Контролер системи керування двигуном - ЕБУ
Головна частина системи упорскування - контролер системи керування двигуном. Його іноді ще називають "мозками" або ебу, 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;
Процесорна частина контролераЦе 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 кристалі мікросхеми (чіпі). У контролерах СУДвикористовуються 8-, 16- або 32-розрядні мікроЕОМ. Розрядність - це кількість біт інформації, з якими вона оперує. Основні компоненти мікроЕОМ:
Структура сучасного контролера :
Постійний пристрій (ПЗУ). Те місце, де зберігається програма та 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, що у 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 адаптаціївідновлюється щоразу 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 та перетворення їх на цифровий код (зазвичай 8 або 10 двійкових розрядів).
Порти введення/виводу. Служать для 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 залежить точність вимірювання всіх інтервалів часу.
Формувачі вхідних сигналівСигнал від датчика — це не що інше, як перетворене на електричний сигнал значення фізичної величини (наприклад, температури охолоджуючої рідини). 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 сигналице сигнали, значення яких у 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 вимірюваної 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 амплітудою (амплітудне значення такого сигналу не несе необхідної інформації) і надходить у процесорну частину на вхід таймера/лічильника.
Формувачі вихідних сигналівЦі формувачі перетворюють сигнали з портів введення/виведення процесорної частини в сигнали достатньої потужності для безпосереднього управління виконавчими 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.
Формувачканал діагностики необхідний для узгодження рівнів електричних сигналів діагностичного обладнання з рівнями сигналів процесора.
Джерело живленняОскільки процесорна частина та мікросхеми формувачів мають робочу напругу живлення +5 вольт, у контролері передбачено джерело живлення. 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.