МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ
Рассмотрим микропроцессорную систему, разработанную для легкового автомобиля «Фиат — Панда 30». Исполнительным механизмом системы (рис. 64) 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.
Рис. 64. 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
Рис. 65. 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.
Рис. 66. 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 (рис. 65) следует, что момент Мс
изменяется от нуля до значения Мс тах при перемещении рычага на 13 мм (полный ход рычага составляет 46 мм). Это учитывается алгоритмом системы управления.
Работой клапанов 15 и 17 (см. рис. 64) 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 (рис. 66). 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.
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.
Рис. 68. 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 (рис. 67). 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 (рис. 68, точки А, В, С и D) будут равны крутящим моментам двигателя М, развиваемым при данных значениях угла а и пц.
Рис. 69. 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 (см. рис. 64), поступает команда на блокировку сцепления при t=tбл
(рис. 69). 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 (см. рис. 64) 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.
Для плавного изменения момента Мс при его регулировании, осуществляемом открытием и закрытием клапанов 15 и 17, должны быть исключены значительные колебания разрежения в полости 19 сервокамеры 20. В рассматриваемой системе управления это достигается вследствие непрерывно повторяющегося открытия и закрытия на короткие периоды данных клапанов. При этом увеличение момента Мс реализуется за счет того, что общая продолжительность открытого состояния клапана 17 оказывается больше общей продолжительности открытого состояния клапана 15. Если же необходимо уменьшить момент Мс, то это обеспечивается вследствие увеличения общей продолжительности открытого состояния клапана 15 (по сравнению с клапаном 17). После того как значение Мс
устанавливается на заданном уровне, оба клапана закрываются.
Если во время разгона автомобиля водитель постепенно увеличивает открытие дроссельной заслонки, то это приводит к повышению «ц, вследствие чего и частота вращения пк
при разгоне автомобиля также возрастает.
При этом для повышения момента Мс система управления по мере повышения частоты вращения пк увеличивает общее время открытого состояния воздушного клапана 17, через который полость 19 сервокамеры соединяется с атмосферой. Работа клапанов корректируется также в зависимости от значения ускорений (замедлений) коленчатого вала и ведущего вала коробки передач. По мере увеличения пк возрастает продолжительность импульсов тока I18 (см. рис. 69), проходящего через обмотку электромагнита 18 (см. рис. 64), и уменьшается продолжительность импульсов тока I16, проходящего через обмотку электромагнита 17. В результате относительная продолжительность открытого состояния воздушного клапана возрастает, а вакуумного клапана 15 — снижается, что и обеспечивает требуемое увеличение Мс при повышении пк.
В результате поступления в процессор информации от датчиков частоты вращения ведущего и ведомого валов коробки передач система управления определяет, какая из передач включена в каждый момент времени. Благодаря этому можно реализовать различный темп включения сцепления после окончания процесса переключения передач в зависимости от порядка их переключения. Данная особенность системы управления позволяет после перехода с высших на низшие передачи уменьшить темп включения сцепления, что обеспечивает плавность движения автомобиля в процессе переключения передач.
Результаты испытаний рассмотренной системы управления показали возможность применения микропроцессорных систем для автоматизации управления сцеплением.
