毕业论文（设计）
论文（设计）题目 汽车电控单元可靠性增长试验（TAAF)研究
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指导教师
20xx年 月 日
摘 要
随着汽车的普及程度越来越高，我们的生活对汽车的依赖性也越强了。人们对汽车的性能的要求也是越来越高。为了能够最大限度的提高汽车发动机的性能，人们把原来对汽车发动机点火系统的机械控制，改成了对其的电子控制，这样就可以大大提高了控制的精确性与灵活性。
因此，具有性能优良、工作可靠的点火系统，一直是广大汽车设计、制造和使用者所努力追求的。点火系统的电子化，使得点火系统的点火性能进一步提高，工作可靠性加强。本篇论文针对汽车点火系统电子控制单元(ECU)，开展了ECU可靠性增长试验研究。根据相关可靠性试验标准及汽车点火系统ECU的具体特性，设计了关于微机控制点火系统ECU的可靠性增长试验方案。并利用可靠性增长试验来提升ECU产品的可靠性，最终使得ECU的可靠性满足生产使用的标准。
本篇论文的意义就在于通过可靠性增长试验，分析实验结果然后找出该ECU产品的不足之处。提出改进措施，从而提高微机控制的点火系统的可靠性，使汽车的点火系统性能更加的出色，更好的为我们服务。
关键词:电子控制单元；可靠性增长试验；点火系统；汽车
I
Abstract
With car becoming more and more universal, the car can not be separated from our lives. The requirement of the performance of cars is becoming higher and higher.In order to maximize the improvement of the performance of automobile engines, the original mechanical control is converted to electronic control, and the new control can greatly enhance the accuracy and flexibility.
Therefore, with excellent performance, reliable ignition system, has been the majority of automotive design, manufacture and users strive for.The electronic ignition system, so that the ignition performance of the ignition system to further improve the operational reliability strengthened.This thesis for automotive ignition system electronic control unit (ECU), experimental study conducted ECU reliability growth.Depending on the characteristics of the relevant standards and reliability test car ignition system ECU, the design of reliability growth testing program on the computer control ignition system ECU.And the use of reliability growth testing to improve product reliability ECU, and ultimately makes the reliability of the ECU to meet the standards of production use.
Significance of this paper is that through reliability growth testing, analysis of experimental results and to identify deficiencies in the ECU product.Proposed improvement measures to improve the reliability of computer-controlled ignition system, so that the car's ignition system performance is more excellent, the better for us.
Key words:electronic control unit(ECU);reliability growth test;ignition system; automobile
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目 录
摘要................................................................ I Abstract........................................................... II
第1章 绪论........................................................ 1
1.1汽车可靠性试验发展历程和现状................................. 1 1.1.1可靠性的定义和要素 ..................................... 1
1.1.2 国外可靠性试验的现状和发展............................. 1
1.1.3国内可靠性试验的现状与发展 ............................. 2
1.2汽车可靠性试验的意义和目的................................... 2
1.2.1汽车可靠性试验的意义和目的 ............................. 2
1.3本论文包括的内容及选题意义................................... 3
第二章 汽车可靠性试验.............................................. 4
2.1常用评价指标................................................. 4
2.1.1可靠性常用评价指标 ..................................... 4
2.1.2可靠性的主要特征量 ..................................... 4
2.2汽车可靠性增长试验的方法和种类............................... 6
2.2.1汽车可靠性增长试验的方法 ............................... 6
2.3本章小结..................................................... 9
第3章 微机控制的点火系统......................................... 10
3.1点火系统的分类.............................................. 10
3.1.1传统点火系统 .......................................... 10
3.1.2电子点火系统 .......................................... 10
3.2微机控制点火系统的组成...................................... 10
3.3微机控制点火系统点火提前角的控制方式........................ 11
3.3.1开环控制方式 .......................................... 11
3.3.2闭环控制方式 .......................................... 12
3.4微机控制点火系统的工作原理.................................. 12
3.5 本章小结 ................................................... 13
第4章 微机控制点火系统ECU的可靠性增长试验....................... 14
4.1微机控制点火系统ECU可靠性增长试验的设计.................... 14
4.1.1微机控制点火系统的可靠性框图 .......................... 14
4.1.2可靠性增长试验的任务剖面及方案设计 .................... 14
4.2 试验流程 ................................................... 16
4.3微机控制点火系统ECU可靠性增长的措施........................ 17
4.4本章小结.................................................... 18
第5章 结束语...................................................... 19
参考文献........................................................... 20
致 谢.............................................................. 22
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第1章 绪论
第1章 绪论
1.1汽车可靠性试验发展历程和现状
1.1.1可靠性的定义和要素
可靠性是指“产品在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力”，常以概率（即可能性）表示[1]。可靠性主要包括四大要素，即“产品”、“规定条件”、“规定时间”和“规定功能”。
1.1.2 国外可靠性试验的现状和发展
可靠性工程诞生在 20世纪40年代第二次世界大战期间。在五六十年代已经被应用到了航天工业当中。进入七十年代，各种各样的电子设备或系统广泛用到可靠性技术。八九十年代可靠性研究进入更深层次的研究和发展。 进入21世纪之后，提高产品的可靠性，更是提高产品的质量关键。
国外的可靠性研究基本是从美国引进的。美国对于机械可靠性的研究，开始 于 60 年代初期，其发展与航天计划有关。时在航天方面由于机械故障引起的事故多、损失大。于是美国宇航局(NASA)从 1965 年起开始进行机械可靠性研究，19xx年7月美国阿波罗11号登月成功，显示出其可靠性工程研究已取得了卓越成就。目前美国的可靠性在机械产品可靠性理论方面主要在于研究机械零部件的可靠性概率设计方法；在机械故障预防和检测方面对设计、诊断、监测、故障等进行研究,在可靠性数据的收集和分析方面取得了很大的进步,编制了一些可靠性设计手册和指南、可靠性数据手册。
日本的可靠性设计是从美国引进的,以民用产品为主,强调实用化。在可靠性 工程应用方面,比较重视可靠性实验、故障诊断和寿命预测技术的研究与应用, 以及产品失效分析、现场使用数据的收集和反馈。
英国国家可靠性分析中心成立了机械可靠性研究小组,汇编出版了?机械系统可靠性?一书,从失效模式、使用环境、故障性质、筛选效果、实验难度、维修方式和数据积累等7个方面阐明了机械可靠性应用的重点,提出了几种机械系 统可靠性的评估方法,并强调重视数据积累。由欧共体委员会支持的欧洲可靠性 数据库协会成立于1979 年,其可靠性数据库交换、协作网遍布欧洲各国,收集的 大量机械设备和零部件的可靠性数据,为进行重大工程规划和设备的研发、风险 评估提供了依据。
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1.1.3国内可靠性试验的现状与发展
我国关于可靠性理论是从20世纪60年代末开始的。19xx年，在著名科学家钱学森的建议下，原七机部成立了可靠性质量管理研究所，进行了开拓性的工作。我国对机械产品可靠性研究起步较晚，20 世纪80 年代才得到较快的发展，机械行业相继成立了可靠性研究的相关协会，各有关院所和高校也开展了机械产品的可靠性研究,制定了一批可靠性标准,取得了较大的成果。但总的来看，理论研究多, 实际运用少,与西方发达国家相比差距不小,有些成果尚不能完整地、成熟地应用在不同的机械系统中。从过去的十几年来看，我国可靠性增长技术的研究主要集中在学习消化国外已提出的增长模型，并提出新的增长模型和研究参数估计及统计判断方法等方面。从近几年情况来看，比较多的是集中在可靠性增长管理和增长试验过程中如何应用好已提出的模型[2].
1.2汽车可靠性试验的意义和目的
1.2.1汽车可靠性试验的意义和目的
可靠性工程诞生在 20世纪 40 年代。在五六十年代已经被应用到了航天工业当中。进入 70 年代，各种各样的电子设备或 系统广泛用到可靠性技术。八九十年代可靠性研究进入更深层次的研究和发展。进入 21 世纪之后，提高产品的可靠性，更是提高产品的质量关键。国内外把对可靠性的研究工作提高到节约资源和能源的高度来认识。在现代生产中，可靠性技术已贯穿于产品的开发研制、设计、制造、实验、使用、运输、保管及维修保养等各个环节。
汽车可靠性试验是为了提高或保证汽车的可靠性及评价、验证汽车的可靠性，而进行的关于汽车故障及其影响的各种试验的统称。汽车可靠性试验是取得汽车可靠性数据的最主要方法，通过对汽车进行可靠性的试验，一是提供使用可靠度函数进行定量分析的基础；二是为汽车研究、设计提供可靠性资料；三是可以通过对失效样品进行分析，找出其失效原因和薄弱环节，通过改进设计等措施来提高汽车可靠性。因此，汽车可靠性试验既是汽车可靠性评价的手段，又是保证其可靠性水平的重要措施。
可靠性试验是汽车研发、生产过程的一个不可缺少的环节。在研发、生产的不同阶段。进行可靠性试验有不同的目的。在设计、试制阶段，通过可靠性试验发现材料、工艺、设计和环境适应性等方面的缺陷，及时反馈到设计中，以便采
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第1章 绪论
取改正措施。在产品定型前，通过可靠性鉴定试验评估和考核产品是否符合设计要求，是否适合大批量生产。在批量生产过程中，有效的可靠性试验是质量控制的手段。对批量产品和外加工产品需要进行可靠性验证试验，考核是否符合合同质量标准。在生产研发的全过程中，对可靠性试验时失效产品的失效机理进行分析和理论研究，可改进设计，提高产品的固有可靠性水平；其次，通过可靠性试验储备、积累了大量的有关可靠性的资料和经验，为新产品研发提供基础。
1.3本论文包括的内容及选题意义
本篇论文主要包括以下几个内容：（1)汽车可靠性试验的意义和目的、常用评价指标；(2)汽车可靠性增长试验的方法和种类；(3)微机控制点火系统组成及工作原理；(4)根据任务剖面，设计某型微机控制的点火系统ECU可靠性增长试验方案，并对其进行适当评价。论文的选题意义在于通过设计对某型微机控制的点火系统ECU可靠性增长试验的方案，来逐步提高产品的可靠性，最终达到设计生产时要求的可靠性标准。通过可靠性增长试验来使产品更可靠，成本更低，性能更好。
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第二章 汽车可靠性试验
2.1常用评价指标
2.1.1可靠性常用评价指标
狭义可靠性、有效性和贮存寿命三个指标，即是可靠性常用的三大指标[3]。狭义的可靠性仅指产品在规定时间内完成规定功能的能力，它无法反映可修复产品的维修性。而广义可靠性，又称为有效性，除了包含狭义可靠性方面的内容之外，还包含产品的维修性。产品的维修性，是指在规定的维护修理使用条件下，产品在执行任务期间某一时刻处于良好状态的能力。此外，产品在长期的贮存过程中，其零件会因为内部材料的磨损、腐蚀、老化等因素而导致产品失效，因此还应考虑产品的贮存性能。在可靠性工程中，常以产品的贮存寿命来反映产品的贮存性能，即产品在规定的贮存条件下，产品从开始贮存到丧失其规定功能的时间。狭义可靠性、有效性和贮存寿命三个指标综合起来，全面描述了产品寿命期内的性能稳定性。本篇论文将主要研究汽车产品的狭义可靠性问题。
狭义可靠性、维修性、广义可靠性、有效性和贮存寿命之间的相互关系，可由图2-1-1表示。
[4] 图2-1-1 可靠性各指标的相互关系
2.1.2可靠性的主要特征量
度量产品可靠性的量值称为可靠性特征量，常用的有可靠度、累积失效概率、失效率、平均寿命及可靠寿命等。
产品一般分为可修复产品和不可修复产品。不可修复产品是指不能修复，或者所花费的修复费用在经济上不合算的产品。可修复产品，顾名思义，是指发生
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第2章 汽车可靠性试验
故障后，经过合理的维修，仍能恢复其规定的功能的产品。
在可靠性工程中，可修复产品和不可修复产品的“寿命”定义不完全一致。对于不可修复产品，其寿命是指产品发生失效前的实际工作时间。而对于可修复的产品，产品的寿命是指相邻两次故障间的工作时间，一般也称为无故障工作时间。显然，每个产品的寿命是客观存在的，但只有在产品使用（或试验）失效或发生故障后才能确切知道，因此，产品的寿命可以看作是一个随机变量。研究产品可靠性的特征量，就是要研究产品寿命这个随机变量的分布规律。
（1）可靠度与不可靠度
可靠度是产品可靠性最重要的定量指标之一。可靠度是指产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的概率。它是时间函数，一般表示为R（t），故又可称为可靠度函数。
设产品寿命为随机变量T，则产品在规定时间t时刻的可靠度为
R（t）?P(T?t） (2-1-1) 不可靠度也叫累积失效概率，是指产品在规定条件下和规定时间内完成规定功能的概率，一般用符号F(t)表示。它的概念与可靠度相反，即产品寿命小于规定时间t的概率：
?P(T?t） F(t） （2-1-2)
（2）失效概率密度
失效概率密度反映的是不可靠度（即累积失效概率）随时间的变化率，记作f(t)。它表示产品寿命落在t时刻附近单位时间内的概率，即产品在单位时间内的失效概率。其表达式为
(3) 失效率
失效率是指工作到某时刻t尚未失效的产品，在t时刻后单位时间内发生失效的概率。它也是时间的函数，一般用λ（t） 表示，称为是效率函数，有时也称为故障率函数。失效率十指在时刻t尚未失效的产品，在（t，t??t)的单位时间内发生失效的条件概率，即
f(t）?dF(t)?F?(t) (2-1-3) dt?（t)?lim?t?01P(t?T?t??tT?t） （2-1-4） ?t5
它反映t时刻失效的速率，又称为瞬时失效率。
（4）平均寿命
平均寿命即产品寿命的平均值，一般记为θ。它是产品寿命这个随机变量T
的数学期望。平均寿命的估计值为
??所有产品的总工作时间T （2-1-5） ?总失效率Nf
在可靠性工程中，还有一些与产品寿命有关的指标，比如可靠寿命、中位寿
命、特征寿命以及更换寿命等，在这里就不一一赘述了。
2.2汽车可靠性增长试验的方法和种类
2.2.1汽车可靠性增长试验的方法
汽车电控单元ECU可靠性试验一般包括可靠性筛选试验、可靠性增长试验和
可靠性鉴定试验，如下图2-2-1所示。本片论文主要研究的可靠性增长试验方面的内容。
图2-2-1 ECU可靠性试验总体框图[5]
可靠性增长试验是一个试验——分析——改进——试验（TAAF)逐渐达到预定可靠性目标的过程。
可靠性增长试验过程一般包括以下步骤：
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第2章 汽车可靠性试验
（1）制定计划
增长计划的制定血药规定和估算增长试验的目标、增长规律和实验所需的资源。其核心是制定计划曲线，计划曲线制定包括初始可靠性水平和增长目标的确定、试验时间和增长率的确定等。制定计划曲线之前必须选定描述增长过程的增长模型，常用的有Duane模型和AMSAA模型[6]。
（2）可靠性状态跟踪和试验控制
在TAAF试验全过程中要实施可靠性跟踪，所谓的跟踪主要就是利用增长跟踪曲线与计划增长曲线对比来对实验进行监控，根据跟踪的结果采取必要的措施对增长过程控制，当实际增长过程远优于或远劣于计划增长过程，则需要采取重大决策。
（3）中间评审
为保证可靠性增长试验成功，对于总试验时间较长而又缺少可靠性增长试验实际经验的研制项目，在指定增长试验计划时可安排一次或几次中间评审。中间评审的主要内容有：到目前为止实际增长过程是否符合计划增长曲线，当前产品的可靠性评估，实验设备是否满足要求，故障记录是否完整以及故障分析、纠正工作是否符合进度要求等。
（4）产品可靠性最终评估
TAAF实验结束后要对产品最终达到的可靠性水平作出评估，以确定可靠性增长的目标是否实现，可靠性评估主要是对瞬时MTBFi进行点估计及置信区间估计。用Duane模型只能对MTBFi进行点估计，而用AMSAA模型既能进行点估计，又能进行区间估计。
（5）归档和总结
试验完成后，要做好可靠性增长试验资料、数据的清理归档。以及试验的总结，尤其是实际增长规律的总结。要妥善保管试件，建立活的故障档案。要将故障纠正措施以设计图纸、资料及工艺文件的形式固定下来。
2.2.2汽车可靠性增长试验的种类
汽车可靠性增长试验一般用到两种模型，即Duane模型和AMSAA模型。
（1） Duane模型
Duane模型是美国通用电气公司发动机与电机部门工程师J.T.Duane 根据实 7
践经验总结出来的可靠性增长模型。19xx年Duane 通过观察发现在可靠性增长过程中，累计故障率的对数与试验时间的对数近似线性关系。据此建立的可靠性增长数学模型称之为Duane模型，利用此模型可预测在可靠性增长的试验——分析——改进——试验过程中的MTBF。Duane模型假定产品的失效过程为指数分布即恒失效率。
设T为累计试验时间，n（T）为累计故障数，则n(T)/T为累计故障率，T/n（T)为累计平均故障时间MTBFC. 可得：
?T?ln???a?blnTn(T) (2-2-1) ??
于是
MTBFc?T?ea?blnT?eaTb?kTb （2-2-2） n(T)
式中，b称之为增长率，典型的增长率范围在0.3~0.6之间。
从上式关于时间求导，可得瞬时故障率：
?1?n(T)???*T1?b （2-2-3） ?k?
瞬时故障率?（T)的倒数，称之为瞬时平均故障时间MTBFi，于是
TbMTBFcMTBFi?k? （2-2-4） 1?b1?b
要使用模型必须先估计模型参数a和b。参数估计的方法与加速寿命试验的参数估计方法相同，常用的有图估计法、最小二乘估计和最大似然估计等。
目前，Duane模型已成为一种具有广泛应用价值的可靠性增长模型。当然，Duane模型也有一些缺点，其中最主要的就是没有考虑数据的散布特性，从而不易给出当前的MTBF的区间估计。
（2）AMSAA模型
AMSAA是美军装备分析中心（Army Materiel System Analysis Activity）的缩写。AMSAA模型是该中心在Duane模型的基础上提出来的。它可看作是Duane模型的概率解释。由于AMSAA模型考虑了随机现象，因而能对产品的可靠性进行置信区间估计。这为可靠性增长试验代替可靠性鉴定试验提供了条件。
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第2章 汽车可靠性试验
AMSAA模型认为在可靠性增长过程中，累计故障数N(t）是一个非齐次泊松过程，其故障强度函数为
?（t)?abtb?1 （2-2-5) 式中：a＞0称为尺度参数；b＞0称为形状参数。显然b＜1时，产品的可靠性是增长的。
AMSAA模型的统计分析主要包括了：增长趋势检验（图示法）、模型参数估计（最大似然法）、拟合优度检验、MTBF的估计这些步骤[10]。
2.3本章小结
本章介绍了汽车可靠性试验常用评价指标和主要特征量。汽车可靠性增长试验的方法和种类，以及汽车可靠性增长试验最常用的两个模型。Duane模型和AMSAA模型就是本文用来解决可靠性增长实验的途径。为后面的可ECU靠性增长实验提供了有力的理论依据和解决方法。
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第3章 微机控制的点火系统
3.1点火系统的分类
点火系统分为传统点火系统和电子点火系统。
3.1.1传统点火系统
传统点火系统又称为机械触点式点火系统或蓄电池点火系统，它是利用机械开关（即触电的闭合和打开）来控制点火线圈一次电流的通断，从而完成点火工作的。
传统点火系统结构简单，工作可靠，长期以来在汽车上得到广泛的使用。但随着对汽车发动机燃油经济性和排放指标的要求越来越高，传统点火系统已无法适应现代发动机的点火要求，目前已逐渐被电子点火系统所取代。
3.1.2电子点火系统
电子点火系统是利用半导体器件（如晶体管、晶闸管等）作为开关来控制点火线圈一次电流的通断，从而完成点火工作。
当前，国内外正在研制和应用的汽车点火装置的种类很多，比如触点式电子点火装置、电感储能式点火装置和微机控制的电子点火装置。本篇论文主要研究的是微机控制的电子点火系统。
3.2微机控制点火系统的组成
在发动机的电子集中控制系统中，点火系统由微机控制称为微机控制点火系统。微机控制可使发动机在各种工况下均能实现点火的最优控制,从而提高发动机的动力性、经济性,改善排放指标。现在大部分轿车都采用微机控制点火系统。
该点火系统主要由与点火有关的各种传感器、电子控制单元（ECU）、点火线圈、点火器、配电器和火花塞等组成[12]。
（1）传感器是检测发动机工况信号的装置。传感器的结构型式和装配数量依车而异，主要有曲轴位置传感器、空气流量传感器、节气门位置传感器、爆震传感器、冷却水温度传感器、进气温度压力传感器、车速传感器、空挡起动开关、点火开关、空调开关、蓄电池等。
（2）电子控制单元（又称电子控制器）用ECU表示。与发动机电控汽油喷射系统共用，是发动机的一种综合电子控制装置。电子控制器的名称并不统一，生产 10
第3章 微机控制的点火系统
厂家或公司不同，生产年代和控制内容不同，采用的名称也不尽相同。电子控制器主要包括输入回路、输出回路、模数A/D转换器或模数D/A转换器、单片微型计算机和电源电路等。由于电子控制器的核心部件是单片微型计算机，通常将电子控制器称为微机或电脑。电子控制器的作用是根据发动机各种与点火有关的传感器输入的信息和微机内存数据，通过运算处理和逻辑判断，然后输出点火指令信号，控制点火器动作，完成点火工作。
（3）点火控制器是发动机控制系统的执行器，其作用是根据微机发出的指令信号，通过内部大功率三极管的导通与截止来控制点火线圈初级绕组电路的通断，使点火线圈产生高压电。
图3-3-1 微机控制电子点火系统的基本组成
3.3微机控制点火系统点火提前角的控制方式
微机控制点火系统的点火提前角同电控汽油喷射系统一样，有开环和闭环控制两种方式。
3.3.1开环控制方式
开环点火控制，发动机运行时，ECU不断检测发动机的转速、负荷信息，并 根据此信息从内部存储器中查出相应的基本点火提前角，再根据冷却液温度、进 气温度等参数，对查找出的基本点火提前角进行修正，得到适应当前工况的最佳 点火提前角来控制点火，但对控制的结果不予以反馈。因此，开环控制所用的控 制量必须是经过大量实验优化的结果，这一结果要综合考虑到发动机的经济性、 排放性和动力性的要求。但是传感器工作状态的改变会引起开环控制精度的改 变，而且微机所存数据无法适应发动机本身制造精度、磨损状况、使用条件等变 化而引起的最佳点火提前角的变化。即使在新车时调整无误，随着使用时间的增 加，微机中所存的数据也会逐渐不能适应发动机对最佳点火提前角的要求，造成 11
发动机性能逐渐下降以至于微机控制点火正时的优势逐渐减退。
3.3.2闭环控制方式
随着人们对发动机综合性能要求的提高，闭环控制进入了发动机的控制领 域，闭环控制就是在开环控制的基础上增加反馈控制。点火闭环控制当ECU以 一定的点火提前角控制发动机工作时，同时还不断检测发动机的工作状态，然后 根据检测到的变化量，再对点火提前角进行控制。在点火闭环控制中，电控单元 ECU中最常见的是利用发动机的爆震信号作为反馈信号，用来控制大负荷等工 况下的点火时刻。目前最实用的是使用爆震传感器来检测发动机机体的振动来判 断是否发生震。爆震是汽油机的一种不正常燃烧现象，危害极大，如持续爆震， 使发动机的动性下降，经济性变差，排气污染物增加;使发动机过热，各机件的 热负荷加重;外爆震时产生强烈的冲击波，破坏气缸壁上的润滑油膜，使发动机 的工作条件恶，因此发动机工作时必须防止爆震现象的发生。爆震的产生与点火 提前角有着密切的关系，如点火时刻提前，燃烧的最大压力会过高，因而容易产 生爆震。实践证明，在发动机输出最大转矩时的点火提前角处于爆震边缘，如果 在此基础上再提前点火，就会产生爆震。为此采用点火闭环制技术，使发动机既 不产生爆震，又能处于最佳工作状态。发动机运行时，ECU收到爆震传感器输 出的信号后，ECU对信号进行滤波处理判断有无爆震现象。当判断为发生爆震 时，ECU立即把点火提前角逐渐减少，直无爆震产生，随后ECU又逐渐增大点 火提前角，一直到产生爆震时，又恢复前述反馈控制。如此循环进行点火时刻的 控制，以保证发动机的点火提前角处于接近生爆震的最佳角度。
3.4微机控制点火系统的工作原理
微机控制的点火系统的工作原理就是:电子控制器通过各种传感器把发动机的工作状态信号,采集到ECU内存RAM中。然后微机不断检测基准脉冲,微机收到基准信号后,开始对曲轴转角脉冲的计数，同时ECU检测此时的发动机转速和负荷,并修正到标准工况;并根据此标准工况对存储器进行二维查询,找到发动机在该工况下的最佳点火时刻。此时，点火控制器根据微机发出的指令信号，通过内部大功率三极管的导通与截止来控制点火线圈初级绕组电路的通断，使点火线圈产生高压电，完成点火工作。
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第3章 微机控制的点火系统
3.5 本章小结
本章介绍了点火系统的作用和大致分类，主要是传统点火系统和电子点火系统两大类。电子点火系统又包括很多小的分类，比如触点式电子点火装置、电感储能式点火装置和微机控制的电子点火装置等等。而本篇论文主要研究的就是微机控制的电子点火系统。本章主要介绍了微机控制的电子点火系统的基本组成、控制方式和工作原理。让我们对汽车点火系统有了详细的了解，为接下来的可靠性增长试验的设计提供了基本的目标。
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第4章 微机控制点火系统ECU的可靠性增长试验
4.1微机控制点火系统ECU可靠性增长试验的设计
4.1.1微机控制点火系统的可靠性框图
微机控制点火系统的主要要素有：1.各种传感器 2.ECU 3.点火器 4.火花塞。从可靠性的角度看，系统中任一要素失败，系统即丧失工作能力，因此其功能逻辑关系为串联形式，如图4-1-1所示。串联系统的可靠度是各组成单元可靠度的乘积，这就是串联系统的可靠度数学模型[15]。根据串联单元的可靠度数学模型，可以从以下几个方面来提高串联系统可靠度：（1）尽可能提高各单元的可靠性，特别是可靠度最小单元的可靠性；（2）设计方案尽量简化，减少串联单元的数目；（3）缩短系统执行任务的时间。结合点微机控制火系统的实际来看，微机控制点火系统相对于传统点火系统结构简单，工作时间更短。因此要想提高其系统可靠性只有通过提高各单元的可靠度，才能实现整个系统可靠度的提升。
图4-1-1 微机控制点火系统可靠性框图
4.1.2可靠性增长试验的任务剖面及方案设计
设计微机控制点火系统ECU可靠性增长试验，即让ECU产品处于实际环境、模拟环境或加速变化的环境中经受试验，使得ECU产品设计(包括电路设计、结构设计和工艺设计等)中的缺陷变为硬件故障(如电容元件失效、电子元器件损坏等)而充分暴露。本篇论文选取环境条件最恶劣的任务剖面作为可靠性增长试验剖面，这样最有利于暴露设计缺陷。
ECU可靠性增长试验通常采用试验一分析一改进一再试验(TAAF试验)的方法来逐步提高ECU产品的可靠性。通过发现、分析和纠正这些故障，改进相关设计，将ECU产品的平均寿命MTTF提高到可以接受的值。为了缩短试验时间，采用双应力加速寿命试验的试验方法，使ECU中的缺陷在较短时间内充分暴露。本次加速寿命试验主要采用电应力老化试验和温湿度循环试验，即向ECU同时施加一定变化的电压和温度(试验中将湿度设为定值)，然后将ECU运行规定的时间，同以电应力和温度应力作为双加速应力，则该加速寿命试验服从广义艾林模型， 14
第4章 微机控制点火系统的可靠性增长试验
即4-1-1式中
ln??a?b?1(V)?c?2(T)?d?1(V)?2(T) 4-1-1
?1(V)二V,?2 (T) ?为所测试ECU的寿命特征;a,b,c,d分别为该模型的参数；
= 1/T，且VL≤V≤VH, TL≤T≤TH，即施加给ECU的双应力在ECU所处的极限工况之间变化。
为了对所试验的ECU产品的相关指标进行估计，通常采用无替换定时截尾试验方案?n,t0?来进行加速寿命试验，即从通过了可靠性筛选试验的ECU样品中任取n个进行电应力老化试验和温湿度循环试验，试验进行到预先规定时间t0时刻停止，记录ECU样品失效的个数及时间，然后根据试验数据对ECU样品的障率?(t)或平均寿命MTTF进行点估计和区间估计。由于ECU产品主要由电子元件构成，其寿命服从指数分布，则根据AMSAA模型种的概率论可以求得ECU样品的平均寿命MTTF的极大似然点估计为:
T?
?? （ 4-1-2） r?
对其平均寿命MTTF进行区间估计，由于在定时截尾试验中，2T?/?服从自由度为2r的x2分布，则置信度为1-?的置信下限为：
2T?
?L?2 （ 4-1-3） X（2r）?
T??ti?（n?r）t0 （4-1-4） ?
i?1r
式中，T?为在[0,t0 ]时间内n个参试样品的总试验时间;r为ECU样品失效的个数;ti为每个失效ECU样品失效前的工作时间。
电应力老化试验和温湿度循环试验结束后，根据所记录的试验数据按照公式对该批ECU样品的MTTF进行估计，并根据所得的MTTF估计值对该批ECU样品进行评估。同时，分析寻找失效ECU样品的失效原因并进行相关改进:某些元件的 15
原因，则更换元件;设计的缺陷，则修改设计;生产工艺方面的原因，则改进生产工艺等。将经过改进的ECU样品再次进行可靠性筛选试验和可靠性增长试验，使ECU的可靠性不断提高，直至其达到相关标准为止。经过了可靠性增长试验的ECU样品，可能已带有较大的残余应力和耗损，因此原则上不能再用于其他试验。
图 4-1-1 ECU可靠性增长性试验流程图
4.2 试验流程
基于试验思想及试验方案，利用所设计的ECU可靠性试验系统，对微机控制点火系统ECU分别进行了可靠性筛选试验、可靠性增长试验和可靠性鉴定试验。
（1）首先将刚研制完成的一批该型号ECU样品进行筛选试验，试验结束后剔除早期失效的ECU。找出并记录其失效原因。
（2）从通过了筛选试验的ECU样品中任选n个进行增长试验，采用无替换定时截尾的试验方案，试验截尾时间为t0，试验结束后将试验数据做成表格记录
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第4章 微机控制点火系统的可靠性增长试验
下实验数据以方便分析数据。
（3）根据试验数据及公式(4-1-2）和（4-2-3）计算得到该批ECU样品的平均寿命MTTF的极大似然点估计，置信水平的单侧置信下限等数据（置信区间，又称估计区间，是用来估计参数的取值范围的，常见的是在52%—64%之间。置信区间的两端被称为置信极限，对一个给定情形的估计来说，置信水平越高，所对应的置信区间就会越大）。分析该批ECU样品的可靠性水平，进而对其进行改进。通过分析失效ECU样品的失效原因来对ECU进行改进。
（4）在对ECU改进后，按照新设计重新制成一批ECU样品。依然首先进行筛选试验，如果发现有早期失效的ECU样品则继续改进制造工艺，如果没有早期失效的ECU样品则继续后面的试验。然后从该批ECU样品中任取n个按照相同的工况进行第二次增长试验，试验时间仍为t0。试验后所得的数据继续用表格记录下来，用于与第一次的实验数据对比。
（5）计算得到该批ECU样品平均寿命MTTF的极大似然点估计，置信水平的单侧置信下限。
（6）将两次可靠性增长试验后对所得的MTTF估计值进行的对比。与未改进的ECU样品相比，设计改进后制成的ECU样品的平均寿命MTTF是否显著提高，可靠性水平是否得到了明显增长。如果通过两次试验的数据可以得出该微机控制点火系统的ECU的可靠度确实得到了显著的提升，那么说明可靠性增长试验方案是成功的。如果该微机控制的ECU的可靠度没有得到了显著的提升，则继续循环该可靠性增长试验直到其可靠度达到产品生产使用的标准即可。
分析失效ECU样品的失效原因发现:由于ECU密封件失效，有水汽进人ECU内部引起了电路板烧坏。随后对该型ECU进行了数次改进，如重新设计密封圈制造工艺、内部控制策略等，使得该型ECU的可靠性水平进一步提高。
4.3微机控制点火系统ECU可靠性增长的措施
通过分析失效ECU样品的失效原因，可以发现提高ECU可靠性的一些措施
（1）ECU电路设计方面，将ECU电路设计的尽可能简化从而减少电路之间的干扰。（2）对ECU的制造工艺进行改进，如提高焊接质量等。（3）对ECU软件进行优化，使ECU更不容易出现负荷而影响正常工作。这些措施都有助于ECU的可靠性水平进一步提高。
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4.4本章小结
本章通过对微机控制点火系统ECU进行可靠性试验，利用可靠性增长试验的两个模型来对该ECU进行可靠性增长性试验。经过循环的增长试验将该ECU的可靠性水平不断提升，满足了实际生产和使用的要求。
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第5章 结束语
第5章 结束语
本篇论文阐述了微机控制点火系统的组成以及工作原理，从硬件组成方面全面了解微机控制的点火系统。同时也详细的介绍了可靠性增长试验的方法以及种类，从理论上更加掌握可靠性增长试验的精髓和要领。正是有了以上两大板块的支撑，论文最后才能设计出关于微机控制点火系统ECU的可靠性增长试验方案并作出相应的总结。因此，工欲善其事，必先利其器。只有熟练地掌握了相应的专业知识，才能做好相关的事。
古人说：“活到老，学到老。”我觉得这句话对我们今后的学习非常好。虽然大学生涯就快结束了，但是我认为这并不是我们学习生涯的结束，其实这只是另一个开始而已。学无止境，我们要懂得留心处处皆学问的道理。只有不断地充实自身，才能紧跟时代的步伐，才能为国家做出我们最大的贡献！
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致 谢
不知不觉大学四年已经快要走完，时间总是这样。来也匆匆，去也匆匆。身处学校已久的我们也将快要走上工作的岗位了。再回首，匆匆的大学生涯留给了我们什么。我想只要不是遗憾，不是后悔那就无愧于我们这些年的学习生涯。这篇毕业论文我得到了老师和同学们的热情帮助。首先，我必须感谢我的导师老师，正是老师的悉心教导和详细的答疑解惑我才能够相对顺利的完成这篇论文，在此表达对老师最衷心的感谢。然后是感谢我的同学们，他们在我完成论文的过程中帮助我解决一些我疑惑问题，帮助我度过难关。可以说我的这篇论文就是老师和同学们一起用热情帮我顺利完成的。最后，再一次表达对老师还有同学们的谢意！
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