汽车电脑电路的分析与检测

Motronic 1.5.4电脑是由上海大众汽车有限公司与德国博世（BOSCH）公司合作开发的新型电子燃油喷射系统，其形式为D型集中控制式，称为 Motronic（莫特朗尼克）系统，全称是闭路电子控制多点燃油顺序喷射系统，其点火系统与燃油喷射系统复合在一起。Motronic 1.5.4已广泛应用于长安、一汽夏利、桑塔纳2000GLi、世纪新秀、奇瑞QQ等车型。因此对Motronic 1.5.4电脑的故障分析具有普遍意义。 

1 Motronic 1.5.4电脑的CPU——B58468 

    B58468是BOSCH公司委托Siemens公司生产的8位微控制器。它具有Siemens公司80C537的典型内核，是Siemens公司8位单片机家族中的高端产品，基于工业标准8051结构，性能得到了大幅提高，外围元件也进行了大幅扩展，以适应更加广泛的应用要求，并且可以全面兼容 Siemens 8051/80C51系列微控器。其内部结构如图1所示。主要性能参数如下：256B片内随机存储器；256个直接寻址位；64KB可寻址程序和数据存储器；带有12路输入及可编程参考电压的 8位 A/D转换器；4个16位定时计数器；强大的比较/捕获单元（至多21个高速或者脉宽可调的输出通道、5个捕获输入）；外部乘除单元可进行快捷的乘、除、移位等操作；8个用于间接寻址的数据指针；9个端口（56条I／O线，12条输入线）；2个全双工串口，自带波特率信号发生器；4种优先级，14个中断向量等。 

    B58468并行端口中的Port7、Port8可输入模拟信号，也可输入数字信号。当输入模拟信号时，用于A/D转换，该转换器具有可变内部参考电压，在参考电压范围内的转换精度为8位。在12MHz时钟频率时，指令周期仅为13μｓ，Port7、Port8的数字输入脚在相邻脚进行Ａ/Ｄ转换时，状态不应跳变；否则影响转换精度。 

    80C537有两个全双工串口，串口0可工作在四种模式下：模式0（移位寄存器模式）、模式１（8位异步，可变波特率）、模式2（9位异步，固定波特率）、模式3（9位同步，可变波特率）。串口通常用作ECU同诊断设备通讯。

2 点火控制电路 

2.1 霍尔式传感器工作原理 

    霍尔效应原理如图2所示。当电流I通过放在磁场中的半导体基片（即霍尔元件）、且电流方向与磁场方向垂直时，在垂直于电流和磁场的半导体基片的横向侧面上将产生一个电压U_H(通常称之为霍尔电压)。霍尔电压的高低与通过的电流和磁感应强度成正比，可用下式表示： 

   
 

式中，R_H为霍尔系数；d为半导体基片厚度；I为电流；B为磁感应强度。 

    由上式可知，当通过的电流I为一定值时，霍尔电压UH随磁感应强度B的大小而变化。 

2.2 霍尔效应式点火信号发生器的工作原理 

    霍尔信号发生器正是利用霍尔现象来产生点火信号,其结构组成如图3(a)所示，其工作原理分别如图3(b)、(c)所示。 

    在与分火头制成一体的触发叶轮的四周，均匀分布着与发动机气缸数相同的缺口，当触发叶轮由分电器轴带着转动,转到触发叶轮的本体(没有缺口的地方)对着装有霍尔集成块的地方时(叶片在气隙内)，通过如图3(b)所示的霍尔集成块的磁路被触发叶轮短路时，霍尔集成块中没有磁场通过，不会产生霍尔电压；当触发叶轮转到其缺口对着如图3(c)所示的装有霍尔集成块的地方时(叶片不在气隙内)，永久磁铁所产生的磁场在导板的引导下，垂直穿过通电的霍尔集成块，于是在霍尔集成块的横向侧面产生一个霍尔电压U_H，但这个霍尔电压U_H是mA级，信号很微弱，还需要进行信号处理，这一任务由集成电路完成。这样霍尔元件产生的霍尔电压U_H信号，经过放大、脉冲整形，最后以整齐的矩形脉冲(方波)信号U_g输出，如图4所示。 

2.3 点火控制电路分析   

    Motronic 1.5.4电脑点火部分电路原理图如图5所示，其工作原理如下：来自电脑插脚PIN49、PIN48的霍尔信号送至30311的3脚，信号经30311整形并驱动后由30311的1脚输出送至CPU B58468的36脚，B58468根据此信号来判断准确的点火时刻，由62脚输出点火驱动信号到B58290的2脚(低电平驱动开关集成电路 B58290是BOSCH公司委托Infineon公司生产的智能型6通道低电平驱动开关)，B58290的第5、6通道驱动电流可以达到0.5A，并具有电源限制能力；第1～4通道驱动电流为50mA，能自动检测负载短路；所有输出端都具有钳位保护二极管, B58290的引脚功能定义如图6所示。 

    B58290进一步增加电流驱动能力、同时将信号倒相后，由B58290的23输出到点火模块30023（点火线圈驱动三极管）的1脚；30023的3脚通过插脚PINl控制外部的点火线圈进行点火。 

3 油泵继电器控制电路 

    其电路原理如图5所示。打开点火开关后，B58468的67脚输出低电平驱动信号，经B58290驱动后由22脚输出至PIN3使油泵吸合。 

4 故障实例分析与排除 

    一辆桑塔纳轿车采用Motronic 1.5.4燃油喷射系统，控制单元号为330 907 311A，故障现象为无法启动、没有喷油和高压电。 

    拆下该控制单元(ECU)，对其进行模拟测试以判断故障。将控制单元供电，即ECU的18脚、27脚、37脚供12V电压，2脚接搭铁。连接工作器件，将 1脚(原接点火线圈)、3脚(原接油泵继电器)、16脚、17脚、34脚、35脚（原接四个喷油器)分别串联330Ω电阻接至发光二极管负极端，发光二极管的正极端接12V电压，用来模拟测试喷油、点火、油泵是否工作。 

    开始供电后，代表油泵的发光二极管点亮了几秒钟，随即熄灭。这表明所接的线无误，ECU的核心部件CPU(Motronic 1.5.4系统的CPU为B58468)已经开始工作，显示出CPU的供电正常（这里指的CPU供电不包含其他元件的供电，ECU内分为几路单独供电），复位电路工作正常，程序存储器(M27C512)工作正常等。如果油泵没工作或工作不停，一定要马上断电，重新检查接线，以防止错误连接，确认无误后再继续检测。将ECU 49脚提供一方波信号，以模拟霍尔传感器信号。这时，代表喷油器的发光二极管点亮喷油，点火信号均以固定频率闪亮。又测量12脚(霍尔传感器的供电)的电压,若为5V，说明没问题。如果点不着火，则需查找原因。通过分析，可模拟一个霍尔传感器5V方波信号，若能得到正确的喷油及点火信号，点不着火的原因应该是ECU没有收到霍尔传感器的输入信号。再检测霍尔传感器，若无故障，说明影响信号的只有霍尔传感器的供电脚了。因为12脚是ECU为外部提供5V电压的引脚，霍尔传感器、MAP、TPS都由ECU的12脚供电范畴。为了验证12脚的供电电压是否为5V，可将12脚接一发光二极管，再测量其电压，而此时 5V却变为小于1V的电压。由此可见，问题就出现在12引脚这个虚假的5V电压上，因为此引脚的电压根本无法驱动外围传感器。 

    ECU的5V电源是由BOSCH公司的30358芯片提供，如图7所示。其3脚为ECU给外部传感器提供5V电压，应在加负载后进行测试；15脚为CPU 供电，其测量电压应也为5V；13、14脚为ECU内部其他器件供电，电压应也为5V；10脚由ECU端子18脚供电，其测量电压应有12V；12脚由 ECU端子27脚提供信号，也应有12V电压。当发现电压有异常时，按照连接进行排查就可以了，但要注意千万不要忽略了短路所造成的影响。如果出现这一问题，更换30358芯片后故障即可排除。 

    汽车电子技术的发展对汽车电脑维修工程师自身的素质、操作能力、思维能力都有很高的要求，当遇到疑难故障时，首先要参考技术资料，借助检测仪分析原因，理清思路，避免造成不必要的损失。只有在掌握了扎实的汽车电脑理论的基础上，再结合正确的故障检测方法，才能保证快速准确地排除疑难故障。