CN203321688U

CN203321688U - 一种发动机电控单元

Info

Publication number: CN203321688U
Application number: CN2013203314853U
Authority: CN
Inventors: 李朝晖
Original assignee: CHINA VAGON (BEIJING) AUTOMOBILE ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: China Vagon Automotives Holding Co ltd
Priority date: 2013-06-08
Filing date: 2013-06-08
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2023-06-08

Abstract

本实用新型公开了发动机控制领域中的一种发动机电控单元;包括：用于处理数据的处理器，与所述处理器连接的用于对采集的发动机数据进行预处理的输入单元，与所述处理器连接的用于向发动机发送控制指令的输出单元，与所述处理器连接的用于辅助处理数据的辅助处理器，分别与所述处理器、输入单元、输出单元和辅助处理器连接的通信单元，分别与所述处理器、输入单元、输出单元和辅助处理器连接的电源管理单元。本实用新型将发动机电控单元的各个电路集成到一块电路板上，极大地减小了发动机电控单元的体积；减少了元器件成本；避免了电路之间线路干扰，提高了线路安全性；扩展性强；电路板上各个电路接口可更换，节约了资金。

Description

一种发动机电控单元

技术领域

本实用新型涉及发动机控制领域，具体涉及一种发动机电控单元。

背景技术

ECU（Electronic Control Unit，电控单元）是车辆电控系统三要素（传感器、执行器，电控单元）之一，是车辆电子控制系统中的核心部件。不同厂家电控单元的名称不尽一致，如日本电装公司叫ECU，德国博士公司称为EDU，威孚公司也称EDU，还有叫做发动机控制单元（Engine Control Unit）等。ECU的基本功能是在实时工况和外界工作条件下始终使发动机控制在最佳燃烧状态。ECU广泛应用于各种电控系统中，例如：电控共轨系统、电子调速器、电控分配泵、电控泵喷嘴等。ECU按照预先设计的程序计算各种传感器送来的信息，经过处理以后，把各个参数限制在允许的电压电平上，再发送给各相关的执行机构，执行各种预定的控制功能。微处理机根据接收到的传感器的数据和储存在MAP中的数据，计算喷油时间、喷油量、喷油率和喷油定时等。并将这些参数转换为与发动机运行匹配的随时间变化的电量。以发动机的转速、负荷为基础，经过ECU计算和处理，向喷油器、供油泵等发送动作指令，使每一个汽缸都有最合适的喷油量、喷油率和喷油定时，保证每一个汽缸进行最佳的燃烧。

目前四缸汽油机电控单元电路较复杂，这主要是根据目前四缸汽油车的需求而设计。目前通用的四缸汽油发动机的外围传感器有：1、水温传感器；2、进气压力/进气流量传感器；3、节气门位置传感器；4、进气温度传感器；5、蒸发器温度传感器；6、油位传感器；7、加速度传感器；8、凸轮轴位置传感器；9、曲轴位置传感器；10、车速传感器；11、前氧传感器；12、后氧传感器；13、爆震传感器（可选）；14、踏板位置传感器（用于电子节气门系统）；15、可变气门正时VVT油压传感器（用于带VVT功能的系统）；16、VVT油温传感器（用于带VVT功能的系统）。外围开关输入有：1、停车/空档开关；2、空调压缩机开关；3、空调开关；4、助力转向开关；5、大灯开关。外部执行器有：1、直流电机（用于电子节气门系统）；2、喷油器；3、点火线圈；4、碳罐电磁阀；5、高速制冷风扇；6、低速制冷风扇；7、转速表；8、主继电器；9、燃油泵继电器；10、前氧加热棒；11、后氧加热棒；12、空调压缩机继电器；13、故障指示灯；14、排放故障指示灯；15、水温表；16、VVT执行器（用于带VVT功能的系统）；17、VVT油泵继电器（用于带VVT功能的系统）。同时，根据要求四缸汽油发动机电控单元应该还具有CAN（Controller Area Network，控制局域网）线通信和K线通信的功能。

由于这些特殊要求，ECU通常选用发动机电控系统专用单片机，这些单片机有8位单片机、16位单片机、32位单片机之分，其中，8位单片机由于其处理能力和片上资源的限制一般只能用在摩托车等功能简单的发动机电控系统中，16位单片机和32位单片机是目前ECU普遍采用的单片机类型。

为了满足上述各种不同功能的需求，通常ECU会针对一个功能、每一路信号设计相应的电路，并且大多数输出电路都包含MOSFET器件或者IGBT器件，而这些器件大多体积较大且价格不菲；此外，电源、K线通信、CAN通讯等也有专门的电路。如此多的器件，造成ECU整个电路显得臃肿庞大，大大增加了ECU的面积、体积及重量；大量的模拟器件，使电路复杂、稳定性差，功能很难扩展，同时诊断困难；器件数量过多也造成ECU原材料成本较高。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何提供一种发动机电控单元，解决现有发动机电控单元集成化程度低，电路复杂、体积过大、安全性低等不足。

（二）技术方案

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种发动机电控单元，其特征在于，该电控单元包括：

用于处理数据的处理器，与所述处理器连接的用于对采集的发动机数据进行预处理的输入单元，与所述处理器连接的用于向发动机发送控制指令的输出单元，与所述处理器连接的用于辅助处理数据的辅助处理器，分别与所述处理器、输入单元、输出单元和辅助处理器连接的通信单元，分别与所述处理器、输入单元、输出单元和辅助处理器连接的电源管理单元。

所述输入单元包括相互并联，且分别与所述处理器连接的车速传感器输入电路、凸轮轴传感器输入电路、模拟信号输入电路、爆震信号输入电路、开关量输入电路、曲轴传感器信号输入电路。

所述曲轴传感器信号输入电路和所述辅助处理器连接。

所述输出单元包括相互并联，且分别与所述处理器连接的点火驱动输出电路、步进电机控制电路、低端驱动控制电路。

所述点火驱动输出电路和所述辅助处理器连接。

所述通信单元包括相互并列的CAN线通信电路和K线通信电路；所述CAN线通信电路和K线通信电路分别与所述处理器、输入单元、输出单元和辅助处理器连接。

所述处理器的型号为ST10F273M。

所述电源管理单元为L9741芯片。

（三）有益效果

本实用新型具有如下优点：

1、将发动机电控单元的各个电路集成到一块电路板上，极大地减小了发动机电控单元的体积；

2、各个电路共用处理器、通信单元和电源管理单元，有效提高了元器件的利用率，减少了元器件成本；

3、各个电路集成到一块电路板上，电路的连接关系清晰，避免了电路之间线路干扰，提高了线路安全性；

4、电路板上可预留线路接口，可根据需要灵活扩展接入的电路，扩展性强；

5、电路板上各个电路接口可更换，节约了资金。

附图说明

图1是本实用新型实施例的结构示意图；

图2是本实用新型实施例的主控芯片ST10F273M第一部分；

图3是本实用新型实施例的主控芯片ST10F273M第二部分；

图4是本实用新型实施例的一种车速信号采集电路图；

图5是本实用新型实施例的一种凸轮轴信号输入电路图；

图6a是本实用新型实施例的第一种电阻型模拟量输入电路图；

图6b是本实用新型实施例的第二种电阻型模拟量输入电路图；

图6c是本实用新型实施例的第三种电阻型模拟量输入电路图；

图7是本实用新型实施例的一种电阻型模拟量输入等效电路图；

图8是本实用新型实施例的一种电压型模拟量输入电路图；

图9是本实用新型实施例的进气压力传感器信号输入电路图；

图10是本实用新型实施例的一种氧传感器信号输入电路图；

图11是本实用新型实施例的一种爆震信号转换电路图；

图12是本实用新型实施例的一种低输入有效开关量输入电路图；

图13是本实用新型实施例的一种高输入有效开关量输入电路图；

图14是本实用新型实施例的一种点火驱动输出电路图；

图15是本实用新型实施例的低端驱动芯片L9708；

图16是本实用新型实施例的低端驱动芯片L9825；

图17是本实用新型实施例的辅助处理芯片及外围电路图；

图18是本实用新型实施例的一种K线、CAN通讯电路图；

图19是本实用新型实施例的一种独立CAN通讯电路图；

图20是本实用新型实施例的一种电源管理电路图；

图21是本实用新型实施例的一种磁电曲轴信号采集电路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

为了解决现有发动机电控单元集成化程度低，电路复杂、体积过大、安全性低等不足。本实用新型提供了一种发动机电控单元，如图1所示，包括：

用于处理数据的处理器，与所述处理器连接的用于对采集的发动机数据进行预处理的输入单元，与所述处理器连接的用于向发动机发送控制指令的输出单元，与所述处理器连接的用于辅助处理数据的辅助处理器，分别与所述处理器、输入单元、输出单元和辅助处理器连接的通信单元，分别与所述处理器、输入单元、输出单元和辅助处理器连接的电源管理单元。所述处理器的型号为ST10F273M。所述电源管理单元为L9741芯片。

所述输入单元包括相互并联，且分别与所述处理器连接的车速传感器输入电路、凸轮轴传感器输入电路、模拟信号输入电路、爆震信号输入电路、开关量输入电路、曲轴传感器信号输入电路。所述曲轴传感器信号输入电路和所述辅助处理器连接。

所述输出单元包括相互并联，且分别与所述处理器连接的点火驱动输出电路、步进电机控制电路、低端驱动控制电路。所述点火驱动输出电路和所述辅助处理器连接。

以下通过一个实施例对本实用新型进行详细说明（包括扩展的电路）：

1、处理器

如图2、图3所示为处理器芯片ST10F273M（以下简称233M）及其简单的外围连接。273M为意法半导体公司（ST）出品的一款高品质16位单片机，简单介绍其特点：最高40兆赫兹主频、512K片上FLASH、24路模数采集（AD）端口、各种串行总线外设（UART、SPI、IIC、CAN）、PWM输出等。273M的电源为VCC提供。图2中Y2为4兆晶体，它与C21、C22及R12构成起震电路，273M的引脚137、138为时钟信号输入/输出引脚，时钟信号经过内部锁相环倍频后，产生系统主频为16兆赫兹；图2中电阻R17和R16对主继电器电源（V-EL）进行分压采集，采集端口为273M的模数采集端口（图中引脚42）；图2中273M的引脚75（标号OSDO）、引脚76（标号OSDI）、引脚80（标号SCLK）分别为ECU电路中的SPI总线的数据输入（相对于273M）、数据输出（相对于273M）、时钟，ECU电路中各芯片与上述标号相同的引脚，均为SPI总线上的数据线，该芯片则为273M芯片SPI总线上的一个从属设备；图3中的Q1为复位信号产生芯片MAX809，该芯片作为ECU系统的备选复位信号源使用，在应用中如果可以不焊接实际器件。更加详细的273M芯片说明，可以参考该芯片的数据手册。

2、输入单元

包括：

（1）车速传感器输入电路

车速传感器信号输入，不仅包含一个π形滤波电路，还包含整形/限流电路；

如图4所示为本实用新型的一种车速传感器信号输入采集电路。车速信号为0V或者12V（根据车型不同，有的为5V）的脉冲信号，信号输入端（VSs）的信号经过C75滤波、D4整形、R21、C26、C35的限流及二级滤波，最终到达VS端并与主控芯片引脚25相连，该引脚通过采集信号从而判断当前车速情况。图中Q10为双二极管，其与R20一起，通过VCC1为车速信号提供上拉电平。

（2）凸轮轴传感器输入电路

凸轮轴信号输入电路还包括用于控制信号反相的反相器，凸轮轴信号输入电路包括凸轮轴判缸和压力判缸两种模式。

如图5所示为本实用新型的一种凸轮轴位置传感器输入电路。凸轮轴位置传感器也称相位传感器，该信号通常用来确定1缸上止点。凸轮轴信号（CAMs）为0V或者5V脉冲信号，经过π形滤波电路后的凸轮轴信号（CAM）输入到主控芯片的引脚63。如图5所示，C89、C41、R69构成CRC型π形滤波电路，电阻R70将电路输入端上拉到VCC。

（3）模拟信号输入电路

模拟信号输入电路均采用电容-电阻-电容（CRC）式π形滤波电路，包括：由上拉电阻和π形滤波电路构成的进气温度传感器输入信号电路、由上拉电阻和π形滤波电路构成的蒸发器温度传感器输入信号电路、由上拉电阻和π形滤波电路构成的水温传感器输入信号电路、由上拉电阻和π形滤波电路构成的油温传感器输入信号电路、由上拉电阻和π形滤波电路构成的油压传感器输入信号电路、由上拉电阻和π形滤波电路构成的加速传感器输入信号电路、由下拉电阻和π形滤波电路构成的压力传感器输入信号电路、由下拉电阻和π形滤波电路构成的节气门位置传感器输入信号电路、由分压电路和π形滤波电路构成的氧传感器输入信号电路；

本实用新型涉及的模拟量输入分为有源和无源两种，按照输入电路的特性，也可以分为电阻型、电压型和电流型三种，以下按照上述三种分类依次加以说明：

如图6a、6b、6c所示为电阻型模拟量信号输入电路。本实用新型涉及的电阻型模拟量共有三种，分别是如图6a所示的冷却液温度传感器信号（TCOs）、如图6b所示的进气温度传感器信号（TIAs）、如图6c所示的蒸发器温度传感器输入（EVAPs），三种电路结构相同，因此仅以冷却液温度传感器为例详细说明。冷却液温度传感器用来检测冷却液当前温度，该传感器实际上是一个热敏电阻，传感器有两个引脚，分别是信号输出引脚和地，实际上相当于一个热敏电阻端接地一端为信号输出，与ECU电路输入端相连后，实际等效电路如图7所示，图中Rx为热敏电阻，它与R67串联对VCC分压，得到的电压信号经过C73、R64、C37共同作用的π形滤波电路之后，得到信号TCO，TCO与主控芯片的模数采集端口（引脚40）相连，主控芯片采集TCO的电压值Vtco,根据上述过程，可知Vtco=VCC*Rx/(Rx+R67)，式中VCC为5V，R67为820欧姆，主控芯片可以采集到Vtco的值，带入式中就可以得到Rx的值。Rx为热敏电阻，根据相应的电阻值—温度特性曲线便可以得出当前热敏电阻的温度值，也就是冷却液的当前温度。进气温度传感器输入、蒸发器温度传感器输入与上述叙述相似。

如图8、图9所示为电压型模拟量信号输入电路。本实用新型中该类型信号共有四种，分别是节气门位置传感器输入（TPSs）、油位输入（FUEL-IN）、加速度传感器输入（ACCE）、进气压力传感器输入（MAPs）。图8中的三种电路形式近似，因此以节气门位置传感器输入为例加以说明。图中TPSs为电路输入端，信号经过C74、R65、C36构成的一个π形滤波电路滤波后，到达TPS端，该端与主控芯片的模数采集端口（引脚39）相连，主控芯片采集该端电压值并根据节气门阀体相关参数可以得出当前节气门阀体开度。图中信号输入端通过电阻R66上拉到VCC，该上拉电阻可以使得电路在线束输入端开路的情况下向主控芯片模数采集端口提供一个固定的电平电压（5V），从而避免因外部电路悬空造成的模数采集电压值不确定的情况。需要说明的是，由于TPS信号为有源信号，因此加入上拉电阻并不能对输入信号TPSs的电压值造成改变。同理，油位输入（FUEL-IN）、加速度传感器输入（ACCE）电路原理与节气门位置传感器输入（TPSs）相同，故不再重复。图9为进气压力传感器输入（MAPs），MAPs端为输入端，该信号有两个电路走向：①电路中C95、R78、C27构成π形滤波电路，经过滤波后到达MAP端口，该端口与主控芯片模数采集端口（引脚27）相连，主控采集该端口电压值并根据传感器参数算出当前进气量；②C95、R36、C67同样构成π形滤波电路，TPSs信号经过滤波后到达MAP1端，该端与辅助处理芯片模数采集引脚相连，辅助处理芯片采集MAP电压值的用途在本文介绍辅助处理芯片时候继续描述。

如图10所示为电流型模拟量信号输入电路。本实用新型中电流型模拟信号专指氧传感器输入信号，包括后氧传感器输入（VLSD）和前氧传感器输入（VLSU），在此将以后氧传感器输入（VLSD）为例加以详细介绍。图中信号输入端VLSD，经过C62、R45、C30构成的π形滤波电路后，到达VLSDad端，主控芯片采集端口（引脚31）采集该端电压，根据电压值可以计算出相应的氧浓度。图中R44、R47对VCC分压，根据两个电阻阻值可知，分压比为511：47.5，这样做使得氧传感器在不工作或者开路情况下，VLSDad端可以采集到一个固定电压值，根据分压比即VCC电压值，可知该固定值约为0.42V。由于氧传感器工作原理为利用陶瓷敏感器件（或者其他类似器件）的氧浓度差产生电动势，属于微小信号，电流较弱，因此本电路还提供一个泵电流提供电路：该电路核心器件为一个PNP管，外围辅以RR4、RR5及R46，基极VLSDk与主控芯片一个IO口（引脚102）相连并受该引脚控制，主控芯片该引脚输出低电平时候PNP 截止，C极无电流输出；当主控芯片该引脚为高电平时，PNP导通，C极有电流输出，流经R46为VLSD端提供泵电流。前氧传感器输入（VLSU）电路与上述原理相同，只是主控芯片泵电流控制引脚及模数采集引脚与后氧信号电路不同。

（4）爆震信号输入电路

爆震信号（KNKS）同样属于模拟信号类，爆震信号处理电路包括双通道爆震信号处理芯片。由于采集电路与上述模拟信号差别较大，因此单独描述。

如图11所示为爆震信号输入采集电路。该电路核心为一片爆震信号采集专用芯片，型号为TPIC8101（本实用新型部分改进电路也采用HIP9011，二者引脚完全兼容）。TPIC8101有两路独立爆震信号采集通道，本实用新型用了其中一路，但是只需在原电路基础上稍加几个阻容器件便可以实现两路爆震信号的采集。电路中，KNKS为信号输入端，信号经过R63和C51之后，滤除信号中直流分量和部分高频分量，经过R28到达TPIC8101的输入引脚19，引脚18为信号反馈引脚，通过R27反馈到信号输入端。信号输入到芯片之后经过三阶滤波、模数转换（10位精度，频率200千赫兹）之后，根据主控芯片的要求进行信号放大、带通滤波、整流、数模转换（10位精度，频率200千赫兹）之后，到达KNK端（TPIC引脚4），该端与主控芯片模数采集端口（引脚44）。上述过程中，主控芯片通过SPI总线向TPIC8101发送信号采集要求，包括增益、带宽等。图中引脚7为模式选择引脚，引脚9、10为时钟信号输入引脚，时钟信号选择主控芯片时钟输出CLKOUT。

（5）开关量输入电路

开关量信号输入电路均包含π形滤波电路，并且停车/空挡开关输入和助力转向开关输入配置增加上拉电阻到+12V、空调压缩机开关输入和大灯开关输入增加下拉电阻到地、空调开关输入还可以根据实际需要配置成上拉或者下拉模式；

开关量输入根据实际情况可以分别低输入有效和高输入有效。下面分别加以描述：

如图12所示为低输入有效开关量电路图。如图，本实用新型低输入有效的开关信号有两个，分别是空挡开关信号(KPN)和助力转向信号（KPSTE），两路信号电路形式相同，现以空挡开关信号（KPN）为例对电路加以说明。图中Q12为双二极管，3脚为二极管正端，1脚和2脚分别为两个二极管的负端，VCC1为12V，因此Q12的作用实际上是为两路开关信号提供高电平（由于二极管压降作用，高电平略低于12V）。在KPN信号的电路图中，R23由于Q12的存在而相当于上拉电阻，C70、R22、C14三者构成π形滤波电路，信号经滤波后到达PN端，该端与主控芯片输入口相连（引脚79）。当KPN端外部接线悬空或者无空挡信号时，由于Q12、R23的上拉作用，主控芯片采集到高电平；当空挡开关使能（外部接线接地）时，KPN处为零电平，主控芯片采集到的电平为零，此时则认为外部空挡开关已经使能。

如图13所示为高输入有效开关量电路图。本实用新型高输入有效的开关信号有三个，分别是空调压缩机开关输入（KACCIN）、大灯开关输入（KLAMP）、空调开关输入（KACIN）。空调压缩机开关输入（KACCIN）和大灯开关输入（KLAMP）电路形式相同，故只以大灯开关为例。如图，C81、R18、C43三者构成π形滤波电路，KLAMP端信号经滤波后到达LAMP端，该端与主控芯片输入口（引脚66）相连，R19为KLAMP端与地连接的下拉电阻，在该信号输入端悬空或者开关关闭状态下，下拉电阻的存在使得KLAMP端为低电平（0V），LAMP端也相应为低电平；当开关打开时，外部开关与12V相连，KLAMP端为高电平（12V），相应的LAMP端也为高电平，此时主控芯片根据采集的电平可知开关状态。空调开关输入（KACIN）电路中，多了反相器U11C，且信号输入端（KACIN）同时有上拉电阻和下拉电阻，这样做的目的是：在实际应用中，可以根据外部开关情况，灵活配置成高输入有效或者低输入有效。在图中，去掉电阻R9和R57保留其他器件，则电路为高输入有效电路；去掉电阻R75和R8保留其他器件，则电路为低输入有效电路。电路中反相器的作用是：无论配置成高输入有效还是低输入有效，在开关打开时候主控芯片采集端（ACIN）的电平都是高电平，这样就简化了主控芯片程序，避免了需要判断的情况出现。

（6）曲轴传感器信号输入电路

曲轴传感器信号输入电路，用来处理磁电式曲轴传感器信号，该电路包含一个差分阻容网络和集成芯片，该电路具有整流、滤波、阀值限制、可配置的模数转换等功能。

3、输出单元

（1）点火驱动输出电路

如图14所示为点火驱动输出电路。点火驱动电路不仅包括IGBT，还包括用于诊断的输出信号采集电路，输出信号通过反相器输入到辅助处理芯片；本实用新型适用于分组点火形式的四缸发动机，因此，ECU电路中一共有两路点火驱动输出电路，两路电路原理相同，因此以图中的点火2（IGC2）为例加以说明。点火驱动输出电路核心器件为一片IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）。IGBT集成了功率效应管和电力晶体管的优点，具有输入阻抗高、工作速度快、热稳定性好、驱动电路简单等特性。本实用新型采用意法半导体公司（ST）出品的高耐压IGBT（型号STGB10NB37LZ），该IGBT相比传统IGBT，具有更高的耐压值（集极—射极电压可达400V）、工作电流大（100℃下持续电流可达10A）等特性，且温度特性好，更加适合应用到汽车ECU电路中。如图所示，主控芯片输出控制引脚（图中U1-53端）通过电阻R37与IGBT的栅极相连，该端为点火控制端；IGBT的集极接外部点火线圈控制端（图中IGC2端）；IGBT的射极接地。当主控芯片控制端（U1-53）为高电平，IGBT栅极与射极电压达到5V，集电极与射极开启，电路可以由集电极流到射极，此时IGBT处于工作状态；当主控芯片控制端为低电平，栅极电压为零，IGBT处于截止状态，此时不工作。图中点火信号端（IGC2）电阻R38作用是采集点火信号，点火信号经过R38限流并经过一个反相器（74HC14）后到达U21-7端，该端与辅助处理芯片的信号捕获采集端口相连，具体作用在本文介绍辅助处理芯片时候继续描述。

（2）低端驱动及步进电机控制电路

由于输出信号的集成控制，本实用新型仅用两颗驱动芯片，就可以实现多达15路的低端驱动输出控制和步进电机控制。所述低端驱动输出电路包括驱动芯片L9825和L9708；现以驱动芯片为单位，详细介绍。

集成电路L9708

如图15所示为驱动芯片L9708的示意图。L9708为意法半导体公司（ST）出品，该芯片集成了步进电机控制输出和8路低端驱动输出，并且所有控制输出均可以通过SPI总线进行诊断。

如图，L9708的引脚5、6、8为步进电机控制引脚，其中5脚为使能引脚，6脚为速度控制引脚，8脚为方向控制引脚；芯片的引脚2、9、11、17为步进电机控制输出引脚，作为步进电机的控制端外接怠速控制步进电机。具体的控制逻辑可以参考L9708的数据手册。图中四路步进电机控制输出信号端均在ECU连接器处并联一个电容。

L9708集成了8路低端驱动输出，其中包括5路并行控制，另外3路为串行控制。如图，5路并行控制引脚为IN1—IN5，它们对应的输出引脚为OUT1—OUT5，它们作为低端驱动输出，其中OUT1—OUT4最大承载电流为5A，OUT5最大承载电流2.5A。本实用新型将这5路驱动信号作为四路喷油信号（图中FV0、FV1、FV2、FV3）和前氧传感器加热输出（LSHUP），它们的控制端IN1—IN5分别连接主控芯片的一个输出控制IO引脚，主控芯片通过IO引脚输出PWM波形从而使相应输出驱动端产生PWM控制信号控制相应喷油嘴或者控制氧传感器加热；L9708集成了3路串行控制低端驱动输出，最大承载电流为2.5A，分别是图中OUT6、OUT7、OUT8，这3路驱动输出由SPI总线配置，主控芯片通过SPI总线与L9708进行通讯，通过设置相应的寄存器位可以做到控制上述3驱动输出信号的开启与关闭。本实用新型将OUT和OUT8合并使用，使之最大承载电流大于大于4A，可以作为后氧传感器加热控制（LSHDP）使用。OUT6作为故障指示灯控制（MILo）。

L9708的所有驱动控制均可以进行诊断。主控芯片通过SPI总线与L9708进行通讯，L9708通过返回数据，将诊断信息返回给主控芯片；另外L9708还集成了过流保护和过压保护功能（电流或者电压超过限值则断开输出）。上述功能在最大程度上保证了输出信号的安全性，并且主控芯片可以得到诊断反馈信息从而做出相应的有利于安全的操作。

集成电路L9825

如图16所示为驱动芯片L9825的示意图。L9825为意法半导体公司（ST）出品，该芯片集成了8路承载电流为1A的低端驱动输出，其中两路并行、串行控制可选，另外6路为串行控制，并且所有控制输出均可以通过SPI总线进行诊断。该芯片具有集成度高，控制简单，散热性能好等特点。

如图所示，芯片的NON1和NON2引脚为两个并行驱动控制引脚，它们分别控制OUT1和OUT2。主控芯片通过两个输出IO引脚与NON1和NON2相连，从而控制OUT1和OUT2。本实用新型中，上述两路驱动输出控制分别用来驱动主继电器控制信号（RLY-MAIN）和转速输出信号（ESSo）。6路串行驱动输出为OUT3—OUT8，均由由SPI总线通过主控芯片控制，控制的信号依次为低速风扇（RLY-FANL）、高速风扇（RLY-FANH）、排放故障灯（LET-FAU）、空调压缩机继电器控制（RLY-ACC）、炭罐电磁阀控制（CPPWMO）、油泵继电器控制（RLY-EFP）。

同L9708一样，L9825也是通过SPI总线将诊断数据反馈给主控芯片，并且也具有过流保护和过压保护。

4、辅助处理器

如图17所示为本实用新型的一种辅助处理器的芯片及外围电路。本实用新型中，辅助处理器的芯片的作用有两个：判缸处理、点火反馈，因此辅助处理芯片也称判缸处理芯片。本实用新型及本实用新型的改进型电路采用两款不同的辅助处理芯片，分别为XC866芯片、STM8AF6226芯片，二者均为8位汽车级单片机，在本实用新型中的功能用相同，均应视为本实用新型保护范围。现以XC866芯片为例加以说明。图中XC866芯片引脚9（U21-7）、引脚10（U21-6）为点火信号采集的输入端（详见前文第7小节），信号经过XC866中的程序处理后，得到两路反馈输出信号，分别为引脚32（IGCFB1）、引脚33（IGCFB2），两路反馈信号分别与主控芯片的采集端口（引脚70、引脚74），主控芯片采集到两路信号后可以判断点火输出信号（IGC）是否正常；图中XC866的引脚15采集进气压力信号（MAP1）（详见第4小节相关内容）、引脚16采集经过L9741芯片处理的曲轴信号（CRK）XC866程序根据这两路信号，通过计算，通过引脚35输出凸轮轴信号（CAM）。该功能应用于压力判缸的系统。

辅助处理器芯片代替处理器做了上述工作，使得主控芯片能更好的执行其他运算及控制。这中采用辅助处理器芯片的方式是本实用新型所独有的。

本实用新型采用ST10F273M为处理器的芯片，能够很好满足发动机的基本控制外，并且可以支持压力判缸的发动机，另外硬件资源还有预留的端口可以扩展部分其他的功能。本实用新型电路简练、集成度高、可靠性高、成本更低、功能更全面。

5、通信单元

如图18所示为控制器局域网CAN线通信电路和K线通信电路。CAN（Controller Area Network）即控制器局域网，是国际上应用最广泛的现场总线之一。控制器局域网线通信电路可有一路或者两路，其中一路电源管理芯片L9741集成，另外一路由独立的CAN收发芯片A82C250及外围电路组成。目前，CAN广泛被设计作为汽车环境中的微控制器通讯，在车载各电子控制装置ECU之间交换信息，形成汽车电子控制网络。CAN是一种多主方式的串行通讯总线，基本设计规范要求有高的位速率，高抗电磁干扰性，而且能够检测出产生的任何错误。当信号传输距离达到10Km时，CAN仍可提供高达50Kbit/s的数据传输速率。

本实用新型支持双CAN通信。两路CAN通信网络在电路上有所区别，其中一路集成在电源管理芯片L9741上，另一路详见图18及相应文字。如图18所示，L9741芯片的引脚11和引脚12为总线与主控芯片的连接端，主控制芯片上带有专门的CAN通讯功能模块，对应的管脚分别是第89脚、第92管脚和第90、91管脚。引脚11接主控芯片的总线数据接收引脚89（即CANRXD），引脚12接主控芯片的总线数据发送引脚92（即CANTXD）；引脚13和引脚14是总线的差分数据传输端，CANH和CANL共同组成差分数据传输端口，端口另一端可以接CAN网络的其他设备从而实现ECU主控芯片与汽车其他网络节点设备的通讯。总线上的磁珠L1和L2作用是抑制浪涌和高频干扰，电容C57的作用是去耦和滤波，电阻R43和R54为CAN总线的匹配电阻；

本实用新型提供K总线通信方式，ECU具有一条K线对外的通信线，其中K线用于自诊断仪器向ECU的双向数据传输，可用于串行通信的初始化。本实用新型的K总线与串口电平的转换由L9741的专用功能模块实现。L9741的第5脚是K总线端口，通过R80和C88组成的一个低通滤波电路与外部的其他的K总线终端相连，同时K总线还需要通过电阻R81上拉到12V。

如图19所示为两路CAN通信网络中的另一路。这路CAN通讯总线电路由一片CAN通讯网络专用芯片A82C250搭载外围器件组成A82C250可以对CAN总线和单片机的串口进行转换，A82C250引脚4接主控芯片的总线数据接收引脚90（即CANRXD1），引脚1接主控芯片的总线数据发送引脚91（即CANTXD1）；A82C250的第6与第7管脚是CAN总线接口，为了滤除干扰，CAN总线接口的两个输出端均接了磁珠；根据CAN总线的要求，每个CAN总线终端需要匹配120欧姆的电阻，如图18中的R35、R56所示。A82C250的第8管脚还需要有一个约为24K欧的斜率电阻，如图19中的R10所示。

6、电源管理单元

如图20所示为本实用新型的电源管理相关电路，U3为电源管理芯片L9741芯片的一部分。本实用新型适用的电瓶电源（VABT）电压为正12伏特（+12V，以下简称+12V，下同），点火钥匙输入（VIGK）也为+12V。电瓶电源（VABT）在实际应用中处于长期带电状态，在启动汽车时，需要打开钥匙，此时点火钥匙输入（VIGK）有12V电压，在电瓶电源（VABT）和点火钥匙输入（VIGK）共同存在的情况下，电源管理芯片L9741开始工作，并输出四个不同电源供ECU及ECU外围零部件使用，它们分别是：+12V的VCC1、+5V/400mA（mA即电流单位毫安，下同）的VCC、均为+5V/100mA的TPSVCC和TMAPVCC。其中，VCC1作为板内所有使用12V电源作为上拉电源的应用，包括转速表（ESSo）、车速输入信号（VSs）、停车空档信号（KPN）、助力转向信号（KPSTE）、空调输入（KACIN）、加速度传感器（ACCE）、K线信号（K-LINE）等；VCC是ECU板级电路的主要电源，为所有芯片提供电源并为输入信号提供必要的；TMAPVCC是ECU对外输出的电源，可以作为进气压力及温度传感器（简称TMAP）的工作电源；TPSVCC是节气门传感器的工作电源，机械式节气门执行电路不仅可以控制步进电机的运动方向，也可以实现步进电机行进的步数。本实用新型支持汽车ECU常用的Power Latch模式，该模式详细叙述如下：在实际汽车电子应用中，ECU会在汽车行驶中记录相关驾驶数据，这些数据可以根据驾驶员驾驶习惯等调整发动机控制从而达到动力性和燃油经济性最好的统一，这些数据需要在驾驶员停止汽车驾驶关闭钥匙时候存储到主控芯片的相应存储空间当中去，而此时作为电源使能的点火钥匙输入（VIGK）已经断开，按照上文叙述，L9741应该停止工作，各种电源信号不能输出，主控芯片由于没有电源（VCC），将无法完成数据存储到存储空间的工作。为了避免上述问题，L9741提供了一个引脚36，作为Power Latch功能的保持引脚，该引脚与主控芯片的引脚16相连并受主控芯片控制。当点火钥匙为低的时候（即驾驶员关闭钥匙），只要该引脚保持高电平，L9741各种电源就能正常输出。因此，在ECU实际工作中，当主控芯片采集到点火钥匙（VIGK）由正常电压值（该值与后文的分压比相关）变为0时，通过引脚16控制L9741的引脚36电平值为高从而保证电源供给并存储数据到相应存储区，完成之后拉低引脚16，从而使L9741停止工作，电源输出停止。

在上述电源管理系统中，电瓶电源（VABT）输入端二极管D3为限流作用、TVS管D6作用是稳压、电容C3、C6则起到滤波作用，这几个器件均有抑除纹波、限制浪涌的作用，且由于二极管D3的存在，保证了ECU即使在电瓶电源（VABT）与地反接的情况下不会被烧毁，从而提高了ECU的可靠性；点火钥匙输入（VIGK）电路中的二极管D1和电阻R30均为限流作用，D1还有防止点火钥匙与地反接二导致的电压倒置的问题。R15和R41对VIGK串联，起到分压的作用，两个电阻的电阻值分别为15千欧姆和3.32千欧姆（千欧姆，阻值大小单位，以下简称KΩ），分压比为15：3.32，分压得到的电压值VIGKad输入到主控芯片的引脚28，该引脚为主控芯片的模拟数据采集端口AN1，主控芯片根据该端口得到的模数转换电压值，结合固定的分压比，可以算出输入的点火钥匙电压值；输出电源VCC1、VCC、TPSVCC、TMAPVCC外部均接有滤波电容，VCC作为ECU板内各个芯片、功能模块的主要电源，在各应用处输入端附近均有旁路电容连接，因此图中未标示出来。

如图21所示为磁电式曲轴位置传感器信号采集转换电路。该电路是L9741相应的功能模块及外部电路共同构成。如图，传感器输入端为CRAK和CRKB，其中一般以CRKA为信号输入，CRKB为参考地端。信号输入端的阻容网络中，C18和C28为滤波电容，用以消除高频干扰信号，C39、C48、R31、R32、C54、R39构成RC低通滤波电路，R55、R42和R40构成分压电路，对输入到L9741引脚29和引脚33的信号起限流和限压作用，C60和C76为旁路电容。经过上述阻容网络之后，进入到L9741引脚的信号为1.2V——6V左右的正弦信号，在L9741芯片内部，信号经过整流、模数转换等操作之后，在L9741的引脚30输出数字形式的曲轴信号CRK，电压值为0V或者5V，该信号输入到主控芯片和辅助处理芯片中，辅助处理芯片，用来实现压力判缸的凸轮轴信号生成和点火反馈信号处理，该芯片为8位单片机。主控芯片和辅助处理芯片通过采集该信号可以判定发动机曲轴位置。

以上通过三个附图介绍了电源管理芯片L9741所涉及的功能应用。另外，在本实用新型中，L9741还有两个功能：一是ECU电路板上主控芯片的复位信号源，L9741的引脚20在点火钥匙信号（VIGK）在上电后可以输出低电平复位信号，将该信号与主控芯片的复位输入引脚相连，可以实现主控芯片的上电复位；二是L9741提供了一路并行的低端驱动，驱动电流800mA，引脚3作为输入，引脚2作为输出。上述两种功能电路较简单，本实用新型中不加以更加详细说明。

本实用新型将发动机电控单元的各个电路集成到一块电路板上，极大地减小了发动机电控单元的体积；各个电路共用处理器、通信单元和电源管理单元，有效提高了元器件的利用率，减少了元器件成本；各个电路集成到一块电路板上，电路的连接关系清晰，避免了电路之间线路干扰，提高了线路安全性；电路板上可预留线路接口，可根据需要灵活扩展接入的电路，扩展性强；电路板上各个电路接口可更换，节约了资金。

以上实施方式仅用于说明本实用新型，而并非对本实用新型的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本实用新型的范畴，本实用新型的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims

1.一种发动机电控单元，其特征在于，该电控单元包括：

2.根据权利要求1所述的发动机电控单元，其特征在于，所述输入单元包括相互并联，且分别与所述处理器连接的车速传感器输入电路、凸轮轴传感器输入电路、模拟信号输入电路、爆震信号输入电路、开关量输入电路、曲轴传感器信号输入电路。

3.根据权利要求2所述的发动机电控单元，其特征在于，所述曲轴传感器信号输入电路和所述辅助处理器连接。

4.根据权利要求1所述的发动机电控单元，其特征在于，所述输出单元包括相互并联，且分别与所述处理器连接的点火驱动输出电路、步进电机控制电路、低端驱动控制电路。

5.根据权利要求4所述的发动机电控单元，其特征在于，所述点火驱动输出电路和所述辅助处理器连接。

6.根据权利要求1所述的发动机电控单元，其特征在于，所述通信单元包括相互并列的CAN线通信电路和K线通信电路；所述CAN线通信电路和K线通信电路分别与所述处理器、输入单元、输出单元和辅助处理器连接。

7.根据权利要求1所述的发动机电控单元，其特征在于，所述处理器的型号为ST10F273M。

8.根据权利要求1所述的发动机电控单元，其特征在于，所述电源管理单元为L9741芯片。