汽车发动机ECU控制系统实验台的设计与开发

汽车发动机ECU控制系统实验台的设计与开发

张希通毛福新杜海兴

天津职业技术师范大学汽车与交通学院天津300222

摘要：本文以汽车发动机ECU控制系统为研究对象，在传统实验台的基础上设计开发了汽车发动机ECU控制系统实验台，通过本本实验台不仅能够清楚地了解汽车发动机传感器、执行器的结构组成，检测不同传感器的工作情况，而且能够检测汽车发动机ECU的工作情况，同时利用该实验台，能够方便学校教学和企业培训。

关键词：发动机ECU；控制系统；实验台

发动机电子控制单元（ECU）的功用是对空气流量计等各种传感器输入的信息进行运算处理判断，然后输出指令，向火花塞输出点火控制信号以及向喷油器提供一定宽度的电脉冲信号以控制喷油量。ECU作为控制系统的核心，在硬件结构上分为三个部分，即外部传感器、汽车电脑（ECU）和执行机构。

目前，国内对于汽车ECU控制系统的研究还处于起步阶段，缺乏必要的研究手段。因此，研发汽车发动机ECU控制系统实验台可以作为科学研究的辅助工具，通过该实验装置可以检测汽车发动机ECU的好坏。同时，利用该模拟实验装置，将使学校教学和培训过程变得更加方便、直观。

1.实验台的设计

该实训台包括操作显示面板及发动机EUC彩色原理图、电脑控制线束和可移动式台架（万向脚轮）。发动机台架实训台面板上安装有检测端子、可直接在面板上检测各传感器、执行器、发动机控制单元管脚的电信号，如电阻、电压、电流、频率信号等，面板侧面设有故障设置区，可设置16种故障。老师可设置任一线路故障，学生通过观察仪表、在诊断仪上读取故障码来判别故障点，然后使用万用表等测量工具测量线路，判断故障原因，从而排除故障。通过使用电控实训台教学检查故障，不仅教学直观，而且测量方便，同时也保护了车身线束。学生通过观看控制原理图面板，能很清晰了解各个传感器的工作原理及控制过程，使得发动机控制单元的控制过程也清晰明了。

实验台设计的具体要求如下：

（1）台架总成。台架总成要求设计合理，外表美观，价格便宜，使用寿命长，根据实验台使用的环境要求可以方便移动；实验台的面板则按照发动机的原理图进行布置，各零部件与实车上的安装位置一致。

（2）电源部分。发动机ECU的供电电源需要12V电压，实验台的供电部分电路采用220V的交流电作为电力源，其中很多的检测系统也需要不同的电源系统。

（3）传感器的检测，通过给各传感器提供模拟可变的信号，对传感器的输出特性进行检测。

（4）执行器的检测，通过设计的装置对执行器的工作情况进行检测。

（5）ECU的检测，通过设计的装置对ECU的工作状况进行检测。

（6）故障诊断系统的设计是利用线路上的串联开关和可变电阻相互结合的方式对传感器、执行器以及ECU进行故障的设置，故障的范围基本涵盖了故障代码表和实际常见的故障。

2.故障设置及检测

故障点设置主要是断路和短路故障。

（1）对传感器、执行器的检测主要有以下几种情况。

1）电阻法：主要是检测线束的导通性，用以确认线束通畅，有无断路、短路情况，插接器是否牢靠。

查阅电路图找到相关传感器的针脚号与ECU信号测试端口图相对应的针脚号，分别测试传感器针脚对应至电控单元针脚的电阻，若阻值过大（∞）即为断路。

2）电压法：分为电源电压测试和信号电压测试两部分，其中信号电压测试是确定传感器是否失效的主要依据。

用数字万用表表针置于相关的针脚，另一表针置于电源负极上，打开点火开关，应显示12V或5V，否则为故障。

为使传感器工作环境与实际相一致，在实验台设计中，分别采取多种方式模拟发动机实际工况，以便对各传感器进行性能测试。比如转速传感器信号盘的转动，采用调速电机驱动，模拟发动机转速，实现性能测试要求。

（2）对发动机ECU的检测方法

本实验台既保留了传统实验台对传感器、执行器等进行故障设置、检测功能；又增加了对ECU本身进行检测的功能，即发动机ECU模拟测试系统。

发动机ECU模拟测试系统的工作原理是根据需要模拟不同转速下的曲轴位置信号、冷却液温度信号、进气温度信号、空气流量信号、节气门位置信号、氧传感器信号等，并将这些信号输入发动机ECU，采集ECU输出给执行器的信号并加以分析，从而评判ECU的工作状况。

3.结束语

汽车发动机ECU控制系统实验台以汽车ECU为载体，以培养学生兴趣、提高维修人员技能水平为目标，扩大汽车电子市场为平台的优质化产品。实训平台可直观对照原理图和实物，认识、分析汽车ECU控制系统的工作原理；通过检测端子，可直接在面板上检测汽车ECU控制系统电路元件的电信号，如电阻、电压、电流、频率、波形信号等；配备故障设置系统，可设置单个故障达到16个，综合故障几十个；该教学模式增加维修人员对汽车电子产品安装调试及维护的能力，使维修人员能够适应汽车电子、汽车电路维修等领域。主要培养出能够从事汽车电子产品辅助设计、汽车电路维护等岗位的高素质技术型专门人才。

参考文献：

[1]姜绍忠，张希通.汽车主动悬架及电动转向系统模拟实验装置的研究与开发，天津职业技术师范大学学报，2013.9，23（3）：32-35.

[2]霍亮生，薛迟，崔岩岩.发动机ECU模拟测试系统，北京建筑工程学院学报，2011.9，27（3）32-35.

[3]廖连莹，戴建国，王彬，范思广.汽车发动机传感器教学实验台的设计，常州工学院学报，2010.6，23（2/3）：10-13，21.

[4]朱艳丽.实训车辆发动机电控系统故障模拟实验台开发，吉林大学，2016.5.

作者简介：

张希通（1986年7月），男，山东平度人，大学本科，实验师。研究领域：汽车发动机电控技术，新能源汽车技术。

基金项目：天津职业技术师范大学科研发展基金资助项目，项目编号：KJ15-11