Działanie ECU

Przedmioty:

Wprowadzenie
Magistrala systemowa
Procesor (CPU)
pamięć RAM
Pamięć ROM

Przedmowa:
ECU otrzymuje lub dane pomiarowe z czujników, przetwarza te informacje i wykonuje obliczenia w celu sterowania elementami wykonawczymi. Poniższy rysunek przedstawia schemat blokowy układu sterowania.

Czujniki to czujniki reagujące na wielkość fizyczną. Elektronika w czujniku przetwarza to na sygnał elektryczny. ECU odbiera ten sygnał elektryczny jako „wejście” i porównuje ten sygnał z zaprogramowaną wartością. W zależności od tego do czego służy sygnał, sterowanie odbywa się poprzez odpowiednią regulację sterowania siłownikiem.

Poniższy rysunek przedstawia ECU z trzema złączami wtykowymi. Od lewej do prawej: zasilanie i sieć, czujniki, elementy wykonawcze.

W systemie zarządzania silnikiem benzynowym znajdziemy m.in. następujące czujniki:

czujnik położenia wału korbowego do pomiaru prędkości wału korbowego;
czujnik temperatury płynu chłodzącego do pomiaru nagrzania płynu chłodzącego;
czujniki położenia przepustnicy do pomiaru położenia przepustnicy, a tym samym obciążenia silnika;
MAP lub miernik masy powietrza do pomiaru podciśnienia lub przepływu powietrza;
sonda lambda do pomiaru zawartości tlenu w spalinach;
czujnik barometryczny i czujniki temperatury powietrza dolotowego;
czujnik spalania stukowego, aby maksymalnie wyprzedzić zapłon.

Powyższe czujniki służą jako dane wejściowe do sterowania wtryskiwaczami i cewkami zapłonowymi. W tym celu wyszukiwane są wszystkie wartości czujników w zaprogramowanym polu charakterystycznym.

Jako przykład bierzemy sterowanie wtryskiwaczami. Na biegu jałowym wtryskiwacze wtryskują o x stopni za GMP.

Przy niskiej temperaturze płynu chłodzącego wydłuża się czas wtrysku (wzbogacanie);
Przy delikatnym przyspieszaniu wydłuża się również czas wtrysku. Dokonuje się również pomiaru, który rejestruje szybkość naciśnięcia pedału przyspieszenia: w przypadku nagłego pełnego otwarcia przepustnicy następuje dodatkowe wzbogacenie;
Podciśnienie w kolektorze dolotowym wpływa na czas i czas wtrysku;
Sonda lambda (na przykład czujnik skoku) mierzy, czy mieszanka jest za bogata, czy za uboga. Jeżeli mieszanka jest zbyt uboga na kilka obrotów wału korbowego, czas wtrysku wydłuża się za pomocą korekty paliwa, aż mieszanina ponownie stanie się stechiometryczna;
Czujnik barometryczny i czujnik temperatury powietrza dolotowego mierzą ciśnienie i temperaturę powietrza w celu określenia poziomu tlenu w zasysanym powietrzu.

Czas trwania wtrysku zależy zatem od wartości maksymalnie pięciu czujników. W nowoczesnych silnikach rolę odgrywa w tym jeszcze więcej czujników.

Podczas i po sterowaniu siłownikiem czujniki przekazują informacje z powrotem do ECU. Zmierzona wartość jest porównywana z wartością żądaną w oprogramowaniu. Można to wykorzystać do określenia, czy sterowanie siłownikiem może pozostać stałe, musi zostać skrócone czy przedłużone. ECU pełni zatem rolę sterownika, tworząc pętlę sterowania.

Poniższy rysunek przedstawia wykres, na którym wyznaczany jest podstawowy czas wtrysku na podstawie prędkości obrotowej wału korbowego w porównaniu do podciśnienia w kolektorze dolotowym, które jest miarą obciążenia silnika. Temperatury i sonda lambda stanowią współczynnik korekcyjny i każdy z nich ma swoje własne charakterystyczne pole.

Magistrala systemowa:
Magistrala systemowa tworzy połączenia pomiędzy komponentami ECU (patrz rysunek poniżej). Na górze ECU znajdziemy zegar. Ten tak zwany oscylator wytwarza napięcie o fali prostokątnej o częstotliwości zwykle 16 MHz. Częstotliwość zegara określa prędkość jednostki sterującej. Komponenty w pętli sterowania są koordynowane przez ten timer.

Procesor, pamięć i interfejs I/O (I/O oznacza: wejście/wyjście) są połączone magistralą systemową składającą się z wielu połączeń na płytce drukowanej. Możemy je podzielić na:

magistrala adresowa: ta magistrala zapewnia przesyłanie danych z mikroprocesora do określonych lokalizacji pamięci;
magistrala danych: dane pomiędzy pamięcią, procesorem i interfejsami są przesyłane za pośrednictwem magistrali danych;
magistrala sterująca: służy jako kontroler, dokonując wyborów odczytu i zapisu, żądań i resetowania w oparciu o taktowanie zegara systemowego.

Procesor (procesor):
Procesor (jednostka centralna) jest sercem komputera. Obwody kombinacyjne, które składają się z ogromnej liczby bramek AND, OR i NOT, są budowane w ECU za pomocą oprogramowania. Podczas produkcji procesora dodawanych jest wiele instrukcji (oprogramowania). Instrukcje te wykonują czynności i układają je we właściwej kolejności. Przykład:

litery alfabetu są cyfrowo przechowywane w procesorze. W rzeczywistości nie będą to litery, ale cyfrowe instrukcje przedstawiające proste czynności;
układając litery we właściwej kolejności możemy tworzyć słowa;
układając wyrazy we właściwej kolejności możemy ułożyć zdania;
zdania tworzą historię: w rzeczywistości program komputerowy.

Program umieszczający we właściwej kolejności instrukcje znane procesorowi został wpisany do oprogramowania przez programistę. Program ten jest ładowany do pamięci flash ECU.

Po uruchomieniu ECU instrukcje są pobierane z pamięci flash i wykonywane jedna po drugiej przez procesor, zgodnie z zegarem. Po uruchomieniu i zakończeniu programu cykl rozpoczyna się od nowa.

Dane wymagane do załadowania danych, takich jak czasy zapłonu, są ładowane z pamięci ROM. Procesor uruchamia się z pamięci ROM i kopiuje dane z pamięci ROM do pamięci RAM. Po uruchomieniu CPU pobiera wszystkie dane i polecenia z szybkiej pamięci RAM. Do tymczasowego przechowywania danych i obliczonych wartości pośrednich konieczna jest stosunkowo mała pamięć RAN.

Procesor jest podłączony do pamięci poprzez magistralę adresową i magistralę danych.

Set: bity są przechowywane w pamięci RAM
Włącz: bity są pobierane z pamięci RAM

Bity i bajty danych w pamięci RAM mogą obejmować:

liczby: dane z czujników / dane do elementów wykonawczych / obliczenia
adresy czujników (wejście) i elementów wykonawczych (wyjście)

Dane w pamięci RAM mogą być:

litery: kody ASCII, cyfry, litery, symbole
instrukcje: zestaw instrukcji procesora

Procesor pracuje według tzw. ISA (ang. Instruction Set Architecture), czyli zestawu instrukcji. ISA to lista instrukcji zaprogramowanych przez producenta i używanych przez procesor. ISA różni się w zależności od procesora i jest w dużym stopniu zależny od aplikacji, do której używany jest procesor. Poniżej kilka przykładów:

LOAD procesor pobiera wartość z pamięci RAM
STORE procesor przechowuje wartość w pamięci RAM
ADD procesor dodaje do siebie dwie liczby
CLR procesor czyści wartość z pamięci RAM
PORÓWNAJ procesor porównuje ze sobą dwie liczby
SKOK JEŚLI procesor przeskoczy do określonego adresu pamięci RAM (warunek z porównania)
OUT procesor wysyła informację na wyjście
IN procesor żąda informacji z wejścia

Aby procesor mógł pracować z pełną częstotliwością zegara, wykorzystuje wewnętrzną pamięć RAM. Nazywa się je „rejestrami”. Rejestry są szczególnie ważnymi blokami funkcyjnymi w wielu systemach cyfrowych. Składają się z zestawu obwodów typu flip-flop, które mogą tymczasowo przechowywać (w ten sposób zapamiętywać) liczbę binarną. Wyróżnia się następujące typy rejestrów:

Rejestr A: rejestr dla wejścia A do ALU
Rejestr B: rejestr dla wejścia B do ALU
Rejestr roboczy: ogólnego przeznaczenia, do przechowywania (tymczasowych) wyników
Rejestr instrukcji: Tutaj przechowywana jest bieżąca instrukcja do wykonania dla procesora
Rejestr adresowy (licznik programu): zawiera adres następnej instrukcji do wykonania
Rejestr flagowy: liczba (po obliczeniu) wynosi: zero, ujemna, dodatnia, za duża, parzysta lub nieparzysta
Rejestr zmiennoprzecinkowy: liczba zawierająca cyfry po przecinku
Rejestr przesuwny: pamięć, w której dane przesuwają się o jeden bit podczas każdego impulsu zegarowego
Rejestr danych pamięci: bufor między procesorem a pamięcią RAM dla danych pamięci
Rejestr adresów pamięci: bufor między procesorem a pamięcią RAM dla adresu pamięci

Jednostka ALU (Arithmetic Logic Unit) wykonuje wszystkie operacje arytmetyczne i logiczne (AND, OR, NOT itp.).

2 wejścia na ALU: A i B
1 wejście: jaką operację ma wykonać ALU
1 wyjście: R (Wynik) trafia do rejestru
1 wyjście: rejestr flagowy

Poniższy obrazek przedstawia uproszczoną jednostkę ALU (po lewej) i jednostkę ALU ze schematycznym przedstawieniem bramek logicznych (po prawej).

1. ALU chce wysłać 01010101

2. Najpierw Jednostka Sterująca musi utworzyć zestaw „1”.

3. Rejestr jest uzupełniony

4. Następnie włącza się „1”.

5. Dane z ALU umieszczane są na magistrali

Procesor chce pobrać dane z pamięci RAM:

1. CPU wysyła adres do RAM (01001001)

2. CPU chce otrzymać informacje; „włącz” = 1

3. RAM wysyła dane z adresu 01001001 do procesora

4. Procesor przetwarza informacje

Procesor chce przechowywać dane w pamięci RAM:

1. CPU wysyła adres do RAM (01001011)

2. Procesor chce przechowywać informacje; „zestaw” = 1

3. CPU wysyła dane (00111100) na adres 01001011 w pamięci RAM.
Dane w pamięci RAM zostaną teraz nadpisane z: 11111001 na: 00111100

Pamięć ROM:
ROM to skrót od: Read Only Memory. Pamięć ta została zaprogramowana przez producenta. Obwód pamięci ma stałe połączenia. ECU uruchamia program (bootowanie) z pamięci ROM. Pamięć ROM jest pamięcią powolną. Podczas uruchamiania dane są kopiowane z pamięci ROM do pamięci RAM.

Poniżej znajdują się cztery przykłady odczytu ROMu.

Powiązane strony: