汽车CAN总线系统智能节点的设计doc 10页.docx
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汽车CAN总线系统智能节点的设计doc10页
汽车CAN总线系统智能节点的设计(doc10页)
汽车ECU电路分析ECU电路解析
正如在本章开始时我们讲到的,不同厂商的汽车电脑在功能上不是完全相同的,但结构组成和主要功能是基本一样的,因此我们以有代表性的BOSCH MOTRONIC系统为例进行ECU的电路分析。
1、BOSCH MOTRONIC系统结构图
BOSCH MOTRONIC系统在电子燃油喷射系统中极具代表性,国内生产的大部分车型采用的都是BOSCH电子喷射系统。
图5.11为MOTRONIC系统框图,在此图中介绍了曲型电子燃油喷射系统的组成,各部分的联系情况,对于更好的了解电脑的工作过程,以至于分析故障与维修都是大有帮助的。
图11 Motronic系统框图
1-燃油箱;2-燃油泵;3-燃油滤清器;4-燃油压力调节器;5-燃油脉动衰减器;6-电子控制单元;7-分电器;8-喷油嘴;9-冷起动喷油嘴;10-节气门;11-节气门开关门;12-空气流量计;13-氧传感器;14-热敏开关;15-水温传感器;16-辅助空气阀;17-曲轴位置传感器;18-主继电器;19-燃油泵继电器
在图11中,电子控制单元作为电控发动机的核心部分,由一8位/16位单片微机、集成电路和相关电子元件组成,英文表示为Electriccontrolunit简称ECU。
其作用是接收各种传感器送来的信息,以它们进行运算、处理、判断后再发出指令信号,经输出电路进行功率放大后驱动想应的执行单元,从而实现对发动机的各种工况的控制。
这里提级的ECU是各种控制单元的统称,ECM/PCM则是发机控制模组或动力控制模组的缩写,是包含于ECU范围之内的。
2、BOSCH MOTRONIC1.3电路分析
汽车电子控制单元(ECU),不论是BOSCH的MOTRONIC,福特的EEC IV、V,通用的P4、P6等,其最终的目的只有一个,让发动机工作的更出色,表现为动力更强劲,噪声小,污染低。
这是针对发动机系统而言,其他系统也
(3)输出电路
它是微机与执行器之间的联系电路。
由于微机输出的是数字信号,而且电流很小,一般是不能驱 执行器工作的。
经过输出回路后,通过其中功率三极管或功率MOS管的放大作用,提供足够的驱动电流,大部分的负载工作于开关状态下。
在汽车这个特定的工作环境,大部分的执行器/驱劝器都与线圈有关,从电磁喷油器到电磁阀、各种马达、继电器、包括点火线圈,等等,因此有人夸张的说,汽车的输出电路的任务实质就是驱动线圈工作。
我们不管这样的结论是不是太武断,但这种描述的确比较容易理解。
(4)微处理器(MCU)
它是ECU的核心部分,由中央处理器(CPU)、存储器(ROM-RAM)、输入/输出口(I/O)等组成。
它能根据需要,用内存的程序和数据对各种传感器送来的信号进行比较、运算和修正,并将处理结果以指令的形式送至输出电路。
驱动相关元件,完成控制功能。
图13、图14为德国宝马汽车所采用的MotronicM1.3系统电子控制单元的内部原理图。
(3)输出电路
它是微机与执行器之间的联系电路。
由于微机输出的是数字信号,而且电流很小,一般是不能驱 执行器工作的。
经过输出回路后,通过其中功率三极管或功率MOS管的放大作用,提供足够的驱动电流,大部分的负载工作于开关状态下。
在汽车这个特定的工作环境,大部分的执行器/驱劝器都与线圈有关,从电磁喷油器到电磁阀、各种马达、继电器、包括点火线圈,等等,因此有人夸张的说,汽车的输出电路的任务实质就是驱动线圈工作。
我们不管这样的结论是不是太武断,但这种描述的确比较容易理解。
(4)微处理器(MCU)
它是ECU的核心部分,由中央处理器(CPU)、存储器(ROM-RAM)、输入/输出口(I/O)等组成。
它能根据需要,用内存的程序和数据对各种传感器送来的信号进行比较、运算和修正,并将处理结果以指令的形式送至输出电路。
驱动相关元件,完成控制功能。
图13、图14为德国宝马汽车所采用的MotronicM1.3系统电子控制单元的内部原理图。
图13BMW MotronicM1.3
图14 BMW MotronicM1.3
在BMW MotronicM1.3系统中,其核心器件是SIMENS公司的SAB 80C515,SAB 80C515是一8位单片机,有关详细情况请参阅第三章的第二节。
只读存储器S701作为SAB80C515(S700)的扩展程序存储器,构成16K ROM,同样S703作为扩展数据存储器,以此来弥补微处理器本身程序存储器和数据存储器空间不足,这样做的好处是程序可以根据需要进行调整,避免工厂掩膜后ROM内容无法更改的状况。
只读存储器(ROM)S701数据线DO~D7直接与微处理器S700的P0口连接,数据线以上拉连接到5V电源。
同时P0口还直接连接到数据存储器S703的DO~D7、S702的BUS口。
S701的高位地址线A8~A14直接同S700的P2口连接,而低8位地址线A0~A7并没有直接连接到S700上,而是连接到S702的P3口。
在这里,S702的这种接法用以实现地址锁存器的功能,解决了P0地址/数据复用的问题。
S700输出的地址信号低8位经过S702锁存,高7位直接输出到S701,同样,对于数据存储器(RAM)S703也是一样。
8根数据线每次可守成一个字节数据的传输,15根地址线,可实现215=32768字节即32K(32768/102=32)的程序存储空间寻址。
实际采用的ROM芯片存储容量的大小依据程序的多少而定,对于数据存储器S703来讲,A0~A12计13根地址线,可实现213=8192字节即8K数据存储空间寻址。
SC作为片选信号,当些线为低电平时,S701被选中,OE作为读、写允许控制线,低电平时有效。
S703的用法与之类似。
OE、WR用来决定RAM芯片处在读或写的状态,二者均为低电平有效,CS为芯片选中信号,低电平时有效,S701与S703的片选信号均出自S550 BOSCH 30106专用芯片,S550在完成片选信号输出的同时,已经对芯片的地址进行了译码。
S800、S801作为开关(数字)信号输入缓冲电路。
与发动机运行状态相关的开关(数字)信号输入到ECU中,包括空调请求信号、停车/空档信号、节气门全闭信号、压缩机运转信号、点火提前角信号等。
经S800、S801缓冲后送入S702可编程并行口扩展芯片,CPU经数据总线读取外部相关开关量的状态,了解发动机的运行条件,包括负荷、工况等及时对点火和喷油进行调整,以保证发动机的运转处于最佳状态。
发动机冷却液温度传感器、进气温度传感器、空气流量传感器这几个发动机动转的关键性模拟信号,经阻容元件缓冲后,直接送入CPU的8路复用模拟/数字信号输入口,在CPU内部直接完成A/D转换,将模拟量转换为数字量后参与运算、处理。
S600作为BOSCH的专用芯片,内部零件号为30015,在一个芯片的内部同时完成几个功能,第一、完成发动机转速的运算处理、处理后一方面送CPU,另外经17脚输出,送入仪表,用以显示发机的转速;第二、完成氧传感器信号接口功能,氧传感器作为一个特殊元件,其输出晓以大义的变化反映出比的大小,为使其正常工作,需要专用电路接口,而30015内部集成有这种功能。
同时S600(30015)还完成串行数据转换任务,用来同外部设备(扫描仪)进行连接,读取ECU中储存的故障码,测量车辆运行中主要元件的数据流,MCU的串行接口无法同诊断设备直接相连接,必须要进行转,把MCU的串行通信信号转换成为汽车通信的标准格式。
S300作为ECU内部数字电路电源供应电路,输出两路5V直流电压,在保证输出稳压电压的同时,具有软起动功级,RES为控制端。
S220(LM2903)为一双比较器,与外围阻容元件一起构成上电复位及电源异常复位电路。
S702(TA13225)为可编程并行I/O接口,前面已经提到的是,配合MCU完成访问外部存储器时低8位地址信号的锁存,同时接收开关(数字)信号的输入,扩展MCU资源。
S450为BOSCH的功率半导体器件,在此完成怠速电机控制、碳罐净化电磁阀控制、燃油泵继电器控制、发动机故障灯控制等功能。
其输入端直接同内部端口相连,因驱动电机、电磁阀等需要较大驱动电流,所以此种芯片一般带有较大散热片。
芯片背面的金属部分直接同散热片相接触,可以将芯片本身在工作过程中产生的热量通过热片带走,从而降低自身温度,保证正常工作。
同样S400与S450结构、功能、型号完全相同,不现的是所控制的对象不同,S400将元件自身提供的6路输入、输出,分成两组,即输入E1、E2、E3连到一起,输出A1、A2、A3连到一起;E4、E5、E6连接到一起,A4、A5、A6连接到一起。
这样并接的作用是可以提供更大的驱动电流,因为这时是用于喷油嘴的驱动。
因车型的不同,可能需要驱动四个/六个/八个喷油嘴,在MortnicM1.3系统中,采用分组喷射形式,这样每组要驱动的喷嘴数量为二个/三个/四个,因此需要更大的驱动电流,这样连的目的就在于此。
BOSCH MotronicM1.3实物见图15所示。
在图4.17中,左面的S400和右面的S450就是我们前面介绍的电机、电磁阀、喷油嘴驱动用的芯片,BOSCH内部号码为30080 4192/BA560.1,外形见图16芯片后面的铝片即为散热片,在图18中的芯片是负责驱动怠速电机和电磁阀的S450,喷油嘴驱动芯片S400在线路板的外一侧。
图15 BOSCH MotronicM1.3控制单元线路板图16 怠速电机、电磁阀驱动芯片
线路板图与电原理图纸对照着看,可以让我们更清楚的认识每个元件,包括元件外部形状,封装形式,在电路板上的具体位置,这样不仅有利于了解电脑的内部构成,而且对于分析线路,进而作到维修故障都是大有益处的。
通过前面对于BOSCH MotronicM1.3系统电路原理的分析,使得我们对,子控制单元有了更新的认识,那种宰秘感随着我们对其了解逐渐深入而减弱了。
图17是Motronic系统外部路图,把内部图同外部图贯穿起来看,对线路的理解会进一步加强,因为这时候你会清楚的看到各个传感器的连接情况,从外至内,对BOSCH的系统有一个完整而详细的了解。
图17Motronic系统外部线路图
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