-
GM
公司
ECU
电路分
析
前面对
BOSCH
的
Motronic
M1.3
系统进行了介绍,在此基础上,我们再以
GM
公司的电子控制
单元作为范例,将控制单元的内部分解开来进行更进一步的
分析和研究。
GM
公司的部分电子控制单元信息及零件号见表
p>
2
。
表
2
GM
公司的部分电子控制单元信息及零件号
ECM
零件号
1227747
1228746
ECM
家族
应用车型
/
描述
C3
1987~1991GM
卡车(
aka
programming 101
C3
1981~1992
Car
V8
TBI
applications(F
body,Caprice)
16159278
P4
1992~1993 LT1(F body/Vette)
1227730/1227727
P4
1990~1991F/Y
车身许多车型,
1227727
是
1227730
的改进版
1228331
P4
1990~1991Y
车身
ZR1
,
LT5
发动机
1227748
P4
1987~1988 2.5 L4
Fiero,
等
1227749
P4
Syclone,Typhoon,sunbird
p>
等
1227165
P4
1986~1989 V8
TP1,
一些
L4
TBI
1227808
P4
1227165
的澳大利亚
16196396
C3
1994~1995
GM
卡车
5.0L
,
5.7L
TBI
手动变速器
16197427
P4
1995G
M
卡车
4.3L
,
5.0L
,
5.7L4L60E
16171199
P4
1995G
M
卡车
4.3L
,
5.7L7.4L4L80
16250279
P5 <
/p>
1998GM
卡车(
CPU
基于
68332
)
16207326
P5
1996/
1997GMV6
轿车应用
9CPU
基
于
68332
)
由于各方面的原因,
20
世纪
90
年代初期美国汽车在国内曾经红及一时,而
后就基本上处于停滞
状态,
这样不是说美国的汽车工业没有发展,
而是国内前些
p>
年对于美国汽车的引进实在很少,而目前在修的美国车,基本都是
2
0
世纪
90
年代初期的一些车型,就通
用汽车而言,主要就是雪弗莱系列,卡迪拉克等。
通用公司的
ECM
为
GM/Delco
公司制造,
这里我们以
GM
公司的编号为
1227749
的
EC
M
为例进行介绍
,
< br>此编号电脑在通用汽车
ECMS
家族中为
P4
系统,
就用于
90
年代初期的一些车型上。
1988~1990
年
P4 2.0 Turbo PFI
System,1991~1993
年
P4 4.3
Turbo PFI System
。能够应用在不现排量的汽车上,是因为在
2.0
排
量的汽车上,有些未用到的引脚外部均
为空置状态。同大多数
ECMS
一样,
ECM
内部的元件采用了统一编号,
对于分析结构,
以至于维修带来了很大的困难,
所
以这时资料收集
的重要性就体现出来了。
这里给出笔者收集的该
ECM
的线路图,
因其中有些芯片仅能从外部引脚连
线
进行分析其功能,
所以对于详尽的了解电路结构产生一定的影
响,
希望有兴趣的
朋友能够完善和充实该部分内容。
1
、处理器电路
p>
微处理电路见图
18
所示。
图
18
< br>微处理器电路
微处理器相当于整个控制系统的心脏,<
/p>
从图中我们可以看到,
U1
(
16034980
)
作为电路的核心器件,
是一块定制的基于
MOTORLA
68HC
11
系列的微处理器,
内
部包含
RAM
、
SCI
、<
/p>
SPI
、
COP
看门狗、
定期中断定时器等,
与我们前面介绍的
69HC11
几乎是相同的,
8.388MHz
的石英晶体振荡器为
CPU
的工作提供了时钟
基准。
在这里,端口
PB
、
PC
提供
16
位地址线,端口
PA
作为标准数据
I/O
口。
U4
(
16049227
)
提供片选扩展信号,
以利于
CPU
用较
少的引线实现对多个芯
片的寻址,在这里,三个引脚
A
、
B
、
C
通过逻辑组合共有
8
种逻辑状态,其结构
形式基本等同于三线——八线译码器。
U3
p>
(
16045908
)为数据存储器,用以
解决芯片内
RAM
空间不足的问题,
C
S
端受
U4
控制,
当该端为低电平时,
芯片被选中。
OE
、
WE
为读、
写允许控制引脚。<
/p>
U8
相关电路的接入,一方面是为了解决
CPU
同该二引脚的电平匹配问题,另一
方面对
OE
、
WE
的控制来自
E
、
R/W
线的组合
逻辑。
OE
、
WE
以及
CS
用以选中该芯
片及确定进
行何种操作,
A0
-
A10
用以确定具体的地址空间。数据线与控制线共
同作用,完成对
RAM
的读写操作。
U2
(
16045148
)
Custom
timer
chip,
其功能类似于
68332
中的
TPU
时间处理
单元。
2
、
I/O
扩展电路
p>
I/O
扩展电路见图
19
所示。
图
19
I/O
扩展电路
U6
(
16045153
)
为八选——模拟开关电路,
在电路中具体功能为将八路输入
信号分时的送入后面的
A/D
转换器电路,作为<
/p>
A/D
转换器
U5
(
16034988
)的一
路输入信
号,
在这里,
模拟开关的通道选择控制线
A
、
B
、
C
直接连接到
U1
的
MUXA
、
MUXB
、
MUXC
,通过对三条引线的逻辑组合,可以得到八个逻辑状态,
U6
根据其
控制端
A<
/p>
、
B
、
C
的逻辑组合以决定将哪
一路信号连通到输出
X
。在此,连接到
模拟开关输入端的信
号多是备用或对实时性能要求不高的信号,
这种连接方式是
一种
很好的方法,
在保证测量
度的同时可
以蛭大限度的节省系统的资源。
不必
别外增加
< br>A/D
转换芯片,降低系统成本的同时,螽
化电路结构。
U5
< br>(
16034988
)为带有
S
PI
接口的
A/D
转换器芯片,
SCK
、
SDI
、<
/p>
SDO
为标准
的
SPI
接口线,可以方便地同
M68HC
系统
MCU
进行连接,
CLK
连接到
MCU
的
E<
/p>
时
钟输出,为
A/D
转换器提供必要的时钟信号,
CS
作为片选择信号,用以决
定芯
片何时被选中,
AN0~AN10
为模拟信号输入端,
CTS
、
TPS<
/p>
、
MAP
、
VO
LT
、
O2
??等
信号经过输入端口加到
A/D
转换器,
其中也包括前面的
U6
输出的一路模拟信号。
A/D
转换器内部带有多路转换器,
几路模拟信号虽
然是同时加到输入端口,
但
A/D
转换
器却是按预先编制的程序,
顺序的对模拟信号进行采样、
转换。
转换后的结
果,
MCU
以串行方式读取,与内部固化数据比较、计算,进而“感知”各传感器
状态及车
辆运行工况,及时调整喷油脉宽,点火时刻等关键参数。
RE
F+
、
REF-
为
A/D
转换器参考电位,这里
REF-
搭铁电位,
REF+
接
5V
。
10
产(
16045154
)为具有
SPI
接口的输入输出缓冲芯片。
3.
输入电路
(
1
)主动输入信号,图
20
所示。
对于主动输入电路来讲,这里一共列
出了两个,一个是车速信号
VSS
,是一
个磁电式传感器,
台前面章节中所介绍的,
因传感器内磁通量
的变化会在传感器
线圈的两端产生感应电动势,
且电压幅度与运
动速度成正比。
VSS
信号分为
VSS
HI
和
VSS
,
某些车型只用到一个,
我们这里介绍的车款就只采用了一个
V
SSHI
信号。
VSSHI
信号经过电阻缓冲,
电容去除尖峰后送入
U24
(
16064992
)
,
经内部电
路整形后分成两路,一路信号经预分频后经
过
U14
内门电路再次送入
U24
p>
,
U14
门电路的另外一个办入端
LIMP
的状态可以控制门电路的输出,再次送入
U24
的
VSSHI
信号经过内部触
发器分成
VSS4000
、
VSS20
00
,
VSS4000
供定速巡航系统
采
用,
VSS2000
供议表采用,用
来显示车速度。
另一路送入
U10<
/p>
的
VSSHI
信号与
VSS
信号共同连接到相关功能电路,
作用于
U1016
脚的
LIMP
信
号状态决定
VSS
和
VSSHI
哪一个连接至输出,输出的
VSS
信
号经送至
U2
(
160
45148
)
,以供
MCU
采用。
U7
(
16034
987
)为氧传感器专用接口
芯片,
等
效于
National
semicondactor
国家半导体公司的
LM9044
(
Lambda
Sensor
Interface
Amplifier
)其引脚功能及典型应用电路和见图
21<
/p>
所示。
图
21
LM9044
引脚结构及典型应用
<
/p>
LM9044
为一精密的微分放大器,
其
特殊的设计专门提供汽车环境中的应用。
在单正电源代价
p>
电情况下,其特殊的输入电路限制高于
3V
、低于搭铁电位信
号的输入。
一个外接电容,
< br>设定放大器的工作频率范围,
从而过滤掉高频瞬间干
扰,
曲型输入阻抗为
1M
Ω
。
主要特征如下:
正常操
作确保输入信号上至
3V
,下至搭铁,单电源供电
增益工厂调整,确保全温度范围内波动量为
+3%
低电流消耗
全保护输入
输入开路检测
满足汽车工作环境要求
(-
40~125
℃)
U12
(
16064606
)为一
MCU
的
TXD
、
RXD
串行传输信号转
AL
DL
信号的接口电
路,为
ECM
提供一个与外界交流的接口,主要供测试和维修使用。
22
所示
图
22
被动信号输入电路
除了前面提到的几个信号以外的信号都可以理解为被动输入信号,包括:
l
冷却液温度(
C
TS
)
l
节气门位置(
TPS
)
l
进气温度(
MAT
)
l
p>
进气歧管绝对压力(
MAP
)
l
点火提前控制信号(
ESC
)
l
停车
/
空档信号(
P/N
)
l
空调风扇高速请求(
FANREQ
)<
/p>
l
空调请求(
p>
ACREQ
)
l
动力转向信号(
PSPS
)
l
排气再循环检测(
EGR
)
从电路结
构来讲,
对于
CTS
等电阻输入类型的
传感器,
通常内部会提供上拉
电阻接到一个固定电位,一般是<
/p>
5V
,同时与后续电路之间会接有电阻,起缓冲
< br>及保护作用,一旦传感器有短路状况(短路到正极
/
短路
搭铁)不会影响到后续
电路。
传感器
靠自身电阻与
ECM
内上拉电阻构成串联分压电路,
由于工作参数的改
变导致传感器自身阻值发生变化,
这种电阻的变化导致传感器的改变,
这个变化
的信号被
ECM
的
A/D
转换
电路采样转换,从而将电阻的变化变为数字信号,
CPU
通过计
算得出实际的工作参量,
对于
CTS
来
讲,
是处于低温
/
正常
/
高温哪一种具
体
的状态,进而转入不同的处理程序。
图
23<
/p>
输出电路
MAP
、
TPS
等本身需要
ECM
提供工作电压,
输出信号送回到
ECM
,
这个时候对
于
ECM
的输入电路来讲,
内部通常接有负载电阻。
而对于开关状态类型的输入信
号,比如风扇请求(
FANR
EQ
)
、空调请求(
ACREQ
)等,则内电路除了带有负载以
外,
通常连接
有保护作用的压敏电阻,
或保护二极管,
当输入电压超过其临界
值
时,保护电路工作,以降低或消除以后续电路的影响。
4
、输出电路
输出电路见图
23
所示。
图
24
DS3658
引脚及内部结构图
p>
U18
、
19
、<
/p>
20
(
16042368
构成输出电路的主体部分,等效于
National
semicondactor
的
DS3658
< br>(
Quad High Current Peripheral Driver
)四大电流
外围驱动器,其引脚功能见图
24
所示。
DS3658
——四通道大电流外围驱动器,其主要特征如下:
l
四通道独立输出,饱和压降低
l
低待机功率,曲型值
10mW
l
高输入阻抗,兼容
TTL
输入
l
大输出电流,每通道<
/p>
600mA
,合计
2.4A
l
高击穿电压,曲型值
70V
l
集电极开路输出
l
输出钳位二极管方便连接感性负载
l
标准
5V
供电
l
上电
/
断电保护
l
独有失效
/
安全模式
p>
可应用于继电器、电磁阀、怠速电机驱动、
LED
< br>驱动等多种场合。见图
25
所示。
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