联电ME7系统原理

1、United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 目录目录 1 系统综述系统综述 3 ME7系统的主要控制策略系统的主要控制策略 6 ME7系统的综合诊断系统的综合诊断 8 结束语结束语 7与其它系统的接口与其它系统的接口 2 ME7的主要控制系统的主要控制系统

2、 5 电控单元（电控单元（ECU） 4 主要传感器与执行器介绍主要传感器与执行器介绍 United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 系统综述系统综述 系统特点系统特点 系统组成系统组成 系统基本功能系统基本功能 系统辅助功能系统辅助功能 系统基本控制策略系统基本控制策略 系统扩展系统扩展 系统接口系统接口 系统诊断系统诊断 本章将从以下几个方面对ME7系统进行初步介绍。其中的系统组成和控制策 略将在后面进行重点论述。 United Automoti

3、ve Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University ME7系统是目前国内采用的德国BOSCH公司生产的Motronic系列发动机 管理系统（Engine Management System 简称EMS）的最先进的一种，与之 前的M1和M3系统的最大不同在于ME7系统的控制策略是基于扭矩控制的。 这种控制策略可以灵活地将众多系列的Motronic系统功能移植到不同 的发动机和使用环境。 ME7系统采用了电子节气门（Electronic Throttle Control,简称 ETC)，

4、使得发动机的进气量不直接由加速踏板来控制，而是由电控单元采 集分析诸多信号后通过控制节气门开度来精确确定。 系统综述系统综述 United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 系统综述系统综述 ME7系统的电控单元（EMS ECU）采用了两片高性能CPU，大容量的闪 存（Flash Memory），在提高系统运行处理能力和程序、匹配数据升级方 面有明显的提高。 电控单元（EMS ECU）中的CPU还集成了CAN总线控制器，与车内其它 电子控制系统组成了

5、CAN总线网络，进一步提高了系统性能，并同时也为 诊断和维修提供了方便。 此外，ME7系统集成了众多先进的传感器和执行器，可以更加准确、 可靠地测量和执行动作，所有这些都为提高整个汽车的综合性能奠定了坚 实的基础。 United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 系统综述系统综述 ME7组成示意图：组成示意图： United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Sh

6、anghai Jiaotong University 如上图所示，ME7系统包括以下三个部分： -传感器 负责记录当前发动机和车辆运行的各种数据以及驾驶者的驾驶意愿 -执行机构 火花塞式发动机管理系统所要求的所有的伺服单元或终端控制元件 -中央电控单元(ECU） 对传感器信号进行采集处理并生成相应输出控制信号 系统综述系统综述 United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 系统综述系统综述 United Automotive Electronic

7、Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 系统综述系统综述 此外，根据扩展功能的不同，此外，根据扩展功能的不同， 还可能有以下执行器：还可能有以下执行器： United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University ME7发动机管理系统的基本功能是根据驾驶者的意愿设置相应的扭矩 输出。 具体地说，就是利用加速踏板位置传感器反映当前驾驶者的驾驶意愿， 中央电控单元将认为当

8、前的加速踏板位置传感器的测量值对应着一个特定 的输出扭矩，为了获得这个对应的扭矩，中央电控单元将在采集各类发动 机工况参数和车辆运行参数的基础上，协调各个输出控制信号，如： - 气缸进气量 - 喷油量 - 点火正时 以达到要求的输出扭矩，同时系统将监测当前运行参数的变化情况。 系统综述系统综述 United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University ME7系统同时广泛采用了辅助的开环和闭环控制功能，包括： 怠速控制 闭环控制 燃油蒸发排放控制 巡航控制 降低

9、NOx排放的排气再循环控制(EGR) 降低HC排放的二次空气喷射控制 系统综述系统综述 United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 系统综述系统综述 由于多种因素的共同作用，这些辅助功能已被提高到了一个重要的位置。 这些因素包括： 要求降低尾气排放的法规 对进一步提高燃油经济性的不懈追求 对安全性和驾驶舒适性的更高要求 United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Departm

10、ent Shanghai Jiaotong University ME7系统也可进行扩展，以集成以下配置： - 涡轮增压器和可变进气歧管控制(可提高动力输出) - 发动机阀门正时可变的凸轮轴控制 (可降低燃油消耗和排放，同时提高动力输出) - 爆震控制、发动机转速控制和车速控制(可保护发动机和车辆)。 系统综述系统综述 United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University M7系列的发动机管理系统采用的是基于扭矩控制的控制策略。 使用该控制策略，可以使系统

11、针对不同发动机和使用环境，方便灵活 地集成众多Motronic系列产品的功能。 大多数辅助开环和闭环控制功能都会体现在对发动机扭矩的影响上， 这经常导致同时出现相互矛盾的要求。 该控制策略则能够区分出这些相互矛盾的需求的优先程度，并执行最 至关重要的需求,这也是基于扭矩控制的控制策略的优势所在。 系统综述系统综述 United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 在ME7系统中，中央控制单元采用CAN(Controller Area Network,

12、控制器局域网)总线与车内掌管其它系统的不同控制单元保持通信与互相 协作。 这种协作的一个例子是当进行换档时，Motronic控制单元可操纵自 动变速箱的ECU来执行扭矩的减少，从而减少变速箱的磨损。 同样，如果安装了TCS(牵引控制系统)，当感受到车轮滑动时，它 的ECU会把相应的数据传递给Motronic控制单元，使其降低发动机扭矩。 这也是采用基于扭矩的柔性响应控制的另一个好处。 系统综述系统综述 United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University

13、由于器件故障将可能导致严重的安全或排放问题，在线诊断系统(On- Board Diagnosis)是Motronic系列发动机管理系统的标准配置。 利用在线诊断，系统可以诊断出象空气流量计、电子节气门体、氧传 感器、碳罐阀等诸多器件的故障。 ME7系统可满足OBD和EOBD标准。 系统综述系统综述 United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University ME7的主要控制系统的主要控制系统 United Automotive Electronic System

14、s Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University ME7的主要控制系统的主要控制系统 发动机管理系统主要通过控制：进气、喷油、点火来实现对整个发动机的 运行管理，本章将主要就以下三个分系统介绍ME7主要的控制系统： 燃油系统燃油系统 点火系统点火系统 进气系统进气系统 United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 对火花塞式发动机而言，决定功率输出的首要因素是气缸进气量。 发

15、动机管理系统主要是通过调节节气门开度来控制气缸进气的。 进气系统进气系统 United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 常规系统常规系统 常规的设计是依靠机械的连接 来控制节气门，借助系缆或机械拉 杆传递加速踏板的运动，相应地转 变成节气门的动作。 发动机冷车启动时，为了克服 较大的内部摩擦消耗需要吸入较多 的空气和喷入额外多的燃油；同时， 当辅助设备如空调压缩机被打开时， 气缸也需要吸入更多的空气来弥补 驱动功率的损失。 进气系统进气系统 1 怠

16、速旁通阀怠速旁通阀 3 节气阀节气阀 2 ECU 4 旁通管旁通管 United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 这些额外的空气要求可通过空气旁通执行器来满足，这种执行器能控制 一个绕过节气门的额外气流通道。 另一种选择是使用一种可随发动机需求变化而相应调整节气门最小开度 的节气门执行器来满足这种要求。 但这两种情况下为满足发动机需求波动而对空气流量进行电子控制的范 围都是有限的，仅局限在某些特定工况，比如说怠速控制。 进气系统进气系统 Unite

17、d Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 带有带有ETCETC的系统的系统 如下图所示，ETC(电子节气门控制)控制涉及部件包括：加速踏板、EMS ECU、和电子节气门总成。 进气系统进气系统 加速踏板加速踏板EMS ECU 电子节气门体电子节气门体 电子节气门电子节气门 控制系统：控制系统： 监测模块监测模块 传感器传感器 执行器执行器 电子节气门总成电子节气门总成 United Automotive Electronic Systems Sales

18、and Marketing Department Shanghai Jiaotong University ETCETC系统部件说明：系统部件说明： - 加速踏板：内有两个输出信号同向变化的电位器负责监控踏板的位 置。踏板的位置由驾驶员决定。 - 电子节气门体：包括节气阀门、节气门执行器(一直流电机)、节 气门开度传感器。其中开度传感器是两个输出反向互补的电位器。 ME-Motronic系统将ETC控制与负责点火、喷油和大量辅助功能的发 动机管理ECU集成在一起，而无需为ETC配备一个专门的ECU。 进气系统进气系统 United Automotive Electronic Systems S

19、ales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 进气系统进气系统 ETC控制系统部件：控制系统部件： 1 电子节气门体电子节气门体 2 EMS ECU 3 加速踏板加速踏板 下图给出的是一典型的ETC系统部件的图片： United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University ETCETC系统控制原理：系统控制原理： 加速踏板位置传感器将感受到的加速踏板位置信号传递给ECU， ECU 计算出相

20、应的节气门开度，在根据发动机当前运行工况作适当调整后，产 生一个相应的控制信号传递给电子节气门总成的节气门执行器。 节气门执行器能够对ECU的输出控制信号做出精确的响应，同时两个 节气门位置传感器又将当前的节气门开度信息反馈给ECU，由ECU再做适当 的反馈控制。 电子节气门总成上的两个反相互补节气门位置传感器连同加速踏板 上监控踏板运动行程的两个电位器，构成了整个ETC监控功能的一部分， 能提供系统所期望的冗余度。 进气系统进气系统 United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jia

21、otong University 在整个发动机运行期间，ETC控制系统会不断地检查和监测所有能影 响节气门开度的传感器信号和计算。 一旦遇到故障，系统的初始反应是回复到基于冗余传感器信号的状 态并进行数据处理。如果没有冗余的信号可用，则节气门开度调整到默认 的位置。 进气系统进气系统 United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 尽管节气门控制是控制发动机进气的主要方式，仍然有许多其它的 系统型式也能够实现对进入气缸中的新鲜空气和残留废气数量的调整

22、， 包括： - 可变进排气阀门正时 - 排气再循环(EGR) - 可变进气歧管布置(动态增压） - 废气涡轮增压 进气系统进气系统 United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 燃油供应与传送燃油供应与传送 电动燃油泵从油箱中泵出燃油，经燃油滤清器强制过滤后，燃油被送 往燃油分配管。 燃油分配管上装有由电磁控制的喷油器，可以精确地将一定数量的燃 油喷入进气歧管。 在配有回油管的系统中，燃油流经油压调节器后多于的部分会返回油 箱中。 燃油系统燃油系统

23、 United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 燃油系统可分为带回 流管和不带回流管的两种， 在无回油管的系统中，油 压调节器紧挨着油泵安装。 回油管就可省略了，这不 仅可减少生产的成本，而 且可降低油箱里的温度。 温度的降低意味着不 仅碳氢化合物的排放更少， 而且燃油蒸发排放系统的 表现会更佳。 右图给出的是带回流 管的燃油系统。 燃油系统燃油系统 5 4 3 12 带回流管的燃油系统带回流管的燃油系统 1 油罐油罐 2 电动燃油泵电动燃油泵 3

24、 燃油滤清器燃油滤清器 4 油压调节器油压调节器 5电磁喷油器电磁喷油器 United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 燃油系统燃油系统 1）电动燃油泵 2）燃油分配管 3）燃油滤清器 4）油压调节器 5）电磁喷油器 United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 1 1）电动燃油泵）电动燃油泵 电动燃油

25、泵维持着由 油箱而来的连续不断的燃 油流动。它可以安装在油 箱里或者油箱外的油路中。 目前多采用的是在油 箱内安装油泵总成，这种 油泵总成集成了油泵与油 位传感器，并设有一涡旋 状隔板结构以去除回油管 中的油蒸汽。 燃油系统燃油系统 两级电动输油泵（侧道泵和两级电动输油泵（侧道泵和内啮合齿轮泵内啮合齿轮泵） 1 第一级（侧道泵） 2 主级（内啮合齿轮泵）3 电动机转子 4 换向器 5 单向阀 6 电线接头 United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong Universit

26、y 2 2）燃油分配管）燃油分配管 燃油经油泵后流过燃油分配管，燃油分配管上装有喷油器，在这里燃 油被均匀的分配到各个喷油器。在有回油管的系统中还有压力调节器。 燃油分配管的尺寸经过精心设计，以防止由于喷油器的开关引起谐振 造成局部的油压波动。这就避免了在负荷或转速变化的过渡工况时喷入不 规则数量的燃油。 视不同车型的特殊需要，燃油分配管可采用钢制、铝制或塑料材料制 造。同时燃油分配管也可集成一个测试阀，供检修时卸压以及测试之用。 燃油系统燃油系统 United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shang

27、hai Jiaotong University 3 3）燃油滤清器）燃油滤清器 燃油杂质造成的污染 会影响油压调节器与喷油 器的工作。 因此有必要在油泵的 下游安装一个燃油滤清器。 滤清器中含有纸制的 滤芯，滤芯上带有许多平 均直径仅10m的微孔。 燃油系统燃油系统 燃油滤清器燃油滤清器 1 纸质滤芯 2 滤网 3支承板 United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 4 4）油压调节器）油压调节器 喷油量由喷油脉宽和燃 油分配管与进气歧管的压差 决

28、定。 有回油管的系统由油压 调节器负责维持燃油系统与 进气歧管的压差恒定。 燃油系统燃油系统 油压调节器油压调节器 1 进气歧管接头，2 弹簧，3 压板， 4 膜片，5 阀片，6 进油口，7 回油口。 United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 5 5）油压衰减器）油压衰减器 喷油器的循环工作与正排量燃 油泵的周期性燃油卸压特性都会引 发燃油系统内的压力波。在恶劣的 环境条件下，电动油泵、油路以及 燃油分配管的支架会将这种压力波 动传递给油箱和车

29、身。 通过使用特别设计的支架和油 压衰减器可以抑制这些噪声源。油 压衰减器的设计与油压调节器类似， 由一个有弹簧预设力压住的膜片将 燃油腔与空气腔分割开。 燃油系统燃油系统 油压衰减器油压衰减器 1 弹簧，2 弹簧座板，3 膜片， 4 进油口，5 回油口。 United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 6 6）电磁喷油器）电磁喷油器 当电磁线圈中没有电流通过时，由于弹簧力与燃油压力的共同作用， 阀针被压向阀座，从而将燃油供应系统与进气歧管隔断。 当

30、电磁线圈通电时，线圈周围产生磁场，从而提升衔铁，阀针离开阀 座，燃油便通过喷油器喷出。 电磁喷油器的结构可参考下图。 燃油系统燃油系统 United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 燃油系统燃油系统 EV6 喷油器喷油器 1 O形圈 2 滤网 3带导线接头的喷油器壳体 4 线圈绕组 5弹簧 6带电磁衔铁的针阀体 7带喷嘴盘的阀座 电磁喷油器的结构示意图： United Automotive Electronic Systems Sales and

31、Marketing Department Shanghai Jiaotong University 燃油喷射燃油喷射 为满足汽车平稳运行和低排放的严格要求，每一个工作循环都需要提供 完全精确的混合气配制。 喷射的燃油量必须精确计量以匹配吸入的空气量。如今，准确的喷油正 时也变得越来越重要，因此，ME7系统采用的是多点燃油喷射，即每个气缸 都配有一个电磁喷油器。 喷油器由ECU控制，可在准确的时间点将精确的燃油量直接喷向气缸进 气门附近，这样大大避免了喷出燃油沿进气管壁的凝结。因为这种凝结将 导致所需混合气空燃比的偏离。 此外，对于多点燃油喷射系统来说，因为发动机进气歧管只通过供燃烧 的空气，所

32、以可以优化其形状和尺寸来实现发动机的动态增压。 燃油系统燃油系统 United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 燃油系统燃油系统 多点燃油喷射多点燃油喷射 1 燃油 2 空气 3 节气门 4 进气歧管 5 喷油器 6 发动机。 多点燃油喷射示意图如下： United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 燃油

33、系统燃油系统 混合气配制 可以采用各种不同的燃油调节方法来实现有效的燃油雾化，最大程度保 证空燃混合气的均匀性，同时使在进气管壁凝结程度最小。 燃油雾化模式取决于喷油器出口端的几何形状、角度以及油滴的尺寸。 对特定的气缸头与进气歧管几何形状而言，采用的喷油器应有所不同。 United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 点火系统点火系统 点火系统的首要任务是保 证在规定时间内点燃混合气。 为此，点火系统必须严格控制 点火正时，同时也要确保火花 塞能够释

34、放足够的能量点燃混 合气。 右图给出的是一典型的点 火线圈。 单火花点火线圈单火花点火线圈 1 驱动信号输入端 2 多片铁芯 3 初级线圈 4 次级线圈 5 弹簧接触的 高压输出端 6 火花塞接头 1 2 3 4 5 6 United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 点火系统点火系统 点火系统主要由点火电子驱动 电路、点火线圈、火花塞和高压导 线等组成。 中央电控单元根据曲轴位置传 感器和转速、水温、电压等信号计 算出点火时刻和通电时间，并将此 计

35、算结果送至点火电子驱动电路。 由点火电子组件控制点火线圈的初 级电路的接通和断开。 点火线圈形式参见右图。 点火线圈（简图）点火线圈（简图） a）单火花点火线圈 (旋转分配) b）单火花点火线圈(静态分配) c）双火花点火线圈(静态分配) 。 United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 点火电路产生点火所需的高压，然后在准确的时刻供给相应的火 花塞。 点火线圈在闭合时储存能量，在断开时产生高压，通过火花塞放 电生成火花。 点火系统点火系统 Uni

36、ted Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 电控单元ECU是发动机管理系统的“处理与控制中心”。它采用预先存储 的功能或算法(处理程序) 对由传感器送来的信号进行处理，并以这些传感器 信号为基础计算得到控制信号，并通过驱动级直接将控制信号送往相应的执 行器(例如点火线圈和喷油嘴)实施控制。 ME7发动机管理系统的电控单元采用的是专门为发动机管理系统而设计 定义的16位高性能微处理器，此外还为微处理器配有闪存（Flash Memory） 可方便地实现程序

37、和匹配数据的更新。 电控单元（电控单元（ECU） United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 电控单元（电控单元（ECU） ME7电控单元：电控单元： 1 多端插头 2 电路板 3 驱动芯片 4 内含ROM的功能处理器 5 闪存（储存针对不同车型补充程序） 6 EEPROM 7 内含ROM的扩展处理器 8 闪存（储存扩展处理器的部分程序） 9 大气压力传感器 10CJ910芯片组（集成了5V电压调节器 和感应式传感器的处理电路） 在背面还有外置R

38、AM United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 电控单元（Electric Control Unit,简称ECU）是由金属外壳与敷有 电子元器件的印刷电路板构成。 具有混合电路的紧凑型ECU可以直接安装在发动机上，独特的设计使 它能抵抗较高的热应力。 通过一个多引脚的线束插头将ECU与各传感器和执行器、当然还有电 源相连。这种接头的引脚数目取决于ECU所包含的相应功能的多少。在 ME-Motronic系统中，接头引脚不会少于100个。 在PCB

39、板的输出功放电路下方（反面）有层金属底板，利用穿孔连接 来实现向金属底板下表面的热传递,并从那儿把输出放大电路所产生的热 量通过“热桥”传递给金属外壳。 电控单元（电控单元（ECU） United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University ECU必须承受一些极端的考验，比如温度、湿度和物理应力，并抵 抗所导入的电磁干扰，抑制向外发射的高频电磁静电噪声。 正常运行状态下，ECU应能实现在实际工作环境温度和正常电源电 压下正确无误地进行信号处理。 电压调节器为E

40、CU提供数字电路所需的5V恒定工作电压。 电控单元（电控单元（ECU） United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 传感器信号首先经过保护电路，再经过信号转换器和放大器进入ECU， 主要类型如下： - 模拟信号 ECU内部集成了模数转换器(A/D)负责把模拟信号(例如加速踏板位置、 空气流量、发动机温度、电源电压比等信息)转换成数字信号。 - 数字输入信号 例如空调、换档选择手柄等的开关信号，以及来自霍尔传感器的转 速脉冲可以直接供微处理器处理。

41、 电控单元（电控单元（ECU） United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 由感应式传感器送来的脉冲输入信号提供了诸如车速、曲轴转速和 转角等信息。它们由特殊电路进行处理，并被转换成方波信号。 根据系统集成度的不同，对原始信号的处理可以部分或完全由传感器自 身来完成。通过数据总线（CAN）传递的信息不需要进行预处理。 电控单元（电控单元（ECU） United Automotive Electronic Systems Sales and Mar

42、keting Department Shanghai Jiaotong University 输入信号由在ECU内部的微处理器进行处理。 为使系统能正常运作，必须为微处理器配备已固化在非易失性存储器 (ROM或EPROM或Flash Memory)中的信号处理程序。这些存储器中还包含用 来指导发动机管理系统(EMS)工作的特定曲线和MAP图（数据）。 为适应不同的发动机和车辆对各自不同数据范围的需要，ECU直到生 产的最后环节才进行程序写入（当然在这一过程里没有必要打开ECU）。这 样就可减少应任何一家汽车厂商的特殊要求而专门生产的ECU的类型。 电控单元（电控单元（ECU） United A

43、utomotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 可读/写的随机存储器(Random Memory，简称RAM)用来存储计算结果 和调节参数，以及由诊断所得出的系统故障信息。 RAM必须要有不间断的供电，一旦断开与汽车电瓶的连接，所有的数 据都将消失；恢复电瓶供电后，ECU必须重新计算适应因子。 为解决这一问题，有些ECU单元则将所需要的变量存储在EEPROM(非易 失性存储器)中备用。 电控单元（电控单元（ECU） United Automotive Electro

44、nic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 由微处理器控制的输出驱动电路提供足够的功率输出直接驱动执行机 构。这些驱动电路有一整套保护电路，以防止因对地短路、电源电压波动 和电器过载等造成损坏。 OBD诊断功能能够检查出驱动级的各种故障，并相应地在必要时抑制 该路输出。故障入口程序也保存在RAM中，维修工程师就可用诊断仪与其 串口相连，获取相应的故障信息。 点火关闭中断电源供应时，有些ECU会依靠一套保持电路维持主继电 器开启，直到完成程序处理。 电控单元（电控单元（ECU） United Au

45、tomotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University ME7系统的主要控制策略系统的主要控制策略 如综述中所述，ME7系统除了M1，M3系列所具有的闭环控制，怠速闭环控 制，爆震控制之外，还在于ME7的控制系统是基于扭矩控制这个平台的，下面 将对以下ME7系统的主要计算、控制策略进行论述： United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong Univers

46、ity 发动机管理系统的首要任务是将驾驶指令反映到发动机的功率和扭矩输 出上。不论是在恒速前进还是加速前进，驾驶员都需要发动机输出扭矩克服 前进中的阻力。 此外，系统内许多功能子系统（如怠速控制和转速调速等）参与对行驶 伺服机构（如电子牵引力控制，自动变速箱）和通常的汽车附属功能（如空 调等）的控制，并将这些设备对发动机功率输出调整要求告诉Motronic系统。 例如，在启动空调压缩机时，空调控制系统就会向ECU请求增加输出功率。 早期发动机运行时，作为控制参数的气缸充气量、燃油质量和点火正时 都被认为是控制指令而直接执行，当各种可能互相矛盾的需求同时出现时， 彼此之间没有协调。 基于扭矩控制

47、的理论基于扭矩控制的理论 United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 采用基于扭矩控制策略的ME7系统则前进了一步，它首先对各部件 的要求进行优先级判断和协调，然后再利用得出的控制参数去实现指定 扭矩的输出。 这种协调控制的策略能确保发动机在各个工况下实现排放和耗油 的优化。 此外，采用基于扭矩的控制策略，就能比较方便地做到：根据不 同的发动机和客户使用要求，将众多的不同控制功能集成到不同型号的 发动机管理系统中，供用户自由选择。也就是说，从而使

48、ME7型发动机 管理系统具有更好的移植性。 基于扭矩控制的理论基于扭矩控制的理论 United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 基于扭矩控制的理论基于扭矩控制的理论 外部请求: 加速踏板(驾驶员) 巡航控制 外界动力条件 舒适性和方便性 起动 加热三元催化器 怠速控制 运行效率 对扭矩输出和运 行效率进行协调怠速控制 转速限制 元件保护 设定可能的 各控制参数 起动 节气门开度 点火正时 喷油控制 废气旁通阀 United Automotive E

49、lectronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 发动机的扭矩计算发动机的扭矩计算 燃烧过程产生的内部扭矩是基于扭矩控制的ME-Motronic系统的基 本参数。 发动机的实际输出扭矩还要从中扣除摩擦、泵气损失、驱动辅助器 件（水泵、交流发电机等）和传动装置所消耗的能量。 基于扭矩控制的最终目的是能够选择最精确的发动机参数以精确地 响应驾驶指令，同时还要补偿损失以及满足给其他辅助部件供能的需要。 基于扭矩控制的理论基于扭矩控制的理论 United Automotive Electronic

50、 Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 实际输出扭矩的调节实际输出扭矩的调节 ME-Motronic系统在扭矩生成的时候采用两种方法调节输出扭矩： 一种是控制电子节气门（ETC）改变进气量，这是一种逐渐缓慢过 渡的方法，另外一种是采用调节点火正时或关闭某个气缸喷油的快速响 应方式。 采用缓慢过渡的方法实际上就是控制进气量的方法，主要负责稳态 运行；而快速响应的方式（调节点火正时）可以在扭矩生成时对动力变 化非常迅速地响应。 具体调节过程可参照下图。 基于扭矩控制的理论基于扭矩控制的理论 Unite

51、d Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 基于扭矩控制的理论基于扭矩控制的理论 外部和 内部扭 矩要求 (如转速 限制、 空调压 缩机、 自动变 速箱等) 改变进气 量时的优 先级设定 改变点火正 时时的优先 级设定 扭矩到进气量之 间的转换计算 实际新鲜空 气进气量 计算运行效率 和参考扭矩喷油时间 指定扭矩和 同步控制信 号（喷油、 点火）之间 的对应关系 进气量和节气门 之间的对应关系 运行效率、 、点火正时 设定进 气量参 考点 设定 进气 量

52、进气量和启动 增压器之间的 对应关系 驾驶指令 点火正时 设定扭矩参考点 进气管压力 节气门开度 启动废气 旁通阀 利用改变进气量和点利用改变进气量和点 火正时改变扭矩输出火正时改变扭矩输出 United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 进气阀门关闭的时候气缸内的空气质量称为进气量。 还有一种和活塞位移无关的相对空气量，它是当前进气量和在标准条件 下（P0 = 1.013kPa，T0 = 273K）气缸所能容纳的空气质量的比值。 在计算喷油量的时候

53、，必须要知道相对空气量。它对于今天的火花塞式 发动机来说是一个影响功率输出的基本参数。 气缸进气量的计算气缸进气量的计算 United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 由于还没有直接测量进气量的方法，因此必须利用现有的传感器测量数据 在仿真模型的基础上计算出相对空气量。 进气仿真模型应满足以下要求： - 精确地确定在不同运行条件下的进气量 （包括在动力增压、可选流程进气歧管、可变阀门正时等）； - 能够对采用EGR(废气再循环)系统的排气成分准确反

54、映； - 对任何设定进气量，都能够计算出对应节气门开度的控制参数。 气缸进气量的计算气缸进气量的计算 United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 考虑到可以利用气体流过阀门（这里是节气门）所遵循的方程，进气歧 管仿真模型可以用来计算进入气缸的空气量。 这时主要影响参数是紧挨着节气门的前方空气压力、流过节气门所造成 的压降以及节气门的实际通流面积，所有这些参数都用进气歧管仿真模型计 算得到。 其它一些只和节气门相关的特定参数，如气流经过节气门时的摩

55、擦损失， 则必须是在建立试验测量的基础上定量给出。 计算出来的节气门开度将以指令参数的形式传送给节气门的开度控制元 件。 气缸进气量的计算气缸进气量的计算 United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 1 1）喷油持续时间的计算）喷油持续时间的计算 要实现理论空燃比，气缸充气量是计算喷油量的基础。同时结合与喷油器 设计有关的固定常量来计算喷油持续时间。 喷油持续时间也要受到喷油供油压力和喷油背压之间差值的影响。标准的 喷油供油压力是300KPa（3

56、bar）。 2 2）喷油正时）喷油正时 为了保证燃烧质量，在精确定量喷油量的同时还要有正确的喷油正时。 喷油计算与控制喷油计算与控制 United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 喷油计算与控制喷油计算与控制 来自负荷信号的 基本喷油时间 起动所需 喷油时间 起动后阶段和预 热阶段的修正。 闭环控制 的修正 瞬变补偿 停 止 喷油 再开启时 的修正 与运行点相关的喷油修正 蓄电池电压修正 实际喷油时间 是否超速，发动 机或汽车限速 喷油时间的计算：

57、喷油时间的计算： United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 点火系统的目的是提供足够的能量保证燃气在恰当的时候完全燃烧。该能 量来源于线圈闭合期间提供给初级线圈的能量。 闭合结束的时间通常和点火时刻一致。ECU根据给点火线圈充电的需要确定 闭合角的大小。 ME-Motronic的无分电式点火系统在线圈闭合开始时给线圈充电，断开时激 发点火。 点火正时的计算与控制点火正时的计算与控制 United Automotive Electronic Sy

58、stems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 点火正时的计算与控制点火正时的计算与控制 由负荷和转速信号所得 到的基本点火提前角 温度修 起动后和 预热修正 与运行点相关 的点火角修正 超速断油 前的修正 再开启时 的修正 基于变速器 调节修正 点火提前角 极限 点火时刻 怠速时的点 火角修正 爆震控制的点 火角修正 超速 United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong Universi

59、ty 可用不同的扭矩输出和 发动机转速来区分发动机的 不同运行工况。 右图显示了发动机运行的 不同工况范围对应的扭矩和 转速范围。 ME7系统对不同运行工况的处理系统对不同运行工况的处理 发动机运行工况范围发动机运行工况范围 满满 负负 荷荷 扭扭 矩矩 起起 动动怠速怠速 超速超速 断断 油油 转转 速速 恢复后恢复后 部分负荷部分负荷加速加速 United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 转速与负荷快速变化的过渡工况尤其重要，因为这些工况对混合

60、气形成 状况有特殊要求（例如这时将出现进气歧管壁上油膜的凝结和气化现象）。 另一个重要的环节是起动阶段和随后的暖机过程，这个过程将持续到发 动机和排气系统的温度升高到正常工作水平。 ME7系统对不同运行工况的处理系统对不同运行工况的处理 United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 在起动过程中，进气量、喷油量和点火时间根据专门的计算结果来调整。 起动后工况(紧接在起动过程结束之后)的混合气仍然较浓，但相比起动 初始时已减少喷油量和进气量。 点火提