專利名稱：發(fā)動機電子控制單元的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及發(fā)動機電子控制單元。
背景技術：
目前的發(fā)動機的控制系統(tǒng)通常使用電子控制單元。該電子控制單元(EOT)通常包括作為主控芯片的單片機和其他模擬和/或數(shù)字電路。發(fā)動機ECU的工作環(huán)境非常復雜， 存在許多不確定的干擾源。這些干擾可能竄入E⑶(尤其是其中的單片機)，嚴重影響E⑶ 的工作可靠性，從而影響車輛的正常工作，甚至引發(fā)車輛安全故障。因此作為電控發(fā)動機神經(jīng)中樞的電子控制系統(tǒng)，需要具有較高的可靠性和抗電磁干擾性，以降低各種干擾造成的影響。從干擾的形式上分析，干擾竄入ECU(尤其是其中的單片機)的渠道主要有兩條。 一是空間場干擾，即通過電磁波感應竄入發(fā)動機的控制系統(tǒng)；二是過程通道干擾，即經(jīng)過與干擾源連接的線路引入的干擾。后一種干擾是直接的，也是影響最大的，其可能嚴重影響單片機控制系統(tǒng)的可靠正常運行。
發(fā)明內(nèi)容考慮到上述問題，本實用新型的主要目的是通過模塊化設計以及在模塊之間設置隔離保護裝置，實現(xiàn)干擾源和主控模塊的隔離，從而提高發(fā)動機電子控制單元(特別是其主控芯片)抗外部干擾的能力。這樣可以避免電磁干擾竄入電子控制單元而導致執(zhí)行器的誤動作，從而調(diào)高車輛安全系數(shù)。根據(jù)本實用新型的第一方面，提供了一種發(fā)動機電子控制單元ECU，該ECU可以包括主控模塊，用于接收傳感器采集的信號，并輸出控制信號；傳感器信號采集模塊，用于采集傳感器的信號并提供給主控模塊；執(zhí)行器驅(qū)動模塊，用于根據(jù)從主控模塊接收的控制信號來驅(qū)動執(zhí)行器；電源模塊，用于分別給主控模塊、傳感器信號采集模塊和執(zhí)行器驅(qū)動模塊供電。其中，電源模塊與各個模塊之間分別配置DC/DC隔離裝置；所述主控模塊與執(zhí)行器驅(qū)動模塊之間以及與所述傳感器信號采集模塊之間分別配置了信號隔離裝置。根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述DC/DC隔離裝置采用電容隔離或磁隔離。根據(jù)本實用新型的另一個實施例，所述信號隔離裝置包括下述中的至少一種光電隔離裝置、電容隔離裝置、磁隔離裝置。根據(jù)本實用新型的另一個實施例，主控模塊、傳感器信號采集模塊、執(zhí)行器驅(qū)動模塊、電源模塊分別布置在PCB板上的不同區(qū)域。根據(jù)本實用新型的另一個實施例，所述E⑶還包括金屬外殼。

通過對結合附圖所示出的實施例進行詳細說明，本實用新型的上述以及其他特征將更加明顯，本實用新型附圖中相同的標號表示相同或相似的部件。在附圖中，[0011]圖1示出了根據(jù)本實用新型的一個實施例的發(fā)動機電子控制單元的框圖。圖2示出了一個基于電容的電磁全隔離直流電源傳輸電路的框圖。圖3示出了根據(jù)本實用新型的另一個實施例的發(fā)動機電子控制單元的框圖。
具體實施方式
圖1示出了根據(jù)本實用新型的一個實施例的發(fā)動機電子控制單元ECU 100。如圖所示，發(fā)動機電子控制單元ECU 100包括主控模塊110、傳感器信號采集模塊120、執(zhí)行器驅(qū)動模塊130以及電源模塊140。主控模塊110用于接收傳感器采集的信號，執(zhí)行控制算法，并且輸出控制信號。主控模塊110通常包括作為主控芯片的單片機及其外圍處理電路。電子控制單元控制的對象較多，并且需要較高的控制精度，因此所用的單片機通常需要具備高速計算處理能力，并且優(yōu)選地具有大容量的存儲空間。適用于作為發(fā)動機電子控制單元的主控芯片的單片機例如可以是16位、32位單片機，或者是其他適用的控制芯片。單片機的外圍處理電路例如包括時鐘電路。單片機的相應管腳(例如XTAL和 EXTAL端)可以外接一個晶振，以向單片機提供合適的時鐘。如果單片機本身不具有足夠的存儲容量，則單片機外圍處理電路還可以包括外部存儲器。應該理解，可以利用現(xiàn)有的或以后開發(fā)的任何適用于發(fā)動機電子控制單元的單片機及其外圍處理電路來實現(xiàn)本實用新型的電子控制單元中的主控模塊。與現(xiàn)有技術不同的是，本實用新型的實施例中，單片機及其外圍處理電路被設計為單獨的模塊(即，主控模塊)，并且該主控模塊通過隔離保護裝置與其他電路耦合，而不是直接耦合。這樣，可以避免外部干擾竄入單片機。傳感器信號采集模塊120用于采集傳感器的信號并提供給主控模塊110。該傳感器信號采集模塊120的輸入端與車輛中的各種傳感器相耦合，以便采集傳感器的信號。所述傳感器例如包括車速傳感器、加速度傳感器、油位傳感器、進氣溫度傳感器、發(fā)動機暴震與氧傳感器等等。有時，傳感器信號采集模塊120也向特定的傳感器提供反饋控制信號。這些傳感器的耦合取決于電子控制單元需要采集的因素，應該理解，在不同車輛中，可以耦合不同的傳感器。所述傳感器信號采集模塊120的輸出端與主控模塊110相耦合，以向主控模塊110 提供所采集的傳感器的信號。通常，大部分傳感器需要上拉電壓，給傳感器提供電源。由于傳感器布置在的環(huán)境通常比較復雜，容易受到外界干擾源的干擾，所以傳感器連接到的地通常波動較大。在現(xiàn)有技術中，傳感器采集電路從傳感器采集信號然后通過導線連接到作為單片機的輸入端。這樣，在傳感器和單片機的輸入端之間存在相連的電通路，因此傳感器處的干擾容易通過該電通路竄入單片機。在本實用新型的實施例中，如圖1所示，主控模塊110與傳感器信號采集模塊120 通過信號隔離裝置相耦合。取決于主控模塊Iio與傳感器信號采集模塊120之間傳遞的信號，該信號隔離裝置包括數(shù)字信號隔離裝置、模擬信號隔離裝置或其組合。信號隔離裝置切斷了傳感器和單片機之間的電通路，因此可以避免傳感器處的干擾竄入單片機。上述信號隔離裝置可以采用光電隔離裝置、電容隔離裝置以及/或者磁隔離裝置，以避免隔離裝置兩端的信號相互干擾。例如，主控模塊110與傳感器信號采集模塊120的信號隔離裝置可以采用基于光電隔離技術的光電隔離器(optoelectronic isolator，英文縮寫為0C)，其亦稱光電耦合器，簡稱光耦。光耦合器以光為媒介傳輸電信號。它對輸入、輸出電信號有良好的隔離作用。 光耦合器一般由三部分組成光的發(fā)射、光的接收及信號放大。輸入的電信號驅(qū)動發(fā)光二極管(LED)，使之發(fā)出一定波長的光，被光探測器接收而產(chǎn)生光電流，再經(jīng)過進一步放大后輸出。這樣完成了電-光-電的轉(zhuǎn)換，從而起到輸入和輸出之間隔離的作用。在本實用新型的實施例中，可以使用各種已經(jīng)商用的或未來開發(fā)的光電隔離器來作為主控模塊110與傳感器信號采集模塊120的信號隔離裝置。在另一個實施例中，主控模塊110與傳感器信號采集模塊120的信號隔離裝置可以采用基于iCoupler磁隔離技術的磁隔離器，亦稱為磁耦。采用磁耦的優(yōu)點在于能夠?qū)l(fā)送和接收通道集成在同一個封裝中。并且由于iCoupler磁隔離變壓器本身是雙向的，因此可以采用多種收發(fā)通道配置來提供多通道隔離器。這特別適合主控芯片110與傳感器信號采集模塊120之間存在雙向通信的情況。在本實用新型的實施例中，可以使用各種已經(jīng)商用的或未來開發(fā)的磁耦來作為主控模塊110與傳感器信號采集模塊120的信號隔離裝置。在另一個實施例中，主控模塊110與傳感器信號采集模塊120的信號隔離裝置可以采用電容式隔離器。電容式隔離器的原理在于使用電容器耦合數(shù)據(jù)信號通過隔離勢壘。 其原理已經(jīng)為本領域技術人員熟知。在此不在進行詳細描述。取決于主控模塊110與傳感器信號采集模塊120之間傳遞信號的需要，該信號隔離裝置可以相應地采用數(shù)字型或模擬型光電隔離裝置、電容隔離裝置以及/或者磁隔離裝置。執(zhí)行器驅(qū)動模塊130用于根據(jù)從主控模塊接收的控制信號來驅(qū)動執(zhí)行器。所述執(zhí)行器驅(qū)動模塊130的輸入端與主控模塊110相耦合，從主控模塊110接收控制信號。執(zhí)行器驅(qū)動模塊130的輸出端與車輛中的各種執(zhí)行器相連接，向它們提供驅(qū)動信號或驅(qū)動控制信號。所述執(zhí)行器例如包括車輛中的噴油控制裝置、點火控制裝置、發(fā)動機轉(zhuǎn)速控制器、尿素泵、尿素噴嘴控制裝置等等。這些執(zhí)行器的連接取決于電子控制單元需要控制的對象，應該理解，在不同車輛中，可以耦合不同的執(zhí)行器。通常，執(zhí)行器需要較大的驅(qū)動電流來工作，因此需要連接到電源以汲取電流。由于執(zhí)行器布置在的環(huán)境通常比較復雜，容易受到外界干擾源的干擾，所以執(zhí)行器連接到的地通常波動較大。在現(xiàn)有技術中，單片機通過導線輸出控制信號給驅(qū)動電路，以驅(qū)動各種執(zhí)行器。這樣，在單片機的輸出端與各種執(zhí)行器之間存在相連的電通路。通常執(zhí)行器處的工作電流遠大于單片機的工作電流，因此執(zhí)行器處的電流波動可能傳導進單片機而成為其干擾源。另外，執(zhí)行器處的環(huán)境干擾也可能通過相連的電通路竄入單片機。這種干擾有可能造成單片機的誤操作。在本實用新型的實施例中，如圖1所示，主控模塊110與執(zhí)行器驅(qū)動模塊130通過信號隔離裝置相耦合。取決于主控模塊Iio與執(zhí)行器驅(qū)動模塊130之間傳遞的信號，該信號隔離裝置包括數(shù)字信號隔離裝置、模擬信號隔離裝置或其組合。信號隔離裝置切斷了執(zhí)行器和單片機之間的電通路，因此可以避免執(zhí)行器處的電流波動或其他環(huán)境干擾竄入單片機，并且也避免了單片機輸出的小電流控制信號與外部大電流信號(例如驅(qū)動信號)的相互干擾。與主控模塊110與傳感器信號采集模塊120的信號隔離裝置類似，主控模塊110 與執(zhí)行器驅(qū)動模塊130之間的信號隔離裝置也可以采用各種隔離技術，例如包括光電隔離裝置、電容隔離裝置以及/或者磁隔離裝置。例如，光耦因為其信號單向傳輸，輸入端與輸出端完全實現(xiàn)了電氣隔離，輸出信號對輸入端無影響，所以特別適用于作為主控模塊110 與執(zhí)行器驅(qū)動模塊130之間的信號隔離裝置，避免單片機輸出的小電流控制信號與大電流信號(例如驅(qū)動信號)的相互干擾。電源模塊140用于給其他模塊供電。主控模塊110、傳感器信號采集模塊120、執(zhí)行器驅(qū)動模塊130都可能需要電源供電，但是其需要的電源電壓通常不相同。另外，車輛中的其他部件(例如傳感器、執(zhí)行器等等)也需要供電，并且也可能有不同的電壓要求。例如，主控模塊110中的單片機通常需要3. 3V或5v的電壓，傳感器信號采集模塊120以及相關的傳感器可能需要5V或3. 3V的電壓，執(zhí)行器驅(qū)動模塊130或不同的執(zhí)行器可能要求5V、12V 或48V的電壓，等等。這些模塊或部件所需的工作電壓可以由同一主電源經(jīng)過不同的DC/DC 變化來實現(xiàn)。如果在車輛中存在不止一個電源供應(例如在新能源車輛中，可能存在2個或更多的主電源)，則這些模塊或部件可以連接到不同的主電源。在現(xiàn)有技術中，單片機的供電電路與其他電路的供電電路是相通的。因此，其他電路的電流波動會竄入單片機成為干擾。另外，通過相通的電源通路，外部(相對于單片機而言)干擾也可能竄入單片機。在本實用新型的實施例中，如圖1所示，主控模塊110、傳感器信號采集模塊120、 執(zhí)行器驅(qū)動模塊130都與電源模塊140相耦合。并且，主控模塊110與電源模塊140通過 DC/DC隔離裝置相耦合。該DC/DC隔離裝置隔開了單片機的供電子模塊的地和電源模塊140 的地，因此可以避免耦合到電源模塊140的其他子模塊的電流波動對單片機的供電影響， 也可以避免其他環(huán)境干擾竄入單片機。優(yōu)選地，電源模塊140給主控模塊110供電，給執(zhí)行器驅(qū)動模塊供電130供電、給傳感器信號采集模塊120供電，分別采取DC/DC隔離保護實現(xiàn)隔離(為了簡便起見，僅示出了電源模塊140與主控模塊110之間的DC/DC隔離裝置)，避免相互干擾。所述DC/DC隔離保護例如可以通過電容隔離或者磁隔離來實現(xiàn)。例如，圖1 中的DC/DC隔離裝置可以實現(xiàn)為圖2所示的基于電容的電磁全隔離直流電源傳輸電路。其中圖2的輸入端與圖1中的電源模塊140相耦合，圖2中的輸出端與主控模塊110相耦合。關于圖2電路的更詳細的內(nèi)容可以參考http //www, eefocus. com/ article/09-03/4996315090326efffF. html。在圖2中，A是MOS管的陣列，B是電容的陣列，C是光電耦合器的陣列，D是穩(wěn)壓電路，E是電壓比較器，F(xiàn)是單片機。光電耦合器控制MOS管的導通與斷開，從而控制電容的工作狀態(tài)。而光電耦合器的控制信號來自單片機F。單片機F的觸發(fā)信號來自穩(wěn)壓電路D 與電壓比較器組成的判決電路。穩(wěn)壓電路D將輸出電壓穩(wěn)定為固定值，分壓后作為閾值電壓Vth。電壓比較器將輸出電壓Vout與閾值電壓Vth比較，若Vout小于Vth，觸發(fā)單片機 F。單片機F收到觸發(fā)信號后，控制光電耦合器C的導通與斷開，從而控制A(M0S管)的導通與斷開，改變B (電容)的工作狀態(tài)。此外，圖1中的DC/DC隔離裝置也可以通過包含隔離變壓器的磁隔離裝置來實現(xiàn)。例如，圖1的電源模塊及其DC/DC隔離裝置的組合可以實現(xiàn)為專利CN200810088300. 4中公開的多路穩(wěn)壓隔離式數(shù)字DC/DC電源。圖3示出了根據(jù)本實用新型的另一個實施例的發(fā)動機電子控制單元300。在圖3 中具體示出了主控模塊110與傳感器信號采集模塊120之間的信號隔離以及主控模塊110 與執(zhí)行器驅(qū)動模塊130之間的信號隔離均包括模擬信號隔離和數(shù)字隔離。其他與圖1中類似，在此不再贅述。根據(jù)本實用新型的實施例，在PCB布局階段，發(fā)動機電子控制單元的各個模塊將分別安放在PCB板上的不同區(qū)域，在模塊與模塊之間的通信接口處安放隔離保護裝置。根據(jù)傳遞信號的需要，分別采取不同的隔離措施避免模塊間的互相干擾。這樣可以防止執(zhí)行器驅(qū)動模塊和傳感器信號采集模塊的外界干擾竄入單片機控制電路。根據(jù)本實用新型的實施例，不僅實現(xiàn)了主控模塊與外部電路的隔離，避免了外部干擾竄入單片機影響其正常工作，而且實現(xiàn)了單片機輸出的小電流控制信號與大電流信號 (例如驅(qū)動信號)的完全隔離，可以避免大電流信號干擾控制信號導致誤動作。根據(jù)一個優(yōu)選地實施例，本實用新型的發(fā)動機電子控制單元還包括金屬外殼。主控模塊、傳感器信號采集模塊、執(zhí)行器驅(qū)動模塊、電源模塊都布置在該外殼內(nèi)，或者至少主控模塊布置在該外殼內(nèi)。這樣，可以屏蔽外界的電磁波竄入電子控制單元，尤其是單片機， 從而降低空間場的干擾。本實用新型的實施例的電子控制單元及各個模塊可以由諸如超大規(guī)模集成電路或門陣列、諸如邏輯芯片、晶體管等的半導體、或者諸如現(xiàn)場可編程門陣列、可編程邏輯設備等的可編程硬件設備的硬件電路實現(xiàn)，也可以用由各種類型的處理器執(zhí)行的軟件實現(xiàn)， 也可以由上述硬件電路和軟件的結合實現(xiàn)。雖然以上結合具體實施例，對根據(jù)本實用新型的發(fā)動機電子控制單元進行了詳細描述，但本實用新型并不限于此。本領域普通技術人員能夠在說明書教導之下對本實用新型進行多種變換、替換和修改而不偏離本實用新型的精神和范圍。應該理解，所有這樣的變化、替換、修改仍然落入本實用新型的保護范圍之內(nèi)。本實用新型的保護范圍由所附權利要求來限定。
權利要求1.一種發(fā)動機電子控制單元E⑶，其特征在于，包括 主控模塊，用于接收傳感器采集的信號，并輸出控制信號，傳感器信號采集模塊，用于采集傳感器的信號并提供給主控模塊， 執(zhí)行器驅(qū)動模塊，用于根據(jù)從主控模塊接收的控制信號來驅(qū)動執(zhí)行器， 電源模塊，用于分別給主控模塊、傳感器信號采集模塊和執(zhí)行器驅(qū)動模塊供電， 其中，電源模塊與各個模塊之間分別配置DC/DC隔離裝置；所述主控模塊與執(zhí)行器驅(qū)動模塊之間以及與所述傳感器信號采集模塊之間分別配置了信號隔離裝置。
2.根據(jù)權利要求1所述的ECU，其特征在于，所述DC/DC隔離裝置采用電容隔離或磁隔1 O
3.根據(jù)權利要求1所述的E⑶，其特征在于，所述信號隔離裝置包括下述中的至少一種光電隔離裝置、電容隔離裝置、磁隔離裝置。
4.根據(jù)權利要求1所述的ECU，其特征在于，各個模塊分別布置在PCB板上的不同區(qū)域。
5.根據(jù)權利要求1所述的E⑶，其特征在于，所述E⑶包括金屬外殼。
專利摘要本實用新型的實施方式提供了一種發(fā)動機電子控制單元，該發(fā)動機電子控制單元可以包括主控模塊，用于接收傳感器采集的信號，并輸出控制信號；傳感器信號采集模塊，用于采集傳感器的信號并提供給主控模塊；執(zhí)行器驅(qū)動模塊，用于根據(jù)從主控模塊接收的控制信號來驅(qū)動執(zhí)行器；電源模塊，用于分別給主控模塊、傳感器信號采集模塊和執(zhí)行器驅(qū)動模塊供電。其中，電源模塊與各個模塊之間分別配置DC/DC隔離裝置；所述主控模塊與執(zhí)行器驅(qū)動模塊之間以及與所述傳感器信號采集模塊之間分別配置了信號隔離裝置。根據(jù)本實用新型的發(fā)動機電子控制單元通過模塊化設計以及在模塊之間設置隔離保護裝置，實現(xiàn)了干擾源和主控模塊的隔離，從而提高發(fā)動機電子控制單元抗外部干擾的能力。
文檔編號G05B19/042GK202003183SQ20112003455
公開日2011年10月5日 申請日期2011年1月30日 優(yōu)先權日2011年1月30日
發(fā)明者佟德輝, 劉穎帥, 孫少軍, 徐文俊 申請人:濰柴動力股份有限公司