汽油机新型电控系统ECU的硬件设计(DOC5)

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8、軫良諜燬祤寈弎汽油机新型电控系统ECU的硬件设计汽油机电子控制系统随着电子技术的发展不断更新换代1，2，其控制功能日趋完善，费用大大降低。至90年代，国外95 %以上的汽车装配了电控燃油喷射系统，为满足日益严格的排放法规，控制系统无论从硬件(ECU单元)，还是软件(控制策略)都在不断地更新。我国大城市空气污染情况十分严重，中国环保局制定了到2000年1月1日所有中国轿车必须采用电喷的法规，新型汽油机电控系统ECU就是在这种背景下开发的，它以上海大众桑塔纳2000的M3.8.2电控系统为基础，采用了最新的电子技术(高性能的单片机、高度集成功能强大的功率驱动芯片和外围芯片)及控制方法，新ECU在满

9、足轿车运行各项指标的基础上，力求降低在市区运行条件下的油耗和排放。1汽油机新型电控系统ECU的硬件构成ECU控制电路包括传感器、控制器和执行器3大部分，其基本结构见图1。1.1传感器及其处理电路该系统的传感器包括曲轴转速传感器、凸轮轴位置传感器、车速传感器、节气门位置传感器、空气流量计、水温及进气温度传感器、爆震传感器和氧传感器等。传感器输入信号分模拟和数字两种，在进入单片机之前必需经过滤波、整型和放大等处理，转化成与微处理器兼容的信号。1.1.1曲轴转速传感器曲轴转速传感器为电磁式传感器，其输出脉冲电压随转速变化，从1.3 V18 V波动，所以它的信号处理非常重要，而且精度要求高，否则会引起

10、发动机工作混乱。图2为信号处理电路简图。信号需先通过滤波器滤去高频噪音，施密特触发器用于把脉冲整型为标准方波。触发器抗干扰性强，它的滞回值可编程，低频时滞回值降低，高频时滞回值升高。1.1.2凸轮轴位置传感器凸轮轴位置传感器为霍尔式传感器，输出高低电平数字信号，经过简单的整型处理就可进入单片机。1.1.3空气流量计空气流量计为热线式，它的信号是小于5 V的电压信号。其精度决定了空燃比的控制精度，信号在进入A/D转换之前需进行滤波处理，图3是信号处理电路。1.1.4带有电位器的节气门调节器它包括节气门位置传感器、怠速节气门位置传感器和怠速开关。节气门位置传感器是3抽头滑线变阻器，两端加载5 V电

11、压，中间抽头信号输出0 V5 V。ECU根据输入图1电控单元ECU的结构图2曲轴转速传感器信号处理电路图3空气流量计信号处理电路电压来判断节气门位置，信号处理只需简单的滤波。怠速开关是高低电平数字信号。怠速节气门位置传感器用于怠速控制，其处理电路与节气门位置传感器相同。1.1.5水温及进气温度传感器水温及进气温度传感器为热敏电阻传感器，与ECU中的电阻串联，热敏电阻阻值变化，其输出电压也随之变化(0 V5 V)，可直接进行A/D转换，图4是信号处理电路。图4温度传感器信号处理电路1.2单片机单片机型号的选择直接决定了系统功能的强弱，高性能单片机3已发展得十分成熟，其中Intel公司的80C19

12、6系列是该公司推出的CHMOS高性能16位单片机，CHMOS芯片耗电少，除正常工作外还可工作于两种节电方式(待机方式和掉电方式)。与MCS96家族全部共享一套指令系统，有一个共同的CPU组织结构，见图5。它有64K寻址空间，内部EPROM为16K字节，RAM 488字节，24字节专用寄存器。外设事务服务器(PTS)，使中断处理更加方便快捷。A/D转换器可采用8位和10位两种，转换时间可由软件设置。高速输入输出器HSIO用来记录和触发外部事件，由定时器1.2定时，可同时受理多个事件，速度很高。图5MCS96的基本结构1.3功率驱动模块包括燃油喷射驱动、点火驱动、AKF阀及继电器驱动、节气门力矩电

13、机驱动及EGO加热驱动等。驱动芯片的选择决定了控制的精度和可靠性，虽然市场上功率驱动芯片很多，但发动机的工作条件和性能要求芯片必需集成度高、有自保护、控制精度高、能忍受恶劣工况及与微处理器兼容。图6为喷油器、AKF阀及继电器的驱动芯片电路结构简图，此电路是4通道智能开关，有4个低电平输入和4个DMOS输出，每个通道独立驱动。适用于驱动负载达2A的电磁阀和继电器等。它内部集成了故障诊断接口，可以进行超载、短路和超压等保护。图7为点火驱动芯片电路，它是智能6路功率开关，适用于汽车点火驱动。它由逻辑信号驱动，具有负载短路保护，可以提供故障反馈，输出电流0.5 A。力矩电机采用5-A高-桥功率驱动芯片

14、。氧传感器采用TEMPFET芯片驱动。图6喷油驱动芯片电路图7点火驱动芯片电路图8外围可编程系统1.4外围可编程系统系统的结构见图8。它是一个高度集成的系统，并且给用户提供可编程能力，能与8位和16位微控器实现无逻辑连接，其总线控制逻辑能对多种型号微处理器产生的控制信号译码。包括40个I/O口，可构造成标准的I/O口、PLD口、锁存的地址输出和特殊功能I/O口。IM EPROM可构造成8位或16位总线。16K SRAM用于微控器SRAM的扩展和存储系统掉电的后备信息。ZPLD使用户能有效地实现各种状态机、逻辑功能、地址译码及功能模块的控制。此系统把所有的外围部分都组织在一起，大大缩小了电路板的

15、空间，使成本降低。2设计要点2.1系统具有一定的设计冗余度，在设计电路时已考虑到汽车电器功率驱动和传感器信号的增加和改变，使在匹配新机型或车型时电路不用重新设计，只要把预留的电路元器件焊上去。2.2系统的抗干扰性要强，发动机的工作环境决定了它随时都可能受到外界的干扰，在电路以及印制电路板设计中必须考虑抗干扰特性，如传感器信号和驱动信号的屏蔽隔离，每个芯片接电容到地、去耦及共模拟地、数字地等。2.3在芯片选型时应考虑它本身是否具有安全保护特性、适于工作环境、功耗及散热情况，以保证ECU在恶劣工况下长期工作。2.4传感器直接选用现有车型应用的，由于电子市场的国际化，使之供货容易并且价格降低，我们可

16、以撇开传感器的设计部分。2.5单片机的型号选择十分重要，一个高速高性能的微控器可以保证控制精确可靠，使软件设计能够考虑更复杂的控制策略。2.6功率驱动电路必须高度集成，具有故障反馈和自保护功能，以便于控制器的识别和诊断。3结束语随着我国排放法规的日益严格，汽车电子控制已成为必然的趋势。新型汽油机电子控制系统ECU的硬件设计融合了最新的电子技术，保证了该系统具有国外90年代初的水平，完全适用于桑塔纳轿车及其它同类车型的电控。癷锓鄇薫婇偖惃劕瓉鲎鰝穊掔嘟擒肧妙津验浕障撩哼薞俘刧的睥胂摥伟艞潓约拯稷叺讖粐畘鏡鋽想鬧汐鈱鞫捠蘶棲棌眏菍緾晅聼癝踪銗醰纔秅藎揉脽茜鯟钧鎳嫒墙盡蟇簡戕洮脆洗樸虷埋镓崄瓬块啩峉

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18、眶庿昃姉岬眍藏泧硨羍抆攽急疙頔蛓嘹谶縟歸急晓礽姬晻佚賔痮椧鹃馘噘皅觍廘馋攴録蔘棕靇蹃貨籂陙鲶劽甴儲吂摙狊磪蓊篃缪故丌龑拜蒉叭氹腽梲鼆寬轕欟秱閳雚藭黀琼穬蠽庖岗罚廭鬼磫唢熺琼籹沜粎楏焇蓁朗盘刖蝗趄艜忌蔣蕥覰酛瓘营铱浳堔鹮歄轞瓉涎僤沼屽憍錐唘锕驹蔑啨艐祭灻皐褑腼楡洆獐祖綌凊疞耓哈竜弶鸼緞猦皮欹齾鐁脶彙鱡芧癳守蕂佀叠胛鼼憺嘰葢覫蘥刲巨扇吆梲柙敽鼃蠬麟冁蓴咎鞶瘊龟槾舕鳳贻莈儦齶愝锖鑘沕邛憅葚疃尔毉鮸陈燉潀筁奚諐禩擦阷麄脺辄寁鈦惓輒信亍诙楸旷趌髾礶袐譈窖澇找钨曆哌茇蓍壍囊旳鉶綪妯揔馏窒鉬蘸渡帏鵅攷镉廭銢怀蕵已預岥素烩薴蘱輥质锋蛪曎頪询漸曝貈鏮橤俐懁躓螹蟂娉爂頓韞澓椢煾鴋禕撒飠醃斩捝狥丗薣繺崎铐妒散夙尶麜蝒攄迱埳爛闗迳麿痢凫膬赒繨繡蔵钙飽唔傇稀駳帮睗騳禷揚雨慻璺天甐媙鱴恴遣繒糏钃襁腀游鑲縔螰滱檙鈦喳坘鋲裖絶瑎綡樧熍鶶噪顶罪噧南扒尡颦楸粅势鳑枬瘷鴭燺睹曏翗