CN202215385U - 一种柴油机ems系统的ecu装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种柴油机EMS系统的ECU装置，包括CPU电路、电源电路、模拟量输入电路、数字量输入电路、频率信号输入电路、PWM输出电路、高压升压电路和油嘴喷射驱动电路，所述的模拟量输入电路、数字量输入电路、频率信号输入电路、PWM输出电路、高压升压电路、油嘴喷射驱动电路分别与CPU电路通信连接，所述的电源电路分别连接CPU电路、模拟量输入电路、数字量输入电路、频率信号输入电路、PWM输出电路、高压升压电路和油嘴喷射驱动电路。本实用新型的技术效果在于，通过ECU装置来控制整个柴油机EMS系统，使柴油机运行稳定可靠，也有效的降低油耗和排放物，为柴油机的推广使用建立了可靠基础。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种柴油机EMS系统的ECU装置。
背景技术
柴油机的发动机管理系统，即EMS系统，其最关键的核心部件是电子控制单元，即ECU装置，其作用是保存所有的控制参数，采集所有的输入信号进行运算处理，根据需求情况控制所有的输出电路，输出实际的控制信号来控制发动机，实现发动机的稳定运行，采用功能完善的ECU装置，可有效地保证整个EMS系统的稳定高效运行。
实用新型内容
为了实现稳定高效的运行柴油机EMS系统，本实用新型提供一种功能完善，能保证EMS系统稳定运行的柴油机EMS系统的ECU装置。
为了实现上述技术目的，本实用新型的技术方案是，一种柴油机EMS系统的ECU装置，包括CPU电路、电源电路、模拟量输入电路、数字量输入电路、频率信号输入电路、PWM输出电路、高压升压电路和油嘴喷射驱动电路，所述的模拟量输入电路、数字量输入电路、频率信号输入电路、PWM输出电路、高压升压电路、油嘴喷射驱动电路分别与CPU电路通信连接，所述的电源电路分别连接CPU电路、模拟量输入电路、数字量输入电路、频率信号输入电路、PWM输出电路、高压升压电路和油嘴喷射驱动电路。
所述的一种柴油机EMS系统的ECU装置，所述的CPU电路采用MPC5554处理器。
所述的一种柴油机EMS系统的ECU装置，所述的电源电路采用TLE7368芯片。
所述的一种柴油机EMS系统的ECU装置，所述的模拟量输入电路包括电压型输入处理电路和电阻型输入处理电路，所述的电压型输入处理电路和电阻型输入处理电路分别连接至CPU电路。
所述的一种柴油机EMS系统的ECU装置，所述的电压型输入处理电路包括二极管D1、D2，电阻R1、R2和电容C1，所述的二极管D1的负极连接电源，D1的正极连接至D2的负极和电阻R2的一端，R1并联于D2的两端，R2的另一端连接至电容C1的一端，D2的正极和C1的另一端接地。
所述的一种柴油机EMS系统的ECU装置，所述的电阻型输入处理电路包括二极管D3、D4，电阻R3、R4和电容C2，所述的二极管D3的负极连接电源，D3的正极连接至D4的负极和电阻R4的一端，R3并联于D3的两端，R4的另一端连接至电容C2的一端，D4的正极和C2的另一端接地。
所述的一种柴油机EMS系统的ECU装置，所述的数字量输入电路采用TLE6244X芯片。
所述的一种柴油机EMS系统的ECU装置，所述的频率信号输入电路采用MAX9924芯片。
所述的一种柴油机EMS系统的ECU装置，所述的高压升压电路采用LM3478芯片。
本实用新型的技术效果在于，通过ECU装置来控制整个柴油机EMS系统，使柴油机运行稳定可靠，也有效的降低油耗和排放物，为柴油机的推广使用建立了可靠基础。
下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
附图说明
图1为本实用新型结构示意图；
图2为本实用新型CPU电路示意图；
图3为本实用新型电源电路的电路示意图；
图4为本实用新型电压型输入处理电路示意图；
图5为本实用新型电阻型输入处理电路示意图；
图6为本实用新型数字量输入电路示意图；
图7为本实用新型频率信号输入电路示意图；
图8为MAX9924芯片差分输入原理图；
图9为本实用新型高压升压电路示意图；
图10为高压油嘴两端的电压与控制信号对应波形图；
图11为本实用新型油嘴喷射驱动电路示意图。
具体实施方式
参见图1，本实用新型包括CPU电路、电源电路、模拟量输入电路、数字量输入电路、频率信号输入电路、PWM输出电路、高压升压电路和油嘴喷射驱动电路，所述的模拟量输入电路、数字量输入电路、频率信号输入电路、PWM输出电路、高压升压电路、油嘴喷射驱动电路分别与CPU电路通信连接，所述的电源电路分别连接CPU电路、模拟量输入电路、数字量输入电路、频率信号输入电路、PWM输出电路、高压升压电路和油嘴喷射驱动电路。
参见图2，由于柴油机的输入输出信号比较多，控制算法复杂，运算工作量相对较大，根据以上的参数，由于MPC5554的运行速度快、代码存储器大、模拟接口、数字接口多、IO引脚为5V接口，根据这些特点，本实用新型采用MPC5554处理器。
参见图3，电源电路为整个ECU板的各个单元电路提供精准的工作电压，保证整个系统能正常稳定的工作，还要为各种传感器提供工作电压，为了保证ECU内与外部的传感器之间互不产生干扰影响，电源系统必须输出多路各种不同的电压输送给各个不同的的单元电路以及传感器，本实用新型采用infineon的TLE7368芯片，它的电压输入范围宽：4.5V-45V，采用Buckconverter将输入电压转换为5.5V/2.5A的稳定主输出电压，再采用LDO分别将主输出电压5.5V转换成5V/800mA、3.3V(或2.6V可选择)/700mA、还有1.5V，分别为CPU及单元电路供电，再输出5V/105mA、5V/50mA分别为传感器供电，还有输出一组2.6V的芯片使能启动电压，Buck converter具有非常高的转换效率，减少了电源稳压芯片的工耗，降低了ECU的整体温度，LDO具有压降低，输出电压精度高，纹波少的特点，二者有机结合，使整个电源系统适用范围宽，功耗低，输出电压稳定性好，精确度高。该电源主控芯片还具有可关断功能，当ECU处于待机状态时节约用电，还有掉电监测和窗口看门狗电路，所有电源输出支路都具有电流过流保护、芯片超温关断输出保护，当系统出现故障时不会损坏其它器件。
参见图3，电源电路所采用的TLE7368具有关断和使能功能，只有当第9脚EN_uC和第10脚EN_IG N这二个引脚输入了有效电压时它的主输出电压5.5V才有输出，EN_IGN可以直接连接到输入电压上提供有效电压，但EN_uC只能输入2V-6V的电压，，本电路巧妙利用待机电压Q_STB_Y(33脚)：将SEL_STBY(11脚)接一，选择Q_STBY输出为2.6V(VSTBY)，再将VSTBY接至EN_uC引脚上，为电源芯片提供有效的启动电压。
参见图4，外部的模拟量信号输入分为二类，一类是以电压方式输送到ECU，如轨压信号；另一类为电阻型输入，如水温传感器的输入，针对二种不同的输入必须要设计二种不同的处理电路，并且还要为故障判断提供方便。电压型输入处理电路包括二极管D1、D2，电阻R1、R2和电容C1，所述的二极管D1的负极连接电源，D1的正极连接至D2的负极和电阻R2的一端，R1并联于D2的两端，R2的另一端连接至电容C1的一端，D2的正极和C1的另一端接地。D1、D2保护输入端口，防止输入电压过高或过低损坏CPU的ADC通道，R2、C1为RC滤波，滤除输入信号线的干扰，R1为故障诊断提低方便，当输入信号开路时，R1将输入点的电压拉到地线上，让输入到ADC的电压为0V，如轨压传感器的输出电压范围为最小0.5V，最大4.5V，当ADC采集到的电压远小于0.5V或大于4.5V时，说明该路ADC的输入信号出现了问题。
参见图5，电阻型输入处理电路包括二极管D3、D4，电阻R3、R4和电容C2，所述的二极管D3的负极连接电源，D3的正极连接至D4的负极和电阻R4的一端，R3并联于D3的两端，R4的另一端连接至电容C2的一端，D4的正极和C2的另一端接地。传感器接在输入端和地线之间，D3、D4保护输入端口，防止输入电压过高或过低损坏CPU的ADC通道，R4、C2为RC滤波，滤除输入信号线的干扰，R3既为传感器提供偏置参考电流，又为故障诊断提低方便，当输入信号开路时，R3将输入点的电压拉到VCC，让输入到ADC的电压为5V，当ADC采集到的电压接近于5V时，说明该路ADC的输入电阻型传感器开路，为0V时为输入短路到地。
参见图6，因柴油机的输出控制比较多，且每路输出具有一定保护和自诊断功能，数字量输入电路采用infoneon的动力系统专用控制芯片TLE6244X，它能提供18个输出控制通道，输出端口的驱动电压最高达70V，能吸收3A、2.2A、1.1A三种不同的电流以控制各种不同功率的设备，每个通道都具有短路保护、超温保护、电压过高保护功能，还具有负载短路到地，负载短路到电源，负载开路等诊断功能；16个通道可以通过并行口控制，也可通过SPI串行口控制，另外二个通道只能通过SPI串行口控制，既可以控制普通的继电器负载，也可以输出PWM信号驱动小功率的需调节型的直流控制设备。根据TLE6244X各端口的驱动能力不同，选取驱动能力最强的OUT15(PWO3)来控制高压泵的计量阀，计量阀的平均电流为1.2A，最大电流为2A以下，而OUT15可以吸收最大3A电流，还有1/3的余量，确保不会超出芯片的承受能力，R601为输出电流的采样电阻，D603为输出电流的续流肖特基二极管，在TLE6244X内的COMS管关断时，计量阀内线圈存储的能量经采样电阻R601和D603释放到12V电源上，D603不是直接接在负载上(R601的右边)续流而是接在R601的左边续流，这种接法是让驱动电流和所续的电流从部流过采样电阻R601，专用的高电压电流检测芯片U605(IN194)将R601上的电压信号放大，从第1脚输出电压信号，再经C601、C602、R602进行RC滤波后送给CPU的ADC进行AD转换，CPU就可以获取到实际的输出控制电流，用精确的电流来控制计量阀的输出燃油轨压；用OUT16(最大吸收3A)控制涡轮增压器，因它的控制有专门的压力传感器反馈增压后的压力值，只要用PWM的占空比来控制就可以了。其它通道因负载(继电器)内都有释放电流的电阻或二极管，在本电路中就不能增加续流二级管，否则外部线束上的12V电源就通过负载和续流二极管输送到ECU板上的12V电源系统，致使钥匙关断也无法切断电源。
参见图7，发动机的转速信号为电磁感应型传感器，因此它的信号送给CPU之前必须进行波形，将副度不停变化的正弦波整形成占空比50％左右的方波信号，CPU的eTPU才会准确地捕捉到发动的旋转角度位置，整形电路采用MAXIM的曲轴转速传感器信号专用芯片MAX9924。
参见图8，MAX9924的第4脚(BIAS)接地，选择芯片内部的2.5V基准电压源，为差分的传感器信号输入端提供2.5V的偏置电压，第6脚和第9脚接地，选择芯片的A2模式：过零比较，自适应峰值阀值调节，保证了输出的方波与输入的正弦波角度的一致性。
参见图9，由于柴油机的高压油嘴需要45V左右的高压瞬时(100微秒)电流达到20A左右才能开启，所有必须将蓄电池提供的12V电压升压到45V，还要有足够的驱动功率，输送给喷射单元电路以驱动喷油嘴。高压升压电路采用national的BOOST-PWM专用芯片LM3478，它的工作电压范围：2.97V-40V，输出PWM的频率从100KHz-1MHz，具有内部软启动，最大能输出1A的COMS驱动电流；功率管采用FDD3672，它最高承受电压100V，额定电流44A，脉冲电流在100微秒时达到180A，10微秒时高达250A，R416采用10mΩ，U405(LM3478)的第1脚ISEN的电流保护阀值为350mV，当输出的电流超过35A时，R416的上端电压就会超过350mV，芯片内部的保护比较电路就会动作，关断第6脚的输出，使T407关断，就是外部短路也不会超出CMOS管的额定电流44A，确保不会损坏电路。T408控制升压单元电路是否工作，以节约整个ECU的功率，降低ECU的温度，当SHDN端输入为低电平时，T408处理关断状态，它的第3脚完全释放，U405的第7脚通过电阻R414、R413接到12V电源上，使LM3478进入低功耗待机状态，输出全部关断，当SHDN端输入高电平时，T408导通，第3脚将R414和R413的连接端接到地线上，LM3478的第7脚通过R414接地，它就退出待机状态，开始正常的控制输出。
参见图10，高压油嘴的驱动特性是这样的，先给油嘴二端加45V左右的开启高压，维持大约100微秒的时间，再将高压关断，切换到12V低压来维持大约450微秒，以后再用12V的60％占空比的PWM信号来继续维持。
参见图11，HV-C为高压开启控制信号，LV-C为低压维持和PWM维持控制信号，这二个信号一起控制喷油嘴的上半端电压，二极管D403、D404防止T401、T402二个COMS管交替开启和关闭时电压反串，如T401开启，T402关闭时，45V高压就会经T401、D403输出到D403负极所连接的连线上，如果没有D404，45V电压就会经T402的内部二极管加到12V的电源上，使12V电源电压升高而损坏其它器件。45V的高压和12V的维护电压是4个油嘴的公共端电压，INJ-C1到INJ-C4控制单个油嘴的另一端的驱动CMOS管，当在某个控制端加12V电压时，相连接就的CMOS管就会导通，将喷油器的这端通过电流取样电阻R409接地，油嘴就会从开启到维持完成整个喷射过程。
R409对喷射电流进行取样，U406将取样的信号进行放大，从第1脚输出电压信号给CPU进行AD转换，以判断喷射电路是否正常。
Claims (9)
1.一种柴油机EMS系统的ECU装置，其特征在于，包括CPU电路、电源电路、模拟量输入电路、数字量输入电路、频率信号输入电路、PWM输出电路、高压升压电路和油嘴喷射驱动电路，所述的模拟量输入电路、数字量输入电路、频率信号输入电路、PWM输出电路、高压升压电路、油嘴喷射驱动电路分别与CPU电路通信连接，所述的电源电路分别连接CPU电路、模拟量输入电路、数字量输入电路、频率信号输入电路、PWM输出电路、高压升压电路和油嘴喷射驱动电路。
2.根据权利要求1所述的一种柴油机EMS系统的ECU装置，其特征在于，所述的CPU电路采用MPC5554处理器。
3.根据权利要求1所述的一种柴油机EMS系统的ECU装置，其特征在于，所述的电源电路采用TLE7368芯片。
4.根据权利要求1所述的一种柴油机EMS系统的ECU装置，其特征在于，所述的模拟量输入电路包括电压型输入处理电路和电阻型输入处理电路，所述的电压型输入处理电路和电阻型输入处理电路分别连接至CPU电路。
5.根据权利要求4所述的一种柴油机EMS系统的ECU装置，其特征在于，所述的电压型输入处理电路包括二极管D1、D2，电阻R1、R2和电容C1，所述的二极管D1的负极连接电源，D1的正极连接至D2的负极和电阻R2的一端，R1并联于D2的两端，R2的另一端连接至电容C1的一端，D2的正极和C1的另一端接地。
6.根据权利要求4所述的一种柴油机EMS系统的ECU装置，其特征在于，所述的电阻型输入处理电路包括二极管D3、D4，电阻R3、R4和电容C2，所述的二极管D3的负极连接电源，D3的正极连接至D4的负极和电阻R4的一端，R3并联于D3的两端，R4的另一端连接至电容C2的一端，D4的正极和C2的另一端接地。
7.根据权利要求1所述的一种柴油机EMS系统的ECU装置，其特征在于，所述的数字量输入电路采用TLE6244X芯片。
8.根据权利要求1所述的一种柴油机EMS系统的ECU装置，其特征在于，所述的频率信号输入电路采用MAX9924芯片。
9.根据权利要求1所述的一种柴油机EMS系统的ECU装置，其特征在于，所述的高压升压电路采用LM3478芯片。
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| CN105545513A (zh) * | 2016-02-05 | 2016-05-04 | 天津大学 | 基于mpc5554嵌入式的共轨柴油机电控系统及方法 |
| CN112631363A (zh) * | 2020-12-18 | 2021-04-09 | 潍柴动力股份有限公司 | 一种向ecu外设供电的供电电路及供电方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: CHANGSHA JIALI AUTOMOBILE CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: HUNAN PETECO POWER TECHNOLOGY CO., LTD. Effective date: 20121113 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 410000 CHANGSHA, HUNAN PROVINCE TO: 410100 CHANGSHA, HUNAN PROVINCE |
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20121113 Address after: Li Xiang Road 410100 Hunan province Changsha economic and Technological Development Zone No. 15 Changsha Jiali Automobile Co Ltd Patentee after: Changsha Jaly Motors Co., Ltd. Address before: Yuelu District City, Hunan province 410000 Changsha national hi tech Industrial Development Zone No. 186 Gu Yuan Lu, Hunan University science and Technology Park Patentee before: Hunan Peteco Power Technology Co., Ltd. |
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| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: CHANGFENG GROUP CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: CHANGSHA JIALI AUTOMOBILE CO., LTD. Effective date: 20140606 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20140606 Address after: 410100 Hunan province Changsha City Economic and Technological Development Zone Li Xiang Road No. 15 Patentee after: Changfeng Group Co., Ltd. Address before: Li Xiang Road 410100 Hunan province Changsha economic and Technological Development Zone No. 15 Changsha Jiali Automobile Co Ltd Patentee before: Changsha Jaly Motors Co., Ltd. |
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| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20120509 |
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| CX01 | Expiry of patent term |