3 控制系统的硬件设计 3.1 汽车电子控制系统的硬件设计框架 传感器电路 数字核心：微处理器电路 执行器驱动电路 电源电路 通讯电路 数据总线v根据控制系统的要求，确定传感器和执行器的数 量和规格； v根据控制系统控制算法和实时性的要求，确定微 处理器的类型和型号； v根据上述两个步骤，将传感器、微处理器和执行 器代入硬件设计系统的框架中； v原理图的细化：确定设计功能细节；数字和模拟 信号处理；驱动电路的仿真分析； v原理图的电磁兼容性：审核并修改设计细节； v根据原理图设计布线图：考虑振动、散热、可靠 性、电磁兼容性、成本、安装、调试、版本升级 和兼容(1) 硬件设计基本步骤(2) ECU的设计效果(3) ECU的硬件设计框架压力传感器 MPX4100A爆震传感器 MMAS40G燃油压力 传感器机油压力 传感器双压力放大器发动机转速发动机温度环境温度氧传感器节气门位置空气流量传感器输入信 号调制MC33072 MC33074 MC33079 MC33184输入捕捉 RESET MC68HC11 8位单片机系列 MC68HC11Ax MC68HC11Dx MC68HC11E/F/KxMC68HC12 16位单片机系列 MC68HC812A4 MC68HC912B32MC68HC16 16位单片机系列 MC68HC16S2/X1 MC68HC16Y1A/V1 MC68HC16ZxMC68000系列 MC68331/332/F333/334 /336/375/376PowerPC系列外围器件 MC145040 11路A/D 输入 MC144110 D/A 6 路输出 MC140501 8路10位A/D输入模拟量输入模拟量输出SPIMC3425 MC34064MCU 复位控制蓄电池 反接保护 1N4005电压调节器MC33092 MC33267 MC33269瞬态保护 MR2520L，MR2532L MR2535L，1N6278A+12V喷油器驱动 功率器件 (NLD/P,MTD/P系列) 智能功率器件 智能分离器件 专用模拟电路 标准MOS单元喷油器1喷油器2喷油器3喷油器4步进电机驱动 MC33192SCI步进电机数据总线 驱动器数据总线瞬态保护 ISMA30AT3点火线圈驱动 MC3324 功率器件 (MGP/B,MJH系列) IGBT系列 智能分离器件 专用模拟电路点火线圈1点火线圈3点火线圈2点火线圈4感性负载 驱动器 MC3392 MC3399ERG阀怠速控制阀(4) 汽油机的ECU框架3.2 电磁兼容性分析与设计 电磁兼容性基本概念 电控单元干扰源、耦合通道和 敏感设备分析 电控单元电磁兼容性设计(1) 电磁兼容性基本概念 电磁兼容是一种能力，它在其电磁环境 中能完成它的功能，而不至于在其环境 中产生不能容忍的干扰国际电工委 考查电磁兼容性的三要素：电磁干扰源 、耦合通道和敏感设备 提高EMC的方法：抑制这三个要素(2)汽车系统内干扰源 及耦合通道 带有控制开关的电感性电气设备干扰（ 辐射和传导） 无线电发射设备干扰（辐射） 脉冲数字电路和开关电路干扰（辐射和 传导） 旋转设备干扰（辐射） 静电放电干扰（辐射和传导）(3)汽车系统外干 扰源及耦合通道1.无线电设施的射频干扰（辐射）2.交通设施干扰（辐射）3.其它自然干扰源（辐射）(4)ECU内部干扰源 及耦合通道分析1.电磁阀驱动电路噪声（辐射和传导）2.高频信号线上噪声（传导）3.电控单元的接插件引入噪声（传导）4.电源噪声（传导）5.电控单元内部的高频电路噪声（辐射 ）电控单元敏感设备 模拟信号通道 数字集成电路 印刷电路板与元器件引脚3.2.2 电磁兼容性分析与设计 包括下述两个方面： 电路原理的电磁兼容性设计 印刷电路板的电磁兼容性设计(1)电路原理分析与设计 接插件引脚去耦电容 v 两个考虑： 一、虑除高频干扰； 二、保证数字信号电平变化速度 v 按输入信号中工作频率最高的转速信号来 选取去耦电容：发动机3000rpm时转速信号频 率是18KHz，选定去耦电容在这个频率下的对 地容抗为1K欧姆，由容抗公式Xc1/2fC ，可得容值约0.01F (2)电控单元电磁兼容性设计 （电路原理） 电源和地线电路（示例）(3)电控单元电磁兼容性设计 （电路原理） 数字电路 v数字集成电路供电电源使用去耦电容。容 值计算：去耦电容要为电源电流的变化提 供电荷，以维持电压稳定，所以有: CI*Tr/V v同时应保证电容的谐振频率f1/(2LC) 足够大。 v数字输入端采用RC滤波，同时采用上拉电 阻提高高电平的噪声容限 (4)电控单元电磁兼容性设计 （电路原理）逻 辑 电 路上 升 时 间 Tr(nS) GaAS0.1 ECL0.75 74F3 74AS3 74AC4 74ALS6 74LS8 74HCT8 74HC18(5)平行线的交叉干扰ATr TBTd2 TdCTrDTd Tr 时信号线间交叉产生交叉干扰的信号线交叉干扰信号线等效电路(4)噪声通过电源和地引入集成电路I1I2I2I1+BA(6)电控单元电磁兼容性设计 （电路原理） 模拟电路模拟信号的滤波采用RC有源滤波，以 实现无损滤波，同时提高滤波网络的品 质因子。(7)电磁兼容性分析与设计 电控单元电磁兼容性设计（印刷电路板）