Viðfangsefni:
- Inngangur
- Óvirkir skynjarar
- Virkir skynjarar
- Greindir skynjarar
- Umsóknir í bílatækni
- Mælingar á skynjurum
- Merkjasending frá skynjara til ECU
- SENT (Single Edge Nibble Transmission)
- Aflgjafi og merkjavinnsla
Kynning:
Skynjarar mæla eðlisstærðir og breyta þeim í rafspennu. Þessar spennur eru unnar í örstýringunni (ECU) og lesnar sem „merki“. Merkið er hægt að dæma út frá spennustigi eða tíðni sem merki breytist á.
Óvirkir skynjarar:
Óvirkur skynjari skynjar og mælir líkamlegt magn og breytir því í annað líkamlegt magn. Dæmi um þetta er að breyta hitastigi í a viðnámsgildi. Óvirkur skynjari býr ekki til neina spennu sjálfur, en bregst við viðmiðunarspennu frá ECU. Óvirkur skynjari þarf ekki spennu til að virka.
Óvirkir skynjarar hafa venjulega tvær eða þrjár tengingar:
- viðmiðunar- eða merkjavír (blár);
- jarðvír (brúnn);
- hlífðarvír (svartur).
Stundum inniheldur óvirkur skynjari aðeins einn vír: í því tilviki þjónar hús skynjarans sem jörð. Þriðji vírinn getur þjónað sem hlífðarvörn. Jakkinn er jarðtengdur í gegnum ECU. Hlífði vírinn er sérstaklega notaður fyrir truflunarnæm merki eins og frá stöðuskynjara sveifarásar og höggskynjara.
Dæmi um óvirkan skynjara er a NTC hitaskynjari. Viðmiðunarspennan 5 volt er notuð sem spennuskil milli viðnámsins í rafeindabúnaðinum og í skynjaranum, svo ekki sem spennuspenna fyrir skynjarann. Spennustigið á milli viðnámanna (fer eftir NTC viðnámsgildinu) er lesið af ECU og þýtt í hitastig. Hringrásin með viðnámunum er útskýrð í kaflanum: „Spennugjöf og merkjavinnsla“ lengra á þessari síðu.
Virkir skynjarar:
Virkir skynjarar innihalda rafrás í húsinu til að breyta eðlisfræðilegu magni í spennugildi. Rafrásin þarf oft stöðuga framboðsspennu til að starfa.
Í flestum tilfellum hefur þessi tegund af skynjara þrjár tengingar:
- plús (venjulega 5,0 volt);
- massi;
- merki.
Stöðugt 5 volta aflgjafinn er til staðar frá stjórneiningunni og notaður af skynjaranum til að mynda hliðrænt merki (á milli 0 og 5 volt). Jákvæðu og jarðstrengirnir frá ECU eru oft tengdir við marga skynjara. Þetta er hægt að þekkja á hnútunum sem fleiri en tveir vírar eru tengdir við.
Hliðræna merkinu er breytt í stafrænt merki í ECU.
Í málsgrein „spönnun framboð og merkjavinnsla“ munum við ræða þetta nánar.
Greindur skynjari:
Greindir skynjarar hafa venjulega þrjár tengingar. Eins og með virku skynjarana, þá er rafmagnsvír (12 volt frá ECU eða beint í gegnum öryggi) og jarðvír (í gegnum ECU eða ytri jarðpunkt. Greindur skynjari sendir stafræna (LIN strætó) skilaboð til ECU og annarra skynjara. Það er þá meistari-þrælareglu.
Innra í skynjaranum breytir A/D breytir hliðrænu í stafrænt merki.
- Analog: 0 – 5 volt;
- Stafrænt: 0 eða 1.
Í Het LIN strætómerki í víkjandi ástandi (12 volt) er það 1 og í ríkjandi ástandi (0 volt) er það 0.
Umsóknir í bílatækni:
Í bílatækni getum við gert eftirfarandi flokkun á mismunandi gerðum skynjara:
Óvirkir skynjarar:
- Bankskynjari;
- Stöðuskynjari sveifarásar;
- Hitaskynjari (NTC/PTC);
- Lambdaskynjari (stökkskynjari / sirkon);
- Inductive hæðarskynjari;
- Kveikja (kveikja/slökkva)
Virkir skynjarar:
- Stöðuskynjari sveifarásar/knastáss (Hall);
- Massaloftmælir;
- Breiðband lambdaskynjari;
- Þrýstiskynjari (hleðsluþrýstingur / túrbóþrýstingsnemi);
- ABS skynjari (Hall/MRE);
- Hröðunar-/hraðaminnkun skynjari (YAW);
- Radar/LIDAR skynjari;
- Ultrasonic skynjari (PDC / viðvörun);
- Stöðuskynjari (gas loki / EGR / hitari loki).
Greindur skynjari:
- Regn/ljósskynjari;
- Myndavélar;
- Þrýstiskynjari;
- Stýrishornskynjari;
- Rafhlöðuskynjari
Mæling á skynjurum:
Þegar skynjari virkar ekki rétt mun ökumaður í flestum tilfellum taka eftir því vegna þess að bilunarljós kviknar eða að eitthvað virkar ekki lengur sem skyldi. Ef skynjari í vélarrýminu veldur bilun gæti það valdið aflmissi og upplýst MIL (bilunarljós vélar).
Þegar ECU er lesið getur bilunarkóði birst ef ECU þekkir bilunina. Hins vegar leiðir villukóðinn ekki í öllum tilvikum beint til orsökarinnar. Það að viðkomandi skynjari virki ekki getur verið vegna þess að hann er gallaður en ekki er hægt að útiloka vandamál í raflögnum og/eða innstungum.
Það er líka mögulegt að skynjarinn gefi rangt gildi sem er ekki viðurkennt af ECU. Í því tilviki er enginn bilunarkóði geymdur heldur verður tæknimaðurinn að nota lifandi gögnin (sjá OBD síðuna) þarf að leita að lestri sem er utan seilingar.
Eftirfarandi mynd sýnir mælingu frá virkum skynjara. Aflgjafi (spennumunur á plús- og mínustengingum) skynjarans er athugað með stafrænum margmæli. Mælirinn sýnir 5 volt, þannig að þetta er í lagi.
Merkjaspennu er hægt að mæla með spennumæli eða sveiflusjá. Hvaða mælir er hentugur fer eftir merkjategundinni:
- voltmeter: hliðræn merki sem eru næstum stöðug;
- sveiflusjá: hliðræn merki og stafræn merki (vaktahringur / PWM).
Með einni eða fleiri mælingum getum við sýnt fram á að skynjarinn virkar ekki sem skyldi (merkið sem gefið er út er ósennilegt eða skynjarinn gefur ekki merki), eða að það er vandamál í raflögnum.
Með óvirkum skynjurum er í flestum tilfellum hægt að framkvæma viðnámsmælingu til að athuga hvort innri galli sé í skynjaranum.
Hugsanleg vandamál í raflögnum skynjara geta verið:
- truflun á jákvæðu jörðu eða merkjavír;
- skammhlaup á milli víra eða yfirbyggingar;
- umbreytingarviðnám í einum eða fleiri vírum;
- slæmar innstungur.
Á síðunni: leysa skynjara raflögn við skoðum sjö hugsanlegar bilanir sem geta komið upp í raflögn skynjara.
Merkjasending frá skynjara til ECU:
Það eru nokkrar aðferðir til að flytja merki frá skynjaranum yfir í ECU. Í bílatækni gætum við tekist á við eftirfarandi merkjagerðir:
- Amplitude Modulation (AM); spennustig gefur upplýsingar;
- Tíðnimótun (FM); tíðni merkisins veitir upplýsingar;
- Pulse Width Modulation (PWM); tímabreytingin á blokkspennu (vinnulotu) gefur upplýsingar.
Eftirfarandi þrjú dæmi sýna umfangsmerki mismunandi merkjategunda.
Amplitude mótun:
Með AM merki sendir spennustigið upplýsingarnar. Myndin sýnir tvær spennur frá inngjöfarstöðuskynjurum. Til að tryggja áreiðanleika verður að spegla spennukúrfurnar í tengslum við hvert annað.
Streita í hvíld:
- Blár: 700 mV;
- Rauður: 4,3 volt.
Frá um það bil 0,25 sekúndum eftir að mælingin er hafin er ýtt hægt á eldsneytispedalinn og inngjöfarventillinn opnast 75%.
Á 2,0 sek. gaspedalnum er sleppt og á 3,0 sek. er gefið fullt gas.
Full inngjöf spenna:
- Blár: 4,3 volt;
- Rauður: 700 mV.
Tíðni mótun:
Með skynjurum sem senda FM merki breytist amplitude (hæð) merkisins ekki. Breidd blokkspennunnar sendir upplýsingarnar. Eftirfarandi mynd sýnir merki frá ABS skynjara (Hall). Hjólið var snúið við mælinguna. Við hærri snúningshraða eykst tíðni merkisins.
Spennamunurinn stafar af breytingu á segulsviði í segulhringnum, sem er innbyggður í hjóllaginu. Munurinn á hæð (lágur: segulsvið, hár: ekkert segulsvið) er aðeins 300 mV. Ef umfangið er rangt stillt (spennubil frá 0 til 20 volt) sést blokkmerkið varla. Af þessum sökum hefur kvarðinn verið stilltur á þann hátt að blokkmerkið verður sýnilegt með þeim afleiðingum að merkið er minna hreint.
Púlsbreiddarmótun:
Með PWM merki breytist hlutfallið milli háspennu og lágspennu, en tímabilstíminn er sá sami. Þessu ætti ekki að rugla saman við ferhyrningsbylgjuspennu í FM-merki: tíðnin breytist og þar af leiðandi einnig tímabilstíminn.
Næstu tvær myndir sýna PWM merki frá háþrýstiskynjara í loftræstingarröri. Þessi skynjari mælir kælimiðilsþrýstinginn í loftræstikerfinu.
Staðan við mælinguna:
- Kveikt á kveikju (skynjari fær spennu);
- Slökkt á loftkælingu;
- Kælimiðill þrýstingur lesinn með greiningarbúnaði: 5 bar.
Í næstu svigrúmsmynd sjáum við að tímabilstíminn hefur verið sá sami, en vinnulotan hefur breyst.
Staðan við mælinguna:
- Kveikt á loftkælingu;
- Háþrýstingur hefur hækkað í 20 bör;
- Vinnutími er nú 70%
Analog skynjarar geta sent merki um AM. Slíkt spennumerki er viðkvæmt fyrir spennutapi. Umskiptiviðnám í vír eða kló leiðir til spennutaps og því einnig lægri merkjaspennu. ECU tekur við lægri spennu og notar merkið til vinnslu. Þetta getur valdið bilunum vegna þess að mörg skynjaragildi samsvara ekki lengur hvert öðru, sem leiðir til:
- Tveir útilofthitaskynjarar sem mæla mismunandi hitastig samtímis. Þó að lítil skekkjumörk séu ásættanleg og ECU geti tekið upp meðalgildi, getur of mikill munur leitt til bilunarkóða. ECU greinir frávik milli tveggja hitaskynjara.
- ranga innspýtingartíma þar sem merkið frá MAP skynjaranum er of lágt og ECU túlkar því rangt álag á vélinni. Í því tilviki er eldsneytisinnspýtingin of löng eða of stutt og eldsneytisklippurnar leiðrétta blönduna út frá lambdaskynjaramerkinu.
Spennutap gegnir ekki hlutverki í PWM merki og/eða SENT merki. Hlutfallið á milli hækkandi og lækkandi brúna er mælikvarði á merkið. Spennustigið skiptir ekki máli. Vinnulotan getur verið 40% við spennu sem er breytileg á milli 0 og 12 volt, en hlutfallið er samt 40% ef framboðsspennan fer niður í 9 volt.
SENT (Single Edge Nibble Transmission)
Skynjaramerkin sem nefnd eru hér að ofan hafa verið heimilisnafn í farþega- og atvinnubílum í mörg ár. Í nýrri gerðum sjáum við í auknum mæli skynjara sem nota SENT samskiptareglur. Þessi skynjari lítur út eins og venjulegur virkur skynjari, bæði í raun og veru og á skýringarmyndinni.
Með óvirkum og virkum skynjurum fer upplýsingaflutningur fram um tvo víra. Ef um er að ræða MAP skynjara til dæmis: einn á milli NTC skynjarans og ECU og hinn á milli þrýstiskynjarans og ECU. Skynjar rafeindatækni SENT skynjara getur sameinað upplýsingaflutning frá mörgum skynjurum og fækkað merkjavírum. Merkjasendingin hefur heldur ekki áhrif ef spennufall verður yfir merkjavírnum, alveg eins og með PWM merki.
Skynjari sem notar SENT samskiptareglur, eins og virkur skynjari sem sendir hliðrænt eða stafrænt merki, hefur þrjá víra:
- Framboðsspenna (oft 5 volt)
- Merki
- Messa.
Skynjarar með SEND samskiptareglur senda merki sem „úttak“. Það er því engin tvíátta samskipti eins og td LIN strætósamskipti milli skynjara.
Á skýringarmyndinni til hægri sjáum við mismunaþrýstingsskynjara (G505) VW Passat (smíðaður 2022). Á skýringarmyndinni sjáum við venjulegar vísbendingar um aflgjafa (5v), jörð (GND) og merki (SIG). Þessi þrýstiskynjari breytir þrýstingnum í stafrænt SENT merki og sendir það á pinna 53 á tengi T60 í vélar-ECU.
Mismunadrifsskynjarinn í dæminu hér að ofan sendir aðeins eitt merki með SENT samskiptareglunum yfir merkjavírinn. Hægt er að tengja marga skynjara við einn merkjavír með SENT. Þetta má meðal annars nota á MAP-skynjara (loftþrýstingur og lofthiti) og á olíuhæðar- og gæðaskynjara.
Á meðfylgjandi mynd sjáum við olíuhæð og gæðaskynjara festan í olíupönnu brunavélar. Báðar mælieiningarnar eru staðsettar í vélarolíu.
Skynjarinn er með 12 volta, tekur við jörðu sinni í gegnum ECU og sendir merki til ECU með SENT.
Örstýringin í húsinu stafrænir skilaboðin (sjá: „stafræn rökfræði“ á myndinni) þar sem bæði olíuhitinn og olíuhæðin eru innifalin í SENT merkinu.
Hér að neðan lítum við á uppbyggingu SENT merkis.
SENT merki er byggt upp úr röð af nibbles (hópum af fjórum bitum) sem flytja upplýsingar með því að senda spennu á milli 0 og 5 volt. Hér er stutt lýsing á því hvernig SENT merki er byggt upp. Myndin af skilaboðaskipaninni er sýnd hér að neðan.
- Samstilling / kvörðunarpúls: þetta er oft upphafið að skilaboðunum. Þessi púls gerir viðtakandanum kleift að bera kennsl á upphaf skilaboðanna og samstilla tímasetningu klukkunnar;
- Staða: þessi hluti gefur til kynna ástand þeirra upplýsinga sem sendar eru, til dæmis hvort gögnin séu réttar eða hvort vandamál séu með þau;
- Message Start Nibble (MSN): Þetta er fyrsta nartið og gefur til kynna upphaf SENT skilaboða. Það inniheldur upplýsingar um uppruna skilaboðanna og tímasetningu gagnaflutningsins.
- Message Identifier Nibble (MidN): Þetta nart fylgir MSN og inniheldur upplýsingar um tegund skilaboða, stöðu skilaboðanna og allar villuuppgötvun eða villuleiðréttingarupplýsingar.
- Gagnanasar: Eftir MidN fylgir einum eða fleiri gagnablokkum, sem hver samanstendur af fjórum gagnabitum. Þessar gagnablokkir bera raunveruleg gögn sem send eru. Þau innihalda upplýsingar eins og skynjaragögn, stöðuupplýsingar eða önnur gagnleg gögn.
- Hringrásarleysi (CRC): Í sumum tilfellum er hægt að bæta CRC bita í lok skilaboðanna til að auðvelda villugreiningu. CRC nartið er notað til að athuga hvort móttekin gögn hafi verið rétt móttekin.
Hvert nart í SENT merki getur haft gildi frá 0 til 15, allt eftir því hversu mörg tikk það er 5 volt. Myndin hér að neðan sýnir uppbyggingu SENT samskiptareglunnar.
'Nibble hópar' eru sendir, tölulega frá 0000 til 1111 á tvíundarsniði. Hver nibble táknar gildi frá 0 til að hámarki 15, og þau eru táknuð í tvöfaldri sem hér segir: 0000b til 1111b og sextánskur frá 0 til F. Þessir stafrænu nibbles innihalda skynjaragildin og eru send til ECU.
Til að senda þessar nartupplýsingar eru notaðar „tikkar“ eða tölvutikkar. Klukkumerkið gefur til kynna hversu hratt gögnin eru send. Í flestum tilfellum er klukkutikið 3 míkrósekúndur (3μs) upp að hámarki 90μs.
Í fyrra tilvikinu þýðir þetta að nýr nartahópur er sendur á 3 míkrósekúndna fresti.
Skilaboðin byrja með 56 tappa samstillingu/kvörðunarpúlsi. Fyrir hvert tveggja merkja: merki 1 og merki 2, eru sendar þrjár nibbles, sem leiðir til röð af 2 * 12 bita af upplýsingum. CRC fylgir þessum merkjum
(Cyclic Redundancy Check) til að athuga, sem gerir viðtakanda kleift að sannreyna að gögnin sem berast séu rétt.
Að lokum er hléspúls bætt við til að merkja endanlega skilaboðin til viðtakandans.
Umfangsmyndirnar hér að neðan (teknar upp með PicoScope Automotive) sýna mælingar á mörgum skilaboðum (vinstri) og aðdrátt að einum skilaboðum (hægri). Í aðdráttarskilaboðum er það gefið til kynna með rauðu hvar merkið byrjar og endar. Þegar aðstæður breytast: þrýstingur og/eða hiti hækkar, verður breyting á fjölda títla í einu eða fleiri nart. Breytingin á merkjum verður sýnileg á umfangsmyndinni hér að neðan í einni eða fleiri spennum sem eru á bilinu 0 til 5 volt. Púlsarnir geta orðið breiðari eða þrengri. Raunverulegar upplýsingar er hægt að afkóða með Picoscope hugbúnaðinum.
Með rafgreiningu getum við notað Picoscope hugbúnaðinn til að afkóða skilaboðin til að kanna þau, en í flestum tilfellum leggjum við áherslu á að athuga hreint skilaboðaflæði án hávaða og hvort straumspenna (5 volt) og jörð skynjarans sé í vera í lagi.
Aflgjafi og merkjavinnsla:
Í fyrstu málsgreinum var rætt um hvort veituspenna væri eða ekki. Í þessum kafla er fjallað um helstu íhluti í ECU sem eru ábyrgir fyrir spennugjafa og merkjavinnslu viðkomandi skynjara. Pinnanúmerin á ítarlegu skýringarmyndunum eru þau sömu og í fyrri málsgreinum: pinnar 35 og 36 á ECU eru tengdir pinna 1 og 2 á óvirka skynjaranum o.s.frv.
Á fyrstu myndinni sjáum við a NTC hitaskynjari. Viðmiðunarspennan (Uref) frá pinna 35 á ECU er fengin frá spennujöfnunarbúnaðinum 78L05. Spennujöfnunarbúnaðurinn gefur 5 volta spennu við spennu innanborðs frá 6 til 16 volt.
Viðnám R (fast viðnámsgildi) og RNTC (hitaháð viðnám) mynda saman raðrás og einnig spennuskil. Analog-Digital Converter (ADC) mælir spennuna á milli tveggja viðnáma (hliðstæða), breytir því í stafrænt merki og sendir það til örgjörvans (µP).
Með margmæli er hægt að mæla spennuna á pinna 35 á ECU eða pinna 1 á skynjaranum.
Á síðunni um hitaskynjari Auk nokkurra mælinga fyrir góða merkjasendingu eru mælitækni fyrir bilun í raflögn sýnd.
Önnur myndin sýnir hringrás virks MAP skynjari sýna.
Stöðug framboðsspenna 5 volt nær svokölluðu "Wheatstone brúin“, sem inniheldur fjölda fastra (R1, R2, R3) og breytilegra viðnáms (Rp).
Viðnámsgildi Rp fer eftir þrýstingi í inntaksgreininni. Hér erum við líka að fást við spennuskil. Viðnámsbreytingin veldur spennubreytingum sem veldur því að brúin kemst í ójafnvægi. Spennamunurinn sem myndast í Wheatstone brúnni breytist í magnara/síu í spennu sem er á bilinu 0,5 til 4,5 volt. Stafræn merki á hliðræna merkinu fer fram í hliðrænum-í-stafræna breytinum (ADC). ADC sendir stafræna merkið til örgjörvans.
Upplausn ADC er í flestum tilfellum 10 bitar, skipt yfir 1024 möguleg gildi. Við 5 volta spennu er hvert skref um það bil 5 mV.
Innri hringrás ECU inniheldur einn eða fleiri óvirka og virka skynjara viðnám innifalinn í aflgjafa og merkjarásum. Viðnámið í NTC hringrásinni er einnig kallað „hlutdrægni” og þjónar fyrir spennuskil. Tilgangur viðnáms R1 og R2 í ECU hringrás MAP skynjarans er að leyfa litlum straumi að flæða frá plús til jarðar.
Án þessara viðnáma myndi svokölluð „fljótandi mæling“ eiga sér stað ef merkjavírinn eða skynjaratappinn væri fjarlægður. Í þeim tilvikum tryggir hringrásin með viðnámum að spennan á ADC-inntakinu sé aukin í um það bil 5 volt (að frádregnum spennu yfir viðnám R1). ADC breytir hliðrænu spennunni í stafræna gildið 255 (tugastafur), þ.e.a.s. FF (sextándar) og sendir þetta til örgjörvans.
Mjög lítill straumur rennur í gegnum viðnám R1 (lágt óómískt). Það er lítið spennufall á milli 10 og 100 mV. Það getur gerst að beitt spenna sé nokkrum tíundum hærri en 5 volt; Lágviðnámsviðnám er innifalið á milli jarðtengis spennujöfnunar 78L05 og jarðar á ECU (brúnn vír á skýringarmyndinni hér að ofan). Spennufallið yfir þessa viðnám getur til dæmis verið 0,1 volt. Spennujöfnunin lítur á jarðtengingu sína sem raunveruleg 0 volt, þannig að hann lyftir útgangsspennunni (rauða vírnum) um 0,1 volt. Í því tilviki er útgangsspennan í plús skynjarans ekki 5,0 heldur 5,1 volt.
Greindur skynjari fær 12 volta spennu frá ECU. Rétt eins og virki skynjarinn inniheldur greindur skynjari Wheatstone brú og magnara/síu. Hliðstæða spennan frá magnaranum er send á LIN tengi (LIN-IC).
LIN tengi býr til stafrænt LIN strætómerki. Merkið er breytilegt á milli 12 volta (víkjandi) og um það bil 0 volta (ríkjandi). Skynjarinn notar þetta LIN strætómerki til að hafa samskipti við aðra þræla (venjulega skynjara og stýrisbúnað) og skipstjóra (stjórneininguna).
Það eru greinar til skipstjórans og annarra þræla á vírnum á milli pinna 3 á skynjaranum og pinna 64 á ECU.
Fyrir frekari upplýsingar, sjá síðuna LIN strætó.
