博世最新發(fā)動機管理系統(tǒng)EMS(絕對精品,內(nèi)部資料)

1、United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing DepartmentShanghai Jiaotong UniversityUnited Automotive Electronic Systems Sales and Marketing DepartmentShanghai Jiaotong University目錄目錄1 系統(tǒng)綜述系統(tǒng)綜述3 ME7系統(tǒng)的主要控制策略系統(tǒng)的主要控制策略6 ME7系統(tǒng)的綜合診斷系統(tǒng)的綜合診斷 8 結(jié)束語結(jié)束語7與其它系統(tǒng)的接口與其它系統(tǒng)的接口2 ME7的主要控制系統(tǒng)的主要控制系統(tǒng)5 電控單元（電控

2、單元（ECU）4 主要傳感器與執(zhí)行器介紹主要傳感器與執(zhí)行器介紹United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing DepartmentShanghai Jiaotong University系統(tǒng)綜述系統(tǒng)綜述系統(tǒng)特點系統(tǒng)特點系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成系統(tǒng)基本功能系統(tǒng)基本功能系統(tǒng)輔助功能系統(tǒng)輔助功能系統(tǒng)基本控制策略系統(tǒng)基本控制策略系統(tǒng)擴展系統(tǒng)擴展系統(tǒng)接口系統(tǒng)接口系統(tǒng)診斷系統(tǒng)診斷 本章將從以下幾個方面對ME7系統(tǒng)進行初步介紹。其中的系統(tǒng)組成和控制策略將在后面進行重點論述。United Automotive Electronic Systems Sa

3、les and Marketing DepartmentShanghai Jiaotong University ME7系統(tǒng)是目前國內(nèi)采用的德國BOSCH公司生產(chǎn)的Motronic系列發(fā)動機管理系統(tǒng)（Engine Management System 簡稱EMS）的最先進的一種，與之前的M1和M3系統(tǒng)的最大不同在于ME7系統(tǒng)的控制策略是基于扭矩控制的。 這種控制策略可以靈活地將眾多系列的Motronic系統(tǒng)功能移植到不同的發(fā)動機和使用環(huán)境。 ME7系統(tǒng)采用了電子節(jié)氣門（Electronic Throttle Control,簡稱ETC)，使得發(fā)動機的進氣量不直接由加速踏板來控制，而是由電控單元采

4、集分析諸多信號后通過控制節(jié)氣門開度來精確確定。系統(tǒng)綜述系統(tǒng)綜述United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing DepartmentShanghai Jiaotong University系統(tǒng)綜述系統(tǒng)綜述 ME7系統(tǒng)的電控單元（EMS ECU）采用了兩片高性能CPU，大容量的閃存（Flash Memory），在提高系統(tǒng)運行處理能力和程序、匹配數(shù)據(jù)升級方面有明顯的提高。 電控單元（EMS ECU）中的CPU還集成了CAN總線控制器，與車內(nèi)其它電子控制系統(tǒng)組成了CAN總線網(wǎng)絡(luò)，進一步提高了系統(tǒng)性能，并同時也為診斷和維修提供了方便。 此

5、外，ME7系統(tǒng)集成了眾多先進的傳感器和執(zhí)行器，可以更加準確、可靠地測量和執(zhí)行動作，所有這些都為提高整個汽車的綜合性能奠定了堅實的基礎(chǔ)。United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing DepartmentShanghai Jiaotong University系統(tǒng)綜述系統(tǒng)綜述ME7組成示意圖：組成示意圖：United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing DepartmentShanghai Jiaotong University如上圖所示，ME7系統(tǒng)包括以下三個部分：

6、 -傳感器 負責記錄當前發(fā)動機和車輛運行的各種數(shù)據(jù)以及駕駛者的駕駛意愿 -執(zhí)行機構(gòu) 火花塞式發(fā)動機管理系統(tǒng)所要求的所有的伺服單元或終端控制元件 -中央電控單元(ECU） 對傳感器信號進行采集處理并生成相應(yīng)輸出控制信號系統(tǒng)綜述系統(tǒng)綜述United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing DepartmentShanghai Jiaotong University系統(tǒng)綜述系統(tǒng)綜述United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing DepartmentShanghai Jiaot

7、ong University系統(tǒng)綜述系統(tǒng)綜述此外，根據(jù)擴展功能的不同，此外，根據(jù)擴展功能的不同，還可能有以下執(zhí)行器：還可能有以下執(zhí)行器：United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing DepartmentShanghai Jiaotong University ME7發(fā)動機管理系統(tǒng)的基本功能是根據(jù)駕駛者的意愿設(shè)置相應(yīng)的扭矩輸出。 具體地說，就是利用加速踏板位置傳感器反映當前駕駛者的駕駛意愿，中央電控單元將認為當前的加速踏板位置傳感器的測量值對應(yīng)著一個特定的輸出扭矩，為了獲得這個對應(yīng)的扭矩，中央電控單元將在采集各類發(fā)動機工況參數(shù)和

8、車輛運行參數(shù)的基礎(chǔ)上，協(xié)調(diào)各個輸出控制信號，如： - 氣缸進氣量 - 噴油量 - 點火正時 以達到要求的輸出扭矩，同時系統(tǒng)將監(jiān)測當前運行參數(shù)的變化情況。系統(tǒng)綜述系統(tǒng)綜述United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing DepartmentShanghai Jiaotong University ME7系統(tǒng)同時廣泛采用了輔助的開環(huán)和閉環(huán)控制功能，包括： 怠速控制 閉環(huán)控制 燃油蒸發(fā)排放控制 巡航控制 降低NOx排放的排氣再循環(huán)控制(EGR) 降低HC排放的二次空氣噴射控制 系統(tǒng)綜述系統(tǒng)綜述United Automotive Elec

9、tronic Systems Sales and Marketing DepartmentShanghai Jiaotong University系統(tǒng)綜述系統(tǒng)綜述 由于多種因素的共同作用，這些輔助功能已被提高到了一個重要的位置。這些因素包括： 要求降低尾氣排放的法規(guī) 對進一步提高燃油經(jīng)濟性的不懈追求 對安全性和駕駛舒適性的更高要求United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing DepartmentShanghai Jiaotong University ME7系統(tǒng)也可進行擴展，以集成以下配置： - 渦輪增壓器和可變進氣歧管控制(

10、可提高動力輸出) - 發(fā)動機閥門正時可變的凸輪軸控制 (可降低燃油消耗和排放，同時提高動力輸出) - 爆震控制、發(fā)動機轉(zhuǎn)速控制和車速控制(可保護發(fā)動機和車輛)。系統(tǒng)綜述系統(tǒng)綜述United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing DepartmentShanghai Jiaotong University M7系列的發(fā)動機管理系統(tǒng)采用的是基于扭矩控制的控制策略。 使用該控制策略，可以使系統(tǒng)針對不同發(fā)動機和使用環(huán)境，方便靈活地集成眾多Motronic系列產(chǎn)品的功能。 大多數(shù)輔助開環(huán)和閉環(huán)控制功能都會體現(xiàn)在對發(fā)動機扭矩的影響上，這經(jīng)常導致

11、同時出現(xiàn)相互矛盾的要求。 該控制策略則能夠區(qū)分出這些相互矛盾的需求的優(yōu)先程度，并執(zhí)行最至關(guān)重要的需求,這也是基于扭矩控制的控制策略的優(yōu)勢所在。 系統(tǒng)綜述系統(tǒng)綜述United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing DepartmentShanghai Jiaotong University 在ME7系統(tǒng)中，中央控制單元采用CAN(Controller Area Network,控制器局域網(wǎng))總線與車內(nèi)掌管其它系統(tǒng)的不同控制單元保持通信與互相協(xié)作。 這種協(xié)作的一個例子是當進行換檔時，Motronic控制單元可操縱自動變速箱的ECU來執(zhí)行

12、扭矩的減少，從而減少變速箱的磨損。 同樣，如果安裝了TCS(牽引控制系統(tǒng))，當感受到車輪滑動時，它的ECU會把相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳遞給Motronic控制單元，使其降低發(fā)動機扭矩。 這也是采用基于扭矩的柔性響應(yīng)控制的另一個好處。系統(tǒng)綜述系統(tǒng)綜述United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing DepartmentShanghai Jiaotong University 由于器件故障將可能導致嚴重的安全或排放問題，在線診斷系統(tǒng)(On-Board Diagnosis)是Motronic系列發(fā)動機管理系統(tǒng)的標準配置。 利用在線診斷，系統(tǒng)可以診斷

13、出象空氣流量計、電子節(jié)氣門體、氧傳感器、碳罐閥等諸多器件的故障。 ME7系統(tǒng)可滿足OBD和EOBD標準。系統(tǒng)綜述系統(tǒng)綜述United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing DepartmentShanghai Jiaotong UniversityME7的主要控制系統(tǒng)的主要控制系統(tǒng)United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing DepartmentShanghai Jiaotong UniversityME7的主要控制系統(tǒng)的主要控制系統(tǒng) 發(fā)動機管理系統(tǒng)主要通過控制：進

14、氣、噴油、點火來實現(xiàn)對整個發(fā)動機的運行管理，本章將主要就以下三個分系統(tǒng)介紹ME7主要的控制系統(tǒng)：燃油系統(tǒng)燃油系統(tǒng)點火系統(tǒng)點火系統(tǒng)進氣系統(tǒng)進氣系統(tǒng)United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing DepartmentShanghai Jiaotong University 對火花塞式發(fā)動機而言，決定功率輸出的首要因素是氣缸進氣量。 發(fā)動機管理系統(tǒng)主要是通過調(diào)節(jié)節(jié)氣門開度來控制氣缸進氣的。進氣系統(tǒng)進氣系統(tǒng)United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Departmen

15、tShanghai Jiaotong University常規(guī)系統(tǒng)常規(guī)系統(tǒng) 常規(guī)的設(shè)計是依靠機械的連接來控制節(jié)氣門，借助系纜或機械拉桿傳遞加速踏板的運動，相應(yīng)地轉(zhuǎn)變成節(jié)氣門的動作。 發(fā)動機冷車啟動時，為了克服較大的內(nèi)部摩擦消耗需要吸入較多的空氣和噴入額外多的燃油；同時，當輔助設(shè)備如空調(diào)壓縮機被打開時，氣缸也需要吸入更多的空氣來彌補驅(qū)動功率的損失。進氣系統(tǒng)進氣系統(tǒng)1 怠速旁通閥怠速旁通閥 3 節(jié)氣閥節(jié)氣閥 2 ECU 4 旁通管旁通管 United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing DepartmentShanghai Jiaot

16、ong University 這些額外的空氣要求可通過空氣旁通執(zhí)行器來滿足，這種執(zhí)行器能控制一個繞過節(jié)氣門的額外氣流通道。 另一種選擇是使用一種可隨發(fā)動機需求變化而相應(yīng)調(diào)整節(jié)氣門最小開度的節(jié)氣門執(zhí)行器來滿足這種要求。 但這兩種情況下為滿足發(fā)動機需求波動而對空氣流量進行電子控制的范圍都是有限的，僅局限在某些特定工況，比如說怠速控制。進氣系統(tǒng)進氣系統(tǒng)United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing DepartmentShanghai Jiaotong University帶有帶有ETCETC的系統(tǒng)的系統(tǒng) 如下圖所示，ETC(電子節(jié)氣

17、門控制)控制涉及部件包括：加速踏板、EMS ECU、和電子節(jié)氣門總成。進氣系統(tǒng)進氣系統(tǒng)加速踏板加速踏板EMS ECU電子節(jié)氣門體電子節(jié)氣門體電子節(jié)氣門電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)：控制系統(tǒng)：監(jiān)測模塊監(jiān)測模塊傳感器傳感器執(zhí)行器執(zhí)行器電子節(jié)氣門總成電子節(jié)氣門總成United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing DepartmentShanghai Jiaotong UniversityETCETC系統(tǒng)部件說明：系統(tǒng)部件說明： - 加速踏板：內(nèi)有兩個輸出信號同向變化的電位器負責監(jiān)控踏板的位置。踏板的位置由駕駛員決定。 - 電子節(jié)氣門體：包括節(jié)氣閥

18、門、節(jié)氣門執(zhí)行器(一直流電機)、節(jié)氣門開度傳感器。其中開度傳感器是兩個輸出反向互補的電位器。 ME-Motronic系統(tǒng)將ETC控制與負責點火、噴油和大量輔助功能的發(fā)動機管理ECU集成在一起，而無需為ETC配備一個專門的ECU。 進氣系統(tǒng)進氣系統(tǒng)United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing DepartmentShanghai Jiaotong University進氣系統(tǒng)進氣系統(tǒng)ETC控制系統(tǒng)部件：控制系統(tǒng)部件：1 電子節(jié)氣門體電子節(jié)氣門體 2 EMS ECU3 加速踏板加速踏板下圖給出的是一典型的ETC系統(tǒng)部件的圖片：Un

19、ited Automotive Electronic Systems Sales and Marketing DepartmentShanghai Jiaotong UniversityETCETC系統(tǒng)控制原理：系統(tǒng)控制原理： 加速踏板位置傳感器將感受到的加速踏板位置信號傳遞給ECU， ECU計算出相應(yīng)的節(jié)氣門開度，在根據(jù)發(fā)動機當前運行工況作適當調(diào)整后，產(chǎn)生一個相應(yīng)的控制信號傳遞給電子節(jié)氣門總成的節(jié)氣門執(zhí)行器。 節(jié)氣門執(zhí)行器能夠?qū)CU的輸出控制信號做出精確的響應(yīng)，同時兩個節(jié)氣門位置傳感器又將當前的節(jié)氣門開度信息反饋給ECU，由ECU再做適當?shù)姆答伩刂啤?電子節(jié)氣門總成上的兩個反相互補節(jié)氣門位

20、置傳感器連同加速踏板上監(jiān)控踏板運動行程的兩個電位器，構(gòu)成了整個ETC監(jiān)控功能的一部分，能提供系統(tǒng)所期望的冗余度。 進氣系統(tǒng)進氣系統(tǒng)United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing DepartmentShanghai Jiaotong University 在整個發(fā)動機運行期間，ETC控制系統(tǒng)會不斷地檢查和監(jiān)測所有能影響節(jié)氣門開度的傳感器信號和計算。 一旦遇到故障，系統(tǒng)的初始反應(yīng)是回復到基于冗余傳感器信號的狀態(tài)并進行數(shù)據(jù)處理。如果沒有冗余的信號可用，則節(jié)氣門開度調(diào)整到默認的位置。進氣系統(tǒng)進氣系統(tǒng)United Automotive

21、Electronic Systems Sales and Marketing DepartmentShanghai Jiaotong University 盡管節(jié)氣門控制是控制發(fā)動機進氣的主要方式，仍然有許多其它的系統(tǒng)型式也能夠?qū)崿F(xiàn)對進入氣缸中的新鮮空氣和殘留廢氣數(shù)量的調(diào)整，包括： - 可變進排氣閥門正時 - 排氣再循環(huán)(EGR) - 可變進氣歧管布置(動態(tài)增壓） - 廢氣渦輪增壓進氣系統(tǒng)進氣系統(tǒng)United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing DepartmentShanghai Jiaotong University燃油供應(yīng)與

22、傳送燃油供應(yīng)與傳送 電動燃油泵從油箱中泵出燃油，經(jīng)燃油濾清器強制過濾后，燃油被送往燃油分配管。 燃油分配管上裝有由電磁控制的噴油器，可以精確地將一定數(shù)量的燃油噴入進氣歧管。 在配有回油管的系統(tǒng)中，燃油流經(jīng)油壓調(diào)節(jié)器后多于的部分會返回油箱中。燃油系統(tǒng)燃油系統(tǒng)United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing DepartmentShanghai Jiaotong University 燃油系統(tǒng)可分為帶回流管和不帶回流管的兩種，在無回油管的系統(tǒng)中，油壓調(diào)節(jié)器緊挨著油泵安裝。回油管就可省略了，這不僅可減少生產(chǎn)的成本，而且可降低油箱里的溫度

23、。 溫度的降低意味著不僅碳氫化合物的排放更少，而且燃油蒸發(fā)排放系統(tǒng)的表現(xiàn)會更佳。 右圖給出的是帶回流管的燃油系統(tǒng)。燃油系統(tǒng)燃油系統(tǒng)54312帶回流管的燃油系統(tǒng)帶回流管的燃油系統(tǒng)1 油罐油罐 2 電動燃油泵電動燃油泵3 燃油濾清器燃油濾清器4 油壓調(diào)節(jié)器油壓調(diào)節(jié)器5電磁噴油器電磁噴油器United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing DepartmentShanghai Jiaotong University燃油系統(tǒng)燃油系統(tǒng)1）電動燃油泵 2）燃油分配管3）燃油濾清器 4）油壓調(diào)節(jié)器5）電磁噴油器 United Automotive

24、 Electronic Systems Sales and Marketing DepartmentShanghai Jiaotong University1 1）電動燃油泵）電動燃油泵 電動燃油泵維持著由油箱而來的連續(xù)不斷的燃油流動。它可以安裝在油箱里或者油箱外的油路中。 目前多采用的是在油箱內(nèi)安裝油泵總成，這種油泵總成集成了油泵與油位傳感器，并設(shè)有一渦旋狀隔板結(jié)構(gòu)以去除回油管中的油蒸汽。燃油系統(tǒng)燃油系統(tǒng)兩級電動輸油泵（側(cè)道泵和兩級電動輸油泵（側(cè)道泵和內(nèi)嚙合齒輪泵內(nèi)嚙合齒輪泵）1 第一級（側(cè)道泵） 2 主級（內(nèi)嚙合齒輪泵）3 電動機轉(zhuǎn)子4 換向器 5 單向閥 6 電線接頭United Aut

25、omotive Electronic Systems Sales and Marketing DepartmentShanghai Jiaotong University2 2）燃油分配管）燃油分配管 燃油經(jīng)油泵后流過燃油分配管，燃油分配管上裝有噴油器，在這里燃油被均勻的分配到各個噴油器。在有回油管的系統(tǒng)中還有壓力調(diào)節(jié)器。 燃油分配管的尺寸經(jīng)過精心設(shè)計，以防止由于噴油器的開關(guān)引起諧振造成局部的油壓波動。這就避免了在負荷或轉(zhuǎn)速變化的過渡工況時噴入不規(guī)則數(shù)量的燃油。 視不同車型的特殊需要，燃油分配管可采用鋼制、鋁制或塑料材料制造。同時燃油分配管也可集成一個測試閥，供檢修時卸壓以及測試之用。燃油系統(tǒng)

26、燃油系統(tǒng)United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing DepartmentShanghai Jiaotong University3 3）燃油濾清器）燃油濾清器 燃油雜質(zhì)造成的污染會影響油壓調(diào)節(jié)器與噴油器的工作。 因此有必要在油泵的下游安裝一個燃油濾清器。 濾清器中含有紙制的濾芯，濾芯上帶有許多平均直徑僅10m的微孔。燃油系統(tǒng)燃油系統(tǒng)燃油濾清器燃油濾清器1 紙質(zhì)濾芯 2 濾網(wǎng) 3支承板United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing DepartmentShang

27、hai Jiaotong University4 4）油壓調(diào)節(jié)器）油壓調(diào)節(jié)器 噴油量由噴油脈寬和燃油分配管與進氣歧管的壓差決定。 有回油管的系統(tǒng)由油壓調(diào)節(jié)器負責維持燃油系統(tǒng)與進氣歧管的壓差恒定。燃油系統(tǒng)燃油系統(tǒng)油壓調(diào)節(jié)器油壓調(diào)節(jié)器1 進氣歧管接頭，2 彈簧，3 壓板，4 膜片，5 閥片，6 進油口，7 回油口。United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing DepartmentShanghai Jiaotong University5 5）油壓衰減器）油壓衰減器 噴油器的循環(huán)工作與正排量燃油泵的周期性燃油卸壓特性都會引發(fā)燃油系統(tǒng)

28、內(nèi)的壓力波。在惡劣的環(huán)境條件下，電動油泵、油路以及燃油分配管的支架會將這種壓力波動傳遞給油箱和車身。 通過使用特別設(shè)計的支架和油壓衰減器可以抑制這些噪聲源。油壓衰減器的設(shè)計與油壓調(diào)節(jié)器類似，由一個有彈簧預(yù)設(shè)力壓住的膜片將燃油腔與空氣腔分割開。燃油系統(tǒng)燃油系統(tǒng)油壓衰減器油壓衰減器1 彈簧，2 彈簧座板，3 膜片，4 進油口，5 回油口。United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing DepartmentShanghai Jiaotong University6 6）電磁噴油器）電磁噴油器 當電磁線圈中沒有電流通過時，由于彈簧力與燃

29、油壓力的共同作用，閥針被壓向閥座，從而將燃油供應(yīng)系統(tǒng)與進氣歧管隔斷。 當電磁線圈通電時，線圈周圍產(chǎn)生磁場，從而提升銜鐵，閥針離開閥座，燃油便通過噴油器噴出。 電磁噴油器的結(jié)構(gòu)可參考下圖。 燃油系統(tǒng)燃油系統(tǒng)United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing DepartmentShanghai Jiaotong University燃油系統(tǒng)燃油系統(tǒng)EV6 噴油器噴油器1 O形圈2 濾網(wǎng)3帶導線接頭的噴油器殼體4 線圈繞組5彈簧6帶電磁銜鐵的針閥體7帶噴嘴盤的閥座電磁噴油器的結(jié)構(gòu)示意圖：United Automotive Electro

30、nic Systems Sales and Marketing DepartmentShanghai Jiaotong University燃油噴射燃油噴射 為滿足汽車平穩(wěn)運行和低排放的嚴格要求，每一個工作循環(huán)都需要提供完全精確的混合氣配制。 噴射的燃油量必須精確計量以匹配吸入的空氣量。如今，準確的噴油正時也變得越來越重要，因此，ME7系統(tǒng)采用的是多點燃油噴射，即每個氣缸都配有一個電磁噴油器。 噴油器由ECU控制，可在準確的時間點將精確的燃油量直接噴向氣缸進氣門附近，這樣大大避免了噴出燃油沿進氣管壁的凝結(jié)。因為這種凝結(jié)將導致所需混合氣空燃比的偏離。 此外，對于多點燃油噴射系統(tǒng)來說，因為發(fā)動機進

31、氣歧管只通過供燃燒的空氣，所以可以優(yōu)化其形狀和尺寸來實現(xiàn)發(fā)動機的動態(tài)增壓。燃油系統(tǒng)燃油系統(tǒng)United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing DepartmentShanghai Jiaotong University燃油系統(tǒng)燃油系統(tǒng)多點燃油噴射多點燃油噴射 1 燃油 2 空氣 3 節(jié)氣門 4 進氣歧管 5 噴油器 6 發(fā)動機。多點燃油噴射示意圖如下：United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing DepartmentShanghai Jiaotong Univers

32、ity燃油系統(tǒng)燃油系統(tǒng)混合氣配制 可以采用各種不同的燃油調(diào)節(jié)方法來實現(xiàn)有效的燃油霧化，最大程度保證空燃混合氣的均勻性，同時使在進氣管壁凝結(jié)程度最小。 燃油霧化模式取決于噴油器出口端的幾何形狀、角度以及油滴的尺寸。 對特定的氣缸頭與進氣歧管幾何形狀而言，采用的噴油器應(yīng)有所不同。United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing DepartmentShanghai Jiaotong University點火系統(tǒng)點火系統(tǒng) 點火系統(tǒng)的首要任務(wù)是保證在規(guī)定時間內(nèi)點燃混合氣。為此，點火系統(tǒng)必須嚴格控制點火正時，同時也要確保火花塞能夠釋放足夠的

33、能量點燃混合氣。 右圖給出的是一典型的點火線圈。單火花點火線圈單火花點火線圈1 驅(qū)動信號輸入端2 多片鐵芯3 初級線圈4 次級線圈5 彈簧接觸的 高壓輸出端6 火花塞接頭123456United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing DepartmentShanghai Jiaotong University點火系統(tǒng)點火系統(tǒng)點火系統(tǒng)主要由點火電子驅(qū)動電路、點火線圈、火花塞和高壓導線等組成。中央電控單元根據(jù)曲軸位置傳感器和轉(zhuǎn)速、水溫、電壓等信號計算出點火時刻和通電時間，并將此計算結(jié)果送至點火電子驅(qū)動電路。 由點火電子組件控制點火線圈的

34、初級電路的接通和斷開。點火線圈形式參見右圖。點火線圈（簡圖）點火線圈（簡圖）a）單火花點火線圈 (旋轉(zhuǎn)分配)b）單火花點火線圈(靜態(tài)分配)c）雙火花點火線圈(靜態(tài)分配) 。United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing DepartmentShanghai Jiaotong University 點火電路產(chǎn)生點火所需的高壓，然后在準確的時刻供給相應(yīng)的火花塞。 點火線圈在閉合時儲存能量，在斷開時產(chǎn)生高壓，通過火花塞放電生成火花。點火系統(tǒng)點火系統(tǒng)United Automotive Electronic Systems Sales a

35、nd Marketing DepartmentShanghai Jiaotong University 電控單元ECU是發(fā)動機管理系統(tǒng)的“處理與控制中心”。它采用預(yù)先存儲的功能或算法(處理程序) 對由傳感器送來的信號進行處理，并以這些傳感器信號為基礎(chǔ)計算得到控制信號，并通過驅(qū)動級直接將控制信號送往相應(yīng)的執(zhí)行器(例如點火線圈和噴油嘴)實施控制。 ME7發(fā)動機管理系統(tǒng)的電控單元采用的是專門為發(fā)動機管理系統(tǒng)而設(shè)計定義的16位高性能微處理器，此外還為微處理器配有閃存（Flash Memory）可方便地實現(xiàn)程序和匹配數(shù)據(jù)的更新。 電控單元（電控單元（ECU）United Automotive Elect

36、ronic Systems Sales and Marketing DepartmentShanghai Jiaotong University電控單元（電控單元（ECU）ME7電控單元：電控單元：1 多端插頭 2 電路板 3 驅(qū)動芯片4 內(nèi)含ROM的功能處理器5 閃存（儲存針對不同車型補充程序）6 EEPROM7 內(nèi)含ROM的擴展處理器8 閃存（儲存擴展處理器的部分程序）9 大氣壓力傳感器10CJ910芯片組（集成了5V電壓調(diào)節(jié)器和感應(yīng)式傳感器的處理電路）在背面還有外置RAMUnited Automotive Electronic Systems Sales and Marketing De

37、partmentShanghai Jiaotong University 電控單元（Electric Control Unit,簡稱ECU）是由金屬外殼與敷有電子元器件的印刷電路板構(gòu)成。 具有混合電路的緊湊型ECU可以直接安裝在發(fā)動機上，獨特的設(shè)計使它能抵抗較高的熱應(yīng)力。 通過一個多引腳的線束插頭將ECU與各傳感器和執(zhí)行器、當然還有電源相連。這種接頭的引腳數(shù)目取決于ECU所包含的相應(yīng)功能的多少。在ME-Motronic系統(tǒng)中，接頭引腳不會少于100個。 在PCB板的輸出功放電路下方（反面）有層金屬底板，利用穿孔連接來實現(xiàn)向金屬底板下表面的熱傳遞,并從那兒把輸出放大電路所產(chǎn)生的熱量通過“熱橋”傳

38、遞給金屬外殼。電控單元（電控單元（ECU）United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing DepartmentShanghai Jiaotong University ECU必須承受一些極端的考驗，比如溫度、濕度和物理應(yīng)力，并抵抗所導入的電磁干擾，抑制向外發(fā)射的高頻電磁靜電噪聲。 正常運行狀態(tài)下，ECU應(yīng)能實現(xiàn)在實際工作環(huán)境溫度和正常電源電壓下正確無誤地進行信號處理。 電壓調(diào)節(jié)器為ECU提供數(shù)字電路所需的5V恒定工作電壓。電控單元（電控單元（ECU）United Automotive Electronic Systems Sal

39、es and Marketing DepartmentShanghai Jiaotong University 傳感器信號首先經(jīng)過保護電路，再經(jīng)過信號轉(zhuǎn)換器和放大器進入ECU，主要類型如下： - 模擬信號 ECU內(nèi)部集成了模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)負責把模擬信號(例如加速踏板位置、空氣流量、發(fā)動機溫度、電源電壓比等信息)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。 - 數(shù)字輸入信號 例如空調(diào)、換檔選擇手柄等的開關(guān)信號，以及來自霍爾傳感器的轉(zhuǎn)速脈沖可以直接供微處理器處理。電控單元（電控單元（ECU）United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Departmen

40、tShanghai Jiaotong University 由感應(yīng)式傳感器送來的脈沖輸入信號提供了諸如車速、曲軸轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角等信息。它們由特殊電路進行處理，并被轉(zhuǎn)換成方波信號。根據(jù)系統(tǒng)集成度的不同，對原始信號的處理可以部分或完全由傳感器自身來完成。通過數(shù)據(jù)總線（CAN）傳遞的信息不需要進行預(yù)處理。電控單元（電控單元（ECU）United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing DepartmentShanghai Jiaotong University 輸入信號由在ECU內(nèi)部的微處理器進行處理。 為使系統(tǒng)能正常運作，必須為微處理器配備已

41、固化在非易失性存儲器(ROM或EPROM或Flash Memory)中的信號處理程序。這些存儲器中還包含用來指導發(fā)動機管理系統(tǒng)(EMS)工作的特定曲線和MAP圖（數(shù)據(jù)）。 為適應(yīng)不同的發(fā)動機和車輛對各自不同數(shù)據(jù)范圍的需要，ECU直到生產(chǎn)的最后環(huán)節(jié)才進行程序?qū)懭耄ó斎辉谶@一過程里沒有必要打開ECU）。這樣就可減少應(yīng)任何一家汽車廠商的特殊要求而專門生產(chǎn)的ECU的類型。電控單元（電控單元（ECU）United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing DepartmentShanghai Jiaotong University 可讀/寫的隨機

42、存儲器(Random Memory，簡稱RAM)用來存儲計算結(jié)果和調(diào)節(jié)參數(shù)，以及由診斷所得出的系統(tǒng)故障信息。 RAM必須要有不間斷的供電，一旦斷開與汽車電瓶的連接，所有的數(shù)據(jù)都將消失；恢復電瓶供電后，ECU必須重新計算適應(yīng)因子。 為解決這一問題，有些ECU單元則將所需要的變量存儲在EEPROM(非易失性存儲器)中備用。電控單元（電控單元（ECU）United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing DepartmentShanghai Jiaotong University 由微處理器控制的輸出驅(qū)動電路提供足夠的功率輸出直接驅(qū)動執(zhí)行機

43、構(gòu)。這些驅(qū)動電路有一整套保護電路，以防止因?qū)Φ囟搪贰㈦娫措妷翰▌雍碗娖鬟^載等造成損壞。 OBD診斷功能能夠檢查出驅(qū)動級的各種故障，并相應(yīng)地在必要時抑制該路輸出。故障入口程序也保存在RAM中，維修工程師就可用診斷儀與其串口相連，獲取相應(yīng)的故障信息。 點火關(guān)閉中斷電源供應(yīng)時，有些ECU會依靠一套保持電路維持主繼電器開啟，直到完成程序處理。電控單元（電控單元（ECU）United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing DepartmentShanghai Jiaotong UniversityME7系統(tǒng)的主要控制策略系統(tǒng)的主要控制策略 如

44、綜述中所述，ME7系統(tǒng)除了M1，M3系列所具有的閉環(huán)控制，怠速閉環(huán)控制，爆震控制之外，還在于ME7的控制系統(tǒng)是基于扭矩控制這個平臺的，下面將對以下ME7系統(tǒng)的主要計算、控制策略進行論述：United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing DepartmentShanghai Jiaotong University 發(fā)動機管理系統(tǒng)的首要任務(wù)是將駕駛指令反映到發(fā)動機的功率和扭矩輸出上。不論是在恒速前進還是加速前進，駕駛員都需要發(fā)動機輸出扭矩克服前進中的阻力。 此外，系統(tǒng)內(nèi)許多功能子系統(tǒng)（如怠速控制和轉(zhuǎn)速調(diào)速等）參與對行駛伺服機構(gòu)（如電子

45、牽引力控制，自動變速箱）和通常的汽車附屬功能（如空調(diào)等）的控制，并將這些設(shè)備對發(fā)動機功率輸出調(diào)整要求告訴Motronic系統(tǒng)。例如，在啟動空調(diào)壓縮機時，空調(diào)控制系統(tǒng)就會向ECU請求增加輸出功率。 早期發(fā)動機運行時，作為控制參數(shù)的氣缸充氣量、燃油質(zhì)量和點火正時都被認為是控制指令而直接執(zhí)行，當各種可能互相矛盾的需求同時出現(xiàn)時，彼此之間沒有協(xié)調(diào)。基于扭矩控制的理論基于扭矩控制的理論United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing DepartmentShanghai Jiaotong University采用基于扭矩控制策略的ME7系統(tǒng)

46、則前進了一步，它首先對各部件的要求進行優(yōu)先級判斷和協(xié)調(diào)，然后再利用得出的控制參數(shù)去實現(xiàn)指定扭矩的輸出。這種協(xié)調(diào)控制的策略能確保發(fā)動機在各個工況下實現(xiàn)排放和耗油的優(yōu)化。 此外，采用基于扭矩的控制策略，就能比較方便地做到：根據(jù)不同的發(fā)動機和客戶使用要求，將眾多的不同控制功能集成到不同型號的發(fā)動機管理系統(tǒng)中，供用戶自由選擇。也就是說，從而使ME7型發(fā)動機管理系統(tǒng)具有更好的移植性?；谂ぞ乜刂频睦碚摶谂ぞ乜刂频睦碚揢nited Automotive Electronic Systems Sales and Marketing DepartmentShanghai Jiaotong Universit

47、y基于扭矩控制的理論基于扭矩控制的理論外部請求:加速踏板(駕駛員)巡航控制外界動力條件舒適性和方便性起動加熱三元催化器怠速控制運行效率對扭矩輸出和運行效率進行協(xié)調(diào)怠速控制轉(zhuǎn)速限制元件保護設(shè)定可能的各控制參數(shù)起動節(jié)氣門開度點火正時噴油控制廢氣旁通閥United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing DepartmentShanghai Jiaotong University發(fā)動機的扭矩計算發(fā)動機的扭矩計算 燃燒過程產(chǎn)生的內(nèi)部扭矩是基于扭矩控制的ME-Motronic系統(tǒng)的基本參數(shù)。 發(fā)動機的實際輸出扭矩還要從中扣除摩擦、泵氣損失、驅(qū)動

48、輔助器件（水泵、交流發(fā)電機等）和傳動裝置所消耗的能量。 基于扭矩控制的最終目的是能夠選擇最精確的發(fā)動機參數(shù)以精確地響應(yīng)駕駛指令，同時還要補償損失以及滿足給其他輔助部件供能的需要。基于扭矩控制的理論基于扭矩控制的理論United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing DepartmentShanghai Jiaotong University實際輸出扭矩的調(diào)節(jié)實際輸出扭矩的調(diào)節(jié) ME-Motronic系統(tǒng)在扭矩生成的時候采用兩種方法調(diào)節(jié)輸出扭矩： 一種是控制電子節(jié)氣門（ETC）改變進氣量，這是一種逐漸緩慢過渡的方法，另外一種是采用調(diào)節(jié)

49、點火正時或關(guān)閉某個氣缸噴油的快速響應(yīng)方式。 采用緩慢過渡的方法實際上就是控制進氣量的方法，主要負責穩(wěn)態(tài)運行；而快速響應(yīng)的方式（調(diào)節(jié)點火正時）可以在扭矩生成時對動力變化非常迅速地響應(yīng)。 具體調(diào)節(jié)過程可參照下圖?；谂ぞ乜刂频睦碚摶谂ぞ乜刂频睦碚揢nited Automotive Electronic Systems Sales and Marketing DepartmentShanghai Jiaotong University基于扭矩控制的理論基于扭矩控制的理論 外部和內(nèi)部扭矩要求(如轉(zhuǎn)速限制、空調(diào)壓縮機、自動變速箱等)改變進氣量時的優(yōu)先級設(shè)定改變點火正時時的優(yōu)先級設(shè)定扭矩到進氣量之間的轉(zhuǎn)

50、換計算實際新鮮空氣進氣量計算運行效率和參考扭矩噴油時間指定扭矩和同步控制信號（噴油、點火）之間的對應(yīng)關(guān)系進氣量和節(jié)氣門之間的對應(yīng)關(guān)系運行效率、點火正時設(shè)定進氣量參考點設(shè)定進氣量進氣量和啟動增壓器之間的對應(yīng)關(guān)系駕駛指令點火正時設(shè)定扭矩參考點進氣管壓力節(jié)氣門開度啟動廢氣旁通閥利用改變進氣量和點利用改變進氣量和點火正時改變扭矩輸出火正時改變扭矩輸出United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing DepartmentShanghai Jiaotong University 進氣閥門關(guān)閉的時候氣缸內(nèi)的空氣質(zhì)量稱為進氣量。 還有一種和活塞位

51、移無關(guān)的相對空氣量，它是當前進氣量和在標準條件下（P0 = 1.013kPa，T0 = 273K）氣缸所能容納的空氣質(zhì)量的比值。 在計算噴油量的時候，必須要知道相對空氣量。它對于今天的火花塞式發(fā)動機來說是一個影響功率輸出的基本參數(shù)。氣缸進氣量的計算氣缸進氣量的計算United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing DepartmentShanghai Jiaotong University 由于還沒有直接測量進氣量的方法，因此必須利用現(xiàn)有的傳感器測量數(shù)據(jù)在仿真模型的基礎(chǔ)上計算出相對空氣量。 進氣仿真模型應(yīng)滿足以下要求： - 精確地確

52、定在不同運行條件下的進氣量 （包括在動力增壓、可選流程進氣歧管、可變閥門正時等）； - 能夠?qū)Σ捎肊GR(廢氣再循環(huán))系統(tǒng)的排氣成分準確反映； - 對任何設(shè)定進氣量，都能夠計算出對應(yīng)節(jié)氣門開度的控制參數(shù)。氣缸進氣量的計算氣缸進氣量的計算United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing DepartmentShanghai Jiaotong University考慮到可以利用氣體流過閥門（這里是節(jié)氣門）所遵循的方程，進氣歧管仿真模型可以用來計算進入氣缸的空氣量。 這時主要影響參數(shù)是緊挨著節(jié)氣門的前方空氣壓力、流過節(jié)氣門所造成的壓降以

53、及節(jié)氣門的實際通流面積，所有這些參數(shù)都用進氣歧管仿真模型計算得到。其它一些只和節(jié)氣門相關(guān)的特定參數(shù)，如氣流經(jīng)過節(jié)氣門時的摩擦損失，則必須是在建立試驗測量的基礎(chǔ)上定量給出。 計算出來的節(jié)氣門開度將以指令參數(shù)的形式傳送給節(jié)氣門的開度控制元件。 氣缸進氣量的計算氣缸進氣量的計算United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing DepartmentShanghai Jiaotong University1 1）噴油持續(xù)時間的計算）噴油持續(xù)時間的計算 要實現(xiàn)理論空燃比，氣缸充氣量是計算噴油量的基礎(chǔ)。同時結(jié)合與噴油器設(shè)計有關(guān)的固定常量來計算噴

54、油持續(xù)時間。 噴油持續(xù)時間也要受到噴油供油壓力和噴油背壓之間差值的影響。標準的噴油供油壓力是300KPa（3bar）。2 2）噴油正時）噴油正時 為了保證燃燒質(zhì)量，在精確定量噴油量的同時還要有正確的噴油正時。 噴油計算與控制噴油計算與控制United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing DepartmentShanghai Jiaotong University噴油計算與控制噴油計算與控制來自負荷信號的基本噴油時間起動所需噴油時間起動后階段和預(yù)熱階段的修正。閉環(huán)控制的修正瞬變補償停 止噴油再開啟時的修正與運行點相關(guān)的噴油修正蓄電池

55、電壓修正實際噴油時間是否超速，發(fā)動機或汽車限速噴油時間的計算：噴油時間的計算：United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing DepartmentShanghai Jiaotong University 點火系統(tǒng)的目的是提供足夠的能量保證燃氣在恰當?shù)臅r候完全燃燒。該能量來源于線圈閉合期間提供給初級線圈的能量。 閉合結(jié)束的時間通常和點火時刻一致。ECU根據(jù)給點火線圈充電的需要確定閉合角的大小。 ME-Motronic的無分電式點火系統(tǒng)在線圈閉合開始時給線圈充電，斷開時激發(fā)點火。點火正時的計算與控制點火正時的計算與控制United

56、Automotive Electronic Systems Sales and Marketing DepartmentShanghai Jiaotong University點火正時的計算與控制點火正時的計算與控制由負荷和轉(zhuǎn)速信號所得到的基本點火提前角溫度修起動后和預(yù)熱修正與運行點相關(guān)的點火角修正超速斷油前的修正再開啟時的修正基于變速器調(diào)節(jié)修正點火提前角極限點火時刻怠速時的點火角修正爆震控制的點火角修正超速United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing DepartmentShanghai Jiaotong Universit

57、y 可用不同的扭矩輸出和發(fā)動機轉(zhuǎn)速來區(qū)分發(fā)動機的不同運行工況。 右圖顯示了發(fā)動機運行的不同工況范圍對應(yīng)的扭矩和轉(zhuǎn)速范圍。 ME7系統(tǒng)對不同運行工況的處理系統(tǒng)對不同運行工況的處理發(fā)動機運行工況范圍發(fā)動機運行工況范圍滿滿 負負 荷荷扭扭 矩矩起起動動怠速怠速 超速超速 斷斷 油油 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 速速恢復后恢復后部分負荷部分負荷加速加速United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing DepartmentShanghai Jiaotong University 轉(zhuǎn)速與負荷快速變化的過渡工況尤其重要，因為這些工況對混合氣形成狀況有特殊要求（例如這

58、時將出現(xiàn)進氣歧管壁上油膜的凝結(jié)和氣化現(xiàn)象）。 另一個重要的環(huán)節(jié)是起動階段和隨后的暖機過程，這個過程將持續(xù)到發(fā)動機和排氣系統(tǒng)的溫度升高到正常工作水平。ME7系統(tǒng)對不同運行工況的處理系統(tǒng)對不同運行工況的處理United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing DepartmentShanghai Jiaotong University 在起動過程中，進氣量、噴油量和點火時間根據(jù)專門的計算結(jié)果來調(diào)整。 起動后工況(緊接在起動過程結(jié)束之后)的混合氣仍然較濃，但相比起動初始時已減少噴油量和進氣量。 點火提前角也作相應(yīng)調(diào)整，以適應(yīng)修正后的噴油量和

59、不同的運行工況的需要。 直到平穩(wěn)過渡到暖機工況后，起動后工況結(jié)束。ME7系統(tǒng)對不同運行工況的處理系統(tǒng)對不同運行工況的處理United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing DepartmentShanghai Jiaotong University暖機和催化轉(zhuǎn)換器加熱暖機和催化轉(zhuǎn)換器加熱 當發(fā)動機在冷車狀態(tài)下起動后，需要調(diào)整氣缸進氣、噴油和點火以滿足發(fā)動機輸出更大扭矩的要求。這個過程一直持續(xù)到升高至合適的溫度為止。 在這個過程中首要的事情是快速加熱催化凈化器，使催化凈化器迅速轉(zhuǎn)換到工作狀態(tài)以大幅度降低排放。ME7系統(tǒng)對不同運行工況的

60、處理系統(tǒng)對不同運行工況的處理United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing DepartmentShanghai Jiaotong University使用這種方法時，發(fā)動機工作在高濃混合氣下(0.6)，以增加排氣中一氧化碳和碳氫的含量，相應(yīng)地這時發(fā)動機效率會降低。新鮮的空氣(二次空氣并不參與缸內(nèi)燃燒過程)被直接引入到排氣閥下游以支持CO和HC的氧化。由此產(chǎn)生的加熱能量進入催化轉(zhuǎn)換器，使它在最短的延遲時間達到工作溫度。一個電動真空泵從空氣濾清器室或一個特制的粗濾器中獲得二次空氣。這些空氣再通過一個卸放閥進入排氣系統(tǒng)，同時有一個單