Hệ thống mã hoá khoá động cơ là một hệ thống chống trộm cho xe. Hệ thống này ngăn không cho động cơ khởi động bằng cách ngăn cản quá trình đánh lửa và phun nhiên liệu khi bất kỳ một chìa khoá nào không phải là chìa khoá có mã ID (mã chìa khoá điện) đã được đăng ký trước. Khi đặt chế độ cho hệ thống mã hoá khoá động cơ động, thì đèn chỉ báo an ninh nháy để cho biết hệ thống đã được xác lập.
Hệ thống mã hoá khoá động cơ gồm có một chíp mã chìa khoá, một cuộn dây thu phát tín hiệu, ECU khoá động cơ và ECU động cơ vv. Có hai loại hệ thống mã hoá khoá động cơ, một loại điều khiển bằng ECU độc lập (ECU khoá động cơ) và loại kia thì điều khiển bằng ECU động cơ có ECU khoá động cơ ở bên trong.
Chương 2:
KẾ CẤU VÀ NGUYÊN LÝ BỘ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG ĐỘNG CƠ XĂNG (ECU)
2.1. Tổng quan về ECU (Electronic Control Unit) 2.1.1. Chức năng – yêu cầu của ECU
Hệ thống điều khiển động cơ theo chương trình bao gồm các cảm biến kiểm soát liên tục tình trạng hoạt động của động cơ, một bộ ECU tiếp nhận tín hiệu từ cảm biến, xử lý tín hiệu và đưa ra tín hiệu điều khiển đến cơ cấu chấp hành. Cơ cấu chấp hành luôn bảo đảm thừa lệnh ECU và đáp ứng các tín hiệu phản hồi từ các cảm biến. Hoạt động của hệ thống điều khiển động cơ đem lại sự chính xác và thích ứng cần thiết để giảm tối đa chất độc hại trong khí thải cũng như lượng tiêu hao nhiên liệu. ECU cũng đảm bảo công suất tối ưu ở các chế độ hoạt động của động cơ, giúp chẩn đoán động cơ một cách hệ thống khi có sự cố xảy ra. Điều khiển động cơ bao gồm hệ thống điều khiển phun xăng, đánh lửa, góc phân phối khí (VVT-i - Variable valve timing with intelligence), ga tự động (cruise control). Ngoài ra, trên các động cơ diesel ngày nay thường sử dụng hệ thống nhiên liệu bằng điện tử (EDC – electronic diesel control hoặc unit pump in line).
Bộ điều khiển, máy tính, ECU hay hộp đen là những tên gọi khác nhau của mạch điều khiển điện tử. Nhìn chung, đó là bộ tổ hợp vi mạch và bộ phận phụ dùng để nhận biết tín hiệu, lưu trữ thông tin, tính toán, quyết định chức năng hoạt động và gởi đi các tín hiệu thích hợp.
ECU được đặt trong một vỏ kim loại để giải nhiệt tốt và được bố trí ở nơi ít bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ và độ ẩm. Các linh kiện điện tử của ECU được sắp xếp trong một mạch in. Các linh kiện công suất của tầng cuối – nơi điều khiển các cơ cấu chấp hành được gắn với khung kim loại của ECU với
mục đích giải nhiệt. Sự tổ hợp các chức năng trong IC (bộ tạo xung, bộ chia xung, bộ dao động đa hài điểu khiển việc chia tần số) giúp ECU đạt độ tin cậy cao.
Một đầu ghim đa chấu dùng nối ECU với hệ thống điện trên xe, với các cơ cấu chấp hành và các cảm biến.
Hình 2.1- ECU thực tế.
2.1.2. Kết cấu chung của ECU Bộ nhớ của ECU Bộ nhớ của ECU
Chức năng bộ nhớ
Bộ nhớ dùng để lưu trữ các lệnh và dữ liệu cho bộ vi xử lí hoặc các vi mạch khác đây là cơ sở chính cho bộ vi xử lí CPU nhận dữ liệu để xử lí.
Bộ nhớ bán dẫn thường được sử dụng trong ECU
Bộ nhớ bán dẫn có kích thước nhỏ, năng lượng tiêu thụ thấp, tốc độ truy xuất cao. Vì vây, bộ nhớ bán dẫn được dùng làm bộ nhớ trong của ECU. Bộ nhớ trong ECU chia ra làm 4 loại :
• ROM (Read Only Memory): Dùng lưu trữ thông tin thường trực. Bộ nhớ này chỉ đọc thông tin từ đó ra chứ không thể ghi vào được. Thông tin của nó đã được gài đặt sẵn, ROM cung cấp thông tin cho bộ vi xử lý và được lắp cố định trên mạch in.
Hình 2.2 - Sơ đồ khối của các hệ thống trong máy tính.
• RAM (Random Access memory): Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên dùng để lưu trữ thông tin mới được ghi
trong bộ nhớ và xác định bởi vi xử lý. RAM có thể đọc và ghi các số liệu theo địa chỉ bất kỳ. Ram có hai loại:
- Loại RAM xóa được: bộ nhớ sẽ mất khi mất dòng điện cung cấp.
- Loại RAM không xóa được: vẫn giữ duy trì bộ nhớ cho dù khi tháo nguồn cung cấp ô tô. Ram lưu trữ những thông tin về hoạt động của các cảm biến dùng cho hệ thống tự chẩn đoán.
• PROM (Programmable Read Only Memory): Có cấu trúc cơ bản giống như ROM nhưng cho phép lập trình (nạp dữ liệu) ở nơi sử dụng chứ không phải nơi sản xuất như ROM. PROM cho phép sửa đổi chương trình điều khiển theo những đòi hỏi khác nhau.
• KAM ( Keep Alive Memory): KAM dùng để lưu trữ những thông tin mới (những thông tin tạm thời) cung cấp đến bộ vi xử lý. KAM vẫn duy trì bộ nhớ cho dù động cơ ngừng hoạt động hoặc tắt công tắc máy. Tuy nhiên nếu tháo nguồn cung cấp từ ắcquy đến máy tính thì bộ nhớ KAM sẽ bị mất.
Bộ vi xử lý (Microprocessor): Bộ vi xử lý có chức năng tính toán và ra quyết định. Nó là ―bộ não― của ECU.
Đường truyền - BUS: Chuyển các lệnh và số liệu trong máy tính theo 2 chiều. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
ECU với những thành phần nêu trên có thể tồn tại dưới dạng một IC hoặc trên nhiều IC. Ngoài ra người ta thường phân loại máy tính theo độ dài từ các RAM (tính theo bit). Ở những thế hệ đầu tiên, máy tính điều khiển động cơ dùng loại 4, 8 hoặc 16 bit phổ biến nhất là loại 4 và 8 bit. Máy tính 4 bit chứa rất nhiều lệnh vì nó thực hiện các lệnh logic tốt hơn. Tuy nhiên, máy tính 8 bit làm việc tốt hơn với các phép đại số và chính xác hơn 16 lần so với loại 4 bit. Vì vậy, hiện nay để điều khiển các hệ thống khác nhau trên ôtô với tốc độ thực hiện nhanh và chính xác cao, người ta sử dụng máy 8 bit, 16 bit hoặc 32 bit.
Bộ nhận kết nối giao tiếp ra - vào
Bộ chuyển đổi A/D ( Analog to Digital Converter)
Trong các tín hiệu vào ECU thì tín hiệu tương tự (Analog) bao gồm: Tín hiệu áp suất đường ống nạp, tín hiệu nhiệt độ nước làm mát, nhiệt độ không khí nạp, tín hiệu vị trí bướm ga, tín hiệu Lambda, tín hiệu điện áp cung cấp v.v... Bộ chuyển đổi A/D dùng để chuyển đổi các tín hiệu tương tự nêu trên thành các tín hiệu số để bộ vi xử lý hiểu được.
Hình 2.4-Mạch điện của bộ chuyển đổi A/D.
Dùng để đếm xung ví dụ như từ cảm biến vị trí piston (tín hiệu G), số vòng quay của động cơ (NE), rồi gởi lượng đếm về bộ vi xử lý.
Hình 2.5- Mạch điện của bộ đếm.
Bộ nhớ trung gian (Buffer)
Chuyển tín hiệu xoay chiều thành tín hiệu sóng vuông dạng số, nó không giữ lượng đếm như trong bộ đếm. Bộ phận chính là một transistor sẽ đóng mở theo cực tính của tín hiệu xoay chiều.
Hình 2.6-Mạch điện của bộ nhớ trung gian.
Bộ khuếch đại (Amplifier)
Một số cảm biến có tín hiệu rất nhỏ nên trong ECU có thêm bộ khuếch đại tín hiệu.
Bộ ổn áp (Voltage regulator)
Thông thường ECU có hai bộ ổn áp, một bộ ổn áp 12V và một bộ ổn áp 5V.
Hình 2.8-Mạch điện bộ ổn áp.
Mạch giao tiếp ngõ ra
Tín hiệu điều khiển từ bộ vi xử lý sẽ đưa đến các transistor công suất điều khiển relay, solenoid, motor,…Các transistor này có thể được bố trí bên trong hoặc bên ngoài ECU.
Hình 2.9- Mạch điện giao tiếp ngõ ra.
2.2. Cấu tạo của ECU
Bộ phận chủ yếu của cấu trúc ECU là bộ vi xử lý (microprocessor) hay còn gọi là CPU (Central Processing Unit), CPU lựa chọn các lệnh và xử lý số liệu từ bộ nhớ ROM và RAM chứa các chương trình và dữ liệu và ngõ vào ra (I/O) điều khiển nhanh số liệu từ các cảm biến và chuyển dữ liệu đã xử lý đến
các cơ cấu thực hiện. Nó bao gồm cơ cấu đại số logic để tính toán dữ liệu, các bộ ghi nhận lưu trữ tạm thời dữ liệu và bộ điều khiển các chức năng khác nhau. Ở các CPU thế hệ mới, người ta thường chế tạo CPU, ROM, RAM trong một IC.
Bộ điều khiển ECU hoạt động trên cơ sở tín hiệu số nhị
phân với điện áp cao biểu hiện cho số 1, điện áp thấp biểu hiện cho số 0. Mỗi một số hạng 0 hoặc 1 gọi là bit. Mỗi dãy 8 bit sẽ tương đương 1 byte hoặc 1 từ (word). Byte này được dùng để biểu hiện cho một lệnh hoặc 1 mẫu thông tin.
Ngày nay trên ô tô hiện đại có thể trang bị nhiều ECU điều khiển các hệ thống khác nhau. Mỗi hãng xe, mỗi loại, mỗi đời xe được trang bị những ECU khác nhau. Vì vậy để tiện cho việc nghiện cứu, trong đề tài này tôi xin giới thiệu về ECU GEMS-K1 (Gasoline Engine Management System-K1).
2.2.1. Giới thiệu về ECU GEMS - K1
ECU GEMS-K1: Được hãng xe CHERY AUTOMOBILE sử dụng và được trang bị trên xe ô tô Chery QQ6 sản xuất năm 2009 với:
Hình 2.12-Bên trong ECU GEMS– K1. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình2.11-Bên ngoài ECU GEMS– K1.
Hình 2.10 -Trạng thái các bit.
Hình 2.12-Bên trong ECU GEMS-K1. Hình2.11-Bên ngoài ECU GEMS-K1.
Chức năng điều khiển của ECU GEMS-K1:
Điều khiển phun xăng.
Thông số Giá trị
Loại xe Sedan
Động cơ 1.3 lít ( SQR43F )
Hộp số 5 số tay
Số chỗ ngồi 5 chỗ
Trọng lượng toàn tải 2170 kg
Trọng lượng không tải 1530 kg
Dài x rộng x cao toàn bộ 3998mm x 1640mm x 1535mm
Chiều dài cơ sở 2340 mm
Chiều rộng cơ sở 1350 mm
Thông số Giá trị
Loại động cơ SQR43F
Kiểu 4 xilanh thẳng hàng, 16 van, cam kép
DOHC với VVT, dẫn động xích.
Dung tích công tác 1297 cm3
Tỉ số nén 10:01
Công suất tối đa 60kw/6000rpm
Mô men xoắn tối đa 114/3800 (N.m/rpm)
Hệ thống nhiên liệu L-EFI
Tiêu chuẩn khí xả EU IV
Cơ cấu phân phối khí 16 xunpat dẫn động bằng xích,có VVT
Thời Điểm Phối khí Nạp Mở 52 o ÷00 BTDC đóng 12o÷640 ATDC Xả Mở 44 o BTDC Đóng 8o÷00A
Trị số octan của nhiên liệu 91 hay hơn
Bảng 2.1-Một số thông số kỹ thuật của xe. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Điều khiển đánh lửa.
Điều khiển bướm ga thông minh. Điều khiển tốc động chạy không tải. Điều khiển hệ thống phân phối khí. Chức năng chẩn đoán OBD.
Chức năng an toàn.
Chức năng dự phòng. Các hệ thống điều khiển khác.
2.2.2. Các chân của ECU GEMS-K1
Hình 2.14-Các châncủa ECU trên
J1A.
Bảng 2.3-Chức năng các chân của ECU.
Kí hiệu Chức năng A1 ignition_2 IC đánh lửa_2 A2 ignition_3 IC đánh lửa _3 A3 Power GND Mass A4 ignition_1 IC đánh lửa _1 A5 ignition_4 IC đánh lửa _4 A6
A7 throttle position 1 Cảm biến vị trí bướm ga 1
A8 Air temperature Tín hiệu nhiệt độ không khí nạp
A9 A10
A11 Knock signal_2_H Tín hiệu kích nổ_2_H
A12 A13
A14 Crank signal(-) Tín hiệu tốc độ quay trục khuỷu (-)
A15
A16 Power GND Mass
A17 Power GND Mass
A18 VVT solenoid drive Điều khiển solenoid VVT
A19 injector_4 Vòi phun_4
A20
A21 stepper motor A phase(-) Mô tơ bước A (-)
A22 lambda heater 1 Bộ sấy cảm biến Lambda 1
A23 ETC motor(+) Động cơ ETC (+)
A24 Power GND Mass (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
A25 sensors power supply 2(+5V) Nguồn cảm biến 2 (+5V)
A26 throttle position 2 Tín hiệu cảm biến vị trí buớm ga 2 A27 engine temperature Tín hiệu cảm biến nhiệt độ động cơ
A28
A29
A30 Knock signal_2_L Tín hiệu kích nổ_2_L
A32
A33 Crank signal(+) Tín hiệu tốc độ quay trục khuỷu (+)
A34 A35 A36
A37 Power GND Mass
A38 injector_3 Vòi phun_3
A39 Power GND Power GND
A40 stepper motor B phase(-) Mô tơ bước B (-)
A41 lambda heater 1 Bộ sấy cảm biến Lambda 1
A42 ETC motor(+) Động cơ ETC (+)
A43 Power GND Mass
A44 sensors power supply 1(+5V) Nguồn cản biến 1(+5V) A45 lambda sensor signal 1 Tín hiệu cảm biến Lambda 1 A46
A47 A48
A49 Knock signal_1_L Tín hiệu kích nổ_1_L
A50 Power GND Mass
A51
A52 Cam signal Tín hiệu cảm biến vị trí trục cam
A53
A54 Power GND Mass
A55
A57 Injector 2 Vòi phun_ 2
A58 Power GND Mass
A59 stepper motor B phase(+) Mô tơ bước B (+)
A60 Power GND Mass (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
A61 ETC motor(-) Động cơ ETC(-)
A62 Power GND Mass
A63 A64
A65 MAP signal Tín hiệu áp suất đường ống nạp
A66 A67
A68 Knock signal_1_H Tín hiệu kich nổ_1_H
A69 Power GND Mass
A70
A71 Power GND Mass
A72 A73 A74 A75
A76 injector 1 Vòi phun_1
A77
A78 stepper motor A phase(+) Mô tơ bước A (+)
A79 Power GND Mass
A80 ETC motor(-) Động cơ ETC (-)
B82 Power GND Mass
B83 Pedal position 1 Cảm biến vị trí bàn đạp chân ga 1
B84 Power GND Mass
B85
B86 engine speed display Tín hiệu tốc độ độngc ơ báo trêntaplo
B87 Power GND Mass
B88 spare output 4
B89 fuel Pump relay Rờ le bơm nhiên liệu
B90 sensors power supply1(+5V) Nguồn cảm biến 1(+5V)
B91 pedal position 2 Cảm biến vị trí bàn đạp chân ga 2
B92 B93
B94 OBD_LED_display Đèn LED báo chẩn đoán OBD
B95 Power GND Mass
B96 cooling fan relay 2 Rờ le điều khiển quạt nước làm mát 2 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
B97 A/C realy Rờ le A/C (Điều hòa không khí)
B98 sensors power supply 2(+5V) Nguồn cảm biến 2 (+5V) B99 lambda sensor signal 2 Tín hiệu cảm biến lambda 2 B100 oil pressure signal Tín hiệu áp suất dầu bôi trơn
B101 A/C switch Công tắc A/C (điều hòa không khí)
B102 Power GND Mass
B103
B104 cooling fan relay 1 Rờ le quạt làm mát 1
B105 lambda heat 2 Bộ sấy cảm biến Lambda 2
B107
B108 fuel level signal Tín hiệu mức nhiên liệu
B109 B110 B111 B112 main relay Rờ le chính B113 Power GND Mass B114 Power GND Mass
B115 vbat in Nguồn cấp điện cho ECU(+12V)
B116 battery Nguồn cấp điện cho ECU
B117 IGN IGN
B118 Power GND Mass
B119 Power GND Mass
B120 vbat in Nguồn cấp điện cho ECU(+12V)
2.2.3. Cấu tạo của ECU GEMS - K1
Khối xử lý ECU là sự tập hợp của nhiều modul khác nhau : ổn áp, mạch khuyếch đại, chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số và ngược lại, vi điều khiển, thạch anh tạo dao động, mạch tách tín hiệu…Tất cả được tích hợp trên một bo mạch in qua đó tín hiệu được truyền cho nhau với tốc độ nhanh hơn tiết kiệm năng lượng hơn và ổn định . Bo mạch in (Printed Circuit Board - PCB) là sự nối kết qua lại giữa những linh kiện điện tử mà không cần dây. Do mạch điện của ECU rất phức tạp và đảm bảo tính thẩm mỹ nhỏ gọn nên trong ECU này người ta sử dụng mạch in 2 lớp (mạch in 2 lớp: gồm 2 tấm phíp dán chồng lên nhau) và người ta dùng những lỗ khoan xuyên lớp để giải quyết bài toán kết nối điểm - điểm.
Trước khi đi vào tìm hiểu một số sơ đồ mạch trong ECU ta cần chú ý một số vấn đề sau: Các kí hiệu: + Điện trở đơn R : + Điện trở thanh RP: + Tụ giấy C: + Tụ hóa C: + Diode thường D:
+ Diode Zener D: + Cuộn cảm L: + GND = mass 2.2.3.1. Khối nhận tín hiệu a) Khối nguồn
Hình 2.19-Vị trí khối nguồn trên ECU.
Chức năng:
Cung cấp điện năng cho vi điều khiển và các thiết bị khác. Ổn định điện áp đầu ra.
Hạ điện áp 12V của ắc quy xuống mức điện áp hoạt động của vi điều khiển: 5V, 1.3V, 3.3V,…
Sơ đồ mạch điện
Trong mạch nguồn này sử dung IC TLE7368G. IC TLE7368G là một con IC đa chức năng, nó có thể chuyển đổi nhiều mức điện áp khác nhau. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
H ìn h 2 .2 0 -S