讓電腦控制你的汽車(chē)
ECU，現(xiàn)代汽車(chē)的大腦
如同人有大腦，汽車(chē)的大腦就是ECU了，我們談ECU如何改裝，先得從ECU的基本原理說(shuō)起……
發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，Engine Control Unit，這是ECU的全稱(chēng)。顧名思義，ECU就是用來(lái)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行管理的，ECU是隨著發(fā)動(dòng)機(jī)供給系統(tǒng)的進(jìn)步而出現(xiàn)的。
在1967年之前，汽油機(jī)的供給系統(tǒng)是由化油器來(lái)供油的，這與今天的電噴發(fā)動(dòng)機(jī)原理完全不同，化油器利用節(jié)氣門(mén)前后的壓力差吸油，不僅無(wú)法精準(zhǔn)地控制燃油補(bǔ)給量，更制約了汽車(chē)動(dòng)力性、環(huán)保性能的提升。Bosch等一批企業(yè)因此開(kāi)發(fā)了電子燃油噴射系統(tǒng)，最早的Bosch電噴系統(tǒng)是D-Jetronic，后期發(fā)展出了K-Jetronic和L-Jetronic，在電子技術(shù)介入后，Bosch開(kāi)發(fā)了多套電子化管理的燃油噴射系統(tǒng)，其中KE-Jetronic就是今天被廣泛采用的電噴技術(shù)，雖然各家企業(yè)的商品名不盡相同，但在構(gòu)造上大同小異。
電噴系統(tǒng)的工作特性在于“定量、定時(shí)”噴射燃油，發(fā)動(dòng)機(jī)需要多少燃油，在什么時(shí)刻噴入，這與發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、空氣流量等有著直接的關(guān)系，此外還牽涉到水溫、機(jī)油壓力等各種各樣的參數(shù)，這么多參數(shù)如何進(jìn)行處理，并向噴射系統(tǒng)發(fā)出噴油指令呢？這就需要發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元的介入了，ECU應(yīng)運(yùn)而生。
ECU=家用電腦？
簡(jiǎn)單地說(shuō)，ECU就是一臺(tái)家用電腦，同樣由處理器CPU、輸入/輸出接口I/O、模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D、存儲(chǔ)單元ROM+RAM組成。
只是ECU的CPU無(wú)法像我們的電腦一樣達(dá)到“雙核”、“3.2G”等高速處理，一臺(tái)車(chē)用ECU主頻僅需數(shù)十KHz足矣，即使是再高性能的ECU也無(wú)法達(dá)到家用電腦的處理速度。輸入/輸出接口I/O等同于電腦的顯示器、鼠標(biāo)鍵盤(pán)，用來(lái)與處理器進(jìn)行“溝通”，當(dāng)然，這只是機(jī)器和機(jī)器之間的溝通，普通車(chē)主很少有和ECU溝通的機(jī)會(huì)；模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D是ECU工作的先決條件，將接收到的傳感信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)據(jù)，這樣才能在ECU中進(jìn)行運(yùn)算。
如何工作？
那么，ECU是如何工作的呢？簡(jiǎn)單地說(shuō)就是一個(gè)將軍的指揮過(guò)程：“思考”、“指揮”，并最終“確認(rèn)”。
“偵察”交給Sensor(傳感器)來(lái)完成，傳感器負(fù)責(zé)對(duì)整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行“偵察”，在一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)上，大大小小的傳感器有數(shù)十個(gè)之多。節(jié)氣門(mén)開(kāi)度傳感器、曲軸轉(zhuǎn)速傳感器、氧傳感器、曲軸位置傳感器、凸輪軸位置傳感器、進(jìn)氣溫度傳感器、水溫傳感器、爆震傳感器是一臺(tái)轎車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)中最基本的傳感器。傳感器無(wú)處不在，他們負(fù)責(zé)采集相關(guān)的信息，并以電信號(hào)的形式傳入ECU中，通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D變成數(shù)字信號(hào)后，ECU經(jīng)過(guò)運(yùn)算，判斷出此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)，這就是ECU的“思考”過(guò)程。
而“思考”過(guò)程依照什么為標(biāo)準(zhǔn)呢？電腦固然不會(huì)有思維，這需要的是ROM存放的程序。這相當(dāng)于一個(gè)軟件，當(dāng)數(shù)據(jù)傳入ECU時(shí)，ROM程序的故有數(shù)據(jù)與采集而來(lái)的信號(hào)進(jìn)行對(duì)比運(yùn)算，由此ECU得出調(diào)整方法。這一套程序是ECU的靈魂所在，這一程序的編寫(xiě)是建立在大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上的，往往需要經(jīng)過(guò)臺(tái)架實(shí)驗(yàn)、道路試驗(yàn)才能建立起來(lái)。通常改裝商更改ECU程序的做法，就是對(duì)ROM程序進(jìn)行重新編寫(xiě)或者修訂，以改變ECU的運(yùn)算準(zhǔn)則。
當(dāng)然，ECU也不是一成不變的，RAM另一個(gè)功能如同飛機(jī)“黑匣子”，能夠記錄汽車(chē)行駛的數(shù)據(jù)，通常很多ECU都會(huì)有“學(xué)習(xí)”能力，ECU能從RAM記錄的數(shù)據(jù)中不斷地學(xué)習(xí)駕駛者的駕駛風(fēng)格，從而更加人性化。當(dāng)然，一旦出現(xiàn)故障，也可以從RAM上讀取到信息， 從而為維修做出支持。
完成“思考”之后，ECU下一步需要做的就是“指揮”。受到ECU控制的是噴油器，負(fù)責(zé)調(diào)整噴油量和噴油時(shí)刻，同時(shí)汽油泵負(fù)責(zé)向其供油；點(diǎn)火控制器與點(diǎn)火線圈如何進(jìn)行點(diǎn)火等等都受到ECU的控制。而在此之后，ECU需要再次接收數(shù)據(jù)以確認(rèn)一個(gè)閉環(huán)控制的結(jié)束。
隨著今天汽車(chē)技術(shù)的進(jìn)步，ECU肩負(fù)起了越來(lái)越多的重?fù)?dān)。i-VTEC等可變氣門(mén)正時(shí)技術(shù)就需要額外添加凸輪軸的位置傳感器，并經(jīng)過(guò)ECU運(yùn)算，對(duì)凸輪軸的相位進(jìn)行轉(zhuǎn)換，尤其是寶馬Double-VANOS等連續(xù)可變氣門(mén)正時(shí)系統(tǒng)，更需要ECU做出精密的運(yùn)算來(lái)控制其相位、氣門(mén)升程。
ECU，不只是發(fā)動(dòng)機(jī)管理
而環(huán)保技術(shù)的發(fā)展，讓排氣管上越來(lái)越密集地布滿(mǎn)了傳感器，他們負(fù)責(zé)監(jiān)控排放的廢氣是否超標(biāo)，一旦發(fā)現(xiàn)超標(biāo)，立刻反饋給ECU，由ECU控制點(diǎn)火和噴油，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作進(jìn)行重新調(diào)整，如此達(dá)到發(fā)動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
今天，汽車(chē)添加的諸多設(shè)備都需要ECU的管理，例如為了減少發(fā)動(dòng)機(jī)的無(wú)用功，寶馬采用了電動(dòng)水泵，這就需要ECU進(jìn)行控制。而隨著汽車(chē)不斷進(jìn)步，汽車(chē)的ABS系統(tǒng)需要單獨(dú)的控制系統(tǒng)，自動(dòng)變速箱需要單獨(dú)的控制系統(tǒng)，四輪驅(qū)動(dòng)扭矩分配需要單獨(dú)的控制系統(tǒng)，越來(lái)越多的ECU出現(xiàn)在汽車(chē)上，傳統(tǒng)的“Engine Control Unit”已經(jīng)不能滿(mǎn)足時(shí)代發(fā)展了，所以，今天我們更愿意稱(chēng)ECU為“Electrical Control Unit”——電子控制系統(tǒng)。
Electrical Control Unit——未來(lái)汽車(chē)控制的趨勢(shì)
我們不妨掰著手指頭數(shù)數(shù)，到底有多少個(gè)系統(tǒng)需要控制系統(tǒng)。自動(dòng)變速箱、ABS系統(tǒng)、車(chē)載娛樂(lè)影音系統(tǒng)、四輪驅(qū)動(dòng)扭矩分配系統(tǒng)、主動(dòng)懸掛系統(tǒng)、安全氣囊+安全帶系統(tǒng)等等。
這么多系統(tǒng)，都有自己的傳感器和處理器，進(jìn)行單獨(dú)的運(yùn)算，井水不犯河水……
但是，自動(dòng)變速箱與發(fā)動(dòng)機(jī)之間是需要配合的，例如換擋過(guò)程需要發(fā)動(dòng)機(jī)的收油，大腳油門(mén)時(shí)需要變速箱的Kickdown降擋……多種狀態(tài)下，二者是需要共享一大堆數(shù)據(jù)的，例如發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸轉(zhuǎn)速，自動(dòng)變速箱重新建立一套傳感器會(huì)造成成本浪費(fèi)，而且也是不切實(shí)際的。最好的辦法就是變速箱與發(fā)動(dòng)機(jī)ECU共享數(shù)據(jù)，這就催生了ECU之間的信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)——CAN數(shù)據(jù)總線。同樣的CAN數(shù)據(jù)總線也在底盤(pán)電子設(shè)備上采用，例如四驅(qū)扭矩分配系統(tǒng)和ABS共享了底盤(pán)的諸多傳感器參數(shù)。
統(tǒng)領(lǐng)汽車(chē)——ECU的明天
CAN數(shù)據(jù)總線的發(fā)展必然將所有的控制系統(tǒng)集為一體。有一種說(shuō)法，未來(lái)的ECU將會(huì)是強(qiáng)大的電腦系統(tǒng)，將整合發(fā)動(dòng)機(jī)、自動(dòng)變速箱、ABS系統(tǒng)、車(chē)載娛樂(lè)影音系統(tǒng)、四輪驅(qū)動(dòng)扭矩分配系統(tǒng)、主動(dòng)懸掛系統(tǒng)、安全氣囊+安全帶系統(tǒng)等等所有需要管理的部件，我們可以享受汽車(chē)影音系統(tǒng)，可以玩PC-Game，可以接受GPS信號(hào)，甚至連一個(gè)杯架都會(huì)處于ECU的管理之中。
更有意思的說(shuō)法是，今后的ECU有可能建立一套開(kāi)放式交互軟件，如同比爾蓋茨的Windows，在此基礎(chǔ)上再安裝一堆的發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)、變速箱管理系統(tǒng)、ABS系統(tǒng)等等，那時(shí)候的發(fā)動(dòng)機(jī)“ECU”管理系統(tǒng)，不過(guò)是一個(gè)可以實(shí)時(shí)更新的軟件而已，你可以選擇1.1版，也可以選擇2.0版。甚至你可以為自己的發(fā)動(dòng)機(jī)植入舒馬赫式的駕駛方式，也可以選擇萊科寧式。當(dāng)然，你還得面臨著病毒和黑客的危險(xiǎn)，那時(shí)候你應(yīng)該考慮的問(wèn)題是，為自己的愛(ài)車(chē)準(zhǔn)備一套正版卡巴斯基好呢，還是一套金山毒霸更好……
別驚訝，據(jù)說(shuō)微軟已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)行可行性分析了……
