汽车电脑工作原理

1、车载计算机的工作原理近来轿车事业迅猛发展，各种新技术新装备越来越多的应用在轿车中，使轿车维修工作进入一个新阶段。这一发展趋势要求我们从一个较高的起点起步并要求我们不断的学习国内国外新型轿车的构造和原理和维修知识，现代轿车的重要标志是大量应用电子技术和计算机技术，例如：电控燃油喷射发动机、电控自动变速器、迅航系统、安全气囊系统、置动防抱死系统（ABSECU以及波轮增压系统、电控悬架防盗系统和相应的检测仪器等，其核心都是计算机控制。要开展这些系统的维修工作必须从学习车载计算机入手一、计算机控制什么是计算机控制呢？计算机控制这个术语简单的说，就是研究如何用机电设备重复人体动作，用人体与计算机作个比较

2、，可以帮助我们理解这个问题，正如人的大脑，能够分析、处理、传递信息，并能够控制人肢体一样。车载计算机也能够分析、处理、传递信息和控制汽车的各个部分。例如：当你的手指触到针尖你会感到疼痛，手指的神经细胞便会产生信号，将痛的信息经过神经中枢传递到大脑，大脑是一个由亿万个神经细胞相互连接的复杂网络，类似一台功能强大的计算机，他能处理来自神经系统的信号，并能确定应该做出什么行动，其中神经细胞可以比做汽车上的传感器，将收集到的各种信号输入计算机计算机系统与人类系统的对应关系为：爆震传感器输入类似于人类的听觉输入、氧传感器输入类似于人类的嗅觉输入、压力传感器输入类似于人类的触觉输入、低油位传感器输入类似于

3、人类的味觉输入等。针刺产生的生化电信号传递到大脑的特定区域，这个区域内的细胞便会分析、研究这个信号或称对信号进行组织或选择应对程序，由于信号告诉大脑手指将要受伤大脑便发出指令立即收回手指，保护我们的手指免受伤害。这个反射动作恰似汽车计算机系统的输出，即执行器做出的动作。计算机系统与人类行为的对应关系为：电磁继电器和伺服电机类似于肌肉运动、仪表显示类似于说、写、画，存储和处理芯片类似于大脑的记忆和思想等等。数字电子技术计算机技术是在数字电子技术的基础上发展起来的，在学习计算机技术之前应该先了解一些数字电子技术。1. 二进制编码二进制编码系统只使用0和1两个数字，例如：一个电路开关短开输出为0，开

4、关接通输出为1一组二进制数当右数第一位为1时与二进制数8421码对应，则十进制数为1于之方法相同，当右数第二位为1时十进制数为2右数第三位为1时十进制数为4，右数第四位为1时十进制数为8等等。那么二进制数到十进制数之间的转换如图所示：将若干个0和1组成不同的序列可以代表不同的意义，如：字母、单词、计算机的输入、计算机的输出以及一个条件等2. 门电路和真植表亿万个脑细胞类似于计算机中亿万个门电路或称开关电路。门电路是一种为特定输入电压，产生特定输出电压的电子电路，也称为“逻辑电路”。例如：两个电灯开关连接成的并联电路，那么开关A开关B都能打开电灯，这种电路就是或门电路，电路符号如图表达输入值和输

5、出关系的为真值表，真值表是输入值和输出值的关系一目了然，输入端AB有一个为1时输出端就为1将两个开关连接成串联电路，那么开关A开关B同时闭合才能使马达转动，这种电路就是与门电路。电路符号如图：真值表如图A和B同时为1时输出端C为1,输入端A和B有一个为0时输出端C为0。常用的门电路还有：反向器，反向器也成为非门它使输入反向，即输入为1时输出为0，输入为0时输出为1与非门是一个非门和一个与门的组合，它使与门的输出反向或非门是一个或门和一个非门的组合，它使或门反向。或非门的电路符号和真值表如图若干门电路连接在一起可以反映出好多复杂的输入和输出关系，这就是计算机的操作。数千个门电路连接在一起组合成复

6、杂的电路根据数百个输入事件产生出数百个输出决定。3. 集成电路集成电路是制作在极小半导体芯片表面上的电子电路英文缩写为IC，它包含了许多电子器件只有用显微镜才能在IC上看到这些元件。集成电路可分成数字集成电路和模拟集成电路。集成电路由插脚、外客、电路芯片、和连接线组成电路芯片使用不同的半导体材料利用光刻技术在硅片中制成电阻、二极管、三极管一系列元件和器件由芯片表面的金属导体连接，集成电路的输入输出脚与其它集成电路连接，各种类型的集成电路组合在一起就组成了计算机，具备了实现计算机控制的基本条件。由于现在的计算机使用了计算机控制技术，所以在很多方面显示出明显的优势。例如计算机运算速度非常快，能够在

7、几毫秒的时间内修改输出，使汽车保持最佳运行工况。计算机能够根据发动机的排气精密的检测出进入汽缸内的汽油量是太多还是和太少，然后控制喷油量，减少汽油消耗和空气污染。计算机可以更精确的控制点火时刻和点火能量，使汽缸内的混合气充分燃烧提高发动机的功率。另外计算机的重量比机械控制零件轻的多，这样就减轻了它的重量。计算机控制的制动系统和悬挂系统提高了乘客的安全，改善了驾驶仓的环境，简洁精美的仪表显示使驾驶更加便利。计算机有自测功能当汽车出现故障时，可自动补偿和校正损坏的零件，保持汽车的可驾驶性计算机还能够输出故障码和故障位置为维修提供便利。当然计算机系统的复杂性是它的主要缺点。维修计算机系统的故障时会遇

8、到一些困难，但是由于制造的标准化，使用同型号的零件和相似的自诊断程序，将会减少维修工作中的麻烦，由此可见计算机控制改善了计算机的经济性、安全性、和舒适性。三、车载计算机系统1. 车载计算机系统的工作方式车载计算机系统分三个方式输入、计算机处理、输出（1） 输入汽车传感器能够探测到汽车的运行状况，并将其转换成电信号正如我们的眼睛、耳朵、鼻子、手指等能够感知外部状况，这些电信号依次输入计算机。例如：曲轴位置传感器、歧管压力传感器、冷却液温度传感器、车速传感器、氧传感器等。（2） 2）计算机处理计算机使用传感信号确定控制汽车应该采取的行动。例如：喷油正时和喷油量控制、怠速控制、点火正时控制等。（3）

9、 输出计算机输出指令，使执行器执行物理动作，调整汽车运行工况。例如：喷油器、点火模块、怠速控制阀等。车载计算机通常安装在隔热、防振、防潮的部位。常用的名字有：电子控制装置ECA电子控制单元ECU电子控制模块ECM处理器，微处理器，逻辑模块等，为了避免混乱，我们就称为“计算机”。而控制单元或控制模块等，一般是指仅处理几个输入信号的较小的计算机。在一辆轿车中可以同时使用多台计算机，其数量和类型因制造商设计需要而不同。按其用途可分为：主计算机：能处理多个传感器信号和其他低性能控制单元信号的功能强大的计算机。仪表计算机：专门显示汽车运行数据的控制模块制动防抱死计算机：控制制动性能的控制模块点火计算机：

10、控制点火正时和火花塞火花能量的控制模块悬架系统计算机：控制车身稳定和吸收地面冲击的控制模块随着计算机技术的不断发展，总的趋势是用一台主计算机处理所有的传感器信号和控制所有的执行器2. 计算机框图计算机框图是展示传感器、执行器和计算机相互影响的简图。它用方框表示部件，用连线表示电路。当试图找出计算机系统中使用了何种传感器，汽车的何种状态受计算机控制以及研究系统的输入和输出时，计算机框图使问题大大简化传感器1. 传感器的分类汽车使用的传感器各式各样，按工作原理可归类为：可变电阻传感器、电位计传感器、开关传感器、电压发生器传感器、磁感应传感器可变阻传感器：当汽车运行状态改变时，传感器内部电阻的阻值或

11、变大或变小电位计传感器：随着汽车运行状态改变，通过改变电阻值得到电压信号，这种类型的传感器通常用于运动的部件开关传感器：通过接通或截断传感器电路为计算机提供电信号电压发生器传感器：不是通过改变电阻值，而是在传感器内部发生电压输出磁感应传感器：当运动部件经过线圈时，线圈中会感应出电流信号，通常用于探测速度各式各样的传感器按用途可分为：进气温度传感器进气温度传感器：用于测量发动机进气气管的进气温度冷却液温度传感器：通过测量发动机冷却液确定发动机温度歧管压力传感器：测量发动机进气气管中的气压或真空度，简捷测量进入发动机的空气量氧传感器：检测排气中氧气的含量，判断空气和燃油的混合比例是否适当空气流量传

12、感器：测量进入发动机的空气量节气门位置传感器：测量节气门阀体张开的角度曲轴位置传感器：测量曲轴转动或转角位置爆燃传感器：探测发动机异响、点火超前和汽缸爆震废气再循环传感器：检测废气再循环的位置车轮转速传感器：测量轿车的路面速度，以便计算机及时调整燃油、点火、挡位以及其他系统的状况变速器位置传感器：检测变速器轴或变速器齿轮的转动位置传感器的用途很多，此处不一一介绍按工作方式传感器还可分为；主动传感器和被动传感器主动传感器的电压信号产生于自身，例如：氧传感器当排气管中氧的浓度高时，传感器产生的电流大，氧浓度低时传感器产生的电流就小。另外主动式传感器还包括爆震传感器和电磁类传感器堂堂寻寻O被动传感器

13、需要外部电压源，当汽车工矿运行改变时引起传感器内部电阻改变，促使输出的信号电压改变，但传感器本身不产生电压。被动传感器包括：温度传感器、节气门位置传感器、开关类传感器等。计算机中的稳压器将蓄电池电压降低、平滑、稳定后向被动传感器提供基准电压，当传感器内部电阻改变时，计算机能够读到相应的电流或电压信号，基准电压的典型值为5伏。2. 传感器的位置传感器可用于汽车的任何位置，许多传感器安装在发动机上，如图所示：其他传感器安装在变速器、车轮毂、悬架和车身上。原则上安装在与其相关的系统的周边以上我们介绍了车载计算机系统和传感器，下节我们将介绍车载计算机执行器和计算机的工作原理第二课上节我们介绍了车载计算

14、机系统和传感器，下面我们接着介绍执行器5、 执行器执行器可以比做计算机的手和臂，除了可以直接完成一项工作例如喷油器、怠速控制阀等也可以间接的完成其它部件的操作，例如继电器控制燃油泵1. 执行器的工作原理执行器工作时，先由计算机向输出驱动器或大功率晶体管发出控制信号，使执行器的电路回路接通，由执行器产生的动作影响汽车的运行状态2. 执行器的类型车载计算机发出信号，通过执行器控制汽车的运行，执行器可以是电动机、电磁线圈、继电器、显示器和其它控制单元这个图例可以让我们理解计算机是怎样通过传感器传信号去控制电磁线圈式执行器的动作，例如自动门锁装饰计算机输入车速信号当探测到汽车移动时，计算机使电流通过螺

15、线管绕阻，在绕阻中产生磁场，磁场拉动安装在螺线管中的铁芯，铁芯的移动使车门锁住（2）继电器式执行器用计算机控制大电流负载时，计算机发出小电流的控制信号使继电器线圈中通过电流，线圈产生的磁场拉动机械触点闭合，大电流便流到大负载，这样用较小的电流可以控制较大负荷的电器零件（ 4） 电动机式执行器计算机将电流发送到小型直流电动机不同的历次线圈，这样电动机按照需要或正向转动或停止转动或反向转动，使所控制的零件产生转动，或通过运动部件产生移位（ 5） 显示器计算机将信号发送到汽车仪表板液晶显示屏或各种报警灯上显示各种输出数据和汽车运行状况（ 6） 其他计算机一辆轿车中可以同时使用多台不同用途的计算机，主

16、计算机可以将其它计算机当成传感器输入信号也可以将其它计算机当成执行器去完成一项控制操作通过以上介绍我们知道了车载计算机系统的结构，知道了传感器执行器的功能及作用接下来我们继续了解计算机是如何工作的6、 计算机计算机是怎样工作的？它是由硬件和软件相互配合工作的。1. 软件首先必须得明确计算机不能思考只能快速准确的执行程序，程序和成为计算机软件，由软件工程师一个语句一个语句的编写而成，再由计算机中的汇编程序翻译成硬件可以识别的机器码，由计算机硬件来执行若干语句可组成一个相互独立和完成某项操作的短程序，这个短程序也称为子程序。例如自检程序。打开点火开关后，要对本身进行检测，如果发现系统不能正常工作，

17、将点亮故障报警灯，并进行波形程序软件的另一种形式是数据块。例如点火提前角的优化实验数据，是将实验室内测定的某种发电机的点火提前角与发动机转速负荷的对应数据存放在存储器中供计算机查对。计算机程序由若干子程序组成，用软件框图表示有利于我们了解程序的整体情况。例如简化后的点火提前角控制程序示意图开机后先执行自检程序和初始化程序，然后判断发动机是否启动，启动时执行启动子程序，启动后判断汽车是否处于怠速状态，是怠速状态执行怠速子程序，如果处于运行状态则先后进入检测点火提前角子程序、检测发动机负荷子程序、检测发动机转速子程序。然后查对点火提前角的优化数据块，最后执行修正程序。这样完成了一个汽缸的点火提前角

18、优化控制。接着执行其它各缸的点火提前角优化控制2. 硬件计算机的硬件封装在坚固的仪器盒中如图在软件的支持下，能够进行非常快速非常复杂的运算，为了理解方便可以将计算机硬件分为七个部分，每部分都有特殊的功能（ 1） 稳压器稳压器向计算机中的电子元件和被动传感器提供稳定的低压电源，这个电源必须十分平滑没有波动，没有电压突变引起的尖峰信号2 放大器放大器增强来自传感器的电压信号，使计算机内部其它器件或电路接受到达到运算要求的标准信号3 调制器计算机有两种基本的调制器输入调制器和输出调制器调制器也称为转换器或接口。输入调制器将来自传感器的模拟信号转换成计算机能够运算的数字信号，输出调制器再将数字信号转换

19、成模拟信号，操从执行器或控制模块。4 微处理器微处理器的意思是小型的处理器，它是计算机的大脑，微处理器由逻辑门电路组成，使用二进制数据，它不停的用新输入的数据与芯片中已存的数据进行比较和分析，然后做出决定，将新的指令输出到执行器控制汽车运行达到更好的运行工况。5 存储器存储器是计算机存储数据的芯片，由大量门电路组成，一个门电路对应数据的一位，数据1类似充满电荷，数据0类似放掉电荷。芯片中的门电路按照计算机的需求不断的输出数据计算机的存储器分三个类型只读存储器只读存储器：存放不能被删除的永久性数据。这些数据象表格一样存放，供处理器查询。例如汽车在普通负载时，车速从10公里至160公里时的点火提前

20、角和喷油量等正常工作模式数据和上坡重载时典型工作模式数据随机存储器：存储暂时性信息或数据。例如某一时刻的车速信息、进气气管进气量信息等。处理器用这些信息与只读存储器信息的标准数据进行比较和分析，会立刻判断出汽车此时的工框，并立即向执行器发出适合现实工况的指令可编程只读存储器：这种存储器与只读存储器的相同点为存储永久数据，不同点是这些数据可用特殊设备改写。例如维修时计算机被更换，旧的计算机中有关这辆汽车的特征编程应存入新计算机中，此时必须对新计算机中的可编程只读存储器重新编程。存储地址是某个存储单元在存储器中的位置，地址可以使传感器信息输入到计算机的正确位置，也可以使计算机输出信息输送到正确执行

21、器的位置（ 6） 输出设备输出器件用于提升操丛执行器的电流，通常是功率模块的大功率的晶体管。（ 7） 时钟时钟是为了计算机能够步调一致的工作而订立的时间标准。时钟电路是产生恒定频率脉冲的集成电路芯片。例如二进制数码，这些0和1组成的序列，每一位为一个时钟信号以上介绍的是计算机的组成和工作原理，这样我们就知道的车载计算机系统结构和工作原理。自诊断功能接下来介绍计算机的一个重要功能自诊断功能七、车载计算机的自诊断功能现代轿车的计算机系统，都具有故障自诊断功能，汽车在运行中计算机不断的监测各个电子控制系统，当检测到电子控制系统发生故障后，计算机自动启动故障运行程序，保证汽车继续行驶，同时，故障以代码

22、的形式存储在计算机中。维修时调出故障代码和汽车的全部运行数据，便于维修人员诊断故障和排除故障。1.故障诊断仪故障诊断仪，调出故障码和汽车全部运行数据的工具是故障诊断仪。世界各大汽车制造企业都有各自专用的故障诊断仪这是德国大众公司的故障诊断仪这是法国雪铁龙公司的故障诊断仪这是美国通用公司的故障诊断仪今年来国内的一些企业，在故障诊断仪汉字化方面，作了很多工作。一大批国产诊断仪在使用中受到了用户的好评。这些诊断仪不仅可以诊断单一车型，换不同的插卡可以诊断欧亚美所有企业的车型。为了统一的诊断模式，统一故障诊断仪的插座，统一故障代码的含义，OBD-II型自诊断系统以被个国汽车制造企业接受，将使故障诊断仪向统一的方向发展。故障诊断仪可以诊断汽车上多个计算机系统，例如发动机系统，发动机2，变速箱系统（AT），刹车系统（ABS），空调/加热（AC），防盗系统（IMB）每个系统都有多项诊断功能，例如控制电脑型号、读取故障码、清除故障码、测试执行元件、读测量数据块等功能（2）故障码由于历史的原因，不同汽车制造厂，不同车型，不同出厂年代的故障代码有不同的含义。例如3.读取故障码读取故障码的方法因不同制造厂、不同