任务一  发动机控制单元识别

任务引入

汽修厂接收了一辆待维修的别克威朗汽车，客户反映汽车仪表板上的故障指示灯亮起，修理厂技师初步诊断是发动机控制单元故障，请你根据专业知识识别汽车发动机控制单元的主要部件。

一、控制单元概述

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ECU等。随着汽车电子自动化程度越来越高，汽车零部件中也出现了越来越多的ECU，线路之间复杂程度也急剧增加。为了使电路简单化、精细化、小型化，汽车电子中引进了CAN总线来解决这个问题。因为CAN总线能将车辆上多个ECU之间的信息传递形成一个局域网络。有效地解决线路信息传递所带来的复杂化问题。目前博世、德尔福、电装、VDO等都是汽车ECU行业的领导者。

车用ECU所处的环境十分恶劣复杂，除了湿度、温度、振动、冲击、灰尘、泥沙、水、油污、波动电压等环境因素外，电磁环境更是个不可忽视的问题。为了使ECU适应汽车内恶劣的电磁环境，在设计汽车的电子产品时，考虑ECU所处的环境以及对ECU进行检测和评估就显得十分重要。

二、ECU主要功能

接收控制信息，主要指接收操作人员的各种控制指令，如油门指令。

系统参数的采集处理功能，应用单片机丰富的接口资源采集发动机的工况和状态参数，之后加以转换处理。

在控制软件的管理下，完成各种控制功能，再根据采集的系统参数进行工况判断，实现喷油量控制和喷油定时控制。

输出驱动功能，根据系统处理后所得的控制信息，进行信号输出或放大，驱动油量控制机构和定时控制机构。

具备系统自动诊断功能，如果检测到故障，则启用后备功能。

与监控系统进行实时通信的功能。

三、基本结构

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任务的不同而不同，而ECU的基本结构体系主要包括处理电路、A/D转换器、微处理器和输出处理电路等模块，如图6-1所示。

图6-1  ECU组成

（一）输入处理电路

输入处理电路主要用来对传感器输送的信号进行滤波处理，去除其中的干扰信号。传感器输送的信号有模拟信号和数字信号两种，它们分别通过不同的输入处理电路进行处理。其中，模拟信号经过滤波后输出给A/D转换器，数字信号经过滤波后直接输出给微处理器。

（二）A/D转换器

A/D转换器又称为模拟信号/数字信号转换器，用来将滤波后的模拟信号转换成数字信号，然后输送给微处理器。为了保证测控系统的实时性，采样间隔一般要求小于4 ms。

（三）微处理器

微处理器主要由中央处理器（CPU）、存储器（包括只读存储器ROM和随机存储器RAM）和输入输出接口（I/O）等组成。它用存储器中的程序和数据对经滤波和转换后的数字信号进行处理，将处理结果输送给输出处理电路，并存储一些必要的输入/输出信号。现在多用16位和32位机。

（四）输出处理电路

输出处理电路用来将微处理器处理后的信号进行转换和放大，并输送给各执行器。

四、ECU工作原理

ECU电压工作范围一般在4.5～16 V、工作电流在0.015～0.1 A、工作温度在-40 ℃～80 ℃，能承受1000 Hz以下的振动，在无外部异常的情况下，ECU设计可靠性较高，损坏的概率非常小。在ECU中CPU是核心部件，它具有运算与控制的功能，发动机在运行时，它会采集各传感器的信号，进行运算，并将运算的结果转变为控制信号，来控制被控对象的工作。它还能实现对存储器（ROM/FLASH/EEPROM、RAM）、输入/输出接口（I/O）和其他外部电路的控制；存储器ROM中存放的程序是以经过精确计算和大量实验取得的数据为基础编写出来的，这个固有程序在发动机工作时，不断地与采集来的各传感器的信号进行比较和计算。以比较和计算的结果为参考，用来实现对发动机的点火、空燃比、怠速、废气再循环等多个参数的控制。ECU工作原理如图6-2所示。

图6-2  ECU工作原理

五、ECU使用时注意事项

（一）启动前发动机电控系统自检

将钥匙插入方向/起动锁的锁孔内，旋转钥匙将开关置于通电“1”位置，发动机ECU电源接通，仪表板信号灯总成四个报警灯都应立即点亮（发动机电控系统进行自检）。如果四个报警灯持续两秒钟后全部熄灭（自检完成），说明发动机电控系统一切正常，发动机可以启动。

（二）发动机熄火

如果需要发动机熄火时，只需将钥匙开关从位置“2”处，回转至“0”位， ECU就会停止供电并控制发动机熄火。注意，为使ECU有足够的时间存储系统的各种数据，发动机熄火30 s后，才允许关闭电源总开关。

六、任务实施

（一）实施方案

1．作业准备

使用万用表时，不要将红黑表笔接反。

设备器材：别克威朗车L3G型实训车一辆、常用工具（一套）、万用表。

耗材：干净抹布。

2．学生分组

以6～8人为一组，选出组长并进行任务分配，填入表6-1中。

表6-1 小组概况及分工情况表

（二）操作步骤

下面以别克威朗车L3G型为例，介绍ECU、检测和组装的方法。

1．根据所掌握的汽车发动机控制单元的相关知识，回答下列问题。

（1）汽车发动机控制单元有哪些功能？

（2）汽车发动机控制单元由哪几部分组成？

（3）简述汽车发动机控制单元的工作原理。

2．ECU的拆解

第一步：关闭点火开关，取下钥匙，断开蓄电池负极。

第二步：如图6-3所示，向外松开“支架卡子”，将ECU沿箭头B指示方向拆下，然后解开锁止卡扣并拔下ECU的线束插头。

图6-3  别克威朗ECU拆解

第三步：能认识汽车发动机控制单元外部及内部各元件的名称。     

（三）任务评价（每组一份）

将小组成员评价分数填入表6-2中。

表6-2　任务评价表