Контролер системи керування двигуном - Автомобільний довідник
Контролер системи управління двигуномГоловна частина системи упорскування - контролер системи управління двигуном. Його іноді ще називають "мозками", як би підкреслюючи важливість тієї роботи, яку він виконує. Контролер (від англійського control - "управління") є комунікаційним і обчислювальним центром системи - залежно від сигналів датчиків, за заздалегідь визначеними алгоритмами, він видає управляючі на виконавчі пристрої системи управління.
Конструктивно контролер виконано у вигляді металевого корпусу, усередині якого знаходиться друкована плата з електронними компонентами. Джгут проводів від датчиків, виконавчих пристроїв та бортової мережі автомобіля підключається до контролера багатополюсним штекерним роз'ємом. Контролер системи керування двигуном працює у важких умовах: широкий діапазон температури навколишнього середовища (від -40 до +80оС); широкий діапазон вологості повітря; висока вібрація і т. д. Тому особливі вимоги пред'являються до електронних компонентів та конструкції контролера. Такі ж високі вимоги пред'являються електромагнітної сумісності: чутливості до зовнішніх перешкод і обмеження випромінювання власних високочастотних перешкод.
Якщо розглядати структуру сучасного контролера (див. схему), то видно, що він складається з наступних основних частин:
- Процесорна частина (мікроЕОМ);
- Формувачі вхідних сигналів;
- Формувачі вихідних сигналів;
Це джерело живлення. Процесорна частина контролера Це саме та частина, де відбувається все найголовніше в роботі контролера. Основою процесорної частини є однокристальна мікроЕОМ. Вона називається так через те, що більшість компонентів мікропроцесорної структури знаходяться на одному кристалімікросхеми (чіпі). У контролерах СУД використовуються 8-, 16- або 32-розрядні мікроЕОМ. Розрядність - це кількість біт інформації, з якими вона оперує. Основні компоненти мікроЕОМ:
— Постійний пристрій, що запам'ятовує (ПЗУ). Те місце, де зберігається програма і дані у вигляді констант. Програма — перекладена мовою машинних кодів мікроЕОМ сукупність всіх алгоритмів управління СУД. Дані - калібрувальні таблиці константи, які беруть участь у процесі розрахунків або вибираються як керуючі параметри. Для різних типів СУД, які використовують однакові контролери, записується своя програма або набір даних. Інформація в ПЗУ може зберігатися як завгодно довго, незалежно від того, працює контролер або зберігається на складі. Для запису програми та даних використовуються спеціальні пристрої, які називаються програматорами.
— Оперативний пристрій (ОЗУ). Область пам'яті, де зберігаються дані, які в процесі роботи змінюються. Це може бути проміжні результати обчислень чи значення, отримані від датчиків. На відміну від ПЗП, інформація в ОЗУ втрачається після вимкнення живлення контролера. Щоб зберегти дані, які накопичуються в процесі роботи контролера та беруть участь у розрахунках як параметри адаптації алгоритмів до конкретного двигуна, у контролерах існує так зване енергонезалежне ОЗП. Воно запитується від окремого джерела живлення, яке підключається безпосередньо до акумулятора. У режимі зберігання це енергонезалежне О3У споживає дуже незначну кількість енергії, що не може призвести до розряду батареї, оскільки струм споживання в цьому випадку можна порівняти зі струмом саморозряду. Недоліком такого типу енергонезалежної ОЗП є те, що процес адаптації відновлюється коженразів після вимкнення живлення від акумулятора. На старих типах СУД так і було, й у “Посібнику з експлуатації” існувало суворе попередження про неприпустимість відключення. Для усунення цього недоліку в сучасних контролерах СУД використовують новий тип енергонезалежного ОЗП, який для зберігання інформації взагалі не потребує додаткового джерела живлення.
- АЦП - аналогово-цифровий перетворювач. Однокристальна мікроЕОМ не може працювати з аналоговими сигналами, тому в АЦП відбувається дискретна вибірка миттєвих значень безперервного аналогового сигналу і перетворення їх у цифровий код (зазвичай 8 або 10 двійкових розрядів).
- Порти вводу / виводу. Служать для організації взаємодії мікроЕОМ з іншими компонентами контролера. Через них відбувається зчитування вхідних та видача вихідних сигналів та інформації.
— Таймери/лічильники — це пристрої, необхідні для вимірювання інтервалів часу або підрахунку кількості подій.
- Генератор тактової частоти. Виробляє тактові імпульси синхронізації роботи всієї системи. Від точності його роботи залежить точність вимірювання всіх інтервалів часу. Формувальники вхідних сигналівСигнал від датчика - це не що інше, як перетворене в електричний сигнал значення фізичної величини (наприклад, температури рідини, що охолоджує). У контролері СУД цей сигнал проходить через формувач, де відбувається узгодження рівнів (посилення чи ослаблення) — перетворення до тієї величини, яка необхідна нормальної роботи процесорної частини. Крім того, вхідні формувачі виконують захисну функцію від перенапруги. Розрізняють формувачі дискретних, аналогових та частотних сигналів.
Дискретні сигнали - це сигнали, значення якиху часі змінюється стрибкоподібно. Наприклад, сигнал увімкнення запалювання або сигнал запиту кондиціонера. Такі сигнали надходять після перетворювачів безпосередньо в процесорну частину входи портів вводу/вывода.
Аналогові сигнали — це сигнали, значення яких постійно змінюється. Наприклад, сигнал з датчика масової витрати повітря або датчика положення дросельної заслінки. Ці сигнали після попередньої обробки надходять у процесорну частину входи АЦП.
Частотні сигнали - це сигнали, частота зміни яких несе інформацію про зміну фізичної величини, що вимірюється датчиком. Наприклад, частота сигналу з датчика положення колінвала пропорційна швидкості обертання двигуна. Для подальшої обробки таких сигналів важливо, щоб ці сигнали не мали імпульсних перешкод. У вхідному формувачі частотний сигнал обмежується по амплітуді (амплітудне значення такого сигналу не несе необхідної інформації) і надходить у процесорну частину на вхід таймера/лічильника. Формувачі вихідних сигналів пристроями. Вихідні формувачі - це сучасні мікросхеми (драйвери), які, крім основних функцій, посилення за потужністю, ще виконують функції захисту виходів контролера від замикання на масу або плюс батареї, а також від перевантаження. Ці драйвери називають “інтелектуальними”, оскільки у разі ненормальної роботи, коли спрацьовують захисні функції, вони інформують про це процесор. У контролері використовують різні типи формувачів вихідних сигналів залежно від необхідної потужності.
Формувач каналу діагностики необхіднийУзгодження рівнів електричних сигналів діагностичного обладнання з рівнями сигналів процесора. Він видає стабільну напругу при зміні напруги бортової мережі в широкому діапазоні. Просідання напруги до 6 вольт під час холодного пуску двигуна з не повністю зарядженою батареєю не призводить до відключення контролера СУД. Від внутрішнього джерела живлення контролера також запитують деякі датчики керування.