Einführung in Computersysteme
Moderne Fahrzeuge verfügen über einen Computer, der fast alle Systeme des Fahrzeugs überwacht oder steuert. Viele Computersysteme teilen sich Informationen von gemeinsamen Sensoren.
Die Computer sind über eine Datenverbindung namens Multiplexing miteinander verbunden. Einige Computer arbeiten zusammen, um verschiedene Aspekte des Fahrzeugs zu steuern. Die automatische Traktionskontrolle ist Teil des Antiblockiersystems, aber wenn das System ein Schleudern der Räder erkennt, kann es mit dem Motorcomputer kommunizieren, um die Motorleistung zu reduzieren und gleichzeitig die durchdrehenden Räder zu bremsen. Je nach System können diese Informationen verarbeitet und 5 bis 100 Entscheidungen pro Sekunde getroffen werden.
Das Motorcomputersystem, genannt Motorsteuergerät (ECM) oder Antriebsstrangsteuergerät (PCM), sammelt Informationen mithilfe verschiedener Eingabesensoren und Schalter. Der Prozessor des ECM nutzt die Informationen, um Entscheidungen zu treffen. Der Computer steuert Ausgaben wie Einspritzdüsen, Lüfter, Solenoide und Relais, um verschiedene Komponenten zu betätigen.
Ein altes Sprichwort über Computer gilt auch für heutige Fahrzeuge: „Müll rein, Müll raus“. Wenn die an den Computer gesendeten Informationen fehlerhaft sind, wird das System nicht richtig funktionieren.
Fahrzeugcomputer
Ein Computer ist ein Verarbeitungs- und Steuergerät mit unterschiedlichem Komplexitätsgrad, abhängig vom überwachten oder gesteuerten System. Der Computer enthält verschiedene Komponenten in einem berüchtigten „Blackbox“-Gehäuse. Der Computer verfügt auch über ein eingebettetes Selbsttestsystem, um den Systembetrieb zu überwachen und Fehlercodes zu setzen und zu speichern. Ein Computer kann je nach Hersteller und Steuerungszweck mehrere Namen haben. Der Motorcomputer kann als Motorsteuergerät (ECM), Antriebsstrangsteuergerät (PCM), Motorsteuerbaugruppe (ECA), Motorsteuermodul (MCM), Karosseriesteuergerät (BCM) oder elektronische Steuereinheit (ECU) bezeichnet werden. Die Hauptteile eines Computers sind Prozessor, Speicher, Spannungsregler, Analog-Digital-Wandler, Signalaufbereiter und Ausgangstreiber.
Computerspeicher
Der Speicher wird in Kategorien eingeteilt, die die Flüchtigkeit oder Löschbarkeit des Speichers widerspiegeln. Dies hängt auch mit der Wichtigkeit der Informationen und der Notwendigkeit von Änderungen zusammen.
ROM (Read Only Memory) ist ein Speicher, der nicht geändert werden kann und nicht verloren geht, wenn die Batterie getrennt wird. Er enthält das grundlegende Betriebssystem und andere wichtige Informationen.
PROM (Programmable Read Only Memory) ist ein Speicher, der werkseitig installiert und nicht geändert werden kann. PROMs waren früher austauschbare Chips, die bei Bedarf ausgetauscht werden mussten. Caterpillar nannte dies Persönlichkeitsmodule, die spezifische Informationen über Motor und Fahrzeug enthielten.
E-PROM (Erasable PROM) enthält die gleichen Informationen wie PROM, kann aber ein- oder zweimal geändert werden.
EE-PROM (Electronically Erasable PROM) enthält die gleichen Informationen wie PROM, kann aber beliebig oft geändert werden. Die meisten Fahrzeuge verwenden heute EE-PROM, da es unbegrenzt oft neu programmiert werden kann.
RAM (Random Access Memory) ist der Notizblock des Computers, in dem sich Informationen ständig ändern. Viele Fahrzeuge haben heute die Fähigkeit, Fahrstil, Sensor-Minimal-/Maximalwerte und Leerlaufdrehzahl zu „lernen“. Diese Informationen bleiben erhalten, bis der Computer ausgeschaltet oder die Batterie getrennt wird. Nach dem Ausschalten können diese Informationen verloren gehen. In einigen Fällen kann das Fahrzeug sich „seltsam“ verhalten, bis es „neu gelernt“ hat. KAM (Keep-Alive Memory) ist eine andere Form von flüchtigem Speicher.
Spannungsregler
Computer arbeiten mit niedrigeren Spannungen als andere Teile des Fahrzeugs. Früher in diesem Artikel wurde über die 5-Volt-VREF gesprochen. Dies ist eine 5-Volt-Referenzspannung, die an viele Sensoren gesendet wird. Diese Spannung muss sehr genau und stabil sein. Andernfalls sind die Sensorwerte nicht genau. Einige Hersteller erlauben eine Abweichung von 0,2 Volt. Andere Hersteller erlauben kleinere Abweichungen, wie 0,04 Volt. Wenn der Spannungsregler aus irgendeinem Grund defekt ist, können mehrere Sensoren Fehlercodes anzeigen, da die Sensorspannung unterbrochen wird.
A-D-Wandler: Analog-Digital-Wandler
Der „A-D“-Wandler wandelt eine konstante Spannung in einen digitalen Zahlenwert (Impulse) um oder wandelt Wechselspannung in eine gleichgerichtete digitale Signale um. Computer sind digital und verstehen nichts anderes. Der A-D-Wandler ist wie ein Übersetzer, der Signale, die der Computer nicht versteht, in etwas umwandelt, das der Computer verwenden kann. Computer arbeiten tatsächlich mit Binärcode aus „0“ und „1“ oder Ein/Aus. Die Umwandlung digitaler Signale ist viel einfacher als die von analogen Signalen. Einige Signale sind niedrigspannig und müssen möglicherweise verstärkt werden.
Ausgangstreiber
Ausgangstreiber verwenden Transistoren, um die Stromversorgung oder Masse (normalerweise Masse) zu steuern. Was gesteuert wird, kann vieles sein, was der Computer steuern kann, wie Einspritzventil-Solenoide, Ventilmodulator-Solenoide, Klimaanlagen-Relais, Lüfter-Solenoide, Ansaugluftvorwärmrelais, Anlasserrelais, EGR-Solenoide usw. Ein Transistor ist wie ein Halbleiterrelais ohne bewegliche Teile. Einige Motorsteuergeräte haben separate Treibermodule. Da diese Ausgangsgeräte die meiste Wärme im Computer erzeugen, verwenden viele Computer ein gekühltes Design oder Kühlbleche zur Wärmeableitung.
Wartungstipp: Ausgangstreiber sind sehr empfindlich gegenüber Überstrom (Ampere) und können leicht durchbraten, wenn Jumperkabel verwendet werden oder falsche Testverfahren durchgeführt werden. Wenn Sie einen Fehlercode für einen defekten Treiber für Einspritzdüse Nr. 5 haben, könnte der Treiber für Einspritzdüse Nr. 5 durchgebrannt sein. Überprüfen Sie den Widerstand des Solenoids der Einspritzdüse Nr. 5. Ein niedriger Widerstand oder ein Kurzschluss kann den Strom erhöhen und den Einspritzdüsentreiber beschädigen.
Funktionsweise von Computersystemen
Computersysteme lassen sich in drei Bereiche unterteilen: Eingabe, Verarbeitung und Ausgabe. Die Eingabe in den Computer bezieht sich auf Sensoren und Schalter. Die Verarbeitung erfolgt innerhalb des Computers. Die Ausgabe sind Geräte wie Solenoide, Einspritzdüsen, Druckregelventile, Relais und Anzeigelampen.
Computersysteme arbeiten ausschließlich mit Spannung. Die meisten Sensoren wandeln ein Spannungssignal, normalerweise 5 Volt, in eine Spannung zwischen 0 und 5 Volt um. Die Spannung wird vom Computer als Temperatur, Druck oder Position interpretiert. Einige Sensoren senden eine analoge Spannung an den Computer, was eine konstante oder sich ändernde Spannung bedeutet. Andere Sensoren senden ein digitales Gleichstromsignal, was ein Ein/Aus-Signal oder ein Hoch/Tief-Signal ist. Wenn ein Techniker ein Scan-Tool oder einen Computer an das System anschließt, werden Temperaturen in Grad, Drücke in PSI und Positionen in Prozent angezeigt. Der Computer übersetzt diese Messwerte für uns. Der Computer integriert Sensorinformationen und andere Informationen in Algorithmen, um entsprechende Aktionen zur Systemsteuerung bereitzustellen.
Ein Computer ist eine Ansammlung von Komponenten wie Speicher, Prozessor, Analog-Digital-Wandler, Spannungsregler, Leiterplatte und Transistoren, ähnlich wie ein Heimcomputer. Fahrzeugcomputer müssen jedoch viel größeren Belastungen standhalten aufgrund von Temperatur, Vibrationen und Umweltschwankungen. Dennoch sind die Computer, die Fahrzeugsysteme betreiben, sehr zuverlässig.
Wenn der Computer eine Entscheidung basierend auf den bereitgestellten Informationen trifft, betätigt er Geräte wie Solenoide, Relais, Motoren und Anzeigelampen. Viele Ausgangsgeräteschaltungen werden von der Masseseite der Schaltung gesteuert. Da die meisten Computerschaltungen Niedrigstromschaltungen sind, kann der Computer Relais verwenden, um Hochstromschaltungen zu steuern.
Beispiel: Die Klimakupplungsspule ist ein Elektromagnet mit hohem Strom (10A). Die Klimakupplung wird vom Computer ein- oder ausgeschaltet. Der Computer steuert den Massepfad der Klimarelais-Spule (Pins 85 und 86). Dies ist ein Niedrigstrom (0,15A). Der durch die Relaisspule erzeugte Magnetismus schließt die normalerweise offenen Kontakte (30 bis 87) im Relais und schaltet den hohen Strom zur Klimaspule durch. Dies ermöglicht es dem Computer, Hochstromgeräte mit einer Niedrigstromsteuerschaltung zu steuern.
Wenn der Computer ein Problem erkennt, leuchtet er die Störungsanzeigeleuchte oder MIL auf. Wenn dies geschieht, speichert er Fehlercodes, die ein Techniker auslesen kann. Schaltungsprobleme haben normalerweise eine von drei Ursachen: Der Computer (sehr selten), die Komponente (über 40 %) oder die Verkabelung (über 40 %). Das bedeutet, dass das Problem in den meisten Fällen mit der Komponente oder der Verkabelung zusammenhängt.
Temperatursensor
Temperatursensor
Temperatursensoren werden auch als Thermistor bezeichnet. Ihr Innenwiderstand ist temperaturabhängig. Wenn sich die Temperatur um den Widerstand herum ändert, ändert sich sein Widerstandswert. Es gibt zwei Arten von Thermistoren, die in Fahrzeugen verwendet werden: Negativer Temperaturkoeffizient (NTC) ist am gebräuchlichsten, positiver Temperaturkoeffizient (PTC) wird in Fahrzeugen selten verwendet.
NTC-Thermistoren erhöhen ihren Widerstand, wenn die Temperatur sinkt, und verringern ihren Widerstand, wenn die Temperatur steigt. Widerstand und Temperatur ändern sich in entgegengesetzte Richtungen.
PTC-Thermistoren erhöhen ihren Widerstand, wenn die Temperatur steigt, und verringern ihren Widerstand, wenn die Temperatur sinkt. Widerstand und Temperatur ändern sich in die gleiche Richtung.
Der Computer sendet eine 5-Volt-Spannung an den Sensor und überwacht die Spannung.
Der Sensor hat zwei Drähte: einen 5-Volt-Draht und einen Masse-Draht.
Der Sensor hat zwei Pins, die mit dem Sensorwiderstand verbunden sind.
Damit der Sensor korrekt liest, muss der Stromkreis geschlossen sein. Wenn es ein Problem mit dem 5-Volt- oder Masse-Draht gibt, liest der Sensor nicht korrekt. Dies führt normalerweise zu einer Temperaturanzeige von etwa -36°F. Dies ist ein offensichtlicher Hinweis darauf, dass der Sensorstromkreis unterbrochen ist.
Der Sensor muss der Temperatur der Luft oder Flüssigkeit ausgesetzt sein, die er misst.
NTC-Thermistoren werden für Temperaturmessungen wie folgt verwendet:
Motorkühlmitteltemperatur oder ECT
Umgebungslufttemperatursensor oder AAT
Saugrohrtemperatur oder MAT
Getriebeöltemperatur oder TOT
Motorachsentemperatur
Kraftstofftemperatur oder FTS
Potentiometer
Das gebräuchlichste Potentiometer ist der Drosselklappenstellungsensor im Drosselklappengehäuse oder am Gaspedal.
Potentiometer
Ein Potentiometer ist ein Positionssensor. Das beliebteste Potentiometer ist der Drosselklappenstellungsensor am Gaspedal. In diesem Abschnitt wird der Drosselklappenstellungsensor (TPS) oder Gaspedalpositionssensor oder elektronisches Pedal als Beispiel verwendet, da er am gebräuchlichsten ist.
Hinweis: Bei vielen Benzinmotoren befindet sich der TPS am Drosselklappengehäuse des Motors. Bei elektronischer Drosselklappe oder elektronischen Dieselmotoren befindet sich der TPS am Gaspedal.
TPS verwendet einen 3-Draht-Anschluss.
Eine 5-Volt-Referenzspannung oder VREF wird vom Computer an den Sensor gesendet.
Der Massekreis erfolgt über Fahrzeugmasse oder Masse durch den Computer.
Der Signaldraht ist eine variable Spannung von 0 bis 5 Volt, wenn der Abtastarm des Sensors über den Sensorwiderstand gleitet.
Die 5-Volt-VREF ist die Versorgungsspannung für den Sensor. Diese 5 Volt können mit anderen Sensoren geteilt werden. Das bedeutet, dass ein Problem in diesem Stromkreis mehrere Sensoren beeinflussen kann.
Der Massekreis vervollständigt den 5-Volt-Stromkreis zur Masse über den Widerstand. Die Masse kann auch mit anderen Sensoren geteilt werden.
Der Signaldraht ist wie ein Voltmeter, das den Spannungsabfall über den Widerstand misst. Im Leerlauf oder bei losgelassenem Pedal ist die Spannung niedrig, normalerweise 0,5 bis 1,0 Volt.
Bei Volllast oder WOT ist die Spannung hoch, 4,5 bis 4,8 Volt.
Wenn die Spannung am Signaldraht 0 oder 5 Volt beträgt, setzt der TPS normalerweise einen Fehlercode. Das Signal sollte niemals diese Extremwerte erreichen.
Wenn das Pedal gedrückt wird, steigt die Spannung von etwa 0,5 Volt am Minimum auf etwa 4,8 Volt. Frühe TPS-Sensoren waren einstellbar, bei späteren TPS-Sensoren „lernte“ der Computer die Minimal- und Maximalspannung. Bei Verwendung eines Scan-Tools oder PCs wird die Drosselklappenposition normalerweise in Prozent von 0 % bis 100 % angezeigt.