Ремонт и техническое обслуживание автомобилей




Электронный блок управления




Общие сведения о блоках управления

Время карбюраторов, трамблеров и классических дизелей безвозвратно уходит в прошлое с наступлением эпохи компьютеров. «Безмозглые» системы, обеспечивающие работу агрегатов, систем и прочих элементов конструкции автомобиля, интенсивно сдаются под власть электроники, способной отдавать точные и быстрые команды в зависимости от текущих потребностей машины, диктуемых внешними, внутренними и дорожными условиями эксплуатации, а также волей водителя.

Пристальное внимание электронного «мозга» уделяется многим устройствам и системам автомобиля, входящим в состав двигателя, шасси и кузова – системы питания, зажигания, охлаждения, рулевое управление, тормоза, подвеска, системы обеспечения комфорта и безопасности и т.д. и т. п. Современные системы цифровой обработки данных значительно расширяют возможности управления всеми этими системами и механизмами автомобиля.

«мозги» автомобиля

Каковы же принципы электронного управления элементами конструкции автомобиля при помощи компьютера? Давайте попробуем заглянуть в «мозг» автомобиля, чтобы понять, как он управляет сложными процессами и механизмами этого популярного транспортного средства.

Работа электронного блока управления (ЭБУ) автомобиля ничем особым не отличается от работы бытового персонального компьютера.
Ядром автомобильного ЭБУ (как и любого компьютера) является микропроцессор, размещенный на компактной печатной плате, изготовленной по сверхточной микроэлектронной технологии.
В постоянной памяти блока управления (ЭБУ) размещена специальная программа управления, выполнение которой обеспечивает микроконтроллер.

Все необходимые для работы устройств и систем параметры контролируются одновременно, и это позволяет оптимально ими управлять.
Блок управления принимает и обрабатывает сигналы многочисленных датчиков, информирующих о текущем состоянии различных систем и устройств автомобиля, и при помощи набора наиболее оптимальных действий, заложенных в программу, вырабатывает управляющие сигналы для исполнительных механизмов.

Требования к электронному блоку управления

К ЭБУ предъявляются достаточно жесткие технические требования, поскольку он подвергается высоким механическим и температурным нагрузкам, а также может работать в условиях повышенной влажности и агрессивных сред.
Блок управления должен безотказно функционировать при:

  • недостаточном или чрезмерном заряде аккумуляторной батареи (в достаточно широком интервале напряжений бортовой сети);
  • экстремальных температурах окружающей среды и резких перепадах температуры;
  • воздействии агрессивных эксплуатационных материалов (масло, топливо и др.);
  • повышенной влажности окружающей среды;
  • механических нагрузках (например, вибрации от двигателя).

ЭБУ должен работать при пуске двигателя от недостаточно заряженной аккумуляторной батареи (например, при холодном пуске) и при высоком напряжении заряда (колебаний напряжения бортовой сети).
При проектировании ЭБУ предъявляются высокие требования к электромагнитной совместимости с другими приборами автомобильного электрооборудования и к уровню излучения высокочастотных помех.

Электронный блок управления должен работать достаточно быстро.
В режиме реального времени системы автомобиля требуют моментального отклика управления, поэтому реакция регулирования ЭБУ должна гарантированно осуществляться одновременно с физическим процессом, точнее, в пределах определенного промежутка времени, т. е. своевременно. Эти качества ЭБУ зависят от комплектации компьютера и его производительности.

Размеры и вес любого элемента конструкции автомобиля существенно влияют на его компоновку, динамические и эксплуатационные качества, а также стоимость. ЭБУ выполняются по возможности малогабаритными и легкими.
С этой целью применяют следующие технические и технологические решения (рис. 1):

  • Многослойность. Проводящие слои толщиной 0,035…0,07 мм располагаются друг над другом с соответствующей изоляцией.
  • Конструктивные элементы SMD. Мелкие поверхностные элементы (Surface Mounted Devices) припаиваются или приклеиваются непосредственно к печатной плате, либо на малогабаритную подложку.
  • ASIC. Специально спроектированные интегральные модули объединяют в себе множество функций, которые описаны в следующих статьях.

Как и любой элемент конструкции автомобиля, электронный блок управления должен обладать достаточной надежностью в эксплуатации. Высокую надежность придают необходимые дополнительные (в большинстве случаев параллельно протекающие) вычислительные процессы и интегрированная диагностика неисправностей управляемых элементов и систем.

устройство и работа ЭБУ автомобиля

Рис. 1. Электронный блок управления (ЭБУ)

Электронные блоки управления должны надежно работать в температурном диапазоне от -40 °С до + 60...125 °С (в зависимости от области применения), а также выдерживать значительные колебания температуры при работе узлов автомобиля на разных нагрузочных режимах.
На некоторых участках печатной платы микроконтроллера температура может значительно повышаться из-за нагрева электронных элементов.

Электромагнитные источники помех (например, какой-либо электромеханический исполнительный механизм) или излучатели (например, мобильный телефон) не должны мешать работе ЭБУ, так же как и сам блок управления не должен оказывать влияние на работу другой электроники.

ЭБУ прикрепляемые к узлам автомобиля, подверженным вибрации должны выдерживать высокие ускорения (например, ЭБУ прикрепленный к двигателю выдерживает вибрацию до 30 g, к ТНВД – до 100 g).

Не менее важное требование к автомобильным блокам управления - стойкость к агрессивным средам. В зависимости от места крепления корпус ЭБУ и его начинка должны противостоять повышенной влажности, агрессивным жидкостям (например, маслу) и солевому туману.




Устройство ЭБУ

Печатная плата с электронными элементами (см. рис. 1) размещается в металлическом корпусе 2. Датчики, исполнительные механизмы и кабели подачи напряжения соединяются с ЭБУ через разъем 1. Оконечные каскады большой мощности, обеспечивающие непосредственное управление исполнительными механизмами расположены с учетом эффективного теплоотвода в корпус.

В некоторых автомобилях ЭБУ может устанавливаться на двигатель так, чтобы тепло от корпуса через встроенную радиаторную пластину передавалось топливу, омывающему блок управления. Но обычно применяется термически защищенная версия ЭБУ, которая может устанавливаться в любом месте кузова.

Большее число электронных компонентов выполнено по технологии поверхностного монтажа конструктивных элементов – SMD (Surface Mounted Devices), благодаря чему конструкции ЭБУ легкие и компактные. Лишь некоторые мощные конструктивные элементы крепятся при помощи разъемных соединений.

электронный блок управления автомобиля

Рис. 2. Устройство блока управления дизелем (система Common Rail):
1 - Датчик атмосферного давления; 2 - Импульсный источник питании со стабилизацией напряжения; 3 - Оконечный каскад малой мощности; 4 - Многоштырьковый разъем; 5 - Микросхема управления шиной последовательного интерфейса CAN и общие входные и выходные схемы (располагаются на нижней стороне платы, на фото не видны); 6 - Оконечный каскад большой мощности; 7 - Микросхема управления оконечным каскадом (ASIC); 8 - Бустер-накопитель напряжения; 9 - Микропроцессор

***

Электронное управление и регулирование



Главная страница


Специальности

Учебные дисциплины

Олимпиады и тесты