得獎產品（CDI） 背後的開發故事（四）---從CDI 看ECU

有很多人看到我們作數位化CDI 時，第一個反應就是：什麼時代了？還在搞CDI ？

對啊...如果今天我們會開發 iPhone 手機時，那我們幹嘛還那麼辛苦的搞電子產品呢？

同樣道理，在半導體界裡還不是還有一大堆人從最基本的邏輯電路，或是 8位元 MCU

產品線裡打滾嗎？那就看您從那個角度在看事情啊。

套一句一位物理系教授講的：如果現在要你來當物理系老師，您還能研究什麼？

自從愛因斯坦的廣義相對論，狹義相對論...或近代物理一一被驗證之後，剩下的

大概就得到外太空找答案了...

那我們再換個方式講好了。如果沒做過CDI ...那您覺得為什麼我們台灣卻沒有一個比較

像樣的ECU 呢？...道理在哪呢？其實道理就在歷史軌跡裡...

我在  單晶片與引擎控制 (三）--- 歷史篇 的文章內有了這幾張相關的圖片：

這前兩張都是來自於 BOSCH 所發表的論文中：第一張就是純點火控制器。

而第二張就是一般ECU的基本架構圖。但不好意思...這個ECU 也只有負責電子供油而已。

而底下這一張就是現在我們所熟悉真正的點火噴油的ECU :

如果您是園區科技公司待過，或是做過相關系統工程師，大概您也都會畫過類似的

系統架構圖。您可別說：我都不需要畫這個東西的...我都是憑腦袋直接搞系統的。

我也只能說：這種習慣不怎麼值得鼓勵的。

當您看了以上三張圖會有什麼想法？對！沒錯～現在看起來有點老舊與歷史了。

但您覺得現在機車上裝的ECU系統架構跟這個有差在哪裡？他們周邊所接的

感測器與噴嘴、點火線圈等等有差在哪裡？當然啊...MCU 微處理器的效能比較好啦！

那又怎樣？您要拿它來除了控制點火噴油之外，還要順便幫您作導航？還是 IoT 啊？

這一種東西它講究還是在於專注與穩定...所以您就別想太多了。
---
如果您真的有心要好好的把引擎控制器做好，真的～就別太急躁了。其實這些控制器

一路走來都有其一些"眉眉角角"的地方。人家一路走來也都是在每個階段都有累積一定

的經驗與開發法則的...譬如：測試發展平台或是相關驗證測試方法。

就以傳統單一的點火控制器來說：它所牽涉的物理相關特性就比較單純一點：

點火控制器要作得好。無非就只有兩件關心事項：點火能量與點火正時準不準？

它所能牽涉感知器比較少一點；但在控制韌體程式方面就看您自己怎麼想了？

當然以前有人就用一種很簡單的邏輯推算的方法寫點火控制進角計算...

然後也不管整個系統架構，就邊算邊送答案。可不可以？！Of course ，當然可以啊。

只不過。當系統需求或是功能增加時，您的系統擴充性就不知不覺的 "卡" 住了。

另外一點：就是我過去一直強調的，為什麼我還要去支援 TPS 功能呢？...

因為這一種支援 3D 查表的架構在ECU 計算與運用上，也都是必要的。

我不會因為只有作數位CDI 就一切從簡的沒去架構整個控制韌體程式的許多函數庫。

而這些函數庫在ECU 的計算與運算中都是重要的...包括了許多數學無因次化的法則。

---
再回頭看點火控制理論。我們從上面第一張圖可以發現：對於點火控制來說，

它所需要的輸入訊號很單純：就只有 Pick-up （PC 曲軸/檢波訊號），還有所謂的

WOT 及 Idle 數位訊號...（這一部份我們在支援TPS 的文章內有說明過了）。

另外就是電瓶電壓的類比信號，因為這個點火控制器是採用晶體點火的，所以

它是需要作點火閉角(Dwell Angle )控制的～所以它一定要再抓電瓶電壓的！

而這些偵測訊號就是我所說的，他只需要關心：點火能量與點火正時準不準？

但我們看到第二張系統架構圖，我們發現要做好噴油控制，就複雜多了。

其實：噴油控制比較關心卻只有一項：供油量而已。至於噴油正時需不需要？

以前我們的經驗，在二行程引擎差別比較大。四行程差異不大。但許多 ECU 內部

還是會保留這一項調整的功能....但大家比較關心的還是只有一項：供油量而已。

但很好笑的是：計算供油量卻需要比點火控制計算所需的感知器多很多！...很多！

所以可見得噴油量的計算方式／公式絕對超乎點火控制的計算方式。

我一直強調的：這是很有歷史性的一張系統架構圖，人家國外一開始搞電子噴油控制時，

就已經是如此定義它的系統架構了。人家也是走過單純點火控制器，難道人家不知道

簡化系統架構的好處嗎？但對於因應不同環境及使用條件，噴油控制就是省不了。

很簡單～我們來舉一個最簡單的例子：我們就先不看輸入端的各種環境感知器，

就以輸出端的噴嘴來看好了。這分成兩部分：純粹電子驅動電路及噴嘴機械特性。

電子驅動部分我在  單晶片與引擎控制（七） -- 噴油系統概念篇 也有略作解說過。

但是呢？一般人就喜歡隨便抓一隻噴嘴就用了。還得意洋洋的覺得他最聰明的～

最懂得變通，反正嘛！噴嘴號數給他改一下就好了....管它是哪一種噴嘴？

裝上去都是一樣會噴油啊...

唉～...土法煉鋼好不好？！人家覺得很好，但以您專業角度來看呢？搞了這麼多年，

為什麼我們的科技技術沒有明顯進步呢？有一點沒有被尊重專業的感覺？...

好啦～就算您不懂電子電路驅動部分。那我們再以機械特性來說好了。

國外有很多網站會提供教您如使從引擎的特性來挑選適當的噴嘴。當然這其中已經

牽涉到所謂的馬力、汽缸大小及 BSFC 等基本數據需求....（其實，要真正量測引擎

特性還是應該看BSFC這個值，只是這個數值太學術化了，一般人看不太懂，

所以才用馬力╱扭力讓大家直覺瞭解。真正研究引擎的還是要看這個值，

在這裡就不討論這個東西了。）...但這些所謂噴嘴的換算公式都只是基本的概念。

對於搞ECU 的人來說：我們看到的跟這些是比較無關的。我們搞ECU 寫程式的

比較在乎的是我控制程式一樣送個 2000 uSec ，最後會得到多少供油量？

所以我們就比較在乎以下這張噴嘴曲線圖：

因為噴嘴的基本規格單位是 (Injector Size) ： lb/hr 。（所以您就知道BSFC這個值的含意了！）

圖裡其中那一條所謂的Injector Slope Definition ：指的就是噴嘴供油特性，以前有人稱為

30/30 Flow （流量）。它單位是： g/sec/mSec 。而噴嘴單位由lb/hr 會變成 0.126163 g/sec 。

所以經由汽缸大小尺寸，我們就可以定義出 BPC (Base Pulse Constant)...這其中就包括

您 ECU 內 MCU 是以多少Counter/Timer 來送噴嘴的區動脈波寬度了....

(BPW = BPC * MAP * T * A/F * VE * F33C * BLM * DFCO * DE * CLT * F77

Where: (everything labeled "term" is from a lookup table)

BPW = Base pulse width in milliseconds
BPC = Base pulse constant term (table lookup, basic engine air and FI
calibration plus EGR calibration)
MAP= Manifold absolute pressure term
T = Inverse air temperature term
A/F= Inverse air/fuel ratio term
VE= volumetric efficiency term
F33C= Battery voltage compensation (for the effect on FI open/close delay
and fuel pump delivery)
BLM= Block Learn Term (what the ECU has learned from the O2 sensor)
DFCO= Decel Fuel Cutoff Term (when to turn fuel off on decel)
DE= Decel enleanment term (when to lean instead of cutoff)
CLT= Closed loop correction term (result of O2 sensor Proportional/
integral closed loop)
F77= Turbo boost multiplier (if used)
)
我相信講到這裡，已經有一大堆人聽不懂我在解說什麼了？！對...我說了：噴油控制

只管一件很重要的事：就是在任何氣候環境及操作條件下送出精準的供油量而已。

所以要考慮的東西與偵測狀態就比較多...這也是從搞CDI 到ECU之間所必須瞭解的

必要課題。

CDI 點火控制考慮的因素較單純，但可以協助我們在處理引擎控制方面提供許多難得的

經驗法則。包括許多基本系統架構與周邊相關測試驗證環境建立。畢竟接下來的

ECU 整合設計開發就得面臨更多、更複雜的機械與熱流燃燒相關議題的分析與基本

控制理論公式....而這些無非都為了一個很簡單的目的：建立一套 Robust 的控制系統

平台。以因應不同引擎、任意環境及不同的操作條件下的引擎管理系統！