[科普中国]-电子控制器

简介

控制器是计算机的指挥中心，负责决定执行程序的顺序,给出执行指令时机器各部件需要的操作控制命令。由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序产生器和操作控制器组成，它是发布命令的“决策机构”，即完成协调和指挥整个计算机系统的操作。控制器分组合逻辑控制器和微程序控制器，两种控制器各有长处和短处。组合逻辑控制器设计麻烦，结构复杂，一旦设计完成，就不能再修改或扩充，但它的速度快；微程序控制器设计方便，结构简单，修改或扩充都方便，修改一条机器指令的功能，只需重编所对应的微程序，若要增加一条机器指令，只需在控制存储器中增加一段微程序，但是，它是通过执行一段微程。

电子控制器（ECU）是一个微缩了的计算机管理中心，它以信号（数据）采集、计算处理、分析判断、决定对策作为输入，然后以发出控制指令、指挥执行器工作作为输出有时，它还要给传感器提供稳定电源或是参考电压。其全部功能是通过各种硬件和软件的总和来完成的，其核心是以单片机为主体的微型计算机系统。借助于大规模集成电路，ECU已经可以把复杂而多样的几百个元器件全都做在1~2块多层电路板上，封装在一个书本那样大的盒子里，用铝制外壳屏蔽起来。如果再采用智能功能器件，则ECU的体积还可以缩小。1

在电路组成方面，SYI-1型多用电子控制器主要由电源变压器、桥式整流电路、放大电路、可控硅触发电路、交流输出电路、电压反馈电路、电子继电器和温度接点等几部分组成；WMK-05型温度控制器主要由交流感温电桥、交流放大器和交流有源信号输出等四部分组成。

硬件构成ECU的硬件按功能可区分为输入信息处理、微处理机系统和输出信息处理3个部分。

输入信息处理输入信息处理就是把各种传感器送来的信号经过整形、放大处理，模拟量还要经过A/D转换，转变成计算机能接受的量程合适的数字信号。1

微处理机系统微处理机系统是根据输入信息和内存的控制策略及数据、图表等进行分析和运算以产生控制命令。微处理机系统包括微型计算机（CPU）、各种存储器、输入/输出接口（I/O），以及在CPU、存储器和I/O之间传递信息的数据总线、地址总线和控制总线，产生时间节拍脉冲以控制微机操作的计时器等，微机系统的各部分通常全部集中在一块芯片上，即所谓的单片机。1

输出信息处理输出信息处理部分就是把微机输出的只有mA级的各种控制命令生成、放大为可驱动各种执行器的控制信号并输出。近年来，智能功能器件的出现使输出信息的处理部分简单化了，并且还可以放入单片机中，这样，单片机就可以直接输出经过处理的控制信号，而ECU也就不需要另外的输出信息处理部分了。1

内存软件车用ECU内存的软件中，既有和一般的控制用计算机一样的各种用于计算机自身运行的驱动程序（经过选择并可以更新），还有为控制汽车及其发动机运行而编制的专用程序。这些专用程序可以说是对发动机上每一个被控对象的受控物理过程的数字化描述，它把各种传感器随时采集、输送过来的各种信息、数据经过分析、计算、比较、逻辑分析，再把得到的结果变换成发给各执行器的驱动器的控制指令，指挥执行器及时动作，完成控制过程。各种用于信号处理的计算公式、逻辑分析方法、数据表格等均可以编成程序存储在存储器中，往往有几十个甚至是上百个公式、图表、曲线被存入。存储在“只读存储器（ROM）”中的内容一般不再变动，存储在“电可擦可编程只读存储器”中的内容则在匹配调整过程中还可以修改。此外，作为抗电磁干扰的措施之一，通常对输入数据要采用软件滤波、或采用傅里叶变换、小波变换等成熟的数据处理方法进行处理，这些处理软件也要进入ECU内存。2

在软件设计中还必须考虑的是运行故障的判断、记载和读出。当然，进行故障自诊断不能只靠软件，还需要有硬件电路的帮助，需要有更多的传感器提供足以判断故障的信息。2

主要功能1.从内存中取出一条指令，并指出下一条指令在内存中位置

2.对指令进行译码或测试，并产生相应的操作控制信号，以便启动规定的动作；

3.指挥并控制CPU、内存和输入/输出设备之间数据流动的方向。

故障检修故障原因ECU不能正常工作的可能原因有两方面：

1.连接线路异常

ECU的电源线路、搭铁线路有接触不良或短路，传感器信号输入线路有断路或短路，传感器信号输入端子或执行器控制信号输出端子所连接的部件异常，导致ECU不能正常工作。3

2.控制器内部有故障

（1）ECU稳压电源电路短路或断路、元器件烧坏等而使ECU电源异常，导致ECU不能正常工作。

（2）ECU内部各传感器电源电路短路或断路、元器件烧坏等而使相关传感器不能产生信号或信号异常。

（3）ECU中的CPU、存储器、接口电路等芯片或电路烧坏，而使控制系统不能工作或是工作不正常。

（4）执行器的驱动电路断路、短路或元器件烧坏而使执行器不能工作。3

检修方法当故障码指示为ECU故障，或通过故障分析和相关的检测步骤，最后怀疑ECU有故障时，一般通过如下方法予以确认。3

1.ECU各端子电压检测法

（1）测量电源端子电压。用数字万用表直流电压档，测量ECU各电源端子的电压（有的ECU电源端子需在点火开关接通时测量），应为蓄电池电压，如果电压低或无，则检查电源电路。

（2）测量传感器电源端子电压。一些传感器电源由ECU内部的电源稳压电路提供，一般为5V左右。用电压表测量ECU传感器电源端子的电压，若电压异常或无，则说明ECU内部电路有故障，需予以更换。3

2.排除法

通过对ECU插接器各端子电压和（或）电阻的测量以及有关部件的检测，排除了所有线路和部件的故障可能性后，如果故障现象依旧，则需更换ECU。3

3.替代法

用一个新的或已确认性能良好的ECU替代，如果故障现象消失，则说明原来的ECU已损坏，需予以更新。3