电控单元是汽车控制的未来趋势

   2022-10-08 工业品商城78
核心提示:在1967年之前,汽油机的供给系统是由化油器供给的,这与今天电喷发动机的原理完全不同。化油器是利用节气门前后的压力差来吸油的,不仅不能精确控制供油量,还制约了汽车动力和环保性能的提高。因此,博世等企业开发了电子燃油喷射系统。最早的博世电喷系统是D-Jetronic,后来又开发了K-Jetronic和L-Jetronic。经过电子技术

在1967年之前,汽油机的供给系统是由化油器供给的,这与今天电喷发动机的原理完全不同。化油器是利用节气门前后的压力差来吸油的,不仅不能精确控制供油量,还制约了汽车动力和环保性能的提高。因此,博世等企业开发了电子燃油喷射系统。最早的博世电喷系统是D-Jetronic,后来又开发了K-Jetronic和L-Jetronic。经过电子技术的介入,博世开发了几套电控燃油喷射系统,其中KE-Jetronic就是今天广泛使用的电喷技术。虽然各个企业的商号不一样,但结构都差不多。

电喷系统的工作特点在于“定量定时”喷油。发动机需要多少燃油,何时喷射,这与发动机转速、空气流量等有直接关系。除此之外,还涉及到水温、油压等各种参数。怎么处理这么多参数,给注射系统发一个注射指令?这就需要发动机控制单元的介入,ECU应运而生。

简单来说,ECU就是一台家用电脑,也是由CPU、I/O接口、A/D转换器、ROM+RAM组成。

只是ECU的CPU无法像我们的电脑一样实现“双核”、“3.2G”等高速处理。一个汽车ECU的主频只需要几十KHz,即使是高性能的ECU也达不到家用电脑的处理速度。I/O接口相当于计算机的显示器、鼠标和键盘,用来和处理器“交流”。当然这只是机器之间的交流,普通车主很少有机会和ECU交流;模数转换器(A/D)是ECU工作的前提。它将接收到的传感信号转换成数据,以便在ECU中运行。

那么,ECU是如何工作的呢?简单来说,就是一个将军的指挥过程:“思考”、“指挥”,最后“确认”。

“侦察”是由传感器来完成的,传感器负责整个发动机的“侦察”。一台发动机里有几十个大大小小的传感器。节气门开度传感器、曲轴转速传感器、氧气传感器、曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器、空气温度传感器、水温传感器和爆震传感器是汽车发动机中最基本的传感器。传感器无处不在。它们负责收集相关信息,并以电信号的形式传输给ECU。经过A/D转换器转换成数字信号后,ECU通过计算判断此时发动机的工作状态,这就是ECU的“思考”过程。

而“思考”过程的标准是什么?虽然计算机不会思考,但它们需要存储在ROM中的程序。这相当于一个软件。当数据传输到ECU时,ROM程序的所有数据与采集到的信号进行比较,ECU得出调整方法。这套程序是ECU的灵魂。这个程序是在大量实验数据的基础上编写的,往往需要通过台架试验和道路试验来设置。通常,改装者改变ECU程序的方式是重写或修改ROM程序,以改变ECU的操作规则。

当然,ECU不是一成不变的。RAM的另一个功能就像飞机的“黑匣子”,可以记录汽车行驶的数据。通常很多ECU都有“学习”的能力,ECU可以从RAM中记录的数据不断学习驾驶员的驾驶风格,从而更加人性化。当然,一旦出现问题,也可以从RAM中读取信息,以支持维护。

“思考”之后,ECU的下一步就是“命令”。在ECU的控制下,喷油器负责调节喷油量和喷油正时,汽油泵负责向其供油。点火控制器和点火线圈由ECU控制。之后,ECU需要再次接收数据以确认闭环控制的结束。

随着当今汽车技术的发展,ECU肩负着越来越重的负担。i-VTEC等可变气门正时技术需要增加额外的凸轮轴位置传感器,通过ECU计算转换凸轮轴的相位。尤其是宝马双VANOS等连续可变气门正时系统,ECU需要进行精确的计算来控制其相位和气门升程。

着环保技术的发展,排气管上布满了越来越密集的传感器。他们负责监测排出的废气是否超标。一旦发现,会立即反馈给ECU,由ECU控制点火和喷油,重新调整发动机的工作,从而实现发动机的正常工作。

今天,汽车上增加的许多设备都需要由ECU来管理。比如宝马为了减少发动机的无用功,采用电动水泵,需要ECU来控制。随着汽车的不断进步,汽车的ABS系统需要单独的控制系统,自动变速器需要单独的控制系统,四驱扭矩分配需要单独的控制系统。越来越多的ECU出现在汽车上,传统的“发动机控制单元”已经不能满足时代的发展。所以,今天我们更愿意称ECU为“电控单元”——电子控制系统。

我们不妨打个响指,数一数需要控制多少系统。自动变速器、ABS系统、车载娱乐影音系统、四驱扭矩分配系统、主动悬挂系统、安全气囊+安全带系统等。

这么多系统,都有自己的传感器和处理器,做单独的计算,排除了河流...

但是,需要自动变速器和发动机之间的配合。比如换挡的时候需要收集发动机的油,油门宽的时候需要降档变速器的降档...在各种状态下,两者需要共享很多数据,比如发动机的曲轴转速。对于自动变速器来说,重新建立一组传感器是浪费成本且不切实际的。最好的方法是在变速箱和发动机ECU之间共享数据,这就产生了——CAN数据总线,ECU之间的信息网络系统。同样的CAN总线也用在底盘电子设备上,比如四驱扭矩分配系统、ABS等,它们共享底盘的很多传感器参数。

 
 
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