Informacije

Electronic Control Unit12.07.2005. @ 14:34:13
Galerija slika
Poaljite komentar
Reprint od 23.01.2004.


U prethodnim tekstovima vezanim za tehnicke osnove jednog prosecnog, modernog automobila u vise navrata smo spominjali veoma vaznu ulogu njegovog “kompjutera”. Pod izrazom “kompjuter” misli se prevashodno na ECU, odnosno “Electronic Control Unit”, koji predstavlja centralni kompjuter vozila. Danasnji automobili umnogome zavise od ECU-a, jer on omogucava pravilan rad svih sistema na automobilu, kako onih koji svoj rad baziraju na elektricnoj energiji, tako i vecini ostalih sistema. Moderni automobili danas imaju pedesetak pa i vise mikroprocesora u svom sistemu. Dakle, ECU nije jedini mikroprocesor – zapravo, svaki sistem na automobilu poseduje barem jedan! Kako se u poslednje vreme broj sve komplikovanijih i ultra-modernih sistema na kolima povecava, tako i citav “elektronski sistem” automobila postaje izuzetno slozen. Za razliku od nekadasnjih modela, koji istina i nisu neka daleka istorija, danasnje je bukvalno nemoguce samostalno odrzavati, odnosno servisirati. To bi za prosecne vozace bilo zaista nemoguce, ali, sa druge strane, posao servisera je zapravo olaksan. Kako savremeni automobili, svi do jednog, poseduju ECU i citav njegov razgranati sistem kontrolnih uredjaja, vrlo je lako ustanoviti kvar na vozilu i isti otkloniti. Svi ste ili videli ili culi za one spravice koje svi, nesto opremljeniji, servisi poseduju – spravice ciji se port prikljuci odgovarajucem na automobilu i tako se citaju odredjeni podaci sa kompjutera vozila i ustanovljava kvar. Kako je to sve moguce i kako funkcionise citav gorespomenuti sistem videcemo u nastavku ovog teksta…



Istorija ECU-a i nije bas toliko kratka. Prvi kompjuteri su poceli da se ugradjuju jos sedamdesetih godina proslog veka. Njihov razvojni put je bio veoma brz, tako da danas nemamo bas mnogo dodirnih tacaka sa prvim modelima. Na prvoj slici je prikazan glavni kompjuter koji se ugradjivao u Opel-ove modele Ascona 1,8/Kadett GSI jos davne 1984. a na drugoj je ECU Ford Ranger-a iz 2001. godine. Najvece prednosti modela sa ECU-om jeste skoro savrsena kontrola ubrizgavanja goriva u cilindre, tajming paljenja smese i kontrola izduvnih gasova, sto je vrlo bitno sa ekoloskog aspekta. Ipak, to su samo neke od osnovnih funkcija. ECU regulise sve – od prethodno spomenutog, pa sve do npr. elektricnih prozora, odnosno retrovizora vozila! Kako sam vec ranije spomenuo, u automobilu postoji vise od 50 mikroprocesora, ali ECU je uvek najjaci od svih. To je i logicno s obzirom da on ustvari kontrolise sve ostale mikroprocesore, putem njihovih modula. Taj glavni procesor, jel, se nalazi na dobro zasticenoj ploci, velicine otprilike 15 sa 15 centimetara. Ta ploca sadrzi i jos neke bitne delove osim procesora – tu su razni konvertori, cipovi, inputi, autputi… Od ostalih, treba recimo izdvojiti analogno-digitalni, odnosno digitalno-analogni konvertor. Analogno-digitalni konvertor se stara da procesor uvek dobije eksternu informaciju u digitalnom formatu. Recimo da neki od eksternih uredjaja sa kojim je ECU povezan treba da u delicu sekunde posalje informaciju o, na primer, kolicini kiseonika koji ce biti iskoriscen u smesi goriva i vazduha. Taj senzor (oxygen sensor) ce poslati “analognu” informaciju – dakle, “signal” u rasponu od recimo 0 do 1,1 volta. Naravno, razumemo da odredjena voltaza koju senzor salje odgovara odredjenoj vrednosti kolicine kiseonika, koju je senzor zabelezio. Takva informacija zatim dolazi do A-D konvertora, koji tu odredjenu voltazu (informaciju) prebacuje u digitalnu informaciju – u vidu odredjenog broja, odnosno niza brojeva. Dakle, ovaj konvertor menja signal u vidu odredjene voltaze u 10-bitni digitalni signal. Isto tako, ECU ponekad treba da posalje odredjenu informaciju da bi recimo aktivirao odredjeni uredjaj i ta informacija mora da bude analognog tipa, u njenom finalnom obliku. Kako se ECU bazira na radu mikroprocesora, tako taj procesor moze da emituje samo digitalnu informaciju (u vidu niza brojeva). Medjutim, takva digitalna informacija dolazi do digitalno-analognog konvertora, koji ustanovljava potrebu da istu prebaci u analognu i da je, kao takvu, dalje “isporuci” do odredjenog uredjaja, odnosno njegovog modula. Modula? Objasnicemo to nesto kasnije… Ovde, dakle, treba razlikovati da postoje dva razlicita konvertora – analogno-digitalni i digitalno-analogni. Pored njih, na samoj ploci glavnog kompjutera se nalaze i autputi, pomocu kojih ECU dopire do svih eksternih uredjaja sa kojima ima vezu. Autputima procesor salje “signal” da neki od uredjaja treba da se ukljuci/iskljuci, kao na primer elektricni ventilator u sistemu za hladjenje motora. Takodje, kroz autpute prolaze i informacije o sastavu smese, koje se salju ka motoru radi pravilnog ubrizgavanja, i koje su nesto slozenijeg tipa. Naravno, pored autputa postoje i inputi, putem kojih ECU dobija razne vrste informacija od brojnih senzora i na osnovu kojih stvara odredjenu informaciju za isti, ili neki drugi eksterni uredjaj. Jedan od najvaznijih delova celog sklopa glavnog kompjutera jesu i tzv. “komunikacioni cipovi”. Oni postavljaju odredjene standarde komunikacija citavog sistema za ECU-om, sto je vrlo bitno jer citav sistem mora da bude usaglasen i sinhronizovan. Odredjenim vidom komunikacije sistema sa kompjuterom je uslovljen i sam tip hardvera koji ce se, kao sistem, koristiti. Danas imamo vise komunikacionih standarda koji se primenjuju u automobilu, a najcesci je CAN, sto je skracenica za “Controller-Area Networking”. CAN omogucava brzinu prenosa podataka i preko 500 Kb u sekundi, sto je vrlo vazno za savremene modele, koji koriste sve vise i vise elektronike u svom sastavu. Zasto? Pa, kad je u pitanju ovaj standard, on za komunikaciju sa ECU-om koristi jedan, univerzalni “bus”, odnosno magistralu sa dve zice i ona predstavlja glavnu, to jest JEDINU vezu ECU-a i eksternih uredjaja, to jest njihovih modula. Naravno, sto je vise tih uredjaja “nakacenu” na glavnu magistralu, to ce i vise elektronskih signala biti emitovano u trenutku, a isto tako postoje i odredjeni uredjaji u sistemu koji na istu salju i stotine “signala” po sekundi, tako da je brza komunikacija preduslov za funkcionisanje modernog ECU-a.



Kako i svi eksterni sistemi, tako su i svi delovi samog glavnog kompjutera povezani sa njegovim mikroprocesorom. Dakle, mikroprocesor ECU-a predstavlja glavni “sabirni centar” svih podataka koji se u trenutku primaju/salju. Sam taj procesor je, normalno, optimizovan za broj operacija koji u trenutku treba da izvrsi i uglavnom je brzine od oko 40 megaherca, i to 32-bitni. Ako ga uporedimo sa standardnim danasnjim PC racunarima, to je poprilicno slaba brojka – moderni procesori koji se koriste u PC-u prelaze cifru od cak 3 gigaherca! Ali to nam jos uvek nista ne govori. Uprkos svemu izlozenom, ECU je znatno efikasniji od standardnih PC-a! To se vrlo lako moze zakljuciti ako se ima u vidu da ECU za svoj rad koristi samo 1 MB memorije (pa cak i manje!), dok standardni korisnik racunara na svom HDD-u ima sigurno nekoliko desetina gigabajta raznih programa. To je nekoliko desetina hiljada puta veca cifra nego li ona kod kompjutera u automobilu! E sada, sta to ECU ima u tih megabajt memorije? To su uglavnom tabele, uz pomoc kojih odredjuje vrednost koju ce kroz autput poslati odredjenom uredjaju, odnosno modulu. Generalno, ECU predstavlja jedan zatvoreni, cirkularni sistem. On prikuplja podatke sa svih mogucih uredjaja, uz pomoc specijalnih senzora tih istih uredjaja i putem glavne magistrale ti podaci stizu do procesora u ECU. Kada ti podaci stignu, oni se obradjuju i to tako sto se dobijene vrednosti uporedjuju sa onima u postojecim tabelama u memoriji kompjutera, ili se na osnovu dobijenih vrednosti odredjuje (isto pomocu tabela) neka nova vrednost koja ce, ili biti vracena prvobitnom sistemu, ili ce biti iskoriscena za rad nekog drugog sistema kome je ta informacija znacajna. Ovaj proces se stalno ponavlja i svaki put kada se ponovi informacije u ECU-u se update-uju, odnosno informacije u modulu eksternog uredjaja se takodje update-uju. Tako ECU u svakom trenutku ima uvid o svim parametrima rada svih sistema na vozilu! To upravo objasnjava kako se na osnovu uredjaja sa pocetka teksta (tzv. “citaca”), koje koriste serviseri, lako mogu ocitati sve informacije sa ECU-a i na osnovu njih videti da li ima eventualnih kvarova na vozilu. Ubacivanjem “citaca” u sistem, ECU automatski salje poslednje informacije koje je dobio od svih mogucih modula. Te informacije se salju u vidu odredjenih sifri, koje “citac” ili automatski desifruje ili serviser mora to da uradi umesto njega. Moderna vozila imaju cak i poseban displej na komandnoj tabli, sa kojeg se moze pratiti rad sistema, odnosno putem kojeg ECU moze obavestiti vozaca da je doslo do odredjenog kvara.





Uci cemo jos malo dublje u tematiku. Ok, za sada znamo da ECU prikuplja informacije sa eksternih sistema putem njihovih senzora i zatim te informacije obradjuje i na osnovu njih salje novu informaciju ka odredjenom uredjaju/sistemu. Konkretno, na osnovu brojnih senzora (ugao “otvorenosti” ventila koji pusta vazduh radi stvaranja smese, poslednja vrednost dobijena sa izduvnog sistema o sastavu gasova, brzina rada motora, temperatura…) ECU dobija vrednosti potrebnu da iskalkulise (uz pomoc tablica u memoriji, koje se mogu predstaviti i uz pomoc pravouglog koordinatnog sistema) potreban odnos vazduha i goriva koji ce biti u trenutku ubrizgan kroz dizne. Taj proces se ponavlja vise puta u samo jednoj sekundi, sto dovodi do vrlo pravilnog i preciznog rada motora. Informacije do glavnog kompjutera dolaze bilo sredjene ili nesredjene, pa u zavisnosti od toga se odredjuje da li ce neka od njih biti prvo upucena u konvertor ili ne. U svakom slucaju, kad u procesor pristignu svi podaci, stvara se informacija koja se uglavnom sastoji iz dva dela. S obzirom da se sve informacije kroz autpute salju na istu, glavnu magistralu, potrebno je da jedan deo informacije bude “signal” u vidu odredjene cifre, koju ce prepoznati modul kome takva informacija treba za rad. Dakle, to je prvi deo “paketa” informacija koji ECU salje. Drugi deo je, naravno, ono sto odredjenom modulu treba za dalji rad. I taj drugi deo paketa informacija iz ECU-a je takodje je dat u vidu brojki, pa tako spomenuti modul prepoznaje odredjenu sifru (brojke) i postupa u saglasnosti sa istom. Pre nego sto konacno objasnim sta je u ovom slucaju modul, treba reci jos par reci o senzorima koji emituju “signale’ ka ECU-u. Gore sam spomenuo da postoje analogno-digitalni konvertori koji, dakle, analogni signal transformisu u potrebni digitalni. Sve je manje takvih senzora – senzora, koji koriste odredjenu voltazu za emitovanje odredjenih podataka. Danas se uglavnom koriste takozvani “Smart” senzori, koji emituju digitalne signale. Velike su prednosti ovakvih senzora, jer oni, pre svega, smanjuju broj potrebnih operacija. Takodje je bitno to sto se, kod “analognih” senzora, vrednost emitovane voltaze moze poremetiti pre nego sto stigne u ECU, i to tako sto ce usput slucajno ‘pokupiti’ ekstra-voltazu od strane drugih elektronskih sistema pored kojih prolazi.



Prosta logika nam govori da, s obzirom da se sve vise i vise elektronike koristi u modernim automobilima, sada postoji i mnogo vise zica koje sve te sisteme povezuju i to sve cini jedan veoma komplikovan sistem. Pa, ne. Vec sam naveo da od glavnog kompjutera imamo samo jednu univerzalnu magistralu koja povezuje sve vaznije sisteme. Ipak, ta ista magistrala ne moze da prolazi i kroz recimo vrata nekog automobila, s obzirom da i na vratima danas imamo pregrst prekidaca i uredjaja, kao sto na prilozenoj slici mozemo i videti, a koji se takodje moraju kontrolisati. E, na tim istim vratima cemo imati jedan modul koji ce sve prekidace i uredjaje u tim vozacevim vratima povezati u jednu celinu i, uz pomoc odredjenog broja posebnih mikroprocesora povezati sa glavnom magistralom, odnosno ECU-om. Dakle, gde god se nalazili moduli u automobilu, sa njima mora biti uparen i odredjeni broj mikroprocesora koje ce kontrolisati. To nas dovodi do one spomenute brojke od preko 50 mikroprocesora u citavom automobilu! Ovakav sistem povezivanja se najcesce naziva “multipleks”. Na primer, ako zelimo da otvorimo prozor na vozacevim vratima, pritisnucemo dugme i modul ce tada dobiti ‘signal’ da ‘pusti’ odredjenu kolicinu elektricne energije do motora koji pokrecu staklo. Ali ako pozelimo da otvorimo suvozacev prozor i to prekidacem sa vozaceve strane, onda ce, nakon pritiska na odredjeno dugme, modul sa vozacevih vrata poslati paket informacija ka magistrali. Modul sa druge strane vozila ce prepoznati taj paket i izvrsice zadatu komandu. Dakle, ne postoji zica koja vodi od prekidaca sa vozaceve strane pa do suvozacevih vrata, vec se to sve cini putem modula i univerzalne magistrale! Na slican nacin funkcionisu i druge komponente, bilo da se one odnose na aspekte komfora putnika ili mozda na aspekte sigurnosti (aktiviranje airbag-a, rad sistema stabilnosti, ABS-a…). Ipak, svaki od ovih sistema ima svoj specifican rezim rada, koji ce biti detaljnije opisan nekom drugom prilikom…





Svi pomalo pratimo desavanja na poznatim, svetskim salonima automobila i vidimo sve te modele sa svim njihovim tehnoloskim novotarijama. Eksploataciju takvih high-end sistema u automobile treba objasnjavati znacajnim napretkom u domenu elektronike i usavrsavanju samog ECU-a i njegovih mogucnosti. Danas tako, bez problema, mozemo imati DVD i MP3 u kolima, i to na nekoliko uredjaja (nekoliko ekrana i plejera); iz nase sobe sa naseg PC racunara mozemo za tren oka poslati MP3 muziku u automobil, i to uz pomoc npr. Bluetooth tehnologije… Mogucnosti su gotovo neogranicene, a to ce uskoro morati da pomeri granicu cak i voltaze koja se koristi u elektronskom sistemu automobila. Sa danasnjih 12-14V planira se skok na 42V, sto bi bilo sasvim dovoljno za efikasan rad svih potrebnih (i nepotrebnih) elektricnih uredjaja u ultra-modernom automobilu. Ovo bi bilo sve sto se tice nekih osnova ove tematike, a cesto cemo se, u buducim pricama, osvrtati na ovaj tekst. Mislim da je razlog za to vise nego ocigledan…