汽車ECU電路分析ECU電路解析

1、汽車ECUfe路分析ECU電路解析正如在本章開始時我們講到的，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)為例進行ECU的電路分析。1、BOSCH MOTRONIC統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖BOSCH MOTRONIC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11 Motronic系統(tǒng)框序1燃油箱；2燃油泵；3

2、燃油濾清器；4燃油壓力調(diào)節(jié)器；5 燃油脈 動衰減器；6電子控制單元；7分電器；8噴油嘴；9冷起動噴油嘴；10 節(jié)氣門；11節(jié)氣門開關(guān)門；12 空氣流量計；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)動機的核心部分，由一 8位/16位單 片微機、集成電路和相關(guān)電子元件組成，英文表示為Electric control unit簡稱ECUo其作用是接收各種傳感器送來的信息，以它們進行運算、處理、判斷后 再發(fā)出指令信號，經(jīng)輸出電路進行功率放大后驅(qū)動想應(yīng)的執(zhí)行單元，從而實現(xiàn)對發(fā)動機的各種工況的控制

3、。這里提級的ECU是各種控制單元的統(tǒng)稱，ECM/PCM 則是發(fā)機控制模組或動力控制模組的縮寫，是包含于ECU范圍之內(nèi)的。2、BOSCH MOTRONIC1.3路分析汽車電子控制單元(ECU),不論是BOSCH的MOTRONIC ,福特的EEC IV、V,通用的P4、P6等，其最終的目的只有一個，讓發(fā)動機工作的更出色， 表現(xiàn)為動力更強勁，噪聲小，污染低。這是針對發(fā)動機系統(tǒng)而言，其他系統(tǒng)也是 一樣，每個系統(tǒng)都有自己的目標，這就好像是電視機一樣，世界各國生產(chǎn)的電視 機，無論是哪個廠家的，都是要以接收電視節(jié)目為目的?；谶@樣一種認識，我 們可以把ECU抽樣化的分成幾個部分，見圖12所示。ECU輸入電路

4、一傳感器數(shù)字信號一NCU輸出電路輸入電路一 一二L L 1 1 Li 1 一傳聞器模擬信號一使動器執(zhí)行器從圖中我們可以看到，ECU由MCU (微處理器)、輸入電路、輸出電路、 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，首先進入輸入回路，對于模擬信號，去除雜波干擾，把 小信號進行放大，把正弦波變成矩形波；對于數(shù)字信號，進行緩沖后可直接與 MCU或I/O擴展電路連接。同時輸入電路還將電源電壓轉(zhuǎn)換成適合微機使用的 工作曉以大義。即輸入電路是對信號進行整形同時提供系統(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的傳感器信號有兩種：一種是模擬信號，另一

5、種是數(shù)字信號。信號的形態(tài)不同，輸入ECU 內(nèi)的處理方法也不一樣。數(shù)字信號可直接送入微處理器，模擬信號則要經(jīng)過A/D 轉(zhuǎn)換器（模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器）轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號才送入微處理器。早期的MCU 自身沒有A/D 轉(zhuǎn)換器功能，為完成這樣的轉(zhuǎn)換，可以通過擴展 A/D 轉(zhuǎn)換器來實現(xiàn)。如奔馳的CIS E 系統(tǒng)的就是通過A/D0809 這樣一個 A/D 轉(zhuǎn)換器來實現(xiàn)的。較新類型的MCU 由于自身具有A/D 轉(zhuǎn)換功能，已不需要進行外部擴展了。（ 3）輸出電路它是微機與執(zhí)行器之間的聯(lián)系電路。由于微機輸出的是數(shù)字信號，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

6、用，提供足夠的驅(qū)動電流，大部分的負載工作于開關(guān)狀態(tài) 下。在汽車這個特定的工作環(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、繼電器、包括點火線圈，等等，因此有人夸張的說， 汽車的輸出電路的任務(wù)實質(zhì)就是驅(qū)動線圈工作。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） 、存儲器（ROM RAM） 、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)對各種傳感器 送來的信號進行比較、運算和修正，并將處理結(jié)果以指令的形式送至輸出電路。驅(qū)動相關(guān)元件，完成控制功能。圖 13、 圖

7、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）輸出電路它是微機與執(zhí)行器之間的聯(lián)系電路。由于微機輸出的是數(shù)字信號，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)動電流，大部分的負載工作于開關(guān)狀態(tài) 下。在汽車這個特定的工作環(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、繼電器、包括點火線圈，等等，因此有人夸張的說，汽車的輸出電路的任務(wù)實質(zhì)就是驅(qū)動線圈工作。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

8、心部分，由中央處理器（CPU）、存儲器（ROM RAM）、 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)對各種傳感器 送來的信號進行比較、運算和修正，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。鎏3-T奧日KK- 口f 口工叫晝豈H；自Esl二黃 m.晶二iwr cm!曰i - mrIBBH mIRll>r 一IHlllplIEITEinl3一孑-iEE11 THS SB- s亙"wn+TkiM wj工"翡性THE卻轂睥口北包點口

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12、IL 等1sLDrrfume-TW圖 14 BMW Motronic M1.3在BMW MotronicM1.3系統(tǒng)中，其核心器件是 SIMEN宓司的SAB 80C51aSAB 80C515是一 8位單片機，有關(guān)詳細情況請參閱第三章的第二節(jié)。只讀存儲器S701 作為SAB80C5（15S700） 的擴展程序存儲器，構(gòu)成 16K ROM，同樣S703作為擴展數(shù)據(jù)存儲器，以此來彌補微處理器本身程序存儲器和數(shù)據(jù)存 儲器空間不足，這樣做的好處是程序可以根據(jù)需要進行調(diào)整，避免工廠掩膜后ROMJ容無法更改的狀況。只讀存儲器（ROM S701數(shù)據(jù)線DOD7t接與微處理器 S700的P0 口連接， 數(shù)據(jù)線以上

13、拉連接到5V電源。同時P0口還直接連接到數(shù)據(jù)存儲器 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輸出的地址信號低8位經(jīng)過S702鎖存，高7位直接輸出到S701,同樣，對于數(shù)據(jù)存儲 器（RAM S703也是一樣。8根數(shù)據(jù)線每次可守成一個字節(jié)數(shù)據(jù)的傳輸，15根地址線，可實現(xiàn)2- 15= 32768字節(jié)即32K （32768/102 = 32）的程序存儲空間尋址。實際

14、采用的ROMS片 存儲容量的大小依據(jù)程序的多少而定，對于數(shù)據(jù)存儲器S703來講，A0A12計13根地址線，可實現(xiàn)213= 8192字節(jié)即8K數(shù)據(jù)存儲空間尋址。SC作為片選信號， 當些線為低電平時，S701被選中，OE作為讀、寫允許控制線，低電平時有效。S703的用法與之類似。OE WFffl來決定RAMS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，低電平時有效，S701與S703的片選信號 均出自S550 BOSCH 30106專用芯片，S550在完成片選信號輸出的同時，已經(jīng) 對芯片的地址進行了譯碼。S800、 S801 作為開關(guān)（數(shù)字）信號輸入緩沖電路。與發(fā)動機運行狀態(tài)相關(guān)

15、的開關(guān)（數(shù)字）信號輸入到ECU中，包括空調(diào)請求信號、停車/空檔信號、節(jié)氣門全閉信號、壓縮機運轉(zhuǎn)信號、點火提前角信號等。經(jīng)S800、 S801 緩沖后送入S702可編程并行口擴展芯片，CPUg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)動機的運行條件，包括負荷、工況等及時對點火和噴油進行調(diào)整，以保證發(fā)動機的運轉(zhuǎn)處于最佳狀態(tài)。發(fā)動機冷卻液溫度傳感器、進氣溫度傳感器、空氣流量傳感器這幾個發(fā)動機動轉(zhuǎn)的關(guān)鍵性模擬信號，經(jīng)阻容元件緩沖后，直接送入CPU勺8路復(fù)用模擬/數(shù)字信號輸入口，在CPlft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 算、處理。S600作為BOSCI®專用芯片，內(nèi)部零件號

16、為30015,在一個芯片的內(nèi)部同時 完成幾個功能，第一、完成發(fā)動機轉(zhuǎn)速的運算處理、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)機的轉(zhuǎn)速；第二、完成氧傳感器信號接口 功能， 氧傳感器作為一個特殊元件，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）進行連接，讀取EClfr儲存的故障碼，測量車輛運行中主要元件的數(shù)據(jù)流，MCU的串行接口無法同診斷設(shè)備直接相連接， 必須要進行轉(zhuǎn)，把MCU勺串行通信信號 轉(zhuǎn)換成為汽車通信的標準格式。S300作為ECUft部

17、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)壓電壓的同時，具有軟起動功級，resKj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MCUg成訪問外部存儲器時低8位地址信號的鎖存，同時接收開關(guān)（數(shù)字）信 號的輸入，擴展MCUS源。S450為BOSCH勺功率半導體器件，在此完成怠速電機控制、碳罐凈化電磁 閥控制、 燃油泵繼電器控制、發(fā)動機故障燈控制等功能。其輸入端直接同內(nèi)部端口相連， 因驅(qū)動電機、電磁閥等需要較大驅(qū)動電流，所以此種芯片一般帶有較大散熱片。

18、 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、型號完全相同，不現(xiàn)的是所控制的對象不同， 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> ES 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)動電流，因為這時是用于噴油嘴的驅(qū)動。因車型的不同，可能需要驅(qū)動四個/六個/八個噴油嘴，在Mortnic M1.3系統(tǒng)中， 采用分組噴射形式，這樣每組要驅(qū)動的噴嘴數(shù)量為二個/三個/四個，因

19、此需要更 大的驅(qū)動電流，這樣連的目的就在于此。BOSCH MotronicM1.3 實物見圖 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、電磁 閥、噴油嘴驅(qū)動用的芯片，BOSCHJ部號碼為30080 4192/BA560.1 ,外形見圖 16芯片后面的鋁片即為散熱片，在圖18中的芯片是負責驅(qū)動怠速電機和電磁閥 的S450,噴油嘴驅(qū)動芯片S400在線路板的外一側(cè)。圖15 BOSCH Motronic M1.3 控制單元線路板圖16 怠速電機、電磁閥驅(qū)動芯片線路板圖與電原理圖紙對照著看，可以讓我們更清楚的認識每個元件，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，而且對于分析線路，進而作到維修故障都是大有益處的。通過前面對于BOSCH Motronic M1.3系統(tǒng)電路原理的分析，使得我們對， 子控制單元有了更新的認識，那種宰秘感隨著我們對其了解逐漸深入而減弱了。圖17是Motron