概述柴油机电控系统的第20天

学习目标

1.了解柴油机电控系统主要功能

2.掌握输入信号的主要类型及作用

3.掌握输出信号的主要类型

基础知识

1.电子控制单元概述

电子控制单元的基本功能包括燃油喷射控制、排放控制和优化燃烧等。电控单元还可完成其他辅助功能，如起动控制、预热控制和发动机制动控制等。

控制单元接收来自传感器和开关的输入信号，通过微处理器进行运算后，再向执行器发出控制信号。运算程序（即软件）存储在存储器中，微处理器能调用这些程序，以执行特定的运算。控制单元及其相关组件被称作“硬件”。控制单元内存储了进行发动机管理所必需的全部开环和闭环控制算法。驱动执行器的输出电路也集成到ECU内(图7-1)，因此ECU金属盒外壳设计、安装要考虑散热问题。一些ECU内设计有燃油流道，利用燃油为其散热，这种冷却方法一般用在商用车辆上。电子控制单元的印制电路板置于一个金属盒内，并通过插接器与传感器、执行器相连。

2．ECU的输入信号

ECU的输入信号，是ECU进行运算的依据，包括传感器信号和开关信号。输入信号通过导线和插头传送到控制单元内部。

(1)输入信号的类别输入信号可以分为模拟信号和数字信号两类，这些信号来自各类型的传感器和开关。

图7-1 共轨柴油机ECU结构

1—稳压开关电源 2—EPR0M 3—备用电容（产生高压用） 4—空气压力传感器 5—高压电源 6—大功率驱动电路 7—ASiC驱动电路 8—高压包 9—插接器 10—桥式驱动电路 11—多级开关驱动电路

①模拟输入信号。模拟输入信号的电压值可在给定范围内连续变化。传感器测量到的各种物理量，如进气量、蓄电池电压、进气歧管压力和增压压力、冷却温度及进气温度等都是模拟信号。ECU内置的模数转换器（ADC）会把模拟信号转换成中央处理单元可以处理的数字信号。

②数字输入信号。数字输入信号只有两种状态，分别是“高”和“低”（或是逻辑1和逻辑0）。典型的数字输入信号有开关信号和数字传感器输出信号。常见的数字传感器有霍尔转速传感器、磁阻转速传感器等。微处理器可以直接处理这些数字信号。

（2）输入信号的处理 控制单元是整个发动机管理系统中的核心器件。微处理器依据输入信号完成各项开闭环控制功能。计算机严格检查由传感器和各功能开关所提供的输入信号，确认信号真实、有效后，信号会被处理器接收，并在程序运算中应用。

3.微处理器

微处理器是由一片或少数几片大规模集成电路组成的中央处理器，负责程序控制和算术逻辑运算。微处理器的基本组成包括寄存器（即微处理器内部的RAM）、运算器、时序控制电路及数据和地址总线。微处理器能完成获取指令、执行指令，以及与外界存储器和逻辑部件交换信息等操作，是微型计算机的运算控制部分。它与存储器、串行接口及外围电路芯片组成完整的电子控制单元（微型计算机）。

4.程序及数据存储器（图7-2）

微处理器需要按照软件程序来正确执行各项功能。这些程序以二进制数的形式存储在程序及数据存储器之中。这些二进制数被CPU读取并翻译成一条条可执行的命令。(www.xing528.com)

程序存储在只读存储器（ROM、EPROM、FEPROM）中。这些只读存储器中还存放了其他数据，如车辆信息、特征曲线及MAP图等。这些数据在车辆使用过程中是不可改变的。它们的作用是调节各种开、闭环程序控制过程。程序存储器可以和微处理器集成在一起，根据需要也可以通过安装独立元件（如EPROM或FEPROM）的方法进行扩展。

图7-2 ECU内部的信号处理

（1）ROM 程序存储器可以使用ROM（只读存储器）。这种存储器内的内容是在制造时就写入的，并且不可更改。安装在微处理器中的ROM容量有限。这就决定了在实现复杂的控制功能时，微处理器需要额外的ROM。

（2）EPROM 存储于EPROM（可编程只读存储器）中的数据可用强紫外线照射来擦除。新程序可由编程器写入。EPROM通常是一个独立的器件，通过地址、数据总线与CPU相连。

（3）Flash-EPROM（FEPROM） 它是电可擦写设备，这使在工厂内，不打开ECU，重新写入程序成为可能。在这一过程中，ECU通过串行接口与编程器相连。如果微处理器也安装了ROM，则表示它内置了Flash编程器。Flash-EPROM和微处理器通常集成在一块芯片上，这是FEPROM相较于传统EPROM的最大优点。

5.变量存储器或主存储器

为了存储变量数据，如中间变量或信号值，控制单元还需要一种可读写的存储器。

（1）RAM 瞬时值通常存储于RAM（随机存储器）中。RAM和ROM相比，最大区别是断电后保存在RAM上面的数据会自动消失，而ROM上面的数据不会消失。如果运算过程比较复杂，则控制器需要更多的RAM来存储数据。这些附加的RAM通过地址、数据总线与ECU连接。当关闭点火开关时，RAM中的数据也随之丢失，因此RAM又称为易失存储器。

（2）EEPROM 前面提到，RAM在断电时会丢失所有数据，特别是在关闭点火开关时。有些不能丢失的数据，如防盗系统密码或故障码，只能存储于非易失性存储器中。EEPR0M是一种电可擦写EPROM，它与FEPROM的不同之处在于，FEPROM可以对每一个存储单元进行擦写操作，可以多次重复擦写。这就是说，EEPROM可被用作非易失可读写存储器。

（3）ASIC 随着ECU功能日趋复杂，市场上的微处理器计算能力不足的问题显现了出来。现在，解决这个问题的方法就是应用ASIC模块。这种集成电路是按照ECU开发部门的要求设计制造的，在ASIC上安装了更多的RAM及输入输出通道，甚至还可以产生PWM信号。

6.输出信号

微处理器发送输出指令到驱动级，再由驱动级控制执行器工作。有时，可能需要经过多级驱动才能操纵大功率设备。输出级应能承受对地短路或蓄电池电压波动所造成的威胁，还要具备一定抗热能力。

（1）通断信号 这些信号用来控制只有开、关两种状态的执行器。如受ECU控制的预热继电器、起动继电器、发动机制动电磁阀等。

（2）PWM信号 PWM信号指频率不变，但占空比（高电位占循环周期的比率）可以进行连续调节的方波信号。PWM信号用于控制可变位置执行器。PWM信号可以调节执行器输出电流，从而调节执行器开度。共轨柴油机的燃油计量单元（EFC阀）就是由PWM信号控制的。

你学会了吗？

1.故障码存储在何种类型的存储器中？ECU断电后数据是否丢失？

2.数据流存储在何种类型的存储器中？ECU断电后数据是否丢失？

3.PWM信号主要用于何种类型的执行器控制？