30汽车电子控制单元实例分析解析

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,汽车电控单元实例分析,低配置、手动变速器的轿车，一般只有一个发动机电控单元，适用于单点电喷的发动机。玛瑞利电子公司是意大利菲亚特汽车集团成员之一，特地研发和生产汽车电子设备，其生产的玛瑞利单点电脑是一种典型的集中喷射电脑，该电脑本钱低廉、简洁有用，目前在国产微型汽车和低档轿车中承受，如沈阳金杯海狮客车、金杯中华轿车、安徽奇瑞轿车、天津夏利轿车等。下面以玛瑞利单点电脑为例，介绍单片机在汽车电子把握技术中的应用。,一、玛瑞利单点电脑的组成,玛瑞利单点电喷发动机ECU实物如图2-6所示，电脑板为单板式，图的下边是接线端座，各电子集成芯片如以下图。其中MC68HC11F1芯片是摩托罗拉MOTOROLA公司生产的8位单片机，这是玛瑞利单点电脑的核心芯片。,图,2-6,玛瑞利单点电喷发动机,ECU,实物图,图,2-7,玛瑞利单点电喷发动机,ECU,外部接线图,上图单点玛瑞利单点ECU规律电路的原理框图，它主要由以下部件组成：,1.单片机,玛瑞利单点电脑以MC68HC11F1单片机为把握核心：MC68HC11F1单片机为摩托罗拉公司生产的8位高性能汽车专用单片机。MC68HC11F1的主要特征有：,两种省电模式：停顿和等待,3.05.5V电压均可正常工作,1024B的片内RAM，RAM数据在待机时保存。,512B的片内EEPROM，带区域数据疼惜功能,8通道，8位A/D转换器。,增加的16位定时器系统。,8位脉冲累加器。,实时中断电路。,CPU看门狗系统(COP)。,可达5MHz的总线时钟。,异步非归零码NRZ，异步串行通信接口SCI。,同步外围设备接口SPI。,38个通用输入/输出引脚I/O。,两种封装形式：68引脚PLCC及80引脚TQFP封装,图2-8 玛瑞利单点ECU规律电路的原理框图,2.输入信号缓冲驱动器74HC244,74HC244芯片内部共有两组共8路三态缓冲驱动器，引脚如图2-9所示。,1A01A3，2A02A3 8个输入端,1Y01Y3，2Y02Y3 8个输出端,1，2 2个使能端,当使能端1和2都为低电寻常，输出端Y和输入端A状态一样；当使能端1和2都为高电寻常，输出呈高阻态。,74HC244作为空调、油泵、EVAP电磁阀、怠速电动机等设备的状态信息输入开关，输出端直接与数据总线相连。,3.,输出信号驱动器,74HC273,74HC273,是带复位端、上升沿有效的,8,路,D,触发器，,4HC273,作为主继电器、怠速步进电动机、故障指示灯、空调继电器等驱动信号的输出开关。引脚如图,2-10,所示。,D,0,D,7,8,个输入端,Q,0,Q,7,8,个输出端,CP,时钟脉冲输入端,复位清零端,4.程序存储器M27C512,M27C512是64KB的8位只读程序存储器，用来存储电脑的主程序及各种数据表格，引脚如图2-11所示。,A0A15 16位地址线,Q0Q7，8位数据线,E 即是片选信号线，又是程序写入把握端,GVPP 读允许信号端,图,2-9 74HC214,引脚图 图,2-10 74HC273,引脚图 图,2-11 27C512,引脚图,二、玛瑞利单点电脑的工作原理,1.程序启动和运行,玛瑞利单点电脑的规律电路如图2-8所示，由电源稳压芯片L9170供给工作电源和传感器的参考电压，并且从8号脚输出低电位的复位信号送至单片机的复位端17脚，同时送到74HC273的清零端使其输出清零。单片机进入启动和初始化运行，对内部硬件进展复位，设置相应存放器，引导加载程序Boot Loader，进展程序加载，将M27C512程序存储器中的主程序读入单片机内部RAM，并通过跳转指令进入程序运行状态。,图2-8 玛瑞利单点ECU规律电路的原理框图,主程序首先从端口C输出规律“1”高电平信号到数据总线D2上，该信号经74HC273锁存后6号引脚输出高电位把握信号，使驱动器中的大功率三极管导通接地图中未画出，使主继电器通电闭合即使图2-7中ECU的23引脚接地，将12V电源加到点火线圈、喷油器、燃油泵等外部设备。,端口C输出的把握信号，经数据总线输出到74HC273锁存，经驱动器放大，还把握怠速步进电机、空调继电器、故障灯等进入工作状态。,端口E读入外部各传感器的输入信号，通过这些信号推断发动机当前运行的工况，依据以上信息调取程序存储器M27C512中的数据表，从端口A、G输出把握信号，经驱动器放大，输出到点火线圈与喷油器线圈。,汽车有关设备的运行信息，如油泵、燃油蒸汽排放电磁阀EVAP和空调等运行信息，经74HC244驱动，通过数据总线读入单片机，单片机依据这些信息对把握信号进展进一步优化和调整。规律电路和传感器及执行器构成了闭环把握系统，通过反响信号不断优化把握系统，使发动机处于最正确状态。,2.点火把握电路,点火把握电路由曲轴转速传感器、单片机和点火电路组成。,1曲轴转速传感器,汽车的磁感应式曲轴位置传感器也称曲轴转速传感器，安装在曲轴箱内靠近离合器一侧的缸体上，主要由信号发生器和信号转子组成，如图2-12所示。,图2-12 曲轴位置传感器构造图,1-缸体 2-大齿缺 3-传感器磁头 4-信号转子,曲轴位置传感器的信号发生器用螺丝固定在发动机缸体上，由永久磁铁、传感线圈和线束插头组成。传感线圈又称为信号线圈，永久磁铁上带有一个磁头，磁头正对安装在曲轴上的齿盘式信号转子，磁头与磁轭导磁板连接而构成导磁回路。,信号转子又称信号盘，为齿盘式，在其圆周上均匀间隔地制作有58个凸齿、57个小齿缺和一个大齿缺。大齿缺输出基准信号，对应发动机气缸1或气缸4压缩上止点前确定角度。大齿缺所占的弧度相当于两个凸齿和三个小齿缺所占的弧度。由于信号转子随曲轴一同旋转，曲轴旋转一圈(3600)，信号转子也旋转一圈(3600)，所以信号转子圆周上的凸齿和齿缺所占的曲轴转角为3600，每个凸齿和小齿缺所占的曲轴转角均为30(583057303450)，大齿缺所占的曲轴转角为150(230330150)。,曲轴位置传感器工作状况：当曲轴位置传感器随曲轴旋转时，由磁感应式传感器工作原理可知，传感线圈就会产生一个周期性交变电压信号。由于信号转子上设有一个产生基准信号的大齿缺，所以当大齿缺转过磁头时，信号电压所占的时间较长，即输出信号为一宽脉冲信号，该信号对应于气缸1或气缸4压缩上止点前确定角度。ECU接收到宽脉冲信号时，便可知道气缸l或气缸4上止点位置立刻到来，由于信号转子上有58个凸齿，因此信号转子每转一圈发动机曲轴转一圈，传感线圈就会产生58个交变电压信号输入ECU。,每当信号转子随发动机曲轴转动一圈，传感线圈就会向ECU)输入58个脉冲信号。假设在1分钟内ECU接收到曲轴位置传感器116000个信号，ECU便可计算出曲轴转速n为2023 r/min(n=116000/58=2023)。依此类推，ECU依据每分钟接收曲轴位置传感器脉冲信号的数量，便能计算动身动机曲轴旋转的转速。发动机转速信号和负荷信号是ECU最重要、最根本的传感信号，ECU依据这两个信号就可以计算出根本喷油提前角时间、根本点火提前角时间和点火导通角三个根本把握参数。,曲轴位置传感器信号转子上大齿缺产生的信号为基准信号，ECU把握喷油时间和点火时间是以大齿缺产生的信号为基准进展把握的。当ECU接收到大齿缺产生的信号后，再依据小齿缺信号来把握点火时间、喷油时间和点火线圈一次电流接通时间。,2点火把握电路分析,玛瑞利单点电脑的点火把握电路是典型的直接点火系统，电路如图2-13所示，点火系统是由CPU的端口A来把握的。系统复位后主程序将端口A 配置成定时器输出口。,图,2-13,点火电路原理图,曲轴转速信号如图2-14a所示，输入至ECU的11引脚PIN11和28引脚 PIN28，经电阻103送至发动机转速监测芯片L9101的第6、7脚。曲轴转速信号经L9101波整形后由第10脚输出如图2-14b所示的5V矩形脉冲信号，每个周期由58个窄脉冲和1个宽脉冲组成，该信号送到反向器74HC14D的第11脚，取反后变为如图2-14C所示波形，该波形送到单片机42脚(定时器的输入端口)。,单片机依据收到的转速脉冲信号对点火时间做出推断：当收到宽脉冲对应两个缺齿后开头计数，当20个连续窄脉冲对应连续齿消逝后推断为l缸或4缸的上止点；而当50个窄脉冲消逝后推断为2缸或3缸上止点，由此可计算出l、4缸和2、3缸的根本点火提前角，然后依据发动机冷却液温度传感器、进气温度传感器、节气门位置传感器等输入信号，通过存储器中的点火提前角修正表对根本点火提前角进展修正以获得准确的点火时间。,点火电路分为两路，一路由单片机的38脚输出，给1、4缸点火；另一路由36脚输出图2-13中没有画出，给2、3缸的点火。单片机的点火脉冲波形如图2-15所示。,如图2-13所示，单片机的点火脉冲从38脚输出，经三极管VT1和VT2两级放大，驱动大功率三极管VT3。当驱动VT3的脉冲为高电寻常，VT3导通，电路经电阻Re阻值很小接地，点火初级线圈通电充磁；当脉冲为变为低电寻常，VT3截止，点火初级线圈磁场磁通量立刻减小至零，磁通量的变化率特殊大，在次级线圈感应出很高的电压。次级线圈的点火回路是将1缸和4缸的火花塞串联在一起，高电压同时击穿两个火花塞间隙。,由于1缸和4缸、2缸和3缸分别是两组气缸。每组气缸是互补的，一个缸是压缩上止点，另一个就是排气上止点，两组气缸相差1800。例如，以4缸排气上止点为曲轴转动角的00，1缸是压缩上止点，此时点火不考虑点火提前角，1缸火花塞打火点燃混合气做功，称为“真火”，4缸在排气上止点，火花塞也打火，但对剩余废气不起作用，称为“空火”。曲轴转动至3600，经过了两个行程，1缸转到排气上止点，4缸转到压缩上止点，此时点火，1缸为“空火”，4缸为“真火”。曲轴转动至7200，下一个周期开头。也就是说曲轴每转2圈，4个行程，点火2次，1缸和4缸轮番做功一次，“空火”和“真火”各一次。,由于两组气缸相差1800，两组点火线圈，所以曲轴每转2圈，4个行程，1缸、3缸、4缸、2缸轮番做功一次，“空火”和“真火”各一次。,图,2-15,点火脉冲波形,3点火监测电路,大功率三极管VT3放射极下面的接地电阻Re起监测取样作用，Re的阻值很小。当单片机发出点火脉冲，VT3导通，有电流通过Re时，在Re上产生一个很小的电压降，这个电压称为监测电压。假设VT1、VT2、VT3、点火初级线圈及有关电阻中的任何一个元件烧坏或断路，Re上都不会有电流通过，固然也不会产生监测电压。,Re上的监测电压送到点火监测模块LM2903电压比较器的第2脚，LM2903用一个基准电压与第2脚输入的电压比较，从而推断是否有监测电压。监测电压信号由LM2903的第2脚反响到74HC14D，经反相器驱动后送至单片机。单片机在发出点火脉冲的期间假设承受不到反响的监测电压信号，就确认点火电路有故障，于是就产生故障码并报警。,从上面的玛瑞利单点电脑工作原理可以看出，点火电路要正常工作有4个不行缺少的要素：,正常的传感器信号曲轴转速信号送至CPU系统；,CPU系统能进展正常的信息处理，并输出相应的点火驱动信号；,执行机构点火及驱动电路能正常工作；,点火监测电路的监测电压信号能正常反响到CPU系统。,3喷油把握电路分析,玛瑞利单点电脑的喷油把握主要是由CPU来完成的，电路如图2-16所示。CPU首先依据点火频率确定喷油频率单点喷油频率为点火频率的一半，由CPU的37脚输出喷油驱动脉冲信号至喷油模块L9150的5脚，经L9150放大后由2脚输出到喷油器，在喷油过程中，CPU还要依据A/D转换器送来的各种传感器信号，推断当前的工况，并依据工况信息调整喷油驱动脉冲信号的脉冲宽度，脉冲的宽度一般在数毫秒范围内。脉冲的宽度准备喷油器的开阀时间，从而准备喷油量。准确把握喷油脉宽，可以满