Funktionsweise von Auto-ECM- und PCM-Systemen

Das Fahrzeugcomputer-System: ECM, PCM & Co.

Einführung in das Computersystem

Moderne Fahrzeuge verfügen über Computer, die fast alle Fahrzeugsysteme überwachen oder steuern. Viele dieser Computersysteme teilen sich Informationen von gemeinsamen Sensoren.

Die Computer sind über eine Datenverbindung namens Multiplexing miteinander vernetzt. Einige Computer arbeiten zusammen, um verschiedene Aspekte des Fahrzeugs zu steuern. Die Antriebsschlupfregelung (ASR) ist Teil des Antiblockiersystems (ABS). Wenn das System jedoch ein durchdrehendes Rad erkennt, kann es mit dem Motorsteuergerät kommunizieren, um die Motorleistung zu reduzieren, und es kann die Bremse auf dem durchdrehenden Rad betätigen. Es kann diese Informationen verarbeiten und je nach System 5- bis 100-mal pro Sekunde Entscheidungen treffen.

Das Motorsteuergerät (Engine Control Module, ECM) oder das Antriebsstrangsteuergerät (Powertrain Control Module, PCM) verwendet eine Vielzahl von Eingabesensoren und Schaltern, um Informationen zu sammeln. Der Prozessor des ECM nutzt diese Informationen, um Entscheidungen zu treffen. Der Computer steuert Ausgabegeräte wie Einspritzventile, Lüfter, Magnetventile und Relais, um die verschiedenen Komponenten zu betreiben.

Eine alte Weisheit über Computer trifft auch auf unsere Fahrzeuge zu: „Garbage in, garbage out“. Wenn die an den Computer gesendeten Informationen fehlerhaft sind, wird das System nicht richtig funktionieren.

Fahrzeugcomputer

Ein Computer ist ein Verarbeitungs- und Steuerungsgerät, das je nach dem System, das es überwacht oder steuert, unterschiedlich komplex sein kann. In dem berüchtigten „Black Box“-Gehäuse befinden sich verschiedene Komponenten. Der Computer verfügt außerdem über ein integriertes Selbstprüfsystem, um den Systembetrieb zu überwachen, und speichert Fehlercodes. Ein Computer kann je nach Hersteller und Steuerungsaufgabe verschiedene Namen haben. Ein Motorcomputer kann folgendermaßen bezeichnet werden: Motorsteuergerät (ECM), Antriebsstrangsteuergerät (PCM), Motorsteueraggregat (ECA), Motorsteuermodul (MCM), Karosseriesteuergerät (BCM) oder Elektronische Steuereinheit (ECU). Die Hauptbereiche des Computers sind der Prozessor, der Speicher, Spannungsregler, Analog-Digital-Wandler, Signalaufbereiter und Ausgangstreiber.

Computerspeicher

Der Speicher lässt sich in Kategorien einteilen, die die Flüchtigkeit oder Löschbarkeit des Speichers widerspiegeln. Dies hängt auch mit der Wichtigkeit der Information und ob sie geändert werden muss, zusammen.

• ROM (Read Only Memory) ist ein Speicher, der nicht geändert werden kann und nicht verloren geht, wenn die Batterie getrennt wird. Hier ist das grundlegende Betriebssystem und andere wichtige Informationen enthalten.
• PROM (Programmable Read Only Memory) ist ein Speicher, der werkseitig installiert wurde und nicht geändert werden kann. PROMs waren früher austauschbare Chips, die ausgetauscht werden mussten, wenn eine Änderung vorgenommen wurde. Caterpillar nannte dies ein „Personality Module“, das motorspezifische Informationen enthielt.
• E-PROM (Erasable PROM) enthält die gleichen Informationen wie eine PROM, kann aber ein- oder zweimal geändert werden.
• EE-PROM (Electronically Erasable PROM) enthält die gleichen Informationen wie eine PROM, kann aber wiederholt geändert werden. Die meisten Fahrzeuge verwenden heute EE-PROM, da es unendlich oft neu programmiert werden kann.
• RAM (Random Access Memory) ist der Notizblock des Computers, in dem sich diese Informationen ständig ändern. Viele moderne Fahrzeuge haben die Fähigkeit, Fahrstile, Sensor-Minima/Maxima und Leerlaufdrehzahlen zu „lernen“. Diese Informationen bleiben erhalten, bis der Computer ausfällt oder die Batterien getrennt werden. Nach einem Stromausfall können diese Informationen verloren gehen. Gelegentlich kann das Fahrzeug sich danach „komisch“ verhalten, bis es „neu lernt“. KAM (Keep-Alive Memory) ist eine weitere Form von flüchtigem Speicher.

Spannungsregler

Der Computer arbeitet mit einer niedrigeren Spannung als der Rest des Fahrzeugs. Weiter oben in diesem Artikel haben wir 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 wären die Sensorablesungen nicht präzise. Einige Hersteller erlauben eine Abweichung von 0,2 Volt; andere nur 0,04 Volt. Wenn die Spannungsregler aus irgendeinem Grund defekt sind, können Sie Fehlercodes für mehrere Sensore erhalten, da die Sensorspannung unterbrochen ist.

A-zu-D-Wandler: Analog-Digital-Wandler

Ein „A-zu-D“-Wandler wandelt eine konstante Spannung in digitale Zahlen (Impulse) oder eine Wechselspannung in ein digitales Gleichstromsignal um. Computer sind digitale DC-Systeme und verstehen nichts anderes. Der A-zu-D-Wandler ist wie ein Übersetzer, der Signale, die der Computer nicht verstehen kann, in etwas umwandelt, das er nutzen kann. Der Computer arbeitet tatsächlich mit Binärcode, also „0“ und „1“ oder Ein/Aus. Es ist viel einfacher, ein digitales Signal zu übersetzen als ein analoges Signal. Einige Signale haben eine niedrige Spannung und müssen möglicherweise auch verstärkt werden.

Ausgangstreiber

Ausgangstreiber sind Transistoren, die verwendet werden, um die Stromversorgung oder Masse (normalerweise Masse) für folgende Komponenten zu steuern: Einspritzventilmagnetventile, Modulatorventilmagnetventile, Klimakompressor-Relais, Lüftermagnetventile, Ansaugluftvorwärmrelais, Anlasserrelais, EGR-Magnetventile, um nur einige Dinge zu nennen, die der Computer steuern kann. Der Transistor ist wie ein halbleiterbasiertes Relais ohne bewegliche Teile. Einige Motorsteuergeräte haben ein separates Treibermodul. Da diese Ausgabegeräte die meiste Wärme im Computer erzeugen, verwenden viele Computer eine Kühlrippen-Konstruktion oder eine Kühlplatte, um die Wärme abzuleiten.

Wartungstipp: Ausgangstreiber sind sehr empfindlich gegenüber Überstrom (Amperezahl) und können leicht durch unsachgemäße Verwendung von Überbrückungskabeln oder fehlerhaften Testverfahren durchgebrannt werden. Wenn Sie einen Fehlercode für Treiber für Einspritzventil Nr. 5 haben, ist wahrscheinlich der Treiber für Einspritzventil Nr. 5 durchgebrannt. Überprüfen Sie den Widerstand des Magnetventils von Einspritzventil Nr. 5. Ein niedriger Widerstand oder ein Kurzschluss könnte den Strom erhöhen und den Einspritzventiltreiber beschädigen.

Funktionsweise des Computersystems

Computersysteme sind in drei Bereiche unterteilt: Eingabe, Verarbeitung und Ausgabe. Die Eingabe in den Computer erfolgt über Sensoren und Schalter. Die Verarbeitung findet innerhalb des Computers statt. Die Ausgaben sind Geräte wie Magnetventile, Einspritzventile, Druckregelventile, Relais und Warnleuchten.

Das Computersystem arbeitet vollständig mit Spannung. Die meisten Sensoren wandeln ein Spannungssignal, normalerweise ein 5-Volt-Signal, in eine Spannung zwischen 0 und 5 Volt um. Die Spannung wird dann vom Computer als Temperatur, Druck oder Position interpretiert. Einige Sensoren senden eine analoge Spannung an den Computer, was bedeutet, dass es sich um eine konstante oder variable Spannung handelt, und andere Sensoren senden ein digitales DC-Signal, das ein Ein/Aus-Signal oder ein High/Low-Signal ist. Wenn ein Techniker ein Diagnosegerät oder einen Computer an das System anschließt, liest er Temperaturen in Grad, Drücke in PSI und Positionen in Prozent. Der Computer hat diese Messwerte für uns übersetzt. Der Computer verarbeitet die Informationen des Sensors zusammen mit anderen Informationen in einem Algorithmus und liefert eine Antwort darauf, was zu tun ist, um das System zu betreiben.

Der Computer ist eine Sammlung von Komponenten wie Speicher, Prozessoren, Analog-Digital-Wandler, Spannungsregler, Leiterplatten und Transistoren, ähnlich wie ein Heimcomputer. Fahrzeugcomputer müssen jedoch viel mehr Variablen wie Temperatur, Vibrationen und Umwelteinflüsse aushalten. Dennoch sind die Computer, die die Systeme in unseren Fahrzeugen steuern, sehr zuverlässig.

Wenn der Computer eine Entscheidung auf Basis der gelieferten Informationen trifft, betreibt er Geräte wie Magnetventile, Relais, Motoren und Warnleuchten. Viele Stromkreise der Ausgabegeräte werden auf der Masse-Seite des Stromkreises geschaltet. Da die meisten Computerstromkreise Stromkreise mit niedrigem Amperewert sind, kann der Computer ein Relais verwenden, um einen Stromkreis mit höherem Amperewert zu steuern.

Beispiel: Die Klimakompressor-Kupplungsspule ist ein Elektromagnet mit hohem Stromverbrauch (10A). Die Klimakupplung wird vom Computer ein- oder ausgeschaltet. Der Computer steuert den Massepfad der Klimarelais-Spule (Pins 85 und 86), der einen niedrigen Strom (.15A) hat. Der durch die Relaisspule erzeugte Magnetismus schließt den normally open (NO) Kontakt (30 bis 87) im Relais und schaltet den hohen Strom zur Klimakompressor-Spule durch. Dies ermöglicht es dem Computer, ein Hochstromgerät mit einem Niedrigstrom-Steuerkreis zu betreiben.

Wenn der Computer ein Problem erkennt, leuchtet er die Motorkontrollleuchte (MIL) auf. In diesem Fall speichert es einen Fehlercode, den der Techniker auslesen kann. Ein Problem in einem Stromkreis hat normalerweise eine von drei Ursachen; der Computer (sehr selten), die Komponente (40% oder mehr) und die Verkabelung (40% oder mehr). Das bedeutet, dass das Problem meistens bei den Komponenten oder der Verkabelung liegt.

Temperatursensoren

Ein Temperatursensor wird auch als Thermistor bezeichnet. Der Widerstand im Inneren ist temperaturabhängig. Wenn sich die Temperatur um den Widerstand herum ändert, ändert sich der Widerstandswert. Es gibt zwei Arten von Thermistoren, die in Fahrzeugen verwendet werden: Negativer Temperaturkoeffizient oder NTC, was am gebräuchlichsten ist, und Positiver Temperaturkoeffizient oder PTC, der selten in Fahrzeugen verwendet wird.

• NTC-Thermistoren erhöhen den Widerstand, wenn die Temperatur sinkt, und verringern den Widerstand, wenn die Temperatur steigt. Widerstand und Temperatur bewegen sich in entgegengesetzte Richtungen.
• PTC-Thermistoren erhöhen den Widerstand, wenn die Temperatur steigt, und verringern den Widerstand, wenn die Temperatur sinkt. Widerstand und Temperatur bewegen sich in die gleiche Richtung.
• Der Computer sendet eine 5-Volt-Spannung an den Sensor und überwacht die Spannung.
• Der Sensor hat zwei Drähte: den 5-Volt-Draht und einen Masse-Draht.
• Der Sensor hat zwei Anschlüsse, die mit dem Sensorwiderstand verbunden sind.
• Der Stromkreis muss geschlossen sein, damit der Sensor korrekt gelesen werden kann. Wenn der 5-Volt- oder der Masse-Draht ein Problem haben, kann der Sensor nicht korrekt gelesen werden. Dies ergibt normalerweise eine Temperaturanzeige von etwa -36 °F. Das ist ein sicheres Zeichen dafür, dass der Sensorstromkreis unterbrochen ist.
• Der Sensor muss der Temperatur der Luft oder der Flüssigkeit, die er misst, ausgesetzt sein.

NTC-Thermistoren werden unter anderem für folgende Temperaturmessungen verwendet:

• Motorkühlmitteltemperatur oder ECT
• Umgebungslufttemperatursensor oder AAT
• Ansauglufttemperatur oder MAT
• Getriebeöltemperatur oder TOT
• Motorachsentemperatur
• Kraftstofftemperatur oder FTS

Potentiometer

Das gebräuchlichste Potentiometer ist der Drosselklappenstellungsensor, der sich am Drosselklappengehäuse oder am Gaspedal befindet.

Potentiometer sind Positionssensoren. Das bekannteste Potentiometer ist der Drosselklappenstellungsensor am Gaspedal. In diesem Abschnitt verwenden wir den Gaspedalstellungsensor (TPS), auch Drosselklappenstellungsensor oder elektronisches Gaspedal genannt, als Beispiel, da er am gebräuchlichsten ist.

Hinweis: Bei vielen Benzinmotoren befindet sich der TPS am Drosselklappengehäuse des Motors. Bei elektronischen Gaspedalen oder elektronischen Dieselmotoren befindet sich der TPS am Gaspedal.

• Der TPS verwendet einen Dreidraht-Anschluss.
• Eine 5-Volt-Referenzspannung oder VREF wird vom Computer an den Sensor gesendet.
• Massekreis, entweder zur Fahrzeugmasse oder zur Masse durch den Computer.
• Der Signaldraht entspricht der variablen Spannung zwischen 0 und 5 Volt, wenn der Abtastarm des Sensors über den Sensorwiderstand gleitet.

Die 5-Volt-VREF ist die Quellenspannung des Sensors. Diese 5 Volt können von anderen Sensoren gemeinsam genutzt werden. Das bedeutet, dass ein Problem mit diesem Stromkreis mehrere Sensoren beeinflussen kann.

Der Massekreis schließt den 5-Volt-Stromkreis über den Widerstand zur Masse. Die Masse kann ebenfalls mit anderen Sensoren geteilt werden.

Der Signaldraht wirkt wie ein Voltmeter, das einen Spannungsabfall über dem Widerstand misst. Im Leerlauf oder bei losgelassenem Pedal ist die Spannung niedrig, normalerweise zwischen 0,5 und 1,0 Volt.

Bei Volllast oder WOT (wide open throttle) ist die Spannung hoch, zwischen 4,5 und 4,8 Volt.

Der TPS setzt normalerweise einen Fehlercode, wenn die Spannung des Signaldrahts