Az ECU működése

Tárgyak:

bevezetés
Rendszerbusz
Processzor (CPU)
RAM memória
ROM memória

Bevezetés:
Egy ECU kap ill érzékelőktől származó mérési adatokat, feldolgozza az információkat és számításokat végez az aktuátorok vezérléséhez. Az alábbi ábra egy vezérlőrendszer blokkvázlatát mutatja.

Az érzékelők olyan érzékelők, amelyek fizikai mennyiségre reagálnak. Az érzékelő elektronikája ezt elektromos jellé alakítja. Az ECU ezt az elektromos jelet „bemenetként” fogadja, és összehasonlítja ezt a jelet az előre beprogramozott értékkel. Attól függően, hogy mire szolgál a jel, a vezérlés az aktuátor vezérlésének megfelelő beállításával történik.

A következő ábra egy ECU-t mutat be három csatlakozóval. Balról jobbra: tápegység és hálózat, érzékelők, aktuátorok.

A benzinmotor-vezérlő rendszerben többek között a következő érzékelőket találjuk:

főtengely helyzetérzékelő a főtengely fordulatszámának mérésére;
hűtőfolyadék hőmérséklet-érzékelő a hűtőfolyadék felmelegedésének mérésére;
fojtószelep helyzetérzékelők a fojtószelep helyzetének és ezáltal a motor terhelésének mérésére;
MAP vagy légtömeg-mérő a negatív nyomás vagy a légáramlás mérésére;
lambda érzékelő a kipufogógázok oxigéntartalmának mérésére;
a légköri érzékelő és a beszívott levegő hőmérséklet érzékelők;
kopogásérzékelő, hogy a gyújtást amennyire csak lehetséges előre tolja.

A fenti érzékelők bemenetként szolgálnak az injektorok és a gyújtótekercs(ek) vezérléséhez. Ebből a célból az összes szenzorértéket megkeresi egy előre programozott karakterisztikus mezőben.

Példaként vesszük a befecskendező vezérlést. A motor alapjárati fordulatszámán az injektorok x számú fokkal fecskendeznek be a TDC után.

Alacsony hűtőfolyadék hőmérsékleten a befecskendezési idő meghosszabbodik (dúsítás);
Gyengéd gyorsításnál az injekciós idő is meghosszabbodik. Mérést is végzünk, amely nyomon követi a gázpedál lenyomásának gyorsaságát: amikor hirtelen teljes gázt adunk, további dúsítás történik;
A szívócsőben lévő negatív nyomás befolyásolja a befecskendezés időzítését és időtartamát;
A lambda érzékelő (például az ugrásérzékelő) méri, hogy a keverék túl dús vagy túl sovány-e. Ha a keverék túl sovány a főtengely több fordulatához, a befecskendezési idő meghosszabbodik az üzemanyag-befúvók segítségével, amíg a keverék ismét sztöchiometrikus lesz;
A barometrikus érzékelő és a beszívott levegő hőmérséklet-érzékelő méri a levegő nyomását és hőmérsékletét, hogy meghatározza a beszívott levegő oxigénszintjét.

A befecskendezés időtartama ezért legfeljebb öt érzékelő értékétől függ. A modern motorokban ebben még több szenzor játszik szerepet.

A működtetőelem vezérlése közben és után az érzékelők információkat szolgáltatnak vissza az ECU-nak. A mért értéket a szoftver összehasonlítja a kívánt értékkel. Ez felhasználható annak meghatározására, hogy a működtetőelem vezérlése állandó maradhat-e, le kell-e rövidíteni vagy meg kell hosszabbítani. Az ECU ezért vezérlőként működik, és vezérlőhurkot hoz létre.

A következő ábra egy diagramot mutat, amelyen az alapbefecskendezési időt a főtengely fordulatszámából határozzuk meg, összehasonlítva a szívócsőben lévő alulnyomással, ami a motor terhelésének mértéke. A hőmérséklet és a lambda érzékelő korrekciós tényezőt alkot, és mindegyiknek megvan a saját jellemző mezője.

Rendszerbusz:
A rendszerbusz kapcsolatot létesít az ECU komponensei között (lásd az alábbi képet). Az ECU tetején találjuk az órát. Ez az úgynevezett oszcillátor négyszöghullámú feszültséget állít elő, amelynek frekvenciája általában 16 MHz. Az órajel frekvencia határozza meg a vezérlőegység sebességét. A vezérlőhurok összetevőit ez az időzítő koordinálja.

A CPU, a memória és az I/O interfész (az I/O jelentése: bemenet/kimenet) egy rendszerbusszal van összekötve, amely a nyomtatott áramköri lapon több csatlakozásból áll. Ezeket a következőkre oszthatjuk:

címbusz: ez a busz biztosítja az adatátvitelt a mikroprocesszortól bizonyos memóriahelyekre;
adatbusz: a memória, a CPU és az interfészek közötti adatátvitel az adatbuszon keresztül történik;
vezérlőbusz: vezérlőként szolgál olvasási és írási kijelölések, kérések és alaphelyzetbe állítások elvégzésével a rendszeróra időzítése alapján.

Processzor (CPU):
A processzor (Central Processing Unit) a számítógép szíve. A hatalmas számú ÉS, VAGY és NEM kapuból álló kombinációs áramkörök szoftveresen épülnek fel az ECU-ban. A processzor gyártása során számos utasítást (a szoftvert) beépítenek. Ezek az utasítások műveleteket hajtanak végre, és a megfelelő sorrendbe állítják őket. Példa:

az ábécé betűit digitálisan tárolja a processzor. A valóságban nem betűk lesznek, hanem digitális utasítások, amelyek egyszerű műveleteket jelentenek;
a betűk megfelelő sorrendbe állításával szavakat alkothatunk;
a szavak helyes sorrendbe állításával mondatokat alkothatunk;
a mondatok alkotják a történetet: a valóságban a számítógépes program.

A processzor által ismert utasításokat a megfelelő sorrendbe állító programot a programozó besütötte a szoftverbe. Ez a program betöltődik az ECU flash memóriájába.

Az ECU indításakor az utasításokat lekéri a flash memóriából, és a processzor egyesével végrehajtja, az órajelnek megfelelően. A program lefutása és befejezése után a ciklus újraindul.

Az adatok betöltéséhez szükséges adatok, például a gyújtási időzítések a ROM memóriájából töltődnek be. A processzor a ROM memóriából indul, és az adatokat a ROM-ból a RAM-ba másolja. A rendszerindítás után a CPU lekéri az összes adatot és parancsot a gyors RAM memóriából. Viszonylag kis RAN memória szükséges az adatok és a számított köztes értékek ideiglenes tárolásához.

A CPU címbuszon és adatbuszon keresztül csatlakozik a memóriához.

Beállítás: a bitek a RAM-ban vannak tárolva
Engedélyezés: a bitek lekérése a RAM-ból történik

A RAM-ban lévő adatbitek és bájtok a következőket tartalmazhatják:

számok: adatok az érzékelőktől / adatok az aktuátorokhoz / számítások
érzékelők (bemenet) és működtetők (kimenet) címei

A RAM-ban lévő adatok lehetnek:

betűk: ASCII kódok, számok, betűk, szimbólumok
utasítások: processzor utasításkészlet

A processzor egy úgynevezett ISA (Instruction Set Architecture) vagy egy utasításkészlet szerint működik. Az ISA a gyártó által programozott és a processzor által használt utasítások listája. Az ISA processzoronként eltérő, és nagymértékben függ attól az alkalmazástól, amelyhez a processzort használják. Íme néhány példa:

LOAD a processzor lekér egy értéket a RAM memóriából
STORE a processzor egy értéket tárol a RAM memóriájában
ADD A processzor összead két számot
CLR a processzor töröl egy értéket a RAM memóriából
ÖSSZEHASONLÍTÁS A processzor két számot hasonlít össze egymással
UGRÁS, HA a processzor egy adott memóriacímre ugrik a RAM-ban (az összehasonlításból származó állapot)
OUT a processzor információt küld egy kimenetre
IN a processzor információt kér egy bemenetről

Annak érdekében, hogy a processzor teljes órajelen működjön, belső RAM memóriát használ. Ezeket „regisztereknek” nevezik. A regiszterek különösen fontos funkcióblokkok sok digitális rendszerben. Flip-flop áramkörök gyűjteményéből állnak, amelyek ideiglenesen tárolhatnak (ezáltal emlékeznek) egy bináris számra. A különböző típusú regiszterek a következők:

A regiszter: regisztráljon az A bemenetre az ALU-ba
B regiszter: regisztráljon az ALU B bemenetére
Munkaregiszter: általános célú, (köztes) eredmények tárolására
Utasítás regiszter: Itt tároljuk a processzorhoz aktuálisan végrehajtandó utasítást
Címregiszter (programszámláló): a következő végrehajtandó utasítás címét tartalmazza
Zászlóregiszter: a szám (számítás után): nulla, negatív, pozitív, túl nagy, páros vagy páratlan
Lebegőpontos regiszter: szám a tizedesvessző utáni számjegyekkel
Shift regiszter: olyan memória, amelyben az adatok minden órajel alatt egy bitet eltolnak
Memória adatregiszter: puffer a CPU és a RAM között a memóriaadatok számára
Memóriacímregiszter: puffer a CPU és a RAM között a memóriacímek számára

Az ALU (Arithmetic Logic Unit) minden aritmetikai és logikai műveletet végrehajt (ÉS, VAGY, NEM stb.).

2 bemenet az ALU-hoz: A és B
1 bemenet: melyik műveletet kell végrehajtania az ALU-nak
1 kimenet: R (eredmény) egy regiszterbe megy
1 kimenet: zászló regiszter

Az alábbi képen látható az egyszerűsített ALU (balra) és az ALU a logikai kapuk sematikus ábrázolásával (jobbra).

1. Az ALU a 01010101 számot akarja küldeni

2. Először a vezérlőegységnek létre kell hoznia az „1” készletet.

3. A nyilvántartás elkészült

4. Ezt követően az „1” engedélyezése megtörténik.

5. Az ALU-ból származó adatok egy buszra kerülnek

A CPU adatokat akar lekérni a RAM-ból:

1. A CPU címet küld a RAM-nak (01001001)

2. A CPU információt akar kapni; „engedélyezés” = 1

3. A RAM adatokat küld a 01001001 címről a CPU-nak

4. A CPU feldolgozza az információkat

A CPU adatokat akar tárolni a RAM-ban:

1. A CPU címet küld a RAM-nak (01001011)

2. A CPU információkat akar tárolni; „készlet” = 1

3. A CPU adatokat küld (00111100) a 01001011 címre a RAM-ban.
A RAM-ban lévő adatok most felülíródtak: 11111001-ről: 00111100-ra

ROM memória:
A ROM a következő rövidítése: Read Only Memory. Ezt a memóriát a gyártó programozta. A memória áramkör fix csatlakozásokkal van elrendezve. Az ECU elindítja a szoftvert (a rendszerindítást) a ROM memóriából. A ROM memória lassú memória. Az indítás során az adatok a ROM-ból a RAM-ba másolódnak.

Az alábbiakban négy példa látható a ROM olvasására.

Kapcsolódó oldalak: