Cum funcționează calculatoarele auto

Calculatorul de la un Ford Ranger

Înainte de adoptarea legilor privind emisiile, era posibil să se construiască un motor auto fără microprocesoare. Odată cu adoptarea unor legi cu privire la emisiile din ce în ce mai stricte, au fost necesare scheme de control sofisticate pentru reglarea amestecului aer / combustibil, astfel încât convertorul catalitic să poată elimina o mare parte din poluare din eșapament. (Consultați Cum funcționează convertizoarele catalitice pentru mai multe detalii.)

Controlul motorului este cea mai intensă lucrare de procesare din mașina dvs. și unitate de control a motorului (ECU) este cel mai puternic computer de pe majoritatea mașinilor. ECU utilizează control cu ​​buclă închisă, o schemă de control care monitorizează ieșirile unui sistem pentru a controla intrările către un sistem, gestionând economiile de emisii și de combustibil ale motorului (precum și o serie de alți parametri). Adunând date de la zeci de senzori diferiți, ECU știe totul, de la temperatura lichidului de răcire la cantitatea de oxigen din evacuare. Cu aceste date, realizează milioane de calcule pe secundă, inclusiv căutarea valorilor în tabele, calcularea rezultatelor ecuațiilor lungi pentru a decide cu privire la cel mai bun interval de scânteie și a determina cât timp este deschis injectorul de combustibil. ECU face toate acestea pentru a asigura cele mai mici emisii și cel mai bun kilometraj. Vedeți cum funcționează sistemele de injecție de combustibil pentru mai multe detalii despre ceea ce face ECU.

Pinii de pe această interfață de conectare cu senzori și dispozitive de control în toată mașina.

Un ECU modern poate conține un procesor pe 32 de biți, 40-MHz. Este posibil să nu sune rapid în comparație cu procesorul de 500 până la 1.000 MHz pe care îl aveți probabil în computer, dar amintiți-vă că procesorul din mașina dvs. rulează cod mult mai eficient decât cel din computer. Codul dintr-o ECU medie ocupă mai puțin de 1 megabyte (MB) de memorie. Prin comparație, probabil aveți cel puțin 2 gigabyte (GB) de programe pe computer - adică de 2.000 de ori mai mult decât suma dintr-un ECU.

-Procesorul Th-e este ambalat într-un modul cu sute de alte componente pe o placă de circuit cu mai multe straturi. Unele dintre celelalte componente din ECU care acceptă procesorul sunt:

• Convertoare analogice-digitale - Aceste dispozitive citesc ieșirile unora dintre senzorii din mașină, cum ar fi senzorul de oxigen. Puterea unui senzor de oxigen este o tensiune analogică, de obicei între 0 și 1,1 volți (V). Procesorul înțelege doar numerele digitale, astfel încât convertorul analog-digital schimbă această tensiune într-un număr digital pe 10 biți.
• Ieșiri digitale la nivel înalt - Pe multe mașini moderne, ECU aprinde bujiile, deschide și închide injectoarele și pornește și oprește ventilatorul de răcire. Toate aceste sarcini necesită ieșiri digitale. O ieșire digitală este activată sau oprită - nu există nicio relație. De exemplu, o ieșire pentru controlul ventilatorului de răcire poate furniza 12 V și 0,5 amperi pentru releul ventilatorului când este pornit, și 0 V când este oprit. Ieșirea digitală în sine este ca un releu. Cantitatea minima de putere pe care procesorul o poate produce energizează tranzistorul în ieșirea digitală, permițându-i să furnizeze o cantitate mult mai mare de putere releului ventilatorului de răcire, ceea ce la rândul său oferă o cantitate încă mai mare de ventilator de răcire..
• Convertoare digital-analogice - Uneori, ECU trebuie să furnizeze o ieșire de tensiune analogică pentru a conduce unele componente ale motorului. Deoarece procesorul de pe ECU este un dispozitiv digital, are nevoie de o componentă care poate converti numărul digital într-o tensiune analogică.
• Balsamuri de semnal - Uneori, intrările sau ieșirile trebuie ajustate înainte de a fi citite. De exemplu, convertorul analog-digital care citește tensiunea de la senzorul de oxigen ar putea fi configurat pentru a citi un semnal de la 0 la 5 V, dar senzorul de oxigen emite un semnal de la 0 la 1,1 V. Un balsam de semnal este un circuit care ajustează nivelul semnalelor de intrare sau ieșire. De exemplu, dacă am aplica un balsam de semnal care a înmulțit tensiunea provenită de la senzorul de oxigen cu 4, am primi un semnal 0-4,4 V, ceea ce ar permite convertorului analog-digital să citească mai exact tensiunea. (consultați Modul de înregistrare digitală și analogică pentru mai multe detalii).
• Jetoane de comunicare - Aceste jetoane implementează diferite standarde de comunicații care sunt utilizate pe mașini. Există mai multe standarde utilizate, dar cel care începe să domine comunicațiile în mașină se numește POATE SA (retea controlor-zona). Acest standard de comunicare permite viteze de comunicare de până la 500 kilobiți pe secundă (Kbps). Acest lucru este mult mai rapid decât standardele mai vechi. Această viteză devine necesară, deoarece unele module comunică date cu autobuzul de sute de ori pe secundă. Autobuzul CAN comunică folosind două fire.

În secțiunea următoare, vom arunca o privire asupra modului în care standardele de comunicare au facilitat proiectarea și construirea de mașini.

Portul de diagnostic dintr-un microbuz Toyota

-Un alt avantaj al existenței unui bus de comunicații este faptul că fiecare modul poate comunica defecțiunile către un modul central, care stochează defecțiunile și le poate comunica unui instrument de diagnosticare off-board.

Acest lucru poate facilita tehnicienilor să diagnostice probleme cu mașina, în special probleme intermitente, care sunt de notorietate pentru a dispărea imediat ce aduceți mașina pentru reparații..

BATauto.com: Pagini cu informații tehnice listează codurile de eroare stocate în ECU pentru diverși producători de automobile. Uneori, codurile pot fi accesate fără un instrument de diagnostic. De exemplu, pe unele mașini, sărind doi dintre pinii din conectorul de diagnosticare și apoi întoarcerea cheii de aprindere pentru a rula, lumina „motorului de verificare” va clipi un anumit model pentru a indica numărul codului de eroare stocat în ECU..

Haideți să aruncăm o privire la modul în care microprocesoarele și standardele de comunicații au ușurat construirea mașinilor.

Calculatoarele de pe tabloul de bord sunt ușor văzute de șoferi. PredragKezic / Thinkstock

-Respectarea standardelor de comunicare a făcut proiectarea și construirea de mașini puțin e-asier. Un bun exemplu al acestei simplificări este tabloul de instrumente al mașinii.

panoul de instrumente adună și afișează date din diferite părți ale vehiculului. Majoritatea acestor date sunt deja utilizate de alte module din mașină. De exemplu, ECU cunoaște temperatura lichidului de răcire și viteza motorului. Controlerul de transmisie cunoaște viteza vehiculului. Controlerul pentru sistemul de frânare anti-blocare (ABS) știe dacă există o problemă cu ABS.

Toate aceste module trimit pur și simplu aceste date în magistrala de comunicații. De câteva ori pe secundă, ECU va trimite un pachet de informații constând dintr-un antet și date. Antetul este doar un număr care identifică pachetul ca fiind o viteză sau o citire a temperaturii, iar datele sunt un număr corespunzător acelei viteze sau temperaturi. Panoul de bord conține un alt modul care știe să caute anumite pachete - ori de câte ori vede unul, actualizează indicatorul sau indicatorul corespunzător cu noua valoare.

Majoritatea producătorilor de autovehicule cumpără grupurile de instrumente complet asamblate de la un furnizor, care le proiectează conform specificațiilor producătorului auto. Acest lucru face mult mai ușoară munca de proiectare a tabloului de bord, atât pentru producător auto, cât și pentru furnizor.

Este mai ușor pentru producătorul de vehicule să spună furnizorului cum va fi acționat fiecare ecartament. În loc să trebuiască să-i spună furnizorului că un anumit fir va furniza semnalul de viteză și va fi o tensiune variabilă între 0 și 5 V, iar 1,1 V corespunde 30 mph, producătorul auto poate oferi doar o listă a pachetelor de date. . Apoi, este responsabilitatea producătorului de automobile să vă asigurați că datele corecte sunt transmise în magistrala de comunicații.

Pentru furnizor este mai ușor să proiecteze tabloul de bord, deoarece nu trebuie să știe niciun detaliu despre modul în care este generat semnalul de viteză sau de unde provine. În schimb, panoul de instrumente monitorizează pur și simplu magistrala de comunicații și actualizează calibrele atunci când primește date noi.

Aceste tipuri de standarde de comunicații fac foarte necomplicat ca producătorii de autovehicule să externalizeze proiectarea și fabricarea componentelor: Producătorul de automobile nu trebuie să se preocupe de detaliile modului în care fiecare gabarit sau lumină este condus, iar furnizorul care face tabloul de bord nu reușește. nu trebuie să vă faceți griji de unde provin semnalele.

-C-lustrele C sunt acum utilizate la o scară mai mică pentru senzori. De exemplu, un senzor de presiune tradițional conține un dispozitiv care emite o tensiune diferită în funcție de presiunea aplicată dispozitivului. De obicei, tensiunea de ieșire nu este liniară, depinde de temperatură și este o tensiune de nivel scăzut care necesită amplificare.

Unii producători de senzori furnizează un senzor inteligent integrat cu toate componentele electronice, împreună cu un microprocesor care îi permite să citească tensiunea, să-l calibreze folosind curbe de compensare a temperaturii și să emită digital presiunea pe magistrala de comunicații.

Acest lucru salvează producătorul de automobile să nu cunoască toate detaliile murdare ale senzorului și economisește puterea de procesare în modul, care altfel ar trebui să facă aceste calcule. Oricum, furnizorul, care este cel mai la curent cu detaliile senzorului, este responsabil de furnizarea unei lecturi precise.

Un alt avantaj al senzorului inteligent este că semnalul digital care circulă pe magistrala de comunicații este mai puțin sensibil la zgomotul electric. O tensiune analogică care circulă printr-un fir poate prelua o tensiune suplimentară atunci când trece anumite componente electrice sau chiar de la liniile electrice aeriene.

Autobuzele de comunicare și microprocesoarele ajută, de asemenea, la simplificarea cablajului multiplexare. Să aruncăm o privire mai atentă asupra modului în care fac acestea.

Ușile cu multe întrerupătoare devin din ce în ce mai frecvente.

-Multiplexarea este o tehnică care poate simplifica cablarea într-o mașină. În mașinile mai vechi, firele de la fiecare comutator merg la dispozitivul pe care îl alimentează. Cu tot mai multe dispozitive la comanda șoferului în fiecare an, multiplexare este necesar pentru a împiedica cablul de a scăpa de sub control. Într-un sistem multiplexat, un modul care conține cel puțin un microprocesor consolidează intrările și ieșirile pentru o zonă a mașinii. De exemplu, mașinile care au o mulțime de comenzi pe ușă pot avea un modul pentru ușa șoferului. Unele mașini au geamuri electrice, oglinzi electrice, blocări de putere și chiar controale ale scaunului electric pe ușă. Ar fi imposibil să fugi pachetul gros de fire care ar veni dintr-un sistem ca acesta pe ușă. În schimb, modulul ușii șoferului monitorizează toate comutatoarele.

Iată cum funcționează: Dacă șoferul apasă întrerupătorul ferestrei, modulul ușii închide un releu care oferă putere motorului geamului. Dacă șoferul apasă întrerupătorul pentru a regla oglinda din partea pasagerului, modulul ușii șoferului trimite un pachet de date pe magistrala de comunicații a mașinii. Acest pachet spune unui modul diferit pentru a alimenta unul dintre motoarele cu oglindă. În acest fel, majoritatea semnalelor care părăsesc ușa șoferului sunt consolidate pe cele două fire care formează magistrala de comunicare.

Dezvoltarea de noi sisteme de siguranță a sporit și numărul microprocesoarelor din mașini. Vom vorbi despre acest lucru în secțiunea următoare.

-În ultimul deceniu, am văzut că sistemele de siguranță precum ABS și airbag-urile devin comune în mașini. Alte caracteristici de siguranță, cum ar fi controlul tracțiunii și controlul stabilității, încep să devină comune. Fiecare dintre aceste sisteme adaugă un nou modul la mașină, iar acest modul conține mai multe microprocesoare. În viitor, vor fi din ce în ce mai multe dintre aceste module pe tot parcursul automobilelor, pe măsură ce se adaugă noi sisteme de siguranță.

Fiecare dintre aceste sisteme de siguranță necesită mai multă putere de procesare și este de obicei ambalat în propriul modul electronic. Dar nu se termină acolo. În anii următori, vom avea tot felul de noi caracteristici de comoditate în mașinile noastre și fiecare dintre acestea necesită mai multe module electronice care conțin mai multe microprocesoare.

Se pare că nu există nicio limită la cât de mulți producători de tehnologie vor ambala în mașinile noastre. Adăugarea tuturor acestor caracteristici electronice este unul dintre factorii care determină producătorii de autovehicule pentru a crește tensiunea sistemului pe mașini de la sistemul actual de 14 V la un sistem de 42 V. Acest lucru va ajuta la furnizarea de putere suplimentară necesită de aceste module.

Pentru mai multe informații despre computerele auto și subiecte conexe, consultați linkurile de pe pagina următoare.

Articole similare

• Cum funcționează frânele anti-blocare
• Cum funcționează airbag-urile auto
• Cum funcționează Windows
• Cum funcționează încuietorile pentru uși de putere
• Cum funcționează microprocesoarele
• Cum funcționează mașinile care zboară
• Controlul stabilitatii
• Precauții adecvate pentru siguranța copilului în automobile

Mai multe legături grozave

• Componente de calculatoare auto - ilustrate
• Ce este totul despre un computer din mașina mea?
• Volvo S80: Descrierea sistemului multiplex
• Cum funcționează calculatoarele de control al motorului
• Intel: Introducere în rețelele de vehicule
• Intel: Implementarea Protocolului J1850