Будь-яке сучасне технічне пристрій, що містить рухомі робочі органи, має в своєму складі блок управління. Безпосередніми рушіями (виконавчими механізмами) цих органів є приводи, що представляють собою пристрої різної природи: електричні, електромагнітні, гідравлічні, пневматичні та т. Д. Завданням згаданого блоку є цілеспрямований вплив на них з метою зміни характеристик руху робочих органів: їх швидкості, кута повороту , положення та ін.
Електронний блок управління системою автомобіля
У автотехніки цей загальний термін застосовується для електронних схем, що відповідають за роботу систем автомобіля і конструктивно виконаних у вигляді окремих блоків. При цьому кожен з них може відповідати за один або кілька агрегатів. Так, в автомобілях можна зустріти електронний модуль управління трансмісією (англ. PCM). Це, як правило, комбінований пристрій, що містить схеми контролю двигуна (англ. ECU) і (коробки) передачі (англ. TCU). Таким чином, PCM являє собою конструктивно об`єднаний блок управління системами автомобіля. Але в деяких моделях авто, наприклад фірми "Крайслер", обидві ці схеми (ECU і TCU) конструктивно відокремлені.
Зустрічаються також аналогічні пристрої для гальм, дверей, сидінь, акумулятора і т. Д. Деякі сучасні авто містять до 80 таких схем. При цьому кожну з них можна визначити як окремий, функціонально (а іноді і конструктивно) відокремлений електронний блок управління. З точки зору схемотехніки більшість з них представляють собою високонадійні вбудовуються мікроконтролери. Загальною ж тенденцією автомобілебудування є об`єднання всіх таких пристроїв в загальну електронну систему автомобіля з центральним комп`ютером.
Блок управління двигуном (ECU) автомобіля
У найзагальнішому сенсі це - пристрій для формування впливів на ряд виконавчих органів, що змінюють параметри режимів роботи двигуна внутрішнього згоряння (ДВЗ) з метою їх оптимізації. Критерієм оптимізації зазвичай виступає витрата палива. необхідний для реалізації руху із заданою швидкістю при наявній навантаженні.
ECU забезпечує виконання наступних дій:
• зчитування значень з великої кількості датчиків усередині моторного відсіку,
• інтерпретації даних з використанням багатовимірних карт продуктивності (так званих довідкових таблиць),
• коригування стану виконавчих елементів на двигуні відповідно до довідковими таблицями.
Де знаходиться блок управління ECU? На фото нижче показано типове місце його розташування під панеллю приладів автомобіля.
Що з себе являє мікропроцесор ECU
Сучасний ECU може містити 32-бітний, 40-МГц мікропроцесор. Це може здатися не надто швидкодіючим пристроєм в порівнянні з процесором 500-1000 МГц, який ви, ймовірно, маєте на своєму ПК, але пам`ятайте, що мікропроцесор ECU працює з набагато меншим об`ємом пам`яті, що становить в середньому ECU менше 1 мегабайта. У вашому ж ПК, по крайней мере, 2 гігабайти оперативної пам`яті - це в 2000 разів більше.
Схема блоку управління конструктивно виконана у вигляді електронного модуля з чіпом мікропроцесора і сотнями інших компонентів на багатошарової друкованої плати. Цей модуль закріплюється в загальному корпусі разом з блоком живлення, а всі електричні контакти виводяться на зовнішній електричний роз`єм. Так виглядає електронний модуль ECU (див. На фото нижче).
Інші електронні компоненти ECU
Аналого-цифрові перетворювачі (АЦП) - це пристрої для введення в мікропроцесор сигналів автомобільних датчиків, наприклад датчика вмісту кисню. Його вихідний сигнал є напругою, що безперервно змінюється в діапазоні від 0 до 1,1 В. Мікропроцесор розуміє тільки цифровий код, тому АЦП перетворює сигнал датчика в 10-бітовий двійковий код.
- Вихідні ключові схеми. Блок управління двигуном запалює свічки циліндрів, включає клапани форсунок інжекторної системи подачі палива, задіє вентилятор радіатора охолоджуючої рідини. Ланцюги управління цими пристроями підключені до вихідних ключів ECU. Такий ключ або відкритий для протікання струму, або закритий - проміжного стану він не має. Наприклад, вихідний ключ вентилятора може комутувати струм 0,5 А при напрузі 12 В на реле включення вентилятора. Сигнал невеликої потужності на виведення чіпа мікропроцесора відкриває транзистор вихідного ключа ECU, що дозволяє включити вже електромагнітне реле вентилятора, комутуюче ток його електродвигуна, що досягає декількох ампер.
- Цифро-аналогові перетворювачі (ЦАП). Іноді ECU повинен надати аналогове вихідна напруга для управління деякими виконавчими пристроями. Оскільки мікропроцесор ECU є цифровим пристроєм, то воно повинно мати ЦАП, що перетворює цифровий код в аналогову напругу.
- Формувачі сигналів. Іноді вхідні або вихідні сигнали повинні бути змінені за величиною перед їх перетворенням. Наприклад, АЦП може мати діапазон вхідних сигналів від 0 до 6 В, а сигнал датчика - перебувати в діапазоні від 0 до 1,5 В. Формувач сигналу для АЦП примножить напруга цього датчика, на 4, і на виході його вийде сигнал в діапазоні 0 -6 В, який уже може бути прочитаний і перетворений АЦП більш точно.
Нижче ми розкриємо зміст окремих функцій ECU.
Управління панеллю приладів
Прилади на ній відображають поточний стан різних систем авто. Ця інформація надходить на індикацію після використання відповідними блоками управління. Так, з ECU подається значення температури охолоджувача двигуна і частота обертання його клонували. Блок управління передачею (TCU) оперує величиною швидкості руху. Блок, керуючий гальмами, має інформацію про їх стан.
Всі ці модулі просто виставляють свої дані на загальну для них шину передачі даних, з якої їх зчитує центральний мікропроцесор, наприклад в ECU. Він же періодично виставляє на ту ж шину пакети інформації, що складаються з заголовків і даних. Тема визначає призначення даних пакета: або на індикатор швидкості, або на індикатор температури, а самі дані і є величини для індикації. Приладова панель містить інший модуль, який знає, як шукати певні пакети - щоразу, коли він виявляє їх, оновлює відповідний датчик або індикатор з новим значенням.
Більшість автовиробників купують приладові панелі вже повністю зібраними, від постачальників, які їх розробляють і виготовляють.
ECU інжекторних двигунів
Система харчування сучасних двигунів внутрішнього згоряння - як бензинових, так і дизельних - будується за принципом прямого впорскування палива. Основним її виконавчим пристроєм є вприскувача, інжектор. На відміну від карбюраторної системи, інжектор впорскує паливо безпосередньо в циліндри або впускний колектор до повітряного потоку за допомогою однієї або декількох механічних або електричних форсунок.
Сьогодні форсунками керує мікропроцесор ECU инжекторного двигуна. Принцип роботи такої системи ґрунтується на тому, що рішення про момент і тривалості відкриття електромагнітних клапанів форсунок приймається на підставі сигналів, що надходять від багатьох датчиків.
Управління співвідношенням "повітря-паливо"
Для інжекторного двигуна ECU визначає кількість палива, що впорскується на основі аналізу ряду параметрів. Якщо датчик положення дросельної заслінки показує, що педаль газу натискається все далі, то датчик масової витрати вимірює кількість додаткового повітря, що всмоктується в двигун, а ECU розраховує і вводить відповідну кількість палива в двигун. Якщо датчик температури охолоджуючої рідини двигуна показує, що останній не прогрітий, то уприскування палива буде збільшуватися, поки двигун не прогріється. Контроль ECU паливо-повітряної суміші на карбюраторному двигуні працює аналогічно, але за сигналами датчика положення поплавця карбюратора.
Управління кутом випередження запалювання
Двигун з іскровим запалюванням вимагає іскри, щоб ініціювати горіння в камері згоряння. ECU може налаштовувати точний час запалювання іскри в такті стиснення (так зване випередження запалювання), щоб забезпечити йому оптимальний режим роботи. Якщо він виявляє, що двигун стукає, т. Е. Має місце детонація - стан, який потенційно є руйнівним для двигуна, і визначає його як результат занадто раннього запалювання, то воно затримується. Оскільки детонація, як правило, виникає на низьких оборотах, ECU може відправити сигнал для АКПП на зниження передавального відносини в першій спробі його припинити.
Як управляються скла в вашому авто
Чи замислювалися ви, який механізм піднімає і опускає вікна вашого автомобіля вгору і вниз? І як повинен працювати блок управління склопідйомниками?
Механізм підйому влаштований так: невеликий електродвигун кріпиться до черв`ячної передачі, після яке встановлено ще кілька інших зубчастих коліс, щоб досягти великого передавального числа. За рахунок цього малопотужний виконавчий двигун створює достатній крутний момент для підняття вікна.
У сучасних автомобілях ланцюга управління двигунів склопідйомників всіх дверей заведені в спеціальний електронний блок управління склопідйомниками. Він зазвичай поєднує в собі також функції управління становищем дзеркал і дверних замків.
У деяких автомобілях управління всіма цими функціями плюс управління становищем сидінь поєднане в одному блоці, званому «блоком контролю тіла».
Вентилятор радіатора двигуна: як він управляється?
Електричний вентилятор радіатора двигуна автомобіля включається або в замок запалювання (і тоді він працює, поки двигун працює), або в блок управління вентилятором з термостатичним вимикачем.
Термостат не включає вентилятор до тих пір, поки що охолоджує двигун рідина не нагріється вище її нормальної робочої температури. Відключає ж його термостат, коли вона знову охолоне. Інтервали включення / вимикання блок управління вентилятором формує в залежності від сигналу з датчика температури охолоджувача.
Що забезпечує тепло в салоні?
Всі машини обладнані обігрівачем салону (в просторіччі грубкою), який призначений для використання тепла від двигуна, вдуваемого потім в салон.
Після прогріву двигуна і відповідного підігріву охолоджуючої рідини вона передається в обігрівач, який представляє собою невеликий радіатор. Коли повітря над ним прогрівається від протікає по трубках обігрівача рідини, він нагнітається в салон невеликим вентилятором.
Управління обігрівачем регулюються або ручним способом, при якому водій просто включає / вимикає вентилятор подачі теплого повітря в салон, або автоматичним управлінням, в якому задіяний окремий блок керування грубкою, або ж система клімат-контролю автомобіля під керуванням центрального комп`ютера.
Виконавчим органом при всіх способах управління залишається вентилятор подачі теплого повітря, хоча в деяких моделях автомобілів використовується і клапан управління нагрівачем, який зупиняє ток охолоджуючої рідини в обігрівач, коли він не використовується. Обігрівачі сидінь використовують електронагрівальні елементи, а не охолоджуючу рідину двигуна для досягнення ефекту нагрівання.
Кілька слів про побутову техніку
Численні вироби побутової техніки мають вбудовані електроприводи, що приводять у рух їх робочі органи: ножі м`ясорубок і чопперов, різні насадки кухонних комбайнів і міксерів, активатори пральних машин. Тут же можна згадати і різні ручні електроінструменти. У більшості випадків ці вироби оснащені електродвигунами постійного струму, які допускають простий спосіб регулювання їх частоти обертання за допомогою змінних резисторів, рухливі контакти яких виводяться на органи управління.
Винятком з цього правила є сучасні пральні машини. Вони оснащуються, як правило, безконтактними (на відміну від двигунів постійного струму) однофазними асинхронними двигунами. Оскільки частота обертання такого двигуна визначається частотою струму в електромережі, то для її зміни використовується спеціальний електронний блок управління пральної машини.
По суті, він являє собою частотний електропривод. Його завданням є харчування обмотки статора приводного електродвигуна струмом такої частоти, при якому швидкість обертання двигуна (і активатора) відповідали б заданим режимом. Так, при полосканні білизни потрібна мінімальна швидкість обертання, а при його віджиманні - максимальна.
У більшості сучасних домогосподарств пральні машини використовуються досить інтенсивно. Тому частим видом їх несправності є вихід з ладу будь-якого елемента керуючої схеми. Після чого слід неминуча заміна блоку управління.
