2.2.2　ECU的邏輯結構

電控單元(ECU)的邏輯結構框圖如圖2?5所示。

① 模擬量輸入。模擬量指的是連續變化的電壓信號,相關傳感器(如溫度傳感器、壓力傳感器、位置傳感器等)輸出的信號都是模擬量。模擬量傳感器需要由外加電源提供工作條件。這類工作條件由ECU中的“輸入服務”部分來滿足,也就是對相關傳感器的工作需求提供合適電源。此服務還包括對輸入信號提供某些保護,限制過高或過低的電平和硬件濾波等。完成輸入處理的信號將傳到ECU(單片機)的模擬量輸入端口。

② 脈沖量輸入。所謂的脈沖量,是指連續變化的開關信號,其信號幅值的精確度不是最重要的,如某些ECU將脈沖信號高于2.7V的電平認為是高電平,低于0.4V認為是低電平。

實際使用的脈沖信號通常都具有如圖2?6所示的圖形。在使用時通常只注意脈沖信號周期T_i。當脈沖信號為溫度時,T_i為常數。信號為脈沖信號的傳感器是曲軸位置傳感器和凸輪軸位置傳感器,當需要將車速信號接入ECU時,如果車速信號傳感器采用電磁式或霍爾式傳感器,則車速信號也是脈沖信號。

對于不規則的脈沖信號,通常都要經過整形處理,將其轉變為規則的(矩形)脈沖信號,如圖2?7所示。脈沖信號只能輸入單片機的特定的輸入端口,此類端口處理脈沖信號的信息并具有對信號跳變沿時刻進行捕獲的能力。

③ 開關量輸入。開關量只有高、低電位兩種輸入狀態,其信號源一般為一個開關,如點火開關、照明開關及空調開關等。開關信號一般為光耦隔離輸入,這可以保護系統內部的元器件。同時,硬件系統還可以完成對開關信號的消顫處理,處理后的開關信號被送入單片機特定的輸入端口。開關信號的作用是通知單片機處理器相關外部設備的狀態,處理器根據這種狀態執行相應的處理邏輯。例如:當開啟車輛空調開關時,系統將會自動適量增加柴油機的循環供油量,使柴油機原有的操作狀態不受影響。

④ 電源輸入和服務。ECU的電源通常來源于車用蓄電池,車用蓄電池的最大特點是允許瞬間的大工作電流(最高可達100多安)。ECU對電源的要求與車輛的電源系統的電壓有關,多數為12V或24V。由于用于大多數芯片和傳感器的驅動電壓為5V,用于個別元器件和傳感器的驅動電壓為12V,用于高速電磁閥的驅動電壓為高壓(60~90V)電源,所以電源供電進入ECU后需要進行電壓變換,以滿足不同元器件對不同驅動電壓的需求。為適合應用環境,要求ECU對電源的要求有一個適應范圍,一般為9~40V(動態)。

⑤ 通信總線。早期的車用電控柴油機ECU一般都有串行通信導線或K線接口,用于在ECU調試時與計算機(PC)之間進行通信。隨著電子技術在車輛上的普及應用,越來越多的車用設備需要使用ECU來控制,如車輛剎車防抱死系統、安全系統、自動變速器系統等。這些系統的同時應用提出了對車輛信息的共同需要,例如:上述三個系統與柴油機控制都需要柴油機轉速信號,所以實現車輛與柴油機信息共享顯得尤為重要;CAN總線就是這樣一種信息共享技術。目前在用ECU的單片機芯片都有CAN總線的通道,在ECU主板上都有CAN總線接插端口;有的ECU上同時還有K線通道,這些通道在ECU調試和標定階段用作與PC的通信路徑;但在使用CAN總線技術協調整車信息時,CAN總線接口則提供專用的連接通道。

⑥ 供油驅動。電控柴油機的電控單元(ECU)要為各缸提供各路供油驅動;對于電控單體泵系統而言,是驅動高壓油泵的泄油閥;而對于共軌系統則是驅動噴油器的回油閥。這兩種閥都是高速電磁閥,工作時需要很大的瞬間驅動電流。高速電磁閥的驅動方法是電控柴油機(ECU)設計的難點之一,要實現較大的啟動動作電流和較小的動作維持電流,才能在保證所有動作效果的前提下減少驅動功耗。

⑦ 脈寬調制驅動。ECU對模擬器件的驅動,一般都是采用脈寬調制(pulse width modulation,PWM)方式實現的,主要原因是數字系統較易實現PWM且效果較好。PWM是在保持頻率不變的條件下,通過調節輸出脈沖中相對于固定時間段內高電平占空比來調節輸出有效電壓的控制方式;對于有一定工作慣性的載荷,這種控制手段很實用。如ECU對廢氣再循環(EGR)閥和可調增壓器噴嘴環(VNT)的控制就是通過PWM方式實現的。EGR閥是由比例電磁鐵驅動的,比例電磁鐵的性能與其位移與線圈兩端電壓的有效值成正比,通過PWM控制,可以有效地實現對EGR的控制。

⑧ 開關驅動。ECU上的開關輸出功能,可以通過控制過程直接操作受控對象的電路通道,也可以通過驅動繼電器之類的設備,間接地操控一些大電流設備。例如:ECU可以根據冷卻液溫度的變化,打開或關閉冷卻風扇,或增加和降低冷卻風扇轉速,以調節冷卻液溫度在合適的范圍內,保證冷卻系統始終處于良好狀態。

⑨ 片外Flash存儲器。所謂Flash存儲器也就是閃存,它的特點是可以在停電后保存已存入的數據,目前在ECU中使用的單片機一般都有Flash存儲器。但對于某些ECU,其性能要求可能會因緊靠單片機內的Flash存儲器容量不足而無法實現,此時可以在電路板上設置附加的Flash內存芯片。附加的內存芯片除了在存取速度上低于單片機內的Flash存儲器和讀寫操作方式有所不同外,其余功能基本相似。