воскресенье, 23 августа 2009 г.

Система управления двигателем (для специалистов)


Siemens Sirius 34 RE5_7300.

Информация изложенная в этом тексте получена путем обратного инженринга и не является истинной в последней инстанции мало того она вообще является бредом, поэтому ее не рекомендуется читать никому! ;)

На автомобилях Clio2 фазы 2 устанавливается система управления Siemens Sirius 34 (позже EMS3134). Эта система разработанна в конце 90-х годов как функциональным аналог BOSCH motronic ME7. Подобные системы управления устанавливаются на автомобили и сегодня. Все блоки управления автомобиля включая приборную панель соеденены шиной CAN с скоростью передачи сообщений 250кбит/c. Блок управления двигателем построен на микропроцессоре Инфинеон С167.

Система испольует при расчетах физические модели, для работы с электронной программой стабилизации траектории используется "моментная модель двигателя". Управление наполнением производится с помощью электронной дроссельной заслонки.


На Клио-2 фазы 2 с 2003 года устанавливается ESP BOSCH v5.7 которая содержит следующие функциональные блоки:

1) 4-х канальная ABS (Anti-lock braking System) - предотвращает блокировку колес автомобиля при торможении.
2) EBD (Electronic Brake force Distribution) (REF)- обеспечивает электронное распределение тормозных усилий по осям автомобиля в зависимости от его загрузки.
3) ASR (Automatic Slip Regulation) - подавляет пробуксовку ведущих колес автомобиля уменьшая момент двигателя управлением моментом зажигания и положением дроссельной заслонки.
4) EDL (Electronic Differential Lock) - подовляет пробуксовку одного из колес при старте автомобиля подторможивая буксующее колесо (используется при разных покрытиях под колесами).
5) MSR (Motor Schleppmoment Regelung) - предотвращают блокировку колес при торможении двигателем на покрытиях с низким коэффициентом сцепления (лед, cнег) уменьшая тормозной момент двигателя приоткрыванием дроссельной заслонки.
6) AYC (Active Yaw Control) - подавляет разворачивающий момент подтормаживанием колес для достижения нейтральной поворачиваемости (соответствия траектории положению руля), собственно программа траекторной стабилизации автомобиля.
7) HBA (hydraulic brake assist) BAS (brake assist) - при резком нажатии тормоза в аварийной ситуации система с помощью своего гидронасоса увеличивает тормозной момент обеспечивая наиболее эффективное замедление автомобиля.

Акронимы и разделы карт калибровок TunerPro.

В картах калибровок системы для удобства используются следующие сокращения (часть образована французскими словами):

LIMP HOME - Режим ограничивающий обороты/cкорость/момент двигателя при имеющихся в системе управления критических ошибках.

RECOCYL - Подсистема определения текущей очередности цилиндров (фазирования двигателя по 1 цилиндру).

CATALYST - Подсистема диагностики катализатора.

O2CL - Режим Closed Loop для верхнего ДК.

O2DL - Режим Double loop (Closed Loop для нижнего ДК.)

SENSOR - Калибровки датчиков и исполнительных механизмов.

FAZ - Управление фазой впрыска топлива.

TEACH - Обучение аддитивной и мультипликативной коррекции топливоподачи по верхнему ДК.

O2CL_HILOAD - Поведение алгоритма Closed Loop на высоких нагрузках.

IGN CORRECTION X - Алгоритмы связанные с соответствующей коррекцией УОЗ.

LIMITER- Калибровки отсечки топливоподачи.

VVT - Калибровки связанные с управлением 2-х ступенчатым фазовращателем.

AFTERSTART - Подсистема таймеров обеспечивающих изменение некоторых алгоритмов
и факторов работы двигателя в зависимости от времени прошедшего после старта двигателя.

ST - Калибровки влияющие на пуск двигателя.

RRRCO - Калибровки отвечающие за управление электронным дросселем для обеспечения
требуемых минимальных расходов воздуха (режимы холостого хода - количественное регулирование).

AC - Калибровки связанные с управлением климатической установкой (кондиционером).

MISFIRE - Калибровки связанные с диагностикой пропусков воспламенения.

AFR - Калибровки связанные с расчетами требуемого состава смеси.

IDLE - Калибровки связанные с уставками оборотов ХХ и управлением этими уставками.

TORQUE - Калибровки "моментной модели ДВС".

AVANCE (MAX_AVANCE,MIN_AVANCE,BASE_AVANCE,IDLE_AVANCE) - калибровки связанные с системой определения базовых и оптимальных углов опережения зажигания на разных режимах работы двигателя.

ADS - калибровки связанные с управлением адсорбером.

VE - калибровки связанные с расчетами объемной эффективности ДВС и GBC.

TCHARGE - калибровки связанные с расчетами температуры заряда.

OBD - калибровки подсистемы диагностики OBD.

O2DIAG - функциональная диагностика датчиков кислорода.

BIMODE - калибровки связанные с управлением двухрежимным электромагнитным клапаном (глушение шума впуска).


Аварийные режимы работы.

В системе предусмотрен режим ограничения мощности двигателя при критических ошибках датчиков и исполнительных механизмов. В основном датчиков положения дросселя и педали. Этот режим называется limp (limitation perfomance). С ним связан определенный набор калибровок.

При активации режима на панели загорается лампа "спираль". Обороты двигателя ограничиваются калибровкой "Отсечка в режиме LIMP HOME", на нейтрали - 2500rpm. На 1-4 передаче 3500rpm. на 5-й 3000rpm. Максимальное сечение дроссельного узла ограничивается "LIMP_HOME: Ограничение сечения дросселя сверху".


Управление УОЗ двигателя.

В системах с моментными моделями используется чрезвычайно сложная логика управления УОЗ однако в ходе анализа микропрограммы она была полностью восстановлена. Для управления УОЗ двигателя рассчитываются несколько переменных:


Оптимальный УОЗ.

Это УОЗ обеспечивающий наибольший крутящий момент ДВС. Рассчитывается с использованием калибровок с префиксом MAX_AVANCE: Их всего 5 , 4 таблички оптимального УОЗ в зависимости от режимов ДВС по оборотам и расходу воздуха для бензина или LPG при разных положениях фазовращателя и одна табличка - добавка к оптимальному УОЗ. Оптимальный УОЗ (MAX_AVANCE) используется в моментной модели для расчета эффективности управления ДВС по УОЗ, и управления УОЗ в режимах ограничения момента. Оптимальный УОЗ как правило получается путем компьютерного моделирования процессов происходящих в ДВС. Реальный УОЗ двигателя как правило не может быть больше, чем оптимальный УОЗ! Таким образом если в какой то режимной точке двигателя стоит задача увеличения УОЗ -обязательно необходимо контролировать соответствующую режимную точку по оптимальному УОЗ.

Минимальный УОЗ.

Минимальный УОЗ - представляет собой физическое ограничение аргумента для защиты каких либо систем двигателя при управлении моментом и реализации поздних углов (предотвращение чрезмерного роста EGT). Он выбирается из четырех таблиц в зависимости от того работает система на газе (LPG) или бензине, и положения VVT клапана. Так же используется добавка к УОЗ заданная расходом воздуха и температурой воздуха. Калибровки имеют префикс MIN_AVANCE Реальный УОЗ двигателя как правило не может быть меньше, чем минимальный УОЗ! На практике в машине во всех режимах работы минимальный УОЗ= -26.63 угловых градуса.

Базовый УОЗ.

Это фактически УОЗ на котором работает двигатель в случае если нет ограничений момента. Для выбора базового УОЗ используются 4 карты префиксом BASE_AVANCE. Это основные карты по которым работает система, они заданы оборотами и относительным давлением (нагрузкой, представляющей собой разницу между абсолютным и барометрическим давлением). Если система работает в замкнутом цикле лямбда-реулирования, дроссель открыт на 100% и CLMOY имеет положительное значение (верхнее значение петли), - к полученному из таблиц значению добавляется калибровка "BASE_AVANCE: Добавка на 100% дросселя" (в реальной машине она всегда =0, поэтому не используется).

В программе так же используются 2 корректирующих карты УОЗ - "Добавка 1" и "Добавка 2".

Суть "Добавки 1" - ускорение прогрева катализатора и двигателя в определенных режимах путем ввода отрицательных углов. "Добавка 2" позволяет корректировать УОЗ от температуры ОЖ и давления - таким образом обеспечивая быстрый прогрев самого двигателя. В конкретный момент времени работает только одна поправка! Какая именно - определяется диспетчером после пусковых режимов.

На старте двигателя активной становится добавка 1. Она остается активной в течении времени определяемого любым из режимов:"AFTERSTART: Время после пуска 2" "AFTERSTART: Время после пуска 3" "AFTERSTART: Время после пуска 4"


Как только время заданное этими режимами пройдет - программа будет использовать "Добавку 2". Таким образом поскольку реально в калибровках не нулевыми являются только "AFTERSTART: Время после пуска 2" и только в диапазоне стартовых температур 15-25 градусов - практически всегда программа использует "Добавку 2"..

Фактически различия базового и оптимального УОЗ определяются гранью детонации для применяемого в двигателе реального топлива. Базовый УОЗ получают при калибровке двигателя в заводских условиях на конкретном топливе.


Расчет фактора состава смеси AFR.

Система управления спроектирована таким образом, чтоб не использовать качественное регулирование на прогретом двигателе, что несомненно является серьезным недостатком и потребует поиска дополнительных путей решения задачи качественного регулирования для снижения расхода топлива и увеличения момента двигателя - что может потребовать в том числе и модификации управляющей программы ЭБУ.

Существует 2 алгоритма для расчета целевого AFR. Их калибровки имеют префиксы AFR1: AFR2: При старте выбирается AFR1. Практически во всех режимах работы двигателя используется только режим AFR1. AFR2 может быть активировано только после старта в случае если будет активирован режим таймера "AFTERSTART: Время после пуска 3" однако в реальной прошивке она не активируется.

AFR1 используется для обогащения смеси при прогреве двигателя в областях где работа на стехиометрической смеси может быть чрезвычайно нестабильной - в основном при отрицательных температурах.

Рабочий УОЗ в нормальных режимах - пуск.

В этом режиме отключено влияние детонационной коррекции! Рабочий УОЗ берется из таблиц "ST: УОЗ на пуске" которые имеются в вариантах для холодного и горячего двигателя. НИКАКОЙ ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ КОРРЕКЦИИ УОЗ НЕ ПРОИЗВОДИТСЯ!

Рабочий УОЗ в нормальных режимах - ХХ и низкие нагрузки.

В этом режиме отключено влияние детонационной коррекции! Включена динамическая коррекция УОЗ в режим -"стабилизация ХХ" (для чего используется поправка C1_IDLE которая фактически является регулирующей).

Базовый УОЗ на ХХ рассчитывается на основе блока калибровок с префиксом IDLE_AVANCE.

После этого полученный УОЗ запоминается в переменной "УОЗ без коррекции" которая потом используется моментной моделью в расчетах эффективности управления УОЗ ДВС. Расчет угла производится по следующей формуле: WORK_AVANCE = IDLE_AVANCE + (С1_IDLE+C2-C5)

Рабочий УОЗ в нормальных режимах - высокие нагрузки

В этом режиме включена детонационная коррекция, включена динамическая коррекция УОЗ (С1) в режим - "сглаживание рывков в трансмиссии". Для получения угла к Базовому УОЗ добавляется "Коррекция УОЗ по температуре воздуха" (только в случае если нагрузка высокая - давление в ресивере выше чем - "Порог нагрузки по давлению для разрешения коррекции УОЗ по Твозд").

После этого полученный УОЗ запоминается в переменной "УОЗ без коррекции" которая потом используется моментной моделью в расчетах эффективности внутреннего управления УОЗ ДВС.

Производится коррекция с использованием 9-ти корректирующих переменных которые будут описаны ниже:

WORK_AVANCE = BASE_AVANCE + TAIR_CORR + (C1+C2-C3-C4-C5-C6-C7-C8-C9)

Внутренние коррекции УОЗ

С1_IDLE

Стабилизация оборотов ХХ путем управления УОЗ.

C1

Динамическая коррекция УОЗ для сглаживания рывков в трансмиссии.

C2

Статическая поцилиндровая коррекция.Всегда =0.

C3

Используется в режимах с закрытым дросселем для плавного входа в режим отсечки топливоподачи и плавного выхода из него. При закрытии дросселя (положение ХХ) если давление на впуске в двигателе оказывается меньше "Давления запрета" - происходит плавное увеличение фактора коррекции от 0 до 1 с использованием калибровки "Шаг увеличения весового фактора".

Если дроссель открыт или давление выше "давления запрета" - фактор наоборот уменьшается до тех пор пока не дойдет до 0 с использованием калибровки "Шаг уменьшения весового фактора".

Значение коррекции рассчитывается c использованием 2-х табличек по формуле С3="Значение поправки УОЗ от оборотов" * "Коэффициент коррекции поправки по давлению" * Текущее значение весового фактора.

C4

В случае работы на бензине - не может активироваться (всегда =0), поэтому аспекты работы не изучались.

C5

Используется в режиме регулирования ХХ для подавления резкого всплеска оборотов. Работает только в случае если в качестве топлива используется бензин. Активация возможна если обороты двигателя превысят уставку оборотов ХХ + "дифферент оборотов активации".

При активации - используется "начальное значение поправки".

Далее убывает до 0 с использованием калибровок "шаг уменьшения поправки" "Период уменьшения поправки".

C6

Активируется при выходе двигателя из режима ХХ (открытие дросселя) в случае если не включены режимы ограничения момента подсистемой ESP и обороты двигателя меньше, чем указанно в "Максимальные обороты активации". При этом начальное значение берется из калибровок "Начальное значение (gasoline)" и "начальное значение (LPG)" и перемножается на "множитель по давлению".

Далее убывает до 0 с использованием калибровок "шаг уменьшения поправки" "Период уменьшения поправки".

C7

Используется в случае если происходит скачок давления в ресивере (алгоритм 1)

C8

Активируется в случае если происходит скачок давления в ресивере (алгоритм 2).

По оборотам двигателя выбирается "начальное значение поправки УОЗ" которое умножается на "множитель по дельте давления" и ограничивается пределом сверху "Максимальное смещение УОЗ".

Нечувствительность к скачкам давления определяется таблицей "множитель по дельте давления".

C9

Используется в аварийном режиме работы двигателя (LIMP HOME) подробно не исследовалась поскольку в нормальном режиме значения не имеет.


Моментная модель.

Основным отличием этого поколения систем управления от предыдущего является использование для управления двигателем так называемой 'моментной модели'. Моментная модель представляет собой совокупность цепей расчета и управления моментом двигателя, для реализации которых используется управление наполнением и УОЗ двигателя.

Моментная модель построена на основе эффективной реализации элементов современной теории ДВС. Все калибровки имеют префикс TORQUE.


Расчет эффективного момента двигателя (Meff) передаваемого в трансмиссию автомобиля.

1. При прокрутке стартером Meff =0

2. В режиме limp home эффективный момент двигателя принимается за бесконечность!

3. Во всех остальных режимах эффективный момент двигателя рассчитывается по следующей формуле:

Meff= "Множитель для расчета индикаторного момента по GBC" * "Эффективность ДВС по УОЗ" * GBC * "Теоретический КПД воздушного цикла" * Индикаторный КПД от КПД возд цикла (Эффективность ДВС по составу смеси) - Совокупный момент механических потерь.

1) "Множитель для расчета индикаторного момента по GBC" используется для пересчета GBC > момент.

2) Для расчета эффективности двигателя по УОЗ ЭБУ вычитает из рассчитанного им для данной режимной точки "оптимального УОЗ" текущий реальный УОЗ используемый в ДВС и получает таким образом ПОТЕРИ УОЗ выраженные в угловых градусах. Используя калибровки "эффективность двигателя по УОЗ" и "Потери двигателя по УОЗ" программа пересчитывает потери в градусах в эффективность ДВС по УОЗ выраженную в % (при этом 100% - максимальная эффективность ДВС, а значит 0-е потери УОЗ).

3) Теоретический КПД воздушного цикла выбирается из 4-х 3-хмерных таблиц в зависимости от состояния клапана VVT, для бензина во всех таблицах установлено значение 57.03%. (это определяет при степени сжатия 11, коэффициент политропы ТВС = 1.3523)

4) Индикаторный КПД от КПД возд цикла (она же эффективность ДВС по составу смеси) учитывает потери тепла в ДВС и влияние на КПД ожидаемого состава смеси в двигателе:

Ожидаемый состав смеси определяется, как производная от коэффициента определяющего состав смеси в цепочке топливоподачи ДВС, к которой добавляется фактор влияния на ожидаемый состав топлива от заданной лямбда регулятором поправки. Эффективность ДВС по составу смеси лежит в пределах 68.56-70.56% и определяется с помощью 2D таблицы в которой по оси X - ожидаемый состав смеси. В случае если время впрыска = 0 - Эффективность по составу смеси принимается равной нулю (что в свою очередь по формуле даст отрицательный эффективный момент)!

5) Момент механических потерь определяется 3-мя составляющими:

5.1) Момент потерь газообмена через дроссельный узел, представленный 4-мя константами (max) в зависимости от состояния клапана VVT и выбора бензин-газ (=15Nm) * разряжение на впуске выраженное в %. Таким образом максимальные потери возникают при максимальном разряжении на впуске. Потери во всех случаях находятся в диапазоне 0-15Nm.

5.2) Момент механических потерь (таблица момента от оборотов двигателя с коррекцией по температуре двигателя). 11.5-32 Nm. (потери на трение в ДВС и газообмен в ДВС).

5.3) Момент механических потерь на привод кондиционера (пересчитывается из требуемой мощности на кондиционере (АСPOWER) с учетом оборотов ДВС и фундаментальной физической константы "Коэффициент пересчета мощности в момент").

Момент рассчитанный этим алгоритмом используется только для диагностики. Потери на привод генератора и компрессора ГУР в модели не фигурируют, однако их факторы влияют на алгоритм регулирования расхода воздуха на ХХ.

Факторы эффективности управления УОЗ.

Для расчета ожидаемого и фактического моментов необходимо понимать, что такое "внутренняя эффективность управления УОЗ двигателя". Теоретически двигатель всегда мог бы работать на эффективных углах, однако он снабжен сложным набором исполнительных устройств, подключение которых может вызвать флуктуации момента и дискомфорт в управлении автомобилем (в частности это вентиляторы охлаждения, кондиционер, нагреватели стекол, ГУР и.т.п.). Поэтому для своей работы двигатель использует различные внутренние коррекции УОЗ целью которых является сгладить рывки при возрастании нагрузки или ее пропадании, эти коррекции описаны выше в расчете УОЗ (С1-С9). Однако их использование приводит к потере эффективности управления (в данном случае имеется ввиду потеря эффективного момента на валу двигателя). Учитывая, что коррекции как правило временные - их отмена может создать неучтенный при управлении момент на валу двигателя. Поэтому программа в процессе работы постоянно рассчитывает 2 фактора эффективности (потерь) управления УОЗ двигателя. И соответственно 2 момента двигателя (фактический и ожидаемый) для точного информирования управляющих устройств не только о текущем моменте на валу ДВС но и о моменте доступном в ближайшем будущем.

1-й фактор определяет общую (суммарную) эффективность управления УОЗ в текущий момент. Для его расчета из MAX_AVANCE вычитается текущий фактический УОЗ - WORK_AVANCE и таким образом получаются потери УОЗ выраженные в угловых градусах. Далее по таблице "TORQUE: Эффективность двигателя по УОЗ" производится поиск потерь момента (в %) соответствующих полученному ранее смещению в угловых градусах. Таким образом получаются потери IGNITION_CONTROL_LOSSES1 выраженные в %. Это фактическая эффективность управления УОЗ поскольку она учитывает мгновенное отклонение УОЗ от наиболее эффективного. На ее основе рассчитывается фактический момент ДВС!

2-й фактор считается так же но не учитывает внутренних коррекций. Для его расчета из MAX_AVANCE вычитается табличный УОЗ без применения коррекций С1-С9 (BASE_AVANCE+TAIR_CORR) и таким образом так же получаются потери выраженные в угловых градусах. Далее так же по таблице "TORQUE: Эффективность двигателя по УОЗ" производится поиск потерь момента (в %) соответствующих смещению в угловых градусах. Таким образом получаются потери IGNITION_CONTROL_LOSSES2 выраженные в %. Это потери связанные чисто с отклонением атмосферных факторов (температура и давление) а так же фактической грани детонации при калибровке дающие разницу максимальных и базовых УОЗ, и не учитывают внутренние коррекции УОЗ связанные с регулированием оборотов работой нестационарных режимов, подключением нагрузок, динамическими поправками УОЗ итп. На ее основе рассчитывается ожидаемый момент ДВС!

Как правило 1-й фактор больше 2го или равен ему, поскольку текущий УОЗ как правило меньше, чем некорректированный. Разница между ними определяется внутренними поправками УОЗ. Если из 100% вычесть разницу между двумя этими факторами мы получим "внутреннюю эффективностью управления УОЗ двигателя" в идеальных случаях разницы нет (внутренняя эффективность управления 100%).

Поскольку время работы любой из поправок ничтожно мало - в стационарных режимах работы ДВС фактический момент быстро становится равным ожидаемому а эффективность внутреннего управления УОЗ таким образом достигает 100%.


Расчет ожидаемого момента и фактического момента.

В отличие от теоретического Meff фактический и ожидаемый моменты рассчитывается на основе калибровки 'TORQUE: Эффективная мощность ДВС' представляющей собой поверхность табличной мощности по оборотам двигателя и сечению дроссельного узла. Опционально предусмотрена такая же логика как и при расчете Meff (по GBC * константный индикаторный момент) однако она отключена флагом комплектации.

Фактический момент отличается от ожидаемого тем, что для ожидаемого момента внутренняя эффективность управления зажиганием в расчетах принимается за 100% (т.е. не фигурируют запаздывающие коррекции УОЗ). Поэтому фактический момент (на фактическом УОЗ) либо равен ожидаемому, либо меньше его.

Программа организует переменные: EFFECTIVE_TORQUE1 - фактический момент (на основе фактического УОЗ) и EFFECTIVE_TORQUE2 - момент который мог бы быть у двигателя в случае отсутствия внутренних коррекций УОЗ (ожидаемый момент).

Методика расчета эффективного момента ДВС похожа на методику расчета этого же параметра для диагностики описанную выше. При пуске-прокрутке оба этих момента так же = 0.

1) Из таблицы "TORQUE: Эффективная мощность двигателя (HP)" выбирается мощность в зависимости от оборотов и фактического сечения дроссельного узла заданная при калибровке системы.

2) Производится барометрическая коррекция мощности путем перемножения с аргументом таблицы "TORQUE: Коэффициент барометрической коррекции мощности ДВС".

3) Производится температурная коррекция мощности путем перемножения с аргументом таблицы "TORQUE: Коэффициент коррекции по температуре воздуха мощности ДВС"

4) Производится коррекция мощности аргументом "Эффективности ДВС по составу смеси" (см выше)

5) Рассчитывается эффективность управления УОЗ, для этого из 100% вычитаются потери по УОЗ (IGNITION_CONTROL_LOSES) расчет которых описан в пред пункте, при расчетах 2-х моментов они принимают разные значения, полученным значением корректируется мощность двигателя.

6) Производится переход от мощности к моменту (деление на обороты двигателя и пересчет с использованием коэффициента).

7) Вычитается момент механических потерь (Насосные потери, мех потери, привод кондиционера) расчет которого подробно описан выше.


В этом месте можно подумать что мощность на входе на самом деле была индикаторной - однако исходя из размерности таблиц и значений в них она все же эффективная. На самом деле - нет разницы! Полученный момент не является чисто физической величиной хотя имеет физическую размерность (Nm). (исходя из пунктов 4 и 7) Логика управления BOSCH ESP не требует 100% соответствия фактического физического эффективного момента ДВС его расчетному значению в модели, поскольку не оперирует полученными значениями как абсолютными. ESP рассматривает весь диапазон вводных не как физические моменты а как целые числа и транслирует их обратно корректируя безразмерными множителями - фактически оперируя %-ми. В конечном счете для работы системы важно только то, что прямой расчет (от угла и дросселя к моменту) и обратный расчет (от момента к углу и дросселю) должны абсолютно четко совпадать и давать идентичные значения на валу двигателя.

Ожидаемый и доступный момент являются базой для работы системы ESP, именно их значения она будет использовать как исходные для управления моментом. Эффективный же момент о котором речь шла ранее используется только для диагностики и возможно - маппинга карт, однако так же передается в CAN шину и может быть доступен для внешних устройств на шине.

Эффективный момент построен на GBC факторе в то время как ожидаемый и доступный - используют сечение дроссельной заслонки Эффективный момент более четко отражает картину протекания момента на валу в настоящем, в то время как ожидаемый и доступный - в будущем.

Управление моментом.

Моментная модели и электронная дроссельная заслонка позволяют реализовать управление моментом двигателя с помощью различных алгоритмов управления. Всем блокам которые могут управлять моментом постоянно доступны эффективный, фактический и ожидаемый моменты на валу ДВС расщитаные ранее по описанным алгоритмам, они передаются по шине CAN в широковещательном сообщении, так же по шине CAN любые устройства могут генерировать запросы с целью управления моментом двигателя на основе ранее полученных ими данных. Программа управления моментом может работать в нескольких режимах:

1) Нормальный режим - никаких ограничений момента и управления моментом не производится! Сюда так же относятся режимы limp home ограничивают момент двигателя не модельными схемами. Положение дросселя определяется положением педали а фактический УОЗ внутренними целевыми значениями.

2) Режим управления моментом подсистем ESP: ASR-MSR (по запросу от блока ABS-ESP BOSCH):

2.1) MSR режим - Запрос на увеличение момента двигателя (установка предела момента снизу, управление производится открытием дросселя, зажигание управляется как обычно).

2.3) ASR режим - внешнее задание целевого момента для быстрой и медленной цепи управления (2 требуемых момента для управления зажиганием и дросселем). ASR - Automatic Slip Regulation (антипробуксовка)

3) Режим ограничений для работы с автоматической трансмиссией (по запросу от контроллера АКПП). Поскольку автоматической трансмиссии в машине не установлено - 3-й режим в данной машине невозможен никогда и по этой причине не исследовался!


Управление моментом от подсистем ASR-MSR (ESP).


Для управления блок АБС-ESP получает фактический и ожидаемый момент ДВС (2 аргумента расчет которых описан выше), положение педали, обороты двигателя, и передает контроллеру следующие параметры:

1) В случае запроса MSR на увеличение момента (решение задачи разблокировки колес при торможении двигателем на скользком покрытии) - "предел снизу для реализуемого момента".

2) В случае запроса ASR на уменьшение момента (решение задачи антипробуксовки) - "Желаемый момент для управления УОЗ" "Желаемый момент для управления наполнением". На основе которых программа организует 2 переменные - соответственно "REQ_TORQUE1" (управление наполнением) и "REQ_TORQUE2" (управление УОЗ).

3) Режим управления (нормальный, ASR, MSR).


Централизованное управление моментом (диспечеризация).


Если работа идет в режиме MSR (увеличение момента) - REQ_TORQUE1 и REQ_TORQUE2 одинаковые. Первоначально в них заносится расчетный эффективный момент двигателя, который затем ограничивается снизу значением передаваемым подсистемой ESP. (таким образом момент не может быть меньше текущего расчетного)

В Режиме ASR - REQ_TORQUE1 и REQ_TORQUE2 передаются подсистемой ESP, и ограничиваются текущим эффективным моментом двигателя сверху. (таким образом момент не может быть больше текущего). Фактически момент на валу двигателя будет соответствовать наименьшему значению REQ_TORQUE. При этом на основе REQ_TORQUE1 рассчитывается и устанавливается положение дроссельной заслонки обеспечивающее такое наполнение двигателя воздухом, которое позволит получить указанный в REQ_TORQUE1 момент. REQ_TORQUE2 используется только для управления УОЗ.

На самом деле программа реализует несколько более сложные законы управления получая и координируя запросы на управление моментом от нескольких источников, однако поскольку на машине нет автоматической трансмиссии - для понимания логика диспетчера упрощается до единственного источника запросов момента.


Если REQ_TORQUE1=REQ_TORQUE2 - для управления моментом используется только наполнение воздухом. Заданная эффективность управления УОЗ будет = 100%, т.е никакого смещения УОЗ от нормального в данном режиме не будет.

Следует понимать, что канал управления УОЗ - быстрый. Используя его ЕSP может резко погасить момент двигателя. Канал управления наполнением медленный, и ESP использует его для реализации стратегии долгосрочного управления моментом.

Алгоритм работы ASR несложно понять анализируя обмен по шине CAN и логируя уставки моментов между блоками ABS-ESP и блоком управления двигателем. Долгосрочная стратегия работы ASR целевой момент двигателя по каналу УОЗ старается держать на 20nm меньше, чем по каналу положения дросселя, таким образом ASR имеет эти 20nm в запасе для быстрого регулирования момента по каналу УОЗ, теоретически в случае если стратегия ASR окажется неэффективной и момент на колесах можно будет быстро увеличить на 20nm, однако на практике не замечено, чтоб ASR это делала. Потеря 20nm не дает сильных смещений УОЗ и не приводит к сильному росту EGT. Резкие колебания канала управления зажиганием (более 100nm потерь по УОЗ) имеются только в начальной фазе срабатывания ASR (первые 0.5c) когда коэффициенты пробуксовки колес принимают достаточно большие значения. Погасив начальную фазу ASR управляет в основном каналом наполнения.

В работе ASR слишком много явно видимых недостатков. Возможно одной из задач доводки системы будет реализация собственной ASR с другими целевыми коэффициентами пробуксовки (для этого ЭБУ системы управления двигателем имеет все возможности поскольку получает в пакетах CAN скорости со всех 4-х колес автомобиля!).

В частности совершенно уж явным недостатком ASR является та самая стратегия потерь 20nm по каналу УОЗ - фактически сработав, система всегда проваливает момент двигателя на это значение, и все время своей работы держит его на заведомо более низкой планке, чем это необходимо в течении всего цикла обнаружения пробуксовки даже если коэффициент пробуксовки слишком мал. Подобные стратегии позволяют получать выигрыш только на откровенно паршивых покрытиях (лед, снег, вода) и не приемлемы для сухого асфальта с пылью или стыками. Отсюда следует, что целевой коэффициент пробуксовки должен задаваться а эффективность управления следует стремится держать на максимальных значениях. Кроме того системе следует добавить интеллекта и возможно перейти к модельному управлению моментом на основе ускорения автомобиля.


Канал управления наполнением (положением дросселя) подсистемой ESP. (req_torque1)

Для управления моментом от подсистем ASR-MSR используется передаваемая переменная REQ_TORQUE1 она транслируется в требуемую мощность двигателя REQ_POWER

REQ_POWER = ((REQ_TORQUE1+"момент механических потерь")*"коэффициент пересчета момента в мощность" * RPM) / (100%-IGNITION_CONTROL_LOSSES1) * "Эффективности ДВС по составу смеси"


Как можно видеть схема учитывает внутреннюю эффективность управления УОЗ.

Сечение дросселя определяется как функция REQ_POWER. Фактически площадь сечения дросселя пропорциональна желаемой мощности двигателя! Так же в расчетах фигурирует расход воздуха через канал адсорбера (его эквивалентная площадь сечения вычитается из целевой площади если канал адсорбера продувается, чтоб скомпенсировать расход воздуха через канал).


Канал управления УОЗ в режимах управления моментом подсистемой ESP. (req_torque2)


Для получения смещения угла производится расчет заданной эффективности управления УОЗ ДВС по следующей формуле.

REQ_AVANCE_EFF1=100%-((REQ_TORQUE1-REQ_TORQUE2)/REQ_TORQUE1) (определяет заданную эффективность)

Таким образом если в обоих каналах управления (УОЗ и наполнением) будут фигурировать одинаковые моменты - заданная эффективность управления УОЗ будет равна 100% - т.е. контроллер не будет использовать УОЗ для управления моментом. Если же момент в канале УОЗ окажется меньше чем в канале наполнения - разница будет протранслирована в заданную эффективность управления УОЗ.

REQ_AVANCE_EFF2=100%-IGNITION_CONTROL_LOSSES1 (определяет внутреннюю эффективность)

REQ_AVANCE_LOSS=100%-(REQ_AVANCE_EFF1*REQ_AVANCE_EFF2/100)

Далее по уже известной нам таблице "TORQUE: Эффективность двигателя по УОЗ" производится выборка смещения УОЗ по параметру "потери %".

При расчете ни одно значение эффективности не превышает 100%. (т.e. этим алгоритмом возможно только уменьшение момента и req_torque2 не может быть больше чем req_torque1!).

Финальный рабочий УОЗ образуется вычитанием из MAX_AVANCE смещения угла обеспечивающего требуемую потерю момента ДВС. Финальный результат проверяется на предел по рабочему УОЗ (WORK_AVANCE) и ограничивается им сверху, снизу ограничивается минимальным (MIN_AVANCE). Таким образом результирующий УОЗ может находится в диапазоне MIN_AVANCE-WORK_AVANCE.

Поскольку внутренняя эффективность фактически рассчитывается как разница MAX_AVANCE-WORK_AVANCE, фактор внутренней эффективности просто приводит УОЗ к WORK_AVANCE а фактор заданной эффективности соответственно обеспечивает потери момента, уже путем установки более позднего УОЗ, чем WORK_AVANCE.

Цепочка расчета положения дросселя в нормальных режимах.

Для управления положением электронного дросселя в нормальных режимах в случае когда момент не ограничивается в программе используется следующая схема:

1) Определяется угловое положение педали в градусах поворота от нуля (физическая величина). Используя калибровку "Положение 100% педали по углу" производится пересчет положения педали в % где 0% минимальное положение 100% - педаль в полу. Закон изменения положения от 0 до 100% линейный и ограничен угловыми значениями поворота педали.

2) По калибровкам "Требуемый процент открытия дросселя по педали 1" и "Требуемый процент открытия дросселя по педали 2"определяется желаемый % открытия дросселя по % положения педали. Конкретная калибровка выбирается диспетчером режимов в зависимости от отношения обороты/скорость (текущей включенной передачи).

3) Из калибровки "Максимальное сечение дросселя при расчетах" которая определяет площадь дроссельного патрубка автомобиля (в нашем случае 2700.06мм2 - Заданный таким образом диаметр дроссельного узла получается как 2*SQRT(2700.06/Pi)=58.63mm, реально на машине 60 но скорее всего вычли площадь оси и учли расширение по заслонке) вычитается переменная "Минимальной площади дросселя" (которая в свою очередь представляет сумму "Адаптивной площади дросселя" для ХХ и фактора по регулятору ХХ заданного в калибровке "Ограничение сечения дроссельного узла снизу") состоянием переменной RRRCO. Таким образом полученное значение фактически является диапазоном "рабочих" площадей дроссельного узла (от ХХ до полного открытия). Полученное значение перемножается на требуемый процент открытия из предыдущего пункта и таким образом получается переменная "требуемая площадь дросселя".

В режиме LIMP HOME, "требуемая площадь дросселя" определяется текущим положением дросселя по калибровке "Требуемое сечение в режиме limp home"!

4) Производится фильтрация аргумента "требуемая площадь дросселя" ограничивающая его изменение временем и скоростью перемещения. При этом при закрытии дросселя используется табличка "Коэффициент фильтра при уменьшении сечения дросселя" В программе предусмотрены асимметричные алгоритмы фильтрации ограничивающая изменение желаемого процента дросселя скоростью перемещения педали, и ухудшающая реакцию двигателя на педаль (именно они позволяют работать так называемой "обманке педали" на фордах фокусах2). Однако фактическими инженеры Renault Sport при калибровке полностью отключили эти фильтры - электронный дроссель четко следует за показаниями педали с максимально возможными скоростями перемещения! (В режимах LIMP HOME фильтрация не производится).

5) Используя калибровку "SENSORS:Калибровка дроссельного узла" производится трансляция "Требуемой площади дросселя" в "требуемый угол поворота дроссельной заслонки" и поступает на вход алгоритма ПИД регулирования положения дросселя.

Регулирование оборотов ХХ - RRRCO..

Для регулирования оборотов ХХ используется переменная RRRCO, она принимает значение от 0 до 100% и далее по калибровке "Ограничение сечения дроссельного узла снизу" выбирается площадь дроссельного узла соответствующая требуемому сечению. Значение RRRCO получается суммированием 6-ми факторов RRRCO1-RRRCO6, каждый фактор дает свой вклад в общую площадь дроссельного узла во всех режимах двигателя включая режим ХХ.

Фактор RRRCO1.

...

Фактор RRRCO2


....

Фактор RRRCO3.



Представляет собой П-регулятор оборотов ХХ, на входе которого отклонение текущих оборотов ДВС от заданной уставки ХХ. Имеет несколько выбираемых в разных случаях (кондиционирование или нет, и направление регулирования) аргументов и коэффициентов.


Фактор RRRCO4.

Используется в одном из режимов аварийного ограничения мощности - при нормальном функционировании системы не активно.


Фактор RRRCO5.

....


Фактор RRRCO6.


Представляет из себя сумму нескольких факторов:


Фактор RRRCO64.

- Используется при управлении вентиляторами (увеличивает сечение дросселя при их включении, кратковременно или постоянно).


Фактор RRRCO65.


- Используется для увеличения сечения дросселя на режимах ХХ при возникновении сигнала высокой нагрузки от ГУР на 85 контакте блока управления двигателем.



Работа двухрежимного клапана. (глушение шума впуска).


Клапан включается если одновременно выполняются условия:

1) Скорость автомобиля менее чем 120 км/ч.

2) Автомобиль движется на 2 передаче и обороты менее 4687 или на 3 передаче и обороты менее 3187.

При включении клапана отрабатывается задержка заданная калибровкой "BIMODE: Задержка включения клапана"


Отсечка топливоподачи.


Программа реализует жесткую отсечку топлива, фактически отсечек три. 1-я отсечка - холодного двигателя. Она отменяется при одновременном создании двух условий:

1) Двигатель прогрет выше температуры заданной в калибровке "LIMITER: Отсечка 1 - температура прогретого двигателя".

2) С момента старта двигателя прошло время заданное в калибровке "LIMITER: Время действия отсечки 1 после старта", эта калибровка представляет собой таблицу определяющую время прогрева двигателя в целом (включая масло) в зависимости от температуры его запуска. Например при пуске двигателя при нуле градусов необходимо минимум 13 минут работы для отмены отсечки 1. При запуске горячего (80 градусов) двигателя достаточно 49 секунд.

2-я и 3-я отсечки фактически определяют обороты отсечки для неподвижного и движущегося автомобиля. Выбор их идет по критерию отношения RPM/SPEED.

В цепочке отсечек у первой самое маленькое значение у 3-й самое большое.

Фазирование системы управления по 1 цилиндру.

Несмотря на отсутствие датчика фаз система управления через некоторое время после запуска определяет очередность цилиндров. Метод определения связан на создании флуктуации топливоподачи изменением времени впрыска в одном из заведомо известных цилиндров и определения флуктуации момента по ускорению маховика в нем и парном с ним цилиндре. Таким образом определяется правильно сфазированна система или нет. Если система сфазированна неправильно - происходит изменение внутреннего аргумента номера цилиндра на +2 mod 4.

Для достоверности как правило производится 2 теста, общей продолжительностью 3 сек. Калибровки алгоритма фазирования доступны в картах и имеют префикс RECOCYL:

1 комментарий:

Alexander Dmitriev комментирует...

Ух ты, как много тонкостей. Как же делается этот "обратный инжиниринг"?

Отправить комментарий