专利名称：发动机电子控制单元的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及发动机电子控制单元。
背景技术：
目前的发动机的控制系统通常使用电子控制单元。该电子控制单元(EOT)通常包括作为主控芯片的单片机和其他模拟和/或数字电路。发动机ECU的工作环境非常复杂， 存在许多不确定的干扰源。这些干扰可能窜入E⑶(尤其是其中的单片机)，严重影响E⑶ 的工作可靠性，从而影响车辆的正常工作，甚至引发车辆安全故障。因此作为电控发动机神经中枢的电子控制系统，需要具有较高的可靠性和抗电磁干扰性，以降低各种干扰造成的影响。从干扰的形式上分析，干扰窜入ECU(尤其是其中的单片机)的渠道主要有两条。 一是空间场干扰，即通过电磁波感应窜入发动机的控制系统；二是过程通道干扰，即经过与干扰源连接的线路引入的干扰。后一种干扰是直接的，也是影响最大的，其可能严重影响单片机控制系统的可靠正常运行。
发明内容考虑到上述问题，本实用新型的主要目的是通过模块化设计以及在模块之间设置隔离保护装置，实现干扰源和主控模块的隔离，从而提高发动机电子控制单元(特别是其主控芯片)抗外部干扰的能力。这样可以避免电磁干扰窜入电子控制单元而导致执行器的误动作，从而调高车辆安全系数。根据本实用新型的第一方面，提供了一种发动机电子控制单元ECU，该ECU可以包括主控模块，用于接收传感器采集的信号，并输出控制信号；传感器信号采集模块，用于采集传感器的信号并提供给主控模块；执行器驱动模块，用于根据从主控模块接收的控制信号来驱动执行器；电源模块，用于分别给主控模块、传感器信号采集模块和执行器驱动模块供电。其中，电源模块与各个模块之间分别配置DC/DC隔离装置；所述主控模块与执行器驱动模块之间以及与所述传感器信号采集模块之间分别配置了信号隔离装置。根据本实用新型的一个实施例，所述DC/DC隔离装置采用电容隔离或磁隔离。根据本实用新型的另一个实施例，所述信号隔离装置包括下述中的至少一种光电隔离装置、电容隔离装置、磁隔离装置。根据本实用新型的另一个实施例，主控模块、传感器信号采集模块、执行器驱动模块、电源模块分别布置在PCB板上的不同区域。根据本实用新型的另一个实施例，所述E⑶还包括金属外壳。
通过对结合附图所示出的实施例进行详细说明，本实用新型的上述以及其他特征将更加明显，本实用新型附图中相同的标号表示相同或相似的部件。在附图中，[0011]图1示出了根据本实用新型的一个实施例的发动机电子控制单元的框图。图2示出了一个基于电容的电磁全隔离直流电源传输电路的框图。图3示出了根据本实用新型的另一个实施例的发动机电子控制单元的框图。
具体实施方式
图1示出了根据本实用新型的一个实施例的发动机电子控制单元ECU 100。如图所示，发动机电子控制单元ECU 100包括主控模块110、传感器信号采集模块120、执行器驱动模块130以及电源模块140。主控模块110用于接收传感器采集的信号，执行控制算法，并且输出控制信号。主控模块110通常包括作为主控芯片的单片机及其外围处理电路。电子控制单元控制的对象较多，并且需要较高的控制精度，因此所用的单片机通常需要具备高速计算处理能力，并且优选地具有大容量的存储空间。适用于作为发动机电子控制单元的主控芯片的单片机例如可以是16位、32位单片机，或者是其他适用的控制芯片。单片机的外围处理电路例如包括时钟电路。单片机的相应管脚(例如XTAL和 EXTAL端)可以外接一个晶振，以向单片机提供合适的时钟。如果单片机本身不具有足够的存储容量，则单片机外围处理电路还可以包括外部存储器。应该理解，可以利用现有的或以后开发的任何适用于发动机电子控制单元的单片机及其外围处理电路来实现本实用新型的电子控制单元中的主控模块。与现有技术不同的是，本实用新型的实施例中，单片机及其外围处理电路被设计为单独的模块(即，主控模块)，并且该主控模块通过隔离保护装置与其他电路耦合，而不是直接耦合。这样，可以避免外部干扰窜入单片机。传感器信号采集模块120用于采集传感器的信号并提供给主控模块110。该传感器信号采集模块120的输入端与车辆中的各种传感器相耦合，以便采集传感器的信号。所述传感器例如包括车速传感器、加速度传感器、油位传感器、进气温度传感器、发动机暴震与氧传感器等等。有时，传感器信号采集模块120也向特定的传感器提供反馈控制信号。这些传感器的耦合取决于电子控制单元需要采集的因素，应该理解，在不同车辆中，可以耦合不同的传感器。所述传感器信号采集模块120的输出端与主控模块110相耦合，以向主控模块110 提供所采集的传感器的信号。通常，大部分传感器需要上拉电压，给传感器提供电源。由于传感器布置在的环境通常比较复杂，容易受到外界干扰源的干扰，所以传感器连接到的地通常波动较大。在现有技术中，传感器采集电路从传感器采集信号然后通过导线连接到作为单片机的输入端。这样，在传感器和单片机的输入端之间存在相连的电通路，因此传感器处的干扰容易通过该电通路窜入单片机。在本实用新型的实施例中，如图1所示，主控模块110与传感器信号采集模块120 通过信号隔离装置相耦合。取决于主控模块Iio与传感器信号采集模块120之间传递的信号，该信号隔离装置包括数字信号隔离装置、模拟信号隔离装置或其组合。信号隔离装置切断了传感器和单片机之间的电通路，因此可以避免传感器处的干扰窜入单片机。上述信号隔离装置可以采用光电隔离装置、电容隔离装置以及/或者磁隔离装置，以避免隔离装置两端的信号相互干扰。例如，主控模块110与传感器信号采集模块120的信号隔离装置可以采用基于光电隔离技术的光电隔离器(optoelectronic isolator，英文缩写为0C)，其亦称光电耦合器，简称光耦。光耦合器以光为媒介传输电信号。它对输入、输出电信号有良好的隔离作用。 光耦合器一般由三部分组成光的发射、光的接收及信号放大。输入的电信号驱动发光二极管(LED)，使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。这样完成了电-光-电的转换，从而起到输入和输出之间隔离的作用。在本实用新型的实施例中，可以使用各种已经商用的或未来开发的光电隔离器来作为主控模块110与传感器信号采集模块120的信号隔离装置。在另一个实施例中，主控模块110与传感器信号采集模块120的信号隔离装置可以采用基于iCoupler磁隔离技术的磁隔离器，亦称为磁耦。采用磁耦的优点在于能够将发送和接收通道集成在同一个封装中。并且由于iCoupler磁隔离变压器本身是双向的，因此可以采用多种收发通道配置来提供多通道隔离器。这特别适合主控芯片110与传感器信号采集模块120之间存在双向通信的情况。在本实用新型的实施例中，可以使用各种已经商用的或未来开发的磁耦来作为主控模块110与传感器信号采集模块120的信号隔离装置。在另一个实施例中，主控模块110与传感器信号采集模块120的信号隔离装置可以采用电容式隔离器。电容式隔离器的原理在于使用电容器耦合数据信号通过隔离势垒。 其原理已经为本领域技术人员熟知。在此不在进行详细描述。取决于主控模块110与传感器信号采集模块120之间传递信号的需要，该信号隔离装置可以相应地采用数字型或模拟型光电隔离装置、电容隔离装置以及/或者磁隔离装置。执行器驱动模块130用于根据从主控模块接收的控制信号来驱动执行器。所述执行器驱动模块130的输入端与主控模块110相耦合，从主控模块110接收控制信号。执行器驱动模块130的输出端与车辆中的各种执行器相连接，向它们提供驱动信号或驱动控制信号。所述执行器例如包括车辆中的喷油控制装置、点火控制装置、发动机转速控制器、尿素泵、尿素喷嘴控制装置等等。这些执行器的连接取决于电子控制单元需要控制的对象，应该理解，在不同车辆中，可以耦合不同的执行器。通常，执行器需要较大的驱动电流来工作，因此需要连接到电源以汲取电流。由于执行器布置在的环境通常比较复杂，容易受到外界干扰源的干扰，所以执行器连接到的地通常波动较大。在现有技术中，单片机通过导线输出控制信号给驱动电路，以驱动各种执行器。这样，在单片机的输出端与各种执行器之间存在相连的电通路。通常执行器处的工作电流远大于单片机的工作电流，因此执行器处的电流波动可能传导进单片机而成为其干扰源。另外，执行器处的环境干扰也可能通过相连的电通路窜入单片机。这种干扰有可能造成单片机的误操作。在本实用新型的实施例中，如图1所示，主控模块110与执行器驱动模块130通过信号隔离装置相耦合。取决于主控模块Iio与执行器驱动模块130之间传递的信号，该信号隔离装置包括数字信号隔离装置、模拟信号隔离装置或其组合。信号隔离装置切断了执行器和单片机之间的电通路，因此可以避免执行器处的电流波动或其他环境干扰窜入单片机，并且也避免了单片机输出的小电流控制信号与外部大电流信号(例如驱动信号)的相互干扰。与主控模块110与传感器信号采集模块120的信号隔离装置类似，主控模块110 与执行器驱动模块130之间的信号隔离装置也可以采用各种隔离技术，例如包括光电隔离装置、电容隔离装置以及/或者磁隔离装置。例如，光耦因为其信号单向传输，输入端与输出端完全实现了电气隔离，输出信号对输入端无影响，所以特别适用于作为主控模块110 与执行器驱动模块130之间的信号隔离装置，避免单片机输出的小电流控制信号与大电流信号(例如驱动信号)的相互干扰。电源模块140用于给其他模块供电。主控模块110、传感器信号采集模块120、执行器驱动模块130都可能需要电源供电，但是其需要的电源电压通常不相同。另外，车辆中的其他部件(例如传感器、执行器等等)也需要供电，并且也可能有不同的电压要求。例如，主控模块110中的单片机通常需要3. 3V或5v的电压，传感器信号采集模块120以及相关的传感器可能需要5V或3. 3V的电压，执行器驱动模块130或不同的执行器可能要求5V、12V 或48V的电压，等等。这些模块或部件所需的工作电压可以由同一主电源经过不同的DC/DC 变化来实现。如果在车辆中存在不止一个电源供应(例如在新能源车辆中，可能存在2个或更多的主电源)，则这些模块或部件可以连接到不同的主电源。在现有技术中，单片机的供电电路与其他电路的供电电路是相通的。因此，其他电路的电流波动会窜入单片机成为干扰。另外，通过相通的电源通路，外部(相对于单片机而言)干扰也可能窜入单片机。在本实用新型的实施例中，如图1所示，主控模块110、传感器信号采集模块120、 执行器驱动模块130都与电源模块140相耦合。并且，主控模块110与电源模块140通过 DC/DC隔离装置相耦合。该DC/DC隔离装置隔开了单片机的供电子模块的地和电源模块140 的地，因此可以避免耦合到电源模块140的其他子模块的电流波动对单片机的供电影响， 也可以避免其他环境干扰窜入单片机。优选地，电源模块140给主控模块110供电，给执行器驱动模块供电130供电、给传感器信号采集模块120供电，分别采取DC/DC隔离保护实现隔离(为了简便起见，仅示出了电源模块140与主控模块110之间的DC/DC隔离装置)，避免相互干扰。所述DC/DC隔离保护例如可以通过电容隔离或者磁隔离来实现。例如，图1 中的DC/DC隔离装置可以实现为图2所示的基于电容的电磁全隔离直流电源传输电路。其中图2的输入端与图1中的电源模块140相耦合，图2中的输出端与主控模块110相耦合。关于图2电路的更详细的内容可以参考http //www, eefocus. com/ article/09-03/4996315090326efffF. html。在图2中，A是MOS管的阵列，B是电容的阵列，C是光电耦合器的阵列，D是稳压电路，E是电压比较器，F是单片机。光电耦合器控制MOS管的导通与断开，从而控制电容的工作状态。而光电耦合器的控制信号来自单片机F。单片机F的触发信号来自稳压电路D 与电压比较器组成的判决电路。稳压电路D将输出电压稳定为固定值，分压后作为阈值电压Vth。电压比较器将输出电压Vout与阈值电压Vth比较，若Vout小于Vth，触发单片机 F。单片机F收到触发信号后，控制光电耦合器C的导通与断开，从而控制A(M0S管)的导通与断开，改变B (电容)的工作状态。此外，图1中的DC/DC隔离装置也可以通过包含隔离变压器的磁隔离装置来实现。例如，图1的电源模块及其DC/DC隔离装置的组合可以实现为专利CN200810088300. 4中公开的多路稳压隔离式数字DC/DC电源。图3示出了根据本实用新型的另一个实施例的发动机电子控制单元300。在图3 中具体示出了主控模块110与传感器信号采集模块120之间的信号隔离以及主控模块110 与执行器驱动模块130之间的信号隔离均包括模拟信号隔离和数字隔离。其他与图1中类似，在此不再赘述。根据本实用新型的实施例，在PCB布局阶段，发动机电子控制单元的各个模块将分别安放在PCB板上的不同区域，在模块与模块之间的通信接口处安放隔离保护装置。根据传递信号的需要，分别采取不同的隔离措施避免模块间的互相干扰。这样可以防止执行器驱动模块和传感器信号采集模块的外界干扰窜入单片机控制电路。根据本实用新型的实施例，不仅实现了主控模块与外部电路的隔离，避免了外部干扰窜入单片机影响其正常工作，而且实现了单片机输出的小电流控制信号与大电流信号 (例如驱动信号)的完全隔离，可以避免大电流信号干扰控制信号导致误动作。根据一个优选地实施例，本实用新型的发动机电子控制单元还包括金属外壳。主控模块、传感器信号采集模块、执行器驱动模块、电源模块都布置在该外壳内，或者至少主控模块布置在该外壳内。这样，可以屏蔽外界的电磁波窜入电子控制单元，尤其是单片机， 从而降低空间场的干扰。本实用新型的实施例的电子控制单元及各个模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现， 也可以由上述硬件电路和软件的结合实现。虽然以上结合具体实施例，对根据本实用新型的发动机电子控制单元进行了详细描述，但本实用新型并不限于此。本领域普通技术人员能够在说明书教导之下对本实用新型进行多种变换、替换和修改而不偏离本实用新型的精神和范围。应该理解，所有这样的变化、替换、修改仍然落入本实用新型的保护范围之内。本实用新型的保护范围由所附权利要求来限定。
权利要求1.一种发动机电子控制单元E⑶，其特征在于，包括 主控模块，用于接收传感器采集的信号，并输出控制信号，传感器信号采集模块，用于采集传感器的信号并提供给主控模块， 执行器驱动模块，用于根据从主控模块接收的控制信号来驱动执行器， 电源模块，用于分别给主控模块、传感器信号采集模块和执行器驱动模块供电， 其中，电源模块与各个模块之间分别配置DC/DC隔离装置；所述主控模块与执行器驱动模块之间以及与所述传感器信号采集模块之间分别配置了信号隔离装置。
2.根据权利要求1所述的ECU，其特征在于，所述DC/DC隔离装置采用电容隔离或磁隔1 O
3.根据权利要求1所述的E⑶，其特征在于，所述信号隔离装置包括下述中的至少一种光电隔离装置、电容隔离装置、磁隔离装置。
4.根据权利要求1所述的ECU，其特征在于，各个模块分别布置在PCB板上的不同区域。
5.根据权利要求1所述的E⑶，其特征在于，所述E⑶包括金属外壳。
专利摘要本实用新型的实施方式提供了一种发动机电子控制单元，该发动机电子控制单元可以包括主控模块，用于接收传感器采集的信号，并输出控制信号；传感器信号采集模块，用于采集传感器的信号并提供给主控模块；执行器驱动模块，用于根据从主控模块接收的控制信号来驱动执行器；电源模块，用于分别给主控模块、传感器信号采集模块和执行器驱动模块供电。其中，电源模块与各个模块之间分别配置DC/DC隔离装置；所述主控模块与执行器驱动模块之间以及与所述传感器信号采集模块之间分别配置了信号隔离装置。根据本实用新型的发动机电子控制单元通过模块化设计以及在模块之间设置隔离保护装置，实现了干扰源和主控模块的隔离，从而提高发动机电子控制单元抗外部干扰的能力。
文档编号G05B19/042GK202003183SQ20112003455
公开日2011年10月5日 申请日期2011年1月30日 优先权日2011年1月30日
发明者佟德辉, 刘颖帅, 孙少军, 徐文俊 申请人:潍柴动力股份有限公司