燃油經(jīng)濟(jì)性和降低廢氣的排放量。

燃油噴射控制系統(tǒng)的核心是ECU。當(dāng)電子控制燃油噴射系統(tǒng)運(yùn)行時(shí),ECU根據(jù)各傳感器測(cè)得的信號(hào)計(jì)算基本噴油量,再根據(jù)冷卻液溫度傳感器等信號(hào)對(duì)基本噴油量進(jìn)行修正并確定實(shí)際噴油量;此外,ECU還根據(jù)進(jìn)氣門(mén)位置傳感器信號(hào),在發(fā)動(dòng)機(jī)的不同工況下,按照不同的控制模式控制噴油量。這樣能夠使發(fā)動(dòng)機(jī)的綜合性能得到提高,從而一直運(yùn)行在最優(yōu)工作條件下。

2.2 ECU在點(diǎn)火控制系統(tǒng)中的作用

電控點(diǎn)火系統(tǒng)主要由傳感器、ECU和點(diǎn)火控制器等組成。點(diǎn)火電控系統(tǒng)可以根據(jù)傳感器輸入的數(shù)據(jù)精確計(jì)算出發(fā)動(dòng)機(jī)各缸在每個(gè)工作循環(huán)的最佳點(diǎn)火時(shí)間,能夠保障汽車發(fā)動(dòng)機(jī)在各種工況下正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

(1)傳感器。傳感器包括凸輪軸位置傳感器、曲軸位置傳感器、空氣流量傳感器等。ECU通過(guò)分析和檢測(cè)從凸輪軸位置傳感器和曲軸位置傳感器輸出的脈沖信號(hào),計(jì)算曲軸轉(zhuǎn)過(guò)的速度和發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,以發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)角信號(hào)來(lái)確定具體的點(diǎn)火時(shí)刻,以轉(zhuǎn)速信號(hào)來(lái)確定基本點(diǎn)火提前角?？諝饬髁啃盘?hào)輸入ECU后,除了用于計(jì)算基本噴油時(shí)間之外,還用作負(fù)荷信號(hào)來(lái)計(jì)算和讀取基本點(diǎn)火提前角。除此之外,ECU可以通過(guò)獲取進(jìn)氣溫度傳感器、冷卻水溫度傳感器、節(jié)氣門(mén)位置傳感器和爆震傳感器及其各種開(kāi)關(guān)發(fā)出的信號(hào)對(duì)基本點(diǎn)提前角進(jìn)行修正。

(2)ECU。點(diǎn)火控制系統(tǒng)的控制核心也是ECU。ECU的ROM中除存儲(chǔ)有監(jiān)控和自檢程序外,還存儲(chǔ)有該發(fā)動(dòng)機(jī)在各種工況下的最佳點(diǎn)火提前角。RAM存儲(chǔ)著臨時(shí)數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)可被隨時(shí)調(diào)出或被改寫(xiě)。微處理器對(duì)各個(gè)傳感器發(fā)送過(guò)來(lái)的信號(hào)進(jìn)行計(jì)算和判斷后,把最佳點(diǎn)火提前角和點(diǎn)火線圈初級(jí)電路導(dǎo)通時(shí)間的信號(hào)傳達(dá)給電子點(diǎn)火組件,讓點(diǎn)火控制器執(zhí)行點(diǎn)火。

(3)點(diǎn)火控制器。點(diǎn)火控制器主要是要接收ECU輸出的點(diǎn)火控制信號(hào)后,對(duì)信號(hào)進(jìn)行功率放大進(jìn)而驅(qū)動(dòng)點(diǎn)火線圈工作。

2.3 ECU在廢氣再循環(huán)控制系統(tǒng)中的作用

廢氣再循環(huán)系統(tǒng)(EGR)的原理是ECU根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、溫度、進(jìn)氣流量和排氣溫度等條件控制EGR電磁閥適時(shí)地打開(kāi),把發(fā)動(dòng)機(jī)所排放的一部分廢氣經(jīng)EGR電磁閥引入到進(jìn)氣系統(tǒng)和可燃混合氣一起進(jìn)入汽缸燃燒,這部分廢氣能夠降低燃燒室的溫度,從而抑制隨燃燒室的溫度升高而增大的有害排放物NOX的生成。EGR系統(tǒng)能夠根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工況的特點(diǎn)精確控制 EGR電磁閥,適時(shí)的調(diào)節(jié)排氣再循環(huán)的流量,既能夠達(dá)到排氣凈化的目的,又不影響發(fā)動(dòng)機(jī)的功率。

除了上面介紹的三種發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)外,其他的控制系統(tǒng)例如爆震控制、怠速控制及發(fā)動(dòng)機(jī)自診斷和故障安全系統(tǒng)等系統(tǒng)也都是發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中需重視的系統(tǒng)。在這些系統(tǒng)中,我們可以找到一個(gè)共同點(diǎn),那就是這些系統(tǒng)都是以ECU為核心的。只有把握了ECU這一核心的發(fā)展趨勢(shì),未來(lái)汽車制造業(yè)的高速發(fā)展趨勢(shì)也將是無(wú)疑是以ECU為核心開(kāi)展的。

3 ECU功能發(fā)展趨勢(shì)

最近,汽車生產(chǎn)廠家都已經(jīng)開(kāi)始融和系統(tǒng)工程和機(jī)電一體化的設(shè)計(jì)技術(shù),通過(guò)數(shù)據(jù)總線將各個(gè)ECU聯(lián)接在一起形成汽車綜合電子控制系統(tǒng),這種系統(tǒng)的各個(gè)ECU均獨(dú)立完成自己特定的功能,系統(tǒng)主要是通過(guò)數(shù)據(jù)總線進(jìn)行相互通訊來(lái)共享信息和資源。這種設(shè)計(jì)能減少傳感器使用的數(shù)量,降低了成本,同時(shí)也能夠使汽車各個(gè)控制系統(tǒng)的功能達(dá)到最優(yōu)協(xié)調(diào)與匹配。

ECU功能發(fā)展的第二個(gè)趨勢(shì)將是ECU芯片的高度集成化和專業(yè)化。隨著ULSIs技術(shù)的規(guī)范化發(fā)展,汽車廠家能夠利用單個(gè)ULSIS芯片集成多個(gè)汽車電子控制系統(tǒng)形成對(duì)多個(gè)汽車子系統(tǒng)件的集中控制,同時(shí)在ULSIS芯片上含有多個(gè)處理單元,每個(gè)處理單元上都有獨(dú)立的ROM和RAM以及各自的控制功能模塊。這些模塊都能極大的加強(qiáng)ECU的控制功能。

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[2]錢向明,熊永森.發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].裝備制造技術(shù),2009(5)：132～134.

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Analysis on Electronic Controller and Application in Auto Engineer’s Electronic Control System

ZHOU Han-wu
(Wuhan Technic College of Transportation,Wuhan,430065,Hubei)

With the farther improvement of the auto electronic extend and the rapid development of the microelectronic technology,the control functions of the ECU has been developed greatly.Nowadays,more and more control systems have been replaced by the electronic system with the core of ECU.The article mainly introduces the ECU and its effects during the following three important auto engineer electronic control systems of the fuel jet,inflaming and waste-recycle.

Electronic control system;ECU;Fuel-jet control system

U463.23+4

A

1672-1047(2010)01-0026-03

10.3969/j.issn.1672-1047.2010.01.08

2010-01-22

周漢武,男,武漢交通職業(yè)學(xué)院電子與計(jì)算機(jī)系講師。

[責(zé)任編輯：曾 鑫]