Funcționarea unui ECU

Subiecte:

introducere
Autobuz de sistem
Procesor (CPU)
memorie RAM
memorie ROM

Introducere:
Un ECU primește sau date de măsurare de la senzori, prelucrează informațiile și efectuează calcule pentru a controla actuatoarele. Figura de mai jos prezintă o diagramă bloc a unui sistem de control.

Senzorii sunt senzori care răspund la o cantitate fizică. Electronica din senzor transformă acest lucru într-un semnal electric. ECU primește acest semnal electric ca „intrare” și compară acest semnal cu valoarea pre-programată. În funcție de destinația semnalului, controlul are loc prin reglarea în consecință a controlului actuatorului.

Următoarea figură prezintă un ECU cu trei conexiuni. De la stânga la dreapta: alimentare și rețea, senzori, actuatoare.

Într-un sistem de management al motoarelor pe benzină găsim, printre alții, următorii senzori:

senzor de poziție a arborelui cotit pentru a măsura viteza arborelui cotit;
senzor de temperatură a lichidului de răcire pentru a măsura încălzirea lichidului de răcire;
senzori de poziție a clapetei de accelerație pentru a măsura poziția supapei de accelerație și, prin urmare, sarcina motorului;
MAP sau contor de masă de aer pentru a măsura presiunea negativă sau debitul de aer;
senzor lambda pentru măsurarea conținutului de oxigen din gazele de eșapament;
senzorul barometric și senzorii de temperatură a aerului admis;
senzor de detonare pentru a avansa contactul cât mai mult posibil.

Senzorii de mai sus servesc ca intrare pentru a controla injectoarele și bobina (bobinele) de aprindere. În acest scop, toate valorile senzorului sunt căutate într-un câmp caracteristic preprogramat.

Luăm ca exemplu controlul injectorului. La turația de ralanti, injectoarele injectează un număr x de grade după TDC.

La o temperatură scăzută a lichidului de răcire, timpul de injecție este prelungit (îmbogățire);
La accelerarea uşoară, timpul de injectare este de asemenea prelungit. De asemenea, este luată o măsurătoare care ține evidența cât de repede este apăsată pedala de accelerație: la accelerarea bruscă la maxim, are loc o îmbogățire suplimentară;
Presiunea negativă din galeria de admisie influențează momentul și durata injecției;
Senzorul lambda (de exemplu senzorul de salt) măsoară dacă amestecul este prea bogat sau prea slab. Dacă amestecul este prea slab pentru un număr de rotații ale arborelui cotit, timpul de injecție este prelungit cu ajutorul trimurilor de combustibil până când amestecul este din nou stoichiometric;
Senzorul barometric și senzorul de temperatură a aerului de admisie măsoară presiunea și temperatura aerului pentru a determina nivelul de oxigen din aerul aspirat.

Prin urmare, durata injecției depinde de valorile a până la cinci senzori. În motoarele moderne, chiar mai mulți senzori joacă un rol în acest sens.

În timpul și după controlul unui actuator, senzorii transmit informații înapoi la ECU. Valoarea măsurată este comparată cu valoarea dorită din software. Aceasta poate fi folosită pentru a determina dacă un control al actuatorului poate rămâne constant, trebuie scurtat sau extins. Prin urmare, ECU acționează ca un controler, creând o buclă de control.

Următoarea figură prezintă o diagramă în care timpul de injecție de bază este determinat din turația arborelui cotit în comparație cu subpresiunea din galeria de admisie, care este o măsură a sarcinii motorului. Temperaturile și senzorul lambda formează un factor de corecție și fiecare are propriul câmp caracteristic.

Bus de sistem:
Busul de sistem realizează conexiuni între componentele din ECU (vezi imaginea de mai jos). În partea de sus a ECU găsim ceasul. Acest așa-numit oscilator produce o tensiune de undă pătrată cu o frecvență de obicei de 16 mHz. Frecvența ceasului determină viteza unității de control. Componentele dintr-o buclă de control sunt coordonate de acest cronometru.

CPU, memoria și interfața I/O (I/O înseamnă: intrare/ieșire) sunt interconectate cu o magistrală de sistem, constând din mai multe conexiuni pe placa de circuit imprimat. Le putem împărți în:

magistrala de adrese: aceasta magistrala asigura transferul de date de la microprocesor catre anumite locatii de memorie;
magistrala de date: datele dintre memorie, CPU si interfete sunt transportate prin magistrala de date;
magistrala de control: servește ca controler prin efectuarea de selecții de citire și scriere, solicitări și resetări pe baza temporizării ceasului sistemului.

Procesor (CPU):
Procesorul (Unitatea centrală de procesare) este inima computerului. Circuitele combinaționale, care constau dintr-un număr enorm de porți AND, OR și NOT, sunt construite în ECU prin intermediul software-ului. O serie de instrucțiuni (software-ul) sunt incluse în timpul fabricării procesorului. Aceste instrucțiuni efectuează acțiuni și le pun în ordinea corectă. Exemplu:

literele alfabetului sunt stocate digital în procesor. În realitate, nu vor fi litere, ci instrucțiuni digitale care reprezintă acțiuni simple;
punând literele în ordinea corectă putem face cuvinte;
punând cuvintele în ordinea corectă putem face propoziții;
propoziţiile fac povestea: în realitate programul de calculator.

Programul pentru a pune instrucțiunile cunoscute de procesor în ordinea corectă a fost introdus în software de către programator. Acest program este încărcat în memoria flash a ECU.

Când ECU este pornit, instrucțiunile sunt preluate din memoria flash și executate unul câte unul de către procesor, în conformitate cu ceasul. După ce programul rulează și se termină, ciclul începe din nou.

Datele necesare pentru încărcarea datelor, cum ar fi timpul de aprindere, sunt încărcate din memoria ROM. Procesorul pornește din memoria ROM și copiază datele din ROM în RAM. După pornire, procesorul preia toate datele și comenzile din memoria RAM rapidă. O memorie RAN relativ mică este necesară pentru stocarea temporară a datelor și a valorilor intermediare calculate.

CPU este conectat la memorie printr-o magistrală de adrese și magistrală de date.

Setați: biții sunt stocați în RAM
Activare: biții sunt preluați din RAM

Biți și octeți de date din RAM pot include:

numere: date de la senzori / date la actuatori / calcule
adresele senzorilor (intrare) și actuatoarelor (ieșire)

Datele din RAM pot fi:

litere: coduri ASCII, numere, litere, simboluri
instrucțiuni: set de instrucțiuni procesor

Procesorul funcționează conform unui așa-numit ISA (Instruction Set Architecture) sau un set de instrucțiuni. ISA este o listă de instrucțiuni programate de producător și utilizate de procesor. ISA diferă în funcție de procesor și depinde foarte mult de aplicația pentru care este utilizat procesorul. Mai jos sunt câteva exemple:

LOAD procesorul preia o valoare din memoria RAM
STORE procesorul stochează o valoare în memoria RAM
ADD procesorul adună două numere împreună
CLR procesorul șterge o valoare din memoria RAM
COMPARE procesorul compară două numere unul cu celălalt
JUMP DACA procesorul sare la o anumită adresă de memorie în RAM (condiție de la comparare)
OUT procesorul trimite informații către o ieșire
IN procesorul solicită informații de la o intrare

Pentru ca un procesor să funcționeze la viteza maximă de ceas, acesta utilizează memoria RAM internă. Acestea se numesc „registre”. Registrele sunt blocuri funcționale deosebit de importante în multe sisteme digitale. Ele constau dintr-o colecție de circuite flip-flop care pot deține temporar (prin urmare) un număr binar. Diferitele tipuri de registre sunt:

Registrul A: înregistrarea pentru intrarea A în ALU
Registrul B: înregistrarea pentru intrarea B în ALU
Registrul de lucru: scop general, pentru stocarea rezultatelor (interimare).
Registrul de instrucțiuni: aici este stocată instrucțiunea curentă care urmează să fie executată pentru procesor
Registrul de adrese (contor de programe): conține adresa următoarei instrucțiuni de executat
Registrul steag: numărul (după un calcul) este: zero, negativ, pozitiv, prea mare, par sau impar
Registrul virgulă mobilă: număr cu cifre după virgulă zecimală
Registru de deplasare: memorie în care datele se deplasează cu un bit în timpul fiecărui impuls de ceas
Memory Data Register: buffer între CPU și RAM pentru datele de memorie
Memory Address Register: buffer între CPU și RAM pentru adresa de memorie

Unitatea ALU (Arithmetic Logic Unit) efectuează toate operațiile aritmetice și logice (ȘI, SAU, NU etc.).

2 intrări la ALU: A și B
1 intrare: ce operație ar trebui să efectueze ALU
1 ieșire: R (Rezultat) merge la un registru
1 ieșire: registru steag

Imaginea de mai jos prezintă ALU simplificată (stânga) și ALU cu reprezentare schematică a porților logice (dreapta).

1. ALU vrea să trimită 01010101

2. Mai întâi unitatea de control trebuie să creeze setul „1”.

3. Registrul este completat

4. După aceasta, activarea „1” este făcută.

5. Datele de la ALU sunt puse pe un autobuz

CPU vrea să recupereze date din RAM:

1. CPU trimite o adresă către RAM (01001001)

2. CPU dorește să primească informații; „activare” = 1

3. RAM trimite date de la adresa 01001001 către CPU

4. CPU procesează informația

CPU vrea să stocheze date în RAM:

1. CPU trimite o adresă către RAM (01001011)

2. CPU dorește să stocheze informații; „set” = 1

3. CPU trimite date (00111100) la adresa 01001011 din RAM.
Datele din RAM sunt acum suprascrise de la: 11111001 la: 00111100

memorie ROM:
ROM este o abreviere pentru: Memorie numai pentru citire. Această memorie a fost programată de producător. Circuitul de memorie este amenajat cu conexiuni fixe. ECU pornește programul software (pornire) din memoria ROM. Memoria ROM este o memorie lentă. În timpul pornirii, datele sunt copiate din ROM în RAM.

Mai jos sunt patru exemple de citire a ROM-ului.

Pagini înrudite: