发动机控制与管理接口


   

 概述

自1884年获得专利以来,四冲程内燃机的机械设计基础原理基本没变,而汽车发动机电子系统却取得了显著进展。现代电子控制系统用以满足法定强制的尾气排放标准,保证具有竞争力的燃油经济性、满足客户质量预期水平,支持“舒适驾乘”理念。

满足性能、效率和环境因素要求的发动机管理解决方案,在很大程度上依赖于模拟接口电路传输嵌入式芯片的命令。当今汽车以及其他内燃机应用需要先进的控制解决方案。

作为这些解决方案中的强大工具,微控制器需要支持器件连接苛刻环境下工作的发动机,及其机电传感器、电磁阀、继电器、线圈、电机、执行器及其他电源管理器件等组件。飞思卡尔SMARTMOS™技术的优势在于可为发动机组件提供所需的MCU接口,用以显示状态并控制大量系统组件,实现提高性能、效率和减排的目的。

下面的发动机管理框图以简化的形式说明发动机控制解决方案的复杂性。实际解决方案包括多种传感器、开关和需要监控的“负载”,复杂程度依发动机尺寸 (气缸数量等…) 和制造商的特定要求以及具体国家的法律而定。本文将以模拟、混合信号和电源器件介绍最新的一代SMARTMOS 处理技术。

Gasoline and Diesel Engine Managment Signal Monitoring and Conditioning Barometric Absolute Pressure (BAP) COM ICs Power Management IC Safety Micro Injector Drivers Injector Pre Drivers H-Bridge Drivers Output Drivers Main MCU

在块上方滚动鼠标可了解更多信息。

主要优点

动力总成控制器框图 (上图) 显示的新产品为设计人员管理如此复杂的控制器功能提供了必要的灵活性。

  • 负载与器件电压和电流要求
  • 诊断和监控系统评估、报告与维护
  • 集成尽可能少量的/小型电路组件的功能
  • 便于通过SPI通信和并行I/O接口与飞思卡尔MCU连接
  • 智能整合用于发动机控制的性能和功能
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设计挑战

MCU:

这些新功能往往需要准确测量时间和极为精细的机电控制,广泛采用先进的设计方法和工具。其中包括自动编码、自动校准、基于模型控制、通用操作系统、DSP运算和浮点运算。每种技术都需要高性能微控制器 (MCU) 提供支持。

发动机控制应用涉及时间和角度两个域。例如,在时域计算供油量,而角域计算点火时间。过去供油系统采用简单的汽化器,现在已采用单点喷射 (CPI)、多点喷射 (MPI) 和汽油直喷 (GDI) 等系统进行控制。每种方法都要比汽化器供油更加准确,但也需要更加精密的控制系统和更先进的电子器件。相应点火系统也取得了进步,从简单的汽化器到线圈式火花塞 (COP) 直至双点火系统,这需要发动机提供测量额定电流和故障检测的精确反馈信息。一般曲轴齿部每转动6度,向燃油和点火系统传送一次发动机位置信息。根据每个齿尖更新供油和点火脉冲,可使系统恰好在曲轴转到顶点的位置点火。CAM信号正在成为一种相当先进的技术,在曲轴磨损的情况下,CAM信号可以延长汽车行驶里程。

自动编码生成器可供工程师快速轻松地设计更加复杂的算法。这样,开发人员可将更加先进的数学函数和浮点运算应用于新设计。无论发动机位置、供油、点火管理、丢火控制、防爆震还是大量其他子系统中的某一系统,控制策略在时域处理和角域供油方面,显然需要借助发动机控制器的强大功能。

模拟器件:

发动机控制管理需要经济高效、结构紧凑,能够适应汽车/发动机苛刻工作环境要求的解决方案。系统可靠性和故障检测、报告是目前汽车急需的功能。电池反装、负载倾注、电感负载突变、过流、过压和过热等问题,需采用专门用于汽车环境的器件来解决。

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解决方案

MCU:

飞思卡尔MCU早在90年代初期首度为乘用车推出的发动机电子控制单元 (ECU) 的核心器件。 此后,飞思卡尔一直引领发动机控制应用MCU系列产品的发展。

基于Power Architecture™技术的MPC5500系列32位MCU,专门帮助我们的客户满足日益严格的排放标准、提高燃油效率、改善汽车整体驾乘体验。

MPC5500系列的特点

  • 132 MHz CPU
  • 3 MB 闪存
  • 128KB SRAM
  • DSP、SIMD和浮点运算功能
  • 存储器管理单元 (MMU)
  • 数据与指令缓存
  • 先进的分支预测表
  • 最多支持两个配有专用SRAM存储器的增强型定时器处理单元(eTPUs)
  • 最多支持四个 CAN 模块
MPC5500 MCU在系列成员内部软件代码兼容和硬件兼容,优于我们获奖的MPC500系列现有二进制用户模式代码。MPC5500系列支持真正5V模-数转换,不需要外部电平转换器或内部过取样电路,可以最大限度重用原有ASICS和传感器。

从50cc摩托车发动机到最先进的V12 GDI,飞思卡尔动力总成解决方案可以帮助我们的客户实现最佳发动机控制,减少尾气排放,提高燃油效率。

MPC56xx系列32位微控制器采用Power Architecture技术,专门用于发动机管理应用。MPC56xx和MPC55xx系列可使汽车设计人员显著受益:

  • 软件和硬件从低端到高端兼容
  • 不同内核版本和产品功能具有扩展能力
  • 融入高密度、浮栅技术采用的闪存经验
  • 无以伦比的效率—并行处理结合先进的外设利用Power Architecture工具和软件生态系统
  • 专门满足当前及今后的排放标准

MPC56xx系列的特点

  • Power Architecture 200z3、z4d和z7内核频率高达264 MHz
    • 单核或双核器件
    • 可变长度编码 (VLE)
  • 配有ECC功能的6 MB闪存
  • 配有ECC功能的384KB数据RAM
  • 嵌入FlexRay控制器
  • 配有30K SRAM功能的64通道eTPU2s
  • 减低采样频率的过滤器
  • 从LQFP (四边扁平封装) 到球门阵列 (BGA) 封装可选

模拟器件:

33800和33810等器件具有处理负载电流和电压的“功率激励”接口。33811和33975开关监控器器件提供系统输入信息以及负载状态/功能 (如喷油)。油门位置等需要控制的发动机元件可采用33899和 33926 H桥式驱动器轻松地进行管理。本文讨论的产品表明AMPD器件相当丰富,如功率激励、低边驱动器、高边驱动器、开关监控器和H桥以及步进电机驱动器等。这些产品具有广泛的功能性和灵活性,专门满足汽车/发动机应用的需求。

Engine Control made Simple
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 Engine Control and Management Interfaces Documentation                                                       
 

Documentation

  Brochures
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MAPSPWTRNSPMOCRD 
Powertrain and Transmission  
FREESCALE   pdf   100   1   12/17/2008   -  

  Selector Guides
ID and Description Vendor ID Format Size K Rev # Date Last Modified Download Code Files
SG1002
Analog and Mixed Signal Selector Guide, SG1002  
FREESCALE   pdf   466   0   9/29/2008   -  
SG187
Automotive Product Selector Guide  
FREESCALE   pdf   982   33   9/29/2008   -  



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