Сделай Сам Свою Работу на 5

Разработка микропроцессорной системы управления работой двигателя

 

 

В теории автоматического управления принято характеризовать объект управления, в дан­ном случае двигатель, набором из двух типов внешних входных воздействий: управляющих и возмущающих, а также выходных управляемых параметров и зависимостями управляемых пара­метров от входных (рис. 1.1).

Рисунок 1.1 - Виды воздействий на двигатель

Управляемые параметры двигателя разнообразны, в их число входят параметры, характеризующие режим его работы и состояние двигателя, т.е. частота вращения, мощность, крутящий момент, температура и давление охлаждающей жидкости и масла и др.

Входные управляющие воздействия поступают от внешних по отношению к двигателю систем, главная из которых – управляющая, в МПСУ двигателем это микроконтроллер. В число управляющих воздействий входят: количество поданного в цилиндры воздуха, давление наддува, величина угла опережения зажигания, степень сжатия, фазы газораспределения, количество рециркулируемых отработавших газов, число работающих цилиндров и др.

Внешние возмущающие воздействия, как правило, препятствуют управлению, отклоняя управляемые параметры двигателя от желаемых значений. Действия возмущений препятствуют не только достижению оптимальных (наилучших возможных) значений управляемых параметров, но и могут полностью нарушить работу двигателя. К таким возмущениям относятся: параметры внешней среды, внешняя нагрузка, возникающая при изменении условий движения автомобиля, параметры топлива и др. Возмущениями являются и изменения состояния распыливающих от­верстий в форсунках и т.п.

В неэлектронных системах минимально необходимое качество управления двигателем дос­тигается избыточностью запасов устойчивости, крутящего момента, прочности и, как следствие, увеличенным расходом топлива и выбросами вредных веществ и т.п.

Традиционной целью управления, даже для наиболее сложных в управлении двигателей с непосредственным впрыскиванием топлива в цилиндры, являлось установление и последующая стабилизация частоты вращения, а для автомобильных двигателей с регулируемой передачей еще и мощности двигателя [1].



Рассмотрим детально строение МПСУ двигателем.

Основные задачи, которые стоят при проектировании МПСУ, это выбор согласованных решений по структуре и параметрам отдельных составных элементов, их взаимных связей, разработка математического обеспечения, подбор датчиков и исполнительных устройств.

Основу МПСУ составляет микропроцессор, который получает информацию от датчиков о состоянии двигателя.

Датчики можно разделить по характеру получаемой от них информации.

В наиболее важную, с точки зрения организации управления двигателем группу входят датчики угловой синхронизации. К этим датчикам относятся:

- датчик углового положения коленчатого вала (ДПКВ);

- датчик положения распределительного вала (ДПРВ);

- датчик начального положения коленчатого вала (ДНПКВ) (в некоторых системах управления).

Особая роль этих датчиков определяется тем, что все процессы управления двигателем в той или иной мере заданы цикличностью работы его кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов, состояние которых определяется угловым положением коленчатого и распределительного

валов двигателя.

Датчики, формирующие для системы управления двигателем

информацию, характеризующую текущие требования к системе управления,

входят в группу датчиков управляющих воздействий.

В рассматриваемых нами системах управления, педаль акселератора соединена жесткой кинематической связью с дроссельной заслонкой двигателя. Это позволяет устанавливать датчик, характеризующий управляющее воздействие на педаль акселератора, непосредственно на дроссельном узле двигателя. Поэтому, основным датчиком этой группы является датчик положения дроссельной заслонки (ДПДЗ), задача которого является формирование информации о величине управляющего воздействия со стороны водителя. В группу датчиков управляющих воздействий входят и другие датчики, информация от которых носит вспомогательный характер и сообщает системе управления двигателем о необходимости выполнить те или иные действия или изменить критерии управления.

Следующую важную группу составляют датчики, позволяющие определить величину циклового наполнения двигателя. Сюда входят два датчика:

- датчик массового расхода воздуха (ДМРВ), устанавливаемый перед дроссельной заслонкой и непосредственно измеряющий величину массового расхода воздуха проходящего через датчик;

- датчик абсолютного давления (Рабс), регистрирующий давление во впускной системе двигателя.

Сигналы датчиков температуры характеризуют температурное состояние двигателя. В системах управления двигателем нашли широкое применение:

- датчик температуры охлаждающей жидкости (ДТохл), устанавливаемый в системе охлаждения двигателя;

- датчик температуры воздуха (ДТВ), монтируемый во впускную систему.

Одним из путей улучшения качества управления двигателем является использование обратной связи, а это требует применения дополнительных датчиков. В качестве типичных представителей датчиков этой группы можно назвать датчик детонации (ДД)и λ-зонд. Датчик детонации представляет собой пьезоэлемент, частота собственных колебаний которого равна частоте колебаний при детонации. λ-зонд формирует информацию о составе отработавших газов, характеризующих состав смеси поступающей в цилиндры двигателя.

Наиболее важным элементом МПСУ двигателем является устройство управления, называемое иначе электронный блок управления (ЭБУ). Практически ЭБУ – основной конструктивный блок микроконтроллера, вне которого находятся только датчики и исполнительные устройства. Поэтому термин «электронный блок управления» обычно используется как синоним электронного управляющего устройства, но более правильно считать ЭБУ составной частью микроконтроллера. Согласование электрических сигналов датчиков с электрическими характеристиками входных портов микроконтроллера осуществляют входные цепи ЭБУ, в задачу которых входит и защита портов микроконтроллера блока управления от перегрузки. В качестве устройства, осуществляющего выполнение заданного алгоритма управления, применяются микроконтроллеры различных типов и вычислительной мощности. Современные микроконтроллеры включают в себя широкий набор периферийных устройств, позволяющий обрабатывать все виды сигналов, поступающих от датчиков и управлять различными типами исполнительных устройств. Можно утверждать, что для выполнения автомобилем показателей, предусмотренных нормами EURO II, достаточно вычислительной мощности восьмиразрядных микроконтроллеров, а для электронных блоков управления, предназначенных для выполнения требований EURO III и OBD-II, необходимо увеличение вычислительной мощности применяемого микроконтроллера, что достигается применением шестнадцатиразрядных версий [2].

 

Система включает в себя:

МикроЭВМ обычно выполняется на одном кристалле, содержа­щем основные функциональные элементы: ПЗУ, ЦП, ОЗУ и др. Поскольку от датчиков могут поступать электрические сигналы, ко­торые в микроЭВМ вводить нельзя, ЭВМ общего применения для автомобиля малопригодно. Были разработаны несколько типов специальных однокристальных микроЭВМ с необходимыми вход­ными и выходными функциями, предназначенные для применения в системах управления автомобилем.

В АЦП поступают аналоговые сигналы от датчиков расхода воздуха, напряжения бортовой сети, температуры охлаждающей жидкости, температуры поступающего в двигатель воздуха, угла открытия дроссельной заслонки и др.

Эти сигналы преобразуются в цифровые следующим образом.

Возьмем в качестве примера аналоговый сигнал датчика расхо­да воздуха. Сигнал в виде напряжения потенциометра и опорное напряжение подаются на АЦП. Этот сигнал является основным при управлении впрыском топлива и необходимы высокие разрешаю­щая способность и точность его измерения. Поэтому для обработки используется, например, 11-разрядный АЦП. Продолжительность преобразования должна быть малой (порядка 4 мс), чтобы успе­вать за быстрыми изменениями входного сигнала.

Цифровые сигналы, поступающие с датчиков угла поворота ко­ленчатого вала, частоты вращения коленчатого вала на холостом ходу, системы зажигания, кислорода, скорости автомобиля, включе­ния кондиционера, стартера и нейтральной передачи, давления мас­ла, стоп-сигнала, ключа зажигания, поступают на СВО.

Дело в том, что эти сигналы нельзя подавать на вход микроЭВМ, так как она работает от стабилизированного источника на­пряжения питания +5 В, а сигналы датчиков имеют различные зна­чения напряжения, превышающие допустимое (+12 В), или пере­менной полярности, которые в ЭВМ вводить нельзя. Эти сигналы, пройдя схемы входной обработки, преобразуются в сигналы. На основе входных сигналов эта микроЭВМ рассчитывает для данного состояния двига­теля оптимальные значения количества выпрыскиваемого топлива, угол опережения зажигания, частоты вращения коленчатого вала на холостом ходу и другие параметры. Затем управляющие сигналы, пройдя СОВС, воздействуют на форсунки, коммутацию зажигания, клапан управле­ния частотой холостого хода и т.д.

Выходные сигналы мик­роЭВМ в большинстве слу­чаев не могут быть использованы для привода исполнительных механизмов, так как напряжение на выходе микроЭВМ равно 5 В, а номинальное напряжение исполни­тельных механизмов - форсунок, транзисторных коммутаторов, шаго­вых электродвигателей - 14 В. Поэтому между микроЭВМ и исполни­тельными механизмами устанавливается электронный усилитель [9].

Постановка задачи

 

Таким образом, задачу, которая будет решаться в следующих главах моего проекта может быть сформулирована следующим образом:

На основе анализа существующих подходов к построению систем управления узлами и агрегатами автомобиля произвести разработку алгоритма и структуры микропроцессорной системы управления двигателем, на основе которых разработать схему электрическую функциональную и принципиальную системы управления двигателем. Выполнить технико-экономическую оценку устройства и его эффективность.

В результате написания главы были выполнены следующие задачи:

1. В данной главе выполнен обзор существующих подходов к построению систем управления автомобилями и в частности СУ автомобильными двигателями.

2. Из рассмотренных вариантов построения МПСУ двигателем

автомобиля наиболее подходящим по цели использования и свойствам является

схема, представленная на странице 19.

3. Произведена постановка задачи, которая предполагает разработку МПСУ двигателем автомобиля, начиная с алгоритма ее функционирования и заканчивая технико-экономической оценкой спроектированного устройства.



©2015- 2019 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.