Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
Тюменский государственный нефтегазовый университет
Сургутский
институт нефти и
газа (филиал)
Кафедра МТО
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ЭЛЕКТРОНИКА И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ» НА ТЕМУ «ЭЛЕКТРОННЫЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ АГРЕГАТАМИ АВТОМОБИЛЯ. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ. ЭЛЕКТРОННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТОПЛИВОПОДАЧЕЙ ДИЗЕЛЕЙ. ДАТЧИКИ И ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ. ЭЛЕКТРОННОЕ УПРАВЛЕНИЕ ПОЛОЖЕНИЕМ ФАР. АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ СТЕКЛООЧИСТИТЕЛЕМ. АВТОБЛОКИРОВКА ДВЕРЕЙ»
Выполнила: студентка группы АТХ-06
Савончук Екатерина
Приняла: Горшкова О.О.
Сургут 2009 г.
ВВЕДЕНИЕ______________________ ______________________________ ___3
- ЭЛЕКТРОННЫЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ АГРЕГАТАМИ АВТОМОБИЛЯ. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ__________________4
- ЭЛЕКТРОННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТОПЛИВОПОДАЧЕЙ ДИЗЕЛЕЙ. ДАТЧИКИ И ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ__________6
- ЭЛЕКТРОННОЕ УПРАВЛЕНИЕ ПОЛОЖЕНИЕМ ФАР______________10
- АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ СТЕКЛООЧИСТИТЕЛЕМ______12
- АВТОБЛОКИРОВКА ДВЕРЕЙ________________________ ___________14
ЗАКЛЮЧЕНИЕ____________________ ______________________________ 16
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ_____________ _____________________________ 17
ВЕДЕНИЕ
Электрооборудование автомобиля представляет собой сложный комплекс взаимосвязанных электротехнических и электронных систем, приборов и устройств, обеспечивающих надежное функционирование двигателя, трансмиссии и ходовой части, безопасность движения, автоматизацию рабочих процессов автомобиля и комфортные условия для водителя и пассажиров.
Развитие электрооборудования автомобилей тесно связано с широким применением электроники и микропроцессоров, обеспечивающих автоматизацию и оптимизацию рабочих процессов, большую безопасность движения, снижение токсичности отработавших газов и улучшение условий работы водителей.
- ЭЛЕКТРОННЫЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ АГРЕГАТАМИ АВТОМОБИЛЯ. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Автомобильное электрооборудование включает в себя следующие системы и устройства:
Электроснабжения;
Электростартерного пуска двигателя внутреннего сгорания;
Освещения, световой и звуковой сигнализации;
Электронные системы управления агрегатами автомобиля;
Информации и контроля технического состояния автомобиля и его агрегатов;
Электропривода;
Подавления радиопомех;
Коммутационные, защитные устройства и электропроводку.
В систему электроснабжения входят генераторная установка и аккумуляторная батарея. К системе электростартерного пуска относят аккумуляторную батарею, электростартер, реле управления (дополнительные реле и реле блокировки) и электротехнические устройства для облегчения пуска двигателя. Система зажигания обеспечивает воспламенение рабочей смеси в цилиндрах бензинового двигателя искрой высокого напряжения, возникающей между электродами свечи зажигания. Помимо свечей, к системе зажигания относятся катушка зажигания, прерыватель-распределитель, датчик-распределитель, транзисторный коммутатор, добавочный резистор, высоковольтные провода, наконечники и т.д. Система освещения и световой сигнализации объединяет осветительные приборы (фары головного освещения), светосигнальные фонари (габаритные огни, указатели поворота, стоп-сигналы, фонари заднего хода и др.) и различные реле управления ими. Система информации и контроля включает в себя датчики и указатели давления, температуры, уровня топлива в баке, спидометр, тахометр, сигнальные (контрольные) лампы и пр. Электропривод (электродвигатели, моторедукторы, мотонасосы) находит все большее применение в системах стеклоочистки, отопления, вентиляции, предпускового подогрева двигателя, подъема и опускания антенны, блокировки дверей и стеклоподъемниках. Используется разнообразная коммутационная и защитная аппаратура: выключатели, переключатели, реле различного назначения, контакторы, предохранители и блоки предохранителей, соединительные панели и разъемные соединения.
- ЭЛЕКТРОННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТОПЛИВОПОДАЧЕЙ ДИЗЕЛЕЙ. ДАТЧИКИ И ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ
Электронные системы управления топливоподачей автомобильного дизельного двигателя по схемотехническому решению делятся на три типа: аналоговые системы, состоящие в основном из операционных усилителей; цифровые регуляторы, построенные на элементах средней степени интеграции; микропроцессорные системы.
Аналоговым системам, несмотря на простоту реализации, присущи следующие недостатки:
зависимость качества регулирования от точности изготовления применяемых элементов (резисторов, конденсаторов и др.);
зависимость электрических параметров элементов от внешних факторов;
реализуемая структура не оставляет возможности для выполнения системой функций, не предусмотренных в процессе проектирования, т. е. узкая специализированность системы.
Цифровые регуляторы позволяют в основном избавиться от этих недостатков, поскольку их точность определяется только выбранной разрядностью и не зависит от влияния внешней среды и времени эксплуатации. Однако это весьма сложные в конструктивном отношении системы, состоящие из значительного числа микросхем, и их надежность при использовании на автомобиле невысока. Такие системы также не могут перенастраиваться на другой режим эксплуатации либо на другой тип дизеля.
Для обслуживания автомобильного дизельного двигателя необходима система, осуществляющая не только комплексную автоматизацию двигателя (объединение функций систем топливоподачи, защиты и рециркуляции в одном электронном блоке), но также обеспечивающая эффективную работу дизеля в широком диапазоне скоростных и нагрузочных режимов при допустимом уровне токсичности отработавших газов. Поэтому аналоговые и цифровые системы применяются для дизелей, работающих в стационарных режимах, например для дизель-генераторных установок на судах и тепловозах.
На автомобильных дизельных двигателях находит все более широкое применение микропроцессорная система управления. Структурная схема такой системы изображена на рис. 2.1. Она включает в себя микропроцессор МП, осуществляющий все арифметические операции и общее управление устройствами, оперативное запоминающее устройство ОЗУ для хранения промежуточных результатов вычислений, постоянное запоминающее устройство ПЗУ для хранения программ управления всей системы в целом.
Для сбора информации о работе двигателя в системе предусмотрены три типа датчиков, а также датчики режимных параметров и датчики коррекции. К первому типу относятся датчики:
Частоты вращения коленчатого вала двигателя n д;
Положения рейки ТНВД h рейки;
Положения
педали акселератора
педали.
Рис 2.1. Структурная
схема микропроцессорной системы управления
дизельным двигателем
По сигналам от этих датчиков вычисляется предварительное значение управляющего воздействия на исполнительный механизм. Для более точного регулирования необходимо осуществлять коррекцию управляющего воздействия в зависимости от того, в каких условиях работает двигатель. Коррекция проводится по сигналам от следующих датчиков:
Температуры топлива t топлива;
Температуры всасываемого воздуха t воздуха;
Атмосферного давления Р атм.
Информация от этих датчиков позволяет корректировать величину необходимой дозы впрыскиваемого топлива. Датчик температуры масла в системе смазки двигателя t масла служит для оценки условий пуска двигателя.
Для предупреждения аварийных режимов работы дизеля служат датчик температуры охлаждающей жидкости t охл и датчик давления масла в системе смазки P масла.
Для связи с аналоговыми датчиками в системе предусмотрен аналогово-цифровой преобразователь АЦП и коммутатор, поскольку в каждый отдельный момент времени АЦП может получать информацию только с одного датчика.
В процессе выполнения программы коммутатор опрашивает последовательно все аналоговые датчики. Для подключения датчика частоты вращения коленчатого вала предусмотрен цифровой таймер. Непосредственное управление перемещением рейки топливного насоса осуществляется исполнительным механизмом. Контроллер прерываний осуществляет синхронизацию работы программы управления в соответствии с сигналами, снимаемыми с датчиков.
Особо важной задачей регулирования топливоподачи дизельного двигателя является обеспечение качественных переходных процессов, так как это непосредственно связано с технико-экономическими показателями работы двигателя. Поэтому в системе производится управление по пропорционально-интегрально- дифференциальному закону с целью устранения статических ошибок регулирования и получения наилучших динамических характеристик регулятора. Интегральная составляющая закона управления формируется в виде суммы всех управляющих воздействий, предшествующих рассчитываемому в данный момент. Дифференциальная составляющая формируется в виде приращений регулируемого параметра за единицу времени, поэтому в системе необходимо иметь устройство измерения времени. Эту функцию выполняет таймер, выдающий сигналы отметок времени, которые, поступая на контроллер прерываний, приостанавливают работу основной программы управления для замера приращения регулируемого параметра через равные промежутки времени.
Аварийные датчики также подключаются к контроллеру прерываний. В случае превышения каким-либо параметром предельно допустимого значения выполнение основной программы приостанавливается и запускается программа автоматической защиты двигателя. Так, например, при превышении температуры охлаждающей жидкости 105°С обеспечивается плавное снижение частоты вращения до холостого хода с включением аварийной световой и звуковой сигнализации. При недопустимом падении давления масла в системе смазки включается аварийная сигнализация и двигатель останавливается.
Регулирование в зоне частичных характеристик сводится к вычислению расчетного положения рейки топливного насоса, сравнению этого расчетного значения с реальным положением рейки и приведением рейки в рабочую точку по оптимальному закону в соответствии с рассогласованием.
- ЭЛЕКТРОННОЕ УПРАВЛЕНИЕ ПОЛОЖЕНИЕМ ФАР
Во всех странах оговаривают границы освещенной зоны при ближнем свете. Если по каким-либо причинам граница освещенной зоны приближается к автомобилю, то видимость дороги ухудшается. Если же граница освещенной зоны отдаляется, то ухудшаются условия видимости для водителей встречных автомобилей. Практика показала, что граница освещенной зоны при ближнем свете может значительно изменяться в зависимости от нагрузки автомобиля.
Чтобы снизить влияние нагрузки на границу освещенности, были сделаны попытки устанавливать фары в соответствии с наиболее часто встречающимися режимами нагрузки. Однако существенное улучшение условий освещения обеспечивают лишь системы регулирования, поддерживающие почти неизменную границу освещенной зоны при изменениях нагрузки. На рис. 3.1 показана функциональная схема системы, регулирующей положение фар («Бош»).
Рис 3.1. Функциональная схема системы, регулирующей положение фар («Бош»): 1- индуктивные датчики; 2- элементы сложения сигналов; 3- передний мост; 4- задний мост; 5- задатчики эталонного сигнала
Индуктивные датчики 1 воспринимают перемещение переднего и заднего мостов относительно кузова. Полученный электрический сигнал, характеризующий действительное положение моста относительно кузова, сравнивается с эталонным сигналом, установленным с учетом технических требований. Сигнал рассогласования, полученный в элементе сложения, усиливается и поступает к биметаллическому исполнительному органу. В зависимости от рассогласования биметаллический элемент нагревается и с помощью рычажной передачи поворачивает корпус фары во круг нижней точки крепления. Система регулирования устроена так, что положение фар не изменяется под воздействием колебаний ходовой части и кузова, возникающих из-за неровностей дороги. Добиться этого сравнительно легко, так как помеховые напряжения, имеющие высокую частоту, хорошо отделяются.
Не требуется коррекция положения фар на автомобилях с регулируемой подвеской, у которых поддерживается постоянная высота кузова, не зависящая от нагрузки.
- АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ СТЕКЛООЧИСТИТЕЛЕМ
Автомобильные стеклоочистители конструируются так, чтобы обеспечить водителю хорошую видимость даже во время дождя средней силы,
Длительная работа стеклоочистителя при моросящем дожде или слабом снеге затрудняется тем, что на ветровое стекло попадает недостаточное количество влаги. Вследствие этого увеличивается трение и износ щеток, увеличивается расход энергии на очистку стекла, что вызывает перегрев приводного двигателя. Возрастает вероятность появления царапин на ветровом стекле. Водитель вынужден периодически выключать стеклоочиститель на один-два такта, а затем снова включать. Это неудобно и небезопасно, так как внимание водителя на короткое время отвлекается от управления автомобилем. Современные стеклоочистители дополняются регуляторами тактов. Регулятор тактов через определенные промежутки времени автоматически отключает двигатель стеклоочистителя на один-два такта. Интервал между остановками стеклоочистителя можно изменять в пределах от 2 до 30 с. Регулятор тактов без труда может быть подключен к стеклоочистителям прежних моделей.
Рис. 4.1. Схема подключения электронного регулятора тактов регулятора к стеклоочистителю: 1 - двигатель стеклоочистителя; 2 - реле включения стеклоочистителя; 3 - регулятор тактов; S1 - выключатель стеклоочистителя
Подключение электронного регулятора тактов к имеющемуся стеклоочистителю показано на рис. 4.1. Двухскоростной двигатель 1 стеклоочистителя с возбуждением от постоянного магнита получает питание через контакты реле 2 при включении регулятора тактов 3 и оставленный прежний включатель S1. При выключении стеклоочистителя концевой выключатель S2 подает ток к якорю двигателя до его поворота на определенный угол, вследствие чего щетки стеклоочистителя останавливаются в парковом положении. Регулятор тактов 3 представляет собой включатель с электронным управлением, включенный параллельно имеющемуся включателю стеклоочистителя. Встречаются и такие механизмы стеклоочистителей, в которых после установки щеток в парковое положение затормаживается якорь двигателя. Торможение обычно осуществляется путем замыкания накоротко двигателя стеклоочистителя, поэтому рабочие контакты, управляемые реле регулятора тактов, должны сначала ликвидировать созданное короткое замыкание.
Электронный
регулятор тактов по конструкции
весьма сходен с задатчиком ритма электронных
указателей поворотов. В обоих
случаях астабильный мультивибратор
выдает на выходе прямоугольные
импульсы, однако коэффициенты заполнения
импульсов (отношение ширины импульса
к длительности периода) значительно различаются:
для указателей поворота величина
и т.д.................
В конструкциях автомобилей все более широкое применение находят электронные системы управления. По прогнозам специалистов в ближайшее десятилетие только 15…18 % изменений конструкции автомобилей будет отдано механике, основные изменения будут касаться электронных систем управления автомобилем.
При упрощенном рассмотрении электронной системы управления автомобилем можно выделить четыре основных блока (рис. 1): входные сигналы - датчики, системы передач данных, электронный (электронные) блок (блоки) управления (ЭБУ), исполнительные механизмы (ИМ).
Рис. 1.
Электронный блок управления является самым сложным прибором систем управления двигателем или отдельных систем автомобиля и координирует их работу. Основу блока составляет центральный процессор или микрокомпьютер.
ЭБУ получает электрические сигналы от датчиков или генераторов в ожидаемом интервале значений, оценивает их, затем проводит вычисление пусковых сигналов для исполнительных устройств (приводов).
Входные сигналы могут быть цифровыми, аналоговыми и импульсными (рис. 2).
Рис. 2.
Цифровые входные сигналы - это входные сигналы, которые имеют только два состояния: «высокий уровень» и «низкий уровень». Примеры цифровых входных сигналов: сигналы включения/ выключения, сигналы цифровых датчиков (например, импульсы от датчика Холла). Такие сигналы обрабатываются непосредственно микропроцессором.
Аналоговые входные сигналы в пределах заданного диапазона принимают значения напряжения. Физические величины, которые Н - высокий уровень сигнала; L - низкий уровень сигнала; FEPROM - программируемая память (постоянное запоминающие устройство, ПЗУ); EEPROM - постоянная память (ПМ); RAM - оперативная память (ОП); A/D - аналогово-цифровой преобразователь (АЦП); CAN - электронная цифровая шина данных рассматриваются как аналоги измеренных значений напряжения: массовый расход воздуха на впуске, напряжение аккумуляторной батареи, давление во впускном коллекторе и давление наддува, температура охлаждающей жидкости и воздуха на впуске. Аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) преобразует эти значения в цифровые сигналы, с которыми затем микропроцессор проводит расчеты.
Разновидностью аналоговых сигналов являются быстро изменяющиеся сигналы напряжения, называемые импульсными входными сигналами . Импульсные входные сигналы от индуктивных датчиков, содержащие информацию о частоте вращения и положении вала (по метке), обрабатываются в их собственном контуре в ЭБУ. Здесь ложные импульсы подавляются, импульсные сигналы преобразуются в цифровые прямоугольные сигналы.
Для работы микропроцессору требуется программа, которая хранится в программируемой (перезаписываемой ) памяти (постоянное запоминающие устройство - ПЗУ, или FEPROM). Эта память предназначена только для считывания информации. Она также содержит специальные фиксированные данные (индивидуальные данные, характеристические и программируемые матрицы, значения поправочных коэффициентов и данные, необходимые процессору для расчетов длительности управляющих импульсов форсунок, угла опережения зажигания и т.п.), которые не могут быть изменены во время управления автомобилем. Перезаписывающая память является энергонезависимой, т.е. вся занесенная в нее информация сохраняется при отключении энергопитания сколь угодно долго.
Оперативная память (RAM) служит для хранения таких изменяющихся данных, как численные значения сигналов. Для правильной работы ОП требуется постоянное электрическое питание. При отключении зажигания или выключателя пуска ЭБУ выключается и, следовательно, теряется вся память (так называемая испаряющаяся память). Адаптирующие значения величин, т.е. те, которые «обучаются» системой во время работы и касаются работы двигателя рабочих режимов, должны быть восстановлены при включении ЭБУ в работу.
Данные, которые нельзя терять (например, коды иммобилайзера и данные кодов неисправности), должны храниться в устройстве EEPROM (ПМ) - данные в ПМ не теряются даже в случае отсоединения аккумуляторной батареи.
Блок текущего контроля ЭБУ оснащается следящим контуром, который встроен в специализированную интегральную схему, которая оснащается повышенной оперативной памятью (extra RAM), усовершенствованными входными и выходными блоками и может генерировать и передавать сигналы широтно-импульсной модуляции. Микропроцессор и блок текущего контроля следят друг за другом и, как только обнаруживается неисправность, любой из них может выключить подачу топлива независимо от другого.
Используя выходные сигналы , микропроцессор запускает задающие каскады. Выходные сигналы обычно являются достаточно мощными, чтобы непосредственно управлять исполнительными устройствами или реле. Задающие каскады защищены от короткого замыкания на массу или аккумуляторную батарею и разрушения при электрической перегрузке. Такие нарушения в работе вместе с обрывами цепи или неисправностями датчиков определяются контроллером задающих каскадов, затем эта информация передается в микропроцессор. Выходные сигналы могут быть переключающими и сигналами широтно-импульсной модуляции.
Переключающие сигналы используются для включения и выключения исполнительных устройств (например, электровентилятора системы охлаждения двигателя). Сигналы широтно –импульсной модуляции (PWM signals ) - это прямоугольные сигналы с постоянным периодом, но переменные по времени (рис. 3). Они могут быть использованы для пуска электромагнитных приводов (например, клапана системы рециркуляции ОГ - отработавших газов).
Встроенная диагностика . Одной из важных функций блока управления является непрерывная самодиагностика не только входных и выходных цепей компонентов, но и некоторых показателей внутреннего состояния системы. В современных ЭБУ осуществление самодиагностики занимает до 50 % ресурсов микрокомпьютера. В случае нахождения неисправностей в какой-либо цепи (например, отсутствие или несоответствие заданному уровню сигнала одного из датчиков) микропроцессор записывает соответствующий данной неисправности цифровой код в специальную область памяти, а для того чтобы получить информацию о характере неисправности, необходимо осуществить считывание кода из памяти компьютера.
Рис. 3. а - постоянный период; b - длительность сигнала
ЭБУ постоянно контролирует исправность всех его компонентов, но ошибка помимо своего информационного значения несет флаг статуса, т.е. ошибки могут быть статические (текущие) и случайные (спорадические, накопленные).
Каждый раз при включении зажигания ЭБУ начинает анализировать работу своих датчиков и исполнительных устройств. Такой анализ длится все время, пока работает двигатель. При обнаружении дефекта ЭБУ фиксирует неисправность, выставляет код ошибки и использует аварийную ветвь программы управления. В случае если какой-либо входной сигнал отсутствует или заведомо неправильный, блок управления рассчитывает и использует вместо него некоторое теоретическое значение, что позволяет ему продолжать дальнейшее управление двигателем. Например, при выходе из строя датчика давления во впускном коллекторе для определения времени впрыска используется значение, рассчитанное исходя из частоты вращения коленчатого вала и положения дроссельной заслонки.
После выключения зажигания блок управления сохраняет код в ОЗУ.
2. Системы передачи данных
Современное автомобилестроение интенсивно внедряет инновационные технологии в системах управления. Общая тенденция в области автоматизации автомобилей состоит в замене традиционной централизованной системы управления распределенной системой управления путем соединения блоков управления интеллектуальных датчиков и исполнительных механизмов. Это вызвано ростом числа проводов связи, увеличением количества соединений, сложностью диагностирования автомобилей и снижением надежности. Увеличивающееся применение электронных систем управления автомобилей с обратной и без обратной связи требует, чтобы индивидуальные ЭБУ работали в сети друг с другом. Такие системы управления включают:
- управление коробкой передач;
- электронное управление двигателем или регулирование подачи топлива;
- антиблокировочную систему тормозов (ABS);
- противобуксовочную электронную систему (TCS);
- электронную систему курсовой устойчивости (ESP);
- систему управления тормозным моментом (MSR);
- электронный иммобилайзер (EWS);
- бортовой компьютер и т.д.
Обмен информацией между системами уменьшает общее количество необходимых датчиков и улучшает управление отдельными системами. Интерфейсы систем передачи информации, проектируемые для применения в автомобилях, могут быть подразделены на четыре категории:
- обычная передача данных;
- последовательная цифровая передача данных, т.е. сеть контроллеров (CAN);
- широкополосные шины передачи данных с временным разделением каналов (шина FlexRay);
- оптическая передача данных (шина типа МОSТ).
Обычная передача данных в автомобиле (рис. 4) характеризуется тем, что каждый сигнал имеет свой собственный канал связи (провод). При этом с каждой дополнительной информацией возрастает также число проводов и количество контактов на блоке управления, поэтому подобный тип передачи информации оправдывает себя только в случае ограниченного объема передаваемых данных.
Рис. 4.
Увеличение обмена данными между электрическими компонентами автомобиля уже достигли таких объемов, что дальнейшие попытки управления через обычные интерфейсы уже не удовлетворяют современные системы управления, поэтому стали применяться шины передачи данных.
В связи с возросшими требованиями передачи информации в автомобильных системах управления, вместо обычной электропроводки в современных автомобилях используется последовательная цифровая передача данных . Все более широкое распространение находят электронные цифровые шины данных CAN (Controller Area Network). Цифровая передача данных значительно надежнее обычной аналоговой, так как шина лучше защищена от помех, контакты надежно изолированы от внешних воздействий.
Шина данных CAN является открытой системой, к которой могут быть подключены как медные провода, так и стекловолоконные проводники. CAN-шина облегчает диагностику и ремонт вышедших из строя компонентов системы управления автомобилем. Универсальная проводка подходит и для разных комплектаций одного автомобиля - дополнительные устройства просто подключаются к нужным разъемам.
В зависимости от приоритетов и требований к скорости передачи данных шина CAN может быть одноили двухпроводной.
Если для работы систем достаточно низкой скорости передачи данных, то используются шины с одним проводом связи, если скорость передачи должна быть высокой - шины с двумя проводами связи. Второй провод используется для проверки правильности переданной модулем управления информации и для самоконтроля модуля. Данные передаются по обоим проводам одновременно. Сигнал на первом проводе представляет собой перевернутое повторение сигнала, передаваемого по второму проводу.
Все связанные через шину CAN блоки управления подключаются к ней параллельно. Один из проводов шины CAN называется верхним - CAN H (High), другой - нижним - CAN L (Low). Два невзаимозаменяемых скрученных провода (рис. 5) образуют пару (Twisted Pair).
Рис. 5.
Скручивание проводов производится для того, чтобы ослабить помехи электромагнитного характера, а также излучающие помехи. Скручивание позволяет также устранить излучение шины, способное создать помехи в работе других устройств.
По проводу CAN H информация передается в виде электрических сигналов напряжением от 2,5 до 3,5 В, а по проводу CAN L - от 1,5 до 2,5 В (рис. 6). Разность напряжений, равная нулю, дает уровень логического нуля, а разность напряжений 2,0 В - уровень логической единицы.
Рис. 6.а - напряжение; б - разность напряжений; А, С - логический уровень равен 0; B - логический уровень равен 1
CAN - мультимастерная шина, т.е. без центрального управляющего устройства. Все подключаемые к центральному или центральным блокам электронные блоки разных систем (или контроллеры) равноправны - любой имеет доступ к передаваемым данным и может сам их передавать.
CAN-шина относится к типу последовательных; передача данных в шине выполняется по протоколу в виде обмена сообщениями между блоками управления через очень короткие промежутки времени. Протокол состоит из последовательности бит* информации, передающихся друг за другом. Число бит в протоколе передачи данных зависит от размера поля данных.
* Бит - базовая единица измерения количества информации, равная количеству информации, содержащемуся в опыте, имеющем два равно вероятных исхода (да или нет).
Данные передаются бит за битом и в такой же последовательности принимаются. Биты составляют отдельные поля (рис. 7), из них складываются так называемые кадры - основные информационные единицы.
Начало кадра обозначает начало протокола передачи данных.
Арбитражное поле используется для обозначения приоритета протокола передачи данных. Например, если двум блокам управления требуется отправить сообщения одновременно, то первым отправляет сообщение в блок управления с более высоким приоритетом. Кроме того, арбитражное поле используется для определения содержания сообщения (например, частоты вращения коленчатого вала двигателя).
Рис. 7.1 - начало кадра (1 бит); 2 - арбитражное поле (11 бит); 3 - неиспользуемое (запасное) поле (1 бит); 4 - поле управления (6 бит); 5 - поле данных (64 бита); 6 - поле обнаружения ошибок CRC (16 бит); 7 - поле сигнала приемника передатчику ACK (2 бита); 8 - конец кадра (7 бит)
В поле управления (контрольное поле ) в виде кода записывается количество элементов информации в поле данных. Этим обеспечивается возможность для каждого приемника проверить, были ли получены все необходимые данные.
В поле данных передаются элементы данных, являющиеся важными для других блоков управления. Оно содержит больше всего информации: от 0 до 64 бит (от 0 до 8 байт).
Поле CRC используется для обнаружения ошибок в процессе передачи данных.
Поле ACK содержит сигнал приемника передатчику о том, что протокол данных был успешно выполнен. В случае обнаружения ошибки информация об этом немедленно поступает в передатчик и отправка сообщения повторяется.
Конец кадра предназначен для проверки передатчиком протокола данных и отправки приемнику подтверждения о его безошибочном выполнении. В случае обнаружения ошибки передача данных немедленно прекращается, а затем выполняется повторно. После этого протокол передачи данных считается выполненным.
Один кадр может включать несколько параметров, например, кадр, выдаваемый ЭБУ системы впрыска топлива, может состоять из следующих параметров:
- частота вращения коленчатого вала двигателя;
- средний эффективный крутящий момент двигателя;
- заданная водителем скорость движения;
- состояние системы круиз-контроля (включена или не включена);
- разрешение на включение компрессора кондиционера;
- величина крутящего момента двигателя без учета воздействия автоматической коробки передач.
Рис. 8. 1 - идентификационный код послания (11 бит); 2 - содержание послания (до 8 × 8 бит); 3 - контрольная сумма (16 бит); 4 - подтверждение приема послания (2 бит)
Некоторые кадры выдаются периодически (например, кадр системы впрыска топлива - через каждые 10 с), другие - при наступлении какого-либо события (например, кадр, генерируемый ЭБУ подушек безопасности, выдается в случае удара, при этом выключается топливный насос, происходит разблокировка замков дверей и запрещается блокировка рулевой колонки).
Обмениваемая информация состоит из отдельных посланий, которые могут быть отправлены и получены каждым из блоков управления. Каждое из посланий (рис. 8), составленное согласно протоколу, содержит данные о каком-либо физическом параметре, например, о частоте вращения коленчатого вала.
Примером идентификационного кода послания может быть: двигатель, частота вращения коленчатого вала двигателя. В этом же послании могут содержаться и другие данные (например, указания о холостом ходе, передаче крутящего момента и других режимах работы двигателя). При этом величина частоты вращения представляется в двоичной форме, т.е. как последовательность нулей и единиц или бит (рис. 9). Например, значение частоты вращения двигателя 1800 об/мин может быть представлено как двоичное число 00010101.
Рис. 9.
Пример упрощенной передачи данных на примере угла положения дроссельной заслонки, который показывает, как строится информация, дан в табл. 1. Положение дроссельной заслонки от 0° до 102° передается с шагом 0,4° 8 битами, таким образом возможно 256 вариантов комбинаций битов.
Таблица 1. Зависимость изменения данных в шине от положения (угла) дроссельной заслонки
В современных автомобилях, как правило, применяются три вида шин, работающие с разными скоростями (рис. 10). Наиболее важные устройства и системы (антиблокировочная система тормозов, система курсовой устойчивости и др.) подключаются к скоростной магистрали с пропускной способностью 500…1000 Кб/с, практически обеспечивающей работу системы в реальном времени. Менее быстрые и важные приборы - система «Комфорт» или информационно-командная система (радио, монитор на центральной консоли, система навигации и кондиционирования) - завязаны на вторую шину со скоростью 95,2…100,0 Кб/с. Для остальных «медленных» устройств - система «Комфорт» (дверных замков, систем освещения, стеклоподъемников) - служит третья шина со скоростью 33,3…100,0 Кб/с.
Рис. 10.(на примере автомобиля Polo модели 2002 г.): 1 - шина наиболее важных устройств; 2 - шина информационно-командной системы; 3 - шина системы комфорта; БУ - блок управления; ЗУ - запоминающее устройство
Вместо ключа зажигания в автомобилях, оборудованных CAN-шинами, используют электронный брелок, который взаимодействует с блоком управления двигателем через цифровую шину. Возросшие требования к скорости передачи и безопасности данных требуют применения широкополосных шин передачи данных с временным разделением (временным управлением) каналов (для сравнения: CAN представляет собой событийно-управляемую шину данных).
Шина FlexRay - это последовательная, детерминистическая и устойчивая к сбоям шина передачи данных для применения в автомобиле; скорость передачи данных составляет 10 Мб/с, что в 20 раз превышает скорость передачи по высокоскоростной шине CAN (500 Кб/с).
Важной особенностью FlexRay является также гарантированное время реакции или латентный период реагирования, т.е. время, которое требуется на прохождение сообщения от отправителя до получателя. В связи с этим говорят также о детерминистической (предопределенной, регламентированной) передаче. Это означает, что данные поступают к адресату или адресатам в строго определенный или предварительно заданный момент времени (возможно применение в режиме реального времени).
Шина FlexRay двухпроводная: плюсовой провод обозначают красным цветом, минусовой - синим. Уровень напряжения на обоих проводах колеблется (рис. 11) от минимума (2,2 В) до максимума (2,8 В) (для сравнения в высокоскоростной шине CAN 1,5…3,0 В). Уровень разностного напряжения составляет не менее 600 мВ (в высокоскоростной шине CAN 2 В).
Рис. 11.
FlexRay работает с тремя состояниями сигнала:
- холостой сигнал - уровень напряжения обоих проводов шины составляет 2,5 В (режим холостого хода). Рецессивный сигнал означает, что уровень напряжения может быть превышен (перезаписан) другим блоком управления;
- 1 - плюсовой провод имеет высокий, а минусовой - низкий доминирующий уровень напряжения;
- 0 - плюсовой провод имеет низкий, а минусовой - высокий доминирующий уровень напряжения.
Доминирующий сигнал означает, что этот уровень напряжения не может быть превышен (перезаписан) другими блоками управления.
При таких параметрах уровня напряжения время передачи 1 бит составляет 100 нс (наносекунд) (для сравнения в высокоскоростной шине 2000 нс).
Центральный блок информационно-командной системы может соединяться с процессором навигационной и других систем посредством оптического кабеля - шины типа МОSТ (Media Oriented Systems Transport). Это необходимо для защиты линии передачи данных от помех. Для передачи данных через оптический кабель следует преобразовать аналоговую информацию в серии световых импульсов, которые затем могут распространяться по стеклянным волокнам кабеля. Длина световых волн меньше длины радиоволны, поэтому они не создают электромагнитных помех и сами являются невосприимчивыми к таковым.
Вокруг любого проводника, по которому проходит электрический ток (рис. 12), возникают поля, поэтому проложенные параллельно или перекрещивающиеся проводники тока создают взаимные помехи. Помехи создаются также электромагнитными волнами, генерируемыми, например, мобильным телефоном. При использовании волоконно-оптической связи такие помехи отсутствуют.
Рис. 12. Передача тока по волоконно-оптическому (а) и металлическому (б) проводникам: 1 - цифровая информация; 2 - оптический кабель; 3 - аналоговая или цифровая информация; 4 - металлический проводник; 5 - электромагнитное поле проводника
Преимуществом современных волокно-оптических систем, кроме отсутствия помех, является также скорость передачи данных, достигающая 21,2 Мб/с, что позволяет передавать информацию в виде цифрового сигнала. Такая связь применяется при приеме аудио- и видеопередач, что требует скорости передачи данных порядка 6 Мб/с и больше, в то время как шина CAN при большом количестве жил в жгуте проводов может передавать данные со скоростью не более 1 Мб/с.
Светодиод - один из основных компонентов волокно-оптической системы (рис. 13) предназначен для преобразования сигнала по напряжению в световой сигнал. Длина волны выработанных световых сигналов около 650 нм и их видно как красный свет. Световод предназначен для отправки световых волн, вырабатываемых в передатчике одного блока управления, на приемник другого блока управления. Фотодиод предназначен для преобразования световых волн в сигналы по напряжению.
Рис. 13.1 - световод; 2 - фотодиод; 3 - светодиод; 4 - трансивер
Недостатком волокно-оптической системы является требование плавных изгибов; радиус изгиба световода не должен превышать 25 мм.
Шина типа MOST представляет шину последовательной передачи данных (аудио- и видеосигналов, голосовых сигналов) по оптическому кабелю (рис. 14). С точки зрения физического исполнения в случае шины MOST речь идет о кольцевой структуре (топологии) сети. Шина типа MOST может включать до 64 устройств.
Рис. 14. Шина типа MOST (на примере Touareg 2011 Volkswagen): 1 - ЭБУ в комбинации приборов; 2 - диагностический интерфейс шин данных; 3 - ЭБУ информационной электронной системы; 4 - ТВ-тюнер; 5 - DVD-чейнджер; 6 - головное устройство аудиосистемы; 7 - ЭБУ цифровой аудиосистемы
» Электронные системы автомобиля — в помощь водителю
Вспомогательные электронные системы предназначены для создания условий способствующих улучшению управления автомобилем. Разработано множество различных электронных систем действующих совместно с агрегатами автомобиля, которые можно классифицировать:
- Вспомогательные системы, работающие совместно с механизмами тормозного контура:
— автоблокировочные,
— экстремального торможения. - Соблюдение курсовой устойчивости.
- Соблюдение дистанции при движении между автомобилями.
- Поддержка перестроения автомобилей при движении со сменой полос автотрассы.
- Парковка с использованием ультразвуковых сигналов.
- Использование камеры заднего вида.
- Bluetooth.
- Круиз-контроль
Антиблокировочная тормозная система
АБС () – специально для повышения эффективности работы тормозов при различных дорожных погодных условиях.
Считывает скорость вращения каждого колеса и при усиленном торможении препятствует блокированию и скольжению, тем самым оставляет возможность управлять и маневрировать транспортным средством до полной остановки.
В ее состав входит:
- электронный блок управления;
- механизм – модулятор регулировки давления рабочей (тормозной) жидкости, (блок ABS);
- показывающих угловую скорость вращения колес.
Система экстремального торможения
Предназначена для экстренного торможения в условиях требующих немедленной остановки автомобиля. И помогает водителю дожимать педаль тормоза, при расчете малоэффективности торможения.
Состоит из блоков:
- гидравлического модуля с компонованного с блоком АБС и насосом обратной подачи тормозной жидкости;
- датчика, показывающего давление в гидравлическом контуре;
- датчика, фиксирующего скорость вращения колес;
- устройства выключения сигнала передаваемого на усилитель экстремального торможения.
Система курсовой устойчивости автомобиля
Позволяет стабилизировать поперечную динамику движения автомобиля, предотвращает занос транспортного средства. Действует совместно с АБС и системой управления двигателем.
В ее состав входит:
- электронный блок-контроллер;
- датчик, показывающий положение рулевого колеса;
- датчик давления в системе тормозов.
Курсовая устойчивость показала себя с высокой эффективностью на обледенелых дорогах, помогая водителю в трудных ситуациях
Система соблюдения расстояния между движущимися автомобилями
САРД – электронная система соблюдения необходимого, заданного расстояния между автомобилями, работающая в автоматическом режиме. Эффективность действия САРД возможна при скорости движения до 180 км/час и действует совместно с системой регулирования скорости, позволяя водителю управлять автомобилем в более комфортных условиях.
Система поддержки смены полос движения
Предназначена для контроля окружающей обстановки при осуществлении маневрирования на трассе. Позволяет с помощью радара контролировать мертвую зону вокруг автомобиля и предупреждает водителя о возникновении помех при движении, предотвращает дорожно-транспортные пришествия.
Электронная система парковки автомобиля
Предназначена для обеспечения безопасности маневров при парковке автомобиля. Электронная система состоит из нескольких ультразвуковых датчиков, которые передают информацию водителю о возможных препятствиях с помощью специальных звуковых и визуальных сигналов. Сигнальные датчики работают в режиме приема-передачи сигнала и позволяют использовать их с наибольшей эффективностью.
Камера заднего вида
Предназначена для передачи визуальных изображений позади автомобиля. Совместное использование звуковых датчиков и камеры заднего вида предотвращает возникновение ситуаций столкновения с препятствиями позади транспортного средства при маневрах.
Вспомогательная система Bluetooth
Bluetooth – обеспечивает мобильную связь для различных устройств, установленных на автомобиле:
- телефон;
- ноутбук.
Помогает водителю меньше отвлекаться от дороги. Обеспечивая безопасность и комфорт при вождении автомобиля.
Состоит из блоков:
- электронного приемо-передающего блока;
- антенны.
Круиз-контроль
Помогает водителю, увеличивая комфорт вождения.
Поддерживает заданную скорость транспортного средства вне зависимости от рельефа местности, на спусках и подъемах дороги. Имеет управление с добавлением скорости и лимита скорости, так же присутствует запоминание установленного лимита. Отключается при нажатии на педаль тормоза или сцепления, так же имеет свой собственный выключатель. При нажатии на педаль газа транспортное средство ускоряется, после отпускания, возвращается к своему лимиту скорости.
Пользователь имеет возможность значительно упростить и автоматизировать использование систем автомобиля с учетом автономного управления.
Электронная диагностика систем автомобиля проводиться при прохождении каждого технического обслуживания официальным дилером. Выдается бумага о наличии неисправностей с распечаткой кодов ошибок. Однако существует небольшая грань между установленным оборудованием и штатным. По штатному оборудованию, дилер обязан предоставить ремонт и его диагностику, а вот по установленному может вам отказать, тем более если оборудование устанавливалось в гаражных условиях с внедрением в проводку и изменением алгоритмов работы. В таких ситуациях если машина на гарантии, то можно лишиться гарантийного обслуживания. Будьте осторожны при установке дополнительного оборудования!
Блок управления дверями автомобиля — функции сети CAN
Пежо 308 — недостатки и отзывы владельцев новой модели
Что такое АБС (ABS) — антиблокировочная система тормозов
Тормозная система автомобиля — ремонт или замена
Что такое система Start-Stop?
Система охлаждения двигателя автомобиля, принцип действия, неисправности
Каждое следующее поколение транспортных средств с течением времени стает все больше компьютеризованным, вытесняя механические системы и постепенно меняя их на электронные. И если еще пару десятков лет назад любой водитель мог собственноручно поменять сгоревшую лампу в фаре, то нынче непрофессиональное вмешательство в работу автоэлектроники, которой в разной степени оборудованы современные версии авто, может повлечь самые серьезные и неотвратимые сбои в ее работе.
Либо же по причине замыкания проводки может произойти возгорание и уничтожение транспортного средства за считанные минуты, что, в принципе, понятно, ведь все новое электронное оборудование состоит из множества связанных узлов. Поэтому каждый владелец, бережно относящийся к своему авто, ремонт электронного оборудования должен доверить только профи, которыми и являются все сотрудники нашего автотехцентра.
Диагностика ЭБУ в автоцентре Митино
Системы электронного оборудования – важная составная начинки современного автомобиля. Они контролируются электронными блоками управления (ЭБУ) и необходимы для регулировки работы почти всех автомобильных систем.
Диагностика ЭБУ, как правило, проводится непосредственно на транспортном средстве. В нее входит диагностика сканером, проверка режимов включения в блоках управления и проверка работы главных функций ЭБУ (управление бензонасосом, главным реле, форсунками впрыска, зажиганием и др.).Дилерские центры не занимаются ремонтом автоэлектроники, поэтому использование диагностического высокотехнологичного оборудования в сочетании с опытом высококвалифицированного персонала автоцентра Митино – залог своевременного выявления поломок и их качественного устранения.
Причины неисправностей и ремонт ЭБУ
Обычно ЭБУ сбиваются с нормального режима работы из-за перенапряжения или негативного внешнего влияния, типа перегрева, вибрации, коррозии, влаги либо механического повреждения электронных блоков управления. Часто от таких негативных факторов страдает АБС (антиблокировочная система тормозов) и коммутационный блок BSI. Например, нам нередко приходится делать ремонт BSI Пежо 307 или работать с автомобилями Опель Вектра, ремонт АБС которых поставил в затруднительное положение мастеров других сервисов.
Здесь необходимо напомнить, что ремонт ЭБУ Опель Астра, Вектра, Корса, автовладелец просто обязан делать с течением времени эксплуатации техсредства. Из-за заводского расположения блока в отсеке двигателя, где он поддается постоянным вибрациям, появляются ошибки в данных управления разнообразными датчиками. Технология ремонта ЭБУ, которая применяется в автотехцентре Митино, полностью устраняет подобные проблемы.
Распространенные неполадки панели приборов и устранение их в автоцентре Митино
Современные варианты приборных панелей на автомобилях оснащены внутри множеством электронных элементов, в которых иногда возникают неисправности. Из наиболее частых, с которыми с легкостью справляются наши мастера, можно выделить мигание либо выключение подсветки панели приборов, неисправную работу спидометра и тахометра при нормально поступающем сигнале.
В автомобилях Skoda, Renault, VW, Opel нередко появляются проблемы с информационным ЖК-дисплеем, требующие немедленного вмешательства специалистов. А ремонт панели приборов Рено Сценик усложняется наличием газоразрядного индикатора панелей, который снять, избежав разгерметизации, может только профи.
Многие автовладельцы при малейшей неисправности панели сразу меняют ее на новую. Однако сервисные возможности автотехцентра Митино сегодня таковы, что ремонт панели приборов – это уже не проблема, а услуга, позволяющая автовладельцу существенно сэкономить.
Определяясь с выбором подходящего сервиса, помните, что наш профессионализм, опыт и уважительное отношение к каждому клиенту, которыми не всегда могут похвастать другие ремонтные компании, – залог самого качественного ремонта Вашего автомобиля.
Введение
В настоящее время техническая оснащенность автомобиля различными электронными системами значительно возросла. Последние достижения в области электроники и микропроцессоров способствовали повышению надежности, эргономичное TM и безопасности автомобиля.
Доля электроники в автомобилях постоянно увеличивается - в 2000 году на нее приходилось 22% стоимости автомобиля, а в 2010 - 35%.
Еще более возрастает роль электронных и микропроцессорных систем, которые во многом определяют активную и пассивную безопасность автомобиля. Так 1 июля 2004 года в Европейском союзе вступило в силу коллективное обязательство автопроизводителей не поставлять на рынок автомобили без антиблокировочных систем. Как ожидается, вскоре аналогичное решение будет принято и по подушкам безопасности.
Не меньшее внимание уделяется экологическим показателям автомобиля, выполнить которые без микропроцессорного управления силовым агрегатом невозможно.
1. Общие сведения об электронных и микропроцессорных системах автомобиля
Понятие электронной системы является более общим, нежели понятие микропроцессорной системы. В самом общем смысле под электронной системой понимается система, построенная на радиоэлектронных элементах.
Электронная система автомобиля - система (узел) автомобиля, алгоритм функционирования которой определяется принципиальной электрической схемой блока управления или всего узла. При этом технически электронный блок управления (ЭБУ) или весь узел может быть выполнен на дискретных и (или) интегральных радиоэлементах, а изменение алгоритма работы системы или узла невозможно без изменения электрической схемы.
Микропроцессорная система автомобиля - система автомобиля, алгоритм функционирования которой определяется программой процессора электронного блока управления (ЭБУ). Таким образом, в данной системе всегда есть блок управления на основе микропроцессора и для изменения алгоритма работы системы требуется изменить программу микропроцессора.
Основные компоненты электронных и микропроцессорных систем автомобиля.
Современный автомобиль обладает значительным количеством электронных и микропроцессорных систем различного назначения и уровня сложности, что определило разнообразие в элементной базе устройств и технологиях их изготовления.
Рассмотрим основные критерии классификации электронных компонентов автомобиля.
По типу элементов: дискретные и интегральные электронные компоненты.
По типу рабочего сигнала : цифровые и аналоговые компоненты.
По условиям применения: стандартные (универсальные) и специальные компоненты.
Более подробно рассмотрим интегральные микросхемы (ИС), которые в настоящее время являются преобладающими в автомобильной электронике.
В подавляющем большинстве сейчас используются монолитные интегральные микросхемы (1С- integrated circuit), то есть выполненные на едином кристалле полупроводника (чаще кремния) по планарной технологии. Данная технология позволяет производить в микросборке все полупроводниковые элементы, а также пассивные компоненты, такие как резисторы и конденсаторы. Выделяют пять уровней интеграции микросхем:
- низкая (SSI);
- средняя (MSI);
- высокая (LSI);
- сверхвысокая (VLSI);
- ультравысокая (ULSI).
В настоящее время производятся последние три группы интегральных микросхем. Аналоговые интегральные микросхемы чаще всего делятся по назначению: операционные усилители, стабилизаторы напряжения, усилители низкой частоты, компараторы и т. д.
Цифровые интегральные микросхемы имеют, как правило, два критерия классификации:
- по технологии полупроводников: биполярные, на основе полевых транзисторов и гибридные.
- по назначению: логические, триггеры, регистры, шифраторы, мультиплексоры, микросхемы памяти, высокомощные микросхемы.
Отдельным классом цифровых интегральных микросхем стоят микропроцессоры.
Микропроцессор (МП) - это программно управляемое устройство, осуществляющее процесс обработки цифровой информации и управление этим процессом, реализованное в одной или нескольких больших интегральных схемах (БИС).
Микропроцессорная ЭВМ (или микроЭВМ) - это ЭВМ, включающая микропроцессор, полупроводниковую память, средства связи с периферийными устройствами и, при необходимости, пульт управления и блок питания, объединенные одной несущей конструкцией.
В зависимости от способа конструирования микроЭВМ делят на:
- однокристальные, выполненные на одном кристалле,
- одноплатные, реализованные на одной плате,
- многоплатные, когда микропроцессор и основная память располагаются на одной плате, средства связи с периферийными устройствами - на других.
Микропроцессорная система (МПС) - информационная, измерительная, управляющая или другая специализированная цифровая система, включающая микроЭВМ и средства сопряжения с обслуживаемым объектом.
Программное обеспечение МПС (ПО МПС) - совокупность программ, которые находятся в памяти системы и реализуют алгоритм функционирования системы.
2. Системы управления двигателем
2.1 Основные принципы управления двигателем
Автомобильный двигатель представляет собой систему, состоящую из отдельных подсистем: системы топливоподачи, зажигания, охлаждения, смазки ит.д. Все системы связаны друг с другом и при функционировании они образуют единое целое.
Схема двигателя как объекта автоматического управления приведена на рис.2.
Входные параметры (угол открытия дроссельной заслонки j др, угол опережения зажигания q , цикловой расход топлива G т и др.) - это те параметры, которые влияют на протекание рабочего цикла двигателя. Их значения определяются внешними воздействиями на двигатель со стороны водителя или системы автоматического управления, поэтому они называются также управляющими.
Выходные параметры , называемые управляемыми, характеризуют состояние двигателя в рабочем режиме. К ним относятся: частота вращения коленчатого вала, крутящий момент Ме, показатель топливной экономичности g е и токсичности отработавших газов (например, содержания СО), а также многие другие.
Кроме входных управляющих параметров, на двигатель во время его работы воздействуют случайные возмущения , которые мешают управлению. К случайным возмущениям можно отнести изменение параметров состояния внешней среды (температура Т, атмосферное давление р, влажность), свойств топлива и масла и т.д.
Для двигателя внутреннего сгорания характерна периодическая повторяемость рабочих циклов. Как объект управления двигатель считается нелинейным, так как реакция на сумму любых внешних воздействий не равна сумме реакций на каждое из воздействий в отдельности. Учитывая, что двигатель в условиях городской езды работает на нестационарных режимах, возникает проблема оптимального управления им. Возможность оптимального управления двигателем на нестационарных режимах появилась с развитием электронных систем управления.
Управление двигателем нельзя рассматривать в отрыве от управления автомобилем. Скоростные и нагрузочные режимы работы двигателя зависят от скоростных режимов движения автомобиля в различных условиях эксплуатации, которые включают в себя разгоны и замедления, движение с относительно постоянной скоростью, остановки.
Водитель изменяет скоростной и нагрузочный режим двигателя, воздействуя на дроссельную заслонку. Выходные характеристики двигателя при этом зависят от состава топливо-воздушной смеси и угла опережения зажигания, управление которыми обычно осуществляется автоматически.
Входные параметры - это те параметры, которые влияют на протекание рабочего цикла двигателя. Их значения определяются внешними воздействиями на двигатель со стороны водителя или системы автоматического управления, поэтому они называются также управляющими.
Выходные параметры, называемые управляемыми, характеризуют состояние двигателя в рабочем режиме. К ним относятся: частота вращения коленчатого вала, крутящий момент, показатель топливной экономичности и токсичности отработавших газов (например, содержания СО), а также многие другие.
2.2 Электронные системы впрыскивания бензина
Применение систем впрыскивания топлива взамен традиционных карбюраторов обеспечивает повышение топливной экономичности и снижение токсичности отработавших газов. Они позволяют в большей степени по сравнению с карбюраторами с электронным управлением оптимизировать процесс смесеобразования. Однако следует отметить, что системы впрыскивания топлива сложнее систем топливоподачи с использованием карбюраторов из-за большего числа подвижных прецизионных механических элементов и электронных устройств и требуют более квалифицированного обслуживания в эксплуатации.
По мере развития систем впрыскивания топлива на автомобили устанавливались механические, электронные и цифровые системы. К настоящему времени структурные схемы систем впрыскивания топлива в основном стабилизировались При распределенном впрыскивании топливо подается в зону впускных клапанов каждого цилиндра группами форсунок без согласования момента впрыскивания с процессами впуска в каждый цилиндр (несогласованное впрыскивание) или каждой форсункой в определенный момент времени, согласованный с открытием соответствующих впускных клапанов цилиндров (согласованное впрыскивание). Системы распределенного впрыскивания топлива позволяют повысить приемистость автомобиля, надежность пуска, ускорить прогрев и увеличить мощность двигателя.
При распределенном впрыскивании топлива появляется возможность применения газодинамического наддува, расширяются возможности в создании различных конструкций впускного трубопровода. Однако у таких систем по сравнению с центральным впрыскиванием больше погрешность дозирования топлива из-за малых цикловых подач.
Идентичность составов горючей смеси по цилиндрам в большей степени зависит от неравномерности дозирования топлива форсунками, чем от конструкции впускной системы. При центральном впрыскивании топливо подается одной форсункой, устанавливаемой на участке до разветвления впускного трубопровода. Существенных изменений в конструкции двигателя нет. Система центрального впрыскивания практически взаимозаменяема с карбюратором и может применяться на уже эксплуатируемых двигателях. При центральном впрыскивании обеспечивается большая точность и стабильность дозирования топлива.
Особенно эффективна в отношении повышения топливной экономичности система распределенного впрыскивания топлива в сочетании с цифровой системой зажигания.
В мировой практике разработкой электронных систем впрыска топлива занимаются многие фирмы, однако наиболее известны в Европе: BOSCH, Siemens, поэтому чаще всего используют их обозначение систем. Общепринятым международным обозначением электронных систем впрыска является Jetronic. В настоящее время в массовом производстве преобладает система под названием LH-Jetronic, которая является системой распределенного впрыска топлива во впускной трубопровод. Применяется как синхронный и асинхронный впрыск топлива. Главной чертой этой системы является термоанемометрический расходомер воздуха, взамен расходомера на основе потенциометра с заслонкой.
2.3 Микропроцессорные системы управления бензиновым двигателем
Сейчас практически отказались производители от отдельных электронных систем впрыска и производят электронные системы управления двигателем (МСУД), объединяющие управление впрыском топлива и зажиганием бензинового двигателя. Такие системы обозначаются Motronic. Производятся на современном этапе три типа систем:
-M-Motronic - микропроцессорная система управления зажиганием и распределенным впрыском топлива;
-ME-Motronic - микропроцессорная система управления зажиганием и распределенным, последовательным впрыском топлива, с X- регулированием и электронным дросселем (система ETC);
-MED-Motronic- микропроцессорная система управления зажиганием и непосредственным впрыском топлива в цилиндры (Direct injection, DI).
Рассмотрим особенности систем ME-Motronic и MED-Motronic.
Система ME-Motronic
Кроме основных своих функций система ME-Motronic выполняет и целый ряд дополнительных функций с разомкнутой и замкнутой системами управления. В качестве примера можно назвать:
-регулирование частоты вращения коленчатого вала на холостом ходу; регулирование коэффициента избытка воздуха (замкнутая система управления);
-улавливание топливных паров; рециркуляция отработавших газов для снижения содержания оксидов азота;
-контроль за работой вспомогательной воздушной системы для снижения содержания углеводородов в отработавших газах;
-автоматическое регулирование скорости движения (круиз-контроль).
Система MED-Motronic
При оснащении бензинового двигателя с искровым зажиганием и непосредственным впрыском топлива системой MED-Motronic расход топлива может быть снижен не менее чем на 20 % по сравнению с двигателем, имеющим впрыск топлива во впускной трубопровод.
При этом может быть достигнут длительный эффект снижения выбросов диоксида углерода (СО2) во время движения автомобиля.
При непосредственном впрыске топлива должна осуществляться возможность скоординированного выбора между вариантами применения неоднородной смеси (послойного заряда) при неполной нагрузке и однородной (гомогенной) смеси при полной нагрузке и наоборот.
Основными требованиями при использовании системы MED-Motronic являются:
-точное дозирование потребного количества впрыскиваемого топлива;
-создание необходимого давления впрыска;
-управление моментом впрыска;
-впрыскивание топлива непосредственно в камеру сгорания.
Так же должны быть согласованы требования к величине крутящего момента двигателя, с тем, чтобы затем имелась возможность проведения необходимых регулировочных операций на данном двигателе.
Принцип работы электронной системы управления двигателем
Электронная система управления двигателем (ЭСУД) может быть системой управления как бензиновым, так и дизельным двигателем. Указанная система управления состоит из входных датчиков, ЭБУ, а также исполнительных устройств.
Развитие электронных систем управления ДВС стало возможным благодаря активному внедрению в конструкцию силовых агрегатов электронных компонентов. Еще одним фактором развития электронного управления стали экологические нормы и стандарты, полного соответствия которым можно добиться только при условии высокоточной работы управляющих систем.
На раннем этапе система управления двигателем представляла собой решение, в котором конструктивно были объединены система зажигания и система впрыска топлива. Сегодня ЭБУ двигателем контролирует большое количество систем и механизмов ДВС, среди которых:
- система впуска;
- система топливного впрыска;
- система зажигания;
- система охлаждения;
- система EGR;
- система выпуска;
- тормозная система и т.д.
Система управления двигателем работает по следующему принципу. В различных механизмах ДВС установлены входные датчики. Среди основных выделяют:
- датчик положения дроссельной заслонки (ДПДЗ);
- датчик расхода воздуха (сегодня используется массовый воздухорасходомер ДМРВ);
- датчик давления топлива;
- датчик положения распредвала (датчик Холла, ДПРВ);
- датчик коленвала;
- датчик детонации;
- кислородные датчики;
- датчики температуры ОЖ, моторного масла, воздуха и т.д.
Указанные датчики осуществляют замер параметров работы мотора, после чего происходит преобразование в электрический сигнал. На современных автомобилях сигнал может быть как аналоговым, так и цифровым. Данные от датчиков являются основой, которая позволяет ЭБУ контролировать работу двигателя на разных режимах. Показания отдельно взятых датчиков могут служить для управления как одной, так и одновременно несколькими системами силового агрегата.