Hur bildatorer fungerar

  • Gyles Lewis
  • 0
  • 3065
  • 288
Datorn från en Ford Ranger

Innan utsläppslagarna antogs var det möjligt att bygga en bilmotor utan mikroprocessorer. Med antagandet av allt strängare utsläppslagar behövdes sofistikerade kontrollsystem för att reglera luft / bränsleblandningen så att den katalytiska omvandlaren kunde ta bort mycket av föroreningen från avgaserna. (Se hur katalytiska omvandlare fungerar för mer information.)

Att styra motorn är det mest processorintensiva jobbet på din bil och motorstyrenhet (ECU) är den mest kraftfulla datorn på de flesta bilar. ECU använder sluten slingkontroll, ett kontrollschema som övervakar utgångar från ett system för att kontrollera ingångarna till ett system, hantera motorens utsläpp och bränsleekonomi (såväl som en mängd andra parametrar). Samlar in data från dussintals olika sensorer, ECU vet allt från kylvätsketemperaturen till mängden syre i avgaserna. Med dessa data utförs det miljoner beräkningar varje sekund, inklusive att slå upp värden i tabeller, beräkna resultaten av långa ekvationer för att bestämma den bästa gnisttidsinställningen och bestämma hur länge bränsleinsprutaren är öppen. ECU gör allt detta för att säkerställa lägsta utsläpp och bästa körsträcka. Se hur bränsleinsprutningssystem fungerar för mer detaljerad information om vad ECU gör.

Stiften på detta anslutningsgränssnitt med sensorer och styrenheter över hela bilen.

En modern ECU kan innehålla en 32-bitars 40 MHz-processor. Det här kanske inte låter snabbt jämfört med den 500 till 1000 MHz processor du antagligen har på din dator, men kom ihåg att processorn i din bil kör mycket effektivare kod än den på din PC. Koden i en genomsnittlig ECU tar mindre än 1 megabyte (MB) minne. Som jämförelse har du antagligen minst 2 gigabyte (GB) program på din dator - det är 2000 gånger beloppet i en ECU.

-Th-e-processorn är förpackad i en modul med hundratals andra komponenter på ett flerskikts kretskort. Några av de andra komponenterna i styrenheten som stöder processorn är:

  • Analoga till digitala omvandlare - Dessa enheter läser utgångarna från några av sensorerna i bilen, till exempel syresensorn. Utsignalen från en syresensor är en analog spänning, vanligtvis mellan 0 och 1,1 volt (V). Processorn förstår bara digitala nummer, så den analoga till digitalomvandlaren ändrar denna spänning till ett 10-bitars digitalt nummer.
  • Högnivå digitala utgångar - På många moderna bilar avfyrar ECU tändstiften, öppnar och stänger bränsleinsprutarna och slår på och stänger av kylfläkten. Alla dessa uppgifter kräver digitala utgångar. En digital utgång är antingen på eller av - det finns inget mellan. Exempelvis kan en utgång för styrning av kylfläkten ge 12 V och 0,5 ampere till fläktreläet när det är på, och 0 V när det är avstängt. Själva den digitala utgången är som ett relä. Den lilla mängden effekt som processorn kan mata ut aktiverar transistorn i den digitala utgången, vilket gör att den kan leverera en mycket större mängd effekt till kylfläktreläet, vilket i sin tur ger en ännu större mängd kraft till kylfläkten.
  • Digital-till-analog-omvandlare - Ibland måste ECU tillhandahålla en analog spänningsutgång för att driva vissa motorkomponenter. Eftersom processorn på ECU är en digital enhet behöver den en komponent som kan konvertera det digitala numret till en analog spänning.
  • Signalkonditioneringsapparater - Ibland måste ingångarna eller utgångarna justeras innan de läses. Exempelvis kan den analoga till digitala omvandlaren som läser spänningen från syresensorn vara inställd för att läsa en 0- till 5-V-signal, men syresensorn sänder ut en 0- till 1,1-V-signal. En signalbalsam är en krets som justerar nivån på signalerna som kommer in eller ut. Om vi ​​till exempel använde en signalbalsam som multiplicerade spänningen från syresensorn med 4, skulle vi få en 0- till 4,4-V-signal, vilket skulle göra det möjligt för den analoga till digitalomvandlaren att läsa spänningen mer exakt (se Hur analog och digital inspelning fungerar för mer information).
  • Kommunikationschips - Dessa chips implementerar de olika kommunikationsnormerna som används på bilar. Det används flera standarder, men den som börjar dominera kommunikation i bilen kallas BURK (styrenhetsnätverk). Denna kommunikationsstandard möjliggör kommunikationshastigheter på upp till 500 kilobits per sekund (Kbps). Det är mycket snabbare än äldre standarder. Denna hastighet blir nödvändig eftersom vissa moduler kommunicerar data till bussen hundratals gånger per sekund. CAN-bussen kommunicerar med två ledningar.

I nästa avsnitt tar vi en titt på hur kommunikationsstandarder har underlättat design och byggande av bilar.

Diagnosporten från en Toyota minivan

-En annan fördel med att ha en kommunikationsbuss är att varje modul kan kommunicera fel till en central modul, som lagrar fel och kan kommunicera dem till ett diagnostiskt verktyg utanför kortet..

Detta kan göra det lättare för tekniker att diagnostisera problem med bilen, särskilt intermittenta problem, som är ökända för att försvinna så snart du tar med bilen för reparationer.

BATauto.com: Tekniska informationssidor listar de felkoder som finns lagrade i ECU för olika tillverkare. Ibland kan kodarna nås utan ett diagnostiskt verktyg. Till exempel på vissa bilar, genom att hoppa två av stiften i diagnoskontakten och sedan vrida tändningsnyckeln för att köra, blinkar "kontrollmotor" -lampan ett visst mönster för att ange antalet felkoder lagrade i ECU.

Låt oss ta en titt på hur mikroprocessorer och kommunikationsstandarder har gjort bilar enklare att bygga.

Datorer på instrumentbrädan ses lätt av förare. PredragKezic / Think

-Att ha kommunikationsstandarder har gjort design och byggande av bilar lite e-asier. Ett bra exempel på denna förenkling är bilens instrumentkluster.

De instrumentkluster samlar in och visar data från olika delar av fordonet. Det mesta av denna information används redan av andra moduler i bilen. Till exempel känner ECU till kylvätsketemperaturen och motorvarvtalet. Transmissionskontrollen känner till fordonets hastighet. Styrenheten för ABS-bromssystemet (ABS) vet om det finns problem med ABS.

Alla dessa moduler skickar helt enkelt denna information till kommunikationsbussen. Flera gånger i sekunden kommer ECU att skicka ut ett paket med information som består av en rubrik och data. Rubriken är bara ett nummer som identifierar paketet antingen som en hastighet eller som en temperaturavläsning, och data är ett nummer som motsvarar den hastigheten eller temperaturen. Instrumentpanelen innehåller en annan modul som vet att man letar efter vissa paket - när den ser ett uppdaterar den rätt mätare eller indikator med det nya värdet.

De flesta biltillverkare köper instrumentkluster som är helt monterade från en leverantör som designar dem till biltillverkarens specifikationer. Detta gör jobbet med att utforma instrumentpanelen mycket enklare, både för biltillverkaren och leverantören.

Det är lättare för biltillverkaren att berätta för leverantören hur varje mätare ska drivas. Istället för att behöva berätta för leverantören att en viss tråd kommer att tillhandahålla hastighetssignalen, och att det kommer att vara en varierande spänning mellan 0 och 5 V, och 1,1 V motsvarar 30 mph, kan biltillverkaren bara tillhandahålla en lista över datapaketen . Då är det biltillverkarens ansvar att se till att rätt data matas ut på kommunikationsbussen.

Det är lättare för leverantören att designa instrumentpanelen eftersom han inte behöver veta några detaljer om hur hastighetssignalen genereras eller varifrån den kommer. Istället övervakar instrumentpanelen helt enkelt kommunikationsbussen och uppdaterar mätarna när den får ny data.

Dessa typer av kommunikationsstandarder gör det väldigt okomplicerat för biltillverkare att lägga ut konstruktion och tillverkning av komponenter: Biltillverkaren behöver inte oroa sig för detaljerna om hur varje mätare eller ljus drivs, och leverantören som gör instrumentpanelen gör det inte. t måste oroa dig för var signalerna kommer ifrån.

-C-lyster används nu i mindre skala för sensorer. Till exempel innehåller en traditionell trycksensor en anordning som matar ut en varierande spänning beroende på det tryck som appliceras på enheten. Vanligtvis är spänningsutgången inte linjär, beror på temperaturen och är en lågspänning som kräver förstärkning.

Vissa sensortillverkare tillhandahåller en smart sensor som är integrerad med all elektronik, tillsammans med en mikroprocessor som gör det möjligt att läsa spänningen, kalibrera den med hjälp av temperaturkompenseringskurvor och matar ut trycket på kommunikationsbussen.

Detta sparar biltillverkaren från att behöva känna till alla smutsiga detaljer i sensorn och sparar processorkraft i modulen, som annars skulle behöva göra dessa beräkningar. Det gör leverantören, som ändå är uppmärksam på sensorns detaljer, ansvarig för en korrekt avläsning.

En annan fördel med den smarta sensorn är att den digitala signalen som reser över kommunikationsbussen är mindre mottaglig för elektriskt brus. En analog spänning som reser genom en tråd kan ta upp extra spänning när den passerar vissa elektriska komponenter, eller till och med från luftledningar.

Kommunikationsbussar och mikroprocessorer hjälper också till att förenkla ledningarna multiplexering. Låt oss titta närmare på hur de gör det.

Dörrar med många omkopplare blir allt vanligare.

-Multiplexing är en teknik som kan förenkla ledningarna i en bil. I äldre bilar går kablarna från varje omkopplare till den enhet som de strömförsörjer. Med fler och fler enheter på förarens kommando varje år, multiplexering är nödvändigt för att förhindra att kablarna kommer ur kontroll. I ett multiplexerat system konsoliderar en modul som innehåller minst en mikroprocessor ingångar och utgångar för ett område av bilen. Till exempel kan bilar som har många kontroller på dörren ha en förardörrmodul. Vissa bilar har power-fönster, power-mirror, power-lock och även power-seat-kontroller på dörren. Det skulle vara opraktiskt att driva den tjocka buntkabeln som skulle komma från ett sådant system utanför dörren. Istället övervakar förardörrmodulen alla brytare.

Så här fungerar det: Om föraren trycker på sin fönsterbrytare stänger dörrmodulen ett relä som ger ström till fönstermotorn. Om föraren trycker på brytaren för att justera spegeln på passagerarsidan, skickar förarens dörrmodul ett paket med data till bilens kommunikationsbuss. Detta paket berättar för en annan modul för att spänna en av spegelmotorerna. På detta sätt konsolideras de flesta signalerna som lämnar förarens dörr på de två ledningarna som bildar kommunikationsbussen.

Utvecklingen av nya säkerhetssystem har också ökat antalet mikroprocessorer i bilar. Vi talar om detta i nästa avsnitt.

-Under det senaste decenniet har vi sett säkerhetssystem som ABS och krockkuddar bli vanliga på bilar. Andra säkerhetsfunktioner som dragkraftsstyrning och stabilitetskontrollsystem börjar också bli vanliga. Var och en av dessa system lägger till en ny modul till bilen, och den här modulen innehåller flera mikroprocessorer. I framtiden kommer det att finnas fler och fler av dessa moduler över hela bilen när nya säkerhetssystem läggs till.

Var och en av dessa säkerhetssystem kräver mer processorkraft och förpackas vanligtvis i sin egen elektronikmodul. Men det slutar inte där. Under de kommande åren har vi alla typer av nya bekvämlighetsfunktioner i våra bilar, och var och en av dessa kräver fler elektronikmoduler som innehåller flera mikroprocessorer.

Det verkar som om det inte finns någon gräns för hur mycket teknikbiltillverkare kommer att packa in i våra bilar. Tillägget till alla dessa elektroniska funktioner är en av faktorerna som driver bilproducenterna att öka systemspänningen på bilar från det nuvarande 14-V-systemet till ett 42-V-system. Detta hjälper till att ge den extra kraften som dessa moduler kräver.

För mer information om bildatorer och relaterade ämnen, kolla in länkarna på nästa sida.

Relaterade artiklar

  • Hur Anti-Lock Bromsar fungerar
  • Hur auto-kuddar fungerar
  • Hur Power Windows fungerar
  • Hur kraftdörrlås fungerar
  • Hur mikroprocessorer fungerar
  • Hur flygbilar fungerar
  • Stabilitets kontroll
  • Rätta försiktighetsåtgärder för barns säkerhet i bilar

Fler bra länkar

  • Bildatorer för bildatorer - illustrerad
  • Vad är allt detta om en dator i min bil?
  • Volvo S80: Multiplex systembeskrivning
  • Hur motorstyrdatorer fungerar
  • Intel: Introduktion till nätverk i fordon
  • Intel: Implementera J1850-protokollet



Ingen har kommenterat den här artikeln än.

De mest intressanta artiklarna om hemligheter och upptäckter. Massor av användbar information om allt
Artiklar om vetenskap, rymd, teknik, hälsa, miljö, kultur och historia. Förklara tusentals ämnen så att du vet hur allt fungerar