1、車載計算機的工作原理近來轎車事業迅猛發展，各種新技術新裝備越來越多的應用在轎車中，使轎車維修工作進入一個新階段。這一發展趨勢要求我們從一個較高的起點起步并要求我們不斷的學習國內國外新型轎車的構造和原理和維修知識，現代轎車的重要標志是大量應用電子技術和計算機技術，例如：電控燃油噴射發動機、電控自動變速器、迅航系統、安全氣囊系統、置動防抱死系統（ABSECU以及波輪增壓系統、電控懸架防盜系統和相應的檢測儀器等，其核心都是計算機控制。要開展這些系統的維修工作必須從學習車載計算機入手一、計算機控制什么是計算機控制呢？計算機控制這個術語簡單的說，就是研究如何用機電設備重復人體動作，用人體與計算機作個比較

2、，可以幫助我們理解這個問題，正如人的大腦，能夠分析、處理、傳遞信息，并能夠控制人肢體一樣。車載計算機也能夠分析、處理、傳遞信息和控制汽車的各個部分。例如：當你的手指觸到針尖你會感到疼痛，手指的神經細胞便會產生信號，將痛的信息經過神經中樞傳遞到大腦，大腦是一個由億萬個神經細胞相互連接的復雜網絡，類似一臺功能強大的計算機，他能處理來自神經系統的信號，并能確定應該做出什么行動，其中神經細胞可以比做汽車上的傳感器，將收集到的各種信號輸入計算機計算機系統與人類系統的對應關系為：爆震傳感器輸入類似于人類的聽覺輸入、氧傳感器輸入類似于人類的嗅覺輸入、壓力傳感器輸入類似于人類的觸覺輸入、低油位傳感器輸入類似于

3、人類的味覺輸入等。針刺產生的生化電信號傳遞到大腦的特定區域，這個區域內的細胞便會分析、研究這個信號或稱對信號進行組織或選擇應對程序，由于信號告訴大腦手指將要受傷大腦便發出指令立即收回手指，保護我們的手指免受傷害。這個反射動作恰似汽車計算機系統的輸出，即執行器做出的動作。計算機系統與人類行為的對應關系為：電磁繼電器和伺服電機類似于肌肉運動、儀表顯示類似于說、寫、畫，存儲和處理芯片類似于大腦的記憶和思想等等。數字電子技術計算機技術是在數字電子技術的基礎上發展起來的，在學習計算機技術之前應該先了解一些數字電子技術。1. 二進制編碼二進制編碼系統只使用0和1兩個數字，例如：一個電路開關短開輸出為0，開

4、關接通輸出為1一組二進制數當右數第一位為1時與二進制數8421碼對應，則十進制數為1于之方法相同，當右數第二位為1時十進制數為2右數第三位為1時十進制數為4，右數第四位為1時十進制數為8等等。那么二進制數到十進制數之間的轉換如圖所示：將若干個0和1組成不同的序列可以代表不同的意義，如：字母、單詞、計算機的輸入、計算機的輸出以及一個條件等2. 門電路和真植表億萬個腦細胞類似于計算機中億萬個門電路或稱開關電路。門電路是一種為特定輸入電壓，產生特定輸出電壓的電子電路，也稱為“邏輯電路”。例如：兩個電燈開關連接成的并聯電路，那么開關A開關B都能打開電燈，這種電路就是或門電路，電路符號如圖表達輸入值和輸

5、出關系的為真值表，真值表是輸入值和輸出值的關系一目了然，輸入端AB有一個為1時輸出端就為1將兩個開關連接成串聯電路，那么開關A開關B同時閉合才能使馬達轉動，這種電路就是與門電路。電路符號如圖：真值表如圖A和B同時為1時輸出端C為1,輸入端A和B有一個為0時輸出端C為0。常用的門電路還有：反向器，反向器也成為非門它使輸入反向，即輸入為1時輸出為0，輸入為0時輸出為1與非門是一個非門和一個與門的組合，它使與門的輸出反向或非門是一個或門和一個非門的組合，它使或門反向。或非門的電路符號和真值表如圖若干門電路連接在一起可以反映出好多復雜的輸入和輸出關系，這就是計算機的操作。數千個門電路連接在一起組合成復

6、雜的電路根據數百個輸入事件產生出數百個輸出決定。3. 集成電路集成電路是制作在極小半導體芯片表面上的電子電路英文縮寫為IC，它包含了許多電子器件只有用顯微鏡才能在IC上看到這些元件。集成電路可分成數字集成電路和模擬集成電路。集成電路由插腳、外客、電路芯片、和連接線組成電路芯片使用不同的半導體材料利用光刻技術在硅片中制成電阻、二極管、三極管一系列元件和器件由芯片表面的金屬導體連接，集成電路的輸入輸出腳與其它集成電路連接，各種類型的集成電路組合在一起就組成了計算機，具備了實現計算機控制的基本條件。由于現在的計算機使用了計算機控制技術，所以在很多方面顯示出明顯的優勢。例如計算機運算速度非常快，能夠在

7、幾毫秒的時間內修改輸出，使汽車保持最佳運行工況。計算機能夠根據發動機的排氣精密的檢測出進入汽缸內的汽油量是太多還是和太少，然后控制噴油量，減少汽油消耗和空氣污染。計算機可以更精確的控制點火時刻和點火能量，使汽缸內的混合氣充分燃燒提高發動機的功率。另外計算機的重量比機械控制零件輕的多，這樣就減輕了它的重量。計算機控制的制動系統和懸掛系統提高了乘客的安全，改善了駕駛倉的環境，簡潔精美的儀表顯示使駕駛更加便利。計算機有自測功能當汽車出現故障時，可自動補償和校正損壞的零件，保持汽車的可駕駛性計算機還能夠輸出故障碼和故障位置為維修提供便利。當然計算機系統的復雜性是它的主要缺點。維修計算機系統的故障時會遇

8、到一些困難，但是由于制造的標準化，使用同型號的零件和相似的自診斷程序，將會減少維修工作中的麻煩，由此可見計算機控制改善了計算機的經濟性、安全性、和舒適性。三、車載計算機系統1. 車載計算機系統的工作方式車載計算機系統分三個方式輸入、計算機處理、輸出（1） 輸入汽車傳感器能夠探測到汽車的運行狀況，并將其轉換成電信號正如我們的眼睛、耳朵、鼻子、手指等能夠感知外部狀況，這些電信號依次輸入計算機。例如：曲軸位置傳感器、歧管壓力傳感器、冷卻液溫度傳感器、車速傳感器、氧傳感器等。（2） 2）計算機處理計算機使用傳感信號確定控制汽車應該采取的行動。例如：噴油正時和噴油量控制、怠速控制、點火正時控制等。（3）

9、 輸出計算機輸出指令，使執行器執行物理動作，調整汽車運行工況。例如：噴油器、點火模塊、怠速控制閥等。車載計算機通常安裝在隔熱、防振、防潮的部位。常用的名字有：電子控制裝置ECA電子控制單元ECU電子控制模塊ECM處理器，微處理器，邏輯模塊等，為了避免混亂，我們就稱為“計算機”。而控制單元或控制模塊等，一般是指僅處理幾個輸入信號的較小的計算機。在一輛轎車中可以同時使用多臺計算機，其數量和類型因制造商設計需要而不同。按其用途可分為：主計算機：能處理多個傳感器信號和其他低性能控制單元信號的功能強大的計算機。儀表計算機：專門顯示汽車運行數據的控制模塊制動防抱死計算機：控制制動性能的控制模塊點火計算機：

10、控制點火正時和火花塞火花能量的控制模塊懸架系統計算機：控制車身穩定和吸收地面沖擊的控制模塊隨著計算機技術的不斷發展，總的趨勢是用一臺主計算機處理所有的傳感器信號和控制所有的執行器2. 計算機框圖計算機框圖是展示傳感器、執行器和計算機相互影響的簡圖。它用方框表示部件，用連線表示電路。當試圖找出計算機系統中使用了何種傳感器，汽車的何種狀態受計算機控制以及研究系統的輸入和輸出時，計算機框圖使問題大大簡化傳感器1. 傳感器的分類汽車使用的傳感器各式各樣，按工作原理可歸類為：可變電阻傳感器、電位計傳感器、開關傳感器、電壓發生器傳感器、磁感應傳感器可變阻傳感器：當汽車運行狀態改變時，傳感器內部電阻的阻值或

11、變大或變小電位計傳感器：隨著汽車運行狀態改變，通過改變電阻值得到電壓信號，這種類型的傳感器通常用于運動的部件開關傳感器：通過接通或截斷傳感器電路為計算機提供電信號電壓發生器傳感器：不是通過改變電阻值，而是在傳感器內部發生電壓輸出磁感應傳感器：當運動部件經過線圈時，線圈中會感應出電流信號，通常用于探測速度各式各樣的傳感器按用途可分為：進氣溫度傳感器進氣溫度傳感器：用于測量發動機進氣氣管的進氣溫度冷卻液溫度傳感器：通過測量發動機冷卻液確定發動機溫度歧管壓力傳感器：測量發動機進氣氣管中的氣壓或真空度，簡捷測量進入發動機的空氣量氧傳感器：檢測排氣中氧氣的含量，判斷空氣和燃油的混合比例是否適當空氣流量傳

12、感器：測量進入發動機的空氣量節氣門位置傳感器：測量節氣門閥體張開的角度曲軸位置傳感器：測量曲軸轉動或轉角位置爆燃傳感器：探測發動機異響、點火超前和汽缸爆震廢氣再循環傳感器：檢測廢氣再循環的位置車輪轉速傳感器：測量轎車的路面速度，以便計算機及時調整燃油、點火、擋位以及其他系統的狀況變速器位置傳感器：檢測變速器軸或變速器齒輪的轉動位置傳感器的用途很多，此處不一一介紹按工作方式傳感器還可分為；主動傳感器和被動傳感器主動傳感器的電壓信號產生于自身，例如：氧傳感器當排氣管中氧的濃度高時，傳感器產生的電流大，氧濃度低時傳感器產生的電流就小。另外主動式傳感器還包括爆震傳感器和電磁類傳感器堂堂尋尋O被動傳感器

13、需要外部電壓源，當汽車工礦運行改變時引起傳感器內部電阻改變，促使輸出的信號電壓改變，但傳感器本身不產生電壓。被動傳感器包括：溫度傳感器、節氣門位置傳感器、開關類傳感器等。計算機中的穩壓器將蓄電池電壓降低、平滑、穩定后向被動傳感器提供基準電壓，當傳感器內部電阻改變時，計算機能夠讀到相應的電流或電壓信號，基準電壓的典型值為5伏。2. 傳感器的位置傳感器可用于汽車的任何位置，許多傳感器安裝在發動機上，如圖所示：其他傳感器安裝在變速器、車輪轂、懸架和車身上。原則上安裝在與其相關的系統的周邊以上我們介紹了車載計算機系統和傳感器，下節我們將介紹車載計算機執行器和計算機的工作原理第二課上節我們介紹了車載計算

14、機系統和傳感器，下面我們接著介紹執行器5、 執行器執行器可以比做計算機的手和臂，除了可以直接完成一項工作例如噴油器、怠速控制閥等也可以間接的完成其它部件的操作，例如繼電器控制燃油泵1. 執行器的工作原理執行器工作時，先由計算機向輸出驅動器或大功率晶體管發出控制信號，使執行器的電路回路接通，由執行器產生的動作影響汽車的運行狀態2. 執行器的類型車載計算機發出信號，通過執行器控制汽車的運行，執行器可以是電動機、電磁線圈、繼電器、顯示器和其它控制單元這個圖例可以讓我們理解計算機是怎樣通過傳感器傳信號去控制電磁線圈式執行器的動作，例如自動門鎖裝飾計算機輸入車速信號當探測到汽車移動時，計算機使電流通過螺

15、線管繞阻，在繞阻中產生磁場，磁場拉動安裝在螺線管中的鐵芯，鐵芯的移動使車門鎖住（2）繼電器式執行器用計算機控制大電流負載時，計算機發出小電流的控制信號使繼電器線圈中通過電流，線圈產生的磁場拉動機械觸點閉合，大電流便流到大負載，這樣用較小的電流可以控制較大負荷的電器零件（ 4） 電動機式執行器計算機將電流發送到小型直流電動機不同的歷次線圈，這樣電動機按照需要或正向轉動或停止轉動或反向轉動，使所控制的零件產生轉動，或通過運動部件產生移位（ 5） 顯示器計算機將信號發送到汽車儀表板液晶顯示屏或各種報警燈上顯示各種輸出數據和汽車運行狀況（ 6） 其他計算機一輛轎車中可以同時使用多臺不同用途的計算機，主

16、計算機可以將其它計算機當成傳感器輸入信號也可以將其它計算機當成執行器去完成一項控制操作通過以上介紹我們知道了車載計算機系統的結構，知道了傳感器執行器的功能及作用接下來我們繼續了解計算機是如何工作的6、 計算機計算機是怎樣工作的？它是由硬件和軟件相互配合工作的。1. 軟件首先必須得明確計算機不能思考只能快速準確的執行程序，程序和成為計算機軟件，由軟件工程師一個語句一個語句的編寫而成，再由計算機中的匯編程序翻譯成硬件可以識別的機器碼，由計算機硬件來執行若干語句可組成一個相互獨立和完成某項操作的短程序，這個短程序也稱為子程序。例如自檢程序。打開點火開關后，要對本身進行檢測，如果發現系統不能正常工作，

17、將點亮故障報警燈，并進行波形程序軟件的另一種形式是數據塊。例如點火提前角的優化實驗數據，是將實驗室內測定的某種發電機的點火提前角與發動機轉速負荷的對應數據存放在存儲器中供計算機查對。計算機程序由若干子程序組成，用軟件框圖表示有利于我們了解程序的整體情況。例如簡化后的點火提前角控制程序示意圖開機后先執行自檢程序和初始化程序，然后判斷發動機是否啟動，啟動時執行啟動子程序，啟動后判斷汽車是否處于怠速狀態，是怠速狀態執行怠速子程序，如果處于運行狀態則先后進入檢測點火提前角子程序、檢測發動機負荷子程序、檢測發動機轉速子程序。然后查對點火提前角的優化數據塊，最后執行修正程序。這樣完成了一個汽缸的點火提前角

18、優化控制。接著執行其它各缸的點火提前角優化控制2. 硬件計算機的硬件封裝在堅固的儀器盒中如圖在軟件的支持下，能夠進行非常快速非常復雜的運算，為了理解方便可以將計算機硬件分為七個部分，每部分都有特殊的功能（ 1） 穩壓器穩壓器向計算機中的電子元件和被動傳感器提供穩定的低壓電源，這個電源必須十分平滑沒有波動，沒有電壓突變引起的尖峰信號2 放大器放大器增強來自傳感器的電壓信號，使計算機內部其它器件或電路接受到達到運算要求的標準信號3 調制器計算機有兩種基本的調制器輸入調制器和輸出調制器調制器也稱為轉換器或接口。輸入調制器將來自傳感器的模擬信號轉換成計算機能夠運算的數字信號，輸出調制器再將數字信號轉換

19、成模擬信號，操從執行器或控制模塊。4 微處理器微處理器的意思是小型的處理器，它是計算機的大腦，微處理器由邏輯門電路組成，使用二進制數據，它不停的用新輸入的數據與芯片中已存的數據進行比較和分析，然后做出決定，將新的指令輸出到執行器控制汽車運行達到更好的運行工況。5 存儲器存儲器是計算機存儲數據的芯片，由大量門電路組成，一個門電路對應數據的一位，數據1類似充滿電荷，數據0類似放掉電荷。芯片中的門電路按照計算機的需求不斷的輸出數據計算機的存儲器分三個類型只讀存儲器只讀存儲器：存放不能被刪除的永久性數據。這些數據象表格一樣存放，供處理器查詢。例如汽車在普通負載時，車速從10公里至160公里時的點火提前

20、角和噴油量等正常工作模式數據和上坡重載時典型工作模式數據隨機存儲器：存儲暫時性信息或數據。例如某一時刻的車速信息、進氣氣管進氣量信息等。處理器用這些信息與只讀存儲器信息的標準數據進行比較和分析，會立刻判斷出汽車此時的工框，并立即向執行器發出適合現實工況的指令可編程只讀存儲器：這種存儲器與只讀存儲器的相同點為存儲永久數據，不同點是這些數據可用特殊設備改寫。例如維修時計算機被更換，舊的計算機中有關這輛汽車的特征編程應存入新計算機中，此時必須對新計算機中的可編程只讀存儲器重新編程。存儲地址是某個存儲單元在存儲器中的位置，地址可以使傳感器信息輸入到計算機的正確位置，也可以使計算機輸出信息輸送到正確執行

21、器的位置（ 6） 輸出設備輸出器件用于提升操叢執行器的電流，通常是功率模塊的大功率的晶體管。（ 7） 時鐘時鐘是為了計算機能夠步調一致的工作而訂立的時間標準。時鐘電路是產生恒定頻率脈沖的集成電路芯片。例如二進制數碼，這些0和1組成的序列，每一位為一個時鐘信號以上介紹的是計算機的組成和工作原理，這樣我們就知道的車載計算機系統結構和工作原理。自診斷功能接下來介紹計算機的一個重要功能自診斷功能七、車載計算機的自診斷功能現代轎車的計算機系統，都具有故障自診斷功能，汽車在運行中計算機不斷的監測各個電子控制系統，當檢測到電子控制系統發生故障后，計算機自動啟動故障運行程序，保證汽車繼續行駛，同時，故障以代碼

22、的形式存儲在計算機中。維修時調出故障代碼和汽車的全部運行數據，便于維修人員診斷故障和排除故障。1.故障診斷儀故障診斷儀，調出故障碼和汽車全部運行數據的工具是故障診斷儀。世界各大汽車制造企業都有各自專用的故障診斷儀這是德國大眾公司的故障診斷儀這是法國雪鐵龍公司的故障診斷儀這是美國通用公司的故障診斷儀今年來國內的一些企業，在故障診斷儀漢字化方面，作了很多工作。一大批國產診斷儀在使用中受到了用戶的好評。這些診斷儀不僅可以診斷單一車型，換不同的插卡可以診斷歐亞美所有企業的車型。為了統一的診斷模式，統一故障診斷儀的插座，統一故障代碼的含義，OBD-II型自診斷系統以被個國汽車制造企業接受，將使故障診斷儀向統一的方向發展。故障診斷儀可以診斷汽車上多個計算機系統，例如發動機系統，發動機2，變速箱系統（AT），剎車系統（ABS），空調/加熱（AC），防盜系統（IMB）每個系統都有多項診斷功能，例如控制電腦型號、讀取故障碼、清除故障碼、測試執行元件、讀測量數據塊等功能（2）故障碼由于歷史的原因，不同汽車制造廠，不同車型，不同出廠年代的故障代碼有不同的含義。例如3.讀取故障碼讀取故障碼的方法因不同制造廠、不同