Hệ thống ECU: Vai trò, cấu tạo và nguyên lý hoạt động từ A-Z

ECU trên ô tô là hệ thống nhận nhiệm vụ điều khiển các hoạt động của các cơ cấu an toàn, hệ thống chấp hành thông minh trên ô tô. Việc thấu hiểu cấu tạo và nguyên lý hoạt động của ECU giúp các KTV học nghề sửa chữa điện ô tô có thể dễ dàng nắm bắt các pan bệnh và sửa chữa chúng một cách khoa học và dễ dàng hơn. Bài viết dưới đây sẽ giới thiệu đến các bạn muốn học sửa chữa hệ thống ECU trên xe ô tô những kiến thức cơ bản để các bạn có thể nắm rõ hơn những vấn đề này.

• Vai trò điều khiển của hệ thống ECU trên ô tô
• Cấu tạo của hệ thống ECU trên ô tô
• Nguyên lý hoạt động của hệ thống ECU là gì

Vai trò điều khiển của hệ thống ECU trên ô tô

Tác dụng của ECU trên ô tô là “bộ não” điều khiển các hoạt động của nhiều chi tiết trên ô tô thông qua việc tiếp nhận và xử lý các dữ liệu các cảm biến trên ô tô để đưa ra một số hiểu chỉnh chính xác giúp các cơ cấu chấp hành thực hiện điều khiển hợp lý  và chính xác trong từng tình huống nhất định.

Mục đích của việc ra đời các hộp ECU là gì giúp cho xe hoạt động ổn định hơn, an toàn hơn, chính xác hơn và giảm tối đa chất độc hại, cải thiện lượng nhiên liệu tiêu hao, đảm bảo các chi tiết chấp hành hoạt động với công suất tối ưu ở các chế độ hoạt động khác nhau.

ECU can thiệp và nhanh chóng xử lý các tình huống mất kiểm soát của người sử dụng xe khi gặp phải những tình huống nguy hiểm và đặc biệt là giúp việc chẩn đoán các pan bệnh của ô tô được phát hiện một cách nhanh chóng và có hệ thống hơn.

Cấu tạo của hệ thống ECU trên ô tô

Được cấu tạo từ 3 bộ phận chính đó là: Bộ nhớ trong của ECU, bộ vi xử lý và đường truyền – BUS.

Bộ nhớ trong của ECU

Bao gồm 4 chi tiết đảm nhiệm 4 chức năng riêng biệt bao gồm: RAM, ROM, PROM, KAM.

– RAM là viết tắt của cụm từ Random Access Memory, có nhiệm vụ truy xuất ngẫu nhiên và dùng để lưu trữ thông tin mới ghi trong bộ nhớ và được xác định bởi bộ vi xử lý. RAM sẽ đọc và ghi lại các số liệu theo từng địa chỉ bất kỳ.

– ROM là viết tắt của cụm từ Read Only Memory, có nhiệm vụ lưu trữ các thông tin thường trực. ROM chỉ sử dụng để đọc những thông tin được lập trình có sẵn, mà không thể ghi vào được. Bởi vậy, ROM là nơi cung cấp những thông tin cho bộ vi xử lý.

– KAM là viết tắt của cụm từ Keep Alive Memory, dùng để lưu trữ những thông tin mới tạm thời để cung cấp các thông tin này đến cho bộ vi xử lý. KAM vẫn sẽ duy trì bộ nhớ cho dù các chi tiết không hoạt động hoặc tắt công tắc máy. Tuy nhiên, nếu bị mất nguồn cung cấp từ acquy đến máy tính thì bộ nhớ KAM sẽ bị mất dữ liệu.

– PROM là viết tắt của cụm từ Programmable Read Only Memory. PROM có cấu trúc cơ bản giống như ROM nhưng cho phép nạp dữ liệu nơi sử dụng chứ không phải nơi sản xuất giống ROM. Ở những đòi hỏi khác nhau, PROM sẽ cho phép sửa đổi chương trình điều khiển.

Bộ vi xử lý Microprocessor

Là bộ phận quan trọng nhất trong ECU, khi tiếp nhận các tín hiệu của cảm biến thông qua các bộ nhớ trong của ECU, những tín hiệu này ngay lập tức được gửi đến Bộ vi xử lý. Lúc này, bộ vi xử lý sẽ tính toán và đưa ra mệnh lệnh cho bộ phận chấp hành để điều chỉnh thích hợp.

Đường truyền – BUS trên ECU

Được dùng để truyền các lệnh và dữ liệu trong ECU, để thông tin có thể truyền từ bộ vi xử lý đến các cơ cấu chấp hành chính xác và nhanh chóng thì đường truyền đóng vai trò lớn. Bộ điều khiển cho động cơ dùng loại phổ biến nhất là 4, 8 bit và cao hơn là 16, 32 bit. Nhưng với yêu cầu cần độ chính xác cao và khả năng xử lý nhanh, thông minh hơn trên các dòng xe ô tô đời mới thường sử dụng bộ điều khiển 16 bit hoặc 32 bit.

Nguyên lý hoạt động của hệ thống ECU là gì

Nhờ vào sự thay đổi tín hiệu từ các cảm biến trên các cơ cấu chấp hành, ECU sẽ xác định thời điểm để hiệu chỉnh các chế độ và chức năng một cách hợp lý.

Ví dụ: trên hệ thống ECU của động cơ, nhờ vào cảm biến tốc độ và vị trí của piston giúp ECU xác định được thời điểm đánh lửa và thời điểm phun xăng tối ưu. Những cảm biến như vị trí bướm ga dùng để xác định lưu lượng không khí nạp, nhằm tính toán lượng phun nhiên liệu thích hợp cho từng chế độ tải.

Với các dữ liệu tốc độ động cơ, tải hay nhiệt độ động cơ… ECU sẽ xử lý và tính toán để đưa ra góc đánh lửa sớm chính xác nhất theo từng chế độ. 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 hệ thống đánh lửa bán dẫn thông thường.

Hiện nay, tiêu chuẩn mới cho khí thải là EURO 5 – EURO 6, để hạn chế gây hại ô nhiễm môi trường. Vì vậy mà vai trò của ECU động cơ hiện nay là cực kỳ quan trọng. Trên các dòng xe ô tô đời mới hiện nay được trang bị thêm bộ hoá khử TWC – Three way catalyst. Thông qua cảm biến Oxy để xác định phần hoà khí tức thời của khí nạp nhằm điều chỉnh tỷ lệ hoà khí thích hợp ở từng điều kiện nhất định.

Các hệ thống ECU trên ô tô can thiệp sâu vào các hệ thống an toàn trên ô tô như: hệ thống cân bằng ESP, hỗ trợ phanh khẩn cấp BA, hệ thống phân bổ lực phanh EBD… và rất nhiều hệ thống điều khiển thông minh khác.

Việc cảm biến nhận nhiệm vụ liên tục ghi lại và truyền tín hiệu để gửi về ECU, thì nhiệm vụ của ECU là so sánh dữ liệu mới với những chương trình đã tính toán trước. Người lái có khuynh hướng phản xạ đột ngột như đánh lái gấp, lực phanh tăng nhanh, hiện tượng trượt bánh khi phanh…Khi gặp phải sự cố nguy hiểm. Lúc này, ngay lập tức ECU sẽ nhận tín hiệu và đưa ra hiệu chỉnh buộc xe phải hoạt động theo chương trình đã được lập trình sẵn như: Điều chỉnh góc xoay, kiểm soát tốc độ từng bánh xe, lực phanh mỗi bánh …