汽油机新型电控系统ECU的硬件设计

发布日期:[08-12-30 13:15:11] 浏览人次:[]

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2000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2000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的硬件构成
  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1.3 V~18 V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5 V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
  它包括节气门位置传感器、怠速节气门位置传感器和怠速开关。节气门位置传感器是3抽头滑线变阻器,两端加载5 V电压,中间抽头信号输出0 V~5 V。ECU根据输入

图1 电控单元ECU的结构


图2 曲轴转速传感器信号处理电路

图3 空气流量计信号处理电路

电压来判断节气门位置,信号处理只需简单的滤波。怠速开关是高低电平数字信号。怠速节气门位置传感器用于怠速控制,其处理电路与节气门位置传感器相同。
1.1.5 水温及进气温度传感器
  水温及进气温度传感器为热敏电阻传感器,与ECU中的电阻串联,热敏电阻阻值变化,其输出电压也随之变化(0 V~5 V),可直接进行A/D转换,图4是信号处理电路。

图4 温度传感器信号处理电路

1.2 单片机
  单片机型号的选择直接决定了系统功能的强弱,高性能单片机[3]已发展得十分成熟,其中Intel公司的80C196系列是该公司推出的CHMOS高性能16位单片机,CHMOS芯片耗电少,除正常工作外还可工作于两种节电方式(待机方式和掉电方式)。与MCS—96家族全部共享一套指令系统,有一个共同的CPU组织结构,见图5。它有64K寻址空间,内部EPROM为16K字节,RAM 488字节,24字节专用寄存器。外设事务服务器(PTS),使中断处理更加方便快捷。A/D转换器可采用8位和10位两种,转换时间可由软件设置。高速输入输出器HSIO用来记录和触发外部事件,由定时器1.2定时,可同时受理多个事件,速度很高。

图5 MCS—96的基本结构

1.3 功率驱动模块
  包括燃油喷射驱动、点火驱动、AKF阀及继电器驱动、节气门力矩电机驱动及EGO加热驱动等。驱动芯片的选择决定

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