ECU的基本運作

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圖:ECU運作的簡圖

 

上篇所談的電子控制單元(簡稱ECU),一般是指汽車使用的電腦。身處控制汽車系統轉為電子式的時代裡,汽車的運作十分仰賴ECU,ECU內包含中央處理器與一連串複雜計算,這將會使得汽車其他零件進行運作。ECU會從各感知器接受固定流量的數據,將產生與記憶體的訊號資訊進行比較後,再將處理好的資訊送出給其他零件。

 

舉例而言,汽車內的壓力感知器、溫度感知器和空氣流量計等將訊號傳送給中央處理器,經由記憶體比對處理後,將送出另一訊號給噴油嘴進行燃油的噴射,或讓進氣的閥產生開關。而不同車款的ECU處理訊號的內容多有差異,以下本文將為ECU的運作與各零件的作用進行粗淺的介紹與分析。

 

 

一、記憶體

 

ECU的記憶體包含了永久記憶體(ROM)和隨機存取記憶體(RAM)。

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圖:CMD公司對於ECU的改裝與調整

 

前者ROM又稱唯讀記憶體,記憶體內容任何情況下都不會改變,電腦與使用者只能讀取指令和使用儲存在ROM的資料,但不能變更或存入資料。汽車電腦裡,此處儲存了汽車對於個數據下不同的控制程序,只能經由特定的調整才能汽車控制的數據改變。然而不一樣的是,汽車上的記憶體並非完全不能改寫,保時捷911系列汽車電腦所採用的是電子抹除式可複寫唯讀記憶體(EEPROM),此種可利用高電廠將資料編程寫入。市面上有不同的公司會對汽車程式進行改寫,以增強汽車的性能。

 

後者RAM中文名稱為隨機存取記憶體,當電腦運作時,它會與CPU直接交換資料的記憶體。而它隨時可以進行讀寫,速度非常快,於汽車電腦內通常作為作業系統或正在執行中的感知器的臨時資料儲存媒介。RAM又稱為易流失性記憶體,原因為當汽車熄火消除了電力供給後,記憶體內的數據便會消失。

 

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圖:電腦控制的傳輸系統

 

二、訊號傳輸

 

圖為電腦的傳輸系統,而此系統的心臟為一個電子控制模組(ECU)。整個模組我們又稱為微控制器(microcontroller),可視為一個自成體系的電腦,可分為4、8、16、32位元,指的是微控制器所運作二進位字元碼的長度。保時捷996車款所使用的微控制器為16位元進位的。

 

以下將說明保時捷996的運作方式:

 

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圖:ECU內部資訊接受簡圖

 

  1. 1.  微電腦。


保時捷996使用16位元的微控制器,微電腦內的晶片有個2049位元的ROM和64位元的RAM。計算機語言裡,位元可表現為訊號1或0,0通常代表著零電壓或低電壓,而1的電壓通常較高,大多為1.9伏特。

 

  1. 2.  電源供應器。

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圖:Porsche_996車用電池(Bosche產)

由於現代車多為電控系統,故需車用電池提供一個穩定的電力至微控制器,此稱為工作電壓,一般則為5伏特。其中電源供應器為了防止電壓過高或過低的保護,例如會增設一個電容防止電池電壓過低。

  1. 3.  計時器。

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圖:計時器


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車款的計時器在4兆HZ的頻率下操作,計時器會控制電腦的動作,像是感知器的脈衝等,用以計算供給給電動閥門輸出脈衝的速度,讓變速箱在換檔時可以趨於平順。

 

  1. 4.  保護電路。

 

保護電路是防止電腦進路一個無止境迴圈的定時器電路,倘若發生讀取錯誤的情形,將造成系統發生無止境迴圈。

 

綜合上述,整合為下圖:

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eatontseng

曾教授與古董保時捷

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