Вмешиваться педалью: электронное управление дроссельной заслонкой

Вполне возможно, что программная интеграция автомобильных электронных систем станет самым значительным достижением автомобильной техники в этом десятилетии. Первоначально электронные системы, такие как ABS, HVAC и выбросы, разрабатывались отдельно теми группами каждого автопроизводителя, которые несли наибольшую ответственность. Группа тормозов и подвески работала над ABS, в то время как проблемы с выбросами и управлением двигателем решались специалистами по трансмиссии. Интеграция программного обеспечения объединила эти системы. Результатом являются новые, взаимосвязанные технологии, которые обеспечивают больший пробег, более безопасные автомобили и меньшие выбросы.

Во главе этой тенденции, в качестве поддерживающей технологии, стоит электронное управление дроссельной заслонкой (ETC), которое является частью общеотраслевого ответа на призывы к большей экономии топлива, сокращению выбросов и сокращению числа дорожно-транспортных происшествий со смертельным исходом. Эта история не столько об оборудовании, сколько о программном обеспечении, которое использует ETC в качестве входных данных и исполнительного механизма, чтобы сделать возможными новые технологии.

Без ETC запланированные достижения в гибридных и дизельных технологиях, которые сейчас не за горами, были бы невозможны. Текущие достижения, такие как электронный контроль устойчивости (ESC), которые, как ожидается, спасут тысячи жизней в год, были бы просто невозможны без ETC. Еще лучше то, что ETC снижает стоимость и сложность для автопроизводителей за счет интеграции ранее автономных функций, таких как контроль холостого хода, круиз-контроль и управление дроссельной заслонкой, в единую, в основном программную систему.

Эту последнюю версию электронного управления дроссельной заслонкой не следует путать с более ранними автономными системами, которые заменили механическую связь между водителем и двигателем. В этих новых системах выход датчика педали является входом не только для системы управления двигателем, но и для системы программного обеспечения в целом. Таким образом, угол наклона педали становится ценным входом для других электронных систем управления. Алгоритмы, которые управляют ABS, ESC, круиз-контролем, HVAC и другими функциями системы, используют данные об угле наклона педали в процессе принятия решений. Получаемый в результате угол дроссельной заслонки — это не только то, что нужно водителю, но и то, что требуется системам для правильной и безопасной работы.

В этих системах ETC нового поколения модуль педали акселератора становится двусторонним устройством: он принимает информацию о желаемой мощности двигателя от водителя, а также может передавать водителю тактильную информацию в качестве предупреждения о том, что выбранная мощность двигателя либо неправильно, либо опасно.

Ясными целями автомобильной промышленности являются улучшение экономии топлива, сокращение выбросов и повышение эффективности и безопасности водителя. Чтобы понять варианты дизайна, доступные для достижения этих целей, вам нужно знать, что дает наилучшие результаты, а что снижает производительность. Эти сложные цели еще больше усложняются компромиссами, которые необходимо сделать.

Экономия топлива и объем выбросов на милю пути напрямую связаны с размером автомобиля и объемом двигателя. В соответствии с законами физики сокращение расхода топлива связано либо с уменьшением массы автомобиля, либо с уменьшением ускорения. Поскольку системы несовершенны, есть еще один путь, по которому можно пойти — повышение эффективности для снижения потерь.

Первое, что нужно знать, это то, что большинство автомобильных двигателей намного больше, чем они должны быть для большинства реальных условий эксплуатации. Большой V8, часто выбираемый для полноразмерных пикапов, на самом деле предназначен для перевозки лодки или трейлера, который может иметь в виду владелец. Тем не менее, буксировка прицепа может составлять менее 10% фактического пробега автомобиля; 90% времени двигатель меньшего размера будет работать нормально.

Тот факт, что двигатели обычно проводят большую часть времени, работая на небольшой доле их пиковой выходной мощности, называется проблемой частичной мощности. Toyota говорит, что двигатель с циклом Отто наиболее эффективен при 40-45% оборотов в минуту. Это точка, в которой крутящий момент составляет примерно от 70% до 80% своего пикового значения для данного двигателя. В этом наиболее эффективном рабочем диапазоне двигатель выдает около 40% своей максимальной мощности.

В качестве примера возьмем двигатель Toyota ECHO мощностью 108 л.с. Учитывая только что упомянутые цифры, было бы лучше, если бы большую часть времени мощность двигателя находилась в диапазоне от 40 до 50 л.с. К сожалению, этого недостаточно для адекватного ускорения или подъема в гору. Расчеты показывают, что если бы у ECHO был только 30-сильный двигатель, ему потребовалось бы 30 секунд, чтобы разогнаться до 60 миль в час. Если бы такое транспортное средство столкнулось с уклоном 10%, оно замедлило бы скорость до 30 миль в час, прежде чем достигло бы вершины холма.

С другой стороны, для поддержания скорости 60 миль в час на ровных дорогах требуется всего 15 л.с. или около того, а для движения на холостом ходу и движения на малой скорости требуется еще меньше мощности. Конечным результатом является то, что выходная мощность двигателя, выбранная для адекватного обгона и подъема на холм, больше, чем необходимо для большинства условий эксплуатации автомобиля.

Кроме того, двигатели редко эксплуатируются в условиях, обеспечивающих наилучшие результаты с точки зрения экономии топлива и выбросов вредных веществ. Для типичного двигателя с красной линией 5000 об/мин оптимальная точка должна быть около 2000 об/мин. С практической точки зрения, большинство двигателей работают в гораздо более широком диапазоне от холостого хода до 3200 об/мин. Бывают случайные приближения к красной черте, но они представляют небольшую часть реальных оперативных обстоятельств.

При нормальной передаче точка максимальной эффективности для транспортного средства оказывается около 55 миль в час. Ограничение скорости в два никеля было выбрано не случайно, а скорее с прицелом на максимальную экономию топлива для среднего автомобиля. Для заданного пройденного расстояния экономия топлива снижается как на более высоких, так и на более низких скоростях. Поддержание постоянной скорости является преимуществом, поскольку позволяет избежать как дополнительного топлива, необходимого для ускорения, так и увеличения выбросов, которые часто возникают в результате замедления.

Неудивительно, что оптимальным показателем эффективности двигателя является также наилучший показатель выбросов. Именно холодный пуск и внезапные изменения скорости бросают вызов системам контроля выбросов. Электронное управление дроссельной заслонкой может фактически уменьшить выбросы за счет стратегий, которые обедняют смесь в сочетании с замедленным опережением зажигания, чтобы обеспечить более раннее отключение нейтрализатора.

Потери эффективности происходят по обе стороны оптимальной зоны для данного двигателя. При высоких оборотах двигателя трение между поршнем, кольцами и цилиндрами приводит к большей потере мощности двигателя. Эти потери на трение становятся более значительными по мере уменьшения размера двигателя. Паразитные потери в агрегатах двигателя, таких как масляный и водяной насосы, также увеличиваются в зависимости от числа оборотов. Другой проблемой является необходимость обогащения топливной смеси для получения максимального крутящего момента от двигателя. Это может помочь ускориться, но это не помогает выбросам или расходу топлива.

Основная причина потери эффективности при низкой скорости называется насосными потерями. Снижение мощности двигателя достигается за счет ограничения потока воздуха в двигатель. Дроссельная заслонка ограничивает поступление воздуха, заставляя двигатель втягивать воздух через узкий или ограниченный вход. Ограничение впуска воздуха создает перепад давления на дроссельной заслонке, известный как вакуум во впускном коллекторе. Поскольку воздух, поступающий в цилиндр, находится под давлением ниже атмосферного, в цилиндр поступает меньше воздуха. Система управления двигателем измеряет перепад давления и соответственно снижает подачу топлива. Уменьшение количества воздуха и топлива приводит к желаемому снижению выходной мощности.

Обратной стороной этого является то, что при парциальном давлении во впускном коллекторе расходуется энергия. Когда поршень движется вниз на такте впуска, нормальное давление под ним и частичный вакуум над ним вызывают сопротивление вращению коленчатого вала. Эти насосные потери возникают в большинстве режимов работы двигателя, поскольку дроссельная заслонка редко открывается по-настоящему широко.

Известно, что дизельные двигатели примерно на 25% более эффективны, чем бензиновые двигатели. Согласно Toyota, одна из причин заключается в том, что дизельный двигатель не использует дроссельную заслонку и, таким образом, имеет меньшие насосные потери. Считается, что в бензиновых двигателях потери, связанные с дроссельной заслонкой, находятся в диапазоне от 7% до 10%. Дизельные двигатели также более эффективны из-за более высокой степени сжатия.

GM говорит, что сложно одновременно достичь всех целей дизайна, таких как лучшая экономия топлива, снижение выбросов и безопасность водителя. Как правило, в двигателе с фиксированными фазами газораспределения наилучшая мощность уступает другим желательным элементам, таким как крутящий момент, стабильность холостого хода и экономия топлива.

Существуют и другие подходы, которые пытаются решить проблему частичной мощности, связанную с дроссельной заслонкой. Непосредственный впрыск бензина — это подход к повышению эффективности путем калибровки каждого события сгорания в соответствии с необходимыми требованиями к мощности. Система непосредственного впрыска регулирует мощность двигателя, впрыскивая только то количество топлива, которое необходимо для получения требуемой выходной мощности двигателя.

Другой подход заключается в изменении фаз газораспределения. Системы VVT предлагают различные степени контроля в зависимости от ограничений сложности системы. Раннее закрытие впускного клапана (EIVC), позднее открытие впускного клапана (LIVO), позднее закрытие впускного клапана (LIVC) и стратегии полностью регулируемого подъема клапана продемонстрировали снижение насосных потерь и улучшение экономии топлива.

Компания GM опробовала стратегию EIVC, которая использует регулируемое закрытие впускного клапана и управление подъемом впускного клапана, чтобы разблокировать двигатель в условиях частичной и малой нагрузки. Здесь продолжительность работы впускного клапана и подъемная сила значительно сокращаются, чтобы контролировать поток воздуха в двигатель, что позволяет ему работать при более высоком давлении во впускном коллекторе с потенциалом для полного открытия дроссельной заслонки двигателя при любых условиях эксплуатации.

Электронные или гидравлические приводные соленоиды клапанов под управлением управляемых программным обеспечением кулачковых профилей могут когда-нибудь обеспечить еще большую гибкость. Об этих системах говорили и демонстрировали. Некоторое время назад у Renault был такой в ​​гонщике Формулы-1 с красной линией 17 000 об / мин. До сих пор программный кулачок не использовался в серийных автомобилях из-за динамической сложности бесшумной посадки клапана обратно на седло. Приводы, показанные до сих пор, также громоздки и дороги по сравнению с механическим приводом.

По данным GM, недостатком этих различных стратегий VVT для серийных двигателей является то, что они требуют умеренных или значительных изменений в архитектуре двигателя для успешной упаковки компонентов VVT. Кулачковые фазеры не только занимают место, но и усложняют транспортное средство с точки зрения веса и стоимости.

Использование ETC для достижения системных целей

Автопроизводители взяли на вооружение это исследование эффективности двигателя и сделали все возможное, чтобы двигатель проводил больше времени в зоне наилучшего восприятия. Они знают, что автомобиль должен казаться водителю «нормальным», и приложили немало усилий, чтобы это произошло. С точки зрения водителя, то, что настраивают и контролируют вычислительные платформы, находится строго на заднем плане. Повышение эффективности достигается несколькими способами:

Управление коробкой передач. Удержание двигателя на оптимальном уровне оборотов достигается за счет большей потребности в компенсации оборотов между двигателем и ведущими колесами, управляемыми трансмиссией. Шести-, семи- и восьмиступенчатые коробки передач, а также вариаторы становятся обычным явлением. Поскольку вариаторы по-прежнему ограничены в своих возможностях обработки максимального крутящего момента, автомобили с двигателями высокой мощности остались с обычными многоскоростными трансмиссиями.

Ford и GM в настоящее время производят шестиступенчатую коробку передач на совместном предприятии. Около 85% компонентов должны использоваться обоими производителями. Ожидается увеличение экономии топлива на 4% при одновременном улучшении на 7% в диапазоне от 0 до 60 раз. В отличие от обычных трансмиссий с разбросом передаточных чисел примерно от 4,0 до 1,0, новая трансмиссия Hydramatic/Ford имеет более широкое общее передаточное число от 6,0 до 1,0. Электронное управление дроссельной заслонкой является неотъемлемой частью улучшений как в экономии топлива, так и в ускорении.

Наличие такого количества передач требует некоторых приспособлений. Восьмиступенчатая коробка передач Toyota, например, имеет программное обеспечение для пропуска передач во время замедления, чтобы сделать переключение на более низкую передачу более плавным и незаметным для водителя. Система ETC сглаживает переключение между передачами, регулируя открытие дроссельной заслонки в точке переключения. Запрограммированные шаги в системе ETC можно использовать, чтобы дать водителю «ощущение» обычной трансмиссии, чтобы вариатор не чувствовал себя странно.

Программное обеспечение для управления трансмиссией используется для выбора комбинации мощности двигателя и передаточных чисел, обеспечивающей наиболее эффективный крутящий момент. Программное обеспечение способно уменьшать крутящий момент, подаваемый на трансмиссию во время последовательности переключений, чтобы уменьшить механические удары по трансмиссии. Это программное обеспечение для управления трансмиссией особенно важно для полноприводных автомобилей по требованию. Переключение с двухколесного на четырехколесный привод необходимо контролировать, чтобы избежать скачков крутящего момента и других взаимодействий между ведущими колесами.

Уменьшение рабочего объема для условий малой нагрузки. GM, Chrysler и другие внедрили стратегии с переменным рабочим объемом. Система GM Displacement on Demand уменьшает эффективный объем двигателя в стационарных условиях малой мощности. Ключевым аспектом этой системы является способность системы ETC создавать больший угол дроссельной заслонки без необходимости для водителя изменять угол наклона педали. Это ключевой элемент, гарантирующий, что единственным сигналом для водителя о том, что четыре цилиндра V8 отключены, является индикатор на приборной панели.

Контроль выбросов. ETC является частью стратегии по снижению выбросов двигателя при холодном пуске. Один из способов вызвать быстрый нагрев каталитического нейтрализатора — замедлить синхронизацию и обеднить смесь. Возможность сделать это ограничена потерей крутящего момента и мощности из-за этих настроек двигателя. При заданном положении педали водитель почувствует снижение мощности при реализации стратегии. Можно выполнить программную компенсацию угла дроссельной заслонки, чтобы сохранить исходное соотношение между педалью и дроссельной заслонкой, к которому привык водитель.

ETC также можно использовать для контроля фактического угла дроссельной заслонки во время разгона и торможения, чтобы минимизировать насосные потери. Часто угол дроссельной заслонки, реализуемый системой ETC, может быть более благоприятным, чем может выбрать водитель.

Наибольшее влияние на характеристики выбросов систем ETC оказывают вышеупомянутые стратегии переменного рабочего объема. Первая попытка Cadillac с переменным рабочим объемом (V-8-6-4) в начале 80-х провалилась по разным причинам, в том числе из-за неудовлетворенности водителя тем, как «чувствовал себя» двигатель, когда он уменьшал или увеличивал рабочий объем. ETC с компьютерным управлением может автоматически изменять угол дроссельной заслонки так, чтобы это изменение было плавным для водителя.

Еще одним преимуществом ETC, по мнению GM, является возможность изменять реакцию автомобиля на изменение угла наклона педали. Исследования потребителей показывают, что реакция автомобиля на нажатие педали акселератора сильно влияет на общую удовлетворенность водителя автомобилем. Реакция автомобиля на первые 20 мм (0,8 дюйма) движения дроссельной заслонки может быть более важной, чем фактическое время разгона 0-60.

Безопасность автомобиля. Электронный контроль устойчивости, вероятно, является наиболее значительным достижением в области безопасности с момента изобретения ремня безопасности. Согласно федеральным требованиям и сотрудничеству автопроизводителей, к 2010 году эта система станет стандартной для всех автомобилей. Есть надежда, что она будет спасать до 10 000 жизней в год. Чтобы функционировать так, как он есть, ESC зависит от ETC.

Электронные системы контроля устойчивости представляют собой интеграцию существующих систем автомобиля (ABS, TC, ECM) в сочетании с дополнительными датчиками для определения угла поворота рулевого колеса и рыскания. Ключевым входом в систему является выходной сигнал датчика угла поворота педали. Система ESC запускает алгоритм, который определяет, является ли запрошенная мощность двигателя безопасной. Когда это целесообразно, вывод системы может быть командой угла дроссельной заслонки, которая не соответствует запросу водителя. Когда возможна потеря тяги и/или рулевого управления, система ESC может отменить действия водителя, чтобы уменьшить угол дроссельной заслонки и мощность двигателя.

Электронное управление дроссельной заслонкой также можно использовать для защиты двигателя, трансмиссии и шин от работы, которая может привести к чрезмерному износу или повреждению. Ограничение числа оборотов может быть реализовано в программном обеспечении путем управления углом дроссельной заслонки, а не отключением подачи топлива или зажигания. Это приводит к гораздо более плавному ограничению, которое не заставляет водителя чувствовать, что двигатель «выключился», как это может быть в случае с системами ограничения на основе зажигания и топлива. Компании по аренде автомобилей настаивают на ограничителях оборотов как способе защиты своих активов от водителей, которым все равно, как сильно они толкают автомобиль, просто потому, что он им не принадлежит.

Использование ETC для включения других технологий

Vortec 5.3L V8 от GM использует Active Fuel Management (AFM) с ETC в качестве ключевого входа. 3,9-литровый V6 также использует AFM, но в сочетании с VVT. GM говорит, что 3.9 — это первый двигатель, в котором используется как деактивация цилиндров, так и VVT на одном двигателе. В условиях малой нагрузки любой двигатель может отключить половину цилиндров. GM рекламирует реальную экономию топлива в размере 7%, хотя, как сообщается, выгода больше для тех, кто много ездит по шоссе в стабильном состоянии.

E38 ECM измеряет условия нагрузки на основе входных данных от датчиков автомобиля, таких как ETC, и интерпретирует эту информацию для управления более чем сотней операций двигателя. Впрыск топлива, управление искрой и электронное управление дроссельной заслонкой включены. При малых нагрузках компьютер двигателя автоматически закрывает как впускной, так и выпускной клапаны, одновременно сокращая подачу топлива. Когда водителю требуется ускорение или увеличение крутящего момента для перемещения груза, цилиндры снова активируются.

В этих системах ETC используется для балансировки крутящего момента, чтобы водитель не «чувствовал» цилиндры, когда они выходят из потока или выходят из потока. Во время деактивации оба клапана закрыты. Энергия, используемая для сжатия воздуха в цилиндре, возвращается к коленчатому валу при ходе поршня вниз, поскольку захваченный воздух действует как пружина. Переход занимает менее 20 мс, и водитель этого не замечает.

Фактическое оборудование, используемое для управления отключением, называется узлом масляного коллектора подъемника (LOMA) и расположено в долине двигателя V8. Четыре электрических соленоида управляются результатом обработки Е38 алгоритма нагрузки. Эти соленоиды определяют количество активных цилиндров, контролируя подачу масла к толкателям соответствующих цилиндров.

В двигателе, оснащенном системой AFM, насосные потери снижаются при отключении главным образом за счет увеличения давления во впускном коллекторе. Во время деактивации остальные цилиндры нуждаются в уменьшенном дросселировании, чтобы обеспечить эквивалентный объем работы. Без электронного управления дроссельной заслонкой водитель заметит деактивацию как снижение производительности. Водителю не нужно менять угол наклона педали, программное обеспечение изменяет угол дроссельной заслонки, чтобы отразить меньшее количество работающих цилиндров.

Работа AFM зависит от нагрузки. Нагрузка измеряется и объединяется в алгоритме с потребностью водителя в мощности, измеряемой нажатием дроссельной заслонки. Активное управление подачей топлива не влияет на выбросы вредных веществ из активных цилиндров. Для неактивных цилиндров топливо не тратится и не сжигается, что приводит к снижению выбросов на пройденном расстоянии.

Ключевым моментом здесь является то, что единственными необходимыми механическими компонентами являются три или четыре специальных толкателя клапанов и соленоиды для управления ими для отключаемых цилиндров. Программная система управления использует данные о нагрузке двигателя, скорости автомобиля, намерениях водителя, безопасности и выбросах при принятии решения об отключении отдельных цилиндров. Уже установленная система ETC используется для обеспечения «нормальной» работы автомобиля во время деактивации.

Gen IV Vortec 5.3L выводит ETC на новый уровень, используя вычислительные возможности компьютера E38. Расширенная интеграция позволяет отказаться от модуля управления приводом дроссельной заслонки (TAC). В предыдущих системах модуль TAC получал команды от ECM и управлял электрическим шаговым двигателем, который контролировал положение дроссельной заслонки. В новой системе ECM напрямую управляет дроссельной заслонкой. Эта прямая связь между дроссельной заслонкой и компьютером ускоряет время отклика. Устранение TAC также уменьшает количество проводов, проблемы с надежностью и необходимость контролировать правильность работы модуля TAC.

flex-fuel 5.3 не требует специального топливного датчика. В более ранних двигателях с гибким топливом использовался светочувствительный датчик, чтобы определить, какая смесь топлива находится в системе. Двигатель Gen IV использует виртуальный датчик, запрограммированный в его программном обеспечении. Основываясь на показаниях датчиков кислорода, датчика уровня топлива и датчиков скорости автомобиля, ECM определяет топливную смесь и регулирует ширину импульса топливной форсунки и угол открытия дроссельной заслонки по мере необходимости. Система ETC производит необходимые изменения угла дроссельной заслонки. Поскольку этанол имеет более низкую оценку BTU при том же объеме, что и бензин, требуется больше топлива для обеспечения той же мощности при полностью открытой дроссельной заслонке.

Toyota использует так называемое управление силовой передачей на Lexus LS 460. С помощью этой системы наиболее подходящая мощность привода автомобиля точно достигается с оптимизированным крутящим моментом двигателя и передаточным числом. Акцент Toyota делается на том, что испытывает водитель, а именно на крутящем моменте на ведущих колесах.

Toyota говорит, что с обычными органами управления трансмиссией целевое открытие дроссельной заслонки и передаточное число определяются в соответствии с углом наклона педали водителя. С точки зрения угла открытия дроссельной заслонки учитываются другие системы автомобиля, такие как круиз-контроль и система контроля устойчивости автомобиля (VSC). В результате целевое открытие дроссельной заслонки и целевое передаточное число устанавливаются отдельно. В предыдущих системах эта ситуация работала хорошо, потому что каждая из систем корабля не была большой, и требуемые требования к точности не были особенно высокими.

Ситуация изменилась. Новые автомобильные системы с системами предаварийной безопасности и интеллектуальными системами помощи при парковке (IPA) усложнили взаимосвязь между автомобильными системами. Стало сложнее согласовать все различные системы для достижения желаемой мощности привода.

Toyota заявляет, что разработала нечто под названием «Интегрированное управление динамикой автомобиля» (VDIM) для интеграции контроля устойчивости автомобиля, контроля тяги, ABS и рулевого управления с электроусилителем. ETC используется для входов датчиков VDIM и приводов управления. Система VDIM управляет «мощностью привода», выбирая комбинацию мощности двигателя и передачи, чтобы обеспечить необходимый крутящий момент на ведущих колесах с максимально возможной эффективностью. Имея интегрированную систему, можно выбрать лучший выбор момента зажигания, оборотов двигателя и передачи, чтобы обеспечить крутящий момент и ускорение, ощущаемые водителем.

Крутящий момент и мощность трансмиссии гибридных автомобилей могут исходить от двигателя внутреннего сгорания, генератора и/или электродвигателя. Объединение и распределение крутящего момента осуществляется планетарной передачей, которую Toyota и Ford называют устройством разделения мощности (PSD). В ПСД ведущая шестерня соединена с двигателем, солнечная шестерня соединена с генератором, а зубчатый венец соединен с электродвигателем. Конфигурация планетарной передачи обеспечивает развязку скорости двигателя от скорости автомобиля.

Несмотря на то, что гибридная трансмиссия позволяет экономить топливо, существуют некоторые дополнительные ограничения. Форд говорит, что одна из проблем заключается в том, что автомобили с разделением мощности чувствительны к таким факторам шума, как несоответствие крутящего момента двигателя, в отличие от обычных автомобилей. Эти системы также чувствительны к чрезмерному использованию батареи, что может повлиять на ее долговечность. Чтобы решить эти проблемы, инженеры Ford Escape/Mercury Mariner должны были определить рабочие точки трансмиссии, совместимые с архитектурой аккумулятора и высоковольтной шины, чтобы обеспечить соблюдение требований по мощности, напряжению и долговечности.

Форд говорит, что определение желаемой рабочей точки трансмиссии для обычного автомобиля относительно просто, поскольку есть только один путь к колесам от генератора энергии (двигателя). Необходимо определить три переменные: передачу трансмиссии, состояние муфты гидротрансформатора и желаемый крутящий момент двигателя. О намерениях водителя сообщает датчик угла поворота педали. Передача и крутящий момент определяются компьютерным алгоритмом, в результате чего контролируется угол дроссельной заслонки.

В гибридном транспортном средстве есть три устройства, производящих энергию: генератор, мотор и двигатель. Система управления определяет требуемый водителем крутящий момент на колесе с помощью датчика угла поворота педали. Исходя из этого, компьютерное программное обеспечение может выбрать оптимальное сочетание желаемой частоты вращения двигателя и желаемого крутящего момента на колесах. Скорость двигателя является результатом управления алгоритмом положения дроссельной заслонки углом дроссельной заслонки. Крутящий момент колеса является результатом выбора источников энергии и передачи между ними и колесами.

В гибридном электромобиле с разделением мощности крутящий момент и скорость генератора — и, следовательно, мощность генератора — в значительной степени определяются требуемой частотой вращения двигателя и фактическим крутящим моментом двигателя. Таким образом, предел мощности батареи, по сути, является ограничением мощности двигателя. Поскольку скорость двигателя определяется скоростью транспортного средства, это эффективно ограничивает крутящий момент двигателя. Крутящий момент двигателя также ограничен тем, чего хочет водитель с точки зрения управляемости. Гибридная система управления должна управлять взаимодействием трех возможных источников энергии. Электронное управление дроссельной заслонкой, встроенное в систему, используется для приема данных от водителя, а затем для управления мощностью двигателя в соответствии с двумя другими источниками энергии.

В основе гибридной системы управления, описанной Фордом, лежит электронная система управления дроссельной заслонкой и ее способность принимать данные от водителя, а затем выводить положение угла дроссельной заслонки в соответствии с наилучшими интересами всей системы. Это интегрированное программное обеспечение систем управления трансмиссией и двигателем дает ответную реакцию системы.

Подводя итог, можно сказать, что то, что начиналось как средство устранения механической связи между педалью акселератора и двигателем, развилось и приобрело большую и гораздо более важную роль. Интеграция электронных подсистем безопасности, выбросов и трансмиссии позволила внедрить новые технологии, которые невозможно было внедрить по отдельности. Электронное управление дроссельной заслонкой является обязательным элементом этих передовых систем.

Скачать PDF

Что такое задержка газа/педали и как ее исправить?

Автор: Дэн Дата публикации: 23 января 2019 г.

Новые автомобили сбивают с толку. Со всеми компьютерами, датчиками и гаджетами может показаться, что под капотом происходит какое-то волшебное колдовство. Итак, пришло время развеять мифы и объяснить, как работают современные автомобильные компьютерные системы управления.

Когда-то дроссельная заслонка автомобиля крепилась к педали акселератора с помощью стального троса дроссельной заслонки. Сегодня эта механическая связь была заменена Audi 5000 на электронное управление дроссельной заслонкой (fly-by-wire или drive-by-wire). Система Drive-by-Wire ни в коем случае не является новой концепцией, поскольку она была представлена ​​BMW на их 7-й серии еще в 1919 году.88. Используемая BMW система называется EML (немецкий термин для электронного управления дроссельной заслонкой). Теперь система нашла применение и в других транспортных средствах с более скромными маршрутами, и ее можно найти на базовых моделях. Исторически всегда существовала механическая связь между педалью акселератора и дроссельной заслонкой, будь то трос или тяги и рычаги. Теперь их заменили сложные электронные модули управления, датчики и приводы (потенциометры). Эта система также называется «Fly-by-Wire».

Электронное управление дроссельной заслонкой предпочтительнее обычного троса дроссельной заслонки по нескольким причинам:

— Бортовые электронные системы транспортного средства способны контролировать всю работу двигателя, за исключением количества поступающего воздуха.

-Использование привода дроссельной заслонки гарантирует, что двигатель получает только правильную степень открытия дроссельной заслонки для любой конкретной ситуации

— Оптимизация подачи воздуха также гарантирует, что вредные выбросы выхлопных газов будут сведены к абсолютному минимуму, а управляемость будет сохранена независимо от обстоятельств. Соединение электронного привода дроссельной заслонки с системами адаптивного круиз-контроля, контроля тяги, контроля скорости холостого хода и контроля устойчивости автомобиля также позволяет добиться более точного контроля.

Использование такой системы имеет преимущества перед обычной кабельной версией:

— Устранение механического элемента троса дроссельной заслонки и замена его быстродействующей электроникой уменьшает количество движущихся частей (и связанный с этим износ) и, следовательно, требует минимальной регулировки и обслуживания.

-Большая точность данных улучшает управляемость автомобиля, что, в свою очередь, обеспечивает лучшую реакцию и экономичность.

-Электронное управление дроссельной заслонкой (ETC) — это система «Fly by Wire» в автомобильной промышленности. В системах ETC электронный блок управления автомобилем использует информацию от датчика положения дроссельной заслонки (TPS), датчика положения педали акселератора (датчик APP), датчиков скорости вращения колес, датчика скорости автомобиля и множества других датчиков, чтобы определить, как отрегулировать положение дроссельной заслонки.

Рассмотрим два основных датчика, из которых состоит «Fly by Wire»: датчик положения педали акселератора и датчик положения дроссельной заслонки. В то время как многие думают об автомобильных датчиках как о маленьких черных пластиковых зажимах, в которых заключена всякая магия, то, что происходит внутри этих датчиков, довольно просто. Датчик положения педали акселератора и датчик положения дроссельной заслонки работают вместе, чтобы преобразовать ввод пользователя в движение дроссельной заслонки. До недавнего времени в этих датчиках использовались потенциометры, которые работали как делители напряжения. В делителях напряжения используется резистивный элемент и рычаг стеклоочистителя для «деления» входного напряжения (называемого опорным напряжением). Затем они отправляют это «разделенное» напряжение на компьютер, который использует его для регулировки положения дроссельной заслонки.

Изображение выше помогает проиллюстрировать основной принцип работы делителя напряжения. Резистивный элемент, также называемый углеродной дорожкой, представляет собой кусок графита. Перемещение руки по резистивному элементу эффективно изменяет сопротивление с обеих сторон руки (R1 и R2). Перемещение дворника по часовой стрелке увеличивает R2 и уменьшает R1, а перемещение против часовой стрелки делает наоборот.

Покажем, как датчик APP работает как делитель напряжения. Когда вы нажимаете на педаль газа, вы перемещаете рычаг стеклоочистителя ближе к концу опорного напряжения резистивного элемента (Vref). Что это делает с выходным напряжением, подаваемым на ЭБУ? Представьте, что ток течет от плюса (Vref) к рычагу стеклоочистителя. Перемещая рычаг ближе к опорному напряжению, вы уменьшаете «величину сопротивления», через которую должен протекать ток, прежде чем он достигнет рычага стеклоочистителя. Это увеличивает выходное напряжение на ЭБУ. Точную взаимосвязь между выходным напряжением, опорным напряжением и положением рычага стеклоочистителя можно записать в виде уравнения:

Вывести это уравнение просто. Он включает использование закона Ома (V = IR) и закона тока или напряжения Кирхгофа. Мы воздержимся от этого вывода, так как ключ здесь в том, чтобы понять концепцию. ЭБУ подает опорное напряжение на датчик APP. Физическое движение педали перемещает стеклоочиститель по резистивному элементу и изменяет выходное напряжение, подаваемое на ЭБУ. ЭБУ принимает этот сигнал и отправляет соответствующий сигнал на привод дроссельной заслонки, который перемещает дроссельную заслонку.

Аналогично работает датчик положения дроссельной заслонки. Грязесъемник потенциометра соединен со шпинделем дроссельной заслонки. Когда дроссельная заслонка открывается и закрывается, она изменяет выходное напряжение от 0 до опорного напряжения. Это выходное напряжение отправляется на ЭБУ. Вот как ЭБУ знает положение дроссельной заслонки.

Проблема с датчиками на основе потенциометров заключается в том, что когда рычаг стеклоочистителя и резистивный элемент трутся друг о друга, они со временем изнашиваются. Более новые датчики положения педали акселератора и датчики положения дроссельной заслонки не имеют этой проблемы, поскольку они используют эффект Холла в качестве основного принципа работы. Эти датчики содержат преобразователи, которые преобразуют внешние магнитные поля в напряжение. Используя магниты, расположенные на педали и валу дроссельной заслонки в качестве опорных точек, датчики на эффекте Холла выдают различное напряжение в зависимости от интенсивности магнитного поля. Когда педаль или дроссельная заслонка двигаются, магнит тоже двигается. Это движение изменяет напряженность магнитного поля и, таким образом, изменяет выходное напряжение от датчика к ECU.

Теперь давайте посмотрим, как взаимодействуют эти два датчика. Электронное управление дроссельной заслонкой представляет собой систему с замкнутым контуром. Дроссельная заслонка открывается в зависимости от ввода пользователя (который передается в ЭБУ через датчик педали акселератора) и регулируется на основе показаний датчика положения дроссельной заслонки (который измеряет положение шпинделя дроссельной заслонки).

Рассмотрим приведенный выше цикл обратной связи. Если вы внезапно нажмете на педаль акселератора, датчик положения педали акселератора подает на ЭБУ «опорный вход» — напряжение между 0 и Vref. Эталонный вход указывает, где вы действительно хотите, чтобы ваш дроссель был. ЭБУ интерпретирует этот сигнал и активирует исполнительный механизм (двигатель), который открывает или закрывает дроссельную заслонку.

Измеренный выходной сигнал представляет собой положение дроссельной заслонки после начального перемещения привода. Это положение передается на компьютер через выходное напряжение датчика положения дроссельной заслонки. Несоответствие между тем, где пользователь хочет открыть дроссельную заслонку (по данным датчика APP), и текущим положением дроссельной заслонки (по данным TPS) является «измеренной ошибкой». Компьютер считывает эту ошибку и отправляет соответствующий новый сигнал на привод дроссельной заслонки, чтобы привести дроссельную заслонку в нужное водителю положение. Новое положение считывается датчиком положения дроссельной заслонки, и процесс продолжается в цикле.

Основное преимущество систем «Fly by Wire» заключается в том, что они позволяют легко интегрировать такие системы, как адаптивный круиз-контроль, системы отключения тормозов и электронный контроль устойчивости. Современные системы Fly by Wire включают в себя несколько датчиков TPS и APP и выдают код неисправности, если есть несоответствие между дублирующими датчиками.

Вот и все. Электронные системы во всей их полноте. Но я знаю, о чем ты думаешь; да, это было полезно и все такое, но что, черт возьми, задержка газа и как, черт возьми, я могу это исправить?

Это самое простое. Чтобы исправить задержку дроссельной заслонки, просто купите контроллер дроссельной заслонки Windbooster. Проблема решена……. 

Хорошо, хорошо, я объясню задержку дроссельной заслонки, поехали; как и в большинстве электронных систем управления, в системы электропривода встроено резервирование. Вместо одного датчика спроса на педали их два. То же самое и с датчиком обратной связи на дроссельной заслонке. Это делается для того, чтобы избежать потери контроля в случае неудачи. Сложный характер этой системы с ее разнообразием потенциометров, компьютеров, датчиков и систем управления приводит к заметной задержке при первом нажатии на педаль, известной как задержка дроссельной заслонки или мертвая зона. Независимо от того, насколько сильно или быстро вы нажимаете на акселератор, эту задержку невозможно преодолеть, это присущая электрическая задержка, которую физическое воздействие не может преодолеть.

Здесь на помощь приходит контроллер дроссельной заслонки Windbooster.

Контроллер дроссельной заслонки WINDBOOSTER изменяет сигнал напряжения, поступающий от блока педалей с электронным управлением, что позволяет настроить реакцию педали акселератора и значительно уменьшить мертвую зону. с момента, когда вы впервые нажимаете на педаль, что обычно называют задержкой дроссельной заслонки. WINDBOOSTER предоставляет новые точки отсчета для отображения дроссельной заслонки автомобиля. Он по-прежнему работает в рамках стандартных параметров; однако он вводит гораздо более острую кривую дроссельной заслонки. Это также приводит к более раннему включению дроссельной заслонки в ходе хода педали, подавая бензин и воздух в двигатель на более ранней стадии хода дроссельной заслонки, что улучшает реакцию дроссельной заслонки и ускорение.

Настоящим преимуществом Windbooster является его способность дать вам полный контроль над приемистостью вашего двигателя.