Как работают электронные блоки управления автомобиля(ECU).
С каждым годом устройство автомобиля усложняется и сегодня автомобиль может содержать в себе более 50-ти микропроцессоров. Несмотря на то что микропроцессоры значительно усложняют понимание того как работает автомобиль, они предназначены для упрощения его эксплуатации.
Давайте рассмотрим некоторые причины появления такого количества микропроцессоров:
- Необходимость сложного механизма управления, для уменьшения выбросов и соответствия стандартам экономии топлива;
- Расширение диагностических возможностей;
- Упрощение производства и разработки автомобиля;
- Появление новых функции безопасности;
- Появление новых функции комфорта;
Сложности управления двигателем.
Перед тем как вышел закон, регламентирующий количество вредных выбросов в атмосферу, можно было легко обойтись без микропроцессоров. С принятием этого закона, появилась необходимость в сложных системах управления. Эти системы регулируют качество топливовоздушной смеси, чтобы каталитический нейтрализатор максимально очищал выхлопные газы от вредных веществ.
Наиболее загруженным блоком управления автомобиля является блок управления двигателем (ECM). ECM — самый мощный компьютер на борту автомобиля, в котором применяется способ управления с обратной связью. Под обратной связью понимается следующее, когда для управления входом системы используются информация с выхода системы. Сбор информации для управления осуществляется с десятков датчиков. ECM знает все начиная от температуры воздуха и заканчивая количеством кислорода в выхлопе. На основе этих данных выполняются тысячи операций в секунду, выполняется работа с таблицами, решение длинных уравнений. Все это делается для вычисления момента зажигания и времени открытия форсунок. Современный ECM обычно содержит 32-битный процессор, работающий на частоте 40 MHz.
Компоненты ECU.
В ECU на многослойной плате вместе с микроконтроллером располагаются сотни компонентов. Давайте рассмотрим некоторые из них.
Аналого-цифровой преобразователь (ADC) — это устройство необходимо для чтения данных с некоторых датчиков в автомобиле, например, с датчика кислорода. Напряжение на выходе датчика кислорода, как правило, от 0 до 1,1V. Процессор же понимает только цифровые сигналы, а ADC преобразует аналоговое значение в 10-ти битное двоичное число, которое понимает процессор.
Драйвер — это устройство, необходимое для преобразования сигналов, цель которого управлять чем-либо.
Цифро-аналоговый преобразователь (DAC) — иногда ECM необходимо предоставить аналоговый сигнал, для запуска некоторых компонентов двигателя.
Чип связи — на этих чипах реализуются различные стандарты связи, которые используются в автомобиле. Существует несколько стандартов, но на данный момент самый распространённый стандарт связи в автомобиле — CAN (Controller-Area Networking). Этот стандарт связи позволяет передавать данные со скоростью 500 килобит в секунду (Kbps). Такая скорость необходима потому, что некоторые модули обмениваются данными сотни раз в секунду. Физически CAN шина состоит из 2-х проводов.
На многих современных автомобилях управление форсунками, свечами зажигания, включением вентилятора осуществляется цифровыми сигналами. Цифровой сигнал можно охарактеризовать следующим образом, он либо есть, в таком случае, говорят, что на выходе 1, либо его нет, тогда говорят, что на выходе 0 и не принимает промежуточных значений. Так вот, для управления вентилятором необходимо подать на реле, управляющее вентилятором, 12 вольт и обеспечить ток 0,5 ампера. Микроконтроллер не может обеспечить такой ток и напряжение, обычно он может выдать напряжение 5 вольт и ток 0,02 ампера, поэтому между реле и микроконтроллером ставят транзистор. Таким образом, обеспечивают необходимые условия для включения вентилятора.
Расширенная диагностика.
Ещё одним преимуществом CAN шины является то, что каждый модуль может связаться с центральным модулем и передать информацию об имеющихся ошибках. Центральный модуль сохраняет их и выводит эту информацию на приборную панель и на диагностическую колодку. Это облегчает поиск, так называемых, плавающих неисправностей, которые исчезают, как только автомобиль приезжает в автомобильную мастерскую. На каждый автомобиль есть документация, в которой расшифровываются коды ошибок, которые сохраняются в ECU. Иногда эти ошибки можно считать без диагностического оборудования. Например, на некоторых автомобилях, замкнув два вывода диагностической колодки и включив зажигание, начнёт мигать «Check Engine», по количеству мигании можно определить код ошибки.
Упрощение разработки и производства.
С появлением стандарта связи проектировать и производить автомобили стало значительно проще. Хорошим примером такого упрощения является приборная панель. Панель приборов собирает и отображает данные из различных частей автомобиля. Большая часть этих данных используется другими модулями авто. Например, ECM знает температуру охлаждающей жидкости и оборотов двигателя. ECM отправляет пакет, состоящий из заголовка и данных, где заголовок представляет собой число, которое идентифицирует пакет либо как скорость движения или показания температуры. Приборная панель содержит другой модуль, который разбирает пакет и обновляет показания соответствующего датчика. Большинство производителей автомобилей покупают приборную панель в собранном виде у поставщика, который разрабатывает их по спецификации. Это делает работу по проектированию приборной панели намного проще как для автопроизводителя так и для поставщика. Автопроизводитель составляет техническое задание, в котором описывает список пакетов, которые будет получать приборная панель, остальное определено спецификацией стандарта. Таким образом, не возникает вопроса какой сигнал будет соответствовать скорости 30 км/ч и как он генерируется. Коммуникационные стандарты позволяют производство некоторых компонентов автомобиля отдавать на аутсорсную разработку.
Микропроцессорные датчики.
Например, традиционный датчик давления содержит в себе устройство, которое выдаёт различное напряжение в зависимости от приложенного давления. Как правило, выходное напряжение нелинейно и очень мало, поэтому требуется его дальнейшее усиление. Некоторые производители разрабатывают интеллектуальные датчики, в которые интегрирован микропроцессор. Это позволяет считывать напряжение, калибровать его с помощью кривых температурной компенсации, усиливать и передавать давление непосредственно по коммуникационной шине. Это снижает нагрузку на модуль, который работает с этим датчиком, иначе все эти расчёты ему пришлось бы выполнять самому. Ещё одним преимуществом смарт-датчика является то, что цифровой сигнал, посылаемый по шине связи менее восприимчив к помехам чем аналоговый. Также наличие шины связи упрощает прокладку электропроводки. Давайте рассмотрим подробнее как это происходит.
Упрощённая электропроводка.
Метод, который упрощает проводку автомобиля называется мультиплексирование. В старых авто, провода от каждого переключателя надо было соединять с питанием, а количество разных переключателей росло с каждым годом. Мультиплексная система предусматривает подведение ко всем устройствам, входящим в систему, двух проводов — силовой, по которому к потребителю подводится “плюс” питающей сети, и управляющий, по которой проходит сигнал на включение или выключение, зашифрованный в двоичном коде. Сигнал формируется в мультиплексоре при нажатии соответствующего выключателя. Демультиплексор потребителя, получив сигнал, расшифровывает его и, если он соответствует коду включения этого потребителя, подключает его к питающей сети. Подобным же образом происходит отключение потребителей. Таким образом, нет необходимости запускать в дверь целую пачку проводов, чтобы отслеживать все переключатели водительской двери.
Безопасность, комфорт и удобства.
За последние десятилетия, системы безопасности, такие как ABS, SRS, ESC стали обыденными на автомобилях. Каждая из этих систем добавляет новый модуль в автомобиль, который, в свою очередь, содержит несколько микропроцессоров. В будущем количество этих модулей будет только увеличиваться. Увеличение количества модулей ведёт к увеличению потребляемой мощности, поэтому в ближайшем будущем планируют перейти от текущей системы с напряжением 14V, к системе с напряжением 42V.
Источник статьи: http://hubstub.ru/auto/24-kak-rabotayut-elektronnye-bloki-upravleniya-avtomobilyaecu.html
Что такое ЭБУ в автомобиле
ЭБУ расшифровывается как электронный блок управления. Это небольшая электронная плата, отвечающая за сбор и обработку различной информации о состоянии машины. Если двигатель можно назвать сердцем, то ЭБУ, без сомнения, мозг. Также это устройство называют «контроллером». Информация о скорости, температуре двигателя и снаружи, уровне кислорода и пр. поступает в ЭБУ от датчиков. Из него же исходят команды для системы зажигания, коробки передач (для автомата), ABS, топливного насоса, управления светом и других систем.
Как работает ЭБУ
Схема работы ЭБУ
Для того чтобы понять, что такое ЭБУ в автомобиле, для начала нужно разобраться с тем, как данная система работает. В первую очередь ЭБУ собирает данные с датчиков:
- Температура мотора и окружающей среды,
- Данные о подаче кислорода и топлива,
- Датчик скорости,
- Датчик холостого хода,
- Данные от систем антизаноса, стабилизации, антиблокировочной системы, некоторых других систем безопасности,
- Информация о состоянии коленвала (или коленвалов)
- Информация о положении дроссельной заслонки, педали газа
- Контроль количества охлаждающей жидкости, тормозной жидкости и самой тормозной системы
- Датчик напряжения внутренней электросети автомобиля,
- Информация из цепи ЭУР или о состоянии гидроусилителя.
Это минимальный набор данных, которые блок электронного управления получает для анализа постоянно. Чем выше классом машина, тем этот список все длиннее. Добавляются, например, данные о состоянии пневматической подвески у внедорожника и пр.
По мере анализа всей этой информации ЭБУ постоянно отдает команды для поддержания автомобиля в рабочем режиме. Фактически блок управления всегда держит под контролем:
- Впрыск инжекторов,
- Подача воздуха и всю система зажигания,
- Управление газораспределением,
- Состав выхлопных газов,
- Управление автоматической КП
- Поддержание нужного значения температуры,
- Всю осветительную систему, внутреннюю и наружную,
- Подогрев, кондиционер,
- Стеклоподъемники и прочее.
Как выглядит ЭБУ
Электронный блок управления (со снятой крышкой)
Это электронная плата, помещенная в небольшой корпус (алюминиевый или пластиковый). Материал оболочки зависит от места нахождения блока. Если он располагается в салоне, то обычно в пластиковом корпусе, а если под капотом машины – то в металлическом. Из контроллера наружу выходят пара разъемов под CAN шины. Иногда имеется дополнительный разъем для удобства диагностики и перепрошивки.
Внутри ЭБУ устроен как мини компьютер, плата блока управления состоит из запоминающих устройств, а именно:
- ОЗУ – оперативной памяти для обработки промежуточных данных об автомобиле,
- ППЗУ – постоянная память, хранит установки функций двигателя и прочее необходимое ПО.
- ЭРПЗУ – предназначено для хранения временной информации: кодов блокировки и доступа, пробега, температуры в двигателе, расхода горючего и пр.
Функциональные микросхемы ЭБУ получают данные о состоянии и автомобиля, производят их анализ и отправляют текущие команды на исполняющие устройства. Контрольные составляющие ЭБУ – это модули, которые обнаруживают и анализируют ошибки. Они выдают ошибку на дисплей («Check Engine» или другое оповещение), или блокируют запуск мотора.
ЭБУ легко опознать по двум шлейфам, подсоединенным к нему. Если блок электронного управления расположен под капотом, то рядом с блоком предохранителей или с аккумулятором. Если он находится в салоне, то обычно под панелью, либо под задним диваном. Есть модели автомобилей, в которых блок электронного управления расположен даже в багажнике.
Читайте также: Что такое ДМРВ и лямбда-зонд , а также как данные датчики взаимодействуют с ЭБУ.
Неисправности и ремонт ЭБУ
Поврежденный чип на плате ЭБУ
ЭБУ – важная и, как правило, очень надежная часть автомобиля. Но можно однозначно говорить о его неисправности:
- Если машина не запускается или плохо управляется,
- Происходят различные блокировки (дверей, сцепления и пр.),
- На дисплей постоянно выдаются ошибки,
- Происходят сбои в работе двигателя.
Самая частая причина выхода из строя ЭБУ – короткое замыкание в бортовой электросети. Также поломка может случиться из-за аварии, перегрева, попадания на плату жидкостей (воды, антифриза), в результате коррозии.
Блок управления – весьма дорогой узел автомобиля. Его стоимость для «народных» иномарок составляет 300 — 500 долл. Прежде чем покупать новый блок, покажите старый хорошему эксперту. Если микросхема «выгорела» или корродировала лишь частично, наверняка (с вероятностью 80%) можно восстановить работоспособность и проездить на ней еще какое-то время.
Снять ЭБУ достаточно просто, для этого нужно:
- Отсоедините минусовую клемму аккумулятора,
- Отсоедините два входящих шлейфа,
- Открутите болты крепления.
Если ЭБУ размещается возле печки на передней панели, предварительно понадобится ее (панель) снять.
Читайте также: Что такое ESP и как данная система работает в связке с Электронным Блоком Управления.
Видео об ЭБУ
Что такое ЧИП-тюнинг ЭБУ
ЧИП-тюнинг электронного блока управления
Усовершенствование заводского программного обеспечения, то есть замену стандартной прошивки ЭБУ, называют ЧИП-тюнингом.
Ряд компаний предлагают ЧИП-тюнинг для увеличения мощности примерно на 10%, уменьшения расхода горючего, улучшения плавности хода машины и пр. Новая прошивка помогает «заточить» авто под определенное топливо. Всегда рекомендуется перепошивка ЭБУ, если вы сняли катализатор. На некоторых машинах имеется ограничение верхнего предела скорости, и с помощью ЧИП-тюнинга можно его успешно убрать.
Если вы решили сделать ЧИП-тюнинг, помните: новое ПО должно быть абсолютно адаптировано под вашу марку, либо должно быть оригинальным.
Источник статьи: http://avtonov.com/%D1%8D%D0%B1%D1%83-%D1%8D%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B9-%D0%B1%D0%BB%D0%BE%D0%BA-%D1%83%D0%BF%D1%80%D0%B0%D0%B2%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8F/