一汽大众发动机管理系统.pdf

点火电路点火电路点火电路点火电路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 的火花塞点火线圈点火线圈点火线圈点火线圈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）可方便地实现程序和匹配数据的更新电控单元电控单元电控单元电控单元电控单元电控单元电控单元（电控单元（ECU））主要结构：主要结构：主要结构：主要结构：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 EEPROM7 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RAM物理设计物理设计物理设计物理设计电控单元（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））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源电源电源电源电压调节器为ECU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））信号输入信号输入信号输入信号输入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电控单元（电控单元（ECU））—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））信号处理信号处理信号处理信号处理输入信号由在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））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））信号输出信号输出信号输出信号输出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））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λ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：基于扭矩控制的理基于扭矩控制的理基于扭矩控制的理基于扭矩控制的理 论论论论气缸进气量的计算气缸进气量的计算气缸进气量的计算气缸进气量的计算点火正时的计算和控制点火正时的计算和控制点火正时的计算和控制点火正时的计算和控制喷油计算和控制喷油计算和控制喷油计算和控制喷油计算和控制对不同运行工况的处理对不同运行工况的处理对不同运行工况的处理对不同运行工况的处理怠速闭环控制怠速闭环控制怠速闭环控制怠速闭环控制爆震控制爆震控制爆震控制爆震控制λ λ λ λ的闭环控制的闭环控制的闭环控制的闭环控制蒸发排放控制控制蒸发排放控制控制蒸发排放控制控制蒸发排放控制控制增压控制增压控制增压控制增压控制安全保护安全保护安全保护安全保护驾驶性能改善驾驶性能改善驾驶性能改善驾驶性能改善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的理论基于扭矩控制的理论基于扭矩控制的理论基于扭矩控制的理论基于扭矩控制的理论基于扭矩控制的理论基于扭矩控制的理论基于扭矩控制的理论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 参数汽油发动机汽油发动机汽油发动机汽油发动机的扭矩调节的扭矩调节的扭矩调节的扭矩调节起动节气门开 度点火正时喷油控制废气旁通阀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、λ、点火正 时设定 进气 量参 考点设 定 进 气 量进气量和启 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 点火正时改变扭矩 输出利用改变进气量和 点火正时改变扭矩 输出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，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气缸进气量的计算气缸进气量的计算气缸进气量的计算气缸进气量的计算气缸进气量的计算气缸进气量的计算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 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1）喷油持续时间的计算1）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（3bar）2）喷油正时2）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喷油计算与控制喷油计算与控制喷油计算与控制喷油计算与控制喷油计算与控制喷油计算与控制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λ 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：喷油时间的计算：。