ECU的运作(上)大家都听过的ECU是如何主宰汽车的一切?

发布时间:2020-06-06

ECU(Eletronic Control Unit)其实就是汽车专用的微控制器,和我们每天用着的电脑一样,由CPU、记忆卡、A/D转换器等集成的电路所组成,简单来说就是汽车的大脑,,最主要的目的是精準控制引擎的性能,摆脱过去的机械式喷射或化油器带来的误差,还有各式各样的控制系统都被掌控之中,但要怎幺同时处理多种讯号来源又是另外一回事了。
 
ECU的运作(上)大家都听过的ECU是如何主宰汽车的一切?▲早期还在化油器时代的汽车,油门踏板非常机械化,只用钢线开启节气门的开度。
 
ECU的介入 为了提昇可靠性
 
60-70年代的老车都是以纯机械式来控制引擎喷油和变速箱的换档,那种用钢线带动的直接回馈有人车一体的感觉,反而现今主流的车款并没有这样的效果,踩下油门踏板时总是觉得引擎反应慢了一点,那是因为讯号传给ECU去计算给引擎的喷油量和档位的过程需要一点时间,在ECU未应用在汽车前,大部分的引擎参数都是固定的,所以每一个汽缸的注油量是由化油器来决定,在低转速行驶还行,一旦到高转速很容易造成供油不稳定的现象。
 
ECU的运作(上)大家都听过的ECU是如何主宰汽车的一切?▲当ECU取代油门线后,ECU会先从油门踏板、进气管路和喷油嘴讯号的蒐集来判定当下最适当的节气门开度,达到最佳的空燃比。
 
ECU会透过各种感知器去蒐集引擎各部分的工作状态信号,再由传输线路回传到ECU,当收到这些信号后就会进行各别分析和比较,才能知道各零件目前处于什幺样的运作情况,根据ECU里头事先写好的程式码自行运算,判断哪些零件在当下应该做哪些事情,再将指令发送并执行工作,透过不断循环的运算来调整当下最佳的状态,有写过程式语言的人应该知道这就是「闭迴圈」设定,正好也符合引擎的运转。
 
ECU的运作(上)大家都听过的ECU是如何主宰汽车的一切?▲设置许多ECU控制这些电子系统和机械零件,使车子愈来愈电脑化已经是不可挡的趋势。

比如说,车厂透过写好的程式来设定引擎的工作规律,在排气触媒转换处加装氧气感知器,判断目前的油量多寡,再决定节气门的开度;在进气管路加装流量计,判断吸到的空气温度高低,避免高温产生汽缸内的爆震而降低动力的输出;又或者水温感知器可以判断引擎燃烧室的温度来判定是否要修正供油量等等,将当下的状态传送给ECU,根据它们的回馈,不断的调整喷油量和点火正时,大幅度提高引擎的效率。

ECU的运作(上)大家都听过的ECU是如何主宰汽车的一切?
▲ECU利用工程师编好的程式码自行运算,以循环的方式来调整当下的最佳状态,就像图中的O2 Sensor回馈排气触媒的氧气残余量讯号给引擎ECU参考喷油量。
 
ECU的运作(上)大家都听过的ECU是如何主宰汽车的一切?▲ECU都具备自我诊断的功能,系统发生故障时能在RAM中记录故障代码,在固有的程式中读取替代程式来维持引擎的运转,同时在仪錶亮灯提醒车主赶快检查。
 
当软硬体逐步成熟
     ECU架构也标準化
 
时代的演进,汽车的控制功能愈来愈多,连网的软体数量一直增加,但初期每家车厂都有自己的一套方案,后来全球汽车製造商、零件供应商、软体和半导体公司组成AUTOSAR(汽车开放系统架构)联盟,建立起的合作关係让电子控制装置形成开放式及标準化的软体架构。
 
ECU的运作(上)大家都听过的ECU是如何主宰汽车的一切?▲AUTOSAR使ECU的介面标準化,让软体可以在原本的ECU内持续的更新,未来可能车主就能自行下载更新版本,不用再回到原厂,加速软体供应商的发展。
 
AUTOSAR制订的标準规範包括基础软体模组化、运行环境(RTE)和应用层面,其中的基础软体模组化能提供不同车厂生产的车款和电子零件供应商,足够降低研发成本,藉由「运行环境」实现不同ECU之间的讯息交换(说白一点就是指定软体也要能应用在不同的硬体),能适应複杂的软体架构。为了提高性能、增加安全性和环保效益,ECU变得像家用电脑一样,可以下载软体更新。透过标準的介面设定,让软体的重用性及交换性不再受硬体的限制,车厂可以选择的供应商相对增加,造就庞大的市场。
 
ECU的运作(上)大家都听过的ECU是如何主宰汽车的一切?▲AUTOSAR採用三层软体架构,分别是基础软体、运行环境和应用软体。

ECU的运作(上)大家都听过的ECU是如何主宰汽车的一切?▲ECU发展至今,开始从「自我诊断功能」演变到「主动学习功能」,RAM会不断的记录驾驶者的行车数据,根据驾驶记录提供最佳的控制状态,达到主动安全的目的,但这项技术还有待观察。

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