Блоки управления, логические вентили и перепрограммирование
Введение
Электронный блок управления двигателем (ЭБУ) является исключительно надежным электронным устройством, способным получать и обрабатывать информацию сотни раз в секунду. Основа ЭБУ — микропроцессор. Он обрабатывает поступающую информацию и посылает команды. Электронная система впрыска топлива контролирует подачу топлива и устанавливает определенный момент зажигания. Работа системы делится на три этапа. В соответствии с ними в нее входят три группы элементов:
▪ датчики;
▪ ЭБУ (микрокомпьютер);
▪ исполнительные устройства.
Используемые в автомобилях электронные системы призваны обеспечить высокий уровень контроля для более эффективного реагирования на внешние условия по сравнению с обычными механическими системами. В этом разделе мы более подробно остановимся на электронных системах, оборудовании и программном обеспечении. А в конце раздела подробно рассмотрим функции ЭБУ и принцип управления самодиагностикой.
Конструкция системы
Устройства, подающие входные сигналы
Работа ЭБУ, как, впрочем, и любого другого используемого в автомобиле компьютера, невозможна без датчиков, отслеживающих работу разнообразных систем и посылающих в ЭБУ информацию об их состоянии. После поступления данных от датчиков в компьютер они сравниваются с заложенными в память компьютера стандартами, а затем компьютер генерирует сигналы в зависимости от результатов такой обработки. Единственной проблемой является то, что эти сигналы не соответствуют формату, воспринимаемому компьютером. Он понимает только цифровые сигналы и сигналы включения/выключения. Резистивный датчик посылает в компьютер сигнал в виде изменения напряжения. Этот сигнал называется аналоговым. Некоторые типы датчиков, например выключатели, посылают в компьютер цифровой сигнал. В этом случае компьютер воспринимает этот сигнал, так как у него может быть только два состояния: «ВКЛ.» и «ВЫКЛ.». Чтобы компьютер мог обработать информацию, заложенную в аналоговые сигналы, их необходимо преобразовать в цифровые.
Выходные устройства
Компьютер посылает команды исполнительным устройствам в виде цифровых сигналов. По данным сигналам исполнительное устройство либо включается на определенный промежуток времени, либо выключается. Шаговые электродвигатели, реле и электромагнитные клапаны могут находиться в одном из двух состояний: включенном или выключенном. В некоторые исполнительные устройства, например в электродвигатель вентилятора на автомобилях с системой FATC для управления скоростью его вращения, необходимо посылать сигнал в виде изменения напряжения. В этом случае цифровой сигнал компьютера преобразуется в аналоговый устройством, известным как ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь).
Аналого-цифровой преобразователь (АЦП)
АЦП преобразует аналоговый сигнал в двоичную систему, измеряя его при частоте, получившей название «частота выборки». Он измеряет волну сигнала и присваивает ей цифровое значение. Чем больше частота выборки, тем точнее цифровой сигнал соответствует аналоговому. В большинстве случаев каждая выборка делится на восемь разрядов. Они обозначаются «0» или «1». Восемь разрядов называются словом. Когда АЦП производит замер сигнала, он присваивает напряжению двоичное число, которое компьютер воспринимает как серию «ВКЛ.» и «ВЫКЛ.». Сигнал, преобразованный в восьмиразрядные слова, поступает в компьютер. Обработав данный сигнал, компьютер посылает исполнительным устройствам команды в виде цифровых сигналов. В большинстве случаев исполнительными устройствами являются электромагнитные клапаны и шаговые электродвигатели, которые активируются цифровыми сигналами. Однако некоторые узлы работают с переменной скоростью, поэтому они требуют команд в виде изменения напряжения. Для преобразования цифрового сигнала в аналоговый служит цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП). В его основе лежит тот же самый принцип действия, что и в АЦП.
Система памяти
Запоминающие устройства компьютера
Накопительная система компьютера, или память, представляет собой внутреннюю схему, в которой хранятся программы и информация. Память компьютера состоит из трех составляющих, в каждую из которых центральный процессор (ЦП) посылает определенный тип данных. Следовательно, при необходимости ЦП запрашивает данные из определенного запоминающего устройства. В главных запоминающих устройствах хранятся большие объемы информации и программы. Существует два типа запоминающих устройств: оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) и постоянное запоминающее устройство (ПЗУ).
Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ)
ОЗУ используется компьютером для записывания и считывания информации. В ОЗУ хранятся полученные от датчиков данные, например значения частоты вращения коленчатого вала двигателя и температуры охлаждающей жидкости. ОЗУ работает как тысячи тумблеров, которые либо включаются, либо выключаются для обозначения 0 и 1. В этом виде данные хранятся в ОЗУ. Принцип работы тумблеров аналогичен подпружиненным выключателям, поэтому они должны постоянно находиться под напряжением. В противном случае хранимая ОЗУ информация будет утеряна. В большинстве компьютеров ОЗУ состоит из двух частей. Одна часть питается от выключателя зажигания. В ней хранится информация о режимах работы, например скорость автомобиля и температура охлаждающей жидкости. Другая часть — энергонезависимая — питается непосредственно от аккумуляторной батареи. Информация, которая должна сохраниться после выключения зажигания, например коды неисправности, записывается в энергонезависимое ОЗУ. Поэтому для стирания из памяти кодов DTC необходимо отсоединить провод от аккумуляторной батареи или извлечь предохранитель.
Энергонезависимая память
Некоторые компьютеры оснащаются энергонезависимым ОЗУ, данные из которого не стираются после отключения питания. Данные из такого запоминающего устройства можно стереть, только выполнив определенные действия. ЗУ такого типа используется, например, в блоке управления системы SRS (подушки безопасности).
Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ)
В ПЗУ содержатся основные алгоритмы работы компьютера. Они заносятся в микросхему при ее производстве, изменить их впоследствии невозможно. Компьютер может только считывать информацию из ПЗУ, запись и хранение информации в этом запоминающем устройстве компьютером невозможны. Поскольку данные в ПЗУ записываются при его производстве, они не удаляются при отключении питания.
Программируемое постоянное запоминающее устройство (ППЗУ)
Единственное отличие ППЗУ от ПЗУ заключается в том, что его можно один раз запрограммировать или записать в него какую-либо информацию. После этого ППЗУ устанавливается в компьютер. Компьютер считывает информацию из ППЗУ, но не может записать в него свои данные. В ППЗУ хранятся специальные алгоритмы работы компьютера, например кривая момента опережения зажигания или впрыска топлива определенного двигателя, алгоритм переключения передач АКП. Существуют также и другие типы ППЗУ, например стираемые программируемые постоянные запоминающие устройства (СППЗУ). Информация стирается из таких ЗУ с помощью ультрафиолетового света. Другим типом является электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (ЭСППЗУ), информация с которого стирается с помощью электрических сигналов. Последние модификации блоков управления оснащаются так называемыми флэш-СППЗУ. Данные из таких ЗУ также можно стереть с помощью электрических сигналов. Данные операции производятся изготовителем при извлечении запоминающего устройства из компьютера.
Структура микрокомпьютера
Основные элементы микрокомпьютера собраны на печатной плате в виде независимых интегральных микросхем или объединены в одной кремниевой микросхеме.
Блок ввода-вывода (I/O)
Блок ввода-вывода обеспечивает обмен данными с внешними устройствами. Входные сигналы запрашиваются по мере необходимости. Выходные сигналы считываются на скорости, подходящей для обработки, и в оптимальной последовательности или хранятся в буфере, пока в них не возникает необходимость. Выходные цепи управляют форсунками, катушками зажигания и регулятором холостого хода. Также при необходимости блок можно дополнить выходными цепями таких систем, как EGR, PCSV или VGT.
Внутренняя шина
Отдельные элементы микрокомпьютера соединены между собой внутренней шиной. Шина представляет собой параллельные линии передачи данных (адресная шина, шина данных и шина управления), к которым можно подключить большое количество элементов, выполняющих различные функции, но имеющих одинаковый электрический интерфейс. Пропускная способность шины данных — это объем информации, которая может быть передана параллельно (соответствует количеству линий шины). В ЭБУ автомобилей KIA используются 8-, 16- и 32-битные шины. Шина данных должна соответствовать пропускной способности ЦП.
Полная пропускная способность, или, другими словами, максимальное быстродействие системы, достигается в том случае, если и ЦП, и шина имеют одинаковую пропускную способность, т. е. 8-битный ЦП и 8-битная шина, 16 битный ЦП и 16 битная шина или 32 битный ЦП и 32-битная шина. Одновременно обмениваться данными по шине могут только два элемента, другие элементы должны прервать передачу своих сигналов, чтобы не препятствовать обмену данными между двумя активными элементами.
Тактовый генератор
Благодаря тактовому генератору компьютер выполняет все свои операции в определенный промежуток времени. Тактовый генератор должен соответствовать быстродействию компьютера (режим реального времени).
Регулятор напряжения
Регулятор обеспечивает подачу стабильного напряжения 5 В, необходимого для работы микрокомпьютера и датчиков.
Аналого-цифровой преобразователь
Большинство датчиков генерируют сигналы, изменяющиеся по аналогии с измеряемой переменной величиной. Однако, микрокомпьютеры обрабатывают только исчисляемые последовательности цифр. Поэтому специальное устройство — АЦП — преобразует аналоговые сигналы в цифровые.
Микроконтроллер
Микроконтроллер объединяет в себе функции ЦП, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ, СППЗУ или ЭСППЗУ) и оперативное запоминающее устройство (ОЗУ). Этот узел способен работать без дополнительных элементов (независимая работа). Микроконтроллер называют микрокомпьютером с одной микросхемой. Они делятся на семейства в зависимости от размера слов, которые они могут обрабатывать. Слово данных — это совместно передаваемые и обрабатываемые группы битов.
Центральный процессор (ЦП)
Технология позволяет объединить очень сложные системы в одной микросхеме. Однако, чем сложнее система, тем для меньшего количества приложений можно использовать данную систему. Таким образом, чем выше степень интеграции микросхемы, тем более специфичным становится ее назначение. ЦП работает только в составе микрокомпьютера. Он включает в себя арифметико-логическое устройство (АЛУ): арифметические (например, сложение) и логические (например, И) операции выполняются в арифметическом устройстве. Логическое устройство обеспечивает выполнение команд памяти. Мгновенные промежуточные результаты АЛУ хранятся в аккумуляторе. Блок управления управляет последовательностью выполнения операций, синхронизирует операции обработки данных, извлекает необходимые данные и обеспечивает управление вводом-выводом. Сторожевое устройство отслеживает работу микроконтроллера и при определении неисправности возвращает ЦП в первоначальное состояние.
Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ)
Краткосрочное ОЗУ обеспечивает непосредственный доступ ко всем ячейкам памяти. Информация может быть записана в ОЗУ и считана из него бесконечное множество раз. Данные должны быть в двоичной системе (1 и 0). При отключении питания данные из ОЗУ стираются. В используемом в автомобилях ОЗУ хранятся данные, необходимые для управления двигателем, и коды DTC датчиков.
Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ)
ПЗУ используется только для считывания заложенных данных и не предназначено для записи новой информации. В него обычно записываются программы управления двигателем. Используются следующие типы ПЗУ.
ПЗУ: данные записываются изготовителем, их невозможно стереть.
СППЗУ (стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство): данные записываются в СППЗУ с помощью ультрафиолетового луча, записывающего устройства ПЗУ, а также записывающего и стирающего устройства ПЗУ.
ЭСППЗУ (электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство): конструкция аналогична СППЗУ, отличие заключается в том, что данные стираются подачей постоянного напряжения.
Флэш-память
Как и в случае с ЭСППЗУ, данные можно записать в это устройство и стереть из него с помощью электрических сигналов. Флэш-память обеспечивает простое считывание и запись данных.
Логический вентиль «И»
Символ логического вентиля используется для условного обозначения электрической цепи, работающей по определенному алгоритму. С помощью логических символов можно легче и быстрее понять работу цепи, чем если бы она была изображена со всеми транзисторами, диодами и резисторами. Компьютерный язык основан на принципе включения-выключения. То же самое можно сказать и о логических схемах. Они представляют собой транзисторы, объединенные в блоки — так называемые «вентили». Вентили логически анализируют два или более сигнала. По сути, они являются выключателями. В зависимости от входного напряжения вентиль, или выключатель, либо включается, либо выключается. Существует пять логических вентилей: «И», «ИЛИ», «НЕ», «И-НЕ» и «ИЛИ-НЕ». Каждому вентилю соответствует свой символ и «таблица истинности», в которой собраны все комбинации входных и соответствующих выходных сигналов. Входные сигналы представляют собой последовательности цифр 0 и 1, где 0 обозначает выключенное состояние или отсутствие напряжения, а 1 — включенное состояние или наличие напряжения.
Вентиль «И»
Вентиль «И» можно представить в виде схемы с двумя последовательно подключенными выключателями. Если один из выключателей разомкнут, схема не работает. Она также не работает, если разомкнуты оба выключателя. Для работы схемы оба выключателя должны быть замкнуты. В таблице истинности приведен принцип работы вентиля «И»: пока оба входных сигнала не будут в состоянии ВКЛ., выходной сигнал будет ВЫКЛ.
Логический вентиль «ИЛИ»
Вентиль «ИЛИ» можно представить в виде механической схемы с двумя параллельно подключенными выключателями. Если оба выключателя разомкнуты, схема не работает. Схема начинает работать, когда хотя бы один из выключателей замкнут. Цепь работает и в случае, если оба выключателя замкнуты.
Логический вентиль «НЕ»
Вентиль «НЕ» называют иногда инвертером, так как напряжение на выходе всегда противоположно напряжению на входе. Другими словами, если на входе имеется напряжение, выходной сигнал будет ВЫКЛ., и наоборот — если входной сигнал ВЫКЛ., выходной — ВКЛ. Вентиль «НЕ» можно представить в виде выключателя и реле с размыкающимися контактами. При разомкнутом выключателе питание на реле не подается, его контакты замкнуты. И наоборот: при замкнутом выключателе питание поступает на реле, и его контакты размыкаются.
Логические вентили «И-НЕ» и «ИЛИ-НЕ»
Вентиль «И-НЕ»
Вентиль «И-НЕ» объединяет в себе два вентиля — «И» и «НЕ». Принцип его работы аналогичен вентилю «И», но выходной сигнал является противоположным входному. Другими словами, выходной сигнал будет ВКЛ. при всех входных сигналах, кроме случая, когда напряжение подается на два входа.
Вентиль «ИЛИ-НЕ»
Вентиль «ИЛИ-НЕ» объединяет в себе вентили «ИЛИ» и «НЕ». Принцип его работы аналогичен вентилю «ИЛИ», но выходной сигнал является противоположным входному. Другими словами, выходной сигнал будет ВКЛ. только в том случае, если напряжение не подается на оба входа.
Логический вентиль «исключающее ИЛИ» и триггер
Вентиль «исключающее ИЛИ»
В вентиле «исключающее ИЛИ» выходные сигналы ограничены определенным количеством сочетаний входных сигналов. Четное количество 1 приравнивается к 0 или низкому уровню выходного сигнала. Нечетное количество 1 приравнивается к 1 или высокому уровню выходного сигнала. Символ логического вентиля «исключающее ИЛИ» отличается от символа вентиля «ИЛИ» тем, что в него добавлена кривая, обозначающая исключение.
Триггер
RS-триггер представляет собой два соединенных вентиля «И-НЕ». RS-триггер переключается при изменении входного сигнала 1 и 0. Особенностью данной схемы является способность запоминать или удерживать последнее входное значение 0 или 1, если оба входных сигнала равны 0.
Признаки неисправности
Большинство ЭБУ, например ЭБУ двигателя, ЭБУ ABS или ЭБУ системы дополнительных средств пассивной безопасности (SRS), отслеживают работоспособность элементов системы, например датчиков и исполнительных устройств. Функция самодиагностики осуществляется с помощью логических вентилей с запрограммированными пороговыми значениями. Принцип работы функции самодиагностики показан на примере датчика ЕСТ.
Признак неисправности отсутствует
ЭБУ подает на датчик ЕСТ напряжение 5 В. Сопротивление датчика изменяется в зависимости от температуры охлаждающей жидкости. В результате изменения сопротивления изменяется напряжение, что и определяет ЭБУ. Функция самодиагностики осуществляется соединением двух вентилей «НЕ» с одним вентилем «И». Оба вентиля «НЕ» измеряют напряжение. Если значение напряжения не превышает 4,5 В, НЕ1 выводит логическую 1, если значения напряжения не менее 0,5 В, НЕ2 выводит логическую 1. Поскольку оба вентиля «НЕ» выводят логическую 1, вентиль «И» также выводит единицу, и сигнальная лампа неисправности двигателя CHECK ENGINE остается выключенной.
Признак неисправности присутствует
В этом случае НЕ1 определяет, что напряжение равно более 4,5 В. Причиной может служить, например, отсоединенный разъем датчика. НЕ1 выводит логический 0. В вентиль «И» поступают два сигнала: логический 0 и логическая 1, поэтому он выводит 0, что приводит к включению сигнальной лампы CHECK ENGINE. В этом случае также регистрируется код DTC.
|
| Категория: Диагностические протоколы | Добавил: admin (06.11.2016)
|
| Просмотров: 1166
| Рейтинг: 0.0/0 |
|
