学习任务十 汽车执行器电路控制与检测 (1)讲解

学习任务十汽车执行器控制电路《汽车电工电子技术》CONTENTS目录3车辆灯光点亮异常故障诊断与故障排除1汽车ECU的基础分析占空比控制电路的信号任务描述2任务描述执行器是自动化技术工具中接收控制信息并对受控对象施加控制作用的装置。在汽车上，ECU接收到传感器的信号后，控制各个系统的执行器，常见的执行器有点火系统、喷油器、电磁阀、节气门等，本项目重点学习汽车ECU的基础知识、分析占空比控制电路的信号、音乐IC驱动电磁式喇叭。从本任务开始，我们开始接触汽车执行控制器相关任务。学习目标知识目标12能力目标会分析ECU的控制原理及占空比信号；会连接并分析音乐IC驱动电磁式喇叭；分析信号如何控制；懂得ECU的基本知识；接并分析音乐IC驱动电磁式喇叭；123规范课堂６Ｓ管理；养成团队协作的好习惯；养成独立思考问题的好习惯；能与同学密切合作，规范安全地完成学习活动。素质目标123401汽车ECU的基础任务描述1ECU就是汽车的大脑，通过对占空比控制电路的信号分析导出任务，了解ECU的作用以及工作原理。任务目标2建议学时：4学时。了解ECU的概念；1了解ECU的基本结构与功能；2ECU的工作过程。3ECU的概念一ECU(ElectronicControlUnit)电子控制单元，又称"行车电脑"、"车载电脑"等。ECU原来指的是engine control unit，即发动机控制单元，特指电喷发动机的电子控制系统，但是随着汽车电子的迅速发展，ECU的定义也发生了巨大的变化，变成了electronic control unit即电子控制单元，泛指汽车上所有电子控制系统，可以是转向ECU，也可以是调速ECU，空调ECU等。ECU是一种单片机原件，从用途上讲则是汽车专用微机控制器。ECU的基本结构与功能二ECU实际上是一个“电子控制单元”（Electronic Control Unit），它是由输入处理电路、微处理器（单片机）、输出处理电路、系统通信电路及电源电路组成，的结构如图10-1、10-2所示:１.ECU的基本结构ECU的基本结构与功能二2.ECU的功能汽车上的大部分电子控制系统中的ECU电路结构大同小异,其控制功能的变化主要依赖于软件及输入、输出模块的功能变化,随控制系统所要完成的任务不同而不同,而ECU的基本结构体系包括输入处理电路、微处理器、输出处理电路、电源电路。在输入处理电路中,ECU的输入信号主要有三种形式,模拟信号、数字信号包括开关信号)、脉冲信号。模拟信号通过A/D转换为数字信号提供给微处理器。控制系统要求模数信号转换具有较高的分辨率和精度（＞10位)。为了保证测控系统的实时性,样间隔一般要求小于4ms。数字信号需要通过电平转换,得到计算机接受的信号。对超过电源电压、电压在正负之间变化、带有较高的振荡或噪声、带有波动电压等输入信号,输入电路也对其进行转换处理。ECU的基本结构与功能二2.ECU的功能电源电路中,传统车的ECU一般带有电池和内置电源电路,以保证微处理器及其接口电路工作在+5v的电压下。即使在发动机启动工况等使汽车蓄电池电压有较大波动时,也能提供+5v的稳定电压,从而保证系统的正常工作,而电动汽车一般由蓄电池供电在软件方面,ECU的控制程序有以下几个方面:计算、控制、监测与诊断管理、监控。执行如图10-3的控制模式:ECU的工作过程三１)信号过滤和放大。２)模数(Ａ/Ｄ)转换。３)微处理器将已经预处理过的信号进行运算ꎬ并将处理后的数据送至输出电路。任务实施4任务实施一、任务准备１.组织方式(１)场地设施：每小组对应一套继电器实验设施、一张实训工作台。(２)检测工具:万用表、线束、锂离子电池一块，Ａ/Ｄ转换器电路板。(３)学生组织：教师指导，按各实例知识讲解及实训进行自评、互评。(４)检查实训任务：真实、完整、有效。(１)遵守场地安全规定，注意用电安全。(２)插拔电气元件时一定要断电操作。(３)正确使用万用表。(４)在接线、拆线时，严禁用力拉扯线束。

2.注意事项任务实施4任务实施二、操作步骤根据学习工作页，结合实训指导书，按下列步骤完成实施。(１)检测Ａ/Ｄ转换器电路信号。(２)观察示波器电压波形。任务小结5任务小结(１)ＥＣＵ(ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ)电子控制单元，又称“行车电脑”“车载电脑”等。(２)ＥＣＵ由微机和外围电路组成。(３)ＥＣＵ实际上是一个“电子控制单元”(ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ)，它是由输入处理电路、微处理器(单片机)、输出处理电路、系统通信电路及电源电路组成的。(４)ＥＣＵ的控制功能的变化主要依赖于软件及输入、输出模块的功能变化，随控制系统所要完成的任务不同而不同，而ＥＣＵ的基本结构体系包括输入处理电路、微处理器、输出处理电路、电源电路。02占空比电路控制与检测任务描述1占空比在汽车电子控制中是比较常用的控制方式，如电磁阀控制，电动机转速控制，理解占空比调制和控制原理对电路设计和维修都有很大的帮助，本子任务主要通过实例讲解，理论与实操相结合，对占空比的定义和控制特点进行学习。任务目标2建议学时：4学时。理解占空比调制原理；1理解电磁阀控制原理和方式；23掌握占空比控制负载的电路连接特点；规范课堂６Ｓ管理；4养成团队协作的好习惯；5养成独立４思学考时问，题的好习惯。6占空比一数字信号只有两种状态，就是“0”和“1”，我们所说的“占空比”，也是一种数字信号，是在一串理想的脉冲周期序列中，正脉冲的持续时间与脉冲总周期的比值。如图10-4所示，例如：脉冲宽度1μs，信号周期4μs的脉冲序列占空比为0.25，在成语中有句话：三天打渔，两天晒网，如果以五天为一个周期，“打渔“的占空比则为0.6。占空比的特点二通过控制占空比可在无功率损失的情况下对电流进行控制。占空比信号类似转向灯的控制信号，转向灯每次点亮约半秒钟，然后熄灭约半秒钟，这称作一个周期。转向灯控制信号和占空比信号的不同在于：（1）信号频率，即电压切换的速率：占空比信号的频率比转向灯控制信号的频率高很多。（2)电流通、断时间的比例：占空比信号的通、断（高、底）时间可变。占空比的特点二占空比电路模型如图10-5所示，占空比信号由电子电路快速控制电流而产生，分正极端控制与负极端控制，两者只是控制波形相反。在实际应用中多采用负极端控制方式。占空比在汽车上的应用三现代汽车的控制精度越来越高，特别是在电控系统中，以前所采用的一些普通的开关式的执行器件已经不能满足现代轿车的控制要求了，比如说EGR系统，怠速控制系统，燃油蒸发控制系统等等。准确地说，占空比控制应该称为电控脉宽调制技术，它是通过电子控制装置对加在工作执行元件上一定频率的电压信号进行脉冲宽度的调制，以实现对所控制的执行元件工作状态精确，连续的控制。占空比电路的分析四平动电磁阀式怠速控制执行机构如下图10-6所示。平动电磁阀式怠速执行器由电磁线圈、阀轴和阀等组成。当ECU加大PWM信号的脉宽（占空比）时，电磁力加大，阀轴上移而阀门开度加大，从而导致旁通空气量的加大与怠速的提高；当PWM信号脉宽减小时，旁通空气量减小而怠速下降。图中波纹管的作用是为了消除阀门上下两侧压差对开启位置的影响，便于ECU计算决定PWM信号，同时也减小了阀上的作用力。1.平动电磁阀式怠速控制执行机构占空比电路的分析四比例电磁铁EGR阀应用于EGR流量较小的小排量发动机(例如：汽油机)中，它通过脉宽调制(PWM)的电压进行控制。比例电磁铁EGR阀的结构包括(图2-4)壳体，衔铁，线圈，位移传感器等。ECU向比例电磁铁的线圈输入脉宽调制(PWM)的电压，线圈然后产生磁场力吸动衔铁，从而打开EGR阀门，废气通过EGR阀门流向进气管。EGR阀门的流量(开度)通过位移传感器反馈到ECU。因为比例电磁铁的发热导致线圈中的电流发生变化，使得EGR阀门的开度发生变化，所以应该利用位移传感器的反馈信号对EGR阀门进行闭环控制，提高控制精度。2.比例电磁铁驱动的EGR阀任务实施4任务实施一、任务准备１.组织方式(１)场地设施：每小组对应一套继电器实验设施、一张实训工作台。(２)实训工具：万用表、线束、万用表、锂电池一块，占空比可调信号板。(３)学生组织：教师指导，按各实例知识讲解及实训进行自评、互评。(４)检查实训任务：真实、完整、有效。(１)遵守场地安全规定，注意用电安全。(２)插拔电气元件时一定要断电操作。(３)正确使用万用表。(４)在接线、拆线时，严禁用力拉扯线束。

2.注意事项任务实施4任务实施二、操作步骤根据学习工作页，结合实训指导书，按下列步骤完成实施。(１)如图１０-７所示，连接好占空比检测电路ꎮ。(２)观察示波器检测波形。任务小结5任务小结(１)在汽车电子执行器如各自控制电磁阀、冷却风扇、电动机等都需要进行功率控制，这时需要控制电路输出一种信号，称为占空比信号。(２)占空比信号的通、断(高、底)时间可变。(3)占空比控制应该称为电控脉宽调制技术，它是通过电子控制装置对加在工作执行元件上一定频率的电压信号进行脉冲宽度的调制，以实现对所控制的执行元件工作状态精确、连续的控制(4)比例电磁铁ＥＧＲ阀应用于ＥＧＲ流量较小的小排量发动机(例如:汽油机)中，它通过脉宽调制(ＰＷＭ)的电压进行控制，比例电磁铁ＥＧＲ阀的结构包括壳体、衔铁、线圈、位移传感器等。03车辆灯光点亮异常故障诊断与故障排除任务描述1车辆灯光点亮异常是在汽车故障检测中非常常见的一种现象，现选择迈腾B8作为例子，通过实际的例子来了解排故障的基本思路和方法。任务目标21车辆灯光基础知识；2学会通过电路图分析故障点；建议学时:２学时。3学会排除故障的基本思路。车辆灯光的基础知识一汽车的照明与灯光信号装置电路是由前照灯、雾灯、示廓灯、转向灯、制动灯、倒车灯、车内照明灯及有关控制继电器和开关组成的电路。通常有氙气大灯和LED大灯。氙气大灯是卤素大灯的升级版，它的亮度更高、能耗更低、寿命更长。缺点在于点亮会有延迟，色温较高，在雨雪和大雾天气中可能会有折射现象，穿透力会有影响。LED的优点在于节能、成本低、寿命长、响应速度快、元件体积小易于布置和造型设计等。排故基本思路二

第一步，核实客户抱怨，获取抱怨信息,确认故障现象,建立故障诊断的切入点关键点，确认车辆配置信息，记录警告灯和相关仪表显示信息，进行车辆功能检查,记录功能异常，咨询客户,确认故障性质和发生条件，重现和确认故障。第二步，确认故障所属系统或组件,分析产生故障的可能原因，记录系统故障信息，根据故障现象和快测结果,确认故障所属系统，查询维修手册和电路图,理解相关系统的工作原理，根据工作原理结合现象列出相关可能故障原因。第三步，制定检测计划,获取可以评估的检测结果,缩小范围并定位故障，针对可能的故障原因,制定具体的检测方法和操作步骤，利用接制单元功能，选取便捷可靠的检测方法和测量点，获取可以评估的检测结果，根据可疑结果分析查找故障点。排故基本思路二第四步，确认故障产生的根本原因,进行专业维修,恢复车辆功能，确认产生故障的根本原因，制定合理的维修方案，更换零件后进行必要的调整。第五步，核实维修结果，确认故障已排除,故障现象不再岀现，清除故障码，进行必要的路试，进行车辆快测，进行完工检查，回访结果反馈。任务实施4任务实施一、任务准备１.组织方式(１)场地设施：迈腾B8车辆。(２)检测工具：万用表、线束。

(３)学生组织：教师指导，按各实例知识讲解及实训进行自评、互评。(４)检查实训任务：真实、完整、有效。(１)遵守场地安全规定，注意用电安全。(２)插拔电气元件时一定要断电操作。(３)正确使用万用表。(４)在接线、拆线时，严禁用力拉扯线束。

2.注意事项任务实施4任务实施（任务测评表见教材）二、操作步骤根据学习工作页，结合实训指导书，按下列步骤完成实施。(１)描述与客户抱怨相关的检查结果。(２)绘制控制原理图。(３)根据上述故障现象，判断可能故障原因。(4)读取故障码，填写对该故障诊断有用的信息。(5)根据上述分析及测试结果，进一步明确故障范围，确定测试突破点。(6)基于以上诊断结论，选择测量点，实施测量，确定故障所在点。任务实施4任务实施（任务测评表见教材）二、操作步骤根据学习工作页，结合实训指导书，按下列步骤完成实施。(7)分析测试结果,并