Εγκέφαλος αυτοκινήτου

Από τη Βικιπαίδεια, την ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια

Κεντρική μονάδα ελέγχου μηχανής (ΕCU), ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου, είναι δυο από τις πολλές ονομασίες τις οποίες χρησιμοποιούμε για την ονομασία του εγκεφάλου αυτοκινήτου.Πολλές λειτουργίες του ηλεκτρικού συστήματος, αλλά όχι μόνο, των αυτοκινήτων ελέγχονται από τους εγκεφάλους (μικροϋπολογιστές, κομπιούτερ κ.α.). Κατά βάση ο εγκέφαλος αυτοκινήτου είναι ένας υπολογιστής με την μόνη διαφορά, ότι είναι πολύ μικρός σε μέγεθος. Τo μέγεθος του θα λέγαμε ότι είναι σχεδόν ίδιο με ένα τόμο μιας εγκυκλοπαίδειας και χαρακτηρίζονται ως ¨μαύρα κουτιά.

Πίνακας περιεχομένων

[Επεξεργασία] Μέρη Εγκεφάλου

Όπως αναφέραμε και πριν ο εγκέφαλος του υπολογιστή (εγκεφάλου) ενός αυτοκινήτου είναι η κεντρική μονάδα επεξεργασίας( CPU, CENTRAL PROCESSING UNIT). Αν η κεντρική μονάδα επεξεργασίας λοιπόν περιέχεται σε ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα, γνωστό και ως IC, ονομάζεται μικροεπεξεργαστής. Ο μικροεπεξεργαστής λειτουργεί με τις πληροφορίες που δέχεται και σαν επόμενο βήμα είναι να αποφασίσει τι να τις κάνει και πώς να τις αξιοποιήσει. Βέβαια στον εγκέφαλο εκτός από την κεντρική μονάδα επεξεργασίας υπάρχουν και άλλα τμήματα τα οποία ως στόχο έχουν να υποστηρίζουν τον επεξεργαστή. Τα κύρια μέρη της κεντρικής μονάδας επεξεργασίας είναι: Οι registers που περιλαμβάνουν τον accumulator, το μετρητή δεδομένων (data counter), μετρητή προγραμμάτων(program counter), και τον register οδηγιών. Η αριθμητική λογική μονάδα (ALU Arithmetic Logic Unit) εκτελεί τις αριθμητικές και λογικές λειτουργίες.

[Επεξεργασία] Σκοπός εγκεφάλου

Ο εγκέφαλος έχει σχεδιαστεί με τέτοιο τρόπο έτσι ώστε να ελέγχει κάθε σύστημα πάνω στο αυτοκίνητο. Τα πρώτα ηλεκτρονικά συστήματα ελέγχου του κινητήρα αποτελούνταν από αρκετά ξεχωριστά ηλεκτρονικά συστήματα έλεγχου, σήμερα όμως υπάρχει μια τάση να χρησιμοποιείται ένα και μόνο ένα ηλεκτρονικό σύστημα ελέγχου, το οποίο είναι ο εγκέφαλος. Σκοπός του εγκεφάλου είναι να ελέγχει τις πληροφορίες και να τις επεξεργάζεται. Οι πληροφορίες εισόδου λαμβάνονται από την κεντρική μονάδα επεξεργασίας και ελέγχονται σε σχέση με το πρόγραμμα που υπάρχει ήδη στη μνήμη του εγκεφάλου. Η κεντρική μονάδα επεξεργασίας ελέγχει επιπλέον την μνήμη του εγκεφάλου και κάθε πληροφορία που αφορά προγραμματισμένες παραμέτρους. Βέβαια θα πρέπει να πούμε ότι οι πληροφορίες οι οποίες προέρχονται από την κεντρική μονάδα επεξεργασίας μπορεί να τροποποιούνται σύμφωνα με τις οδηγίες του εκάστοτε προγράμματος.Το κάθε πρόγραμμα μπορεί και επιβάλλει στην κεντρική μονάδα επεξεργασίας να εφαρμόζει λογικές αποφάσεις στις πληροφορίες . Όταν γίνουν όλοι οι υπολογισμοί η κεντρική μονάδα επεξεργασίας θα δώσει εντολές να γίνουν όλες οι αναγκαίες διορθώσεις ή ρυθμίσεις στην λειτουργία του ελεγχόμενου συστήματος.

[Επεξεργασία] Χρήσεις εγκεφάλου

Αν και οι πρώτοι μικροϋπολογιστές για το αυτοκίνητο σχεδιάστηκαν για να ελέγχουν λειτουργίες του κινητήρα, (όπως π.χ τον έλεγχο του μείγματος καυσίμου/αέρα, της έναυσης, τον έλεγχο της κυκλοφορίας των καυσαερίων), σήμερα είναι αρκετά συνηθισμένο να βρίσκουμε μικροϋπολογιστές για τον έλεγχο και άλλων συστημάτων.Μεταξύ αυτών είναι: η διαχείριση του κινητήρα, το σύστημα ηλεκτρονικών ταχυτήτων και αντιολισθητικών φρένων, το σύστημα απορρόφησης κραδασμών, σταθερής ταχύτητας, ηλεκτρονικής ανάρτησης, κίνησης με τους τέσσερις τροχούς, το σύστημα ελέγχου κλιματισμού, το σύστημα ανάρτησης, το σύστημα τάσης εξόδου του εναλλακτήρα, αντιμπλοκαρίσματος τροχών. Μερικά ηλεκτρονικά συστήματα ελέγχου αυτοκινήτου (εγκέφαλοι), μπορούν και ελέγχουν ακόμη περισσότερα συστήματα. Όπως για παράδειγμα: τα φώτα πορείας, ο φωτισμός της καμπίνας, η διακοπτόμενη λειτουργία των υαλοκαθαριστήρων και η αντίσταση θέρμανσης του πίσω υαλοπίνακα.

[Επεξεργασία] Λειτουργία εγκεφάλου

Η εισαγωγή πληροφοριών στο σύστημα του υπολογιστή (εγκεφάλου) σημαίνει ουσιαστικά, την μετατροπή των πληροφοριών από κάποια μορφή σε ηλεκτρικά σήματα τα οποία μπορούν να αναγνωριστούν από τον υπολογιστή. Ο υπολογιστής λαμβάνει πληροφορίες για την λειτουργία του αυτοκίνητου από αισθητήρες. Οι αισθητήρες εισόδου που υπάρχουν στο όχημα, μετατρέπουν μηχανικές πληροφορίες ή πληροφορίες περιβάλλοντος (όπως η θερμοκρασία, η κίνηση, ή η ταχύτητα)σε ηλεκτρικά σήματα τα οποία μπορεί να αναγνωρίσει ο υπολογιστής.Ο εγκέφαλος επεξεργάζεται τις φυσιολογικές συνθήκες και παρουσιάζει διάφορες πληροφορίες(data). Η λειτουργία του εγκεφάλου διακρίνεται σε τέσσερις βασικές λειτουργίες:

1.Είσοδος: Ένα σήμα τάσεως το οποίο στέλνεται από τον αισθητήρα. Ο αισθητήρας αυτός μπορεί να είναι ένας αισθητήρας ή ένας διακόπτης –τύπου μπουτόν – ο οποίος ενεργοποιείται από τον οδηγό ή τον τεχνίτη.

2. Επεξεργασία: Ο εγκέφαλος χρησιμοποιεί τις πληροφορίες που έχει στο πρόγραμμά του και που έχουν ‘φορτωθεί’ από τον κατασκευαστή.

3. Καταχώρηση: Οι πληροφορίες του προγράμματος είναι καταχωρημένες μέσα σε μια ηλεκτρονική μνήμη. Μερικά από τα σήματα εισόδου(αισθητήρες) είναι καταχωρημένα για επεξεργασία.

4. Έξοδος: Αφού ο εγκέφαλος έχει επεξεργαστεί τα σήματα εισόδου και ελέγχει τις πληροφορίες με τις πληροφορίες που έχει από τον προγραμματισμό του κατασκευαστή, βγάζει τα αποτελέσματα και σύμφωνα με αυτά, ελέγχει διάφορα εξαρτήματα που επηρεάζουν την λειτουργία του κινητήρα. Για παράδειγμα, αναφέρεται η πεταλούδα του γκαζιού της οποίας αλλάζει η θέση από τον εγκέφαλο, μέσω ενός βηματικού μοτέρ, για ρύθμιση των στροφών στο ρελαντί.

Αν κατανοηθούν αυτές οι τέσσερις λειτουργίες των εγκέφαλων θα σας βοηθήσουν να οργανώσετε τη διαδικασία ανίχνευσής βλαβών συστημάτων με εγκέφαλο. Όταν ελέγχετε το σύστημα, θα πρέπει να προσπαθείτε να συνδέσετε το πρόβλημα με κάποια από τις λειτουργίες του συστήματος. Στην πορεία ελέγχου των σημαντικότερων ηλεκτρονικών συστημάτων, ο εγκέφαλος παρακολουθεί συνέχεια τις συνθήκες λειτουργίας για πιθανές δυσλειτουργίες του συστήματος. Ο εγκέφαλος συγκρίνει τις συνθήκες του συστήματος απέναντι στις παραμέτρους που έχει στο πρόγραμμα που του έχει φορτωθεί από τον κατασκευαστή. Αν οι συνθήκες είναι έξω από τα όρια των παραμέτρων, ο εγκέφαλος ελέγχει τις πιθανές δυσλειτουργίες. Ένας κωδικός βλάβης καταγράφεται και υποδεικνύει, όταν ανιχνευθεί, τη βλάβη και το σημείο που εντοπίσθηκε. Ο τεχνίτης με την βοήθεια των κωδικών βλάβης μπορεί εύκολα και επισκευάζει το σύστημα αυτό που ελέγχεται από πολύπλοκα ηλεκτρονικά εξαρτήματα.

[Επεξεργασία] Μνήμες εγκεφάλου

Ο υπολογιστής χρειάζεται ένα μέσον για αποθήκευση μόνιμων και προσωρινών πληροφοριών. Οι τύποι τσιπς μνήμης πού χρησιμοποιούνται στον υπολογιστή είναι:

1.ROM (Read Only Memory). Περιέχει μια σταθερή ομάδα από 1 και 0 τα οποία αντιπροσωπεύουν μόνιμα αποθηκευμένες πληροφορίες. Αυτές οι πληροφορίες χρησιμοποιούνται για να οδηγήσουν τον υπολογιστή στο τι πρέπει να κάνει σε συνάρτηση με τα εισερχόμενα δεδομένα(data). Η CPU διαβάζει τις πληροφορίες της ROM αλλά δεν μπορεί να τις αλλάξει ή να γράψει στη ROM.

2.RAM Μνήμη τυχαίας προσπέλασης (Random Access Memory). Είναι κατασκευασμένη από τσιπς κυκλωμάτων flip- flop. Η Ram αποθηκεύει προσωρινές πληροφορίες πού διαβάζονται ή γράφονται από τη CPU. Η Ram μπορεί να είναι σχεδιασμένη σαν πτητική ή μη πτητική. Στην πτητική RAM, τα δεδομένα διατηρούνται όσο ηλεκτρονικό ρεύμα διαρρέει την μνήμη. RAM η οποία είναι συνδεμένη μέσω του διακόπτη αναφλέξεως θα χάσει τα δεδομένα, όταν ο διακόπτης τεθεί OFF. Μια μορφή της RAM είναι η KAM(Keep Alive Memory). Αυτή συνδέεται απευθείας στην μπαταρία με σύστημα προστασίας. Η KAM θα χαθεί μόνο όταν αποσυνδεθεί η μπαταρία , κοπεί το κύκλωμα ή αδειάσει τελείως η μπαταρία.

3.PROM (Programmable ROM). Περιέχει ειδικές πληροφορίες που αφορούν αυτό ακριβώς το αυτοκίνητο στο οποίο είναι τοποθετημένος ο υπολογιστής. Αυτές οι πληροφορίες μπορεί να χρησιμοποιηθούν π.χ. για να πληροφορούν τη CPU για τον ηλεκτρικό εξοπλισμό το συγκεκριμένο αυτοκίνητο. Σε πολλές περιπτώσεις οι υπολογιστές αλλάζονται μεταξύ μοντέλων του ιδίου κατασκευαστή, αλλά η PROM δεν αλλάζει. Η PROM πολλές φορές είναι ανεξάρτητη και συνδέεται σε ειδική υποδοχή(σχ 11-20).

4.EPROM(Erasable PROM). Η EPROM είναι όμοια με την PROM εκτός του ότι τα δεδομένα της μπορούν να σβηστούν (erase) και να μπουν καινούργια δεδομένα (data). Ένα κομμάτι πλάκας πολυστερίνης (Mylar) καλύπτει ένα παράθυρο. Ένα η πλάκα μετακινηθεί, το μικροκύκλωμα εκτίθεται στις υπεριώδεις ακτίνες που σβήνουν την μνήμη(σχ. 11-21).

5.EEPROM (Electrically Erasable PROM). Επιτρέπουν την αλλαγή των πληροφοριών ηλεκτρικά ένα bit κάθε φορά. Μερικοί κατασκευαστές χρησιμοποιούν αυτό τον τύπο μνήμης για να αποθηκεύσουν πληροφορίες πού αφορούν τα διανυθέντα χιλιόμετρα, αριθμό κυκλοφορίας κ.λπ.

6.NVRAM(Non Volatile RAM). Είναι ένας συνδυασμός RAM και EEROM στο ίδιο τσιπ. Στη διάρκεια της ομαλής λειτουργίας δεδομένα γράφονται και διαβάζονται στο τμήμα RAM του τσιπ. Αν η παροχή ηλεκτρικού ρεύματος διακοπή σε προγραμματισμένο χρόνο, τα δεδομένα μεταφέρονται από τη RAM στην EEROM του τσιπ. Όταν η παροχή αποκατασταθεί η EEROM γράφει τα δεδομένα πάλι στη RAM.

Προσοχή: Ανάποδη σύνδεση του τσιπ της PROM θα το καταστρέψει αμέσως, επίσης ο ηλεκτροστατικός ηλεκτρισμός μπορεί να καταστρέψει και το τσιπ. Υπάρχουν ειδικοί αντιστατικοί ιμάντες για τη μετακίνηση του τσιπ από τον τεχνίτη.

[Επεξεργασία] Ειδικές περιπτώσεις

Εάν υπάρξει δυσλειτουργία ή αντικανονική λειτουργία του συστήματος (βλάβη),τότε ο εγκέφαλος περνάει σ’ένα εφεδρικό πρόγραμμα(SOS) με τη βοήθεια του οποίου δεν ακινητοποιείται το όχημα. Λαμβάνονται αυθαίρετες τιμές για του αισθητήρες, οι οποίοι αγνοούνται, και υπάρχει έτοιμο πρόγραμμα γι’αυτές τις τιμές όπου καθορίζει τη λειτουργία του κινητήρα μέσα σε πολύ φυσιολογικά όρια. Για παράδειγμα, εάν το σύστημα ελέγχου της θερμοκρασίας παρουσιάσει μια δυσλειτουργία από τον αισθητήρα θερμοκρασίας περιβάλλοντος, αντί να σταματήσει τη λειτουργία του συστήματος, λαμβάνει σταθερές τιμές που έχει δώσει ο κατασκευαστής στο πρόγραμμα του εγκεφάλου ή λαμβάνει σα θερμοκρασία η τελευταία που έχει καταγραφεί πριν τη βλάβη. Αυτό επιτρέπει στο σύστημα να λειτουργήσει σε οριακή βάση αντί να σταματήσει τελείως τη λειτουργία του ο εγκέφαλος.