Моментная модель Bosch.
А. Михеенков, 2009
С ежегодным введением новых, более жестких норм токсичности, повышаются и требования к системе управления двигателем. Для обеспечения норм Евро-4 и выше оптимальным решением стало применения электронной педали газа (ETC). В связи с внедрением ETC перед разработчиками встала задача построения новых, более удобных и гибких алгоритмов управления такой системой. Так появилась новая модель управления – torque-based (модель, основанная на управлении моментом двигателя). Суть ее в том, что для обеспечения необходимого нам управляющего воздействия на момент двигателя, не требуется менять коэффициенты, связанные с непосредственными регуляторами той или иной величины (начиная от УОЗ и заканчивая степенью открытия дроссельной заслонки). Вместо этого достаточно задать требуемую величину момента, которая автоматически будет преобразована в соответствующие виды управляющих воздействий на двигатель. Данная проблема стала еще более актуальной в связи с применением АКПП. Для правильной работы АКПП в моменты переключения передач требуется вмешательство в величину момента, развиваемого двигателем (Torque Intervention). Само по себе изменение величины момента реализуется разными способами (наполнение, УОЗ, отсечка, буст-контроль), при этом контроллер АКПП не должен задумываться о том, как именно изменить момент, вместо этого он просто должен сообщить основному контроллеру на какую величину момент должен измениться. С внедрением ETC также встал вопрос о безопасности работы системы, так как величина наполнения теперь задается исключительно программно и в случае проблем, водитель, отпустив педаль акселератора, уже не может “перекрыть кислород” двигателю. Функции отслеживания безопасных режимов работы возложены на отдельный процессор безопасности, который, точно так же, как и контроллер АКПП, должен уметь не только аварийно останавливать двигатель, но и ограничивать его момент. Еще один пример необходимости управления моментом – это система круиз-контроля в современных автомобилях. Учитывая все это, управление двигателем на основе требуемого момента показалось разработчикам довольно перспективным.
На блок-схемах, приведенных ниже, показаны основные принципы работы моментной модели, начиная от расчета запрашиваемого водителем момента и заканчивая типами управляющих воздействий, которые этот момент и изменяют.
 Рис. 1. Блок-схема, показывающая алгоритм вычисления запрашиваемого момента.
На базе положения дросселя и оборотов двигателя вычисляется величина момента, запрашиваемого водителем (по калибровочной таблице). В том случае, если автомобиль оборудован системой круиз-контроля, используется величина момента, вычисленная этим алгоритмом. Полученное значение момента интерполируется с участием двух внутренних переменных: минимального и максимального момента.
Минимальный момент рассчитывается на базе величин:
• момент, заданный регулятором ХХ
• момент механических потерь в двигателе
• момент, запрашиваемый генератором
• момент, запрашиваемый ГУР
• момент, запрашиваемый компрессором кондиционера
• момент, запрашиваемый другими потребителями (если имеются)
Максимальный момент вычисляется на базе величин:
• калибровки модели двигателя
• максимальный заряд (air charge) в данной режимной точке (таблица, а не измеренное значение)
Затем производится ограничение производной момента для улучшения ездовых качеств (антиджерк).
 Рис.2. Блок-схема, показывающая алгоритм вычисления модельного момента двигателя.
На базе измеренного циклового наполнения и оборотов по таблице оптимального момента вычисляется момент, создаваемый двигателем в условиях оптимального УОЗ и стехиометрического состава смеси. Так как данные условия выполняются не всегда (а точнее, почти никогда), производится коррекция по коэффициенту эффективности, который состоит из трех переменных:
• топливная эффективность (по составу смеси) показывает, насколько изменятся момент при отклонении состава смеси от стехиометрии
• эффективность по смещению УОЗ показывает, насколько изменяется момент, создаваемый двигателем, при смещении реального УОЗ относительно оптимального (задан в таблице)
• эффективность по цилиндрам показывает, насколько изменится момент при отключении цилиндров (когда все цилиндры работают,
эффективность принимается равной 100% (или 1), когда все отключены – 0%)
Заметим, что поцилиндровое отключение топлива может использоваться в данных системах в следующих случаях:
• режим принудительного холостого хода, включая алгоритм «мягкого» включения цилиндров
• когда требуется быстрое и существенное снижение момента (например, алгоритмы управления АКПП); в данном случае сбросить момент с помощью УОЗ невозможно (мал диапазон влияния УОЗ на момент), а сброс момента при помощи закрытия дросселя (при наличии электронной педали газа) будет слишком медленным
• функции защиты двигателя (отключение цилиндра в случае пропусков воспламенения или при неисправности цепи управления форсункой)
• функция синхронизации (при неисправности датчика фаз)
• функции безопасности (режим limp to home, запрет работы цилиндров по команде процессора безопасности и др.)
 Рис. 3. Блок-схема, показывающая принцип управления двигателем по рассогласованию требуемого и внутреннего момента.
Когда система вычислила запрашиваемый водителем момент и внутренний момент двигателя, производится вычисление рассогласования между желаемым и действительным моментом. Степень разницы используется для расчета величины управляющих воздействий с помощью различных видов регуляторов (П, ПИ, ПИД и др.).
Совокупность все видов управляющих воздействий позволяет корректировать реальный момент двигателя в ПОЛНОМ диапазоне, от максимально возможного до остановки двигателя.
Малые воздействия реализуются за счет изменения времени впрыска и УОЗ. Большие воздействия как правило реализуются с помощью управления наполнением (электронный дроссель) и в особых случаях – поцилиндровой отсечкой топлива. Если система не оборудована ETC, то полноценное управление моментом затруднено, так как величину наполнения регулировать нечем. В данном случае регулирования реализуется только за счет изменения состава смеси, УОЗ и поцилиндровой отсечкой.
|
