汽車ECU電路分析-ECU電路解析

1、汽車ECU電路分析 ECU電路解析正如在本章開始時(shí)我們講到的，不同廠商的汽車電腦在功能上不是完全相同的，但結(jié)構(gòu)組成和主要功能是基本一樣的，因此我們以有代表性的BOSCHMOTRONIC系統(tǒng)為例進(jìn)行ECU的電路分析。1、BOSCHMOTRONIC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖BOSCHMOTRONIC系統(tǒng)在電子燃油噴射系統(tǒng)中極具代表性，國內(nèi)生產(chǎn)的大部分車型采用的都是BOSCH電子噴射系統(tǒng)。圖5.11為MOTRONIC系統(tǒng)框圖，在此圖中介紹了曲型電子燃油噴射系統(tǒng)的組成，各部分的聯(lián)系情況，對(duì)于更好的了解電腦的工作過程，以至于分析故障與維修都是大有幫助的。圖11Motronic系統(tǒng)框圖1燃油箱；2燃油泵；3燃油濾清器；4

2、燃油壓力調(diào)節(jié)器；5燃油脈動(dòng)衰減器；6電子控制單元；7分電器；8噴油嘴；9冷起動(dòng)噴油嘴；10節(jié)氣門；11節(jié)氣門開關(guān)門；12空氣流量計(jì)；13氧傳感器；14熱敏開關(guān)；15水溫傳感器；16輔助空氣閥；17曲軸位置傳感器；18主繼電器；19燃油泵繼電器在圖11中，電子控制單元作為電控發(fā)動(dòng)機(jī)的核心部分，由一8位/16位單片微機(jī)、集成電路和相關(guān)電子元件組成，英文表示為Electric control unit簡稱ECU。其作用是接收各種傳感器送來的信息，以它們進(jìn)行運(yùn)算、處理、判斷后再發(fā)出指令信號(hào)，經(jīng)輸出電路進(jìn)行功率放大后驅(qū)動(dòng)想應(yīng)的執(zhí)行單元，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的各種工況的控制。這里提級(jí)的ECU是各種控制單元的統(tǒng)

3、稱，ECM/PCM則是發(fā)機(jī)控制模組或動(dòng)力控制模組的縮寫，是包含于ECU范圍之內(nèi)的。2、BOSCHMOTRONIC1.3電路分析汽車電子控制單元（ECU），不論是BOSCH的MOTRONIC，福特的EECIV、V，通用的P4、P6等，其最終的目的只有一個(gè)，讓發(fā)動(dòng)機(jī)工作的更出色，表現(xiàn)為動(dòng)力更強(qiáng)勁，噪聲小，污染低。這是針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)而言，其他系統(tǒng)也是一樣，每個(gè)系統(tǒng)都有自己的目標(biāo)，這就好像是電視機(jī)一樣，世界各國生產(chǎn)的電視機(jī)，無論是哪個(gè)廠家的，都是要以接收電視節(jié)目為目的?；谶@樣一種認(rèn)識(shí)，我們可以把ECU抽樣化的分成幾個(gè)部分，見圖12所示。從圖中我們可以看到，ECU由MCU（微處理器）、輸入電路、輸出電

4、路、A/D轉(zhuǎn)換器及部分組成，各部分功能描述如下：（1）輸入電路從傳感器來的信號(hào)，首先進(jìn)入輸入回路，對(duì)于模擬信號(hào)，去除雜波干擾，把小信號(hào)進(jìn)行放大，把正弦波變成矩形波；對(duì)于數(shù)字信號(hào)，進(jìn)行緩沖后可直接與MCU或I/O擴(kuò)展電路連接。同時(shí)輸入電路還將電源電壓轉(zhuǎn)換成適合微機(jī)使用的工作曉以大義。即輸入電路是對(duì)信號(hào)進(jìn)行整形同時(shí)提供系統(tǒng)各部分所需要的不現(xiàn)的工作電壓。（2）A/D轉(zhuǎn)換器輸入ECU的傳感器信號(hào)有兩種：一種是模擬信號(hào)，另一種是數(shù)字信號(hào)。信號(hào)的形態(tài)不同，輸入ECU內(nèi)的處理方法也不一樣。數(shù)字信號(hào)可直接送入微處理器，模擬信號(hào)則要經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器（模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器）轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)才送入微處理器。早期的MCU自

5、身沒有A/D轉(zhuǎn)換器功能，為完成這樣的轉(zhuǎn)換，可以通過擴(kuò)展A/D轉(zhuǎn)換器來實(shí)現(xiàn)。如奔馳的CISE系統(tǒng)的就是通過A/D0809這樣一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器來實(shí)現(xiàn)的。較新類型的MCU由于自身具有A/D轉(zhuǎn)換功能，已不需要進(jìn)行外部擴(kuò)展了。（3）輸出電路它是微機(jī)與執(zhí)行器之間的聯(lián)系電路。由于微機(jī)輸出的是數(shù)字信號(hào)，而且電流很小，一般是不能驅(qū)執(zhí)行器工作的。經(jīng)過輸出回路后，通過其中功率三極管或功率MOS管的放大作用，提供足夠的驅(qū)動(dòng)電流，大部分的負(fù)載工作于開關(guān)狀態(tài)下。在汽車這個(gè)特定的工作環(huán)境，大部分的執(zhí)行器/驅(qū)勸器都與線圈有關(guān)，從電磁噴油器到電磁閥、各種馬達(dá)、繼電器、包括點(diǎn)火線圈，等等，因此有人夸張的說，汽車的輸出電路的任務(wù)實(shí)

6、質(zhì)就是驅(qū)動(dòng)線圈工作。我們不管這樣的結(jié)論是不是太武斷，但這種描述的確比較容易理解。（4）微處理器（MCU）它是ECU的核心部分，由中央處理器（CPU）、存儲(chǔ)器（ROMRAM）、輸入/輸出口（I/O）等組成。它能根據(jù)需要，用內(nèi)存的程序和數(shù)據(jù)對(duì)各種傳感器送來的信號(hào)進(jìn)行比較、運(yùn)算和修正，并將處理結(jié)果以指令的形式送至輸出電路。驅(qū)動(dòng)相關(guān)元件，完成控制功能。圖13、圖14為德國寶馬汽車所采用的Motronic M1.3系統(tǒng)電子控制單元的內(nèi)部原理圖。（3）輸出電路它是微機(jī)與執(zhí)行器之間的聯(lián)系電路。由于微機(jī)輸出的是數(shù)字信號(hào)，而且電流很小，一般是不能驅(qū)執(zhí)行器工作的。經(jīng)過輸出回路后，通過其中功率三極管或功率MOS管的

7、放大作用，提供足夠的驅(qū)動(dòng)電流，大部分的負(fù)載工作于開關(guān)狀態(tài)下。在汽車這個(gè)特定的工作環(huán)境，大部分的執(zhí)行器/驅(qū)勸器都與線圈有關(guān)，從電磁噴油器到電磁閥、各種馬達(dá)、繼電器、包括點(diǎn)火線圈，等等，因此有人夸張的說，汽車的輸出電路的任務(wù)實(shí)質(zhì)就是驅(qū)動(dòng)線圈工作。我們不管這樣的結(jié)論是不是太武斷，但這種描述的確比較容易理解。（4）微處理器（MCU）它是ECU的核心部分，由中央處理器（CPU）、存儲(chǔ)器（ROMRAM）、輸入/輸出口（I/O）等組成。它能根據(jù)需要，用內(nèi)存的程序和數(shù)據(jù)對(duì)各種傳感器送來的信號(hào)進(jìn)行比較、運(yùn)算和修正，并將處理結(jié)果以指令的形式送至輸出電路。驅(qū)動(dòng)相關(guān)元件，完成控制功能。圖13、圖14為德國寶馬汽車所采

8、用的Motronic M1.3系統(tǒng)電子控制單元的內(nèi)部原理圖。圖13BMWMotronic M1.3圖14BMWMotronic M1.3在BMWMotronicM1.3系統(tǒng)中，其核心器件是SIMENS公司的SAB80C515，SAB80C515是一8位單片機(jī)，有關(guān)詳細(xì)情況請(qǐng)參閱第三章的第二節(jié)。只讀存儲(chǔ)器S701作為SAB80C515（S700）的擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器，構(gòu)成16KROM，同樣S703作為擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，以此來彌補(bǔ)微處理器本身程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間不足，這樣做的好處是程序可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，避免工廠掩膜后ROM內(nèi)容無法更改的狀況。只讀存儲(chǔ)器（ROM）S701數(shù)據(jù)線DOD7直接與微處

9、理器S700的P0口連接，數(shù)據(jù)線以上拉連接到5V電源。同時(shí)P0口還直接連接到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器S703的DOD7、S702的BUS口。S701的高位地址線A8A14直接同S700的P2口連接，而低8位地址線A0A7并沒有直接連接到S700上，而是連接到S702的P3口。在這里，S702的這種接法用以實(shí)現(xiàn)地址鎖存器的功能，解決了P0地址/數(shù)據(jù)復(fù)用的問題。S700輸出的地址信號(hào)低8位經(jīng)過S702鎖存，高7位直接輸出到S701，同樣，對(duì)于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）S703也是一樣。8根數(shù)據(jù)線每次可守成一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)的傳輸，15根地址線，可實(shí)現(xiàn)21532768字節(jié)即32K（32768/10232）的程序存儲(chǔ)空間尋址。

10、實(shí)際采用的ROM芯片存儲(chǔ)容量的大小依據(jù)程序的多少而定，對(duì)于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器S703來講，A0A12計(jì)13根地址線，可實(shí)現(xiàn)2138192字節(jié)即8K數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間尋址。SC作為片選信號(hào)，當(dāng)些線為低電平時(shí)，S701被選中，OE作為讀、寫允許控制線，低電平時(shí)有效。S703的用法與之類似。OE、WR用來決定RAM芯片處在讀或?qū)懙臓顟B(tài)，二者均為低電平有效，CS為芯片選中信號(hào)，低電平時(shí)有效，S701與S703的片選信號(hào)均出自S550BOSCH30106專用芯片，S550在完成片選信號(hào)輸出的同時(shí)，已經(jīng)對(duì)芯片的地址進(jìn)行了譯碼。S800、S801作為開關(guān)（數(shù)字）信號(hào)輸入緩沖電路。與發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)相關(guān)的開關(guān)（數(shù)字）信號(hào)輸入

11、到ECU中，包括空調(diào)請(qǐng)求信號(hào)、停車/空檔信號(hào)、節(jié)氣門全閉信號(hào)、壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)信號(hào)、點(diǎn)火提前角信號(hào)等。經(jīng)S800、S801緩沖后送入S702可編程并行口擴(kuò)展芯片，CPU經(jīng)數(shù)據(jù)總線讀取外部相關(guān)開關(guān)量的狀態(tài)，了解發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行條件，包括負(fù)荷、工況等及時(shí)對(duì)點(diǎn)火和噴油進(jìn)行調(diào)整，以保證發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)處于最佳狀態(tài)。發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度傳感器、進(jìn)氣溫度傳感器、空氣流量傳感器這幾個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵性模擬信號(hào)，經(jīng)阻容元件緩沖后，直接送入CPU的8路復(fù)用模擬/數(shù)字信號(hào)輸入口，在CPU內(nèi)部直接完成A/D轉(zhuǎn)換，將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后參與運(yùn)算、處理。S600作為BOSCH的專用芯片，內(nèi)部零件號(hào)為30015，在一個(gè)芯片的內(nèi)部同時(shí)完成幾

12、個(gè)功能，第一、完成發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的運(yùn)算處理、處理后一方面送CPU，另外經(jīng)17腳輸出，送入儀表，用以顯示發(fā)機(jī)的轉(zhuǎn)速；第二、完成氧傳感器信號(hào)接口功能，氧傳感器作為一個(gè)特殊元件，其輸出曉以大義的變化反映出比的大小，為使其正常工作，需要專用電路接口，而30015內(nèi)部集成有這種功能。同時(shí)S600（30015）還完成串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換任務(wù)，用來同外部設(shè)備（掃描儀）進(jìn)行連接，讀取ECU中儲(chǔ)存的故障碼，測量車輛運(yùn)行中主要元件的數(shù)據(jù)流，MCU的串行接口無法同診斷設(shè)備直接相連接，必須要進(jìn)行轉(zhuǎn)，把MCU的串行通信信號(hào)轉(zhuǎn)換成為汽車通信的標(biāo)準(zhǔn)格式。S300作為ECU內(nèi)部數(shù)字電路電源供應(yīng)電路，輸出兩路5V直流電壓，在保證輸出穩(wěn)壓電

13、壓的同時(shí)，具有軟起動(dòng)功級(jí)，RES為控制端。S220（LM2903）為一雙比較器，與外圍阻容元件一起構(gòu)成上電復(fù)位及電源異常復(fù)位電路。S702（TA13225）為可編程并行I/O接口，前面已經(jīng)提到的是，配合MCU完成訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)低8位地址信號(hào)的鎖存，同時(shí)接收開關(guān)（數(shù)字）信號(hào)的輸入，擴(kuò)展MCU資源。S450為BOSCH的功率半導(dǎo)體器件，在此完成怠速電機(jī)控制、碳罐凈化電磁閥控制、燃油泵繼電器控制、發(fā)動(dòng)機(jī)故障燈控制等功能。其輸入端直接同內(nèi)部端口相連，因驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電磁閥等需要較大驅(qū)動(dòng)電流，所以此種芯片一般帶有較大散熱片。芯片背面的金屬部分直接同散熱片相接觸，可以將芯片本身在工作過程中產(chǎn)生的熱量通過熱片

14、帶走，從而降低自身溫度，保證正常工作。同樣S400與S450結(jié)構(gòu)、功能、型號(hào)完全相同，不現(xiàn)的是所控制的對(duì)象不同，S400將元件自身提供的6路輸入、輸出，分成兩組，即輸入E1、E2、E3連到一起，輸出A1、A2、A3連到一起；E4、E5、E6連接到一起，A4、A5、A6連接到一起。這樣并接的作用是可以提供更大的驅(qū)動(dòng)電流，因?yàn)檫@時(shí)是用于噴油嘴的驅(qū)動(dòng)。因車型的不同，可能需要驅(qū)動(dòng)四個(gè)/六個(gè)/八個(gè)噴油嘴，在Mortnic M1.3系統(tǒng)中，采用分組噴射形式，這樣每組要驅(qū)動(dòng)的噴嘴數(shù)量為二個(gè)/三個(gè)/四個(gè)，因此需要更大的驅(qū)動(dòng)電流，這樣連的目的就在于此。BOSCHMotronicM1.3實(shí)物見圖15所示。在圖4.17中，左面的S400和右面的S450就是我們前面介紹的電機(jī)、電磁閥、噴油嘴驅(qū)動(dòng)用的芯片，BOSCH內(nèi)部號(hào)碼為300804192/BA560.1，外形見圖16芯片后面的鋁片即為散熱片，在圖18中的芯片是負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)怠速電機(jī)和電磁閥的S450，噴油嘴驅(qū)動(dòng)芯片S400在線路板的外一側(cè)。圖15BOSCHMotronic M1.3控制單元線路板 圖16怠速電機(jī)、電磁閥驅(qū)動(dòng)芯片線路板圖與電原理圖紙對(duì)照著看，可以讓我們更清楚的認(rèn)識(shí)每個(gè)元件，包括元件外部形狀，封裝形式，在電路板上的具體位置，這樣不僅有利于了解電腦的內(nèi)部構(gòu)成，而且對(duì)于