|
СХЕМЫ---->
СХЕМЫ АВТОЭЛЕКТРОНИКИ статьи № 1-50---->
СХЕМЫ АВТОЭЛЕКТРОНИКИ статьи № 51-100---->
СХЕМЫ АВТОЭЛЕКТРОНИКИ статьи № 101-150
Введение в автомобильную электронику.
Х. Сига, С. Мидзутани. 1989 г.
Глава 3. Управление двигателем и трансмиссией.
3.1.6. Электронный блок управления ЭБУ
Рассмотрим работу ЭБУ, схема которого показана на рис. 3.3. Аналоговые сигналы преобразуются в цифровые с помощью АЦП (аналого-цифрового преобразователя). Цифровые сигналы проходят через схему обработки входных сигналов, после которой так же, как и после АЦП, они поступают на вход микроЭВМ. Сигнал датчика детонации обрабатывается специальной 4-разрядной микроЭВМ и затем подается в главную (8-разрядную) микроЭВМ. На основе входных сигналов эта микроЭВМ рассчитывает для данного состояния двигателя оптимальные количества впрыскиваемого топлива, угол опережения зажигания, частоту вращения коленчатого вала на холостом ходу и другие параметры. Затем управляющие сигналы, пройдя схему обработки выходных сигналов, воздействуют на форсунки, коммутатор зажигания, клапан управления частотой холостого хода и т. д.
(1) Схема обработки входных сигналов
Формы входных сигналов с датчиков системы управления двигателем представлены на рис. 3.49.
Сигналы датчиков расхода поступающего в двигатель воздуха и температуры охлаждающей жидкости являются аналоговыми типа изображенного на рис. 3.49, а.
Сигналы включения стартера и концевых выключателей являются двухуровневыми цифровыми сигналами «Включено—Выключено» типа изображенного на рис. 3.49,б. Сигналы датчиков угла поворота коленчатого вала и скорости автомобиля относятся к цифровым. Они представляют непрерывную последовательность импульсов, показанную на рис. 3.49,в.
1) Входная обработка аналоговых сигналов
Поскольку микроЭВМ воспринимает только цифровые сигналы, аналоговые сигналы проходят обработку, превращаясь в цифровые с помощью аналого-цифрового преобразователя.
Возьмем в качестве примера сигнал датчика расхода воздуха и рассмотрим, как он преобразуется в цифровой. На рис. 3.50 показана схема обработки.
Сигнал расхода воздуха в виде напряжения Vs и опорное напряжение подаются в АЦП. Сигнал
расхода воздуха является основным при управлении впрыском горючего, и необходима высокая разрешающая способность и точность его измерения. Поэтому для обработки используется, например, 11-разрядный АЦП. Кроме того, продолжительность аналого-цифрового преобразования должна быть достаточно малой, чтобы успевать за быстрыми изменениями входного сигнала (порядка 4 мс). На рис. 3.51 представлена временная диаграмма аналого-цифрового преобразования.
2) Входная обработка цифровых сигналов
Хотя микроЭВМ и воспринимает цифровые сигналы, но их нельзя вводить в том виде, как они поступают. МикроЭВМ работает от стабилизированного источника напряжения питания +5 В, входящего в состав ЭБУ. Между тем сигналы от датчиков и переключателей, поступающие на вход ЭБУ, бывают такими, как изображены на рис. 3.52,
а именно превышающими допустимое напряжение (а); переменной полярности (б); содержащими помехи и шумы (б); содержащими пики напряжения (г) и т. д.
Эти сигналы, пройдя схему входной обработки, преобразуются в сигналы, которые могут быть введены в микроЭВМ.
(2) МикроЭВМ
Основная часть ЭБУ — микроЭВМ. Она имеет структуру, показанную на рис. 3.53.
Ее содержание аналогично схеме на рис. 2.39 гл. 2, но для наглядности мы приводим ее здесь повторно. Раньше центральный процессор (ЦП), оперативное (ОЗУ) и постоянное (ПЗУ) запоминающие устройства, и другие блоки входили в состав такой схемы как отдельные ИС. В последние годы в связи с ростом уровня интеграции, достигаемого на основе прогресса в полупроводниковой технологии, эта схема выполняется на одном кристалле и называется однокристальной микроЭВМ.
Однокристальная микроЭВМ по сравнению с прежней многокристальной конструкцией позволила уменьшить размеры, повысить быстродействие, надежность, снизить себестоимость системы.
Данные, используемые в комплексной системе управления двигателем, должны представляться с высокой разрешающей способностью (например, 0,01% в системе управления впрыском топлива).
Необходимо при этом, чтобы ЦП мог обрабатывать данные от 0 до 65535, для чего требуется достаточно большая разрядность — 16 бит. Однако обычно достаточно обрабатывать 8-разрядные данные (0—255). Поэтому в настоящее время по сравнению с 16-разрядными ЦП более выгодными с точки зрения соотношения себестоимость — характеристики являются 8-разрядные ЦП, способные обрабатывать и 16-разрядные данные.
Кроме того, входные и выходные сигналы, обрабатываемые в комплексной системе управления двигателем, имеют самую разнообразную форму. Это входные сигналы, изменяющие уровень при включении и выключении различных переключателей, сигналы, в которых нужно измерять промежутки между импульсами (например, от датчика угла поворота коленчатого вала), выходные сигналы впрыска и зажигания в виде импульсов и т. д.
Построить оптимальную систему для обработки этих сигналов на основе микроЭВМ общего применения, не обладающей достаточным набором функций, очень сложно. Кроме того, во многих случаях это приводит к созданию неоправданно большой системы, что оказывается невыгодным с точки зрения габаритных размеров и себестоимости. Были разработаны несколько типов специальных однокристальных 8-разрядных микроЭВМ с необходимыми входными и выходными функциями, предназначенные для применения в системах управления автомобилем. В качестве одного из таких примеров на рис. 3.54
показана блок-схема микроЭВМ, используемой в автомобилях.
(3) Программа управления
В комплексной системе управления двигателем одновременно с обработкой входных сигналов (такой, как обработка входных сигналов выключателей, аналого-цифровое преобразование сигналов датчиков, измерение периодов импульсных сигналов) проводится расчет количества впрыскиваемого топлива, угла опережения зажигания, степени открытия клапана управления частотой холостого хода, и в заданное время направляются сигналы в соответствующие исполнительные устройства. Последовательность этих действий записывается в ПЗУ микроЭВМ, откуда команды поочередно передаются и выполняются в ЦП.
На рис. 3.55 представлена укрупненная блок-схема программы управления.
В действительности выходные сигналы времени впрыска топлива и угла опережения зажигания выдаются в оптимальной временной последовательности за счет смешанной обработки. Например, если во время расчета коррекции впрыска необходимо выдать выходной сигнал об угле опережения зажигания, то, приостановив расчет коррекции впрыска, приоритет отдается программе выходной обработки сигнала зажигания, после окончания которой продолжается расчет коррекции впрыска. Такая последовательность работы и называется смешанной обработкой.
(4) Схема выходной обработки
Формы выходных сигналов микроЭВМ представляют собой, как показано на рис. 3.56,
сигналы уровня, необходимые, например, для включения и выключения лампочки (а), импульсные сигналы рассчитанной длительности с заданной периодичностью типа выходных сигналов впрыска топлива (б), последовательность определенного количества импульсов с постоянным периодом и изменяющейся фазой типа сигналов, подаваемых на шаговый двигатель клапана управления частотой холостого хода (в).
Поскольку большинство исполнительных устройств используют в качестве источника питания напряжение аккумуляторной батареи автомобиля, они не могут срабатывать непосредственно от воздействия выходных сигналов микроЭВМ, работающей от источника питания +5 В. Поэтому для приведения в действие исполнительных устройств предусмотрена схема выходной обработки, срабатывающая от выходных сигналов микроЭВМ. На рис. 3.57
показан пример схемы выходной обработки сигналов, подаваемых на форсунку системы управления впрыском топлива.
(5) Схема источника питания
Поскольку, микроЭВМ и периферийные устройства имеют напряжение питания +5 В, в ЭБУ имеется источник этого напряжения.
При этом внешним источником питания является автомобильная аккумуляторная батарея.
Напряжение бортовой сети, как показано на рис. 3.58,
значительно колеблется, например при пуске двигателя. Поэтому схема конструируется так, чтобы и при этих условиях обеспечивать стабильное напряжение питания +5 В.
Кроме того, для того чтобы после контроля работоспособности датчиков, исполнительных устройств и т. д. информация о выявленных повреждениях хранилась и при выключенном ключе зажигания, в память микроЭВМ поступает обычно напряжение питания +5 В. Однако, поскольку в этом случае разряд происходит постоянно, во избежание чрезмерной разрядки аккумуляторной батареи при проектировании схемы особое внимание следует уделять потребляемому ею току.
|
