第三章 电子控制单元.docx
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第三章电子控制单元
第三章电子控制单元
课程名称
发动机电控技术
总学时：
4学时
讲课：
4学时
实习：
0学时
课程性质
理实一体化课
任课教师
潘俊真
职称
助教
授课对象
专业年班级
教学目的和
要求
了解电子控制单元的功用
了解电子控制单元的组成结构及控制功能
熟悉自诊断系统的类型和功能
教学重点和
难点
电子控制单元的组成结构及工作过程
OBDII自诊断系统的特点
汽车电子控制单元
教学进程
第次课
第1次课
第2次课
授课章节
汽车电子控制单元
随车自诊断系统
学时
2
2
备注
教案（章节备课）
学时
第一节
汽车电子控制单元
教
案
内
容
教
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容
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容
一、电子控制单元的功用
电子控制单元（又称ECU、ECM、PCM）是以单片微型计算机（即单片机）为核心所组成的电子控制装置，具有强大的数学运算、逻辑判断、数据处理与数据管理等功能。
ECU是汽车电子控制系统的控制中心，其功用是分析处理传感器采集到的各种信息，并向受控装置（即执行器或执行元件）发出控制指令。
二、电子控制单元的结构组成
图电子控制单元的基本组成
电子控制单元（ECU）主要由：
①输入回路、
②A/D（模拟/数字）转换器、
③微处理器、
④输出回路等组成。
1、输入回路
输入回路又称为输入接口或输入电路
针对模拟信号：
输入回路需要先滤除杂波再通过A/D（模拟/数字）转换器将连续变化的模拟量转换成数字量之后才能输入微处理器。
针对数字信号：
输入回路需要通过输入回路的数字缓冲器进行限幅、整形和分频（如将曲轴位置传感器信号分频为1°信号等）处理后，才能传输到微处理器进行运算处理。
2、微处理器
微处理器在各种存储器的支持下，统一控制各组成部分，对输入信号进行运算处理并输出控制信号。
微处理器主要由中央处理器（CPU）、数据存储器（RAM/ROM）和输入输出（I/O）接口等组成。
（1）中央处理器（CPU）
中央处理器（CPU，CentralProcessingUnit）是整个控制系统的核心，所有的数据都要在CPU内进行运算。
（2）存储器
1）只读存储器（ROM）
用来存储固定数据，即存放各种永久性的程序和永久性、半永久性的数据。
汽车电子控制单元
2）随机存取存储器（RAM）
RAM在ECU中起暂时存储信息的作用，当电源切断时，所有存入RAM内的数据会完全丢失。
3）可编程只读存储器（PROM）
一种可插拔的可编程只读存储器
（3）输入/输出接口（I/O）
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（BUS）
总线是ECU内部传递信息的连线电路。
在ECU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。
汽车电子控制单元
3、输出回路
输出回路是微处理器与执行器之间的中继站，其功用是根据微处理器发出的指令，控制执行器动作。
三、电子控制单元的工作过程
图电子控制单元ECU的内部结构框图
发动机起动时，电子控制单元ECU进入工作状态，某些运行程序或操作指令从存储器ROM中调入中央处理器CPU。
这些程序可以控制燃油喷射、点火时刻、怠速转速等。
在CPU的控制下，一个个指令按照预先编制的程序有条不紊地进行循环。
在程序运行过程中所需要的发动机工况信息由各种传感器提供。
四、典型的电子控制单元控制功能介绍
1、系统说明
ECU根据传感器发出的信号控制执行器工作。
2、输入输出信号
传感器
输入信号
ECU功能
执行器
曲轴位置传感器
发动机转速及活塞位置
燃油喷射控制、
怠速控制和点火正时控制等
喷油器、
怠速控制机构和
点火线圈等
凸轮轴位置传感器
空气流量计或进气压力传感器
进气量
进气温度传感器
氧传感器
废气中氧气浓度
节气门位置传感器
节气门位置
爆震传感器
爆震条件
空调开关
空调压力
车速传感器
车速
冷却液温度传感器
冷却液温度
表电子控制单元输入输出信号
3、起动控制
4、暖机和三元催化器的加热控制
5、加速/减速和倒拖断油控制
6、怠速控制
7、混合气闭环控制
8、蒸发排放控制
9、燃油喷射控制
10、点火正时控制
11、自诊断功能
12、燃油泵控制
13、冷却风扇继电器控制
14、其他控制功能
五、电子控制单元常见的故障与检测
1、电子控制单元发生故障
故障备用系统在ECU的CPU电路故障时即会自动进入备用系统。
如ECU检测出CPU故障时，仪表板上发动机警告灯点亮以警告驾驶者，同时备用系统则发生作用，取代故障元件系统。
2、电子控制单元元件检查程序
1）利用诊断仪器读取发动机电子控制单元故障记录。
2）检查ECU连接线是否完好，重点检查ECU电源供给（来自主继电器或蓄电池直接供给）、接地线路是否正常。
3）检查外部传感器工作是否正常，输出信号是否可信，其线路是否完好。
4）检查执行器工作是否正常，其线路是否完好。
5）最后更换ECU进行试验。
3、电子控制单元故障或失效判定
电子控制单元通常有以下几种故障：
1）防盗触发
2）软件（控制单元控制程序）错误
3）信号输入回路故障
4）信号输出回路故障
5）不能和外部的检测仪器通讯
6）外部原因导致控制单元故障
第二节
随车自诊断系统
教
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内
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内
容
一、OBD的概念
OBD的英文全称为ON-BOARDDIAGNOSTIC，翻译成中文为：
随车自我诊断。
自上个世纪80年代开始，国外各汽车制造厂开始在其生产的车辆上配备控制与诊断系统；这些新系统在车辆发生故障时，可以警示驾驶员并且维修工人在维修时可以经过由特定的方式读取故障码，以加快维修时间，汽车工业界称之为随车自我诊断系统（OBD）。
各汽车制造厂均独立采用自行设计的诊断座及自定义的故障码，相互间无法沟通，在维修中必须采用不同的诊断系统。
随车自诊断系统
二、OBD-Ⅰ
1985年美国加州大气资源局（CARB）开始制定法规，要求各汽车制造厂在加州销售的车辆，必须装备OBD系统，称为OBD-Ⅰ（第一代随车诊断系统）。
规定OBD-Ⅰ必须符合下列要求：
1、仪表板必须有“故障警示灯”（MIL），以提醒驾驶员注意特定的车辆系统已发生故障（通常是废气控制相关系统）。
2、系统必须有记录/传输相关废气控制系统故障码的功能。
3、电器元件监控必须包括：
氧传感器O2S、废气再循环EGR、油汽蒸发控制系统（EVAP）。
三、OBD-Ⅱ
美国汽车工程师学会（SAE）制定，要求各汽车制造厂依照OBD-Ⅱ的标准提供统一的诊断模式，可由统一的诊断座，及只要一台仪器即可对各车种进行诊断检测。
1、OBD-Ⅱ的特点
（1）统一各车种诊断座形状为16脚，如图所示。
并装置在驾驶室，驾驶侧仪表板下方。
（2）具有数值分析资料传输功能（Data.Link.Connector简称DLC）。
资料传输线有两个标准：
ISO标准（INTERNATIONSTANDARDSORGANIZATION1941-2）利用7#，15#脚。
SAE标准。
（SAE-J1850）利用2#，10#脚。
（3）统一各车种相同故障代码及意义。
（4）具有行车记录器功能，能锁定记忆故障码时的数据流。
（5）具有重新显示记忆的故障码功能。
（6）具有可由仪器直接消除故障码功能。
图标准的OBD-Ⅱ诊断座接脚
标准的OBD-Ⅱ诊断座接脚功用如下表：
1#
由供制造厂应用
9#
提供制造厂应用
2#
SAE-J1850资料传输
10#
SAE-J1850资料传输
3#
提供制造厂应用
11#
提供制造厂应用
4#
直接车身搭铁
12#
提供制造厂应用
5#
信号回馈搭铁
13#
提供制造厂应用
6#
提供制造厂应用
14#
提供制造厂应用
7#
ISO-9141资料传输K
15#
ISO-9141资料传输L
8#
提供制造厂应用
16#
直接蓄电池正电源
2、OBD-Ⅱ统一故障代码标准
一组OBD-Ⅱ故障码是由5个代码组合而成，第一个字为英文代码，代表测试系统，如B代表车身控制系统（BODY），C代表底盘控制系统（CHASSIS），P代表发动机变速器控制系统，即动力控制总成（POWERTRAIN），U代表车载网络系统（CAN）。
例如：
福特EEC-V（第五代控制系统）的“P1352”故障码，其中第一位“P”代表测试系统；第二位“1”代表汽车制造厂码，该码可以是“0-3”的数字，如果该码为“0”代表是SAE所定义的故障码。
其他的“1”，“2”或“3”等码，代表汽车制造厂，由制造厂自己定义；第三位“3”代表SAE定义的故障范围（见表）；第四、五位“52”代表原制造厂设定的故障代码。
代码
SAE定义故障范围
代码
SAE定义故障范围
1
燃料或空气计量系统不良
5
怠速控制系统不良
2
燃料或空气计量系统不良
6
控制单元或输出控制元件不良
3
点火不良或间歇熄火
7
变速器控制系统不良
4
废气控制系统不良
8
变速器控制系统不良
3、OBD-Ⅱ故障码种类
根据故障是否对排放有影响及其严重程度，故障码有一下分类；
（1）影响排放故障码
A类：
发生一次就会点亮故障灯和记录故障码。
B类：
两个连续行程中各发生一次，才会点灯和记录故障码。
E类：
三个连续行程中各发生一次，才会点灯和记录故障码。
OBD-Ⅱ要求任何影响排放的故障都必须在三个连续行程中诊断出，且点亮故障指示灯，记录故障码发生时的定格数据。
注：
一个行程是指OBD-Ⅱ测试能得以完成的驱动循环。
（2）不影响排放故障码
C类：
故障发生时记录故障码，但不点亮故障指示灯。
厂家可根据需要点亮另一个指示灯。
D类：
故障发生时记录故障码但不点亮故障灯。
4、OBD-Ⅱ故障检测和指示灯的熄灭
（1）故障检测
1）对于绝大多数车型，不再提供手工（不用检测仪器）诊断闪烁码。
2）对OBD-Ⅱ的故障检测必须通过检测仪器和标准诊断接口（诊断座）。
3）市面上普通的检测仪器只要具有OBD-Ⅱ（EOBD）功能就可以用于任何OBD-Ⅱ车型。
（2）指示灯的熄灭
1）强制熄灭：
用检测仪器清零或者断开控制单元的电源可以暂时清除故障码和熄灭故障灯。
如果问题没有被排除，OBD-Ⅱ会再次诊断出故障，1个或多个行程后还会点亮故障灯。
多用于汽车维修服务后。
2）自动熄灭：
如果发生的故障自动消失，且通过了3次连续行程的自我诊断，故障灯会自动熄灭。
5、OBD-Ⅱ（EOBD）检测的主要传感器
以下传感器发生故障时会点亮警告灯：
空气流量传感器（MAF）
进气压力传感器（MAP）
节气门位置传感器（TPS）
冷却液温度传感器（ECT）
进气温度传感器（IAT）
氧传感器（02S）
车速传感器（VSS）
凸轮位置传感器（CAM）
曲轴位置传感器（CKP）
废气再循环阀位置传感器（EGRP）
爆震传感器（KS）
以下传感器不影响排放，发生故障是不点亮警告灯，只记忆故障码：
G传感器（用于缺火诊断时路面状况判别）
空调压力传感器
6、OBD-Ⅱ（EOBD）检测的主要执行器
以下执行器发生故障时会点亮警告灯：
点火控制回路
喷油器控制回路
碳罐电磁阀控制回路
怠速控制阀
废气再循环阀控制电磁阀
以下执行器不影响排放，发生故障时不点灯，只记忆故障码：
空调压缩机离合器继电器
冷却风扇继电器
可变进气管道控制电磁阀（需通过排放确认对排放影响不大）
7、OBD-Ⅱ（EOBD）的缺火诊断
缺火（MISFIRE）的曲轴速度变化诊断法：
当缺火发生时，曲轴速度会因失去动力而减速。
本方法通过对曲轴位置传感器（CKP）检测曲轴转速的变化诊断缺火，和凸轮轴位置传感器（CKP）判别缺火汽缸。
8、故障检修步骤
图OBD-II诊断步骤
（1）连接检测仪器到诊断接口。
（2）打开点火开关或起动发动机。
（3）读取故障码或数据流，分析故障原因。
（4）维修车辆，排除故障。
（5）清除故障码，验证故障是否排除。
四、OBD-II的缺点及发展
缺点：
汽车电路系统的故障率比较高；
汽车的各系统中线路的数量大而且复杂；
新的系统扩充空间也比较小；
新增软件及硬件的可塑性比较小；
汽车的制作成本比较高；各控制模块的资讯不可共享，使得在维修过程中比较复杂等等。
发展：
美国汽车工程师学会（SAE）又提出了多用随车诊断MOBD（又称OBD-Ⅲ）的概念，并且于2000年已经公布，于2005年实施，使我们的维修观念又有一个新改变。
随车自诊断系统
五、MOBD
在MOBD系统中，所有的控制单元都通过数据总线BUS线路连接。
因此，诊断仪器能利用BUS线路同时监控其他控制单元的故障码和数据。
图MOBD系统示意图
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