В автомобільній електроніці, електронний блок управління (ЕБУ), або електронний блок керування двигуном. Це загальний термін для будь-яких вбудованих систем, які керують одним або декількома електричними системами або підсистемами в автомобілі.
Контролер ЕСУД (електронна система управління двигуном).
ECM (Engine Control Module) - модуль управління двигуном.
ECU (Electronic Control Unit) - електронний блок управління, є загальним терміном для будь-якого електронного блоку управління. (Див. П. 3.9. SAE J1979.)
Види ЕБУ підрозділяються на Електронний (ECU) / Блок управління двигуном (ECM), Сполучений моторно-трансмісійний блок управління, Блок управління трансмісією, блок керування гальмовою системою, центральний модуль управління, центральний модуль синхронізації, головний електронний модуль, контролер кузова, модуль управління підвіскою , блок управління, або модуль управління. Взяті разом, ці системи іноді називають комп'ютер автомобіля. (Технічно це не єдиний комп'ютер а кілька блоків.) Іноді одна збірка включає в себе кілька окремих модулів управління.
Деякі нові автомобілі включають в себе не один блок управління, а до 80 ЕБУ. Вбудоване програмне забезпечення в ЕБУ продовжує розвиватися відповідно до кількості, складністю і витонченістю. Управління збільшенням складності і кількістю ЕБУ в автомобілебудуванні стало однією з ключових завдань.
Електронний блок управління.
Цифрові технології дозволяють застосовувати широкий ряд електронних систем управління в автомобілі як розімкнутих, так і замкнутих (зі зворотним зв'язком). Великий масив впливають параметрів може братися до уваги одночасно з розглядом того, за яких умов різні системи можуть працювати з максимальною ефективністю. Електронний блок управління (ЕБУ) отримує електричні сигнали від датчиків, оцінює їх і потім розраховує керуючі сигнали для виконавчих пристроїв. Програма управління зберігається в спеціальній пам'яті і реалізується в процесорі.
експлуатаційні умови
До ЕБУ пред'являються дуже високі вимоги по відношенню до наступних факторів:
- температурі навколишнього середовища (під час нормальної роботи знаходиться в межах від-40оС до +60 ... 125 оС)
- до впливу з боку таких речовин як масло, паливо і т.д.
- Вологість навколишнього середовища
- Володіти механічною міцністю, наприклад, при наявності вібрацій при роботі двигуна.
Навіть при прокручуванні двигуна зі «слабкою» акумуляторною батареєю (холодний пуск) ЕБУ повинен працювати надійно, як при максимальному робочому напрузі (пульсації бортового напруги живлення).
Одночасно дуже високі вимоги стосуються електромагнітної сумісності та захисту від високочастотних перешкод.
Пристрій і конструкція
Друкована плата з електронними компонентами (рис 1) розміщується в металевому корпусі і з'єднується з датчиками, виконавчими пристроями і джерелом живлення через многоштирьковий роз'єм (4). Задають каскади великої потужності (6) для безпосереднього пуску виконавчих пристроїв розташовуються в корпусі ЕБУ таким чином, щоб забезпечити гарне розсіювання тепла. Якщо блок управління встановлюється безпосередньо на двигуні, то відвід тепла через вбудований в корпус ЕБУ охолоджувач здійснюється в паливо, яке постійно протікає через ЕБУ. Такий охолоджувач ЕБУ використовується тільки в комерційних автомобілях. Компактні, монтовані на двигуні ЕБУ, що виготовляються по гібридної технології можуть працювати навіть при більш високій теплової навантаженні.
Більшість компонентів блоку управління виконуються за технологією SMD (Surface-Mounted Device - плата з поверхневим монтажем). Звичайна проводка використовується тільки в деяких елементах живлення і в роз'ємах, так що тут можуть бути застосовані компактні конструкції невеликої маси.
Обробка даних
вхідні сигнали
Як периферійних компонентів виконавчі пристрої і датчики представляють інтерфейс між автомобілем і ЕБУ, який є блоком обробки даних. ЕБУ отримує електричні сигнали від датчиків по проводці автомобіля. Ці сигнали можуть бути наступних типів:
Аналоговий вхідний сигнал
В межах даного діапазону аналогові вхідні сигнали можуть приймати практично будь-які значення напруги. Прикладами фізичних величин, які розглядаються як аналоги виміряних значень напруги, є масова витрата повітря на впуску, напруга акумуляторної батареї, тиск у впускному колекторі і тиск наддуву, температура охолоджуючої рідини і повітря на впуску. Аналого-цифровий перетворювач (АЦП) в мікропроцесорі ЕБУ перетворює ці значення в цифрові сигнали, з якими потім мікропроцесор проводить розрахунки. Максимальна роздільна здатність цих сигналів є ступінчастою, 5мВ на один біт (близько 1000 кроків).
Цифрові вхідні сигнали
Цифрові вхідні сигнали мають тільки два значення. Вони можуть бути тільки або «високими» або «низькими» (логічна одиниця ( «1») або логічний нуль ( «0») відповідно). Прикладами цифрових вхідних сигналів є сигнали включення / вимикання або сигнали цифрових датчиків, такі як імпульси від датчика Холла або від магниторезистивного датчика. Такі сигнали обробляються безпосередньо процесором.
Імпульсні вхідні сигнали
Імпульсні вхідні сигнали від індуктивних датчиків, що містять інформацію про частоту обертання і положення вала, обробляються в їх власному контурі в ЕБУ. Тут уявні сигнали придушуються, а імпульсні сигнали перетворюються в цифрові прямокутні сигнали.
формування сигналів
Для обмеження напруги вхідних сигналів до максимально допустимого значення в ЕБУ використовуються захисні ланцюги. Шляхом застосування пристроїв фільтрації накладені сигнали перешкод в більшості випадків відокремлюються від корисних сигналів, які в разі потреби потім посилюються до допустимого в мікропроцесорі рівня вхідного сигналу (0 ... .5 В)
Формування сигналів в датчиках може бути повним або частковим залежно від рівня їх інтегрованості.
Обробка сигналів
ЕБУ є керуючим центром системи, відповідальним за послідовність функціональних операцій з управління двигуном. Програми керуючих функцій з урахуванням і без урахування зворотного зв'язку виконуються в процесорі. Вхідні сигнали, що формуються датчиками і інтерфейсами інших систем, служать як вхідні змінні і піддаються подальшій перевірці на достовірність в комп'ютері. Вхідні сигнали розраховуються з використанням програм.
мікропроцесор
Мікропроцесор є основним елементом ЕБУ, оскільки здійснює оперативне управління послідовністю операцій. Крім центрального процесора, мікропроцесор має вхідні і вихідні канали, а також блок синхронізації (програмний пристрій), оперативну пам'ять (RAM), програмовану або перезаписувану пам'ять (ROM), послідовні інтерфейси і інші периферійні пристрої, інтегровані в єдиний мікрочип. У мікропроцесорі використовуються кварцове синхронізуючий пристрій.
Програмне забезпечення і пам'ять для зберігання даних
Для виконання розрахунків м. (Мікропроцесор) повинен мати програмне забезпечення ( «software»). Воно задається в вигляді двійкових чисел як запис даних та зберігається в пам'яті програм.
Ці двійкові числа доступні центрального процесора, який інтерпретує їх в команди, обробляючи одну за одною.
Така програма може зберігатися в постійно запам'ятовується пристрої (ROM, EPROM, FLASH-EPROM), яке містить такі універсальні дані (індивідуальні дані, характеристики і матриці). Це незмінні дані, які не можуть бути змінені під час роботи автомобіля. Вони використовуються для регулювання запрограмованих процесів управління зі зворотним зв'язком і в розімкнутих контурах.
Пам'ять для зберігання програм може бути інтегрована в мікропроцесор і в залежності від особливостей застосування розширена додаванням окремих компонентів (зовнішньою пам'яттю EPROM або FLASH-EPROM).
Модуль пам'яті ROM
Пам'ять для зберігання програм може бути виконана у формі постійно пам'яті (ROM- Read Only Memory). Це пам'ять, постійне утримання якої було визначено під час виготовлення і яка, таким чином, є незмінною. ROM, встановлена в процесорі, має обмежений обсяг пам'яті, а це означає, що в разі застосування для вирішення складних завдань потрібно додатковий обсяг пам'яті ROM.
Модуль пам'яті EPROM
модуль ASIC
Постійно збільшується складність функцій ЕБУ означає, що обчислювальні можливості стандартних мікропроцесорів, наявних на ринку, не є достатніми. Рішенням, яке було сьогодні прийнято, є використанням так званих модулів зі спеціалізованими інтегральними схемами (ASIC - Application-Specific Integrated). Ці інтегральні схеми спроектовані і виготовлені відповідно до даних служби розвитку ЕБУ, так як, наприклад, при встановленні додаткових модулів RAM, вхідні і вихідні блоки можуть генерувати і передавати сигнали широтно-імпульсної модуляції.
Модуль поточного контролю
ЕБУ оснащуються модулями поточного контролю. Використовуючи цикл «Питання і відповідь», мікропроцесор і модуль поточного контролю стежать один за одним, як тільки визначається наявність несправностей один з них виробляє резервну функцію, незалежну від інших.
вихідні сигнали
перемикаються сигнали
Ці сигнали використовуються для включення / вимикання виконавчих пристроїв (наприклад, вентилятора систем охолодження двигуна).
Сигнали широтно-імпульсної модуляції (PWM сигнали)
Цифрові вихідні сигнали можуть бути в формі сигналів широко-імпульсної модуляції (PWM- Pulse-width modulated). Це прямокутні сигнали з постійною частотою і зі змінною тривалістю, які служать для переміщення робочих органів виконавчих пристроїв в необхідне положення (клапан системи рециркуляції ОГ, вентилятор, нагрівальні елементи, привід клапана регулювання тиску наддуву.)
Передача даних всередині ЕБУ
Для забезпечення нормальної роботи мікропроцесора периферійні компоненти повинні мати можливість обмінюватися і ними даними. Це має місце при використанні адресної шини або шини передачі даних, через яку мікропроцесор видає, наприклад, адреса оперативної пам'яті RAM, зміст якої має бути доступним. Шина передачі даних використовується потім для передачі відповідних даних. Попереднім автомобільних систем задовольняла 8-бітова шинна топологія з шиною передачі даних, що включала в себе вісім ліній, які всі разом могли передавати 256 даних одночасно. 16-бітова адресна шина, яка зазвичай використовувалася з такими системами, могла досягати 65536 адрес. Сучасні, більш складні системи вимагають для шини передачі даних 16 біт або навіть 32 біт. Для адресних шин або шин передачі даних може бути використана мультиплексная передача. Тобто, дані та адреси відправляються по тим же самим лініям передачі, але зміщуються один від іншого в часі.
Послідовні інтерфейси з однієї тільки лінією передачі використовуються тільки в тих випадках, коли немає необхідності швидкої передачі даних (наприклад, даних про збереження коду несправності).