Микропроцессорные системы управления АМТС (стр. 3 из 6)
Одной из основных проблем создания микропроцессорных систем является разработка и реализация оптимального алгоритма управления. Многие различные микропроцессорные системы отличаются одна от другой в основном составом датчиков и видом алгоритма функционирования, который зависит от целевого назначения системы и сложности решаемых ею задач.
Рассмотрим микропроцессорную систему, разработанную для легкового автомобиля «Фиат — Панда 30». Исполнительным механизмом системы (рисунок 2) является вакуумная сервокамера 20, шток 21 которой через рычаг 22 воздействует на выжимной подшипник 4 сцепления 5. Источником разрежения для вакуумной сервокамеры является впускной коллектор 7 двигателя, соединенный через обратный клапан 13 с вакуумным ресивером 14.
Рисунок 2. Схема размещения элементов микропроцессорной системы управления сцеплением:
1 — коробка передач; 2 — датчик частоты вращения ведомого элемента сцепления; 3 — вал ведомого элемента сцепления; 4 — выжимной подшипник; 5 — сцепление; 6 — датчик частоты вращения коленчатого вала; 7 — впускной коллектор двигателя; 8 — датчик положения дроссельной заслонки; 9 — двигатель; 10 — выключатель рычага переключения передач; 11 — электронный блок управления; 12 — рычаг переключения передач; 13 — обратный клапан; 14 — вакуумный ресивер; 15 — клапан соединения сервокамеры с ресивером; 16 и 18 — электромагниты; 17 — клапан соединения сервокамеры с атмосферой; 19 — полость регулируемого давления сервокамеры; 20 — сервокамера; 21 — шток сервокамеры; 22 — рычаг; 23 — ведомый вал коробки передач; 24 — датчик частоты вращения ведомого вала коробки передач
Рисунок 3. Зависимость Mc = f(L)
При подключении к источнику питания электромагнита 16 открывается управляемый им вакуумный клапан 15, в результате чего вакуумный ресивер соединяется с полостью 19 сервокамеры 20. Если же клапан 15 закрыт, то связь между вакуумным ресивером и полостью 19 сервокамеры прерывается. В случае подключения к источнику питания электромагнита 18 открывается приводимый им воздушный клапан 17, что приводит к соединению полости 19 сервокамеры с атмосферой. При закрытом клапане 17 эта связь прерывается.
Таким образом, при открытии клапана 15 увеличивается разрежение в полости 19 сервокамеры, а при открытии клапана 17, наоборот, уменьшается. Когда оба клапана закрыты, разрежение в полости 19 остается неизменным.
Рисунок 4. Структурная схема микропроцессорной системы управления сцеплением
В зависимости от разрежения в полости 19. сервокамеры меняется положение ее штока 21, и соответственно регулируется момент Мс, передаваемый сцеплением. Из рассмотрения зависимости Мс от перемещения L рычага привода сцепления (рисунке 3) следует, что момент Мс изменяется от нуля до значения Мстах при перемещении рычага на 13 мм (полный ход рычага составляет 46 мм). Это учитывается алгоритмом системы управления.
Работой клапанов 15 и 17 (рисунок 2) управляет микропроцессорный электронный блок 11 управления, который вырабатывает необходимые команды для включения и выключения электромагнитов 16 и 18 в зависимости от сигналов, получаемых от датчиков частоты вращения 6, 2 и 24 соответственно коленчатого вала, ведомого элемента сцепления, ведомого вала коробки передачи и датчика 8 положения дроссельной заслонки карбюратора. Команду на принудительное выключение сцепления в процессе переключения передач микропроцессорное устройство вырабатывает при поступлении к нему сигнала от выключателя 10, контакты которого замыкаются, когда водитель прикладывает усилие к рычагу переключения передач.
Обработка информации, получаемой от всех элементов системы управления, выполняется центральным микропроцессором ЦПУ типа 8085 с тактовой частотой 2,2 МГц (рисунок 4). Он связан с программируемым постоянным запоминающим устройством ППЗУ с объемом памяти 2 кбайт и оперативным запоминающим; устройством ОЗУ с объемом памяти 256 байт.
В ППЗУ записывается программа алгоритма, контакты, стандартные программы и т. д. ОЗУ используется для записи результатов промежуточных вычислений, текущих значений измеренных величин и других данных, требуемых для функционирования микропроцессорной системы.
Работа системы в реальном масштабе времени, требуемая для выдачи в определенное время команд управления и организации временных задержек, реализуется таймером. Связь между управляющими элементами системы и силовыми исполнительными устройствами (электромагнитами клапанов) осуществляется через так называемые порты ввода-вывода и усилительные каскады. ОЗУ, порты ввода-вывода и таймер выполнены в виде одной большой интегральной схемы (БИС) типа 8156.
Микропроцессоры могут обрабатывать сигналы только в виде двоичного цифрового кода. В связи с этим сигналы от датчиков частоты вращения пк коленчатого вала, частоты вращения пс ведомого вала сцепления и частоты вращения nп ведомого вала. коробки передач, имеющие вид последовательности импульсов, вначале с помощью ПЧН преобразуются в аналоговый сигнал (напряжения постоянного тока соответственно UK, Uc, Ua), а затем с помощью АЦП преобразуются в двоичный код. Также с помощью АЦП осуществляется преобразование аналогового сигнала датчика положения дроссельной заслонки (потенциометра) в цифровой двоичный код. Работой АЦП и ППЗУ управляют ключевые элементы, входящие в микросхему типа 8212.
Для исключения нечеткой работы системы управления в режиме принудительного выключения сцепления, возможной при «дребезге» контактов выключателя ВС сцепления, используется устройство с элементом задержки разрыва цепи ЭЗ.
Рисунок 5. Зависимость угла α открытия дроссельной заслонки от частоты вращения пц
Основной задачей системы управления является регулирование по заданному закону момента Мс в зависимости от угла открытия дроссельной заслонки, частоты вращения коленчатого вала, его ускорения .(замедления) и включения в коробке передач той или иной передачи.
Рисунок 6. Зависимости M=f(nК) и Mc=f(nK) для различных а при микропроцессорной системе управления сцеплением
В зависимости от угла открытия дроссельной заслонки микропроцессор рассчитывает «целевую» частоту вращения пц, которая тем выше, чем на больший угол а открыта дроссельная заслонка (рисунок 5). Система управления непрерывно сравнивает значение nЦ с текущей частотой вращения nKi коленчатого вала и определяет знак разности nKi — nц. Если пц>пкi, то система управления уменьшает момент Мс для того, чтобы снизить нагрузку на двигатель и увеличить частоту вращения пк. Наоборот, при пц<пкi значение Мс увеличивается и частота вращения пк снижается.
Таким образом, в рассматриваемой системе управления параметром обратной связи для системы регулирования момента Мс является разность между истинной и целевой частотами вращения, причем последняя является функцией угла открытия дроссельной заслонки.
Особенность действия системы управления заключается в том, что при постоянстве угла открытия дроссельной заслонки процесс разгона автомобиля в период до окончания пробуксовывания сцепления будет протекать при постоянстве частоты вращения коленчатого вала, которая окажется равной значению пц для данного угла открытия заслонки. Величины моментов Мс в указанные периоды (рисунок 6, точки А, В, С и D) будут равны крутящим моментам двигателя М, развиваемым при данных значениях угла а и пц.
Рисунок 7. Изменение при разгоне автомобиля угла а, частот вращения пк, nц и nс, момента Мс я силы тока I16 и I18 в обмотках электромагнитов управления воздушным и вакуумным клапанами при микропроцессорной системе управления
Момент Мс возрастает по мере увеличения пк, т. е. в конечном итоге рассматриваемая система управления обеспечивает получение именно такой зависимости Mс=f(nк), которая является оптимальной для автоматизации действия сцепления. После окончания пробуксовывания сцепления, определяемого системой управления путем сравнения сигналов от датчиков 2 и 6 (рисунок 2), поступает команда на блокировку сцепления при t=tбл (рисунок 7). Благодаря этому уменьшается износ узлов привода сцепления и, в первую очередь, его выжимного подшипника.
Ввиду неизбежного запаздывания в срабатывании исполнительных механизмов по отношению к изменению частоты вращения коленчатого вала для получения качественного процесса регулирования момента Мс необходимо исключить режимы работы двигателя без нагрузки, поскольку это приведет к чрезмерно высокому темпу изменения частоты вращения его вала.
Для удовлетворения данного требования в системе управления предусмотрено частичное включение сцепления, как только водитель откроет дроссельную заслонку на небольшой угол. Это достигается путем принудительного кратковременного открытия клапана 17 (рисунок 2) на 0,15 с несмотря на то, что в данный период nк<nц. В результате последующее увеличение пк будет происходить при наличии нагрузки на двигателе, создаваемой частично включенным сцеплением.