Ρουτίνες Λειτουργίας

Οι αισθητήρες των ECU μετατρέπουν τα μετρούμενα φυσικά μεγέθη σε ηλεκτρική ροή. Η μεταβολή της εξόδου των αισθητήρων αποκρίνεται συνεχώς στα μετρούμενα μεγέθη, όπως για παράδειγμα τη συνεχή μεταβολή της πίεσης του αέρα εισαγωγής.

Η κεντρική μονάδα ελέγχου φέρει κυκλώματα μετατροπής του σήματος εισόδου από αναλογικό σε ψηφιακό (A/D) τα οποία μετατρέπουν αυτήν την αναλογική μεταβολή σε δυαδικά ψηφία που μπορεί να χρησιμοποιήσει ένας Η/Υ για να κάνει πράξεις. Ο Η/Υ της ECU είναι προγραμματισμένος ώστε να αντιλαμβάνεται τα χαρακτηριστικά των σημάτων ενός αισθητήρα και τα πεδία λειτουργίας του.

Οι ενέργειες που τελεί ο Η/Υ μιας ECU είναι οι εξής :

Α) Δειγματοληψία από τους αισθητήρες που είναι τοποθετημένοι στα κατάλληλα σημεία του κινητήρα.
Β) Τα σήματα εισόδου μετατρέπονται σε αναγνωρίσιμη ψηφιακή μορφή και υπολογίζονται τα δεδομένα εισόδου καθώς και η κατάσταση λειτουργίας.
Γ) Υπολογίζεται το πλάτους παλμού των εγχυτών , των σημάτων προς τα πηνία ανάφλεξης και γενικά των σημάτων προς όλους τους ενεργοποιητές (υπολογισμοί εξόδου).

Ο παραπάνω βρόγχος επαναλαμβάνεται αναλλοίωτος μέχρι κάποιος αισθητήρας να πληροφορήσει την μονάδα ότι κάτι έχει αλλάξει στην λειτουργία του κινητήρα. Σε αυτήν την περίπτωση το πλάτος παλμού ή η έξοδος των άλλων ενεργοποιητών αναπροσαρμόζεται βάσει πάντα των στοιχείων που είναι αποθηκευμένα στην κεντρική μνήμη.

Απαιτήσεις Συστήματος

Υπάρχουν πολλές αλληλοσχετιζόμενες μεταβλητές που επηρεάζουν την λειτουργία του κινητήρα. Ο λογική έλεγχου της ηλεκτρονικής μονάδας (ECU) δεν μπορεί να προβλέψει κάθε πραγματική κατάσταση λειτουργίας με λεπτομέρεια. Οι ECU κάποιες φορές αποτυγχάνουν στην αποστολή να επιτύχουν τέλεια έλεγχο του δυναμικού συνόλου του κινητήρα. Ίσως κάποιος αισθητήρας παρουσιάσει βλάβη ή , ιδιαίτερα στα συστήματα χαμηλού κόστους, μπορεί να συμβεί μια δυσλειτουργία η οποία δεν μπορεί να ανιχνευτεί από τους υπάρχοντες αισθητήρες. Είναι πιθανόν επίσης ο λογικός έλεγχος να μην είναι αρκετά σύνθετος (αρκετά έξυπνος) ώστε να προλαμβάνει κάθε πιθανό ενδεχόμενο ή απρόοπτο. Σε κάποιες περιπτώσεις οι ενεργοποιητές του συστήματος ή οι αισθητήρες δεν έχουν την δυνατότητα να αντιδρούν ικανοποιητικά γρήγορα. Δυνατόν είναι ακόμη η ECU να μην είναι αρκετά γρήγορη, με αποτέλεσμα να αντιλαμβάνεται την λειτουργία του κινητήρα κατά φάσεις (διακεκομμένα) και όχι σε πραγματικό χρόνο. Σε τέτοια κατάσταση, ο υπολογιστής , οι αισθητήρες και οι ενεργοποιητές είναι πολύ αργοί για να συντρέχουν με την αλλαγή της κατάστασης που υφίσταται στον κινητήρα, οπότε μέχρι το σύστημα να αντιδράσει πχ. κατά τη διαχείριση ψεκασμού , οι καταστάσεις έχουν αλλάξει τόσο πολύ που τώρα το σύστημα είναι αναγκασμένο να υπεραντιδρά σε αντίθετη όμως κατεύθυνση. Η πιθανότητα προβλήματος σε αισθητήρες και ενεργοποιητές ή ακόμη και στον κώδικα του προγράμματος πρέπει πάντα να λαμβάνεται πάντα υπ όψη .

Σύμφωνα με τα παραπάνω λοιπόν εμφανίζεται μία νέα παράμετρος. Αναφερόμενοι σε κινητήρες που έχει υποστεί εκτεταμένες μετατροπές , ακόμη και αν έχει επαναπρογραμματιστεί η ECU με την ακριβέστερη και αποτελεσματικότερη δυνατή μέθοδο, ο έλεγχος του κινητήρα κατά τις επιταχύνσεις ή σε υψηλούς ρυθμούς περιστροφής καθίσταται πιθανά από αναποτελεσματικός έως αδύνατος. Φυσικά εδώ λύση είναι η αντικατάσταση της υπάρχουσας ECU με κάποια από ισχυρότερο μοντέλο ή η χρήση αναπρογραμματιζόμενης μονάδας ανάλογων επιδόσεων.

Η ταχύτητα των μικροεπεξεργαστών

Οι κατασκευαστές ECU σχεδιάζουν τα συστήματα τους γύρω από ένα μικροεπεξεργαστή. Ηλεκτρονικά κυκλώματα και ειδικά μικροκυκλώματα μέσα στον μικροεπεξεργαστή, είναι ευαίσθητα στις θερμοκρασίες, οι οποίες μπορούν να προκαλέσουν αστοχία σ’ αυτά. Όσο οι ταχύτητες επεξεργασίας αυξάνονται τόσο μεγαλώνει και η ευαισθησία των μικροκυκλωμάτων στις υψηλές θερμοκρασίες, οι οποίες πρέπει να αποφεύγονται για να διατηρηθεί η σωστή λειτουργία του κυκλώματος. Τσιπς με τρανζίστορς και λογικές πύλες και άλλα γρήγορα μικροκυκλώματα παράγουν μεγάλα ποσά θερμότητας. Το πρόβλημα γίνεται μεγαλύτερο όταν ο μικροεπεξεργαστής είναι τόσο γρήγορος όπου μερικά μόνο παραπάνω χιλιοστά μήκους (διαστολή) των εσωτερικών αγωγών των τσιπς, μπορεί να επηρεάσουν σημαντικά την λειτουργία του. Σ’ αυτήν την περίπτωση, τα κυκλώματα πρέπει να συσκευάζεται μαζί και όσο το δυνατόν πυκνότερα. Οι ισχυροί υπολογιστές ερευνητικών εφαρμογών μπορούν να λειτουργούν σε θερμοκρασία περίπου 20οC, συ ή πλην μόνο μερικούς βαθμούς! Πολλοί μεγάλοι υπερυπολογιστές έχουν συστήματα ψύξης νερού ή ακόμη και φρέον ενώ αντίθετα οι υπολογιστές γραφείου που χρησιμοποιούνται σήμερα είναι σχεδιασμένοι για να λειτουργούν σε θερμοκρασίες δωματίου της τάξεως των 10-35οC .

• Το διαμέρισμα του κινητήρα μπορεί εύκολα μια ζεστή μέρα όταν αυτός λειτουργεί υπό μεγάλο φορτίο, να ζεσταθεί σε αρκετά υψηλές θερμοκρασίες. Αναφορικά, ακόμη και ο θάλαμος των επιβατών μπορεί να φτάσει στην θερμοκρασία των 65οC με τα παράθυρα κλειστά μία ηλιόλουστη ημέρα.
• Το χειμώνα , η θερμοκρασία στο χώρο του κινητήρα τυγχάνει να βρίσκεται υπό του μηδέν εφ΄ όσων δεν έχει τεθεί σε λειτουργία ο κινητήρας ενώ μετά την εκκίνησή του η θερμοκρασία αυξάνει ραγδαία .
• Τα προβλήματα επιτείνονται ακόμα περισσότερο αν συνυπολογιστεί η πιθανότητα υψηλής υγρασία και συγκεντρώσεων σκόνης.

Γι αυτούς τους λόγους, ο μικροεπεξεργαστής που ελέγχει τον κινητήρα πρέπει να έχει υψηλή ανθεκτικότητα. Ο στρατιωτικός ηλεκτρονικός εξοπλισμός (ο οποίος πρέπει να προστατεύεται έναντι ηλεκτρονικών παρεμβολών που μπορεί άμεσα να καταστήσουν ανενεργά όλα τα οχήματα με συνήθη ECU), τα τρακτέρ και τα σκάφη λειτουργούν σε ακόμη σκληρότερες συνθήκες από ότι ένα κοινό αυτοκίνητο. Αυτός είναι και ο λόγος που τα παραδοσιακά τσιπς της Intel 80X86, τα σημερινά Pentium και τα Motorola γενιάς 680X0 που χρησιμοποιήθηκαν και χρησιμοποιούνται στους προσωπικούς υπολογιστές δεν είναι εφαρμόσιμα σε μονάδες ECU. Δεν είναι αρκετά ανθεκτικά!

 Οι ECU χρησιμοποιούν ανθεκτικούς μικροεπεξεργαστές οι οποίοι τρέχουν σε σχετικά χαμηλές ταχύτητες (clock), ώστε να ελαχιστοποιήσουν λογικά λάθη που οφείλονται σε υψηλές θερμοκρασίας και λάθη επεξεργασίας που οφείλονται στις ταχύτητες που μεταβάλλονται με τις αλλαγές της θερμοκρασίας. Αν και οι κοινοί γρήγοροι μικροεπεξεργαστές μπορούν να εκτελέσουν πολλά εκατομμύρια πράξεις το δευτερόλεπτο (MIPS), οι αυτοκινητιστικού τύπου μικροεπεξεργαστές γενικά, λειτουργούν σε αρκετά χαμηλότερες ταχύτητες.

Γ.ΓΕΩΡΓΑΤΟΣ