Cấu trúc ECU

1. Tổng quan về ECU 

ECU (Electronic control Unit) là hệ thống điều khiển điện tử của xe ô tô với mục đích tiếp nhận thông tin, chi phối và ghi lại các hoạt động của xe ô tô.

Một lượng lớn các thông số có thể được đưa vào trong quá trình hỗ trợ tối ưu hoạt động của các hệ thống khác nhau. Sự kiểm soát thiết bị nhận tín hiệu điện từ các  cảm biến, đánh giá chúng và sau đó tính toán các tín hiệu kích hoạt cho thiết bị truyền động. Chương trình điều khiển “phần mềm” được lưu trữ trong bộ nhớ đặc  biệt và được thực hiện bởi một vi điều khiển.

Bộ điều khiển và các bộ phận của nó được gọi là phần cứng. Vi điều khiển chứa tất cả các thuật toán cho điều khiển vòng lặp mở và vòng lặp kín cần thiết để quản lý động cơ (đánh lửa, cảm ứng và tạo thành hỗn hợp..) 

2. Thiết kế 

Bảng mạch in gồm các linh kiện điện tử được lắp trong một vỏ bằng nhựa hoặc kim loại. Các chân được kết nối từ vi điều khiển đến cảm biến, bộ chấp hành và  nguồn cấp điện. Mạch điều khiển hiệu suất cao cung cấp khả năng điều khiển trực tiếp đến bộ chấp hành được tích hợp bên trong để đảm bảo quá trình trao đổi nhiệt bên trong và bên ngoài.  

Hình 1. Cấu trúc của ECU 

3. Xử lý dữ liệu

Đóng vai trò là các bộ phận ngoại vi, các bộ chấp hành và cảm biến đại diện cho giao tiếp trung gian giữa xe và điều khiển trung tâm với vai trò là bộ xử lí. Các tín hiệu điện được kết nối với bộ xử lí trung tâm thông qua dây dẫn hoặc chân kết nối. Các kiểu tín hiệu có trên xe: 

3.1 Tín hiệu đầu vào 

3.1.1 Tín hiệu Analog 

Tín hiệu Analog hay còn gọi là tín hiệu tương tự hay tín hiệu liên tục. Quan sát hình bên dưới ta thấy đồ thị biểu diễn tín hiệu analog là một đường liên tục (ví dụ: sun, cos hoặc đường cong lên xuống bất kỳ). Tín hiệu tương tự về bản chất, nhưng sẽ khác nhau về cường độ tín hiệu lúc sau so với lúc trước. 

Ví dụ về các đại lượng vật lý có sẵn dưới dạng giá trị đo tương tự là khối lượng không khí nạp, điện áp pin, áp suất nạp và tăng áp, nhiệt độ nước làm mát và nhiệt độ không khí nạp. Chúng được chuyển đổi thành giá trị số bằng bộ chuyển đổi ADC (Analog to Digital Conventer) bên trong vi điều khiển. 

Hình 2. Đồ thị tín hiệu Analog 

3.1.2 Tín hiệu Digital 

Tín hiệu đầu vào kỹ thuật số chỉ có hai trạng thái. Chúng chỉ có “cao” hoặc “thấp”  (logic 1 và logic 0 tương ứng). 

Ví dụ về tín hiệu đầu vào kỹ thuật số đang bật/tắt tín hiệu hoặc tín hiệu kĩ thuật số từ các cảm biến tốc độ (Hall). 

Trong bộ xử lý, điện thế cao đại diện cho mức “1”, điện thế thấp đại diện cho mức  “0”. Chẳng hạn, mức “0” tương ứng với điện áp từ 0 – 0,8V, mức “1” từ 0.8-Vcc  (Vcc có thể là 3,3V hoặc 5V). Những tín hiệu như vậy được xử lí trực tiếp bởi vi điều khiển  

Hình 3. Đồ thị tín hiệu Digital

3.1.3 Tính hiệu xung 

Các tín hiệu đầu vào dạng xung từ cảm biến loại cảm ứng chứa thông tin về tốc độ quay và tham chiếu với thông tin bên trong của bộ điều khiển. Ở đây, các xung giả bị triệt tiêu và các tín hiệu dạng xung chuyển đội thành tín hiệu số. 

Hình 4. Đồ thị tín hiệu xung 

3.2 Điều kiện tín hiệu 

Mạch bảo vệ giới hạn điện áp của tín hiệu đầu vào ở mức phù hợp để xử lí. Bộ lọc tách tín hiệu hữu ích khỏi hầu hết các tín hiệu nhiễu. Khi cần thiết, các tín hiệu sẽ được khuếch đại đến mức điện áp đầu vào theo yêu cầu của bộ điều khiển Microcontroller (0 – 5V). Việc điều hòa tín hiệu có thể diễn ra toàn bộ hoặc một phần trong cảm biến tùy thuộc vào cảm biến có tích hợp hay không. 

3.3 Xử lý tín hiệu đầu vào 

Bộ điều khiển là trung tâm quản lý tất cả các chức năng và trình tự được quy định bởi cơ chế quản lý động cơ. Chức năng điều khiển vòng lặp đóng và mở được thực hiện bởi microcontroller. Các tín hiệu đầu vào được cung cấp bởi các cảm biến và giao tiếp trung gian giữa các hệ thống khác (chẳng hạn như CAN bus) được sử dụng làm tín hiệu đầu vào và được kiểm tra tính hợp lý của tín hiệu thông qua bộ điều khiển. Chương trình bên trong bộ điều khiển hỗ trợ tạo ra các tín hiệu đầu ra được sử dụng để điều khiển các  cơ cấu chấp hành.