Styrenheter och styrsystem
Mikael Harrysson
Electronic ET036
Mittuniversitetet Östersund
Styrenheter och styrsystem
Introduktion
Denna text kommer att ge en ingående beskrivning om hur en styrbox arbetar och hur den
är uppbyggd. Kommer även ge en hint av några olika delar som spelar en betydelsefull roll i
styrboxens sätt att kontrollera motorn. Kommer även inkludera fakta om lite olika
styrsystem som kan ingå i en bil.
Styrning av komponenter
När man började använda sig av styrboxar var deras uppgift endast att se till så att en
perfekt förbränning i motorn råder, allt eftersom högre krav på avgas utsläpp började
komma. Men eftersom tekniken rör sig framåt så används idag även mer och mer styrboxar
för styrning av system som komfortsystemet och säkerhetssystem.
Styrningen fungerar på så sätt att de får in signaler från olika givare som är placerade runt
motorn och andra ställen runt bilen. På så sätt kan man få information om vad som
egentligen händer utanför motorn och bilen. Dessa signaler skickas då från någon givare via
analoga signaler, men eftersom styrboxarna bara kan ta emot digitala signaler måste dessa
signaler omvandlas till digitala signaler för att styrboxens ska kunna förstå värdena. Samma
princip när styrboxen ska skicka ut en signal och styra en komponent, fast då till analoga.
Omvandling av signalerna är möjliga med hjälp av en så kallad AD- omvandlare, uttrycket
står för analoga till digitala signaler. Och därför finns då även DA-omvandlare för omvandling
åt andra hållet.
Lambdasond
Den styrenhet som styr motorn bruka vara den som är kraftigast på grund av att denna ska
kunna analysera så många olika värden från de olika givarna, så att motorn får en ideal
förbränning. Vilket måste ske otroligt snabbt allt eftersom motorn roterar i hastigheter runt
2000 varv per minut vid vanlig körning. Styrenheten tar då hjälp av värdena från
lamdasonden för att se hur blandningen mellan bränsle och syre är, där den ideal är 14,7 kg
luft på 1 kg bränsle om man snackar om bensin. Fast istället för text så skickar den en svag
spänning till styrboxen om hur blandningen är, denna spänning pendla mellan 0-1 volt i en
plansond. Om exempelviss styrenheten då får en låg spänning så betyder det att de är en
mager blandning, vilket gör att styrenheten måste se till att blixtsnabbt ändra på
öppningstiderna på injektorerna så mer bränsle kommer in i förbränningsrummen. Vilket är
möjligt genom att styrenheten har kontroll över jordningen av strömmen som går över
injektorerna, så den kan därefter justera hur länge öppningarna ska pågå.
Mikael Harrysson
Electronic ET036
Mittuniversitetet Östersund
Luftmassemätare
Styrboxen utnyttjar även värden som kommer från luftmassmätaren alternativ
luftmängdmätare för att ta reda på hur mycket luft som kommer in i cylindrarna. Detta gör
den med hjälp av att enheten har en eller ett flertal platinatrådar som den värmer upp till en
viss temperatur. När luft då strömmar in så kyler den ner dessa trådar i luftmassemätaren,
nerkylningen i kombination med hur mycket ström det krävs för att hålla en konstant
temperatur på tråden blir då som en signal som skickas vidare till styrenheten. Denna signal
kan ligga mellan en spänning på 0-5 v. Luftmassemätarna är kombinerade med en
temperaturmätare som mäter temperaturen i insugsluften. På så sätt kan den anpassa
förbränningen utefter temperaturen, eftersom luft har olika densiteter vid olika
temperaturer.
CAN-buss
Men det är inte bara motorn som styrs av ett styrdon, utan även säkerhetssystem som ABS,
ESP och dylikt. Men dessa har en egen styrbox som kontrollerar dessa, som sedan
kominuserar med de andra styrboxarna i bilen med hjälp av ett CAN-buss system.
CAN-buss systemet är ett sätt att förenkla kommunikationen mellan olika styrboxar i
kombination med att det är utrymmes besparande, eftersom här behövs bara två kablar till
de olika boxarna för att skicka ett ”meddelande” mellan varandra. Som trots de två tunna
kablarna kan skicka de olika koderna i hastigheter uppemot 500 Kbit/s i drivaggregat kretsen,
som tillhör höghastighetskretsen. En stor fördel med CAN systemet är att det gör det mycket
enklare för tekniker att hitta de fel på bilen som kan uppstå, eftersom alla olika enheter kan
kommunicera med en central modul som spara alla felkoder som kan läsas av med hjälp av
en dator.
Multiplexer system
Ibland kan det hända att ett flertal kablar ska gå till samma sak, istället då för att dra ett
flertal kablar till varje enhet så kan man istället använda sig av en multiplexer (MUX). Denna
kan ta in ett flertal signaler och med hjälp av dem skicka ut den signal som är aktuell, som då
möjligtvis ska styra något. Ett bra exempel på detta är i bildörrarna på nyare bilar, där man
ska kunna styra ett flertal enheter. Vilket är möjligt med bara ett fåtal kablar istället för att
man måste dra en stor kabelhärva till dörren, som ständigt är i bändning. Multiplexen styrs
av de olika signalerna som den matas med via styringångarna, olika signaler gör det möjligt
att styra de olika insignalerna. För att sedan kunna styra olika komponenter med den
enstaka kabeln från MUX: EN så behöver man ha en demultiplexer istället, denna funkar på
samma sätt fast tvärt om.
Mikael Harrysson
Electronic ET036
Mittuniversitetet Östersund
Uppbyggnad
En styrbox är uppbyggd på ungefär samma sätt som en dator, vilket betyder att även den har
en CPU, rom minne, ram minne. Fast dessa komponenter är långt ifrån de hastigheter som
en modern dator är uppe i. En CPU i styrboxen kan ligga på cirka 40 MHz medan en dator
ligger uppemot några GHz istället. Men en styrbox behöver inte vara så pass snabb eftersom
koderna i de olika mikroprocesserna inte tar upp mer än någon 1 megabyte max.
De har även en så kallad buss som länkar ihop de olika delarna, detta för att de alla ska
kunna kommunicera mellan varandra. Buss samman länkningen kan vara 8-bit, 16-bit eller
32-bit detta beror helt på vilken kapacitet det är på CPU: n. De måste stämma överens så att
CPU: n hinner sända vidare information lika fort som den bearbetar det. Vilket brukar skapa
problem eftersom det oftast inte är möjligt, allt eftersom buss länkningen inte kan ta emot
så höga frekvenser som CPU: n klarar att skicka.
Read-only memory (ROM minne) dennas uppgift är att spara olika data som skickas i
enheten. ROM minnets fördel är att den inte förlorar all information när den är strömlös
som bland annat RAM minnet gör. En nackdel med den är dock att den inte har möjlighet att
ändra på data, de vill säga att den inte är programmerbar. Därför bruka man även använda
EEPROM minnen i en styrbox, dessa kan man både programmera och även radera det som
programmerats ifall något skulle vara fel eller om man ska ändra något. Då den smidigaste är
flash EEPROM eftersom dessa kan mycket enklare programmeras, eftersom de kan
programmeras även när den sitter isolerad inne i styrdonet. Denna mikroprocessor
underlättar för de som vill trimma sin bil eftersom justering av t.ex. bränsle insprutningen
kan ske med endast en dator kopplad till ett OBD uttag.
Som innan sagt så finns då även ett Random-Access-Memory (RAM minne) detta har som
uppgift att spara tillfällig data och analysera värden innan t.ex. CPU: N kommer åt dem. RAM
minnet har direkt kontakt med alla lagrings utrymmen i en enhet. Nackdelen med RAM
minnena är att dessa är tvungna att ha ström för att fungera, vilket betyder att all lagrad
data på dem går förlorade om enheterna blir strömlös.
Referenser
Luftmassemätaren
http://en.wikipedia.org/wiki/Mass_flow_sensor
Styrenhetens funktion
http://auto.howstuffworks.com/under-the-hood/trends-innovations/car-computer1.htm
Can-buss systemet
http://en.wikipedia.org/wiki/CAN_bus
Styrenhetens uppbyggnad
Automotive Microelectronics edition 2001 (sidorna 24-29)
Mikael Harrysson
Electronic ET036
Mittuniversitetet Östersund
