Введение в компьютерные системы
Современные автомобили оснащены компьютерами, которые контролируют или управляют практически всеми системами автомобиля. Многие компьютерные системы совместно используют информацию от общих датчиков.
Компьютеры взаимосвязаны через каналы передачи данных, называемые мультиплексированием. Некоторые компьютеры работают совместно для управления различными аспектами автомобиля. Автоматический контроль тяги является частью антиблокировочной тормозной системы, но когда система обнаруживает пробуксовку колес, она может связываться с компьютером двигателя, чтобы уменьшить мощность двигателя и притормозить буксующее колесо. В зависимости от системы, они могут обрабатывать эту информацию и принимать решения от 5 до 100 раз в секунду.
Компьютерная система двигателя, называемая модулем управления двигателем (ECM) или модулем управления силовой установкой (PCM), использует различные входные датчики и переключатели для сбора информации. Процессор ECM использует информацию для принятия решений. Компьютер управляет такими выходными устройствами, как форсунки, вентиляторы, соленоиды, реле, чтобы приводить в действие различные компоненты.
Старая поговорка о компьютерах применима и к современным автомобилям: «Мусор на входе — мусор на выходе». Если информация, поступающая в компьютер, неисправна, система не будет работать правильно и не будет функционировать должным образом.
Автомобильные компьютеры
Компьютеры — это устройства обработки и управления, имеющие различный уровень сложности в зависимости от контролируемой или управляемой системы. В компьютере, внутри печально известного «черного ящика», находятся различные компоненты. Компьютер также имеет встроенную систему самодиагностики для мониторинга работы системы и установки/сохранения кодов неисправностей. Компьютер может иметь несколько названий в зависимости от производителя и того, чем он управляет. Компьютер двигателя может называться модулем управления двигателем (ECM), модулем управления силовой установкой (PCM), блоком управления двигателем (ECA), главным модулем управления двигателем (MCM), модулем управления кузовом (BCM) или электронным блоком управления (ECU). Основными частями компьютера являются процессор, память, регулятор напряжения, аналого-цифровой преобразователь, формирователь сигналов и выходные драйверы.
Память компьютера
Память классифицируется по категориям, отражающим ее энергозависимость или стираемость. Это также связано с важностью информации и необходимостью ее изменения.
ПЗУ (Постоянное запоминающее устройство) — это память, которую нельзя изменить, и она не теряется при отключении аккумулятора. Содержит базовую операционную систему и другую критически важную информацию.
ППЗУ (Программируемое постоянное запоминающее устройство) — это память, устанавливаемая на заводе, которую нельзя изменить. Раньше ППЗУ были съемными чипами, которые нужно было заменять при необходимости изменений. Caterpillar называла это модулем личности, содержащим специфическую информацию о двигателе и автомобиле.
СТПЗУ (Стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство) содержит ту же информацию, что и ППЗУ, но может быть изменено один или два раза.
ЭСППЗУ (Электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство) содержит ту же информацию, что и ППЗУ, но может быть изменено многократно. В настоящее время большинство автомобилей используют ЭСППЗУ, так как их можно перепрограммировать бесконечное количество раз.
ОЗУ (Оперативное запоминающее устройство) — это записная книжка компьютера, информация в которой постоянно меняется. Сегодня многие автомобили имеют способность «запоминать» стиль вождения, минимальные/максимальные значения датчиков, обороты холостого хода. Эта информация сохраняется до тех пор, пока компьютер не будет выключен или аккумулятор не отключен. После отключения питания эта информация может быть потеряна. Иногда автомобиль может работать «странно» при движении или на холостом ходу, пока он не «переучится». ПСП (Память с сохранением питания) — это другая форма энергозависимой памяти.
Регулятор напряжения
Компьютеры работают при более низком напряжении, чем другие части автомобиля. Ранее в статье мы говорили о 5-вольтовом опорном напряжении (VREF). Это эталонное напряжение 5 вольт, подаваемое 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 допускают отклонения всего в 0.04 вольта. Если регулятор напряжения неисправен по какой-либо причине, это может привести к появлению кодов неисправностей для нескольких датчиков, так как напряжение на датчиках будет отключено.
АЦП: Аналого-цифровой преобразователь
«АЦП» преобразует постоянное напряжение в цифровые числовые значения (импульсы) или переменное напряжение в постоянный цифровой сигнал. Компьютеры работают на постоянном цифровом токе и не понимают ничего другого. АЦП похож на переводчика, который преобразует сигналы, непонятные компьютеру, в то, что компьютер может использовать. Компьютеры фактически работают на двоичном коде «0» и «1» или Вкл/Выкл. Преобразовать цифровой сигнал намного проще, чем аналоговый. Некоторые сигналы имеют низкое напряжение и иногда могут требовать усиления.
Выходные драйверы
Выходные драйверы используют транзисторы для управления питанием или массой (обычно массой). Управлять можно многими устройствами: соленоидами форсунок, модуляторами клапанов, реле кондиционера, соленоидами вентиляторов, реле подогрева впуска, реле стартера, соленоидами EGR и т.д. Транзистор похож на полупроводниковое реле без движущихся частей. Некоторые компьютеры двигателя имеют отдельный модуль драйверов. Эти выходные устройства выделяют больше всего тепла внутри компьютера, поэтому многие компьютеры используют ребристый дизайн или охлаждающие пластины для рассеивания тепла.
Совет по обслуживанию: Выходные драйверы очень чувствительны к перегрузке по току и могут легко сгореть при использовании перемычек или неправильных процедур тестирования. Если у вас есть код неисправности драйвера для форсунки №5, возможно, сгорел драйвер форсунки №5. Проверьте сопротивление соленоида форсунки №5. Низкое сопротивление или короткое замыкание могут увеличить ток и повредить драйвер форсунки.
Принцип работы компьютерной системы
Компьютерная система делится на три области: вход, обработка и выход. Входы в компьютер связаны с датчиками и переключателями. Обработка происходит внутри компьютера. Выходы — это устройства, такие как соленоиды, форсунки, клапаны регулирования давления, реле, контрольные лампы.
Компьютерная система полностью работает на напряжении. Большинство датчиков преобразуют сигнал напряжения, обычно 5 вольт, в напряжение в диапазоне от 0 до 5 вольт. Напряжение интерпретируется компьютером как температура, давление или положение. Некоторые датчики отправляют в компьютер аналоговое напряжение, то есть постоянное или изменяющееся напряжение. Другие датчики отправляют цифровой сигнал постоянного тока, то есть сигнал Вкл/Выкл или высокий/низкий уровень. Когда техник подключает сканер или компьютер к системе, температура считывается в градусах, давление в PSI, положение в процентах. Компьютер переводит эти измерения для нас. Компьютер объединяет информацию от датчиков и другую информацию в алгоритмы, чтобы определить, как управлять системой.
Компьютер — это совокупность компонентов: память, процессор, аналого-цифровой преобразователь, регулятор напряжения, печатная плата, транзисторы и т.д., почти так же, как домашний компьютер. Автомобильный компьютер должен выдерживать гораздо большие нагрузки из-за колебаний температуры, вибрации и окружающей среды. Несмотря на это, компьютеры, управляющие системами автомобиля, очень надежны.
Когда компьютер принимает решение на основе предоставленной информации, он приводит в действие такие устройства, как соленоиды, реле, двигатели, контрольные лампы. Многие цепи выходных устройств управляются со стороны массы цепи. Поскольку большинство компьютерных цепей являются цепями низкого тока, компьютер может использовать реле для управления цепями высокого тока.
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). Это низкий ток (0.15А). Магнитное поле, создаваемое катушкой реле, замыкает нормально разомкнутые контакты внутри реле (с 30 на 87) и подключает высокий ток к катушке кондиционера. Это позволяет компьютеру управлять устройством с высоким током, используя цепь управления с низким током.
Когда компьютер обнаруживает проблему, он зажигает лампу индикации неисправности (MIL). При этом он сохраняет код неисправности, который техник может считать. Проблемы в цепи обычно вызваны одной из трех причин: компьютер (очень редко), компонент (более 40%), проводка (более 40%). Это означает, что в большинстве случаев проблема связана с компонентом или проводкой.
Датчик температуры
Датчик температуры
Датчик температуры также называется термистором. Его внутреннее сопротивление чувствительно к температуре. Когда температура вокруг резистора меняется, его сопротивление изменяется. Существует два типа термисторов, используемых в автомобилях: с отрицательным температурным коэффициентом (NTC) — наиболее распространенный, и с положительным температурным коэффициентом (PTC) — редко используется в автомобилях.
Термистор NTC: при понижении температуры сопротивление увеличивается, при повышении температуры сопротивление уменьшается. Сопротивление и температура изменяются в противоположных направлениях.
Термистор PTC: при повышении температуры сопротивление увеличивается, при понижении температуры сопротивление уменьшается. Сопротивление и температура изменяются в одном направлении.
Компьютер отправляет на датчик напряжение 5 вольт и контролирует напряжение.
У датчика два провода: провод 5 вольт и провод массы.
У датчика два контакта, которые подключены к сопротивлению датчика.
Для правильных показаний датчика цепь должна быть замкнута. Если есть проблема с проводом 5 вольт или массы, датчик будет показывать неправильно. Обычно это дает показание температуры около -36°F. Это явный признак того, что цепь датчика разомкнута.
Датчик должен контактировать с воздухом или жидкостью, температуру которой он измеряет.
Термисторы NTC используются для измерения температуры, например:
Температура охлаждающей жидкости двигателя (ECT)
Датчик температуры окружающего воздуха (AAT)
Температура воздуха во впускном коллекторе (MAT)
Температура масла трансмиссии (TOT)
Температура оси двигателя
Температура топлива (FTS)
Потенциометр
Самый распространенный потенциометр — это датчик положения дроссельной заслонки, расположенный на корпусе дроссельной заслонки или педали акселератора.
Потенциометр
Потенциометр — это датчик положения. Самый популярный потенциометр — это датчик положения дроссельной заслонки на педали акселератора. В этом разделе в качестве примера мы будем использовать датчик положения дроссельной заслонки (TPS) или датчик положения педали акселератора/электронную педаль, так как они наиболее распространены.
Примечание: Во многих бензиновых двигателях TPS находится на корпусе дроссельной заслонки двигателя. В электронных дроссельных заслонках или электронных дизельных двигателях TPS находится на педали акселератора.
TPS использует 3-проводное подключение.
Опорное напряжение 5 вольт (VREF) передается от компьютера к датчику.
Цепь массы — это масса через кузов или компьютер.
Сигнальный провод — это переменное напряжение от 0 до 5 вольт, когда ползунок датчика перемещается по резистору датчика.
5-вольтовый VREF — это питание датчика. Эти 5 вольт могут быть общими для других датчиков. Это означает, что проблема в этой цепи может повлиять на несколько датчиков.
Цепь массы замыкает 5-вольтовую цепь на массу через резистор. Масса также может быть общей для других датчиков.
Сигнальный провод похож на вольтметр, измеряющий падение напряжения на всем резисторе. На холостом ходу или когда педаль отпущена, напряжение низкое, обычно от 0.5 до 1.0 вольта.
При полностью открытой дроссельной заслонки (WOT) напряжение высокое, от 4.5 до 4.8 вольта.
Если напряжение на сигнальном проводе равно 0 или 5 вольт, TPS обычно устанавливает код неисправности. Сигнал никогда не должен достигать этих крайних значений.
Когда педаль нажата, напряжение увеличивается примерно с 0.5 вольта (минимум) до примерно 4.8 вольта. Ранние датчики TPS были регулируемыми, в более поздних версиях компьютер «запоминал» минимальное и максимальное напряжение. При использовании сканера или ПК положение