汽油机新型电控系统ECU的硬件设计

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20RR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20RR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勺硬件构成

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1.3V〜18V 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5V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

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0.5A。力矩电机采用5-A高-桥功率驱动芯片。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。IMEPROM可构造成8位或16位总线。16KSRAM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。

【MeiWei_81重点借鉴文档】

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。