第三章 汽车电脑的结构与工作过程 - 图文

第三章 汽车电脑的结构与工作过程

第一节 车用计算机介绍

汽车生产厂家为他们的计算机采用了五花八门的术语。这些生产厂家频繁更

新他们的计算机，并常常改换计算机术语，以表示推出新产品。由于这些计算机术语经常出现在厂家提供的信息当中，对其进行适当的了解是必不可少的。 部分厂家采用的发动机管理系统见表3-1所示。

发动机控制系统分类表 表3—1

制 造 商 Alfa Romeo Alfa Romeo Alfa Romeo Audi／VW Audi／VW Audi／VW Audi／VW BMW BMW BMW BMW BMW Chrysler 电 控 系 统 Bosch Jetronic LE3.1／3.2 Bosch Motronic1.7，2.10.3，3.1，4.1 GM Multec XM Bosch Mono-jetronic，Bosch MonoMotronic Bosch Motronic2.3.2，2.4，3.2，2.7，2.9，3.8.2，MP9.0 VAG Digifant(multipoint)，VAG MPi，VAG MPFi，Simos2，Simos4S Magnetti Marelli 1AV Bosch ‘Early’Motronic MLl.0，Bosch Motronic 1.2，1.3,3.1,3.3,3.3.1,5.2 Bosch LE Jetronic Siemens MS40，40.1，41.0 DDE 2柴油喷射 EML电子节气门控制 Chrysler MPFi Citroen, Peugeot Bosch Mono jetronic Citroen, Peugeot Bosch Motronic 1.3，1.7，3.1，3.2，4.1，5.1，5.1.1，5.2 Citroen, Peugeot Bosch Mono motroniC MA3.0&3.1 Citroen, Peugeot Bosch LE2 Jetronic Citroen, Peugeot Fenix lB,3B&4 Citroen, Peugeot Magnetti Marelli Spi G5／G6 and MpiG5／1AP／8F／8P Daewoo Fiat Fiat Fiat Fiat Fiat Ford Ford GM Multec IEFI-S Weber Marelli & Weber Marelli Spi Bosch LE2—Jetronic，LE3.1—Jetronic Bosch Mono motronic Mal.7 Bosch Motronic 1.7，Motronic2.7，Motronic2.10.4 GM-Multec 1.1，1.3，1.4，1.6，1．8Cfi(＆DIS)，1．6CVHEft，1．6，1．8，2．0ZETEC，2.0 SOHC，2.0DOHC 8v，2.0 DOHC l6v，2.4，2.8，2.9 V6 and2.9 V6 24v engines with the Ford EEC IV 1.3，2.0 8v，2.0 16v.and.V6 24v engines with the Ford EEC V Ford Cosworth Weber Marelli Ford Maverick Nissan ECCS Ford Probe Honda Hyundai Isuzu Jaguar Kia Lancia Lancia Lancia Mazda Land Rover Land Rover Nissan Proton Renault Renault Rover Rover Rover Rover Saab Saab Saab Seat Seat Seat Seat Skoda Skoda Subaru Suzuki Toyota Volvo Volvo

Ford MECS Honda PGMFI Hyundai ECI Isuzu I-Tec发动机管理系统 Lucas l5CU发动机管理系统 Kia EGi发动机管理系统 Weber Marelli发动机管理系统 Bosch Motronicl.7，2.7发动机管理系统 Bosch Mono Motronicl.7发动机管理系统 Mazda Egi Lucas 14CUX发动机管理系统 Rover Mems发动机管理系统 Nissan ECCS发动机管理系统 Proton ECI发动机管理系统 Renix／Bendix／Siemens／Bosch single point Magnetti Marelli SPi发动机管理系统 MEMS SPi&MPi including Rover 200／400，Mini，Metro，Montego， 820 etc 820 1986-91(Rover Spi) Lucas LH Jetronic Rover(Honda)PGMFI发动机管理系统 Lucas l4CU发动机管理系统 Bosch Motronic2.8.1，2.10.2 Bosch LH2．4Jetronic Bosch LU-jetronic，Bosch LE-jetronic Bosch Monojetronic，Bosch Monomotronic Bosch Motronic MP9.0发动机管理系统 VAG Digifant MPI，VAG Simos发动机管理系统 Mono-Motronicl．2.3发动机管理系统 Magneti—Marem lAV发动机管理系统 Subare MPFI发动机管理系统 Smuh EPi—Mpi发动机管理系统 Toyota TCCS发动机管理系统 Early Bosch Motronic，Bosch Motronic 1．8，Bosch LH2．2 Jetronic ＋EZ210K／EZ210Ka，Bosch LH2．4 Jetronic／EZll6K，Bosch LE jetronic Fenix3B，Fenix 3B Spi，Fenix 5.1发动机管理系统 1.克莱斯勒(Chrysler)公司

装备电子汽油喷射系统的克莱斯勒汽车在1987年以前有两个计算机，一个逻辑模块(图3—1)和一个动力模块(图3-2)。

逻辑模块安装在右前搁脚垫板的后方，而动力模块安装在发动机舱内蓄电

图3-1 逻辑模块 图3-2 动力模块 池的后方。大多数的输人信号都接人逻辑模块，这个计算机命令动力模块执行必要的输出控制功能。

芯片技术的迅速发展使芯片本身变得越来越小，这使得ECM／PCM生产厂家能把更多的元件放人一块电路板内。从1987年度车型开始，克莱斯勒公司把逻辑模块与动力模块联合成一个单模块发动机控制器(SMEC)(图4-3)。在美国SAE儿930术语标准中，“动力控制模块”(PCM)代替了以前所有的用来表示发动机计算机的术语。单模块发动机控制器的安装位置选在发动机舱内蓄电池的后方。

图3-3 动力控制模块

由于有从路面飞溅上来的盐和水、弥漫的油烟、不断的振动和急剧的温度变化，发动机舱被认为是对计算机不利的环境。当计算机装入发动机舱时，计算机电路板上要涂上一层密封胶，而装在驾驶室内的计算机电路板上则不需要密封。克莱斯勒公司的某些动力控制模块有60路接线座，而另一些动力模块用一个60路接线座和一个14路接线座。

克莱斯勒的动力控制模块(PCM)具有自适应能力，处理信息和完成输出功能

的速度比逻辑和动力模块快得多。动力控制模块能在11ms之内对所有的输入信号扫描一遍，而逻辑和动力模块完成这项工作需要22ms。

从1990年度车型开始，动力模块的两块电路板联合成一块线路板。克莱斯勒公司当时采用低电阻喷油器，它的电流比较大，在计算机中喷油器驱动器要用较大的散热器进行冷却，为解决这一问题，克莱斯勒公司让发动机的进气空气流过计算机，以冷却喷油器驱动器。1992年，克莱斯勒公司开始装用高电阻喷油器，喷油器的驱动电流降低了，这样就无需配置大散热器了，于是，计算机尺寸减小，也不必让进气通过计算机系统了。这种小型化的计算机当时叫作Ⅱ型单板发动机控制器(SBEC)。

2．丰田(Toyota)公司

许多丰田汽车动力控制模块安装在仪表板右侧下方离手套箱很近的地方，见图3-4所示。

图3-4 丰田汽车电子控制单元安装位置

3．本田(Honda)公司

在许多本田汽车上，动力控制模块安装在乘客一侧的地板下面，见图3-5所示。

图3-5 本田汽车电脑安装位置

4．福特(Ford)公司

许多福特汽车的动力模块位于仪表板下，然而，某些型号的福特汽车的接线盒延伸到防火壁的另一边，线束接线座在发动机舱内。许多动力控制模块用一个60路接线座(图4—6)。某些动力控制模块具有自适应能力。一些1994年生产的福特汽车中，引用了V型发动机电子控制(EEC V)系统，这些系统中的动力控制模块用一个104路接

图3-6 福特EEC IV系统控制单元 线座，见图3-7所示。早期的(80年代中期开始)福特计算机系统称为Ⅳ型发动机电子控制(EEC Ⅳ)系统。

图3-7 福特EEC V系统控制单元引脚结构图

5．通用汽车(General Motors)公司

许多通用汽车的动力控制模块安装在仪表板下面，而有些动力控制模块位于右前挡泥板上一个塑料板下面。1986年以前，动力控制模块称为160波特(baud)计算机。波特率是指计算机处理输入信息和执行输出动作的速度。从1986年度车型开始，通用汽车公司采用P4型计算机，其波特率是8192。160baud计算机可以每1．25s更新传感器信息一次，而8192baud计算机完成这一功能仅用0．2s。P4型计算机与160baud计算机相比，有较大的存储容量，这使P4型计算机能在每秒钟内处理60万个数字信号。

通用汽车公司的动力控制模块包含一个或多个

可拆卸 的芯片，位于计算机的检修盖板下。某些160波特动力控制模块有两个可拆卸的芯片，一个可编程只读存储器和一个标定软件包(CALPAK)，见图3-8所示。

图3-8 具有可拆卸可编程只读存储器和标定软件包的动力控制模块 1-可编程只读存储器；2-底坐； 3-标定软件包；4-动力控制模块 可编程只读存储器含有一些用计算机的特定汽车所需要的专门的信息，如点火提前程序之类。一个备用供油程序装在标定软件包芯片中。例如控制燃油供给的正规芯片出了故障，标定软件包程序便取而代之。在此情况下，燃油不能精确供给，但汽车仍然可以行驶。

在P4型计算机中，可编程只读存储器和标定软件包芯片合成一个存储—标定(MEM—CAL)芯片(图3-9)。这些插接式芯片可以在市场上买到，且能与计算机分开更换。

图3-9 具有存储-标定芯片的PR型电脑

某些1995年生产的通用汽车，整车控制模块(VCM)代替了传统的动力模块，

整车控制模块执行原有的动力控制模块和防抱死制动系统模块的功能。因为整车控制模块有一个不可拆卸的电可擦除可编程只读存储器，所以没有可拆卸的可编程只读存储器、标定软件包或存储—标定芯片。整车控制模块中还有一个爆燃传感器模块。某些通用公司的汽车目前装有新一代的P6型计算机。

6．日产(Nissan)公司

在许多日产公司的汽车中，动力控制模块有三个导线束接线座，一个15路，一个16路，一个20路。动力控制模块位于仪表板下面。动力控制模块的侧面有两个发光二极管，用闪光显示计算机系统故障引起的各种故障码，见图3-10所示。 7．奥迪汽车(Audi)公司

早期的奥迪汽车采用BOSCHCIS-E喷

射系统，发动机电脑与点火控制单元分开，发动机电脑为35pin。 1996年的AUDIA6汽车，发动机电脑与自动变速器电脑安装与乘客侧搁脚板下的一电子盒中，见图3-11所示。

图3-10 日产发动机控制模块 图3-11 AUDI电子控制单元安装位置

8．奔驰汽车(BENZ)公司

奔驰汽车在强调动力性、舒适性、豪华性的设计思想下，成为豪华车的典范，同时也成为一汽车电脑技术的展示平台，常见BENZS级140底盘车的电子控制单元多装在发动机室左面减振器后方的一防护盒内，有点类似电脑扩展卡的形式，见图3-12所示。

图3-12 BENZ电子控制单元安装位置 1-熔断丝F2;2-基础电脑；3-诊断电脑；4-ADS电脑；5-发动机电脑；6-巡航定速电脑； 7-LH电脑；8-诊断插座；9-诊断模组测试连接器

第二节 BOSCH Motronic电路分析

1．BOSCH Motronic系统结构图

BOSCH Motronic系统在电子燃油喷射系统中极具代表性，国内生产的大部分车型采用的都是BOSCH电子喷射系统。图3—13为Motronic系统框图，在此图中介绍了典型电子燃油喷射系统的组成，各部分的联系情况，对于更好的了解电脑的工作过程，以至于分析故障与维修都是大有帮助的。

在图3-13中，电子控制单元作为电控发动机的核心部分，由一8位／16位单片微机、集成电路和相关电子元件组成，英文表示为Electric control unit简称ECU。其作用是接收各种传感器送来的信息，对它们进行运算、处理、判断后再发出指令信号，经输出电路进行功率放大后驱动相应的执行单元，从而实现对发动机的各种工况的控制。这里提及的ECU是各种控制单元的统称，ECM／PCM则是发动机控制模组或动力控制模组的缩写，是包含于ECU范围之内的。 2．BOSCH Motronic Ml.3电路分析

汽车电子控制单元(ECU)，不论是BOSCH的Motronic，福特的EEC Ⅳ、V，通用的P4、P6等，其最终的目的只有一个，让发动机工作的更出色，表现为动力更强劲，噪声小，污染低。这是针对发动机系统而言，其他系统也是一样，每个系统都有自己的目标，这就好像是电视机一样，世界各国生产的电视机，无论是哪个厂家的，都是要以接收电视节目为目的。基于这样一种认识，我们可以把ECU抽象化的分成几个部分，见图3-14所示。

图3-13 Motrnic系统框图 1-燃油箱；2-燃油泵；3-燃油滤清器；4-燃油压力调节器；5-燃油脉动衰减器；6-电子控制单元；7-分电器；8-喷油嘴；9-冷起动喷嘴；10-节气门；11-节气门开关；12-空气流量计；13-氧传感器；14-热敏开关；15-水温传感器；16-辅助空气阀；16-辅助空气阀；17-曲轴位置传感器；18-主继电器；19-燃油泵继电器

图3-14 ECU构成框图

从图中我们可以看到，ECU由MCU(微处理器)、输入电路、输出电路、A／D

转换器几部分组成，各部分功能描述如下： (1)输入电路。

从传感器来的信号，首先进入输入回路，对于模拟信号，去除杂波干扰，把小信号进行放大，把正弦波变成矩形波；对于数字信号，进行缓冲后可直接与

MCU或I／O扩展电路连接。同时输入电路还将电源电压转换成适合微机使用的工作电压。即输人电路是对信号进行整形同时提供系统各不同部分所需要的不同的工作电压。

(2)A／D转换器。

输入ECU的传感器信号有两种：一种是模拟信号，另一种是数字信号。信号的形态不同，输入ECU内的处理方法也不一样。数字信号可直接送人微机处理，模拟信号则要由A／D转换器(模拟/数字转换器)转换成数字信号后再送人微机处理。早期的MCU自身没有A/D转换功能，为完成这样的转换，可以通过扩展A／D转换器来实现。如奔驰的CIS—E 系统的就是通过AIXD809这样一个A／D转换器来实现的。较新类型的MCU由于自身具有A／D转换功能，已不需要进行外部扩展了。

(3)输出电路。

它是微机与执行器之间的联系电路。由于微机输出的是数字信号，而且电流很小，一般是不能驱动执行器工作的。经过输出回路后，通过其中功率三极管或功率MOS管的放大作用，提供足够的驱动电流，大部分的负载工作于开关状态下。 在汽车这个特定的工作环境，大部分的执行器/驱动器都与线圈有关，从电磁喷油器到电磁阀、各种马达、继电器、包括点火线圈，等等，因此有人夸张的说，汽车的输出电路的任务实质就是驱动线圈工作。我们不管这样的结论是不是太武断，但这种描述的确比较容易理解。 (4)微处理器(MCU)。

它是ECU的核心部分，由中央处理器(CPU)、存贮器(ROM-RAM)、输入/输出口(I／O)等组成。它能根据需要，用内存的程序和数据对各种传感器送来的信号进行比较、运算和修正，并将处理结果以指令的形式送至输出电路。驱动相关元件，完成控制功能。

图3-15、图3-16为德国宝马汽车所采用的Motronic Ml.3系统电子控制单元的内部原理图。

图3-15 BMW Motronic M1.3

图3-16 BMW Motronic M1.3

在BMW Motronic Ml.3系统中，其核心器件是SIMENS公司的SAB80C515，SAB80(2515是一8位单片机，有关详细情况请参阅第三章的第二节。

只读存储器S701作为SAB80C515(S700)的扩展程序存储器，构成16K ROM，同样S703作为扩展数据存储器，以此来弥补微处理器本身程序存储器和数据存储器空间的不足，这样做的好处是程序可以根据需要进行调整，避免工厂掩膜后

ROM内容无法更改的状况。

只读存储器(ROM)S701数据线D0～D7直接与微处理器S700的P0口连接，数

据线经上拉电阻连接到5V电源。同时P0口还直接连接到数据存储器S703的D0～D7、S702的BUS口。

S701的高位地址线A8～A14直接同S700的P2口连接，而低8位地址线A0～A7并没有直接连接到S700上，而是连接到S702的P3口。在这里，S702的这种接法用以实现地址锁存器的功能，解决了P0口地址／数据复用的问题。S700输出的地址信号低8位经过S702锁存，高7位直接输出到S701，同样，对于数据存储器(RAM)S703也是一样。

8根数据线每次可完成一个字节数据的传输，15根地址线，可实现215=32768字节即32K(32768／1024=32)的程序存储空间寻址。实际采用的ROM芯片存储容量的大小依据程序的多少而定，对于数据存储器S703来讲，A0～A12计13根地址线，可实现213=8192字节即8K数据存储空间寻址。 CS作为片选信号，当此线为低电平时，S701被选中，OE作为读、写允许控制线，低电平时有效。 S703的用法与之类似。OE,WR用来决定RAM芯片处在读或写的状态，二者均为低电平有效，CS为芯片选中信号，低电平时有效，S701与S703的片选信号均出自S550 BOSCH 30106专用芯片，S550在完成片选信号输出的同时，已经对芯片的地址进行了译码。

S800、S801作为开关(数字)信号输入缓冲电路。与发动机运行状态相关的开关(数字)信号输入到ECU中，包括空调请求信号、停车/空档信号、节气门全闭信号、压缩机运转信号、点火提前角信号等。经S800、S801缓冲后送人S702可编程并行口扩展芯片，CPU经数据总线读取外部相关开关量的状态，了解发动机的运行条件，包括负荷、工况等及时对点火和喷油进行调整，以保证发动机的运转处于最佳状态。

发动机冷却液温度传感器、进气温度传感器、空气流量传感器这几个发动机运转的关键性模拟信号，经阻容元件缓冲后，直接送人CPU的8路复用模拟／数字信号输入口，在CPU内部直接完成A／D转换，将模拟量转换为数字量后参与运算、处理。

S600作为BOSCH的专用芯片，内部零件号为30015，在一个芯片的内部同时

完成几个功能，第一、完成发动机转速的运算处理、处理后一方面送CPU，另外经17脚输出，送人仪表，用以显示发动机的转速；第二、完成氧传感器信号接口功能，氧传感器作为一个特殊元件，其输出电压的变化反映出空燃比的大小，为使其正常工作，需要专用电路接口，而30015内部集成有这种功能。 同时S600(30015)还完成串行数据转换任务，用来同外部设备(扫描仪)进行连接，读取ECU中储存的故障码，测量车辆运行中主要元件的数据流，MCU的串行接口无法同诊断设备直接相连接，必须要进行转换，把MCU的串行通信信号转换成为汽车通信的标准格式。

S300作为ECU内部数字电路电源供应电路，输出两路5V直流电压，在保证输出稳定电压的同时，具有软起动功能，RES为控制端。

S220(LM2903)为一双比较器，与外围阻容元件一起构成上电复位及电源异常复位电路。

S702(TAl3255)为可编程并行I／O接口，前面已经提到的是，配合MCU完成访问外部存储器时低8位地址信号的锁存，同时接收开关(数字)信号的输入，扩展MCU资源。

S450为BOSCH的功率半导体器件，在此完成怠速电机控制、碳罐净化电磁阀

控制、燃油泵继电器控制、发动机故障灯控制等功能。其输入端直接同内部端口相连，因驱动电机电磁阀等需要较大驱动电流，所以此种芯片一般带有较大散热片。芯片背面的金属部分直接同散热片相接触，可以将芯片本身在工作过程中产生的热量通过散热片带走，从而降低自身温度，保证正常工作。

同样S400与S450结构、功能、型号完全相同，不同的是所控制的对象不同，S400将元件自身提供的6路输入、输出，分成两组，即输入El、E2、E3连到一起，输出A1、A2、A3连到一起；E4、E5、E6连到一起，A4、A5、A6连到一起。这样并接的作用是可以提供更大的驱动电流，因为这时是用于喷油嘴的驱动。因车型的不同，可能需要驱动四个／六个／八个喷油嘴，在Mortnic M1.3系统中，采用分组喷射形式，这样每组要驱动的喷嘴数量为二个/三个／四个，因此需要更大的驱动电流，这样连的目的就在于此。 BOSCH Motronic M1.3实物见图3-17所示。

在图4-17中，左面的S400和右面的S450就是我们前面介绍的电机、电磁

阀、喷油嘴驱动用的芯片，BOSCH内部号码为30080 4192／BA560.1，外形见图3-18，芯片后面的铝片即为散热片，在图3-18中的芯片是负责驱动怠速电机和电磁阀的S450，喷油嘴驱动芯片S400在线路板的另外一侧。

图3-17 BOSCH Motronic M1.3控制单元线路图

图3-18 怠速电机、电磁阀驱动芯片

线路板图与电原理图纸对照着看，可以让我们更清楚的认识每个元件，包括元件外部形状，封装形式，在电路板上的具体位置，这样不仅有利于了解电脑的内部构成，

而且对于分析线路，进而作到维修故障都是大有益处的。

通过前面对于BOSCH Motronic M1.3系统电路原理的分析，使得我们对汽车电子控制单元有了更新的认识，那种神秘感随着我们对其了解的逐渐深入而减弱了。图3—19是Motronic系统外部线路图，把内部图同外部图贯穿起来看，对线路的理解会进一步加强，因为这时候你会清楚的看到各个传感器的连接情况，从外至内，对BOSCH的系统有一个完整而详细的了解。

图3-19 Motronic系统外部线路图

第三节 GM汽车电脑电路分析

在前面一节中对BOSCH的MotronicMl，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3-2。

GM公司的部分电子控制单元信息及零件号 表3—2

ECM零件号 1227747 1228746 16159278 ECM家族 应用车型/描述 C3 C3 P4 1987～1991 GM卡车(aka programming 101) 1989～1992 Car V8 TBI applications(F body，Caprice) 1992～1993 LTl(F body／Vette) 1990～1991F／Y车身许多车型，1227727是1227730的改进版 1990～1991F/Y车身ZRl，LT5发动机 1987～1988 2.5 L4 Fiero，等 Syclone，Typhoon，sunbird等 1986～1989 V8 TPI，一些L4TBI 1994～1995GM卡车5．0L，5.7LTBI手动变速器 1995 GM卡车4.3L，5.0L，5.7L 4L60E 1995 GM卡车4.3L，5.7L，7.4L 4L80E 1998 GM卡车(CPU基于68332) 1996／1997 GM V6轿车应用(CPU基于68332) 1227730／1227727 P4 1228331 1227748 1227749 1227165 1227808 16196396 16197427 16171199 16250279 16207326

P4 P4 P4 P4 C3 P4 P4 P5 P5 P4 1227165的澳大利亚版 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，这并不是说美国的汽车工业没有发展，而是国内前些年对于美国汽车的引进实在是很少，而目前在修的美国车，基本都是20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DAGM公司的编号为1227749的ECM为例进行介绍，此编号电脑在通用汽车ECMs家族中为P4系列，应用于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. 3Turbo PFI System。能够应用在不同排量的汽车上，是因为在2.0排量的汽车上，有些末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的编号，对于分析电路结构，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．微处理器电路

微处理器电路见图3-20。

图3-20微处理器电路图3-20微处理器电路

微处理器相当于整个控制系统的心脏，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MOTOROLA68HCll系列的微处理器，内部包含RAM、SCI、SPI、CDP看门狗、定期中断定时器等，与我们前面介绍的68HCll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KlPB、PC提供16位地址线，端ElPA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一八线译码器。

U3(16045908)为数据存储器，用以解决芯片内RAM空间不足的问题，CS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。U8相关电路的接人，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

I／0扩展电路见图4-2l所示。

U6(16045153)为八选一模拟开关电路，在电路中具体功能为将八路输入信号

分时的送人后面的A／D转换器电路，作为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、B、C的逻辑组合以决定将哪一路信号连通到输出Xo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处理方法，在保证测量精度的同时可以最大限度的节省系统的资源。不必另外增加A／D转换芯片，降低系统成本的同时，简化电路结构。

U5(16034988)为带有SPI接口的A／D转换器芯片，SCK、SDI、SIX)为标准的SPI接口线，可以很方便的同M68HC系列MCU进行连接，CLK连接到MCU的E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～ANl0为模拟信号输入端，CTS、TPS、MAP、VOLT、02??

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。 REF+、REF－为A／D转换器参考电位，这里REF一搭铁电位，REF+接5V。 U10(16045154)为具有SPI接口的输入输出缓冲芯片。

3.输入电路

(1)主动输人信号，见图3-22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，如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VSSHI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VSSHI信号。

VSSHI信号经过电阻缓冲，电容去除尖峰后送人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内门电路再次送人U24，U14门电路的另外一个输人端LIMP的状态可以控制门电路的输出，再次送人U24的VSSHI信号经过内部触发器分成VSS4000、VSS2000，VSS4000供定速巡航系统采用，VSS2000供仪表采用，用来显示车速度。

另一路送入U1O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(16045148)，以供MCU采用。

U7(16034987)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见图4-23所示。

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。在单正电源供电情况下，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，设定放大器的工作频率范围，从而过滤掉高频瞬间干扰，典型输入阻抗为1MΩ

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ALDL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。

(2)被动输入信号，见图4-24所示。

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： · 冷却液温度(CTS) · 节气门位置(TPS) · 进气温度(MAT)

· 进气歧管绝对压力(MAP) · 点火提前控制信号(ESC) · 停车倥档信号(P／N) · 空调风扇高速请求(FANREQ) · 空调请求(ACREQ) · 动力转向信号(PSPS) · 排气再循环检测(EGR)

从电路结构来讲，对于CIS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5V，同时与后续电路之间会接有电阻，起缓冲及保护作用，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分压的改变，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。

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(FANREQ)、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，以降低或消除对后续电路的影响。

4．输出电路

输出电路见图3-25所示。

图3-25 输出电路

U18、19、20(16042368)构成输出电路的主体部分，等效于National semicondactor的DS3658(Quad High Current Peripheral Driver)四大电流外围驱动器，其引脚功能见图3-26所示。

DS3568——四通道大电流外围驱动器，其主要特征如下：

图3-26 DS658引脚及内部结构图 · 四通道独立输出，饱和压降低

· 低待机功率，典型值10mW · 高输入阻抗，兼容TTL电平输入 · 大输出电流，每通道600mA，合计2.4A · 高击穿电压，典型值70V · 集电极开路输出

· 输出钳位二极管方便连接感性负载 · 标准5V供电 · 上电/断电保护 · 独有失效/安全模式

可应用于继电器、电磁阀、怠速电机驱动、LED驱动等多种场合。见图3-27所示。

图3-27 DS3658典型应用示例

在此，U19的四路输出分别驱动A／C压缩机继电器、wastegate电磁阀、TCC

电磁阀；U20在该款车上未应用；U18驱动发动机故障灯(SES)，冷却风扇(FAN)

继电器，废气再循环控制(EGR)电磁阀。

U19、U20受发动机运行状态影响，一旦ECM检测到有比较严重的系统故障，

在点亮发动机故障灯的同时，进入一种跛行回家模式(LIMP Home Mode)，LIMP信号作用与U19、U20的控制端，从而影响其输出，进入跛行模式后起动备用喷油方案，汽车可以行驶，但是动力性严重下降，这时应将车开到安全的地方，尽快检修。

U21(16034993)为定制的怠速电机驱动芯片，简称IAC驱动器。其输出直接

控制怠速电机的两个线圈，而输入端则直接同MCU的I／O引脚相连接，IAC驱动器驱动怠速电机旋转，由丝杠将电机枢轴的轴向运动转换为径向运动，带动锥形阀座，改变怠速时的旁通气道的大小，从而调节怠速时的进气流量，使怠速保持在一个稳定的范围。同U19、U20一样，U21同样受LIMP信号的控制。 U16、U25(16045580)分别用于驱动燃油泵继电器和另一继电器，与前面介绍的内容不同之处在于，这两个是负载的一端直接搭铁，驱动器对于负载来说是控制电源即所谓的控火，而前面介绍的多是控制搭铁的，即负载本身一端连接有电源，驱动器提供搭铁回路。 5．点火电路

点火电路见图3-28所示。

U13、U15(16034984)是构成点火电路的主体，该芯片具有SPI接口，EST电

子点火正时控制接口，P＆H(Peak＆Hold)峰值——保持型电磁喷油器驱动控制器，同时完成对一些随机信号的缓冲功能。

EST有两种工作模式：(1)旁通(BYPASS)模式；(2)电子点火正时(EST)模式。 在旁通模式，电子点火正时控制信号被旁通到分电器，这意味着此时的点火正时和点火线圈闭合角不受ECM控制，直接由分电器完成。

在EST模式，电子点火正时控制信号受发动机转速、真空或进气歧管绝对压力、冷却液温度和一些其它可变信号的影响，此信号作用于EST端子，实时调整点火正时和点火线圈闭角。 6.喷油电路

喷油电路见图3-29所示。

在点火电路中提到的U13、U15内部具有P＆H峰值——保持型电磁喷油器驱

动控制器，U15、U16输出信号直接驱动功率开关MOS管，MOS管的输出连接到喷油器的控制端，对于P＆H，其实现的方法是通过调整MOS管栅极的控制电压VGS，从而改变其导通电阻， 进而控制负载电流的。

图3-28 电子点火控制电路

图3-29 喷油控制电路

开始，VGS较高，导通电阻小，电流上升较快，R76和R93为电流检测电阻

元件，其与喷油器串接在同一回路中，当喷油器中的电流达到设计的规定峰值，电流检测元件将这个电流的变化转换为电压的变化，并通知喷油驱动控制器U13、U15，U13、U15立即降低VGS电压，VGS的降低将导致导通电阻增大，电流开始下降，并维持在一个能保证喷嘴针阀开启的预先设定值。这就是峰值——保

持型电磁喷油器驱动控制器的工作原理。其工作波形在本章的后部有详细说明。

U9(16054995)为GM定制的跛行回家燃油控制芯片。进入跛行回家模式后，

将起动备用燃油方案，U9即完成这一功能。 7．电源电路

电源供应电路见图3-30所示。

电源供应电路的主要元件是U17(16034992)，为GM定制元件。提供系统内

部工作需要的多路电压，其电源输入端直接同蓄电池正极连接，可由软件或直接的电平控制使其转入 待机模式，在待机模式只有个别电源输出，以保存系统RAM内的一些数据。在其与蓄电池的连线中串接有保护二极管，用来防止反压对系统造成的永久性伤害。 8．外部连接引脚功能图

外部连接引脚图见图3-31。

外部连接端子是ECM与汽车连接的接口，这里有各个针脚的定义及位置等参数，在对ECM进行检测时，这些是极为重要的，它可以让你的工作更有效率。

第四节 主要元件波形3-分析

在检测ECM的过程之中，很多时候为了验证一些推理和判断，往往要将ECM连在车上进行实时测量，在这里对于几个关键的执行元件波形进行分析，具体车型可能会有些差别，但是只要掌握原理，善于分析，很多问题都是可以解决的。 电磁喷油器是电子燃油喷射系统的主要执行元件之一，因其工作相对于其它系统来说更显繁重，所以出现问题的机率往往会比较高。有两种类型驱动电路应用在喷油器的控制上，电压控制类型和电流控制类型。电压控制类型也称为“饱和开关”型，电流控制类型也称为“峰值保持”型。之所以有这两种电路结构的不同，是因为喷油器的差异造成的。

最基本的差异是负载回路的总电阻不同，一般来讲，在一个喷射电路中，当回路的总电阻等于或大于12Ω,时，应用电压控制型驱动器，小于12Ω则应用电流控制型驱动器。由此产生一个问题，对于高阻型喷油嘴来说，电路没有什么特别，而对于低阻型喷油嘴，则在电路结构上或是在驱动控制模式上会有一些不同，如不采取一定措施，则喷油器很快会因过热而损坏。 1．电压控制型电路结构及波形分析(饱和开关型)

电压控制驱动器不需要担心电流的限制，从控制角度来讲，它更像一个开关，ECU控制其开或者关，当开的时候，蓄电池电压直接加到喷油器上(忽略晶体管压降)，喷油器工作。喷油器电磁线圈在驱动电流的作用下，很快达到磁饱和状态，与我们所了解的点火线圈基本相同，所以一些制造商称其为“饱和开关型”驱动器。

对于此种电路来说，有两种方法可以实现喷射回路的“高阻”用以限制电流在一允许范围之内，一种方法是在低阻喷油器的回路当中外部串接一绕线电阻；另外一种就是喷油器本身就是属于“高阻”类型，不需要外接元件来补偿。电路结构见图3-32所示。

在这两种电路结构中，外接绕线电阻因其电流较“高阻”型电流大，(见图4—33，两条电流曲线分别对应图34-32中两种不同接法的喷油器)所以其喷油嘴开启的更快一些，然而现在却出现另一种倾向，普遍采用“高阻”型喷油器，究其原因是因为低成本、稳定、可靠，至于开启时间上的一点点延迟，可以通过增

加喷油脉冲的宽度得以补偿。今天的大部分车型应用的都是“高阻”型电磁喷油器。

图3-33 电压控制型喷油器理想状态电流波型 图3-32 电压控制型喷油器的驱动方法

其电压波形见图3-34所示。

图3-34 电压控制型喷油器实测电压波形

各段描述如下：

A：系统电压，一般车辆运转状态下正常值为13.5V左右，为了在示波器获

得适当的输出，一般选择5V/格。

B：驱动器电路完全导通(搭铁)，在示波器上体现出来应该干净、平直，没有圆角边沿；一个存在问题的驱动器，体现在垂直线上往往会扭曲变形。 C：电磁喷油器驱动电路饱和压降，正常情况下，应该接近地电位，但又无法达到地电位，因为驱动电路自身输出阻抗的影响，不正常的C波形往往是由于

搭铁回路的问题而影响的，所以直接用蓄电池的负极作为参考往往更容易发现此类问题。

D：电压尖峰的高度与喷油器线圈匝数、流过喷油器的电流大小有关系，线圈匝数和电流的增加都将导致尖峰电压的升高，反之，尖峰电压将减小。通常D处的峰顶电压不应低于35V。

如果你看到一个大约35V的峰值电压，是因为一个保护驱动三极管的齐纳二

极管起到钳位的作用，这时候尖峰的顶部应该是以方形截止。齐纳二极管将高出的部分吸收掉，如果不是以方顶截止，一般来讲是因峰值电压无法达到齐纳二极管的击穿电压，意味着喷油器的线圈存在某些问题。

如果不采用齐纳二极管，正常状态下，这个电压应达到60V或更高。

E：点E带我们到一个很有趣的部分，电压从峰值逐渐衰减到电源(蓄电池)

电压，注意这个微小的隆起，这实际上是电磁喷油器阀针回落引起的。电磁感应定律描述，移动一个铁芯通过一个磁场会引起电磁感应现象，表现为出现感应电压波，在这里，阀针就相当于一个小铁芯。

在实际车辆上面测量到的电流波形同图4-33是有所区别的，在图3-33中，负载有足够长的通电时间，能够达到一个稳定的电流值，而车辆在运行过程中，随发动机转速的变化，喷油器开启的时间会发生变化，而所有这一切都是发生在ms级的时间内。所以，喷油器的实测波形应该如图4-35所示。

图3-35 电压控制型电流波形

2．电流控制型喷油器驱动电路及波形分析(峰值保持型)

电流控制型驱动器的内部结构要比电压控制型更复杂，因为从其命名就可以知道，它除了完成基本的开/关功能外，还要提供电流限制功能。如前面所说，主要适用

于回路总电阻小于12欧姆应用场合。其电路结构见图3-36所示。理想状态驱动

电流见图3-37。

图3-36 电流控制型喷油器的驱方法

图3-37 电流控制型理想状态电流波形

一旦驱动器开启，回路电流在一段时间内不受限制，直到喷油嘴针阀开启为止，这个时间周期被制造厂商预先调整，依据喷射系统及需要开启喷油嘴的总电流而有所区别，典型电流值为2—6A，一些制造商称这段时间为“峰值”时间，实际上，电路允许电流达到峰值(以开启电磁喷油器针阀)。

一旦电磁喷油器针阀开启，电流迅速下降到一个较小值，以保护喷油器不会因在整个脉冲周期内承受大电流而发生过热损坏，维持喷嘴的开启状态需要很小的维持电流，典型值为1A或更小，一些制造厂称其为“保持”时间，这意味着这个较小的保持电流足以维持已经开启的喷嘴保持在开启状态。

有两种方法降低回路电流，普遍使用的是一种调节电压的方法，类似我们在家里用一个调光器调暗照明灯一样。

另外一种方法是周期性的使电路处于开/关状态，当这个过程足够快的时候，电磁喷油器的磁场不会崩溃，喷油器将保持在开启状态。

电流控制类型的优点在于，喷油器开启速度快(开启电流大)，具体表现为ECU下达开启命令到喷油器完全开启这个时间延迟短；关断速度快(保持电流小)，响应迅速。缺点为电路结构形式复杂，成本增高。喷油器电压波形见图3-38所示。

图3-38 电流控制型喷油器驱动波形a

各段描述如下：

A：系统电压，一般车辆运转状态下正常值为13．5V左右，为了在示波器获

得适当的输出，一般选择5V/格。

B：驱动器电路完全导通(搭铁)，在示波器上体现出来应该干净、平直没有圆角边沿；一个存在问题的驱动器，体现在垂直线上往往会扭曲变形。 C：电磁喷油器驱动电路饱和压降，正常情况下，应该接近地电位，但又无法达到地电位，因为驱动电路自身输出阻抗的影响，不正常的C波形往往是由于搭铁回路的问题而影响的，所以直接用蓄电池的负极作为参考往往更容易发现此类问题。

在C右边，一些有趣的事情发生了，注意这个曲线较正常情况下有一个向上的弯曲，这个微小的感应电压是由反向电压产生的，是正常的。这是因为低电阻电路能允许快速建立电磁场，进而产生反向电压。

D：开始起动电流限制，即所谓“保持”时间的开始，在这点之前，电流不受限制，可以自由上升到峰值以便开启喷嘴针阀，当到达D点时，喷油嘴针阀已经开启，ECU开始降低回路电流，实现方法为降低加在喷油嘴上的电压，以很小的电压来维持针阀开启所需要的小电流。

E：注意此时轨迹中的电压与系统电压(蓄电池)相差很小，此时喷油器处于电流限制模式，或者说是“保持”状态。这条线可以是这种平坦、稳定的，或者是周期性的、迅速的开关(图3-39)，都是正常的限制回路电流的方法，任何的波形畸变都将指出喷油器/驱动器存在的问题。

F：为驱动器的关闭点，准确测量喷油时间应该是在C和F之间。

图3-39 电流控制型喷油器驱动波形b G：同电压控制型中E点。

同样电流控制型喷油器的实际测量电流波形与前面的理想状态也会有所差异，见图3—40所示。

图3-40 电流控制型电流波形

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