Диссертация (Формирование характеристик дизельного двигателя при использовании системы комплексного адаптивного управления), страница 5

Один электронный блок позволяетуправлять двигателем с 24-мя инжекторами. При большем количестве инжекторов возможно подключение нескольких электронных блоков в цепь.Контроллер ECM3 использует особое программируемое ядро обработки,что обеспечивает выполнение всех функций на одном процессоре [74]. Параметры электронного блока приведены в Таблице 4.Таблица 4.Характеристики системы управления Woodward.Тип входа/выходаКоличествоПодробности123Вход питания постоянного токаВход питания низкогонапряжения118-32В, с предохранителем от неправильной полярностиАналоговые входыПрограммно конфигурируемые входы3Входы датчиков13Входы термисторов12Ток (4-20мА) или напряжение (0-5В)51.1 кОм, подтягивающий к земле резистор1 кОм, подтягивающий к питаниюрезистор10-10000 Гц (общего назначения)Входы магнитных бесконтактных датчиковскорости10-6000 Гц (при использовании сиг2нала скорости коленчатого вала в алгоритме расчѐта параметров впрыскатоплива)33Таблица 4 (продолжение).5-2000 Гц (при использовании сигнаВход бесконтактногодатчика скорости1ла положения распределительноговала в алгоритме расчѐта параметроввпрыска топлива)Выходы управления впрыском топливаВыходы EFI24Форсирующий ток до 11А123Дискретные входыКонфигурируемые переключателями или2Дифференциальные входыШИМ входыПереключатели иликонтактные входыКлюч-переключатель141Активируются при замыкании контактовДоступен в режиме B+Дискретные выходыКонфигурируемыедрайверы реле или2Драйверы низкого уровня, 3А2Драйверы низкого уровня, 500 мА8Драйверы низкого уровня, 500 мАШИМ-выходыКонфигурируемыедрайверы реле илиШИМ-выходыВыходы управлениядрайверами релеКоммуникационные портыПоследовательные портыПорты CAN-шины23(1) – RS232, (1) – RS485(1) – Изолированный, (2) – толькодля использования систем двигателя34В Таблице 5 приведены характеристики процессора электронного блока.Таблица 5.Характеристики процессора.Тип процессораMotorola MPC565Тактовая частота56 МГцМатематические возможностиОперации с плавающей точкойЧасы реального времениВстроены в процессорТочность реального времени1 минута/ месяцОбъѐм Flash-памяти1 МБОбъѐм RAM512 КБОбъѐм EEPROM32 КБОсобую важность представляет автоматическая процедура калибровкиканалов управления форсунками.

Данный алгоритм позволяет оперативно компенсировать изменения электрического сопротивления при изменении температуры, а также корректировать значения по мере износа клапана. Такой подход гарантирует стабильную производительность на протяжении всей жизнифорсунок.Внешний вид блока управления показан на Рисунке 1.12.Рисунок 1.12. Электронный блок Woodward ECM 335Каналы управления электромагнитными клапанами объединены в группыпо три. Схема группы показана на Рисунке 1.13. Форсунки внутри одной группы не могут работать одновременно. Впрыски от разных групп могут перекрываться, но с ограничениями. В электронном блоке используются два повышающих источника энергии для изменения напряжения от 24 В до 125 В. Если двегруппы запитываются от одного источника питания, то они могут перекрываться, когда один впрыск находится в фазе удержания, а другой только начинаетподъѐм.

Одновременное начало впрыска возможно при использовании различных источников энергии. Каждый выход имеет два контакта с маркировкой (+)и (-). Оба защищены от перегрузки по току. В случае короткого замыкания отключается вся группа. Программа управления позволяет произвести сброс блокировки, чтобы активировать отключенную группу. Таких возможностей хватает для управления современным дизельным двигателем, с обеспечением гибкого регулирования характеристик впрыска по каждому каналу.Рисунок 1.13.

Схема управления электромагнитными клапанами [74]36Системы управления двигателями фирмы Continental.Continental Automotive GmbH — дочерняя компания немецкого концернаContinentalAG, которая производит различные компоненты и системы для автомобилей, грузовиков и яхт [70]. Подразделение «Powertrain» занимается системами управления топливоподачей, датчиками, электроникой для них, системами непосредственного впрыска топлива.Компания сотрудничает с ведущими мировыми производителями автомобилей, такими как: DaimlerChrysler, BMW, Ford, VolkswagenGroup иGMGroup. Также крупными заказчиками являются PSA, Renault, Hyundai, Honda и FIAT.Компания предлагает использование разветвлѐнной системы управлениятранспортным средством, с взаимосвязанными системами управления силовымагрегатом, подвеской, информационными и телематическими системами.

В общую иерархию взаимосвязи также входят системы активной безопасности. НаРисунке 1.14 приведена структура системы управления. Архитектура связывается по высокоскоростной CAN шинеСистема управления двигателем имеет следующие особенности [75]:- динамика автомобиля максимально независима от цикла работы двигателя;- широкие возможности настройки конкретного решения программногообеспечения при помощи MATLAB®/Simulink®;- компактные размеры с соблюдением стандарта предохранения от попадания пыли IP40;- высокопроизводительный микропроцессор;- быстродействующие интерфейсы связи в алгоритмах человек-машина;- различные внешние интерфейсы для связи между блоками (CAN lowspeed, CAN high-speed, CAN-flex, Ethernet, LIN).37Рисунок 1.14.

Структура разветвлѐнной системы управления транспортнымсредствомЧтобы обеспечить согласование систем силового агрегата, блок управления трансмиссией находится в подчинении у блока управления двигателем.Главный мастер-контроллер силового агрегата координирует работы всех элементов домена. При этом водитель имеет возможность прямого воздействия наработу силового агрегата. Все системы направлены лишь на поддержку и снижение нагрузки на водителя, но не заменяют его полностью [76].Структура системы управления силовым агрегатом показана на Рисунке1.15.38Рисунок 1.15.

Структура разветвлѐнной системы управления силовым агрегатомСистемы управления двигателями фирмы Heinzmann.Цифровые регуляторы фирмы HEINZMANN серии DARDANOS I былиразработаны как регуляторы частоты вращения для дизельных двигателей с системами электронно-управляемой подачи топлива [69]. В дополнение к их основной задаче управления частотой вращения, эти регуляторы способны выполнять множество других задач и функций.На рынке представлены системы подачи топлива с электромагнитнымклапаном следующих типов: Насос – Форсунка – Устройство (PNU), Насос Трубопровод – Форсунка (PPN), Общий коллектор (CR).Основные области применения двигателей с системами электронноуправляемой подачи топлива:39- Стационарные электростанции, например генераторные и компрессорные установки- Локомотивы- Судовые установки- Строительное оборудование, например, экскаваторы, бульдозеры- Сельскохозяйственные машины, например, тракторы и комбайны- Специальные транспортные средстваСистема управления включает устройство управления, управляемыеэлектромагниты, датчики и соединительные кабели.Устройство управления работает на основе очень быстрого и мощного 32битового микропроцессора.

Программа работы контроллера постоянно сохраняется в FLASHEPROM.Текущая частота вращения двигателя и положение коленчатого и распределительного валов определяются тремя магнитными датчиками, установленными на шестернях коленчатого и распределительного валов. Для точногоопределения положения коленчатого вала и, следовательно, поршня каждогоцилиндра предлагаются несколько различных методов измерения, основанныхна различных установочных положениях угловых датчиков. Частота вращениядвигателя задается одним или несколькими задающими устройствами. Установка может передаваться либо непосредственно аналоговыми или цифровымисигналами или же через CAN-шину. Дополнительные цифровые входы позволяют включать и отключать различные функции. Различные датчики передаютна регулятор данные, основываясь на которых, он настраивает рабочее состояние двигателя.

Таким образом, возможно применение нескольких датчиковтемпературы и давления, передающих сигналы с двигателя.Величина и начало подачи контролируются активацией и деактивациейуправляемых электромагнитов топливных насосов или форсунок. Управляемыеэлектромагниты могут поставляться фирмой HEINZMANN или производителем систем подачи топлива.40Устройство управления генерирует аналоговые и цифровые выходныесигналы, которые используются для индикации рабочего состояния двигателяили для других целей и функций.

Соединение с другими устройствами устанавливается через один из серийных интерфейсов и CAN-шину.Система может соединяться с другими системами управления, диагностики или мониторинга через второй CAN-интерфейс. Соединив компонентытаких систем, можно создать систему управления двигателем, которая даствозможность дальнейшей оптимизации общей системы управления.Кроме управления частотой вращения выполняются следующие функции:- настройка стартовой подачи топлива;- темп изменения частоты вращения;- настройка переменной установки частоты вращения;- коррекция PID-параметров;- ограничение подачи топлива в зависимости от частоты вращения;- ограничение подачи топлива в зависимости от давления наддува;- контролируемое начало и продолжительность подачи;- контроль давления масла;- контроль датчиков;- система регулирования нагрузки;- вспомогательные устройства;- конфигурация входных и выходных сигналов;- контакт-тест при первом запуске форсунок.В дополнение к перечисленным, обеспечиваются следующие измерительные функции, функции настройки установок и коммуникационные интерфейсы:- снятие и индикация измеряемых параметров двигателя и установки,сигналы предупреждения и тревоги;- аналоговая настройка установочных значений с помощью потенциометров и логических схем фиксированной частоты вращения;41- CAN - протоколы (DeviceNet, SAE J1939, ISO/DIS 11898, заданный заказчиком и протокол фирмы HEINZMANN);- настройка установочных значений и значений обратной связи черезCAN шину 1 для установок и через CAN шину 2 для «bus-for» устройств надвигателе;- передача данных с помощью дополнительных I/O модулей;- подключение для диагностики и программирования через интерфейсыRS 232 и ISO 9141.Базовые принципы управления видны из приведенных ниже блок-схем(Рисунки 1.16, 1.17).

С технической точки зрения, принципы управления длятрех систем отличаются только дополнительным насосом высокого давления,имеющимся в системе Common Rail.Рисунок 1.16. Структура схем управления систем PPN и PNU42Рисунок 1.17. Структура схемы управления системы CommonRailС целью интеграции электронно-управляемой системы подачи топлива всистему управления всей установкой или транспортным средством имеютсяаналоговые и цифровые/частотные входы, аналоговые и цифровые/частотныевыходы, а также один серийный и два интерфейса CAN-шины.Концепция создания программного обеспечения систем управления AUTOSAR.Коммерческий консорциум AUTOSAR (AUTomotive OpenSystemARchitecture) - разрабатывает стандартизированную открытую программнуюархитектуру для автомобильных электронных блоков управления. Партнерствоавтопроизводителей, поставщиков комплектующих и производителей микроконтроллеров началось в 2003 году [77].В настоящее время до 90% всех инноваций автомобильной отрасли происходит в области электроники и программного обеспечения.

Затраты на разра-43ботку электроники и программного обеспечения составляют до 40% общих затрат на разработку автомобиля. От 50 до 70% затрат на разработку электронного блока управления приходится на программное обеспечение.Концепция AUTOSAR предлагает стандартизацию построения программного обеспечения. Основная цель внедрения стандартов AUTOSAR –снижение расходов на разработку программного обеспечения. При наличиистандартизованных базовых библиотек созданием программного обеспеченияможет заниматься не узкоспециализированный программист, а инженер, который будет чѐтко понимать назначение создаваемых программ. Изменение верхнего (прикладного) уровня производится при помощи интуитивно понятногоинтерфейса. При разработке программного обеспечения больше нет необходимости настраивать коды связи с микропроцессором, очереди и регистры передачи данных.В 2011 году AUTOSAR расширила свою область применения до отраслейне связанных с автомобильной промышленностью.