Бортовой компьютер – как он работает, как устроен

Бортовой компьютер автомобиля: что это такое и как работает,устройство,виды

Современный автомобиль, «нафаршированный» всевозможной электроникой, с полной уверенностью можно назвать «компьютером на колесах». Различные микропроцессоры, программы и датчики призваны свести к минимуму так называемый «человеческий фактор» (ошибки человека-водителя) и сделать максимально удобным и комфортным эксплуатацию автомобиля.

И основная роль в электронном управлении автомобиля отведена «бортовому компьютеру», который является вычислительным устройством для считывания и обработки данных о работе основных систем и узлов автомобиля с последующим выводом результатов на экран монитора (или ЖК-дисплея).

Было время, когда бортовыми компьютерами оснащались только дорогие авто премиум-класса. Но технический прогресс не стоит на месте, и подобные устройства уже устанавливают серийно даже в недорогих автомобилях. Кроме того, в некоторых моделях, где «бортовик» не установлен заводом-изготовителем, его можно установить дополнительно. Ниже мы рассмотрим, какие бывают бортовые компьютеры, на что они способны и как они работают.

Что такое электронный блок управления (ЭБУ)

Когда в различных странах только-только были приняты законы о выбросах, ещё можно было обойтись без микропроцессоров в двигателе. Но с принятием более строгих законов о выбросах, стали необходимы более сложные схемы управления, чтобы регулировать качество смеси воздух/топливо таким образом, чтобы катализатор мог удалить много загрязнения из выхлопных газов.

Управление двигателем является наиболее интенсивной работой бортового компьютера в автомобиле, и блок управления двигателем (ЭБУ) является самым мощным компьютером на большинстве автомобилей. ЭБУ использует контроль с обратной связью — схему управления, которая анализирует выходные данные работы двигателя для управления им же, контролируя выбросы и экономию топлива двигателя (а также множество других параметров). Собирая данные из десятков различных датчиков, ЭБУ знает всё, начиная от температуры охлаждающей жидкости до количества каждого вещества в выхлопных газах. С помощью этих данных он выполняет миллионы вычислений каждую секунду, в том числе анализ значений в таблицах данных о работе двигателя, расчёт результатов длинных уравнений, принятие решения о лучшем времени подачи искры и определении того, как долго топливный инжектор должен быть открыт. ЭБУ делает всё это для обеспечения самого низкого показателя выбросов и лучшего пробега на одном топливном баке.

Так выглядит ЭБУ

Кроме того, ЭБУ бортового компьютера работает в команде практически со всеми датчиками и устройствами управления во всём автомобиле.

Современный ЭБУ может содержать 32-битный процессор 100-200 МГц. Это может показаться не так быстро по сравнению с более чем 2 000 МГц, которые Вы, вероятно, имеете в Вашем компьютере, но помните, что процессор в Вашем автомобиле работает над гораздо менее нагруженным кодом, чем Ваш домашний компьютер. Код в среднем ЭБУ занимает менее 5 мегабайт (МБ) памяти. Для сравнения, Вы, вероятно, работаете на ноутбуке не менее чем с 4 гигабайтами (ГБ) оперативной памяти, что в 800 раз больше, чем в ЭБУ.

Бортовой компьютер состоит из сотен компонентов на многослойной плате. Некоторые из основных компонентов в ЭБУ, которые поддерживают процессор, включают в себя:

• Аналого-цифровые преобразователи. Это устройства для чтения выходов из некоторых датчиков в автомобиле, например, датчика кислорода. Выход кислородного датчика является по своей природе аналоговым сигналом с напряжением обычно между 0 и 1,1 вольт (В). Процессор же умеет понимать только цифровые значения, поэтому аналого-цифровой преобразователь изменяет это напряжение в 10-битный цифровой сигнал.
• Цифровые выходы высокого уровня. На многих современных автомобилях ЭБУ управляет свечами зажигания, открывает и закрывает топливные инжекторы и включает/выключает вентилятор охлаждения радиатора. Все эти задачи требуют цифровых выходов. Цифровой выход либо включен, либо выключен (называется булевый тип) — нет другого значения. Например, выход для управления вентилятором может обеспечить 12 В и 0,5 А для реле вентилятора, когда он включен, и 0 В, когда он выключен. Крошечное количество энергии, которое процессор может выводить, возбуждает транзистор в цифровом выходе, что позволяет ему выдать намного большее количество энергии, чтобы реле вентилятора системы охлаждения включилось, что в свою очередь обеспечивает ещё большее количество энергии, чтобы охлаждающий вентилятор начал крутиться.
• Цифро-аналоговые преобразователи. Иногда ЭБУ должен обеспечить выход аналогового напряжения для управления некоторыми компонентами двигателя. Так как процессор ЭБУ представляет собой цифровое устройство, он должен иметь в наличии такой компонент, который может конвертировать цифровой номер в аналоговое напряжение.
• Очистители сигнала. Иногда входы или выходы должны быть скорректированы для их читабельности. Например, аналого-цифровой преобразователь, который считывает напряжение от датчика кислорода, может быть создан для чтения 0-5 Вольт сигнала, но кислородный датчик выдает всего 0-1,1 Вольт. Очиститель сигнала — это схема, которая регулирует уровень сигналов, поступающих в и извне. Например, если мы применили очиститель сигнала, который умножает напряжение от датчика кислорода на 4, то мы получим 0-4,4 Вольт сигнала, что позволит аналого-цифровому преобразователю читать напряжение более точно.
• Объединение чипов. Все микросхемы в бортовом компьютере автомобиля плотно сообщены между собой. Есть несколько стандартов, используемых для их коммуникации, но доминирующим в автомобиле является стандарт CAN (Controller Area Network). Этот стандарт связи позволяет развивать скорость обмена данными до 500 килобит в секунду. Это намного быстрее, чем более старые стандарты. Эта скорость становится необходимой, поскольку некоторые модули передачи данных на шине работают сотни раз в секунду.

1 Бортовые компьютеры какие виды бывают

Любой универсальный компьютер, который установлен в салоне авто является бортовым управляющим компьютером. Подобными устройствами оснащаются современные автомобили с инжекторными и дизельными двигателями, которые в свою очередь оснащены электронным блоком управления. На карбюраторных автомобилях, установка управляющих компьютеров не производится. Кроме того, универсальным компьютером часто является обычный “маршрутник” или диагностический сканер, который служит для выявления и исправления ошибок в системе ЭБУ. Таким образом, все бортовые системы автомобиля уместно разделить на несколько видов по их назначению и функциональным особенностям, реализованных в устройстве. Любой тип компьютера служит для облегчения комфортабельности водителя и пассажира и улучшения характеристик авто.

Бортовой управляющий компьютер

Комплексное устройство, сочетающее в себе функции компьютера и спутникового навигатора. Помимо этого, устройство оснащается всевозможными датчиками и другими исполнительными механизмами, которые выполняют различные функции среди которых:

• управление форсунками и зажиганием авто;
• контроль расхода топлива и повышение экономичности двигателя;
• контроль параметров работы коробки передач;
• управление двусторонней связью, парктрониками, камерой заднего вида и т.д.;
• определение давления масла, температуры охлаждающей жидкости, расхода воздуха;
• регулировка напряжения бортовой сети, контроль заряда АКБ;
• управление круиз и климат контролем в салоне;
• голосовые предупреждения о смене курса или полосы движения;
• чтение и сброс кодов ошибок в системе ЭБУ.

Механизм для чтения и сброса кодов ошибок в системе ЭБУ

Помимо представленных функций управляющий компьютер может выполнять и другие – все зависит от возможностей устройства определенной модели. Как правило, все компьютеры подобного типа оснащаются ЖК-дисплеем различных размеров с сенсором или без. Такие бортовые устройства не влияют на функциональность самого автомобиля, даже в случае выхода из строя, а степень итеграции компьютера в общую электрическую систему авто нельзя назвать высокой, это скорее опция.

Так как определенных стандартов для той или иной модели компьютеров не существует, то конструктивные особенности бортовых компьютеров, в частности управляющих процессоров, могут быть различными (1DIN, 2 DIN). Чаще всего, качественный компьютер для автомобиля ничем не отличается от обычного ПК, в нем также присутствую электромеханические накопители и микросхемы для флэш-памяти.

Как считает расхода топлива

Многих водителей интересует работа БК в автомобиле и точность предоставляемых им данных. При исправных системах прибор показывает достаточно точные данные.

Расход топлива вычисляется по интервалу открытия и закрытия форсунок. Это микросекунды. При нажатии на газ интервал увеличивается и подается больше горючего. Компьютер берет в расчет пропускную способность форсунок, которая точно известна. Также важно состояние бензонасоса и фильтра. Исходя из этих данных, БК показывает средний и текущий расход при заданной скорости. Зная объем топлива в бензобаке и его расход, компьютер без труда определяет оставшееся расстояние поездки. По похожему принципу рассчитываются и многие другие параметры (масло, давление). Данные могут не совпадать, если какая-то из систем неисправна. Например, забиты форсунки или сбились настройки. Даже использование нестандартной резины может существенно повлиять на результат.

Разновидности бортовых компьютеров

Современные бортовые компьютеры для автомобилей подразделяются на две основных разновидности:

• универсальные – адаптирующиеся к любой модели авто;
• модельные – изначально прошитые под определённую модель автомашины.

Модельные компьютеры, как правило, устанавливают на заводе-изготовителе или в фирменном сервисном центре. С другими моделями авто они работать не могут, зато превосходно адаптированы для управления своим авто.

Универсальный бортовой компьютер без проблем работает на автомашинах любых марок, необходимо лишь обновить программное обеспечение перед подключением, установив соответствующую версию.

Управляющий компьютер

Главный блок системы электронного управления называется управляющим компьютером. Данное устройство является детищем компании IBM, которое было создано для автомобилей марки BMW в 1981 году. В состав управляющего компьютера входит один или несколько независимых цифровых вычислителей, которые имеют собственные датчики, а также исполнительные механизмы. Однако чаще всего она реализована в виде единой разветвленной цифровой системы, имеющей определенный набор функций и возможностей.

Основные функции управляющего компьютера:

1. Система управления форсунками.
2. ABS.
3. Систему управления опережением зажигания.
4. Блок управления АКПП.
5. Круиз-контроль или блок управления скоростными способностями.
6. Климатические системы (климат-контроль).

Кроме того, основными функциями управляющего компьютера принято считать мгновенное определение параметров работы двигателя, среди которых:

1. Давление масла.
2. Температура охлаждающей жидкости (ОЖ).
3. Расход воздуха.
4. Скорость вращения коленвала.
5. Способность регулировать напряжение бортовой сети автомобиля и ток заряда АКБ.
6. Аварийное сигнализирование о перегреве двигателя.
7. Превышение рекомендованного скоростного максимума.
8. Езда с не пристегнутыми ремнями безопасности и многое другое.

Чем полезен бортовой компьютер?

Вы задумывались, сколько на самом деле горючего расходуется при том или ином режиме езды? Какой реальный расход при выполнении обгона на пониженной передаче? Сколько ваш автомобиль потребляет в холодном состоянии и какая оптимальная скорость езды до полного прогрева? Контроль расхода топлива позволит видеть на бортовом компьютере средние и мгновенные затраты бензина или дизеля. Отображение оставшегося в баке топлива и расстояние, которое можно проехать, позволит точно спланировать поездку и маршрут.

Бортовой компьютер также создан для вывода и последующего анализа данных обо всех агрегатах автомобиля. Автомобильные компьютеры предупреждают и мгновенно сообщают о найденных неполадках или проблемах. При эксплуатации любого современного автомобиля надежная и безотказная работа невозможна без точного системного контроля всех процессов. Бортовой компьютер предназначается именно для таких целей.

Если вы собрались купить бортовой компьютер, — это правильное решение и хороший подарок для вашего автомобиля. Какую же именно модель выбрать, ведь резерв функционала современного бортового компьютера не ограничивается парой функций? Наоборот, он может предоставить вам порядка сотни возможностей, хотя все зависит от модели бортового компьютера, цены и его производителя.

В заключении

Как видите, стоимость БК может сильно варьироваться, поэтому при выборе гаджета в первую очередь определитесь, какие функции он должен выполнять, и вы обязательно найдете модель самого подходящего портативного помощника.