第二章汽車(chē)單片機(jī)控制技術(shù)

1、第一節(jié)第一節(jié) 汽車(chē)電子控制單元汽車(chē)電子控制單元ECUECU第二節(jié)第二節(jié) 汽車(chē)電控單元實(shí)例分析汽車(chē)電控單元實(shí)例分析學(xué)習(xí)要求 熟悉汽車(chē)電子控制單元ECU的基本功能和基本組成；熟悉瑪瑞利單點(diǎn)電腦的組成，掌握瑪瑞利單點(diǎn)電腦點(diǎn)火控制電路、點(diǎn)火監(jiān)測(cè)電路和噴油控制電路的工作原理。第一節(jié)第一節(jié) 汽車(chē)電子控制單元汽車(chē)電子控制單元ECUECU以單片機(jī)為核心的汽車(chē)電子控制裝置，各生產(chǎn)廠家所稱(chēng)名稱(chēng)有所不同，有稱(chēng)微處理機(jī)控制裝置MCU，有稱(chēng)電子控制組件ECM，較多的是稱(chēng)為汽車(chē)電子控制單元ECU，簡(jiǎn)稱(chēng)電控單元。在汽車(chē)修理行業(yè)，習(xí)慣上稱(chēng)為汽車(chē)電腦。一、一、ECU的基本功能的基本功能ECU的主要功能在以下幾個(gè)方面：（1）接受

2、傳感器、操作開(kāi)關(guān)或其它裝置輸入的信息。給需要電源的傳感器提供工作電壓。 （2）處理、存儲(chǔ)、計(jì)算、分析和判斷輸入信息數(shù)據(jù)及故障信息。（3）根據(jù)輸入的有關(guān)信息計(jì)算出輸出指令信號(hào)，放大指令信號(hào)至可以控制執(zhí)行器。（4）當(dāng)電控系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，輸出故障信息。（5）實(shí)行學(xué)習(xí)控制，具有自我修正輸出值的功能。（6）在具有車(chē)載網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)中，所有的ECU具有通信功能，相互間能進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。二、汽車(chē)電控單元二、汽車(chē)電控單元ECUECU的基本組成的基本組成 由于汽車(chē)的配置不同，電控單元的數(shù)目也不同。低配置、手動(dòng)變速器的轎車(chē)，一般只有一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元；中高配置的轎車(chē)，除發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元外，還有自動(dòng)變速器電控單元、制動(dòng)防抱

3、死ABS電控單元、全自動(dòng)空調(diào)電控單元、安全氣囊電控單元、智能座椅電控單元、中央門(mén)控等電控單元，多達(dá)十幾個(gè)，甚至幾十個(gè)電控單元。汽車(chē)上電控單元的組成模式是相同的，一般由傳感器、ECU、執(zhí)行元件組成。圖2-1 汽車(chē)電子控制單元ECU的組成示意圖三、輸入電路三、輸入電路 輸入電路的功能是接收和處理來(lái)自ECU外部的信號(hào)。實(shí)現(xiàn)外部傳感器與單片機(jī)之間的信息傳遞，即對(duì)傳感器輸入的信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，使輸入信號(hào)變成微處理器可以接受的信號(hào)。來(lái)自ECU外部的信號(hào)分為兩類(lèi)，一類(lèi)是傳感器信號(hào)，一類(lèi)是開(kāi)關(guān)信號(hào)。1. 傳感器信號(hào) 傳感器信號(hào)來(lái)自各個(gè)傳感器，又分為模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。對(duì)模擬信號(hào)，如空氣流量傳感器、溫度傳感器等緩

4、慢變化的模擬信號(hào)，要先放大、濾波、然后對(duì)其進(jìn)行模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。 如果是脈沖信號(hào)和開(kāi)關(guān)信號(hào)，如曲軸轉(zhuǎn)速傳感器的脈沖信號(hào)，將對(duì)其進(jìn)行放大和整形處理，使其達(dá)到數(shù)字信號(hào)的要求。輸入電路將數(shù)字信號(hào)送至單片機(jī)的輸入接口。2. 開(kāi)關(guān)信號(hào) 開(kāi)關(guān)信號(hào)分為操縱開(kāi)關(guān)信號(hào)和自動(dòng)開(kāi)關(guān)信號(hào)。 操縱開(kāi)關(guān)信號(hào)是駕駛?cè)瞬倏v各種開(kāi)關(guān)、操縱手柄、操縱桿、操縱踏板產(chǎn)生的信號(hào)。例如，啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)產(chǎn)生的啟動(dòng)信號(hào)傳送到發(fā)動(dòng)機(jī)ECU，發(fā)動(dòng)機(jī)電控ECU按啟動(dòng)工況確定噴油量和點(diǎn)火提前角；操縱自動(dòng)變速器手柄至D擋位置時(shí)，D擋位的開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)產(chǎn)生的開(kāi)關(guān)信號(hào)傳送到自動(dòng)變速器ECU，自動(dòng)變速器ECU將按前進(jìn)擋確定自動(dòng)變速器內(nèi)的

5、離合器和執(zhí)行器的工作狀態(tài)。 自動(dòng)開(kāi)關(guān)信號(hào)是汽車(chē)內(nèi)的自動(dòng)裝置產(chǎn)生的開(kāi)關(guān)信號(hào)，例如汽車(chē)空調(diào)的溫度控制器，當(dāng)制冷溫度達(dá)到確定的溫度時(shí)，溫度控制器內(nèi)部的開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)將產(chǎn)生開(kāi)關(guān)信號(hào)，傳送的空調(diào)ECU，空調(diào)ECU控制空調(diào)壓縮機(jī)暫停工作。3. 模擬量輸入通道 模擬量輸入通道的任務(wù)是把被控系統(tǒng)中多個(gè)傳感器輸出的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后輸入微型計(jì)算機(jī)，它的一般組成框圖如圖2-2所示，它由濾波和電平變換電路、多通道A/D轉(zhuǎn)換器等組成。圖2-2 模擬量輸入通道組成框圖圖2-2 模擬量輸入通道組成框圖 （1）濾波和電平變換電路 濾波和電平變換電路包括信號(hào)濾波、電平變換等。傳感器測(cè)得的電信號(hào)受周?chē)姶艌?chǎng)干擾，一般都有高頻干擾電

6、磁波，因此，要對(duì)傳感器信號(hào)先進(jìn)行高頻濾波。傳感器信號(hào)電壓信號(hào)一般很小，電壓通常為040 mV，而A/D轉(zhuǎn)換器所能處理的電壓范圍為5V、10 V、5V等，故必須進(jìn)行電平變換后再輸給A/D轉(zhuǎn)換器，這樣可提高模擬信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)的精度。 （2）多通道A/D轉(zhuǎn)換器 目前的A/D轉(zhuǎn)換器多為多輸入通道的，有8通道和16通道的，可以同時(shí)輸入8路或16路模擬信號(hào)。經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后送入單片機(jī)的I/O接口電路。 4. 數(shù)字量輸入通道 在汽車(chē)電控系統(tǒng)中，傳感器采集的還有數(shù)字信號(hào)，比如來(lái)自曲軸轉(zhuǎn)速傳感器的轉(zhuǎn)速信號(hào)與上止點(diǎn)參考信號(hào)，它們都是脈沖信號(hào)。脈沖信號(hào)經(jīng)放大和整形電路處理后，變成矩形波，通過(guò)I/O接口可直接送入單片機(jī)。

7、 5.光電隔離器 對(duì)可能受到強(qiáng)干擾的輸入信號(hào)，要考慮增加光電隔離電路。圖2-3為常用的光電隔離器及電平轉(zhuǎn)換電路，圖中G為發(fā)光二極管和光電三極管集成的光電隔離器，輸入信號(hào)經(jīng)濾波、放大，驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管按信號(hào)電流強(qiáng)弱發(fā)光，光電三極管將接受的光再轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了信號(hào)傳送過(guò)程完全電的隔離，起到很好的抗干擾作用。三極管VT1和VT2組成電平轉(zhuǎn)換電路，使輸出信號(hào)達(dá)到所需要的電壓值。 光電隔離器不但適用輸入電路，也適用輸出電路，可以隔離輸出電路到執(zhí)行器之間的電磁干擾。 圖2-3 光電隔離器及電平轉(zhuǎn)換電路 四、單片機(jī) 單片機(jī)是汽車(chē)電子控制單元ECU的控制中樞。它的功能是根據(jù)所存程序，對(duì)各種傳感器送來(lái)的信號(hào)進(jìn)

8、行運(yùn)算和判斷，把處理結(jié)果，如噴油指令信號(hào)、點(diǎn)火指令信號(hào)等，送至輸出電路，從而控制執(zhí)行器。 汽車(chē)電控單元使用的單片機(jī)是汽車(chē)專(zhuān)用增強(qiáng)型單片機(jī)，是針對(duì)汽車(chē)較為復(fù)雜的震動(dòng)、高溫、低溫和惡劣的電磁環(huán)境而設(shè)計(jì)的。有的汽車(chē)單片機(jī)芯片內(nèi)已包含A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換和其他專(zhuān)用電路，五、輸出電路 輸出電路是根據(jù)所控制的執(zhí)行器的類(lèi)型而設(shè)計(jì)的，汽車(chē)上執(zhí)行器的按負(fù)載類(lèi)型可分為電阻類(lèi)，如照明燈和信號(hào)燈；電磁線圈類(lèi)，如繼電器、電磁閥，噴油器；電動(dòng)機(jī)類(lèi)，如直流電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等。 按控制信號(hào)可分為模擬量輸出通道和數(shù)字量輸出通道。1.模擬量輸出通道 模擬量輸出通道的任務(wù)是把計(jì)算機(jī)的離散數(shù)字量輸出變成連續(xù)的模擬量輸出，以控制執(zhí)

9、行機(jī)構(gòu)。圖2-4是一個(gè)多輸出的模擬量輸出通道，一個(gè)通道使用一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換速度快且工作可靠。圖2-4 模擬量輸出通道2.數(shù)字量輸出通道 數(shù)字量輸出通道的任務(wù)是將單片機(jī)的I/O接口輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成執(zhí)行機(jī)構(gòu)（如繼電器、電磁閥、步進(jìn)電機(jī)等）需要的脈沖信號(hào)。 數(shù)字量輸出通道有以下三種形式： （1）由單片機(jī)的輸出口直接控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 （2）通過(guò)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)管控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 （3）通過(guò)繼電器控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 數(shù)字量輸出通道的終末負(fù)載常常是繼電器、電磁閥的電磁線圈和步進(jìn)電機(jī)的電磁線圈，它們與單片機(jī)中間需要放大、隔離和驅(qū)動(dòng)電路。 圖2-5是控制噴油器的輸出電路。單片機(jī)根據(jù)空氣流量傳感器的傳入信號(hào)，計(jì)算出進(jìn)

10、入氣缸中的空氣質(zhì)量，然后按理想空燃比計(jì)算出應(yīng)噴的汽油量，使汽油的混合氣體達(dá)到最佳燃燒。噴油器是一個(gè)典型的小型電磁閥，通電時(shí)線圈產(chǎn)生磁力，吸引閥針向上開(kāi)閥，汽油在一定壓力下，噴射入氣缸；斷電時(shí)閥針在復(fù)位彈簧的作用下，向下關(guān)閥。在油壓和噴油器噴孔一定的條件下，控制噴油時(shí)間就可控制噴油量。 單片機(jī)輸出的噴油脈沖，經(jīng)放大器放大，驅(qū)動(dòng)光電隔離器G中的發(fā)光二極管發(fā)光，光電三極管將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)為電信號(hào)，經(jīng)三極管VT1放大，驅(qū)動(dòng)大功率三極管VT2導(dǎo)通接地，噴油器電磁線圈通電開(kāi)閥，達(dá)到控制噴油的目的。精確控制噴油脈沖的脈沖寬度（例如某種發(fā)動(dòng)機(jī)的噴油脈寬可在1.72ms8.45ms間控制），是電控燃油噴射的主

11、要功能。圖2-5 控制噴油器的輸出電路六、電源電路六、電源電路 現(xiàn)代汽車(chē)ECU的電源電路一般有兩路。 一路來(lái)自點(diǎn)火開(kāi)關(guān)控制的主繼電器，它是ECU的主電源。打開(kāi)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)后，主繼電器觸點(diǎn)閉合，電源送入ECU內(nèi)部的處理電路，使ECU進(jìn)入工作狀態(tài)；關(guān)閉點(diǎn)火開(kāi)關(guān)后，主繼電器觸點(diǎn)斷開(kāi)，ECU的工作電源被切斷從而停止工作。 另一路直接來(lái)自蓄電池，直接接單片機(jī)的備用電源引腳（MCS-51單片機(jī)的VPD引腳），在點(diǎn)火開(kāi)關(guān)關(guān)閉及發(fā)動(dòng)機(jī)熄火后，該電路仍然保持蓄電池電壓，使單片機(jī)的故障自診斷電路所測(cè)得的故障碼及其他有關(guān)數(shù)據(jù)可長(zhǎng)期保存在單片機(jī)的存儲(chǔ)器內(nèi)，為故障檢修提供依據(jù)，該電路稱(chēng)為ECU的備用電源電路。 除此之外，對(duì)

12、有些具有防盜功能的ECU或不能停止某些監(jiān)控功能的ECU，其喚醒電路也用備用電源電路。七、七、ECU的可靠性要求的可靠性要求 汽車(chē)ECU工作在較為復(fù)雜的震動(dòng)、高溫、低溫和惡劣的電磁環(huán)境中，需要在不同的道路和氣候條件下行駛，這些環(huán)境因素往往造成汽車(chē)電子控制裝置的性能下降，甚至不能完成規(guī)定的功能或損壞，因此汽車(chē)ECU需要很高的可靠性和對(duì)環(huán)境的耐久性。 1能適應(yīng)較大的電源電壓波動(dòng) 以12V電源為例，正常的電源電壓波動(dòng)范圍為1015 V，發(fā)動(dòng)機(jī)低溫啟動(dòng)時(shí)，蓄電池電壓可降至約為6-8V，啟動(dòng)完成后，發(fā)電機(jī)開(kāi)始發(fā)電，在很短的時(shí)間內(nèi)，電源電壓就會(huì)升高超過(guò)12 V。 此外，ECU還要承受瞬變電壓的沖擊，瞬變電壓

13、是指由于電磁感應(yīng)在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的較高的脈沖電壓。較大的電感性負(fù)載，在電流通斷的瞬間都能產(chǎn)生很高的自感電動(dòng)勢(shì)，有的可達(dá)幾百伏。因此，ECU的電源電路必須具有很好的抗干擾能力和穩(wěn)壓作用。 2硬件抗干擾措施 汽車(chē)電磁設(shè)備對(duì)ECU的干擾，一般都是以脈沖的形式進(jìn)入的，抗干擾措施主要有以下幾點(diǎn)： （1）消除電源電壓波動(dòng)干擾。采用穩(wěn)壓電源使汽車(chē)電源經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓后再送給ECU；可在直流穩(wěn)壓器的進(jìn)、出端連接濾波器，以減小浪涌電壓的干擾。（2）消除過(guò)程通道和空間干擾。過(guò)程通道是指單片機(jī)與傳感器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間進(jìn)行信息傳輸?shù)穆窂?，其干擾因素是傳輸線路長(zhǎng)，積累干擾量大?？刹捎霉怆姼綦x器、雙絞線、同軸電纜、光纖等傳輸方式消除

14、干擾。同時(shí)要對(duì)干擾源進(jìn)行屏蔽，減小干擾源對(duì)外電磁輻射。 （3）消除接地系統(tǒng)干擾。接地系統(tǒng)干擾主要是由于多點(diǎn)接地，使得兩接地點(diǎn)的電位不為零，這個(gè)電位差對(duì)電路的輸入輸出電壓產(chǎn)生干擾。對(duì)于汽車(chē)以金屬車(chē)身為負(fù)極和地線的情況，預(yù)防措施可采用：與車(chē)身連接的接地點(diǎn)一定要連接可靠；重要的地線可以用銅線作專(zhuān)用地線；大電流和弱信號(hào)電路的地線分開(kāi)走線。 3軟件抗干擾措施 采用硬件抗干擾措施可以提高系統(tǒng)的可靠性，但是會(huì)使系統(tǒng)成本相應(yīng)提高，而且并非所有的干擾或故障都能夠通過(guò)這種方法得到完全解決。為彌補(bǔ)硬件抗干擾的不足，還必須增加軟件抗干擾的方法。 （1）數(shù)據(jù)采集中的軟件抗干擾措施 在檢測(cè)汽車(chē)緩慢變化的信號(hào)時(shí)，如果某時(shí)刻

15、只把一次采集到的數(shù)據(jù)作為該參數(shù)的真實(shí)數(shù)據(jù)，往往會(huì)由于某種偶然因素使數(shù)據(jù)失真，造成誤差或錯(cuò)誤。在這種情況下可采用數(shù)字濾波。比如，連續(xù)采集數(shù)據(jù)35次取其平均值，或去掉最大值、最小值后取其平均值；根據(jù)控制系統(tǒng)所采集的數(shù)據(jù)的大小范圍，通過(guò)編程判別采樣值是否超出正常值的范圍來(lái)判斷是否是干擾值。 （2）程序運(yùn)行失常的抗干擾措施 系統(tǒng)受到干擾后，致使程序計(jì)數(shù)器的值改變，導(dǎo)致程序運(yùn)行失常，對(duì)此可采取以下措施及時(shí)引導(dǎo)系統(tǒng)恢復(fù)原始狀態(tài)： 啟動(dòng)監(jiān)視定時(shí)器。監(jiān)視定時(shí)器是一個(gè)計(jì)數(shù)器，啟動(dòng)后，會(huì)根據(jù)ECU內(nèi)部的時(shí)鐘信號(hào)自動(dòng)計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器溢出時(shí)，系統(tǒng)即進(jìn)入強(qiáng)制復(fù)位，并重新初始化。 設(shè)置軟件陷阱。當(dāng)程序指針失控時(shí)，程序跑飛，

16、有時(shí)會(huì)進(jìn)入各種非程序區(qū)，造成嚴(yán)重的后果。為盡量避免出現(xiàn)上述現(xiàn)象，提高系統(tǒng)的監(jiān)控能力，可在所有的非程序區(qū)設(shè)置系統(tǒng)復(fù)位指令，這樣一旦程序跑飛進(jìn)入非程序區(qū)，就可以立即迫使程序進(jìn)入初始狀態(tài)。八、八、ECU的可靠性設(shè)計(jì)的可靠性設(shè)計(jì) 汽車(chē)電子控制單元在總體設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)著重考慮以下幾個(gè)方面： （1）盡量用軟件代替硬件。系統(tǒng)中的任何硬件都有失效問(wèn)題，硬件電路越復(fù)雜可靠性越差，而軟件易于修改且處理速度快。 （2）盡可能采用定型的標(biāo)準(zhǔn)化單元電路。因?yàn)槎ㄐ偷臉?biāo)準(zhǔn)化電路經(jīng)過(guò)了全面考核，其性能穩(wěn)定、可靠，另外維修方便。 （3）盡可能減少電子部件的個(gè)數(shù)。 （4）采用集成電路代替分立電路。 （5）采用數(shù)字電路代替模擬電路。數(shù)字

17、電路標(biāo)準(zhǔn)化程度高，穩(wěn)定性及抗干擾能力比模擬電路好，通用性強(qiáng)。第二節(jié)第二節(jié) 汽車(chē)電控單元實(shí)例分析汽車(chē)電控單元實(shí)例分析 低配置、手動(dòng)變速器的轎車(chē)，一般只有一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元，適用于單點(diǎn)電噴的發(fā)動(dòng)機(jī)。瑪瑞利電子公司是意大利菲亞特汽車(chē)集團(tuán)成員之一，專(zhuān)門(mén)研發(fā)和生產(chǎn)汽車(chē)電子設(shè)備，其生產(chǎn)的瑪瑞利單點(diǎn)電腦是一種典型的集中噴射電腦，該電腦成本低廉、簡(jiǎn)單實(shí)用，目前在國(guó)產(chǎn)微型汽車(chē)和低檔轎車(chē)中采用，如沈陽(yáng)金杯海獅客車(chē)、金杯中華轎車(chē)、安徽奇瑞轎車(chē)、天津夏利轎車(chē)等。下面以瑪瑞利單點(diǎn)電腦為例，介紹單片機(jī)在汽車(chē)電子控制技術(shù)中的應(yīng)用。一、瑪瑞利單點(diǎn)電腦的組成 瑪瑞利單點(diǎn)電噴發(fā)動(dòng)機(jī)ECU實(shí)物如圖2-6所示，電腦板為單板式，圖的下

18、邊是接線端座，各電子集成芯片如圖所示。其中MC68HC11F1芯片是摩托羅拉（MOTOROLA）公司生產(chǎn)的8位單片機(jī)，這是瑪瑞利單點(diǎn)電腦的核心芯片。圖2-6 瑪瑞利單點(diǎn)電噴發(fā)動(dòng)機(jī)ECU實(shí)物圖 圖2-7 瑪瑞利單點(diǎn)電噴發(fā)動(dòng)機(jī)ECU外部接線圖圖2-8為單點(diǎn)瑪瑞利單點(diǎn)ECU邏輯電路的原理框圖，它主要由以下部件組成：1. 單片機(jī) 瑪瑞利單點(diǎn)電腦以MC68HC11F1單片機(jī)為控制核心： MC68HC11F1單片機(jī)為摩托羅拉公司生產(chǎn)的8位高性能汽車(chē)專(zhuān)用單片機(jī)。 MC68HC11F1的主要特征有： 兩種省電模式：停止和等待 3.05.5V電壓均可正常工作 1024B的片內(nèi)RAM，RAM數(shù)據(jù)在待機(jī)時(shí)保留。 5

19、12B的片內(nèi)EEPROM，帶區(qū)域數(shù)據(jù)保護(hù)功能 8通道，8位A/D轉(zhuǎn)換器。 增強(qiáng)的16位定時(shí)器系統(tǒng)。8位脈沖累加器。 實(shí)時(shí)中斷電路。 CPU看門(mén)狗系統(tǒng)(COP)。 可達(dá)5MHz的總線時(shí)鐘。 異步非歸零碼（NRZ），異步串行通信接口SCI。 同步外圍設(shè)備接口SPI。 38個(gè)通用輸入/輸出引腳（I/O）。 兩種封裝形式：68引腳PLCC及80引腳TQFP封裝圖2-8 瑪瑞利單點(diǎn)ECU邏輯電路的原理框圖2. 輸入信號(hào)緩沖驅(qū)動(dòng)器74HC24474HC244芯片內(nèi)部共有兩組共8路三態(tài)緩沖驅(qū)動(dòng)器，引腳如圖2-9所示。1A01A3，2A02A3 8個(gè)輸入端1Y01Y3，2Y02Y3 8個(gè)輸出端1，2 2個(gè)使能

20、端當(dāng)使能端1和2都為低電平時(shí)，輸出端Y和輸入端A狀態(tài)相同；當(dāng)使能端1和2都為高電平時(shí)，輸出呈高阻態(tài)。74HC244作為空調(diào)、油泵、EVAP電磁閥、怠速電動(dòng)機(jī)等設(shè)備的狀態(tài)信息輸入開(kāi)關(guān)，輸出端直接與數(shù)據(jù)總線相連。 3. 輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)器74HC27374HC273是帶復(fù)位端、上升沿有效的8路D觸發(fā)器，4HC273作為主繼電器、怠速步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、故障指示燈、空調(diào)繼電器等驅(qū)動(dòng)信號(hào)的輸出開(kāi)關(guān)。引腳如圖2-10所示。D0D7 8個(gè)輸入端Q0Q7 8個(gè)輸出端CP 時(shí)鐘脈沖輸入端 復(fù)位清零端MR4. 程序存儲(chǔ)器M27C512M27C512是64KB的8位只讀程序存儲(chǔ)器，用來(lái)存儲(chǔ)電腦的主程序及各種數(shù)據(jù)表格，引腳如圖

21、2-11所示。A0A15 16位地址線Q0Q7， 8位數(shù)據(jù)線 E 即是片選信號(hào)線，又是程序?qū)懭肟刂贫?GVPP 讀允許信號(hào)端圖2-9 74HC214引腳圖 圖2-10 74HC273引腳圖 圖2-11 27C512引腳圖 二、瑪瑞利單點(diǎn)電腦的工作原理 1.程序啟動(dòng)和運(yùn)行 瑪瑞利單點(diǎn)電腦的邏輯電路如圖2-8所示，由電源穩(wěn)壓芯片L9170提供工作電源和傳感器的參考電壓，并且從8號(hào)腳輸出低電位的復(fù)位信號(hào)送至單片機(jī)的復(fù)位端（17腳），同時(shí)送到74HC273的清零端使其輸出清零。單片機(jī)進(jìn)入啟動(dòng)和初始化運(yùn)行，對(duì)內(nèi)部硬件進(jìn)行復(fù)位，設(shè)置相應(yīng)寄存器，引導(dǎo)加載程序（Boot Loader），進(jìn)行程序加載，將M27

22、C512程序存儲(chǔ)器中的主程序讀入單片機(jī)內(nèi)部RAM，并通過(guò)跳轉(zhuǎn)指令進(jìn)入程序運(yùn)行狀態(tài)。 主程序首先從端口C輸出邏輯“1” （高電平）信號(hào)到數(shù)據(jù)總線（D2）上，該信號(hào)經(jīng)74HC273鎖存后（6號(hào)引腳）輸出高電位控制信號(hào)，使驅(qū)動(dòng)器中的大功率三極管導(dǎo)通接地（圖中未畫(huà)出），使主繼電器通電閉合（即使圖2-7中ECU的23引腳接地），將12V電源加到點(diǎn)火線圈、噴油器、燃油泵等外部設(shè)備。 端口C輸出的控制信號(hào)，經(jīng)數(shù)據(jù)總線輸出到74HC273鎖存，經(jīng)驅(qū)動(dòng)器放大，還控制怠速步進(jìn)電機(jī)、空調(diào)繼電器、故障燈等進(jìn)入工作狀態(tài)。 端口E讀入外部各傳感器的輸入信號(hào)，通過(guò)這些信號(hào)判斷發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)前運(yùn)行的工況，根據(jù)以上信息調(diào)取程序存儲(chǔ)器

23、M27C512中的數(shù)據(jù)表，從端口A、G輸出控制信號(hào)，經(jīng)驅(qū)動(dòng)器放大，輸出到點(diǎn)火線圈與噴油器線圈。 汽車(chē)有關(guān)設(shè)備的運(yùn)行信息，如油泵、燃油蒸汽排放電磁閥（EVAP）和空調(diào)等運(yùn)行信息，經(jīng)74HC244驅(qū)動(dòng)，通過(guò)數(shù)據(jù)總線讀入單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)這些信息對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化和調(diào)整。邏輯電路和傳感器及執(zhí)行器構(gòu)成了閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過(guò)反饋信號(hào)不斷優(yōu)化控制系統(tǒng)，使發(fā)動(dòng)機(jī)處于最佳狀態(tài)。 2.點(diǎn)火控制電路 點(diǎn)火控制電路由曲軸轉(zhuǎn)速傳感器、單片機(jī)和點(diǎn)火電路組成。 （1）曲軸轉(zhuǎn)速傳感器 汽車(chē)的磁感應(yīng)式曲軸位置傳感器也稱(chēng)曲軸轉(zhuǎn)速傳感器，安裝在曲軸箱內(nèi)靠近離合器一側(cè)的缸體上，主要由信號(hào)發(fā)生器和信號(hào)轉(zhuǎn)子組成，如圖2-12所示。

24、圖2-12 曲軸位置傳感器結(jié)構(gòu)圖1-缸體 2-大齒缺 3-傳感器磁頭 4-信號(hào)轉(zhuǎn)子 曲軸位置傳感器的信號(hào)發(fā)生器用螺絲固定在發(fā)動(dòng)機(jī)缸體上，由永久磁鐵、傳感線圈和線束插頭組成。傳感線圈又稱(chēng)為信號(hào)線圈，永久磁鐵上帶有一個(gè)磁頭，磁頭正對(duì)安裝在曲軸上的齒盤(pán)式信號(hào)轉(zhuǎn)子，磁頭與磁軛（導(dǎo)磁板）連接而構(gòu)成導(dǎo)磁回路。 信號(hào)轉(zhuǎn)子又稱(chēng)信號(hào)盤(pán)，為齒盤(pán)式，在其圓周上均勻間隔地制作有58個(gè)凸齒、57個(gè)小齒缺和一個(gè)大齒缺。大齒缺輸出基準(zhǔn)信號(hào)，對(duì)應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸1或氣缸4壓縮上止點(diǎn)前一定角度。大齒缺所占的弧度相當(dāng)于兩個(gè)凸齒和三個(gè)小齒缺所占的弧度。因?yàn)樾盘?hào)轉(zhuǎn)子隨曲軸一同旋轉(zhuǎn)，曲軸旋轉(zhuǎn)一圈(3600)，信號(hào)轉(zhuǎn)子也旋轉(zhuǎn)一圈(3600)，

25、所以信號(hào)轉(zhuǎn)子圓周上的凸齒和齒缺所占的曲軸轉(zhuǎn)角為3600，每個(gè)凸齒和小齒缺所占的曲軸轉(zhuǎn)角均為30(583057303450)，大齒缺所占的曲軸轉(zhuǎn)角為150(230330150)。 曲軸位置傳感器工作情況：當(dāng)曲軸位置傳感器隨曲軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，由磁感應(yīng)式傳感器工作原理可知，傳感線圈就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)周期性交變電壓信號(hào)。因?yàn)樾盘?hào)轉(zhuǎn)子上設(shè)有一個(gè)產(chǎn)生基準(zhǔn)信號(hào)的大齒缺，所以當(dāng)大齒缺轉(zhuǎn)過(guò)磁頭時(shí)，信號(hào)電壓所占的時(shí)間較長(zhǎng)，即輸出信號(hào)為一寬脈沖信號(hào)，該信號(hào)對(duì)應(yīng)于氣缸1或氣缸4壓縮上止點(diǎn)前一定角度。 ECU接收到寬脈沖信號(hào)時(shí)，便可知道氣缸l或氣缸4上止點(diǎn)位置即將到來(lái)，由于信號(hào)轉(zhuǎn)子上有58個(gè)凸齒，因此信號(hào)轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一圈（發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)

26、一圈），傳感線圈就會(huì)產(chǎn)生58個(gè)交變電壓信號(hào)輸入ECU。 每當(dāng)信號(hào)轉(zhuǎn)子隨發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，傳感線圈就會(huì)向ECU)輸入58個(gè)脈沖信號(hào)。如果在1分鐘內(nèi)ECU接收到曲軸位置傳感器116000個(gè)信號(hào)，ECU便可計(jì)算出曲軸轉(zhuǎn)速n為2000 r/min (n =116000/58=2000)。依此類(lèi)推，ECU根據(jù)每分鐘接收曲軸位置傳感器脈沖信號(hào)的數(shù)量，便能計(jì)算出發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)和負(fù)荷信號(hào)是ECU最重要、最基本的傳感信號(hào)，ECU根據(jù)這兩個(gè)信號(hào)就可以計(jì)算出基本噴油提前角（時(shí)間）、基本點(diǎn)火提前角（時(shí)間）和點(diǎn)火導(dǎo)通角三個(gè)基本控制參數(shù)。 曲軸位置傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)子上大齒缺產(chǎn)生的信號(hào)為基準(zhǔn)信號(hào)，ECU

27、控制噴油時(shí)間和點(diǎn)火時(shí)間是以大齒缺產(chǎn)生的信號(hào)為基準(zhǔn)進(jìn)行控制的。當(dāng)ECU接收到大齒缺產(chǎn)生的信號(hào)后，再根據(jù)小齒缺信號(hào)來(lái)控制點(diǎn)火時(shí)間、噴油時(shí)間和點(diǎn)火線圈一次電流接通時(shí)間。 （2）點(diǎn)火控制電路分析 瑪瑞利單點(diǎn)電腦的點(diǎn)火控制電路是典型的直接點(diǎn)火系統(tǒng)，電路如圖2-13所示，點(diǎn)火系統(tǒng)是由CPU的端口A來(lái)控制的。系統(tǒng)復(fù)位后主程序?qū)⒍丝贏 配置成定時(shí)器輸出口。圖2-13 點(diǎn)火電路原理圖 曲軸轉(zhuǎn)速信號(hào)如圖2-14（a）所示，輸入至ECU的11引腳（PIN11）和28引腳 （PIN28），經(jīng)電阻103送至發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速監(jiān)測(cè)芯片L9101的第6、7腳。曲軸轉(zhuǎn)速信號(hào)經(jīng)L9101波整形后由第10腳輸出如圖2-14（b）所示的5

28、V矩形脈沖信號(hào)，每個(gè)周期由58個(gè)窄脈沖和1個(gè)寬脈沖組成，該信號(hào)送到反向器74HC14D的第11腳，取反后變?yōu)槿鐖D2-14（C）所示波形，該波形送到單片機(jī)42腳(定時(shí)器的輸入端口)。 單片機(jī)根據(jù)收到的轉(zhuǎn)速脈沖信號(hào)對(duì)點(diǎn)火時(shí)間做出判斷：當(dāng)收到寬脈沖（對(duì)應(yīng)兩個(gè)缺齒）后開(kāi)始計(jì)數(shù)，當(dāng)20個(gè)連續(xù)窄脈沖（對(duì)應(yīng)連續(xù)齒）出現(xiàn)后判斷為l缸或4缸的上止點(diǎn)；而當(dāng)50個(gè)窄脈沖出現(xiàn)后判斷為2缸或3缸上止點(diǎn)，由此可計(jì)算出l、4缸和2、3缸的基本點(diǎn)火提前角，然后根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度傳感器、進(jìn)氣溫度傳感器、節(jié)氣門(mén)位置傳感器等輸入信號(hào)，通過(guò)存儲(chǔ)器中的點(diǎn)火提前角修正表對(duì)基本點(diǎn)火提前角進(jìn)行修正以獲得精確的點(diǎn)火時(shí)間。 點(diǎn)火電路分為兩路，

29、一路由單片機(jī)的38腳輸出，給1、4缸點(diǎn)火；另一路由36腳輸出（圖2-13中沒(méi)有畫(huà)出），給2、3缸的點(diǎn)火。單片機(jī)的點(diǎn)火脈沖波形如圖2-15所示。 如圖2-13所示，單片機(jī)的點(diǎn)火脈沖從38腳輸出，經(jīng)三極管VT1和VT2兩級(jí)放大，驅(qū)動(dòng)大功率三極管VT3 。當(dāng)驅(qū)動(dòng)VT3的脈沖為高電平時(shí)，VT3導(dǎo)通，電路經(jīng)電阻Re（阻值很小）接地，點(diǎn)火初級(jí)線圈通電充磁；當(dāng)脈沖為變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，VT3截止，點(diǎn)火初級(jí)線圈磁場(chǎng)磁通量立即減小至零，磁通量的變化率特別大，在次級(jí)線圈感應(yīng)出很高的電壓。次級(jí)線圈的點(diǎn)火回路是將1缸和4缸的火花塞串聯(lián)在一起，高電壓同時(shí)擊穿兩個(gè)火花塞間隙。 由于1缸和4缸、2缸和3缸分別是兩組氣缸。每組氣缸

30、是互補(bǔ)的，一個(gè)缸是壓縮上止點(diǎn)，另一個(gè)就是排氣上止點(diǎn)，兩組氣缸相差1800。例如，以4缸排氣上止點(diǎn)為曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)角的00，1缸是壓縮上止點(diǎn)，此時(shí)點(diǎn)火（不考慮點(diǎn)火提前角），1缸火花塞打火點(diǎn)燃混合器做功，稱(chēng)為“真火”，4缸在排氣上止點(diǎn)，火花塞也打火，但對(duì)剩余廢氣不起作用，稱(chēng)為“空火”。曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)至3600，經(jīng)過(guò)了兩個(gè)行程，1缸轉(zhuǎn)到排氣上止點(diǎn)，4缸轉(zhuǎn)到壓縮上止點(diǎn)，此時(shí)點(diǎn)火，1缸為“空火”，4缸為“真火”。曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)至7200，下一個(gè)周期開(kāi)始。也就是說(shuō)曲軸每轉(zhuǎn)2圈，4個(gè)行程，點(diǎn)火2次，1缸和4缸輪流做功一次，“空火”和“真火”各一次。 由于兩組氣缸相差1800，兩組點(diǎn)火線圈，所以曲軸每轉(zhuǎn)2圈，4個(gè)行程，1缸、3

31、缸、4缸、2缸輪流做功一次，“空火”和“真火”各一次。圖2-15 點(diǎn)火脈沖波形 （3）點(diǎn)火監(jiān)測(cè)電路 大功率三極管VT3發(fā)射極下面的接地電阻Re起監(jiān)測(cè)取樣作用，Re的阻值很小。當(dāng)單片機(jī)發(fā)出點(diǎn)火脈沖，VT3導(dǎo)通，有電流通過(guò)Re時(shí)，在Re上產(chǎn)生一個(gè)很小的電壓降，這個(gè)電壓稱(chēng)為監(jiān)測(cè)電壓。如果VT1、VT2、VT3、點(diǎn)火初級(jí)線圈及有關(guān)電阻中的任何一個(gè)元件燒壞或斷路，Re上都不會(huì)有電流通過(guò)，當(dāng)然也不會(huì)產(chǎn)生監(jiān)測(cè)電壓。 Re上的監(jiān)測(cè)電壓送到點(diǎn)火監(jiān)測(cè)模塊LM2903（電壓比較器）的第2腳，LM2903用一個(gè)基準(zhǔn)電壓與第2腳輸入的電壓比較，從而判斷是否有監(jiān)測(cè)電壓。監(jiān)測(cè)電壓信號(hào)由LM2903的第2腳反饋到74HC14

32、D，經(jīng)反相器驅(qū)動(dòng)后送至單片機(jī)。單片機(jī)在發(fā)出點(diǎn)火脈沖的期間如果接受不到反饋的監(jiān)測(cè)電壓信號(hào)，就確認(rèn)點(diǎn)火電路有故障，于是就產(chǎn)生故障碼并報(bào)警。 從上面的瑪瑞利單點(diǎn)電腦工作原理可以看出，點(diǎn)火電路要正常工作有4個(gè)不可缺少的要素： 正常的傳感器信號(hào)（曲軸轉(zhuǎn)速信號(hào)）送至CPU系統(tǒng)； CPU系統(tǒng)能進(jìn)行正常的信息處理，并輸出相應(yīng)的點(diǎn)火驅(qū)動(dòng)信號(hào)； 執(zhí)行機(jī)構(gòu)（點(diǎn)火及驅(qū)動(dòng)電路）能正常工作； 點(diǎn)火監(jiān)測(cè)電路的監(jiān)測(cè)電壓信號(hào)能正常反饋到CPU系統(tǒng)。 3噴油控制電路分析 瑪瑞利單點(diǎn)電腦的噴油控制主要是由CPU來(lái)完成的，電路如圖2-16所示。CPU首先根據(jù)點(diǎn)火頻率確定噴油頻率（單點(diǎn)噴油頻率為點(diǎn)火頻率的一半），由CPU的37腳輸出噴

33、油驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)至噴油模塊L9150的5腳，經(jīng)L9150放大后由2腳輸出到噴油器，在噴油過(guò)程中，CPU還要根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換器送來(lái)的各種傳感器信號(hào)，判斷當(dāng)前的工況，并根據(jù)工況信息調(diào)整噴油驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)的脈沖寬度，脈沖的寬度一般在數(shù)毫秒范圍內(nèi)。脈沖的寬度決定噴油器的開(kāi)閥時(shí)間，從而決定噴油量。精確控制噴油脈寬，可以滿足發(fā)動(dòng)機(jī)在各種工況時(shí)的燃油需要。噴油器的噴油量分基本噴油量和補(bǔ)充（額外）噴油量?jī)刹糠?。圖2-16 噴油控制電路原理圖 CPU的21腳輸出片選信號(hào)至噴油模塊L9150的第1腳，來(lái)控制噴油電路的啟動(dòng)和停止；L9150的7至10腳分別接至CPU的26、25、27、24腳；通過(guò)反饋噴油脈寬的二進(jìn)制信息，使CPU時(shí)刻了解噴油控制是否達(dá)到了控制目標(biāo)，這是個(gè)典型的閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過(guò)不斷的反饋和