9789147084920

PRINCIPER

Systemelektronik

FORDON · PRINCIPER/SYSTEMELEKTRONIK

D

e n hä r bo k e n riktar sig till alla som behöver kunskaper om fordonens elektroniska grundprinciper och systemlösningar. Du får lära dig om elektroniska principer, komponenter och diagnosstandarder. Boken beskriver också uppbyggnaden av olika nätverk i bilen samt ger exempel på ett flertal sensortyper som förekommer i ett fordon.

Serien Fordon, där boken Systemelektronik ingår, omfattar både faktaböcker och webbtjänster. Webbtjänsten där Systemelektronik ingår innehåller praktiska uppgifter och laborationer.

Där finns också fördjupande fakta samt animeringar som förstärker beskrivningarna av innehållet i faktaboken.

Best.nr 47-08492-0 Tryck.nr 47-08492-0

FORDON

PRINCIPER

Systemelektronik

FORDON

Systemelektronik_omslag.indd 1

09-11-13 09.36.27

ISBN 978-91-47-08492-0 © 2010 Per-Henrik Persson och Liber AB Redaktör/Projektledare: Sven Spiegelberg, Spiegelbergs förlagskonsult Bildredaktör: Mats Millberg och Kajsa Palm, Infocar Training AB Grafisk form och produktion: Ove Andersson med firma Kautschuk Bildleverantörer: Audi sid 145, 149, 159 BMW sid 150 Bosch sid 111, 113, 114, 136, 138, 146, 147, 150 Daimler sid 81 Garmin sid 189 Hella sid 182, 183, 185, 186, 187 Ian Maasing sid 91, 106 Mazda sid 144 Porsche sid 160 Tesla sid 18 Toyota sid 18 Volkswagen sid 148 Volvo Personvagnar sid 158, 161 Volkswagen sid 174, 189 ZF sid 175 Illustrationer: Infocar Training AB Första upplagan 1 Repro: Resultat Grafisk Form & Produktion AB Tryck: 1010 Printing, Kina 2010 Kopieringsförbud Detta verk är skyddat av upphovsrättslagen. Kopiering utövet lärarens rätt att kopiera för undervisningsbruk enligt BONUS-avtal är förbjuden. BONUS-avtal tecknas mellan upphovsrättsorganisationer och huvudman för utbildningsanordare, t ex kommuner/universitet.

Den som bryter mot lagen om upphovsrätt kan åtalas av allmän åklagare och dömas till böter eller fängelse i upp till två år samt bli skyldig erlägga ersättning till upphovsman/rättsinnehavare.

Liber AB, 113 98 Stockholm.

Tfn: 08-690 92 00. www.liber.se Kundservice tfn: 08-690 93 30. Fax 08-690 93 01. e-post: kundservice.liber@liber.se

2

Systemelektronik original.indd 2

09-11-13 11.23.51

Innehållsförteckning Presentation av författaren Systemelektronik

Mekatronik Utvecklingen fram till dagens system Mekaniska insprutningssystem Elektroniska system Elektroniska, programstyrda system Framtida utveckling Drive-by-wire: 42-Volts system: Vehicle-to-Vehicle communication (V2V): El- och hybridfordon:

Styrenheten

Processorn EPROM / Flashminne Flyktigt arbetsminne (RAM) Klockkretsar Talsystem Decimala talsystemet Binära talsystemet In- och utsignaler On/off Analog till digital omvandling Digital till analog omvandling Digitala sensorsignaler Pulslängd Taktförhållande / PWM

Programstyrning

Hexadecimala talsystemet Nedladdning av program vid produktion (end-of-line) Uppdateringar Nerladdning efter komponentbyte Chiptrimning Mappar Grundläggande programfunktioner Logiska funktioner

OCH

ELLER

Invertera

< Mindre än

> Större än

Räknare

Fördröjning Flödesschema EOBD AUTOSAR, en ny standard för utveckling av mjukvara

Sensorer

Temperaturgivare Position och förflyttning

Vridpotentiometer

Hallvinkelgivare

Ultraljud Hastighet och varvtal

Induktiva givare

Hallgivare Acceleration

Piezoelement Tryck Kraft och vridmoment

7 8 9 12 14 15 15 17 17 17 18 18 19 20 20 21 21 22 22 22 22 23 23 23 24 24 24 25 27 27 28 29 29 30 33 33 34 34 35 35 35 35 35 36 38 38 39 40 41 41 41 43 43 43 44 44 46 46 47

3

Systemelektronik original.indd 3

09-11-13 10.18.18

Flöde Luftmassemätare Gaskoncentration Lambdasond Smalbandssonder Bredbandssonder CO2 sensor Optiska mätmetoder

Aktuatorer (ställdon)

Till- eller frånslag Relästyrning Styrning via pulslängd Styrning via taktförhållande och PWM Styrning av tändpulsen Analog styrning

Nätverk

Bakgrund Multiplexsystem Accessmetoder Seriell kommunikation Felhantering Nod Prestanda Adressering och prioritering av meddelanden Händelsestyrd sändning Meddelandestyrd adressering Prenumeration Tidskritisk trafik Kablagetyper i nätverk Olika typer av data Kommunikation mellan nätverk via gateways Topologi Linjär buss Stjärnbuss Blandade bussar Ringbuss CAN (Controller Area Network) Exempel i bilen Prestanda Protokoll Höghastighets CAN Störsignaler/störtålighet Accessmetod Avslutningsmotstånd LIN (Local Interconnect Network) Prestanda Exempel i bilen Protokoll Flex-Ray Prestanda Exempel i bilen Protokoll Safe-by-wire Prestanda Exempel i bilen Protokoll MOST (Media Oriented Systems Transport) Prestanda Exempel i bilen Protokoll

Diagnossystem

49 50 51 51 52 52 54 54 55 57 58 59 59 60 61 62 63 66 66 67 67 68 68 70 70 70 70 71 72 73 74 76 76 78 78 79 81 82 82 83 84 85 86 87 88 88 88 88 89 89 89 91 94 95 95 96 96 96 97 97 98

4

Systemelektronik original.indd 4

09-11-13 10.18.18

Diagnos Lagring av felkoder i bilen Filtrering av koder Seriell diagnos Parallell diagnos Diagnosstandarden E-OBD Moder Mod 1 Utläsning av parametervärden Mod 2 Freeze frame (frysta data) Mod 3 Utläsning av felkoder Mod 4 Radering av felkoder Mod 5 Lambdasondtester Mod 6 Testresultat från monitorer (övervakningsfunktioner) Mod 7 Visa temporära felkoder (pending codes) Mod 8 Styrning av aktuatorer Mod 9 Utäsning av fordonsdata (VIN-nummer) Felkodernas begränsning

Systemexempel motor (grupp 2)

Integrerade bränsle- och tändsystem Insprutningssystem, bensinmotorer Mätning av luftmassan Beräkning av korrekt insprutningstid Choke Acceleration Tomgångsreglering Laddtrycksstyrning Adaptiv reglering (bränslesystem) Avgasreningssystem Lambdareglering Katalysatorn EGR-system Tändsystem Induktiva tändsystem Kapacitiva tändsystem Knackreglering Direkttändsystem, integrerat med bränsleinsprutning Jonströmsmätning Tändstift Dieselsystem Insugningssystem Bränsletryckreglering Insprutning av dieselbränsle Katalytisk rening samt EGR Diagnossystem

Elsystem (grupp 3)

Systemspänning Spänningsmatning Kraftjord och signaljord

Elektroniskt styrda växellådor

Transmissionssystem (grupp 4) Säkerhetssystem (grupp 5) ABS-system Hjulslip Antispinnsystem Antisladdsystem Övriga tilläggssystem till ABS Hill start Hill descent Brake assist Vältningsvarningssystem Airbag och bältessträckare

99 100 100 101 102 102 104 105 106 106 107 107 108 108 109 109 110 111 112 112 114 116 119 120 120 121 122 123 123 126 132 133 134 134 134 136 140 142 144 145 146 146 148 151 152 153 155 155 158 159 162 163 164 167 169 170 170 171 171 172 172

5

Systemelektronik original.indd 5

09-11-13 10.18.19

Aktiv styrning Adaptiv farthållare, Adaptiv Cruise Control (ACC) Däcktrycksövervakning

Immobiliser/centrallås Keyless entry/go Head-up display Night vision Elektriskt reglerade stolar, speglar, soltak, rutor

XENON-ljus LED-strålkastare Adaptiva strålkastare Markeringsljus Parking assistance Navigationssystem, GPS Bluetooth

Kaross, inredning (grupp 8)

Övriga system (grupp 9)

Sakordsregister

175 176 177 178 179 179 180 180 181 182 183 185 186 187 187 188 189 190

6

Systemelektronik original.indd 6

09-11-13 10.18.19

Elektroniska system De första elektroniska systemen var uppbyggda av analoga kretsar med motstånd och transistorer (diskreta komponenter) och innehöll inga mikroprocessorer eller programstyrda funktioner. Det betydde att möjligheterna att ändra och justera i systemen var begränsade.

Elektroniska, programstyrda system Under 1980-talet skärptes kraven för avgasutsläpp, till en början i USA men senare också i Europa. Det betydde att kraven på insprutningssystem ökad snabbt och man startade därför med mikrodatorbaserade system. Ett av de första var LH-Jetronic från BOSCH. I det styrdes alla funktioner via en programvara. Det gav en stor flexibilitet för modifieringar och möjlighet att anpassa versioner av styrsystemet efter olika bilmodeller.

MOTRONIC-systemet från BOSCH är ett integrerat bränsle-/tändsystem som finns i ett antal olika versioner.

15

Systemelektronik original.indd 15

09-11-05 14.27.01

För att klara kraven på avgasutsläpp och bränsleförbrukning krävs även en noggrann reglering av tändgnistan. Ett exempel på ett mikrodatorstyrt tändsystem är BOSCH EZK. Det innehöll en funktion för att förhindra självantändning av bränsleluftblandningen (spikning eller knackning) med hjälp av en knacksensor.

Tidigare låg ofta styrningen av bränsle och tändning i 2 fysiskt skilda elektroniksystem. Systemen hade en begränsad kommunikation men kunde exempelvis utbyta information om belastning och varvtal. Kommunikationen hanterades analogt via vanliga kablar mellan de 2 styrenheterna.

Utsläppen av CO2 (koldioxid) är direkt kopplat till bränsleförbrukningen och för att klara de framtida kraven för CO2utsläpp måste bränsleförbrukningen sänkas dramatiskt.

För att klara kraven är det ett måste att vidareutveckla den elektroniska styrningen. En perfekt styrning av både bränsleinsprutning och tändtidpunkt uppnås enklast om styrningen sker från en och samma styrenhet. Ett exempel på ett integrerat system är MOTRONIC som är utvecklat av BOSCH i Tyskland. Systemet har funnits under många år men har förfinats i ett antal versioner där det senaste systemet har mycket höga prestanda på processorkraft och minnesstorlek.

Programstyrda styrsystem ger mycket bra flexibilitet att anpassa styrningen för olika bilmodeller och motorer. Även senare uppdateringar på verkstäder förenklas avsevärt då man på moderna system kan ladda in ny programvara via diagnosuttaget i fordonet.

Uppskuren styrenhet med processorn centralt placerad.

16

Systemelektronik original.indd 16

09-11-05 14.27.01

Framtida utveckling Det skulle kunna sägas mycket om den omfattande tekniska utvecklingen som pågår idag. Men jag har valt att visa på några olika teknikområden som kommer att påverka bilens teknik rejält när de släpps ut på marknaden: Drive-by-wire: Många mekaniska system kommer att ersättas med elektronisk kommunikation. Ett exempel är steer-by-wire där man ersätter rattstång och styrleder med elektronik.

I system med brake-by-wire ersätts delar av det hydrauliska bromsystemet med el- och elektronikstyrning. Inom flyget har man länge styrt planen med elektronik. Vissa drive-bywire system har vi redan sett komma ut på marknaden som t.ex. elektroniskt styrt gasspjäll.

Drive-by-wire system ersätter mekanisk koppling med elektronikstyrning och elmotorer.

42-Volts system: Vi kommer snart att se ytterligare en systemspänning i bilen nämligen 42 Volt. Den spänningen kommer främst att användas för system med hög energiförbrukning, t.ex. steer-by-wire

42 Volts system behövs för nya effektkrävande system som t.ex.

Drive-by-wire.

17

Systemelektronik original.indd 17

09-11-05 14.27.03

Vehicle-to-Vehicle communication (V2V): Möjligheten att kommunicera mellan fordonen kan komma att revolutionera säkerheten i trafiken. Bilarna kan då varna varandra för annalkande faror som isfläckar eller hinder på vägen.

Bilarna kommer i framtiden att kunna varna varandra för annalkande faror på vägen.

El- och hybridfordon: En av de största förändringarna som vi kommer att se är de nya hybridfordonen som kombinerar en förbränningsmotor med en elmotor. Det betyder att det kommer att krävas omfattande kunskap om elmotorer och styrningen av dem.

Inom området finns det en rad olika varianter av drivlinor. Vi kommer därför att hantera det i en separat boktitel.

Tesla Roadster är ett exempel på en elbil med sportbilsprestanda.

Toyota Prius har funnits på marknaden under ett antal år som elhybridbil.

18

Systemelektronik original.indd 18

09-11-05 14.27.07

Styrenheten Målet med kapitlet är att ge dig en översikt av styrenheternas arbetssätt. Styrenheterna får sin information från sensorer som visar aktuella värden på motortemperatur, varvtal, belastning och en mängd andra fysiska storheter. Signalöverföringen mellan sensorerna och styrenheten är en känslig del i systemet och det område som analyseras mest vid felsökning. En korrekt signalöverföring är en förutsättning för att processorn i styrenheten ska kunna beräkna t.ex. pulslängden som skickas till insprutningsventilerna.

19

Systemelektronik original.indd 19

09-11-05 14.27.14

Styrenheterna benämns olika i beskrivningar från olika leverantörer. Det kan vara bra att känna till de olika benämningar som förekommer. Här är några exempel: • ECU (står för Electronic Control Unit) • Styrenhet • Styrlåda • Styrbox

• Elektronikenhet • Elektroniklåda • Elektronikbox • Databox

Processorn Hjärnan i en styrenhet kallas processor, CPU eller mikroprocessor. Styrprogrammet är ofta lagrat i ett flashminne som går att uppdatera via diagnosuttaget. Det finns också ett snabbt RAM-minne där tillfälliga data lagras för beräkningar som processorn utför. En klockkrets håller ”takten” i processorns arbete. För varje in- och utgång finns kretsar (interface) som anpassar signalerna till de spänningsnivåer som används utanför styrenheten.

Processor och väsentliga kringkretsar.

EPROM och Flashminne Processorn behöver ett statiskt minne där programmet kan lagras även när spänningen försvinner. I äldre styrsystem, exempelvis LH-Jetronic, användes EPROM för att lagra styrprogrammet. De kretsarna måste demonteras ur styrenheten för att kunna programmeras om. På senare system används i stället flashminnen som kan programmeras via diagnosuttaget. Programmering av styrenheterna sker i slutet av produktionslinan för att passa respektive bilmodell. På äldre system kan olika styrprogram väljas genom att man jordar ett anslutningsstift till styrdonet. Det kan exempelvis förändra programmet till att passa en manuell eller automatväxlad bil.

20

Systemelektronik original.indd 20

09-11-05 14.27.15

Flyktigt arbetsminne (RAM) Det flyktiga arbetsminnet har fått sitt namn eftersom innehållet går förlorat när spänningen slås av. Minnestypen betecknas ofta RAM-minne och används främst för att lagra parametervärden som behövs för beräkningar. Det kan exempelvis vara aktuellt varvtal och belastning som processorn behöver för att räkna ut en korrekt insprutningsmängd.

Programmet som styr processorns arbete lagras i ett Flash-minne.

RAM-minnet lagrar tillfälliga parametervärden för beräkningar i processorn.

Klockkretsar För att processorn och kretsarna runt den i styrenheten ska klara av att gå igenom programinstruktionerna krävs det en klockkrets som ”håller takten”. Jämför med en metronom som används för att hålla rätt tempo inom musiken.

Frekvensen hos klockkretsen är också väsentlig för alla beräkningar av tid som krävs för exempelvis insprutningen.

En noggrann klockfunktion krävs också för att beräkna de fördröjningar som är en viktig del i programmet.

Klockkretsen håller takten i processorns arbete – jämför med en metronom inom musiken.

21

Systemelektronik original.indd 21

09-11-05 14.27.18

Talsystem De talsystem som datorerna använder bygger på att uttrycka tal genom att bara använda två storheter nämningen spänning eller inte spänning, av eller på, 1 eller 0.

Decimala talsystemet Vårt vanliga decimala talsystem bygger på att talbasen är tio.

Varje position kan uttrycka tio olika tillstånd med hjälp av siffrorna 0 till 9. Varje position kan sedan uttrycka tiopotenser av ett tal. Man säger att basen är tio. Det decimala talet 256 är uppbyggt av: 2:an i första positionen står för 2 x 100 = 200 5:an i andra positionen står för 5 x 10 = 50 6:an i tredje positionen står för 6 x 1 = 6 Summa: 256

Binära talsystemet I det binära talsystemet är talbasen 2 istället för 10. Varje position i det binära talsystemet kan bara inta värdet ett eller noll. Men beroende på i vilken position en etta står i så kan den utrycka ett större tal. Ett digitalt tal är vanligen uppbyggt av 8 stycken positioner som utrycker en serie potenser av talet 2.

128 0 0 0

64 0 0 0

32 0 0 1

16 0 1 0

8 1 1 0

4 0 0 1

2 0 0 0

1 0 0 1

Motsvarar decimalt =8 16+8=24 32+4+1=37

De enskilda positionerna kallas för ”bit” och kan innehålla en etta eller en nolla. För att kunna uttrycka större tal, grupperar man bitarna i grupper om åtta. De grupperna kallas för ”byte” och kan uttrycka de decimala talen 0 till 256. Byte och bit är begrepp som många använder i dagligt tal, när vi talar om överföringshastigheten på Internet eller storleken på minnet i kameran.

In- och utsignaler Vid felsökning kommer du att först kontrollera om processorn i styrenheten lagrat några felkoder. Det kan ge dig en bra indikering på var felet kan ligga. Men det är inte ovanligt att du behöver mäta in- och utsignaler för att komplettera den information som felkoderna ger. Så kunskaper om vad du kan förvänta dig av in- och utsignaler är mycket viktiga.

22

Systemelektronik original.indd 22

09-11-05 14.27.18

On/off Den enklaste formen av en ”digital” signal kan genereras av en strömställare. Den kan vara sluten eller öppen och då signalera det logiska tillståndet ett eller noll. Ett exempel är kontakten som känner av då gasspjället är helt stängt.

Den informationen kan skickas direkt till styrenheten och används för regleringen av tomgångsvarvtalet.

Gasspjällkontakten ger en ”digital” signal till styrenheten vid stängt eller helt öppet spjäll.

Exempel på temperatursensor och 8 bitars omvandling.

Analog till digital omvandling De flesta sensorer som används i bilen ger en analog utsignal som kan variera exempelvis mellan 0 och 12 Volt. För att processorn ska kunna hantera sådana sensorsignaler krävs en omvandling till ett digital värde. Kretsen som utför omvandlingen kallas analog/digitalomvandlare, vilket förkortas A/D- omvandlare. Beroende på vilken noggrannhet som krävs kan A/D-omvandlaren arbeta med olika antal ettor och nollor. I fordonselektronik är det vanligt att använda 8-bitars omvandlare, som kan omvandla en analog spänning till en av 256 olika digitala nivåer. Med 8 bitar kan man representera värden från 0 till 255 vilket innebär 256 olika nivåer. En 4-bitars A/D-omvandlare kan ge 16 olika nivåer från en analog insignal.

D/A omvandlare med 4-bitars upplösning (16 olika nivåer).

Digital till analog omvandling Ibland kan det vara aktuellt att låta en styrenhet skapa en analog signal. Då måste de digitala värdena processorn arbetar med omvandlas till en analog signal. Kretsen som utför omvandlingen kallas D/A-omvandlare. Kombinationen av nollor och ettor i ett digitalt tal ger en analog spänning ut från kretsen. Ett exempel på tillämpning är när digitalt ljud ska omvandlas till en analog signal för att driva hörlurar eller högtalare.

23

Systemelektronik original.indd 23

09-11-05 14.27.24

Digitala sensorsignaler Vissa sensorer har integrerade A/D-omvandlare och kan skicka digital värden bestående av ettor och nollor som direkt kan avläsas av styrenheten. Ett exempel är moderna accelerometrar som mäter G-krafter vilket behövs i bl.a. antilsladdsystem. Sensorn är integrerad på en kiselbricka med övrig elektronik i givaren och kan direkt skapa en digital utsignal. Den typen av givare brukar man kalla mikromekanisk.

En accelerometer är inbyggd i elektronikkretsen, sk. mikromekanik.

Pulslängd Vissa aktuatorer kräver reglering inom ett stort omfång från min- till maxnivå. Ett exempel är insprutningsventilen som ska kunna ge ca 50 gånger större bränslemängd vid maxbelastning på toppvarv jämfört med den bränslemängd som behövs vid tomgång. Den vanligaste signalformen till en insprutare är att den jordas via styrenheten. Pulslängden (öppningstiden) bestämmer den insprutade mängden bränsle.

Taktförhållande och PWM För att styra en ventil eller annan aktuator att inta en viss position kan man lägga ut en puls från styrenheten med ett visst förhållande mellan av och på. PWM (Pulse Width Modulation) är ett vanligt sätt att t.ex. sänka ljuset i en lampa. Förhållandet mellan spänning och inte spänning i pulsen kallas taktförhållande, pulskvot eller duty cycle och mäts i procent. Om pulsen växlar mellan 0 och 12 Volt med t.ex. 25/75 procents relation så kommer lampan att lysa med reducerad styrka.

Insprutningsventilen.

Vid en pulskvot på 25 % lyser lampan bara med ¼ av full effekt.

24

Systemelektronik original.indd 24

09-11-05 14.27.29

Programstyrning De flesta funktioner i moderna fordon regleras av en programkod.

I det här kapitlet vill jag ge en introduktion till program och deras arbetssätt. I kapitlet kommer jag att gå igenom hur och varför man kan behöva uppdatera programvaran i en styrenhet när bilen kommer in på ett verkstadsbesök.

25

Systemelektronik original.indd 25

09-11-05 14.27.40

När programvaran utvecklas blir den aldrig helt felfri utan en del av det fortsatta utvecklingsarbetet går åt för att rätta till buggar (fel) som smugit sig in i programmet. Anpassningen av programvaran i styrenheterna görs för varje bilmodell eller motortyp och utvecklingsarbetet fortsätter även efter att en ny bilmodell har börjat säljas. Det är anledningen till att programvaran kan behöva uppdateras vid service.

I moderna styrenheter, som t. ex. BOSCH Motronic, ligger programmet lagrat i ett Flash-minne vilket kan uppdateras via diagnoskontakten i bilen.

Processorn använder information från en mängd sensorer för att räkna ut korrekta styrsignaler till aktuatorerna.

Alla funktioner som styrenheten kan utföra baseras på datorprogram. Om du bytt mekaniska detaljer kan du behöva justera mekaniken eller programvaran. Mikroprocessorer i styrenheterna arbetar genom att följa sekvensen i ett program.

De stegar sig igenom en programlista med instruktioner.

De har också förmågan att hoppa i listan om ett villkor är uppfyllt. Processorerna arbetar med logiska begreppet och digitala tal uppbyggda av ettor och nollor. Det innebär att alla analoga mätvärden från givarna som t.ex. temperatur, tryck eller flöde måste omvandlas till digitala tal för att kunna beräknas. Den här omvandlingen kallas A/D omvandling.

Om vi människor ska hantera stora binära tal blir det väldigt många positioner att hantera och lätt att skriva fel. Man har därför skapat olika system för att lättare hantera stora digitala tal. Ett sådant system som ofta används vid program­‑ mering eller för att förse program med en parameter är det hexadecimala systemet.

26

Systemelektronik original.indd 26

09-11-05 14.27.40

Hexadecimala talsystemet 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A=10 B=11 C=12 D=13 E=14 F=15 Det binära talet 1111 motsvarar det decimala talet 15 och skrivs F i det hexadecimala talsystemet

I det hexadecimala talsystemet motsvarar två hexadecimala siffror en byte. Det är speciellt behändigt vid programmering eller för att analysera kommunikationen mellan styrenheterna då en enskild bit kan behöva analyseras.

Hexadecimala talsystemet har talbasen 16. För att kunna uttrycka sexton olika värden i en position räcker inte siffrorna 0 till 9. Därför har man kompletterat med bokstäverna A till F. Bokstaven A motsvarar det decimala talet tio vilket i det binära talsystemet skrivs 1010.

Bokstaven B motsvarar det decimala talet elva vilket är binärt 1011, C motsvarar tolv, D motsvarar tretton, E motsvarar fjorton och F motsvarar femton.

Här används talbasen 16 för varje position istället för tio eller två.

Om vi tar det decimala talet 240 så blir det i binär form 11110000. I hexadecimal form räcker det att skriva F0 vilket motsvarar 15*16=240 i första positionen och 0 *16 i andra positionen. Vilket blir 240 decimalt. I Windows finns en kalkylator som i avancerat läge kan utföra omvandlingarna mellan de olika talsystemen.

Nedladdning av program vid produktion (end-of-line) Vid produktion av bilar väljer man att ladda in olika programvaror i styrenheterna beroende på bilmodell, motortyp, transmission och marknad för fordonet. Det är oftast vid den sista stationen på det löpande bandet som styrenheterna får sina programvaror. Först när alla program i rätt version är på plats kan den nya bilen provköras.

Bilen laddas med rätt programvara som sista station på löpande bandet.

27

Systemelektronik original.indd 27

09-11-05 14.27.41

Uppdateringar När en bil kommer in på verkstaden för rutinservice eller reparation kan det ibland vara aktuellt att uppdatera programvaran. Biltillverkarna har olika rutiner för hur de informerar om uppdateringar och hur man laddar ner ny programvara.

Vissa verkstäder har uppkoppling mot biltillverkaren eller bilimportören integrerad i diagnosutrustningen via Internet.

Alternativt så ligger programvaran på DVD-skivor som har skickats ut från tillverkaren.

I de flesta fall kräver tillverkaren eller importören någon betalning av verkstaden för nedladdningen. En del programuppdateringar rättar till buggar i programmet medan andra förbättrar eller lägger till funktioner.

Nerladdning av ny programvara på en verkstad.

Nerladdning av ny programvara tar ofta lång tid och man behöver ha tändningen tillslagen under nerladdningen. Det är därför nödvändigt att underhållsladda bilbatteriet så att inte batterispänningen sjunker för lågt under nedladdningen.

Om spänningen sjunker för lågt avbryts nedladdningen och man kan i värsta fall få svårt att starta bilen igen. Det kan till och med vara svårt att starta en ny nedladdning och då måste man byta styrenheten.

Underhållsladdning av batteri vid nedladdning av programvara i en verkstad.

28

Systemelektronik original.indd 28

09-11-05 14.27.44

Nedladdning efter komponentbyte Vid byte av vissa komponenter, exempelvis luftmassemätare, kan det vara nödvändigt att ladda ner en programvara för att aktivera den nya komponenten. Hur nedladdningen genomförs kan skilja sig åt mellan bilmärkena, så du behöver ha tillgång till serviceinformation om den aktuella bilmodellen för att få korrekta uppgifter.

Bilen behöver ny programvara vid utbyte av vissa komponenter.

Chiptrimning Effekt och vridmoment för en bilmotor kan ofta ökas med så kallad chiptrimning. Detta är ett kontroversiellt område eftersom man vid felaktig trimning kan fördärva såväl avgasrening som mekanik och bränsleförbrukning. Tillverkarna erbjuder oftast chiptrimning till en del modeller. Programmen är då väl utprovade och bygger på erfarenheter från hela utvecklingsarbetet. På senare år har det kommit ut system som gör att man via diagnosuttaget kan förändra programvaran och få ökad effekt och vridmoment. Tillverkarna ser däremot stora problem med manipulerade programvaror som inte följer de ursprungliga specifikationerna. På tidigare årsmodeller var det nödvändigt att demontera minnet ur styrenheten och ersätta det med ett nytt med en ”trimmad” programvara. Alternativt fick man byta hela styrenheten.

Ofta får man en betydligt större höjning av effekt och vridmoment hos en turbomotor jämfört med en sugmotor (utan turbo). De vanligaste parametrarna man går in och ändrar i programmet är: • Laddtryck • Bränslemängd • Tändtidpunkt

• Max. varvtal • Växlingspunkter

29

Systemelektronik original.indd 29

09-11-05 14.27.45

Mappar Värden för olika parametrar ligger lagrade i så kallade mappar (tabeller) som är en del av programmet. Man brukar därför använda begreppet ”mapping” när man talar om chiptrimning. Mapparna brukar åskådliggöras med tredimensionella diagram. Tredimensionella diagram är sammanställda av vanliga diagram som ställts bredvid varandra för att kunna uttrycka mer komplexa förhållanden. De värden du ser i just det här exemplet är laddtrycksmappen, vi kommer senare i boken att visa liknande 3D-diagram för andra mappar som t.ex. insprutning och tändtidpunkt. Laddtrycket ändras beroende av varvtal och belastning. För varje kombination av varvtal och belastning ska turbon mata motorn med ett speciellt laddtryck, vilket symboliseras av nivåerna i diagrammet.

Mappen visar turboladdtrycket vid olika varvtal och belastningar för en otrimmad motor.

30

Systemelektronik original.indd 30

09-11-05 14.27.48

• Laddtrycket är högst vid hög belastning och full gas. Den allra högsta bergstoppen (högsta laddtrycket) syns vid ca 3500 rpm och full belastning.

• När varvet stiger över 4000 varv sänks laddtrycket för att inte överbelasta motorn.

• För att få grepp om hur högt laddtrycket är inom olika områden kan du använda färgskalan på sidan om diagrammet.

Inringade området visar hur laddtrycket på höga belastningar har ökats genom trimchip eller programuppdatering från tillverkaren.

Figuren visar ett exempel på hur topparna har blivit högre främst på höga varvtal och belastningar. Det här skulle kunna vara en turbomotor där man har ökat såväl laddtryck som bränslemängd genom en programuppdatering eller chiptrimning.

31

Systemelektronik original.indd 31

09-11-05 14.27.49

Vid kallstart behöver motorn en fetare blandning som bestäms av det man kallar chokefaktor. Även chokefaktorn ligger lagrad i en map.

Motorn behöver en stor uppfetning av bränsle-luftblandningen direkt efter start.

Chokningen av motorn ska avslutas så fort som möjligt när motorn är varm för att minska avgasutsläpp och bränsleförbrukning.

32

Systemelektronik original.indd 32

09-11-05 14.27.52

Grundläggande programfunktioner Vid felsökning kan det vara bra att ha en grundläggande förståelse för hur programmen arbetar. I mekaniska system som styrs av mikroprocessorer kan programvaran behöva anpassas till mekaniska toleranser när komponenter byts ut eller slits. Vissa system är därför adaptiva och anpassar sig själva till de nya toleranserna medan andra kan behöva justeras. Det är ofta nödvändigt att ladda in en ny programvara när man har bytt ut en styrenhet.

Logiska funktioner De digitala systemens förmåga att fatta logiska beslut är själva grunden till framgångarna som tekniken har haft.

Mikroprocessorerna kan jämföra olika värden och med ledning av det välja att t.ex. öka eller minska bränslemängden. Besluten bygger på ett antal logiska grundfunktioner. Ett exempel på logisk funktion som vi tidigare tagit upp i serien följer här.

En ny bil reklamerades efter en tid och kunden uppgav att kupéfläkten startade ibland när han lämnade bilen och låste centrallåset. Efter en hel del informations- och felsökning upptäckte teknikern att det faktiskt inte var något fel.

Automatiken i luftkonditioneringen var programmerad för att vid fuktig väderlek köra kupéfläkten och blåsa ut fukt ur systemet.

I de tidiga digitala systemen var varje logisk funktion uppbyggd av elektroniska komponenter. En del sådana kretsar används fortfarande, men det vanligaste är att en mikroprocessor utför de logiska funktionerna med hjälp av ett program. Det finns ett vedertaget sätt att uttrycka logiska sammanhang som kan vara bra för dig att känna till. Om ett logiskt tillstånd är uppfyllt säger man att det är sant. Om det inte är uppfyllt säger man att det är falskt. De grundläggande logiska funktionerna är: • Och • Eller • Invertera • <Mindre än

• >Större än • Räknare • Fördröjning

33

Systemelektronik original.indd 33

09-11-05 14.27.52

OCH

En ”och” funktion kan exemplifieras med larmet som gör att du inte ska glömma nyckeln i tändningslåset. Om dörren öppnas när nyckeln sitter i tändningslåset har två logiska tillstånd uppfyllts. Styrenheten jämför och resultatet blir att när de två tillstånden är uppfyllda samtidigt ljuder en summer. Den funktionen kan beskrivas på några olika sätt. Öppen dörr och nyckel i tändningslåset= spänning till summern Öppen dörr & nyckel i tändningslåset= Sant Man kan också uttrycka det som logisk algebra. Då får A stå för tillståndet hos dörrkontakten och B för tillståndet i tändningslåset. Är dörren öppen blir A=1 och är nyckeln i tändningslåset blir B=1. Resultatet betecknas Y och är i det här fallet visar det summerns status, där 1 betyder att summern ljuder.

A&B=Sant A&B=Y

OCH-funktionen.

ELLER

En ”eller” funktion kan exemplifieras med att någon av dörrarna öppnas och då tänds innerbelysningen. Öppnas höger fram- eller bakdörr eller vänster fram- eller bakdörr så tänds innerbelysningen. Man kan också säga fram- eller bakdörr = Sant

ELLER-funktionen.

34

Systemelektronik original.indd 34

09-11-05 14.27.54

Invertera

Den logiska funktionen invertera vänder på den logiska nivån så att en nolla in blir en etta ut samt tvärtom. Ett exempel från bilen är att om säkerhetsbältet inte sitter i blinkar varningslampan.

< Mindre än

Ofta jämför processorn två tal och tar ett beslut med ledning av det. Ett exempel är att om motortemperaturen är under normal arbetstemperatur, så tillförs extra bränsle.

Det logiska tillståndet beskriv som motortemperatur ”mindre än” 60 grader = Sant, vilket skrivs < 60 grader = Sant. > Större än

Det logiska tillståndet ”större än” skrivs t.ex motortemperatur ”större än” 60 grader = Sant vilket skrivs > 60 grader = Sant.

Räknare

Räknare används t.ex. för att räkna pulser från ABS givare och jämföra med andra hastigheter.

Fördröjning

En fördröjning läggs in i programmet för att invänta en signal eller för att inte släcka ljuset i kupén direkt när centrallåset har aktiverats.

35

Systemelektronik original.indd 35

09-11-05 14.27.54

Flödesschema Det vanligaste sättet att beskriva ett programflöde är att använda ett så kallat flödesschema. Man följer då pilarna till de rutor som beskriver en funktion. Ibland ska processorn göra ett val och då beskrivs de olika alternativen med en box som det går ut två pilar ifrån. Vi ska i exemplet nedan visa hur programmet hanterar styrningen av insprutningsventilerna vid start. Samma programflöde gås igenom oavbrutet till dess att man stänger av tändningen eller till dess att motorn har startat.

Vänta på en signal som visar att startmotorn går.

Läs av aktuella sensorvärden (rpm, temperaturer mm).

Hämta in korrekt chokefaktor för startmängden, beroende på kylvatten- och utetemperaturer (hämtas från en tabell i programmet).

Beräkna pulslängden till insprutningsventilerna, synka tidpunkten till kolvens position i respektive cylinder.

Lägg ut pulsen till insprutningsventilerna.

Läs av sensorvärdet för rpm.

Fortsätt att lägga ut insprutningspulser tills rpm>200.

När motorn har startat (rpm>200) gå över till grundmappen för insprutningstider. Den sk. grundmappen innehåller alla insprutningstider som är aktuella för olika kombinationer av varvtal och belastning.

Programflödet under startförloppet.

36

Systemelektronik original.indd 36

09-11-05 14.27.55

Efter det att motorn har startat kan programflödet se ut som nedan:

Läs av signalerna från vevaxel- och kamaxelgivarna för att avgöra varvtal och läge på de olika kolvarna.

Läs av belastning via luftmassemätaren.

Gå in i grundmappen och hämta rätt insprutningstid.

Lägg ut korrekt insprutningstid vid exakt rätt tidpunkt och korrigera för:

Om motorn är kall: behåll en chokefaktor.

Om lambdavärdet felaktigt: öka eller minska insprutningen.

Om acceleration pågår: öka insprutningen.

Om motorbroms pågår: stäng av insprutningen helt.

Om motorn spikar: öka insprutningen något.

Så länge tändningen är tillslagen: hoppa till början av flödesschemat.

Om tändningen slås ifrån: hoppa ur flödesschemat (motorn stängs av).

Programflödet när motorn har startat.

37

Systemelektronik original.indd 37

09-11-05 14.27.56

E-OBD En annan viktig funktion för programmet är att analysera värdena från sensorerna och strömmarna till vissa aktuatorer för att upptäcka eventuella fel. Det hanteras inom OBDsystemet (On-Board-Diagnose) som lagrar en felkod om ett fel har uppträtt flera gånger och kvarstår en viss tid.

Programmet sparar också information om vilka värden olika parametrar hade när felet uppstod, exempelvis varvtal och motortemperatur. Den typen av data kallas ”freeze frame” vilket betyder frysta data. Hur koderna ska se ut för olika feltyper och hur man läser ut dem beskrivs i den lagstadgade europeiska standarden E-OBD (European On-BoardDiagnose).

Huvudfunktionerna som är standard i E-OBD.

AUTOSAR, en ny standard för utveckling av mjukvara En stor kostnad vid utvecklingen av nya elektroniksystem är framtagningen och testningen av programvara. Den har tidigare utvecklats för olika hårdvaror (styrenheter) som inte följt någon standard. För att förenkla utveckling och testning av nya programvaror arbetar branschen just nu (2009) på att ta fram en standard för utveckling som kallas AUTOSAR (AUTomotive Open System ARchitecture).

De som står bakom standarden är ett antal stora biltillverkare, underleverantörer och utvecklingskonsulter inom bilbranschen. Fördelarna med en enhetlig standard är att man kan fokusera på att utveckla de nya funktionerna och återanvända programvarumoduler som redan är testade och klara sen tidigare.

AUTOSAR, en ny standard för programutveckling inom bilbranschen.

Mjukvaran ska dessutom fungera i styrenheter från olika leverantörer. Då finns det också en förutsättning för att hårdvaran kan bli billigare då en biltillverkare kan flytta mjukvaran från en leverantörs hårdvara till en annan.

Standardplattformen är helt ny så därför händer det mycket på denna front. Gå gärna in på Autosars egen hemsida för att se senaste nytt om utvecklingen: www.autosar.org.

38

Systemelektronik original.indd 38

09-11-05 14.27.59

Sensorer Ett av de känsligaste områdena inom fordonselektroniken är överföringen av signalerna från sensorerna till styrenheterna. För att kunna felsöka är det viktigt att förstå vilka insignaler sensorerna skapar och hur sensorerna arbetar. Signalerna ger styrenheterna underlag för att styra aktuatorerna t.ex. insprutningsventilerna. I det här kapitlet kommer vi att visa hur man kan mäta olika storheter med hjälp av sensorer.

39

Systemelektronik original.indd 39

09-11-05 14.28.08

PRINCIPER

Systemelektronik

FORDON · PRINCIPER/SYSTEMELEKTRONIK

D

e n hä r bo k e n riktar sig till alla som behöver kunskaper om fordonens elektroniska grundprinciper och systemlösningar. Du får lära dig om elektroniska principer, komponenter och diagnosstandarder. Boken beskriver också uppbyggnaden av olika nätverk i bilen samt ger exempel på ett flertal sensortyper som förekommer i ett fordon.

Serien Fordon, där boken Systemelektronik ingår, omfattar både faktaböcker och webbtjänster. Webbtjänsten där Systemelektronik ingår innehåller praktiska uppgifter och laborationer.

Där finns också fördjupande fakta samt animeringar som förstärker beskrivningarna av innehållet i faktaboken.

Best.nr 47-08492-0 Tryck.nr 47-08492-0

FORDON

PRINCIPER

Systemelektronik

FORDON

Systemelektronik_omslag.indd 1

09-11-13 09.36.27