Входы, обработки, выходов
Все современные системы с микропроцессорным управлением используют различные датчики, переключатели, сигнальные цепи напряжения, наземные сигнальные схемы и т. д. для предоставления информации модулю управления системой. Эти датчики, выключатели и другие компоненты известны как устройства ввода; информация или сигналы, которые они предоставляют, известны просто как входы. Обычно каждый вход имеет свой собственный выделенный терминал или контакт в модуле управления.
Схема №264
Некоторые примеры входных сигналов для модуля управления системой климат-контроля:
- Температура в сердцевине нагревателя (от датчиков температуры сердцевины нагревателя)
- Температура испарителя (от датчика температуры испарителя)
- Давление хладагента (от реле давления компаунда на ресивере / осушителе)
- Положение маховика слоистого воздуха (от потенциометра маховика)
- Скорость транспортного средства (с датчика скорости транспортного средства)
- Запрос компрессора кондиционирования воздуха (от кнопки " снежинка " компрессора кондиционера)
- Пусковой сигнал (от выключателя зажигания).
Модуль управления системой многократно принимает все входные сигналы (много раз в секунду) и обрабатывает их.
Инженеры и исследователи думали о том, как модуль должен реагировать на конкретные входные сигналы, комбинации входных сигналов или даже отсутствующие входы, а затем программировали микропроцессор модуля управления для выполнения в каждом случае.
Схема №265
Каждый раз, когда модуль управления обрабатывает входные сигналы, он обеспечивает цепи питания или массы для работы соленоидов, шаговых двигателей, реле, ламп и т. Д., Или он может посылать сигналы в другие модули управления. Сигналы или цепи питания / массы, предоставляемые модулем управления, известны как его выходы. Фактически управляемый компонент (реле, соленоид, двигатель и т. д.) Называется устройством вывода.
Например, климатический модуль IHKA управляет как двигателем воздуходувки, так и водяными клапанами.
- Входным сигналом, используемым для запроса скорости воздуходувки, является ручка частоты вращения вентилятора, которая идет в область обработки для управления скоростью вентилятора. Если устройство ввода неисправно или цепь повреждена, область обработки управления вентилятором не получает всю необходимую информацию и будет управлять частотой вращения вентилятора на основе заменяющего значения.
- Однако обработка по управлению водяным клапаном, которая не использует входной сигнал ручки скорости воздуходувки, будет продолжать функционировать нормально.
Для эффективного выполнения диагностики важно понять, какие входы используются для управления конкретным выходом. Или, возможно, что более важно, какие вводы не повлияют на конкретный выход.
BMW использует схемы входов, обработки и выходов (ipos) для быстрого просмотра важных функций систем с микропроцессорным управлением. Обычно (как показано на предыдущем графике) входы показаны в левой части IPO, процессор (управляющий модуль) показан посередине, а выходы - справа.
Схема №266
Мониторинг температурных датчиков
Несколько различных датчиков температуры обеспечивают входы для модуля климат-контроля. Эти отрицательные температурные коэффициенты (NTC) являются резисторами, которые чувствительны к изменениям температуры.
Датчики NTC, используемые в системах климат-контроля Ihkr и ICHKA, обладают тем свойством, что их сопротивление уменьшается с увеличением температуры.
Схема №267
" Кривая сопротивления " (график зависимости температуры от сопротивления) для датчика температуры сердцевины нагревателя показана ниже.
Схема №268
Управляющий модуль прикладывает опорное напряжение (приблизительно 5 вольт постоянного тока) к каждой цепи датчика, как показано здесь, и контролирует напряжение, присутствующее на сигнальной цепи датчика. В показанном примере напряжение сигнала датчика контролируется управляющим модулем в точке " A " в цепи.
Резистор, показанный внутри модуля управления, имеет " фиксированное " сопротивление (его сопротивление НЕ изменяется с температурой). Он добавляется в цепь датчика температуры, чтобы снизить напряжение питания от батареи до опорного напряжения 5 вольт, на которое будет влиять сопротивление датчика.
Схема №269
Пример сердечника нагревателя, показанный выше, может быть перерисован в виде простой схемы с размещением вольтметра в точке, где модуль управления будет измерять напряжение датчика.
Схема №270
Модуль управления запрограммирован на значения напряжения, которые являются разумными для каждой сигнальной цепи. Если модуль получает сигнал напряжения, который слишком высок или слишком низок для конкретного датчика, он предполагает, что датчик неисправен и игнорирует сигнал.
Затем модуль сохранит код неисправности в памяти и начнет использовать " заменяющее " значение вместо фактического сигнала датчика. Это позволяет системе климат-контроля функционировать до тех пор, пока неисправный компонент не сможет быть заменен.
" Y-фактор "
Y-фактор - это термин, используемый для описания того, сколько отопительных усилий или охлаждающих усилий (выраженных в процентах) требуется микропроцессорной системе климат-контроля (Ihkr / IHTKA) для достижения желаемой температуры пассажирского салона. Термины " регулирующий коэффициент ", " главный контроллер " и " направляющее управление " иногда используются вместо Y -фактора.
Схема №271
Модуль управления системой климат-контроля вычисляет коэффициент Y (фактически два коэффициента Y, один для стороны водителя транспортного средства, Yl, и другой для стороны пассажира, Y R), используя информацию, которую он получает от некоторых входов.
- Левая требуемая температура
- Внутренняя температура
- Температура активной зоны левого нагревателя
- Нужная желаемая температура
- Температура окружающей среды
- Температура сердцевины правого нагревателя
Y-факторы (левый и правый), вычисленные по этим входам, имеют числовые значения в диапазоне от -27,5% до + 100% и могут отображаться на DIS для диагностических целей. (За исключением E46)
Значения между -27,5% и 20% указывают на то, что система работает для охлаждения интерьера; значения от примерно 20% до 100% показывают, что она прогревает интерьер.
Схема №272
Чем ниже номер Y-фактора, тем тяжелее система работает над охлаждением интерьера; чем выше номер, тем труднее системе работать над прогревом интерьера. В средней области система работает для поддержания существующей внутренней температуры.
Схема №273
Желаемые температуры (слева и справа) и внутренняя температура являются основными входными сигналами, используемыми для вычисления Y-фактора. (Модуль управления отслеживает температуру, которую хотят пассажиры, контролирует существующую внутреннюю температуру и управляет выходами для обеспечения соответствия двух значений.) Левый требуемый входной сигнал имеет приоритет над правым, когда левый вход установлен на минимальное или максимальное значение.
Для заданного Y-фактора модуль управления может выполнять следующие действия, чтобы достичь желаемых внутренних температур
- Импульсный клапан управления потоком теплоносителя для регулирования температуры левого сердечника нагревателя
- Импульсный клапан управления потоком хладагента для регулирования температуры сердцевины правого нагревателя
- Включить и выключить реле для включения электрического насоса охлаждающей жидкости (за исключением E36 и xtigx1) E46
- Использовать шаговые двигатели для рециркуляции внутреннего воздуха, вместо использования наружного воздуха
- Управление шаговыми двигателями для контроля места выпуска воздуха (только IHKA)
- Увеличить скорость воздуходувки для уменьшения времени внутреннего охлаждения или прогрева (только IHKA)
Некоторые показания температуры образца с приблизительными значениями Y-фактора отображаются ниже и на следующей странице.
При большой разнице между желаемой и внутренней температурами следует ожидать Y-факторы 100%, поскольку система будет работать как можно усерднее для повышения температуры внутри помещения.
По мере прогрева салона Y-факторы постоянно снижаются, чтобы избежать грубого " перерегулирования " желаемых температур. Клапаны хладагента, первоначально удерживаемые " широко открытыми ", пульсируют чаще для уменьшения потока хладагента (и температуры ядра нагревателя). Из-за чрезвычайно низкой температуры окружающей среды модуль управления будет " увеличивать " (или в случае, показанном выше, " создавать ") разницу между внутренней и желаемой температурами, чтобы компенсировать быструю потерю тепла в атмосферу.
Несмотря на " соответствие " между внутренними и желаемыми температурами, Y-факторы все еще будут 100% из-за низкой температуры ядра нагревателя. Модуль управления первоначально держит клапаны охлаждающей жидкости широко открытыми для использования всего тепла, доступного от двигателя. Как только сердечники нагревателей начинают прогреваться, однако, Y- коэффициенты будут быстро падать, поскольку достаточное количество тепла может быть получено при очень низком потоке через сердечники.
Схема №274
При прогретом двигателе система климат-контроля затрачивает очень мало усилий на поддержание внутренней температуры. Клапаны охлаждающей жидкости редко открываются, поддерживая температуру в ядре отопителя чуть выше желаемых температур.
Схема №275
При такой большой разнице между внутренней и желаемой температурами требуется максимальная охлаждающая мощность. Температура сердцевины нагревателя будет быстро падать, так как клапаны хладагента будут оставаться закрытыми. Модуль активирует рециркуляцию.
Схема №276
Хотя внутренняя температура приближается к стабилизации, система должна продолжать напряженно работать из-за высокой температуры окружающей среды.
В настоящее время температура нагревательных элементов близка к температуре испарителя, поскольку они помещаются непосредственно в поток холодного воздуха и клапаны хладагента остаются закрытыми. Как только внутренняя температура упадет еще на несколько градусов, режим рециркуляции будет прекращен, и система будет втягивать только свежий воздух.
" Обычный " шаговый двигатель
Чрезвычайно простая схема шагового двигателя показана справа; он состоит из постоянного магнита в форме стержня, который может вращаться вокруг своего центра, куска мягкого железа С-образной формы, отрезка изолированного медного провода (обернутого вокруг кусочка мягкого чугуна), переключателя и батареи.
Схема №277
При разомкнутом переключателе стержневой магнит будет поворачиваться, чтобы расположиться вместе с мягким железом, как показано на рисунке, и он останется там.
Когда выключатель замкнут, ток течет по проводу, создавая магнитное поле. Провод, обернутый вокруг мягкого железа в направлении, показанном здесь, северный полюс магнитного поля будет расположен наверху.
Схема №278
Так как " подобные " полюса отталкиваются и противоположности притягиваются, ротор постоянного магнита повернется на 180 градусов для выравнивания себя с новым магнитным полем и тогда он остановится на этом.
ПримечаниеВ этом простом двигателе ротор может поворачиваться в любом направлении, чтобы достичь своего нового положения.
Размыкание переключателя вызовет схлопывание магнитного поля, но ротор останется в новом положении.
Схема №279
Тем не менее, путем изменения полярности батареи и замыкания переключателя создается новое магнитное поле. Оно имеет свой северный полюс, расположенный в нижней части " C ". Ротор снова движется, на этот раз обратно в исходное положение.
Используя эту информацию, мы снова можем перерисовать части схемы несколько иным способом, чтобы получить шаговый двигатель, который ближе к тем, которые встречаются на автомобилях BMW.
Все, что мы сделали, это обернули две катушки вокруг сердечника из мягкого железа (по одной обмотке в каждом направлении для получения противоположных полярностей) и использовали два переключателя, чтобы каждая катушка могла питаться независимо.
Схема №280
Перестановка некоторых частей этой схемы еще раз помещает начало обеих катушек в середину " C " (по производственным причинам), поэтому мы должны намотать верхнюю катушку в другом направлении, чтобы ее полярность оставалась одинаковой.
Нижняя катушка - без изменений.
Схема №281
Теперь, кратковременно замыкающий переключатель " В " возбуждает нижнюю катушку, образуется магнитное поле с его северным полюсом вверху, и ротор поворачивается на 180 градусов для выравнивания с полем.
Схема №282
Кратковременно замыкающий переключатель " А " возбуждает верхнюю катушку, образуется магнитное поле с его северным полюсом внизу, и ротор снова поворачивается на 180 градусов для совмещения с новым полем.
Схема №283
Попеременное замыкание переключателей " A " и " B " переключает полярность магнитного поля, заставляя ротор вращаться с шагом 180 градусов
Сравнить наш " общий " шаговый двигатель 90 ° с шаговым двигателем системы климат-контроля BMW, как показано в руководстве по поиску и устранению неисправностей электрооборудования (ETM), и обратить внимание на сходство.
Схема №284
Схема №285
Они оба
- Имеют 4 катушки, расположенные вокруг ротора с постоянным магнитом
- Иметь 4 катушки, получающие питание непосредственно от батареи
- Запитать катушки по отдельности с помощью заземляющих переключателей (транзисторы внутри модуля управления для версии ETM)
Еще одно важное отличие для фактической части BMW заключается в том, что он установлен на высоком редукторе. Фактически, на типичном шаговом двигателе ротор шагового двигателя должен вращаться около 300 оборотов (это 7200 отдельных шагов ротора), чтобы выходной вал коробки передач вращался всего за один оборот.
Схема №286
Этот редуктор позволяет двигателю относительно малой мощности управлять створками против значительных сил всасывания и давления, создаваемых двигателем воздуходувки.
Взглянув еще раз на " настоящий " шаговый двигатель BMW, обратить внимание, что для него требуется 5 соединений
- Питание (на все 4 катушки)
- Земля (управление) на катушку " S1 "
- Земля (управление) на катушку " S2 "
- Земля (управление) на катушку " S3 "
- Земля (управление) на катушку " S4 "
Эти соединения важны для диагностических целей, так как непрактично запускать шаговый двигатель после его отсоединения от модуля управления.
Одним из способов проверки неисправного шагового двигателя является измерение сопротивления катушки.
Схема №287
На шаговых двигателях E31, E32 и xtigx2, за исключением двигателя заслонки свежего воздуха, каждая из 4 катушек возбуждения двигателя имеет сопротивление около 85 Ом. E34
Для двигателя заслонки подачи свежего воздуха только на транспортных средствах E31, E32 и xtaгx2 каждая из 4 катушек возбуждения имеет сопротивление около 26 Ом. E34
Двигатель заслонки свежего воздуха предназначен для работы быстрее в направлении " закрыть заслонку ", чем в направлении с " открытой заслонкой ", поэтому он имеет различные характеристики. Легко отличить шаговый двигатель заслонки чистого воздуха от других двигателей, потому что у него другая идентификационная метка цвета; обычно красный или синий, в зависимости от даты производства.
Схема №288
" Умные " шаговые двигатели
До появления E38 шаговые двигатели, используемые в системах климат-контроля Ihkr и IХКА, не содержали электронных компонентов, а для обслуживания всех узлов двигателя требовалось только 3 номера деталей. Как было описано ранее в этом Раздаточном материале, двигатели состояли из катушек медной проволоки, обернутых вокруг железных сердечников (полюсных наконечников), и роторов с постоянными магнитами, все они крепились к механической коробке передач высокого редуктора. Компоненты электронного управления системой располагались внутри модуля климатического контроля.
Начиная с системы климат-контроля E38, некоторые электронные компоненты модуля управления были перенесены в шаговые двигатели, что сделало двигатели E38 (за исключением двигателя заслонок свежего воздуха) существенно отличающимися от " обычных " шаговых двигателей, которые мы уже обсуждали.
Цепи, питающие эти новые " умные " шаговые двигатели, также изменились - для одного есть только три схемы
- Питание
- Масса
- Сигнал
Кроме того, все 9 интеллектуальных шаговых двигателей, используемых в системе E38, совместно используют один и тот же набор силовых, наземных и сигнальных цепей. (Левая и правая ветви подключены внутри модуля управления.) У " обычного " шагового двигателя заслонки свежего воздуха имеют свои отдельные цепи.
Схема №289
Эти шаговые двигатели имеют тот же тип редуктора, ротор с постоянными магнитами и 4 катушки возбуждения, что и " обычный " шаговый двигатель. Кроме того, он все еще получает рабочие сигналы от модуля управления системой.
Шаговый двигатель E38 / E39 / xtigx2 постоянно получает питание и масса на двух клеммах, а инструкция по эксплуатации - на третьей. E46
Схема №290
Инструкции по эксплуатации - это цифровые сигналы, которые " говорят " шаговому двигателю, открывать или закрывать заслонку. Микропроцессор внутри шагового двигателя получает команды и преобразует их в импульсы для работы ротора с постоянным магнитом.
Обратить внимание, что это 3-проводное устройство (называемое M-шина) позволяет модулю управления управлять двигателем с использованием только 1 сигнальной цепи вместо 4 цепей управления, используемых ранее.
Кроме того, поскольку все 9 интеллектуальных шаговых двигателей подключены к одной сигнальной цепи, в общей сложности 35 отдельных цепей между модулем управления и двигателями могут быть исключены.
Но как система может работать всего с одной сигнальной цепью для всех 9 моторов?
Схема №291
- Каждый из 9 шаговых двигателей отличается (и имеет свой номер детали).
- Модуль управления определяет, каким двигателем он хочет управлять до того, как выдаст команды.
Номер детали четко обозначен на каждом шаговом двигателе, и каждый шаговый двигатель должен быть установлен в правильном месте на корпусе климат-контроля.
Инструкции по эксплуатации, выданные интеллектуальным шаговым двигателям модулем управления, гораздо более сложные, чем с обычными шаговыми двигателями. Последовательность событий показана ниже
- Модуль управления определяет, что положение закрылка должно измениться
- Он выдает " звонок-будильник ", чтобы предупредить шаговые двигатели о поступлении команды
- Он " называет " мотор, который должен реагировать на команду
- Он выдает командный сигнал, например " двигайтесь на 15 шагов по часовой стрелке "
- Все шаговые двигатели " слышат " команду
- Только шаговый двигатель, который " слышит свое имя " следует команде
- Затем " названный " шаговый двигатель сообщает модулю управления, что он выполнил команду