《電子技術(shù)應(yīng)用》
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什么是ECU

2016-05-26

什么是ECU    

    ECU(Electronic Control Unit)電子控制單元,又稱“行車電腦”、“車載電腦”等。從用途上講則是汽車專用微機(jī)控制器。它和普通的電腦一樣,由微處理器(CPU)、存儲器(ROM、、RAM)、輸入/輸出接口(I/O)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)以及整形、驅(qū)動(dòng)等大規(guī)模集成電路組成。用一句簡單的話來形容就是“ECU就是汽車的大腦”。

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ECU改裝是什么?

    改裝ECU,就是通過改變處理問題的方法(原先設(shè)定好的ECU程序),來達(dá)到改變發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的目的。所謂的“ECU程序”,其實(shí)就是一套運(yùn)算法則,它存放在儲存器內(nèi),對從輸入設(shè)備經(jīng)控制器轉(zhuǎn)化而來的信號,處理生成對應(yīng)的指令信號,從輸出設(shè)備傳輸出去。于是,我們對于ECU參數(shù)的修改,實(shí)際上就是在修改運(yùn)算法則。

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    然而這時(shí)問題就出現(xiàn)了,當(dāng)輸入信號超過ECU內(nèi)默認(rèn)的正常值(過多或過少),不僅調(diào)校無效,更加有可能亮起故障信號燈。這時(shí)我們能做的,是讓這個(gè)信號不超出正常值;要么干脆放棄這個(gè)原裝設(shè)定的法則,當(dāng)然就是不用原裝電腦;又或者狡猾地用另外一套電腦實(shí)現(xiàn)你的運(yùn)算法則,而同時(shí)讓它“騙”原廠ECU。

ECU改裝的方式

    這就引入到三種ECU改裝的方式了。ECU改裝只是一個(gè)籠統(tǒng)的說法,這當(dāng)中又可以分為直接改變ECU運(yùn)算器硬件的改裝與改變內(nèi)部程序的改裝?!靶序_”的方式主要有三種。

1 替換式

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    直接改變ECU運(yùn)算器硬件,就是我們在賽車場非常常見的“替換式電腦”,用“全職替換式ECU”控制發(fā)動(dòng)機(jī),例如Motec、Haltech等品牌,就是較為著名的全取代式電腦,這種改裝通常都是搭配重度的發(fā)動(dòng)機(jī)硬件改裝使用,由于改裝后發(fā)動(dòng)機(jī)的工作溫度、進(jìn)氣量、噴油量、壓縮比等數(shù)據(jù)大大超出原廠設(shè)定范圍,也就是說發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)過了非常大的改裝作業(yè)后,原廠ECU完全無法滿足硬件的需求時(shí),這種競技型產(chǎn)品是最合適的選擇。

    替換式電腦完全無需考慮到原廠數(shù)據(jù)的局限性,所有數(shù)據(jù)任由技師隨意設(shè)定。雖說替換式電腦有著無比強(qiáng)大的可調(diào)性,但這種電腦也正因沒有固定的形式與規(guī)格,一切需要從頭開始。使得對技師的要求非常之高。至于多困難,光是讓車輛正常啟動(dòng)后怠速穩(wěn)定,一兩天的調(diào)校時(shí)間一點(diǎn)也不稀奇,所以這種替換式電腦多用于不計(jì)成本的職業(yè)車隊(duì)。

2 寫入式

    而寫入式改裝ECU則保留了原廠ECU硬件部分,采用將新的運(yùn)行管理程序?qū)懭隕CU程序的方法,因?yàn)楦淖兞嗽瓘S設(shè)定程序,寫入式ECU又稱改寫ECU或民間常說的刷電腦。這種改裝方式雖然受原廠ECU與傳感器所限,可調(diào)整范圍相對較小,但由于不會(huì)破壞原廠其他功能的使用以及更為穩(wěn)定安全的特點(diǎn),近年來受到了更多改裝玩家的青睞。

    許多品牌都會(huì)推出對應(yīng)特定車型的ECU程序,目前較為流行的一些寫入式ECU改裝品牌更是宣傳其設(shè)定的ECU程序會(huì)針對當(dāng)?shù)赜推贰夂虻纫蛩?,亦可選擇低扭增強(qiáng)型、峰值馬力增高型甚至是比原廠更省油的ECU改裝程序。

3 外掛式

   外掛式改裝ECU,簡單說就是通過將信號“偷偷”更換,欺騙帶有保護(hù)程序的ECU來達(dá)到改變執(zhí)行程序的目的。首先,外掛ECU將各個(gè)傳感器所反饋回ECU的信號進(jìn)行攔截,針對需要調(diào)整的信號進(jìn)行修改(可以理解為作弊,目的是騙過原廠ECU),將本來超過原廠ECU認(rèn)可上限的信號變成正常信號輸入原廠ECU,ECU接收到“正常信號”后將原廠設(shè)定的執(zhí)行程序輸出至外掛ECU,這時(shí)外掛ECU再將信號進(jìn)行修改(這時(shí)原廠ECU發(fā)出的指令并不適合執(zhí)行元件進(jìn)行工作)。

    在上述一系列動(dòng)作之后,一次成功的欺騙算是完成了。外掛式改裝ECU可調(diào)范圍介于其他兩種方式之間。但由于現(xiàn)代汽車ECU的性能越來越強(qiáng)大,自我保護(hù)程度更高,外掛式電腦的操作難度也越來越大。

    總的來說,三種方式各自有自己的優(yōu)缺點(diǎn),替代式適合重度改裝甚至競技改裝,刷寫式適合原裝ECU保護(hù)性較強(qiáng)以及輕度改裝,外掛式的電腦則適合輕度至中度的改裝,并且對應(yīng)較為容易修改數(shù)據(jù)的原裝ECU。



發(fā)動(dòng)機(jī)ECU的控制理論:

     我們還是有必要了解一下發(fā)動(dòng)機(jī)ECU的控制原理:首先,我們的發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)是一個(gè)閉環(huán)控制:通過固定的程序(不同工況下的空燃比以及點(diǎn)火正時(shí))設(shè)定好發(fā)動(dòng)機(jī)的工作規(guī)律。然后在排氣管加入氧傳感器,用氧傳感器判斷發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài),油量多了還是少了;在汽缸加入爆震傳感器,判斷點(diǎn)火正時(shí)是提前了還是延后了;水溫傳感器,可以判斷發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室溫度是否正常來修正供油量,保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī),等等。將這些情況發(fā)送到ECU,然后ECU就會(huì)根據(jù)它們的反饋,不斷地調(diào)整噴油量以及點(diǎn)火正時(shí)。

    ECU通過各種傳感器(包括溫度傳感器、壓力傳感器、旋轉(zhuǎn)傳感器、流量傳感器、位置傳感器、氧氣傳感器、爆震傳感器等)收集發(fā)動(dòng)機(jī)的各部分工作狀態(tài)信息,由負(fù)責(zé)傳輸?shù)木€路發(fā)送至ECU。在ECU接收了這些信號之后,就會(huì)對各種信號進(jìn)行分析,便會(huì)得知發(fā)動(dòng)機(jī)各部件功能處于什么樣的狀態(tài),運(yùn)作情況如何的信息,然后根據(jù)事先寫好的程序自動(dòng)運(yùn)算,在這個(gè)狀態(tài)下應(yīng)該讓哪些執(zhí)行元件做哪些事情,繼而將指令發(fā)送到執(zhí)行元件,命令執(zhí)行元件工作。

『這是臨時(shí)制作的閉環(huán)控制示意圖。如果“氧殘余量反饋”去掉,那就是不帶反饋的開環(huán)控制。目前所有的ECU都采用閉環(huán)控制,使得發(fā)動(dòng)機(jī)管理更精確?!?/p>

    做個(gè)簡單的比喻:整個(gè)過程就好像一根絨毛,輕輕的觸碰到你的鼻孔,鼻毛(傳感器)便會(huì)把觸控的信息傳至大腦(ECU),然后大腦就對信息進(jìn)行分析,確實(shí)有異物進(jìn)入鼻孔了,接著便會(huì)對鼻孔的各部分發(fā)出指令,命令鼻孔進(jìn)行氣體噴射,然后達(dá)到清理異物的目的,如果異物造成的影響超出了系統(tǒng)可以承受的范圍,隨之會(huì)伴隨著各種巨大的噴嚏響聲(信號警報(bào),故障碼爆出)。

ECU改裝原理

     我們已經(jīng)了解到發(fā)動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)簡單來說是由三部分組成的,即傳感器Sensor、中央控制單元ECU以及執(zhí)行元件,理論上只要這三大系統(tǒng)都在正常工作,發(fā)動(dòng)機(jī)就可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)(其他硬件正常狀態(tài)時(shí)),但正常工作只是內(nèi)燃機(jī)工作的最低要求。拋開發(fā)動(dòng)機(jī)排量、零部件強(qiáng)度、精度、進(jìn)排氣系統(tǒng)、點(diǎn)火、供油系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等部件的性能不說,單就ECU程序設(shè)定而言,原廠車型設(shè)定的ECU程序會(huì)顧慮到車輛的尾氣排放性能、燃油經(jīng)濟(jì)性、耐用性等問題,甚至?xí)櫦暗绞欠襁m用于城市道路行駛(動(dòng)力輸出特性,強(qiáng)調(diào)低扭輸出)。

    原裝電腦會(huì)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)不同負(fù)載以及轉(zhuǎn)速,設(shè)定一個(gè)最為穩(wěn)定的噴油以及點(diǎn)火參數(shù),既不會(huì)使得燃燒溫度過高,也不會(huì)使混合氣過濃或過稀,同時(shí)考慮到不同地區(qū)的燃油品質(zhì)差異(點(diǎn)火時(shí)間控制保守)。但是既然是廣泛適用,那么這個(gè)設(shè)定一定是較為保守的。通過改變ECU程序來更加精確化的控制噴油量、點(diǎn)火正時(shí)等就可以提升發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒效率或者動(dòng)力性能。亦或是兩者兼顧。

     我們首先要明白一個(gè)道理,內(nèi)燃機(jī)是通過燃燒燃料,爆炸而產(chǎn)生動(dòng)力的,那么燃料與空氣之間的配比就非常重要。稀薄的混合氣(空燃比大于14.7)能省油,濃混合氣(空燃比小于14.7)可以提供更大的動(dòng)力。當(dāng)然,所謂的濃或者稀,一定是在保證發(fā)動(dòng)機(jī)在正常工作狀態(tài)之下,過低或者過高的混合比例,都不能得到好的工況,不同發(fā)動(dòng)機(jī)工況下的空燃比調(diào)校也會(huì)有所不同,一切要視具體情況而定。

     拿空燃比舉例,性能改裝必定不是單純一個(gè)方面的改變,往往需要搭配其他部件一同變化,比如供油系統(tǒng)等,而往往是因?yàn)榧哟篑R力之后,為了減少爆震和和更好的為發(fā)動(dòng)機(jī)散發(fā)熱量便會(huì)會(huì)調(diào)多噴油量,所以涉及動(dòng)力性能的提升往往都會(huì)較未改裝前費(fèi)油,而提升動(dòng)力性能后為什么會(huì)出現(xiàn)噴黑煙甚至是噴火的現(xiàn)象那就不難理解了。

改裝ECU會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)壽命嗎?

    我想這一定是大家最為關(guān)心的一個(gè)問題了,沒錯(cuò),經(jīng)過ECU的改裝,我們可以得到更加強(qiáng)勁的動(dòng)力,但這是我們同樣會(huì)擔(dān)心發(fā)動(dòng)機(jī)是否會(huì)吃的消。其實(shí)這個(gè)問題并不難解決,首先,對于動(dòng)力提升不大的改裝來說,原廠發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)、材質(zhì)設(shè)計(jì)完全可以承受所增加的功率輸出,通過對空燃比與點(diǎn)火正時(shí)的精確調(diào)整來提高輸出,對于油品的要求會(huì)更高,只要不亂用劣質(zhì)汽油與辛烷值不夠的汽油,就沒有問題。另外對于調(diào)校與改裝幅度比較大的車來說,需要另外追加冷卻系統(tǒng)來幫助發(fā)動(dòng)機(jī)降溫,重度改裝的話當(dāng)然要強(qiáng)化(更換)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)膽,所以耐用度是一個(gè)相對而言的問題,無法給出絕對的答案。

    為什么渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的ECU經(jīng)升級后,功率扭矩的提升會(huì)比自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)要大那么多?

    其實(shí)這個(gè)不難理解,渦輪增壓器的增壓值是可以調(diào)節(jié)的,增壓值增大,帶來的結(jié)果是進(jìn)氣密度增加,同等體積下氧分子含量會(huì)增加,只要供油點(diǎn)火部分進(jìn)行跟進(jìn),馬力自然提升明顯,但相對于自然進(jìn)氣發(fā)動(dòng)機(jī),對油品、溫度等要求也更加苛刻與敏感,大馬力當(dāng)然對發(fā)動(dòng)機(jī)硬件部分的強(qiáng)度要求也更高。


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