Введение в компьютерную систему автомобиля
Современные автомобили оснащены компьютерами, которые контролируют или управляют практически всеми системами транспортного средства. Многие компьютерные системы обмениваются информацией с общих датчиков.
Компьютеры соединены между собой через канал передачи данных, называемый мультиплексной шиной. Некоторые компьютеры работают вместе, чтобы управлять различными аспектами автомобиля. Например, система автоматического контроля тяги является частью антиблокировочной тормозной системы, но если она обнаруживает пробуксовку колеса, она может передать сигнал компьютеру двигателя, чтобы уменьшить его мощность, и одновременно задействовать тормоз на буксующем колесе. Такие системы способны обрабатывать информацию и принимать решения от 5 до 100 раз в секунду, в зависимости от конкретной системы.
Компьютерная система двигателя, называемая модулем управления двигателем (ECM) или модулем управления силовой установкой (PCM), использует множество входных датчиков и переключателей. Процессор ECM использует эту информацию для принятия решений. Компьютер управляет выходными устройствами, такими как форсунки, вентиляторы, соленоиды и реле, чтобы приводить в действие различные компоненты.
Старая поговорка о компьютерах актуальна и для наших автомобилей сегодня: «Мусор на входе — мусор на выходе». Если информация, передаваемая в компьютер, неисправна, система не будет работать правильно.
Автомобильные компьютеры
Компьютер — это устройство обработки и управления, которое имеет различные уровни сложности в зависимости от системы, которую он контролирует. Компьютеры содержат множество компонентов внутри печально известного «черного ящика». Компьютер также имеет встроенную систему самодиагностики для мониторинга работы системы и будет сохранять коды неисправностей. Компьютер может иметь несколько названий в зависимости от производителя и того, чем он управляет. Компьютер двигателя может называться: Модуль управления двигателем (ECM), Модуль управления силовой установкой (PCM), Блок управления двигателем (ECA), Модуль управления двигателем (MCM), Модуль управления кузовом (BCM) или Электронный блок управления (ECU). Основными разделами компьютера являются процессор, память, регуляторы напряжения, аналого-цифровые преобразователи, формирователи сигналов и выходные драйверы.
Память компьютера
Память делится на категории, которые отражают ее энергозависимость или возможность стирания. Это также связано с важностью информации и необходимостью ее изменения.
- ROM (Постоянная память) — это память, которую нельзя изменить, и она не теряется при отключении аккумулятора. Здесь содержатся базовая операционная система и другая жизненно важная информация.
- PROM (Программируемая постоянная память) — это память, которая устанавливается на заводе и не может быть изменена. Раньше PROM была съемной микросхемой, которую нужно было заменять при необходимости внесения изменений.
- E-PROM (Стираемая PROM) содержит ту же информацию, что и PROM, но может быть изменена один или два раза.
- EE-PROM (Электрически стираемая PROM) содержит ту же информацию, что и PROM, но может быть изменена многократно. Большинство современных автомобилей используют EE-PROM, так как ее можно перепрограммировать бесконечное количество раз.
- RAM (Оперативная память) — это «блокнот» компьютера, где информация постоянно меняется. Многие современные автомобили имеют способность «запоминать» стиль вождения, минимальные/максимальные значения датчиков и скорости холостого хода. Эта информация сохраняется до тех пор, пока компьютер не перестанет работать или не будет отключен аккумулятор. После сбоя питания эта информация может быть потеряна. В некоторых случаях автомобиль может вести себя «странно», пока он не «переучится». KAM (Память с сохранением питания) — это другая форма энергозависимой памяти.
Регуляторы напряжения
Компьютер работает при более низком напряжении, чем остальная часть автомобиля. Ранее мы упоминали опорное напряжение 5 В (VREF). Это опорное напряжение 5 вольт, которое подается на многие датчики. Это напряжение должно быть очень точным и стабильным; в противном случае показания датчиков будут неточными. Некоторые производители допускают отклонение в 0,2 вольта; другие — всего 0,04 вольта. Если регуляторы напряжения неисправны, у вас могут появиться коды ошибок для нескольких датчиков из-за нестабильного напряжения.
АЦП: аналого-цифровые преобразователи
АЦП преобразует постоянное напряжение в цифровые числа (импульсы) или переменное напряжение в сигнал постоянного тока. Компьютеры являются цифровыми устройствами постоянного тока и не понимают ничего другого. АЦП подобен переводчику, который преобразует сигналы, которые компьютер не может понять, во что-то, что он может использовать. Компьютер фактически работает на двоичном коде, который представляет собой «0» и «1» или ВКЛ/ВЫКЛ. Намного проще преобразовать цифровой сигнал, чем аналоговый. Некоторые сигналы имеют низкое напряжение и также могут нуждаться в усилении.
Выходные драйверы
Выходные драйверы — это транзисторы, используемые для управления питанием или массой (обычно массой) таких устройств, как: соленоид форсунки, соленоид модулятора клапана, реле кондиционера, соленоид вентилятора, реле подогрева впуска, реле стартера, соленоиды EGR, и это лишь некоторые из устройств, которыми может управлять компьютер. Транзистор похож на полупроводниковое реле без движущихся частей. Некоторые компьютеры двигателя имеют отдельный модуль драйверов. Поскольку эти выходные устройства выделяют больше всего тепла в компьютере, многие компьютеры используют ребристый дизайн или охлаждающую пластину для рассеивания тепла.
Совет по обслуживанию: Выходные драйверы очень чувствительны к перегрузкам по току и могут быть легко сожжены при использовании перемычек или неправильной процедуры тестирования. Если у вас есть код ошибки для драйвера форсунки №5, вероятно, драйвер форсунки №5 сгорел. Проверьте сопротивление соленоида форсунки №5. Низкое сопротивление или короткое замыкание могут увеличить силу тока и повредить драйвер форсунки.
Принцип работы компьютерной системы
Компьютерные системы делятся на три области: вход, обработка и выход. Вход в компьютер осуществляется через датчики и переключатели. Обработка происходит внутри компьютера. Выходы — это такие устройства, как соленоиды, форсунки, клапаны регулирования давления, реле и сигнальные лампы.
Компьютерная система работает entirely on voltage. Большинство датчиков преобразуют сигнал напряжения, обычно 5 вольт, в напряжение между 0 и 5 вольтами. Затем это напряжение интерпретируется компьютером как температура, давление или положение. Некоторые датчики отправляют аналоговое напряжение на компьютер, что означает, что это постоянное или переменное напряжение, а другие датчики отправляют цифровой сигнал постоянного тока, который является сигналом ВКЛ/ВЫКЛ или сигналом высокого/низкого уровня. Когда техник подключает диагностический прибор или компьютер к системе, он видит температуры в градусах, давления в PSI и положения в процентах. Компьютер перевел эти показания для нас. Компьютер обрабатывает информацию от датчика вместе с другой информацией по алгоритму и выдает ответ о том, что делать для работы системы.
Компьютер — это набор компонентов, таких как память, процессоры, аналого-цифровые преобразователи, регуляторы напряжения, печатные платы и транзисторы, примерно такие же, как у домашнего компьютера. Компьютеры в автомобилях должны выдерживать гораздо больше переменных температуры, вибрации и окружающей среды. Тем не менее, компьютеры, управляющие системами наших автомобилей, очень надежны.
Когда компьютер принимает решение на основе предоставленной информации, он приводит в действие такие устройства, как соленоиды, реле, двигатели и сигнальные лампы. Многие цепи выходных устройств управляются со стороны массы цепи. Поскольку большинство компьютерных цепей являются цепями с низким током, компьютер может использовать реле для управления цепью с более высоким током.
Пример: Катушка муфты кондиционера — это электромагнит с высоким током (10А). Муфта кондиционера включается или выключается компьютером. Компьютер управляет цепью массы катушки реле кондиционера (контакты 85 и 86), которая имеет низкий ток (0,15А). Магнетизм, создаваемый катушкой реле, замыкает нормально разомкнутый контакт (30-87) в реле и подключает высокий ток к катушке кондиционера. Это позволяет компьютеру управлять устройством с высоким током с помощью цепи управления с низким током.
Когда компьютер обнаруживает проблему, он зажигает лампу неисправности или MIL. Когда это происходит, он сохраняет код неисправности, который техник может считать. Проблема в цепи обычно имеет одну из трех причин: компьютер (очень редко), компонент (40% или более) и проводка (40% или более). Это означает, что в большинстве случаев проблема будет связана с компонентами или проводкой.
Датчики температуры
Датчик температуры также называется термистором. Сопротивление внутри него чувствительно к температуре. Когда температура вокруг сопротивления изменяется, значение сопротивления меняется. В автомобилях используются два типа термисторов: с отрицательным температурным коэффициентом (NTC), который является наиболее распространенным, и с положительным температурным коэффициентом (PTC), редко используемый в автомобилях.
- Термисторы NTC увеличивают сопротивление при понижении температуры и уменьшают сопротивление при повышении температуры. Сопротивление и температура изменяются в противоположных направлениях.
- Термисторы PTC увеличивают сопротивление при повышении температуры и уменьшают сопротивление при понижении температуры. Сопротивление и температура изменяются в одном направлении.
- Компьютер отправляет напряжение 5 вольт на датчик и контролирует напряжение.
- Датчик имеет два провода: провод 5 вольт и провод массы.
- Датчик имеет два контакта, которые подключены к сопротивлению датчика.
- Цепь должна быть замкнута, чтобы датчик можно было правильно считать. Если с проводом 5 вольт или проводом массы есть проблема, датчик нельзя считать правильно. Это обычно дает показание температуры около -36 °F. Это верный признак того, что цепь датчика разомкнута.
- Датчик должен быть exposed to the temperature of the air or fluid it is sensing.
- Термисторы NTC используются, среди прочего, для измерения:
- Температуры охлаждающей жидкости двигателя (ECT)
- Датчика температуры окружающего воздуха (AAT)
- Температуры воздуха во впускном коллекторе (MAT)
- Температуры трансмиссионного масла (TOT)
- Температуры масла в ведущем мосту
- Температуры топлива (FTS)
Потенциометры
Потенциометры — это датчики положения. Самый популярный потенциометр — это датчик положения дроссельной заслонки на педали акселератора. В этом разделе мы будем использовать датчик положения дроссельной заслонки (TPS), также называемый датчиком положения педали акселератора или электронной педалью акселератора, в качестве примера, поскольку он наиболее распространен.
Примечание: На многих бензиновых двигателях TPS расположен на корпусе дроссельной заслонки двигателя. В электронных акселераторах или электронных дизельных двигателях TPS расположен на педали акселератора.
- TPS использует трехпроводное подключение.
- Опорное напряжение 5 вольт (VREF) подается на датчик от компьютера.
- Цепь массы либо на шасси, либо на массу через компьютер.
- Сигнальный провод — это переменное напряжение от 0 до 5 Вольт, когда рычаг датчика скользит по сопротивлению датчика.
- 5-вольтовый VREF — это исходное напряжение датчика. Эти 5 вольт могут использоваться другими датчиками. Это означает, что проблема с этой цепью может повлиять на несколько датчиков.
- Цепь массы замыкает цепь 5 вольт через сопротивление на землю. Земля также может быть общей с другими датчиками.
- Сигнальный провод подобен вольтметру, измеряющему падение напряжения на сопротивлении. На холостом ходу или при отпущенной педали напряжение низкое, обычно между 0,5 и 1,0 Вольт.
- При полном открытии дроссельной заслонки (WOT) напряжение высокое, между 4,5 и 4,8 Вольт.
- TPS обычно устанавливает код ошибки, если напряжение сигнального провода равно 0 или 5 вольт. Сигнал никогда не должен достигать этих крайних значений.
Когда педаль нажата, напряжение увеличивается с минимума около 0,5 вольт до примерно 4,8 вольт. Ранние датчики TPS были регулируемыми, а в более поздних датчиках TPS компьютер «запоминал» минимальное и максимальное напряжения. Через диагностический прибор или ПК это обычно отображается как положение дроссельной заслонки от 0% до 100%.
Датчики давления