Ремонт и Сервис N 12, 2008
Дмитрий Соснин, Михаил Митин
Данная статья любезно предоставлена для ознакомления читателям "РадиоЛоцмана" издательством "Ремонт и Сервис"
Устройство и принцип действия
Суть конструкции электронного привода акселератора состоит в том, что перемещение дроссельной заслонки осуществляется не как обычно, с помощью троса и тяг, непосредственно связанных с педалью акселератора в салоне, а электродвигателем, работающим под управлением электроники. При этом отсутствует традиционная механическая связь между педалью акселератора и дроссельной заслонкой.
Это означает, что изменение водителем положения педали акселератора преобразуется в электрический сигнал и передается в блок управления, который, в свою очередь, осуществляет управление перемещением дроссельной заслонки.
Такая организация взаимодействия позволяет блоку управления изменять положение дроссельной заслонки и влиять на величину крутящего момента двигателя даже в том случае, когда водитель не меняет положения педали акселератора.
Сравним старый и новый методы управления.
Механическое управление перемещением дроссельной заслонки
Водитель непосредственно контролирует положение педали акселератора. Блок управления двигателем при этом не может повлиять на положение дроссельной заслонки. Поэтому, чтобы изменить крутящий момент двигателя, приходится воздействовать на другие параметры режима двигателя, например, на момент зажигания и впрыска топлива, что как правило, не всегда эффективно и корректно. Только когда водитель не воздействует на педаль акселератора, то есть в режиме холостого хода и при работе круиз-контроля, осуществляется электронное управление работой двигателя.
Электронное управление перемещением дроссельной заслонки
При этом методе перемещение дроссельной заслонки всегда происходит под управлением электроники. Водитель, в соответствии с намерениями по изменению оборотов двигателя, воздействует на педаль акселератора. Положение педали отслеживается датчиками, и сигналы от них передаются блоку управления работой двигателя. От него электродвигатель получает команду на вполне определенное перемещение дроссельной заслонки в соответствии с изменением положения педали акселератора. В тех случаях, когда есть необходимость изменения крутящего момента двигателя по причинам обеспечения безопасности движения или экономии топлива, блок управления двигателем может изменить положение дроссельной заслонки самостоятельно, без изменения водителем положения педали акселератора.
Таким образом, новое качество управления сводится к тому, что блок управления регулирует положение дроссельной заслонки в соответствии с пожеланиями водителя, необходимостью обеспечения безопасности движения, снижения расхода топлива и экологическими требованиями. Электронное управление реализуется изменением положения дроссельной заслонки, давления наддува, момента впрыска топлива и момента зажигания, а также применением технологии отключения цилиндров.
Достижение оптимального крутящего момента
Блок управления двигателем обрабатывает внешние воздействия и внутренние требования в отношении величины крутящего момента двигателя и, исходя из алгоритма встроенной программы, рассчитывает необходимую величину крутящего момента. Данный метод намного точнее и эффективнее, чем механический.
Внешние воздействия возникают от:
- действий водителя;
- автоматической коробки передач (в момент переключения);
- климатической установки (включение и выключение компрессора);
- нагрузки генератора;
- тормозной системы;
- круиз-контроля (GRA).
Внутренние требования возникают от:
- условий пуска двигателя;
- подогрева катализатора;
- регулирования принудительного холостого хода(MSR);
- ограничения мощности;
- ограничения частоты вращения двигателя;
- регулирования состава смеси по содержанию кислорода в отработавших газах;
- со стороны системы контроля тяги (ASR).
После того как оптимальный крутящий момент двигателя рассчитан, он сравнивается с фактическим крутящим моментом, который определяется исходя из частоты вращения двигателя, данных о нагрузке двигателя и момента зажигания. Если при сравнении величины не совпадают, блок управления двигателя определяет направление и величину необходимого комплексного воздействия на системы двигателя с целью достижения совпадения фактического крутящего момента с оптимальным.
Для этого изменяются параметры, которые относительно долго влияют на процесс изменения крутящего момента двигателя. Это угол открытия дроссельной заслонки и давление наддува в двигателях с турбонаддувом. Кроме этого оказывается влияние на характеристики, которые относительно быстро изменяют величину крутящего момента. Это момент зажигания, момент впрыска топлива и отключение цилиндра(ов).
В качестве примера практической реализации электронного привода акселератора рассмотрим блок-схему подобной системы автомобилей AUDI.
Блок-схема системы электронного привода дроссельной заслонки автомобилей AUDI
Блок-схема системы электронного привода дроссельной заслонки приведена на рис. 1.
Рис. 1.
В состав системы входят:
- модуль педали акселератора;
- блок управления двигателем;
- модуль управления дроссельной заслонки;
- контрольная лампа электронного привода дроссельной заслонки.
Модуль педали акселератора
Этот модуль с помощью датчиков непрерывно определяет положение педали акселератора и передает соответствующую информацию в аналоговом виде блоку управления двигателя.
Он состоит из педали акселератора, датчика 1 положения педали акселератора G79 и датчика 2 положения педали акселератора G185 (рис. 2).
Для повышения надежности модуля используются два одинаковых датчика, эта реализация заимствована из специализированных систем и не является чем-то особенно новым.
Рис. 2
Получая информацию от обоих датчиков положения педали акселератора, блок управления двигателем определяет положение педали в каждый момент времени. Датчики конструктивно представляют собой потенциометры со скользящим контактом, укрепленным на общем валу (рис. 3). При каждом изменении положения педали изменяется сопротивление датчиков и, соответственно, напряжение, которое передается на блок управления двигателя.
Рис. 3
Каждый датчик положения педали акселератора для повышения надежности имеет свой провод питания напряжением 5 В (красный), свой провод соединения с „массой» (коричневый) и свой выходной сигнал (зеленый провод). Датчик G185 нагружен дополнительным сопротивлением (рис. 4). Благодаря этому получают две различные характеристики аналоговых сигналов. В блоке управления сигналы датчиков анализируются в процентах. Это значит, что 100% соответствует 5 В в цепи без нагрузочного сопротивления.
"
Рис. 4
По граничным значениям напряжения опознаются режимы „кик-дауна» и холостого хода. Выключатель режима холостого хода расположен в модуле управления дроссельной заслонки.
Рассмотрим работу блока при возникновении неисправностей.
Работа системы привода дроссельной заслонки при возникновении неисправностей
Отсутствует сигнал от одного из датчиков
- Информация о сбое заносится в регистратор неисправностей, зажигается контрольная лампа электронного привода акселератора.
- Двигатель принудительно переходит в режим холостого хода. Втечение определенного контрольного срока считывается информация от второго датчика, если она опознается, система возвращается в режим штатного управления движением автомобиля.
- При полном нажатии на педаль акселератора частота вращения двигателя увеличивается, но медленнее, чем обычно.
- Дополнительно происходит опознавание режима холостого хода исходя из анализа положения педали посредством выключателя сигналов торможения F или выключателя по положению тормозной педали F47.
- В режиме принудительного холостого хода комфортные функции, например круиз-контроль или регулирование двигателем, отключаются.
Отсутствует сигнал от обоих датчиков
- Информация о сбое заносится в регистратор неисправностей, зажигается контрольная лампа электронного привода акселератора.
- Двигатель работает только на повышенных оборотах холостого хода (максимально 1500 об/мин) и не реагирует на педаль акселератора.
Возможна ситуация, когда одновременный выход из строя двух датчиков не будет опознан системой управления. При этом контрольная лампа не загорится, а двигатель будет работать на повышенных оборотах холостого хода и не будет реагировать на педаль акселератора.
Блок управления двигателем
Рис. 5
Рис. 6
Этот блок (см. рис. 5 и 6) анализирует, контролирует и управляет системой электронного привода дроссельной заслонки исходя из внешних воздействий и внутренних требований к системе. Он состоит из функционального и контрольного модулей.
Функциональный модуль получает сигналы от датчиков, обрабатывает их и управляет исполнительными устройствами. Дополнительно осуществляется взаимная проверка обоих модулей, при этом используется функция „вопрос-ответ». Если при этом произошел сбой в работе, оба вычислительных модуля могут независимо друг от друга, посредством воздействия на модуль управления дроссельной заслонкой (зажигание и впрыск топлива), остановить двигатель.
8 — просмотр блока замеряемых параметров.
Модуль управления дроссельной заслонкой
Этот модуль обеспечивает требуемую массу воздуха, поступающего в цилиндры. Он состоит из следующих узлов (см. рис. 7):
- корпуса дроссельной заслонки;
- дроссельной заслонки;
- привода дроссельной заслонки G186;
- углового датчика 1 привода дроссельной заслонки G187;
- углового датчика 2 привода дроссельной заслонки G188.
Рис. 7
Модуль управления дроссельной заслонкой J338 расположен на впускном коллекторе, производитель запрещает его вскрывать и ремонтировать. После замены модуля управления дроссельной заслонки следует провести установку исходного положения.
Рассмотрим работу модуля.
Привод дроссельной заслонки осуществляет функцию перемещения заслонки. Он представляет собой электродвигатель, работающий в соответствии с командами от блока управления. Привод через передаточный механизм изменяет положение дроссельной заслонки, таким образом осуществляется плавное перемещение от положения холостого хода до положения полного газа.
Сигналы от угловых датчиков положения дроссельной заслонки пропорциональны степени ее открытия и поступают в блок управления двигателя.
Два датчика установлены в целях повышения надежности системы.
Оба датчика (см. рис. 8) имеют общий провод питания (красный) и общий провод соединения с „массой» (коричневый). Каждый датчик имеет свою сигнальную линию (зеленый провод). Привод дроссельной заслонки управляется отдельной шиной (синий провод).
Рис. 8
Положения дроссельной заслонки
Дроссельная заслонка может находиться в различных положениях (см. рис. 9 и 10).
Рис. 9
Рис. 10
Нижний механический ограничитель
В этом положении дроссельная заслонка закрыта. Этот ограничитель необходим для установки исходного положения модуля управления дроссельной заслонки.
Нижний электронный ограничитель
Определяется блоком управления двигателя и находится несколько выше нижнего механического ограничителя. При работе двигателя дроссельная заслонка закрывается до нижнего электронного ограничителя, чем предотвращается соприкосновение дроссельной заслонки с корпусом.
Аварийное положение
При обесточенном приводе дроссельной заслонки она посредством возвратной пружины перемещается в аварийное положение. В этом положении заслонка немного приоткрыта и допускается весьма ограниченное по возможностям движение автомобиля при повышенной частоте вращения на холостом ходу.
Верхний электронный ограничитель
Определяется блоком управления двигателя. Он не влияет на крутящий момент двигателя, поскольку лежит в зоне „волновых колебаний» дроссельной заслонки (положение полного открытия заслонки, при котором она немного вибрирует).
Верхний механический ограничитель
Расположен над верхним электронным ограничителем. Он также не влияет на крутящий момент двигателя, так как лежит в зоне „волновых колебаний» дроссельной заслонки.
Работа при выходе изстроя привода дроссельной заслонки
При выходе из строя привода дроссельной заслонки происходит следующее:
- дроссельная заслонка автоматически перемещается в аварийное положение.
- Эта ситуация вносится в регистратор неисправностей и включается контрольная лампа электронного привода акселератора.
- В распоряжении водителя остается возможность аварийного управления.
- Комфортные функции, например круиз-контроль, отключены.
Угловые датчики 1 и 2 привода дроссельной заслонки
Оба датчика (обозначение G187 и G188) представляют собой потенциометры. Скользящие контакты укреплены на шестерне, которая размещена на валике дроссельной заслонки.
При изменении положения дроссельной заслонки изменяется сопротивление потенциометров и, соответственно, сигнальное напряжение, которое передается в блок управления двигателя. Графики зависимости напряжения от угла поворота обоих потенциометров (рис. 11) асимметричны, поэтому блок управления двигателя может отличать потенциометры один от другого и осуществлять проверочные функции.
После обработки сигналы датчиков измеряются в процентах. Это означает, что 0% соответствует нижнему механическому ограничителю, 100% — верхнему электронному ограничителю.
Работа при отсутствии сигналов с угловых датчиков
Блок управления двигателем получает от одного из угловых датчиков слабый, неразличимый сигнал или не получает вовсе
- Ошибка заносится в регистратор неисправностей и включается контрольная лампа электронного привода акселератора K132.
- Подсистемы, которые в какой-то степени определяют крутящий момент (например, круиз-контроль, регулирование двигателя в режиме принудительного холостого хода), отключаются.
- Для контроля оставшегося датчика используется сигнал нагрузки.
- Педаль акселератора действует нормально.
Блок управления двигателя получает от обоих угловых датчиков слабые, неразличимые сигналы или не получает их
- Ошибка заносится в регистратор неисправностей и включается контрольная лампа электронного привода акселератора K132.
- Привод дроссельной заслонки отключается.
- Двигатель работает только с повышенной частотой холостого хода 1500 об/мин и не реагирует на педаль акселератора.
Контрольная лампа электронного привода акселератора
Контрольная лампа электронного привода акселератора K132 (см. рис. 11) индицирует неисправность. Она размещена на щитке приборов — лампа желтого цвета с надписью „EPC» (Electronic Power Control — электронное управление мощностью, в нашем случае — электронный привод акселератора).
Рис. 11
Режим работы лампы
После включения зажигания лампа загорается на 3 секунды. Если нет записей в регистраторе неисправностей, и эта неисправность не обнаружена, лампа гаснет. При возникновении неисправности в системе блок управления двигателя включает лампу, а в регистратор неисправностей заносится неисправность.
Работа при выходе из строя лампы
Неисправность лампы не оказывает никакого влияния на действие электронного привода акселератора, но эта неисправность заносится в регистратор неисправностей, при этом невозможно узнать о возникновении настоящей неисправности в системе, но можно заметить, что при включении зажигания лампа не загорается на 3 секунды.
Дополнительные сигналы, используемые при работе системы электронного привода
Выключатель сигналов торможения F и выключатель по положению тормозной педали F47
Оба датчика находятся в едином узле на педали тормоза. Сигнал „Педаль тормоза нажата» (см. фрагмент функциональной схемы на рис. 12) используется системой электронного привода акселератора следующим образом:
- ведет к отключению круиз-контроля;
- применяется для введения режима холостого хода, когда один из датчиков положения педали акселератора вышел из строя.
Выключатель по положению тормозной педали F47 служит для повышения надежности системы в качестве второго источника информации для блока управления двигателем.
Когда один из датчиков выйдет из строя, или сигналы опознаются как неразличимые, блок управления двигателя предпринимает следующие действия:
- комфортные функции, например круиз-контроль, отключаются;
- если к тому же неисправен один из датчиков положения педали акселератора, двигатель работает на повышенных оборотах холостого хода.
Выключатель сигналов торможения F (см. рис. 12) в начальном положении разомкнут и питается от клеммы „30». Выключатель сигналов торможения F в начальном положении замкнут и питается от клеммы „15».
Рис. 12
Выключатель по положению педали сцепления F36
По сигналу от выключателя по положению педали сцепления блок управления двигателем опознает выжатое положение педали сцепления. При этом отключаются круиз-контроль и регулирование изменением нагрузки двигателя.
Выключатель F36 в начальном положении замкнут (см. рис. 12) и питается от клеммы „15». Выключатель по положению педали сцепления не находится под контролем самодиагностики. Замена сигнала от него не предусмотрена.
F — выключатель сигналов торможения
F36 — выключатель по положению педали сцепления
F47 — выключатель по положению тормозной педали
G79 — датчик 1 положения педали акселератора
G185 — датчик 2 положения педали акселератора
G186 — привод дроссельной заслонки
G187 — угловой датчик 1 привода дроссельной заслонки
G188 — угловой датчик 2 привода дроссельной заслонки
J... — блок управления двигателя
J285 — блок управления с модулем указателей на приборном щитке
J338 — модуль управления дроссельной заслонки
K132 — контрольная лампа электронного привода акселератора
S — предохранители
A — шина данных CAN
B — сигнал скорости
С — круиз-контроль
D — компрессор климатической установки „включен/выключен»
E — гнездо диагностики
Самодиагностика
Этот раздел необходим специалистам, обладающим оборудованием и прошедшим обучение у производителя или официального дилера.
Посредством диагностической, измерительной и информационной системы VAS 5051 могут быть осуществлены следующие функции самодиагностики по отношению к электронному приводу акселератора:
–02 — запрос регистратора неисправностей;
–03 — диагностика исполнительных устройств;
–04 — установка исходного положения;
–05 — очистка регистратора неисправностей;
–06 — окончание выполнения задания;
–08 — просмотр блока замеряемых параметров.
Другие статьи из журнала «Ремонт & Сервис» можно найти в файловом архиве на сайте издательства www.remserv.ru
