Tìm hiểu hệ thống điều khiển ECU

Vai trò của ECU điều khiển

Không phải ai cũng biết ECU chính là “bộ não” điều khiển, chi phối tất cả hoạt động của động cơ qua việc tiếp nhận dữ liệu các cảm biến. ECU xử lý tín hiệu, sau đó đưa ra “mệnh lệnh” buộc các cơ cấu chấp hành phải thực hiện như việc điều khiển nhiên liệu, góc đánh lửa, góc phối cam, ga tự động, lực phanh ở mỗi bánh…

Bên cạnh đó, cơ cấu chấp hành phải luôn bảo đảm thừa lệnh ECU và đáp ứng các tín hiệu phản hồi từ những cảm biến nhằm mang lại sự chính xác và thích ứng cần thiết. Đồng thời giảm tối đa chất độc hại trong khí thải và cải thiện lượng tiêu hao nhiên liệu, đảm bảo công suất tối ưu ở các chế độ hoạt động của động cơ. Hơn thế nữa, ECU can thiệp và xử lý nhanh những tính huống mất kiểm soát của người lái khi gặp nguy hiểm, đặc biệt là giúp việc chuẩn đoán “bệnh” của động cơ một cách nhanh chóng.

Trên những mẫu ô tô hiện đại ngày nay, có thể hiểu ECU là bộ tổ hợp vi mạch dùng để nhận biết tín hiệu, trữ thông tin, tính toán, gửi đi các tín hiệu thích hợp và quyết định chức năng làm việc của xe sao cho hiệu quả nhất trong các tình huống khác nhau.

Cấu tạo của ECU

ECU được cấu thành từ 3 bộ phận chính: bộ nhớ trong ECU, bộ vi xử lý (bộ não của ECU) và đường truyền – BUS.

a) Bộ nhớ trong ECU

Bộ nhớ trong ECU gồm 4 thành viên đảm nhiệm chức năng riêng biệt: RAM, ROM, PROM, KAM

– ROM (Read Only Memory): Dùng trữ thông tin thường trực. Bộ nhớ này chỉ đọc thông tin đã được lập trình sẵn chứ không thể ghi vào được. Chính vì vậy, ROM chính là nơi cung cấp thông tin cho bộ vi xử lý.

– 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 khả năng đọc và ghi các số liệu theo địa chỉ bất kỳ.

– PROM (Programmable Read Only Memory): Cấu trúc cơ bản tương tự ROM song 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 tới bộ vi xử lý. KAM vẫn duy trì bộ nhớ dù động cơ ngưng hoạt động hoặc tắt công tắc máy. Thực tế, nếu tháo nguồn cung cấp từ acquy tới máy tính thì bộ nhớ KAM sẽ bị mất.

b) Bộ vi xử lý (Microprocessor)

Từ việc tiếp nhận thông tin tín hiệu ở các cảm biến trên động cơ qua các bộ nhớ trong ECU, tín hiệu lập tức gửi đến bộ vi xử lý. Khi đó, bộ phận này có chức năng tính toán và đưa ra mệnh lệnh cho bộ phận chấp hành thích hợp. Đây được coi là bộ phận quan trọng nhất của ECU.

c) Đường truyền – BUS

Đường truyền BUS dùng để chuyển các lệnh và số liệu trong ECU.

Có thể hiểu, để thông tin truyền từ bộ vi xử lý gửi tới các cơ cấu chấp hành nhanh nhất có thể, đường truyền đóng một vai trò không nhỏ. Máy tính điều khiển trước đây 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 bởi nó thực hiện các lệnh logic tốt hơn. Máy tính 8 bit làm việc tốt hơn với các phép đại số và chính xác hơn 16 lần so với loại 4 bit.

Do đó, hiện nay để điều khiển các hệ thống khác nhau trên ô tô với tốc độ thực hiện nhanh và chính xác cao, người ta thường sử dụng máy tính 8 bit, 16 bit hoặc 32 bit.

Nguyên lý hoạt động của ECU

Nhờ vào cảm biến tốc độ động cơ và vị trí piston, ECU có thể xác định thời điểm đánh lửa và thời điểm phun xăng tối ưu để cải thiện hiệu suất và khả năng tiêu thụ nhiên liệu. Bên cạnh đó, với những cảm biến khác như vị trí bướm ga xác định lưu lượng không khí nạp, gửi tới ECU tính toán lượng nhiên liệu phun thích hợp với từng chế độ tải, song song với các dữ liệu về tốc độ động cơ, tải, nhiệt độ…

Nhờ các cảm biến mã hoá tín hiệu đưa vào ECU xử lý và tính toán có thể đưa ra góc đánh lửa sớm tối ưu theo từng chế độ hoạt động của động cơ. Ngày nay hệ thống đánh lửa với cơ cấu điều khiển góc đánh lửa sớm bằng điện tử kết hợp với phun xăng đã thay thế hoàn toàn hệ thống đánh lửa bán dẫn thông thường với những ưu điểm nổi bật.

Nhiều nước châu Âu hiện đang hướng tới tiêu chuẩn khí thải (EURO 5, EURO 6), hạn chế gây hại ô nhiễm môi trường. Do đó, ECU đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong việc làm giảm khí thải. Cách phổ biến hiện nay là trang bị thêm bộ hoá khử (TWC – Three way catalyst). Bộ hoá khử hoạt động cao nhất ở tỷ lệ hoà khí lý tưởng, thông qua cảm biến Oxy xác định phần hoà khí tức thời trong khí nạp gửi tín hiệu về ECU nhằm điều chỉnh tỷ lệ hoà khí thích hợp ở từng điều kiện nhất định.

ECU còn can thiệp sâu vào các hệ thống an toàn trên ô tô, có thể kể đến như: hệ thống cân bằng ESP, hỗ trợ phanh khẩn cấp BA, hệ thống phân bổ lực phanh EBD… thông qua việc cảm biến chịu trách nhiệm liên tục ghi lại và truyền tín hiệu về ECU, nhiệm vụ của ECU sẽ so sánh dữ liệu với những chương trình đã tính toán trước.

Chính vì vậy, khi gặp những sự cố nguy hiểm, người lái có khuynh hướng phản xạ đột ngột như đánh lái gấp, lực phanh tăng nhanh, hiện tượng trượt bánh khi phanh… lập tức ECU sẽ nhận tín hiệu, buộc xe phải hoạt động theo những chương trình lập trình sẵn như điều chỉnh góc xoay, kiểm soát tốc độ từng bánh xe, lực phanh mỗi bánh để hạn chế tối đa sự mất kiểm soát của người lái.