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隨著房車的引擎動力愈來愈快,意味著散熱的效率要求更加嚴格,車廠的工程師不曉得生產的市售車最終會往哪個緯度運送去,也不知道冷卻系統是否能適應當地環境,基本上ECU裡面的軟體設定通常很保守和標準化(也有部分車款會因進口地點的環境而特別調校)。只要感知器探測到水溫、油溫、渦輪增壓過高時,ECU就會啟動保護模式並鎖住變速箱,限制引擎的輸出。
ECU愈來愈多 CAN為此而生
時下新車的控制系統多達70幾個ECU,大多被應用在ABS、EPS、定速巡航、安全氣囊、車道偏移、音響系統等等,而ECU需要好幾個感知器的回饋資訊來作出判斷,那如果有兩個ECU要同時交換資訊,就會產生資訊傳遞的問題。為了簡化電路,因此在80年代德國Bosch開發了控制器區域網路(Controller Area Network,簡稱CAN或CAN-bus),將不同的ECU系統用通信網路直接互相連線,不再需要主機來控制通訊,使整車的ECU形成一個網路系統。
▲CAN能在網路上直接跟ECU或通訊設備互相聯繫,即使在網路中增加節點也不用對軟硬體作出調整,降低車內的銅線和電板腳位的使用量,成為ECU工作的主流模式,也應用到到其他行業。
CAN的工作原理其實有點像一家大公司的運作模式,比如說不同的ECU就是各個部門的經理,感知器如同該部門的員工要匯報給經理,交由他分析並下指令執行。假設引擎ECU內的轉速和油門踏板這兩個訊號需要傳遞給變速箱ECU,藉此來發出換檔的指令,CAN將ECU之間都利用兩條數據線(又稱「CAN匯流排」)進行交換,不管訊號容量的大小都能夠傳遞,可想而知在每個ECU都連接到兩條CAN總線上,進行訊號的共享,讓整個系統的效率提高很多,可以大量減少銅線和腳位的數量,簡化了整車的佈線。
▲CAN-bus的工作原理跟大眾運輸很類似,每個站點代表一個ECU,而行駛路線代表CAN總線,傳送的是ECU的數據,簡化了過去訊號個別用數據線傳送的複雜。
其實CAN總線系統跟大城市的交通運輸網路很像,不同的總線系統之間需要共享資訊,但同時會存在不同的傳送速率問題,所以車載網路系統中設置俗稱「網關(Gate-way)」的ECU,類似轉運站的功能,能同時連接不同的CAN總線系統,並在傳送訊號時發起翻譯解讀的作用。舉例來說,室外溫度感知器訊號傳給儀錶板ECU,這時儀錶板ECU將訊號傳回CAN驅動總線,引擎ECU也會採集到,透過網關的解讀並繼續傳送到CAN車身總線,這時車身總線內的恆溫空調控制ECU就會收到訊號,下令執行調整風量和冷度,完成CAN的資訊共享。
▲為了將不同的CAN總線系統完成精確的傳送資訊,車載網路中必須設置很重要的「網關(Gate-way)」,能同時接收各種的CAN總線系統並在傳送中起到解讀作用,跟轉運站很類似。
為什麼早期的ECU會增加佈線的複雜度?
早期ECU的每項訊號都是以獨立的數據線進行交換,比如說兩個ECU之間要傳遞5項訊號,就需要5條獨立的數據線,意味著訊號愈多,數據線和ECU電板腳位的數量愈多,不僅車重會增加,整體的佈線也變得很困難。
▲早期的ECU都是用獨立的數據線傳送每項訊號,愈多訊號要傳送就要增加腳位連接數據線,造成電板造型龐大,無形中增加車重。