Робота ЕБУ

Предмети:

Вступ
Системна шина
Процесор (CPU)
RAM пам'ять
пам'ять ROM

Вступ:
ECU отримує або дані вимірювань від датчиків, обробляє інформацію та виконує обчислення для керування виконавчими механізмами. На малюнку нижче показана блок-схема системи керування.

Датчики - це датчики, які реагують на фізичну величину. Електроніка в датчику перетворює це в електричний сигнал. ЕБУ отримує цей електричний сигнал як «вхід» і порівнює цей сигнал із попередньо запрограмованим значенням. Залежно від того, для чого подається сигнал, управління здійснюється шляхом відповідного налаштування керування приводом.

На наступному малюнку показано ЕБУ з трьома роз’ємами. Зліва направо: блок живлення та мережа, датчики, виконавчі механізми.

У системі керування бензиновим двигуном ми знаходимо, серед іншого, такі датчики:

датчик положення коленвала для вимірювання частоти обертання коленвала;
датчик температури теплоносія для вимірювання нагріву теплоносія;
датчики положення дросельної заслінки для вимірювання положення дросельної заслінки і, отже, навантаження двигуна;
MAP або масомір повітря для вимірювання негативного тиску або витрати повітря;
лямбда-зонд для вимірювання вмісту кисню у вихлопних газах;
барометричний датчик і датчики температури всмоктуваного повітря;
датчик детонації, щоб максимально прискорити запалювання.

Вищезазначені датчики служать вхідними для керування форсунками та котушкою(ями) запалювання. Для цього всі значення датчика шукаються в попередньо запрограмованому полі характеристики.

Візьмемо для прикладу управління інжектором. На холостому ході двигуна форсунки впорскують х градусів після ВМТ.

При низькій температурі теплоносія подовжується час впорскування (збагачення);
При плавному прискоренні час уприскування також подовжується. Також відбувається вимірювання, яке відстежує, як швидко натискається педаль акселератора: коли різко повний газ, відбувається додаткове збагачення;
Негативний тиск у впускному колекторі впливає на час і тривалість упорскування;
Лямбда-зонд (наприклад, датчик стрибка) визначає, чи є суміш занадто насиченою чи занадто бідною. Якщо суміш занадто бідна для кількох обертів колінчастого вала, час упорскування подовжується за допомогою регулювачів палива, поки суміш знову не стане стехіометричною;
Барометричний датчик і датчик температури всмоктуваного повітря вимірюють тиск і температуру повітря, щоб визначити рівень кисню у всмоктуваному повітрі.

Таким чином, тривалість впорскування залежить від значень максимум п'яти датчиків. У сучасних двигунах ще більше датчиків відіграють у цьому роль.

Під час і після керування приводом датчики повертають інформацію в ECU. Виміряне значення порівнюється з бажаним значенням у програмному забезпеченні. Це можна використовувати для визначення того, чи може керування приводом залишатися постійним, його потрібно скоротити чи подовжити. Тому ECU діє як контролер, створюючи контур керування.

На наступному малюнку показано діаграму, на якій базовий час упорскування визначається на основі частоти обертання колінчастого вала порівняно з розрідженим тиском у впускному колекторі, що є мірою навантаження двигуна. Температурний і лямбда-зонд утворюють поправочний коефіцієнт і кожен має власне характерне поле.

Системна шина:
Системна шина забезпечує з’єднання між компонентами в ECU (див. зображення нижче). У верхній частині ECU знаходимо годинник. Цей так званий осцилятор створює напругу прямокутної форми з частотою зазвичай 16 мГц. Тактова частота визначає швидкість блоку управління. Компоненти в контурі керування координуються цим таймером.

ЦП, пам’ять та інтерфейс вводу/виводу (I/O означає: введення/виведення) взаємопов’язані між собою системною шиною, що складається з кількох з’єднань на друкованій платі. Ми можемо розділити їх на:

адресна шина: ця шина забезпечує передачу даних від мікропроцесора до певних ділянок пам'яті;
шина даних: дані між пам'яттю, ЦП та інтерфейсами транспортуються через шину даних;
керуюча шина: служить контролером, виконуючи вибір читання та запису, запити та скидання на основі часу системного годинника.

Процесор (CPU):
Процесор (центральний процесор) є серцем комп'ютера. Комбінаційні схеми, які складаються з величезної кількості елементів І, АБО та НЕ, побудовані в ECU за допомогою програмного забезпечення. Під час виготовлення процесора запікається ряд інструкцій (програмне забезпечення). Ці інструкції виконують дії та розташовують їх у правильному порядку. приклад:

літери алфавіту зберігаються в цифровому вигляді в процесорі. Насправді це будуть не букви, а цифрові інструкції, які представляють прості дії;
розставляючи літери в правильному порядку, ми можемо складати слова;
розставляючи слова в правильному порядку, ми можемо складати речення;
речення складають розповідь: у дійсності комп’ютерна програма.

Програму для розміщення інструкцій, відомих процесору, у правильному порядку програміст запікає в програмне забезпечення. Ця програма завантажується у флеш-пам'ять ЕБУ.

Коли ECU запускається, інструкції витягуються з флеш-пам’яті та виконуються процесором одна за одною відповідно до годинника. Після виконання та завершення програми цикл починається знову.

Дані, необхідні для завантаження таких даних, як час запалювання, завантажуються з пам’яті ROM. Процесор завантажується з пам'яті ROM і копіює дані з ROM в RAM. Після завантаження ЦП отримує всі дані та команди зі швидкої оперативної пам’яті. Відносно невелика пам'ять RAN необхідна для тимчасового зберігання даних і обчислених проміжних значень.

Центральний процесор з'єднаний з пам'яттю через шину адреси та шину даних.

Set: біти зберігаються в RAM
Увімкнути: біти витягуються з оперативної пам’яті

Біти та байти даних в оперативній пам’яті можуть включати:

числа: дані від датчиків / дані до виконавчих механізмів / розрахунки
адреси датчиків (вхід) і виконавчих механізмів (вихід)

Дані в оперативній пам'яті можуть бути:

літери: коди ASCII, цифри, букви, символи
інструкції: набір інструкцій процесора

Процесор працює відповідно до так званої ISA (Instruction Set Architecture) або набору інструкцій. ISA — це список інструкцій, запрограмованих виробником і використовуваних процесором. ISA залежить від процесора та сильно залежить від програми, для якої використовується процесор. Нижче наведено кілька прикладів:

LOAD процесор отримує значення з оперативної пам'яті
STORE процесор зберігає значення в пам'яті RAM
ADD процесор додає два числа разом
CLR процесор очищає значення в пам'яті RAM
COMPARE процесор порівнює два числа одне з одним
ПЕРЕХІД, ЯКЩО процесор переходить до певної адреси пам’яті в ОЗУ (умова порівняння)
OUT процесор надсилає інформацію на вихід
IN процесор запитує інформацію з входу

Щоб процесор працював на повній тактовій частоті, він використовує внутрішню оперативну пам'ять. Вони називаються «реєстрами». Регістри є особливо важливими функціональними блоками в багатьох цифрових системах. Вони складаються з набору тригерних схем, які можуть тимчасово утримувати (таким чином запам’ятовувати) двійкове число. Різні типи реєстрів:

Регістр A: регістр для входу A в ALU
Регістр B: регістр для входу B в ALU
Робочий реєстр: загального призначення, для зберігання (проміжних) результатів
Реєстр інструкцій: тут зберігається поточна інструкція, яку має виконати процесор
Адресний регістр (лічильник програм): містить адресу наступної інструкції, яка має бути виконана
Регістр прапорів: число (після обчислення): нульове, негативне, позитивне, занадто велике, парне або непарне
Регістр з плаваючою комою: число з цифрами після коми
Регістр зсуву: пам'ять, у якій дані зсуваються на один біт під час кожного тактового імпульсу
Регістр даних пам'яті: буфер між процесором і оперативною пам'яттю для даних пам'яті
Реєстр адреси пам'яті: буфер між процесором і оперативною пам'яттю для адреси пам'яті

ALU (Arithmetic Logic Unit) виконує всі арифметичні та логічні операції (І, АБО, НІ тощо).

2 входи до АЛУ: A і B
1 вхід: яку операцію повинен виконати ALU
1 вихід: R (Результат) переходить до регістру
1 вихід: регістр прапорів

На зображенні нижче показано спрощене АЛУ (ліворуч) і АЛУ зі схематичним зображенням логічних елементів (праворуч).

1. ALU хоче надіслати 01010101

2. Спочатку блок керування повинен створити набір «1».

3. Реєстр заповнено

4. Після цього ввімкнено «1».

5. Дані з АЛУ надходять на шину

ЦП хоче отримати дані з оперативної пам’яті:

1. ЦП надсилає адресу в оперативну пам'ять (01001001)

2. ЦП хоче отримати інформацію; «увімкнути» = 1

3. RAM надсилає дані з адреси 01001001 до ЦП

4. ЦП обробляє інформацію

ЦП хоче зберігати дані в оперативній пам’яті:

1. ЦП надсилає адресу в оперативну пам'ять (01001011)

2. ЦП хоче зберігати інформацію; «набір» = 1

3. ЦП надсилає дані (00111100) на адресу 01001011 в оперативній пам’яті.
Дані в ОЗУ тепер перезаписуються з: 11111001 на: 00111100

Пам'ять ROM:
ROM — це абревіатура від: Read Only Memory. Ця пам'ять була запрограмована виробником. Схема пам'яті виконана з фіксованими з'єднаннями. ECU запускає програмне забезпечення (завантажується) з пам’яті ROM. Пам'ять ROM є повільною пам'яттю. Під час запуску дані копіюються з ПЗУ в ОЗП.

Нижче наведено чотири приклади читання ПЗУ.

Пов'язані сторінки: