1

UNIVERSITATEA DIN PITETI FACULTATEA DE MECANIC I TEHNOLOGIE

Conf. dr. ing. Florin ERNAN

MECATRONICA AUTOMOBILELOR

2002

2

CUPRINS

1 INTRODUCERE ........................................................................................................................ 4

2 ASPECTE PRIVIND STUDIUL SISTEMELOR DE CONTROL ALE AUTOMOBILULUI FOLOSIND PRINCIPIILE SISTEMELOR AUTOMATE..................... 6

2.1 REGIMURI DE ECHILIBRU STAIONAR................................................................................. 6 2.2 REGIMURI DINAMICE SAU TRANZITORII ............................................................................. 6 2.3 PROPRIETILE SISTEMELOR AUTOMATE DINAMICE. ..................................................... 10 2.4 SISTEMELE DINAMICE CU STRUCTUR DESCHIS. ........................................................... 11 2.4.1 SISTEMELE CU COMAND AUTOMAT ........................................................................... 11 2.4.2 SISTEME CU COMPENSARE AUTOMAT. ......................................................................... 12 2.5 SISTEME DINAMICE CU STRUCTUR NCHIS. .................................................................. 12

3 STRATEGII DE CONTROL A MOTORULUI.................................................................... 14

3.1 CONTROLUL MOTORULUI.......................................................................................... 15 3.2 STRUCTURI CLASICE DE CONTROL ........................................................................ 16 3.3 STRUCTURI DE CONTROL N BUCL NCHIS ..................................................... 19 3.4 STRUCTURI EVOLUATE DE CONTROL.................................................................... 22

4 CONTROLUL TRANSMISIEI............................................................................................... 27

4.1 AMBREIAJUL PILOTAT ELECTRONIC..................................................................... 28 4.1.1 SISTEMUL "SERVOTRONIC"............................................................................................ 28 4.1.2 SISTEMUL "AUTOSHIFT" ................................................................................................ 29 4.1.3 SISTEMUL SELECTRONIC ............................................................................................ 30 4.2 COMANDA ELECTRONIC A CUTIILOR DE VITEZ (ETC ELECTRONIC TRANSMISSION CONTROL)............................................................................................................. 31

5 SISTEMUL AUTOMAT DE CONTROL AL VITEZEI DE CROAZIER CCS - (CRUISE CONTROL SYSTEM) ................................................................................................. 34

5.1 PRINCIPIUL SISTEMELOR DE CONTROL A VITEZEI ........................................................... 34 5.1.1 SISTEM DE CONTROL AL VITEZEI DE DEPLASARE CU SERVOMECANISM ELECTRIC SERVOASISTAT PNEUMATIC.............................................................................................................. 34 5.1.2 SISTEM DE CONTROL AL VITEZEI CU MECANISM CU REDUCTOR PLANETAR I ACIONARE CU MOTOR ELECTRIC ........................................................................................................................ 36 5.2 SISTEM AUTOMAT DE OPRIRE-PORNIRE A MOTORULUI LA INTERSECIILE SEMAFORIZATE URBANE ....................................................................... 36

6 MSURAREA MRIMILOR CARE CONSTITUIE PARAMETRI DE CONTROL..... 38

6.1 MSURAREA VITEZEI DE DEPLASARE................................................................................ 38 6.2 MSURAREA POZIIEI CLAPETEI....................................................................................... 39

3

6.2.1 MSURAREA POZIIEI CLAPETEI LA MOTOARELE CU CARBURATOR FOLOSIND TRADUCTOR INDUCTIV ..................................................................................................................... 39 6.2.2 MSURAREA POZIIEI CLAPETEI LA MOTOARELE CU INJECIE DE COMBUSTIBIL.......... 41 6.3 MSURAREA TURAIEI MOTORULUI ................................................................................. 42 6.4 MSURAREA RAPORTULUI CINEMATIC AL TRANSMISIEI................................................. 44 6.4.1 BLOCUL NUMERIC .......................................................................................................... 45 6.4.2 BLOCUL ANALOGIC ........................................................................................................ 46 6.4.3 INTERCONECTAREA CU BLOCUL ELECTRONIC CENTRAL ............................................... 46

7 BIBLIOGRAFIE ...................................................................................................................... 48

4

1 INTRODUCERE

n timp, n raport cu nivelul atins de dezvoltarea tehnologic i a posibilitilor de utilizare la fabricarea automobilelor, se folosesc metode din ce n ce mai complexe de proiectare, analiz, sintez i simulare a fenomenelor, mecanismelor, subansamblurilor i ansamblurilor automobilelor, parcurgndu-se mai multe etape utiliznd facilitile oferite de tehnicile moderne, care au la baz calculatoarele numerice, pentru:

- efectuarea calculelor; - analiza funciilor ce definesc comportarea i evoluia unor fenomene specifice

domeniilor studiate; - msurarea i stocarea valorilor unor mrimi ce evolueaz n timpul funcionrii; - simularea funcionrii unor mecanisme i subansambluri din ce n ce mai

complexe; - crearea unor modele virtuale ale unor echipamente fizice pe care se studiaz

diveri parametri; - simularea n timp real a funcionrii unor subansambluri sau ansambluri etc. Funcionarea automobilelor i sistemelor acestora este controlat n cea mai mare

pare de conductor prin intermediul elementelor de comand avnd la dispoziie cteva informaii preluate de la aparatura de bord n ceea ce privete:

- valorile unor parametri funcionali ai motorului (viteza de deplasare, turaia, temperatura, presiunea uleiului din sistemul de ungere);

- depirea valorilor unor parametri critici; - starea de funcionare a unor sisteme auxiliare, etc. Conducerea automobilului este un proces continuu deoarece presupune intervenia

permanent a conductorului asupra sistemelor acestuia pentru: - realizarea vitezelor i acceleraiilor de deplasare dorite; - pornirea, frnarea i oprirea n condiii variate; - asigurarea corelrii caracteristicilor mecanice ale motorului cu caracteristica

necesar de traciune (n cazul dotrii automobilului cu cutie de viteze cu reglare n trepte a rapoartelor de transmitere, neautomat);

- meninerea automobilului pe calea de rulare n deplin siguran de circulaie; - comanda funcionrii unor sisteme auxiliare de semnalizare, iluminare,

climatizare, speciale etc. Desigur, n special la automobilele moderne, unele din sistemele acestora

funcioneaz n mod automat conductorul avnd sarcina doar a stabilirii unor parametri globali ai unor regimuri de lucru.

Desfurarea activitii de conducere n ceea ce privete conlucrarea dintre conductor i automobil, sub permanenta influen a mediului prin caracteristicile lui complexe i de multe ori imprevizibile, este un proces deosebit de complex imposibil de modelat analitic sau simulat n totalitate. Abordarea, ns, a studierii parametrilor i performanelor unor subansambluri sau subsisteme, cu scopul creterii indicilor de calitate i economicitate, poate fi fcut dispunnd de mijloace i metode moderne de cercetare cum sunt calculatoarele numerice dotate cu programe din ce n ce mai performante.

Modelarea sistemelor fizice n care se desfoar procese de transformri energetice, modificri ale valorilor mrimilor mecanice etc., presupune utilizarea unor algoritmi adecvai relativ simpli dar, n cazul n care procesele se desfoar sub controlul factorului uman, intervin elemente care nu pot fi simulate, ntr-o msur mai mare sau mai mic, dect prin sisteme automate. n consecin, metoda de studiu a circuitelor de reglare ale

5

automobilelor, privite prin prisma teoriei sistemelor automate, permite apropierea condiiilor propuse prin proiectare de condiiile reale de funcionare.

Folosirea tehnicilor moderne de cercetarea si proiectare, prin utilizarea sistemelor de calcul dotate cu programe concepute de firme specializate n elaborarea de software prezint, fa de modelarea clasic, mai multe avantaje ca:

- flexibilitate n modelarea proceselor datorit facilitilor oferite de programarea la nivel obiect i nu la nivel de linie de comand;

- numrul foarte mare i diversificat de obiecte predefinite; - posibilitate definirii unor obiecte cu caracteristici speciale; - simplitate n definirea sau modificarea funciilor de transfer ale blocurilor obiect; - simplitate n corelarea programului cu baze de date n care se afl valori

determinate experimental sau calculate anterior; - simplitate n modificarea unor parametri care caracterizeaz procesele studiate; - degrevarea de realizarea algoritmilor matematici complicai n favoarea concentrrii

ateniei asupra interpretrii fenomenelor studiate; - redarea numeric i grafic a valorilor mrimilor ce caracterizeaz evoluia

proceselor; - timp foarte mic pentru elaborarea programelor ceea ce d posibilitate studierii

unui numr mare de variante.

6

2 ASPECTE PRIVIND STUDIUL SISTEMELOR DE CONTROL ALE AUTOMOBILULUI FOLOSIND PRINCIPIILE

SISTEMELOR AUTOMATE

Pentru dezvoltarea de sisteme de control a parametrilor: vitez, turaie, sarcin se consider automobilul ca un sistem dinamic n ansamblul cruia se evideniaz fenomene fizice care implic transformri i transferri de mas i energie. Descrierea cantitativ a proceselor presupune evidenierea unor mrimi caracteristice i stabilirea legturilor cauzale dintre ele care determin evoluia lor n timp.

Funcionarea sistemelor automate este caracterizat de schimbul de energie sub influena unor parametri predefinii asupra crora poate s intervin factorul uman. Controlul funcionrii sistemelor automate se realizeaz prin semnale ca mrimi fizice ce transmit informaii.

Caracteristica fizic ce se modific n dependen de informaie (n accepiunea teoriei sistemelor) se numete parametru informaional. Aadar, legtura dintre subsistemele automobilului i dintre acestea i factorul uman se realizeaz prin modificarea caracteristicilor fizice sub influena semnalelor care poart informaia deci, sub aciunea parametrilor informaionali.

n funcionarea automobilului n ansamblu ct i n funcionarea subansamblurilor acestuia, care pot fi considerate , la rndul lor, ca sisteme ce fac transfer de energie ntre ele i, ntre ele i automobilul ca ansamblu; se disting dou tipuri de regimuri: regimuri de echilibru staionar i regimuri dinamice sau tranzitorii.

2.1 REGIMURI DE ECHILIBRU STAIONAR

n aceste regimuri sunt ndeplinite condiiile de bilan energetic pe ansamblu, ce pot fi exprimate prin relaia:

ei QQ = (2.1) adic, energia intrat n sistem este egal cu energia eliberat de sistem. Aceast situaie se ntlnete n cazul deplasrii automobilului n regim stabilizat cnd viteza este constant n condiiile n care rezistentele la naintare sunt constante.

2.2 REGIMURI DINAMICE SAU TRANZITORII

Sunt regimuri n care, datorit fenomenelor de acumulare i consum interne, relaia (2.1) nu mai este respectat, adic

0; eiei QQQQ (2.2) nchiderea dinamic a bilanului se realizeaz acum prin variaia unui set de mrimi

unic determinate care descriu fenomenele de acumulare sau consum ce au loc n funcionare, acceptate ca denumire de mrimi de stare.

Pentru o singur mrime de stare, relaia (2.2) se scrie

dtdxxQQx ei ==

..; (2.3)

unde .x este derivata n raport cu timpul a mrimii x. n regimurile staionare mrimile de

stare sunt constante deci:

0. =x (2.4)

n regimurile tranzitorii mrimile de stare variaz, deci:

7

0. x (2.5)

Din relaia (2.3) rezult c fenomenele de acumulare (sau consum) au loc atta timp ct 0 ei QQ pentru c:

( ) ( ) ( ) dQQxtx t ei +=0

0 (2.6)

Din relaia (2.4) rezult c dac: .constQQQ ei == (2.7)

atunci procesul de acumulare sau de consum nu ar nceta niciodat, adic: ( ) ( ) tQxtx += 0 (2.8) ecuaie care caracterizeaz procesele fr echilibrare. Majoritatea proceselor au ns o proprietate de autoechilibrare, astfel nct ecuaia (2.3) se scrie sub forma

0,. >+=+= aQaxQQaxx ei (2.9)

Soluia ecuaiei (2.9) este format din dou componente ( ) ( ) ( )txtxtx ll += (2.10) unde ( )txl este componenta liber, ce caracterizeaz regimul tranzitoriu, ( )tx f este componenta forat, ce caracterizeaz regimul forat.

Componenta liber ( )txl este soluia ecuaiei omogene axx =. (2.11)

i este de forma ( ) atl eCtx = (2.12) unde C este constant de integrare.

Componenta forat ( )tx f se determin prin metoda variaiei constantei. Se consider ( ) ( ) atf ettx (2.13) unde ( )t este o funcie ce urmeaz s fie determinat astfel ca ( )tx f s satisfac ecuaia (2.9). nlocuind (2.13) n (2.9) dup efectuarea calculelor rezult

( ) ( )( ) ( ) ( ) atei

tta

f

ei

ta

eaQ

aQdQQetx

dQQet

+==

=

0

0 (2.14)

unde termenul constant ( )aQ / descrie regimul staionar (permanent), iar termenul variabil ( ) ateaQ / corespunde unei componente tranzitorii care se amortizeaz asimptotic (a

8

( ) ( ) ( ) attps eaQxtx

aQtxtx

+=== 0; (2.18)

unde: ( ) ( )txtx ps = este componenta permanent a rspunsului forat, de aceeai form cu mrimea de intrare (n acest caz regimul permanent este un regim staionar); ( )txt este componenta tranzitorie format din termenul atex 0 corespunztor condiiilor iniiale nenule i din termenul variabil ( ) ateaQ / al rspunsului forat determinat de mrimea de intrare ( ) Qtu = .

Evoluiile descrise de relaiile (2.8) i (2.9) sunt reprezentate n fig. 2.1. Din ecuaia (2.9) se obine pentru regimul staionar

0=+ ei QQax (2.19) care are o semnificaie remarcabil, artnd c regimul staionar corespunde unor transferuri energetice diferite ( )0;

9

Modificarea mrimii iQ se realizeaz prin intermediul semnalului de comand (u) care modific un parametru al acesteia (debit, presiune, curent etc.). Deci:

ubQi = (2.23) unde u este mrimea de comand , b este un factor de proporionalitate.

Afectarea mrimii de ieire eQ de ctre factorul perturbator se evideniaz prin relaia

PeQe = (2.24) unde v este mrimea perturbatoare, considerat de semn opus mrimii eQ tocmai pentru a evidenia efectul perturbator al acestuia; e este un factor de proporionalitate.

Calitatea proceselor de reglare se apreciaz printr-un set de mrimi notate cu z i numite mrimi de calitate, care sunt dependente de mrimile de stare sau se identific cu acestea. Astfel se poate scrie:

z=dx (2.25) n care d este factor de proporionalitate.

Pentru funcionarea la parametri nominali z=zn (2.26)

unde zn este valoarea nominal a mrimii de calitate. Aprecierea calitii se face, de obicei, prin efectuarea de msurri asupra proceselor. Mrimea msurat (v) este dependent de starea x prin relaia

v = cx (2.27) n relaiile (2.21) i (2.22), n (2.7) i adugnd relaiile (2.25) i (2.27) se obine

cxvePbvaxx =++=. (2.28) Aceste relaii exprim interpretarea sistemic elementar a procesului considerat.

Relaiilor (2.28) li se poate asocia reprezentarea schematic din fig. 2.2 n care se evideniaz mrimile introduse. Prin sgei se indic sensul lanului cauzal, deci sensul transmiterii informaiilor. Mrimile u i P determin variaiile mrimilor msurate (de ieire) v .

De obicei mrimile de comand (u) nu intervin direct asupra procesului, ci prin intermediul unor dispozitive numite elemente de execuie ale cror mrimi de ieire se numesc mrimi de execuie notate cu m . Valorile mrimilor msurate se obin prin intermediul traductoarelor i aparatelor de msurare.

n cazul conducerii automobilului, elaborarea mrimii de comand (u) presupune prelucrarea dup un anumit algoritm a unei mrimi (semnal) de eroare (), corespunztor diferenei dintre valoarea dorit (impus) a vitezei (v*) i valoarea obinut (v) a acestei mrimi, fig. 2.3.

Figura 2.2 Simbolizarea interpretrii relaiilor (2.28): u - mrime de comand; v - mrime de ieire; P - mrime perturbatoare

10

n cazul conducerii manuale funciile de comparare ntre valorile dorite v* i valorile reale v , i de prelucrare a semnalului de eroare (de decizie) sunt ndeplinite de operatorul uman care urmrete evoluia proceselor.

Problema conducerii unui proces const deci, n elaborarea i aplicarea mrimilor de comand u, pe baza cunoaterii obiectivului conducerii (a mrimilor de calitate zn ) i a mrimilor msurate v.

Datorit aciunii mrimilor perturbatoare, conducerea unui proces nu poate nceta dect odat cu oprirea acestuia. Aciunea de conducere a procesului are un caracter permanent.

Subsistemele automobilului, ca i automobilul n ansamblu ca sistem (noiunea de sistem este relativ, o parte a unui sistem numit subsistem poate fi la rndul lui un sistem; aceeai realitate fizic poate conine unul sau mai multe sisteme distincte), sunt sisteme dinamice neliniare, cu parametri concentrai sau distribuii, dinamice invariabile sau variabile n timp.

2.3 PROPRIETILE SISTEMELOR AUTOMATE DINAMICE.

Sistemele automobilului au proprietile fundamentale ale sistemelor automate dinamice:

- observabilitatea adic, pe baza cunoaterii intrrii ( ) t i a ieirii ( ) =t se poate determina starea ( ) Xtx ;

- controlabilitatea adic, exist comenzi care realizeaz tranziia strii x(t) din orice stare iniial x(t1) n orice stare final x(t2) n intervalul de timp [t1,t2] . n sens fizic, existena unei cauze (variaie a mrimii de intrare) determin o reacie a sistemului (variaie a mrimii de ieire);

- stabilitatea reprezint proprietatea unui sistem, care fiind perturbat dintr-o stare de echilibru staionar, revine dup dispariia cauzei n aceeai stare de echilibru, n mod natural;

- adaptabilitatea adic, dac se poate evidenia n interiorul sistemului o variabil care admite pentru tT o variaie conform unei legi impuse 1;

- identificabilitatea adic, dac se poate evidenia n interiorul sistemului o variabil , msurabil pentru tT, numit variabil de identificare care conform unui criteriu 2, s ofere o imagine asupra proprietilor sale interne, respectiv structurii i parametrilor si;

- structurabilitatea care constituie o condiie a existenei sistemelor. Pentru a evidenia o structur, un sistem dinamic este discretizat ntr-un ansamblu de pri numite

Figura 2.3. Structura sistemului de conducere a automobilului cu scopul realizrii unor viteze de deplasare impuse: v* - viteza impus; - semnalul de eroare; u - mrimea de comand; m - mrimea de execuie; v - viteza realizat; EC - echipament de comparare; PSE - Echipament de prelucrare a semnalului de eroare; M - motorul; T - transmisia.

11

elemente sau subsisteme legate funcional astfel nct s respecte tranziia cauzal intrare-ieire: .

n baza proprietii de structurabilitate, sistemele se pot descompune i compune n i din subsisteme.

Dup structur se ntlnesc la automobile dou grupe de sisteme dinamice: a) sisteme cu structur deschis; b) sisteme cu structur nchis .

2.4 SISTEMELE DINAMICE CU STRUCTUR DESCHIS.

Aceste sisteme sunt constituite prin reunirea de elemente de baz cuplate funcional astfel ca mrimea de intrare a oricrui element s nu fie influenat de mrimea sa de ieire, direct sau indirect. Din aceast categorie fac parte:

- sisteme cu comand automat; - sisteme cu compensare automat.

2.4.1 Sistemele cu comand automat Aceste sisteme sunt cele care reacioneaz numai la modificrile mrimii de intrare.

Ca exemplu poate fi considerat autovehiculul n ansamblu, asupra cruia se intervine printr-o mrime de comand x1 , (deschiderea clapetei) pentru a se impune o valoare dorit vitezei de deplasare v, (fig.2.4).

Acest sistem are o structur deschis pentru c mrimea de ieire nu influeneaz n nici un fel mrimea de intrare n oricare din elementele sistemului.

Automobilul dispune de mai multe subsisteme nseriate (fig.2.5):

Figura 2.4. Sistem cu comand automat n structur deschis: x1 - mrime de comand; v - mrime obiectiv (impus); P - mrime perturbatoare.

Figura 2.5. Subsistemele principale ale automobilului cuplate ntr-un sistem cu structur deschis: S1 - subsistem condus, puntea motoare, S2 - subsistem de comand a motorului; S3 - subsistemul motor; S4 - subsistemul de adaptare a caracteristicilor, transmisia.

12

- subsistemul condus, transmisia principal i roile motoare S1 ; - subsistemul de comand, mecanismul de control a puterii dezvoltat de motor S2 ; - subsistemul motor care genereaz energia de deplasare S3 ; - subsistemul schimbtor de viteze S4, care realizeaz adaptarea caracteristicii

motorului la caracteristica dinamic de deplasare a autovehiculului. De obicei subsistemul S1 este definit i se dorete realizarea unei tranziii x1v care

s satisfac anumite performane dinamice. Pentru realizarea acestor tranziii se adaug subsistemele S2 i S3 care comand subsistemul S1 astfel ca ansamblul s aib comportarea dorit.

Asupra subsistemelor S1 i S2 acioneaz i alte mrimi exterioare (P) care au de obicei un caracter perturbator.

2.4.2 Sisteme cu compensare automat. Acestea funcioneaz pe principiul compensrii efectului nedorit al mrimilor

perturbatoare. Pentru eliminarea sau diminuarea efectului perturbaiilor asupra mrimii de ieire se introduce un subsistem astfel nct mrimea de execuie (fig.2.5) s depind i de perturbaia P. De exemplu, dac la modelul descris anterior perturbaia P este variaia rezistenelor la naintare se introduce subsistemul S5 (regulator) care, prin mrimea de ieire, modific parametri de funcionare ai motorului astfel nct mrimea de execuie s depind i de perturbaia P.

Sistemul obinut este tot cu structur deschis deoarece nu exist nici un element la care mrimea de intrare s depind de mrimea de ieire direct sau indirect.

2.5 SISTEME DINAMICE CU STRUCTUR NCHIS.

Sistemele dinamice cu structur nchis conin cel puin un subsistem la care mrimea sa de intrare este influenat de mrimea de ieire direct sau indirect. Structura cea mai simpl a acestor sisteme, fig. 2.6, cuprinde urmtoarele subsisteme: subsistemul

principal (condus) S1 care asigur o anumit dependen a mrimii de ieire y de mrimea de execuie m; subsistemul secundar (de reacie) S2 asigur reacia invers (feed-back), prin care se transmit informaii despre evoluia mrimii de ieire la subsistemul S3 ; subsistemul decizional S3 asigur o decizie asupra tipului i modului de variaie a mrimii de execuie m, pentru a se realiza tranziia intrare-ieire dorit. Acest subsistem utilizeaz un algoritm n care mrimea de intrare u i de reacie yr au un rol important.

Din aceast grup fac parte sistemele cu schema bloc din fig. 2.7 n care subsistemele S3 realizeaz o comparare liniar-aditiv ntre o variabil v

*1, dependent de v*, i vr

Figura 2.6. Sistem dinamic cu structur nchis: S1 - subsistem condus; S2 - subsistem de reacie; S3 - subsistem de decizie.

13

dependent de mrimea de ieire v, de forma v*1 + vr apoi, pe baza unui algoritm, se obine mrimea de execuie m .

Dac rvv = *1 , sistemul este cu reacie invers negativ sau sistem cu reglare automat. Mrimea este numit abatere sau eroare. Dac:

vvvvsivv r

===

*

**1 ;

(2.29) reprezint efectiv abaterea dintre valoarea impus (de referin) i valoarea real a mrimii reglate.

Pentru dezvoltarea sistemelor, cu care s se efectueze de controlul parametrilor automobilului, se pot structura subansambluri bazate pe principiul sistemelor dinamice cu compensare liniar-adaptiv ntre variabile. n figura 2.7 se prezint schema unui astfel de sistem n care mrimea de intrare v* (variabila prescris) viteza obiectiv, care reprezint viteza de deplasare a automobilului impus de tipul deplasrii, este aplicat la intrare urmnd ca restul proceselor de funcionare: controlul deschiderii clapetei, selectarea treptei, frnarea, acionarea ambreiajului s se desfoare n regim automat. Sistemul va conine mai multe bucle de acest tip, cu comparare liniar-adaptiv, n module care constituie subansambluri ale automobilului.

Figura 2.7. Principiul sistemelor automate cu compensare liniar-adaptiv ntre variabile, utilizat la modelarea controlului vitezei automobilului

14

3 STRATEGII DE CONTROL AL MOTORULUI

Controlul electronic al procesului de schimbare al rapoartelor de transmitere n cazul unui autoturism echipat cu cutie de viteze mecanic n trepte pretinde pe de o parte controlul dispozitivelor de acionare a cutie de viteze, a ambreiajului i a motorului (la nivelul pedalei de acceleraie cel puin), iar pe de alt parte, controlul strategiei de trecere de la un raport de transmitere la altul.

n cazul folosirii pe autoturism a unui m.a.s. modern avnd funcii controlate electronic (injecie de benzin cu comand electronic, distribuie adaptiv comandat electronic, etc.), cei mai muli fabricani i pun problema controlului electronic "integrat" al grupului motor-transmisie (grupul propulsor), i a elaborrii strategiei optimizrii funcionale a controlului electronic, pe baza unor criterii.

O strategie care s rspund unor criterii de economicitate, depoluare, dinamicitate, stilul i cerinele oferului, dar cu mijloacele tehnice la ndemn, ntr-o aplicaie de schimbare automat a treptelor cutiei de viteze cu 4+1 trepte care echipeaz un autoturism clasic este dezvoltat n cele ce urmeaz.

Motorul cu aprindere prin scnteie de 1,3 litri, patru cilindri n linie alimentat prin carburator dispune de un dispozitiv de control al poziiei obturatorului care acioneaz pe durata trecerii ntre treptele cutiei de viteze i controleaz turaia de mers n gol pe durata nclzirii motorului. Ambreiajul este de tip monodisc cu frecare uscat i arc diafragm.

Sistemele moderne de control ale motorului au la baz o arhitectur de control a momentului motor i pot fi echipate cu un bloc electronic de control propriu sau instalate direct pe motor.

Sistemele moderne de control ale transmisiei se bazeaz pe identificarea cerinelor oferului i adaptarea modului de schimbare a treptelor de viteze, fiind realizate fie cu bloc de control propriu, fie instalate direct pe cutia de viteze.

Comunicaia ntre sistemul de control al motorului i cel al transmisiei are drept scop reducerea emisiilor poluante (n faza de nclzire a reactorului catalitic) i de a proteja cutia de viteze mpotriva unor suprasolicitri.

Scopul sistemelor de control integrat al grupului propulsor este depistarea unui optim global al grupului care s nlocuiasc optimizarea n parte a motorului i separat a transmisiei.

Aceast abordare a condus la o structur ierarhic ce include un meta-controler i seciuni subordonate pentru motor i transmisie, ca n cazul sistemelor integrate promovate de firma Siemens.

Avantajele meta-controlerului constau n faptul c el dispune de o mare flexibilitate n adaptarea unor optimizri dinamice ntre antipozii ce se manifest n cazul autoturismelor echipate cu motoare de putere redus, maniabilitate redus datorit rezervei reduse de putere pe de o parte i necesitatea de a funciona cu consum ct mai redus de combustibil, pe de alt parte. Aceste avantaje sunt posibile datorit concepiei meta-controlerului care nu folosete control strict dedicat unei funcii a motorului (exemplu, bazat nu numai pe controlul poziiei obturatorului i pe cel al presiunii de supraalimentare ci i pe alte funcii care pot fi specifice chiar unui m.a.c.). Pedala de acceleraie rmne n orice mprejurare simbolul cerinelor oferului, i mpreun cu ali parametri msurabili ai motorului (turaia, temperatura) poate de msura valorii momentului efectiv al motorului, pentru a rmne la idea controlului motorului prin valoarea momentului motor.

n practic sunt folosite diferite criterii de interpretare a poziiei i a cursei pedalei de acceleraie, n corelaie i cu condiiile de deplasare a automobilului, iar constrngerile date de realizarea fizic a unor interfari dedicate unui tip de dispozitiv de comand conduc tot

15

la folosirea n final a unui semnal de ieire tot de tip "moment motor". Soluia propus este ca valorificarea semnalelor de intrare ce ar determina semnalul de ieire tip "moment motor" s se fac printr-un procedeu multi-criterial, o bun metod de realizare fiind utilizarea logicii Fuzzy.

Specialitii atrag atenia n privina unor constrngeri n interpretarea valorii momentului la roata motoare, care constau n faptul c momentul motorului are limite absolute i n necesitatea folosirii unui traductor al cursei pedalei de acceleraie cu sensibilitate egal pe ntreaga curs i fr zone moarte. Un alt factor limitativ n aprecierea momentului la roat l poate constitui nsi tipul de transmisie; de exemplu, n cazul folosirii unei cutii de viteze n trepte cu schimbare automat, pe durata schimbrii treptelor au loc ntreruperi de moment, iar o cretere a momentului de intrare dup efectuarea schimbrii ar cauza o deteriorare a confortului procesului de schimbare.

De aici rezult necesitatea folosirii valorii momentului motor i a poziiei pedalei de acceleraie care n anumite mprejurri sufer unele corecii.

Se prezint n continuare abordarea seciunilor de control pentru motor i pentru transmisie.

3.1 CONTROLUL MOTORULUI

Metodica controlului funcionrii motorului prin momentul su pretinde analiza tuturor factorilor cu influen asupra momentului motor. O schem logic a seciunii de control a unui m.a.s. este prezentat n figura 3.1.

Din aceast schem se desprind condiiile de proiectare a interfeei cu meta-controlerul asupra:

- acionrii obturatorului i vitezei lui de acionare; - modularizrii cilindreei; - ntreruperii alimentrii cilindrilor n timpul deceleraiilor. Interfaa este astfel proiectat nct s poat fi comod calibrat (etalonare simpl i

coordonarea momentului motor s se efectueze cu evitarea posibilitilor de interferen a diferitelor pori i ci de intrare).

Deosebit de important este asigurarea prioritilor semnalelor de intrare. Momentul motor necesar autopropulsrii va fi rezultatul ponderrii flexibile a tuturor

factorilor de intrare (proporia ncrcturii proaspete, unghiul de avans la aprindere, dozajul) n concordan i cu restriciile specifice ale motorului.

Momentul instantaneu calculat este furnizat ca semnal de reacie n bucl nchis meta-controlerului.

Pentru verificarea concordanei valorilor calculate ale momentului instantaneu, cu cele reale, (calibrare), se poate folosit un traductor de cuplu instalat pe autoturism. Instalaia de msurare a momentului motor se bazeaz pe msurarea reaciunilor n punctele de suspendare a grupului propulsor pe autoturism

16

3.2 STRUCTURI CLASICE DE CONTROL

O analiz eficient a performanelor motoarelor trebuie s aib n vedere modul n care este structurat sistemul de control al alimentrii cu combustibil i al aprinderii. Dac pn de curnd controlul era practic asigurat de sisteme de reglaj mecanice (cu toate limitrile lor specifice), n ultima perioad se remarc o dezvoltare spectaculoas a sistemelor electronice.

Pentru a studia modalitile de perfecionare n continuare a sistemelor electronice de control al injeciei de benzin i al aprinderii sunt necesare o sistematizare i o analiz comparativ a soluiilor existente.

Figura 3.1. Schema bloc a sistemului de control al motorului

17

O prim structur - bloc de motor cu aprindere prin scnteie este prezentat n fig.3.2.

Acest tip caracterizeaz motoarele cu carburator, sistemele de injecie . mecanic i injecia electronic de benzin fr control n bucl nchis i de control al detonaiei. Mrimile specifice ce apar sunt urmtoarele: s - sarcin; n - turaie; a - avans la aprindere; d - dozaj carburant; p - factori poluani (gaze de evacuare); v - vibraii (specifice detonaiei); i1im - parametri interni; e1 ... en - parametri externi; ce - mrimi de corecie a influenei parametrilor externi; ci - mrimi de corecie a influenei parametrilor interni.

Dac ne referim la controlul electronic existent n prezent, conform ncadrrii enunate iniial, pentru fig. 3.2 n regim stabilizat i condiii standard de funcionare avansul am= fa(s,n) i dozajul dm=fd (s,n) pot fi considerate ca fiind memorate sub forma unor matrice, A respectiv D, avnd dimensiunile s1n1 i respectiv s2n2

121

22221

11211

111

1

1

...............

...

...

snnn

s

s

aaa

aaaaaa

A =

221

22221

11211

111

2

2

...............

...

...

snnn

s

s

ddd

dddddd

D = (3.1)

Mrimile sunt cuantificate, respectnd condiiile: aij i dij N. Mrimile de control ce acioneaz asupra motorului, notate ac i dc, rezult pe baza relaiilor analitice:

dmc

amc

UddUaa== ,

(3.2)

unde Ua i Ud sunt mrimi unitare specifice blocului de control, astfel nct ac i dc sunt din punct de vedere dimensional mrimi echivalente avansului la aprindere, respectiv dozei de benzin.

Pentru un regim staionar, dar pentru alte valori ale parametrilor determinai de factorii interni i externi, apare necesitatea aplicrii unor corecii. Uznd de acelai formalism matematic, aceste corecii pot fi exprimate (n cazul cnd acestea au un caracter aditiv) prin dou matrice de corecie Ca i Cd:

Figura 3.2. Schema bloc a unei structuri clasice de control al motorului

18

121

22221

11211

111

1

1

...............

...

...

snnn

s

s

a

cacaca

cacacacacaca

C =

221

22221

11211

111

2

2

...............

...

...

snnn

s

s

d

cdcdcd

cdcdcdcdcdcd

C = (3.3)

Aceste matrice de corecie vor fi utilizate pentru prelucrarea mrimilor memorate A,

respectiv D. Generarea mrimilor de control folosite va fi realizat de relaii similare cazului precedent, n care ns apar matricele; Af pentru avansul la aprindere, respectiv Df pentru doza de benzin.

Af=A+Ca, Df=D+Cd (3.4) deci ( ) ( ) UcddUcaa dmfaamf +=+= ,

Valorile elementelor din matricele de corecie apar ca funcii de tipul: ( )

( )nmcdanmcaa

eeeiiinsfceeeiiinsfc

...,,,,...,,,,,;...,,,,...,,,,,

2121

2121

==

(3.5)

Dac se dorete o corecie de bun calitate, parametrii ce descriu factorii interni i cei externi se cuantific ntr-un anumit numr de trepte, alese din considerente practice. Fie q acest numr. Apar, prin urmare, Nc combinaii posibile ale parametrilor, unde

( )pn pnqc CN + += (3.6) Aadar, apare un necesar de memorie pentru corecia avansului la aprindere de Na

locaii, iar pentru corecia dozajului, de Nd locaii, unde: ( ) ( )pn pnqdpn pnqa CsnNCsnN + ++ + == 2211 ; (3.7)

Avnd n vedere valorile practice ale capacitilor de memorie (caracteristicile standard statice) - pentru avans n1s1, respectiv pentru dozaj n2,s2, - rezult necesiti de memorie extrem de mari.

Valorile ce s-ar nscrie n aceste memorii ar impune un numr extrem de mare de rezultate experimentale, obinute prin probe de stand, uneori n condiii extrem de dificil de realizat (combinaii posibil s apar practic, dar foarte dificil de meninut pe durata unor experimente n mediu artificial).

Prin urmare, pe baza acestor principii de control pentru toate regimurile staionare posibile, mrimile finale utilizate pentru controlul motorului asf i dsf au forma: ( )

( )11

2121

11

2121

...,,2,1,...,,2,1

,...,,,,...,,,,,;...,,2,1,...,,2,1

,...,,,,...,,,,,

sjni

eeeiiinsddsjni

eeeiiinsaa

nmsfsf

nmsfsf

ijij

ijij

===

===

(3.8)

n regim staionar i condiii standard de funcionare nu apar diferene notabile ntre performanele realizate de aceste sisteme. Deosebirile sunt dictate practic numai de dispersia tehnologic de realizare a motorului i a blocului de control (n limitele de 3% la motoarele cu carburator i 1% la motoarele cu injecie). Analiza chimic a gazelor de evacuare nu evideniaz deosebiri notabile, iar tendina de detonaie pentru reglaje iniiale corecte este eliminat.

Analiza efectuat se poate aplica i n cazul regulatoarelor mecanice (analogice), considernd un anumit pas de cuantificare a caracteristicilor, folosind un anumit criteriu, cum ar fi, de exemplu, unul ce ine seama de erorile tehnologice de realizare.

19

Schema din fig. 3.2 corespunde unui sistem n bucl deschis; o reacie negativ (de stabilizare a sistemului) poate fi considerat totui dac se ine seama de reglajele (manuale) periodice efectuate, ns, din afara sistemului, de operatorul uman (cum ar fi reglarea amestecului, a avansului iniial la aprindere). Evident c reglajele periodice mbuntesc performanele, dar acestea sunt, strict vorbind, de conjunctur. Deriva performanelor se va nscrie n limitele tehnologice de realizare a elementelor.

n ceea ce privete analiza regimurilor staionare la care ns apar abateri ale parametrilor de stare fa de condiiile standard se pot evidenia anumite corecii ce se pot realiza dup factorii interni sau externi (cu ajutorul semnalelor ci i ce din fig. 3.2). Evident, acurateea coreciilor va fi mult mai bun la sistemele electronice (de injecie sau carburator electronic), graie posibilitilor mult mai mari de prelucrare a semnalelor electrice furnizate de traductoare. Prelucrarea semnalelor i adaptarea sistemului vor fi asigurate pe baza unor algoritmi adecvai i de o complexitate corespunztoare situaiei. Sistemele pur mecanice au posibiliti mult mai reduse din cauza lipsei de flexibilitate a structurilor (se poate exemplifica cu ocul automat cu lamel bimetalic ce asigur o mbogire a amestecului la pornire, dar de o manier aproximativ, prin exces).

Criteriile pe baza crora se determin caracteristicile statice implementate n memoria sistemelor sunt:

a. pentru dozaj: - economicitatea; - economicitatea i reducerea polurii; - reducerea polurii; - reducerea polurii i economicitatea. b. pentru avansul la aprindere: - evitarea detonaiei; - reducerea polurii; - putere maxim (pentru un dozaj dat). Meninerea performanelor iniiale se face n aceste cazuri pe seama reglajelor

periodice. Se poate deduce din aceste observaii c principalul neajuns al structurii din fig. 3.2

este lipsa unor bucle de reacie negativ cu efect stabilizator. Din acest motiv s-au elaborat alte structuri de control care s includ n buclele de reacie negative informaii despre dozaj (parametrul ) i avans la aprindere (prezena detonaiei).

3.3 STRUCTURI DE CONTROL N BUCL NCHIS

Prezena buclelor de reacie negativ permite meninerea, n mod automat, a performanelor motoarelor n limitele tehnologice asigurate de sistem pe toat durata de (bun) funcionare. Problema buclelor de reacie a fost formulat cu acuitate o dat cu schimbarea prioritilor la formarea amestecului (dozaj) de la economicitate ctre reducerea polurii. Realizarea dozajului cu o eroare maxim de 1% fa de amestecul stoichiometric constituie o condiie obligatorie pentru funcionarea eficient a convertorului catalitic cu trei ci. Un sistem n bucl deschis nu poate realiza practic (att din considerente tehnice, ct i economice) o astfel de performan. Din punctul de vedere al reglrii avansului la aprindere criteriul de optimizare, respectiv de stabilizare a rspunsului l constituie funcionarea la limita de detonaie, cnd randamentul motorului atinge un maxim.

Pentru creterea performanelor motoarelor s-a trecut la o structur de control de tipul celei prezentate n fig. 3.3.

20

Evident c aceste structuri nu pot fi realizate dect cu sisteme electronice de control (cu injecie sau carburator electronic). Fa de structura din fig. 3.2 mai apar semnalele: - semnal despre dozaj (furnizat de sonda Lambda); z - semnal de la senzorul de detonaie.

Superioritatea n regim staionar a structurii din fig. 3.3 fa de cea din fig. 3.2 se evideniaz n primul rnd cnd apar abateri ale parametrilor de stare fa de valorile ce corespund condiiilor standard de funcionare. Ca urmare a schimbrii parametrilor de stare se va modifica i rspunsul sistemului (motorului), modificrile fiind puse n eviden de senzorii i de detonaie. Semnalele de la aceti senzori, fiind incluse n bucle de reacie negativ, vor determina variaii compensatoare, de semn contrar, care s asigure revenirea mrimilor a i d la valori care s satisfac criteriile de funcionare (dozaj cu = 1 1% i avans corespunztor funcionrii la limita de detonaie). Modificarea mrimilor de control din sistem se face discret, practic prin incrementri i decrementri ale mrimilor a i d, ceea ce are ca efect variaii prin trepte de valoare Ua, respectiv Ud ale avansului la aprindere i ale dozajului. Pentru a facilita sarcina meninerii condiiilor de bun funcionare, coreciile pot aciona direct n memoria cartogramelor caracteristice, modificnd valorile existente n sensul de a le apropia ct mai mult de valorile reale necesare. Se realizeaz practic o structur de sistem adaptiv, ce relaxeaz efortul" buclelor de reacie. n regim staionar un sistem adaptiv de acest tip va converge ctre valorile reale necesare, evolund n limitele erorilor de cuantificare ( 1/2 Ua, 1/2 Ud ).

Exist posibilitatea de a desprinde urmtoarele concluzii din analiza regimurilor staionare:

a. n regim staionar de funcionare a motorului i condiii standard de funcionare nu se pot pune practic n eviden deosebiri eseniale ntre structuri i, n cadrul structurilor, ntre soluiile tehnologice

b. n regim staionar de funcionare a motorului i n condiii de funcionare stabile, dar descrise de parametri cu valori ce se abat de la condiiile standard, sistemele cu reacie sunt superioare, datorit efectului stabilizator al reaciei negative.

La funcionarea n regim dinamic (tranzitoriu), pentru mrimile reglate avans la aprindere, respectiv dozaj, apar dependene complexe, descrise de ecuaii difereniale.

Chiar dac inem seama c variaiile se manifest n jurul unor valori bine determinate i n aceste condiii liniarizm ecuaiile, apare ca evident faptul c simularea la stand i memorarea tuturor valorilor pentru avans la aprindere i dozaj corespunztoare tuturor tipurilor de dependene ce pot aprea este (tehnic) practic imposibil, iar economic extrem de costisitoare. Ca urmare, sistemele actuale se bazeaz pe anumite simplificri:

Figura 3.3. Schema bloc a unui sistem de control al motorului n bucl nchis

21

reducerea ordinului de dependen, eliminarea unor variabile, care n final vor permite totui ncadrarea erorilor dinamice ntre anumite limite i la un nivel rezonabil de cost i complexitate.

mbuntirea rspunsului dinamic elimin din start soluiile mecanice, bazate pe regulatoare lente (de exemplu, regulatorul centrifugal ce are caracteristic integratoare) i cu precizie sczut.

O caracteristic specific motoarelor cu injecie intermitent este aceea c timpul apare ca o mrime cuantificat (alimentarea prin acionarea injectoarelor i aprinderea se fac la anumite momente de timp, urmate de pauze). Aceast caracteristic poate fi exploatat n mod corespunztor prin utilizarea regulatoarelor electronice. Acestea asigur viteze de rspuns ridicate. Problema este ca, n timpul dintre dou comenzi succesive, blocul de comand s poat determina valorile mrimilor de comand cu erori dinamice ct mai reduse; n aceste condiii apar evidente trsturile unui reglaj dinamic ideal:

- timpul de rspuns egal cu pauza dintre dou comenzi succesive; - erorile dinamice de fixare a avansului i dozajului n limitele erorii de cuantificare

( 1/2 Ua, 1/2 Ud). Compararea rspunsului dinamic al diferitelor variante de motoare evideniaz clar

superioritatea injeciei de benzin multipunct, discontinu i cu bucle de reacie negative. Buclele de reacie asigur stabilizarea valorilor de regim staionar i prin aceasta

reducerea erorilor dinamice (cel puin n faza iniial a regimului tranzitoriu). Afirmaia are un grad nalt de valabilitate practic, ntruct motorul funcioneaz n cea mai mare parte a timpului n regim cvasistaionar. Totui, erorile dinamice nu vor putea fi meninute mult timp n limitele erorilor de cuantificare, deoarece mecanismul reaciei lucreaz cu mrimi cuantificate, putnd varia mrimile reglate cu cel mult o treapt de cuantificare la o cuant de timp. La modificri rapide apar erori de neurmrire. La sfritul procesului tranzitoriu motorul va trece ntr-un nou regim stabilizat, pentru care reacia va asigura convergena mrimilor de control spre mrimile ideale.

Asigurnd minimizarea erorilor iniiale de regim staionar, sistemele adaptive vor avea i un rspuns dinamic bun. Totui, vor aprea abateri de la condiiile impuse unui rspuns dinamic ideal, avnd n vedere c funcionarea sistemelor adaptive se bazeaz pe un algoritm validat n principal prin repetabilitatea unui anumit rspuns. Aceasta impune un anumit numr de cuante de timp, deci o anumit ntrziere a rspunsului.

Aa dup cum s-a precizat, reducerea nivelului de poluare a gazelor de evacuare fixeaz extrem de restrictiv dozajul la valoarea = 1 1%. n regim staionar controlul n bucl nchis realizeaz (relativ) uor aceast condiie. n aceste situaii convertorul catalitic are eficien maxim i nivelul polurii este minim.

Prin urmare, utiliznd convertor catalitic, reducerea n continuare a nivelului polurii se poate face numai prin mbuntirea rspunsului dinamic. Problema este deci de maxim interes, cu att mai mult cu ct motoarele funcioneaz mai mult n regim dinamic n cazul circulaiei n orae, unde se pune i problema polurii. Apare chiar un concurs de mprejurri nefavorabil, poluarea crescnd cu numrul de automobile, iar numrul mare de automobile impunnd un regim dinamic de funcionare mai pronunat al motoarelor, datorit dificultilor din trafic. Deci, mbuntirea rspunsului dinamic impune o alt concepie de sistem, care n esen trebuie s permit anticiparea comportrii la modificarea condiiilor de funcionare.

Necesitatea n cretere de meninere a parametrilor funcionali n interiorul unor limite rezonabile a impus realizarea unui volum semnificativ de cercetri n domeniul sistemelor de control n timp real.

22

Majoritatea aplicaiilor de timp real implic elemente i sarcini specifice n ceea ce privete traductoarele, elementele de interfa i arhitecturile, precum i algoritmii i programele.

Controlul computerizat de timp real al proceselor implic urmtoarele cerine: - meninerea sistemului ntre anumite limite prestabilite; - mijloace de control efectiv n condiii critice sau n prezena erorilor. Din acest

punct de vedere, controlul vehiculelor rutiere este o aplicaie de timp real de o complexitate extrem de ridicat.

3.4 STRUCTURI EVOLUATE DE CONTROL

Vehiculele cu motor aflate n funcionare sunt puternic dependente de mediul nconjurtor (condiii meteo i de trafic, conductor, sisteme de comunicaii etc.) i prin urmare controlul lor trebuie realizat, pe de o parte, pe baza ctorva parametri previzibili (sau estimai), iar, pe de alt parte, pe baza unor condiii imprevizibile sau ntmpltoare privind traficul, vremea, erorile operatorului, hazardul.

Decizia final a controlerului trebuie s fie (n mod ideal) de tip uman; de exemplu: aciunile controlerului trebuie s depind de structura lui intern, de informaiile externe, de experiena dobndit anterior i de antrenament.

Un motor cu ardere intern, acionnd un vehicul, n micare, impune o unitate centrala de control, capabil s furnizeze parametrii de operare pentru funcionare optimal a motorului, n combinaie cu o interaciune rezonabil cu mediul nconjurtor.

Un controler pe baz de reguli trebuie s permit sistemului: - s interacioneze cu mediul nconjurtor; - s schimbe anumii parametri interni ca urmare a interaciunilor; - s rspund n mod difereniat mediului nconjurtor datorit acestor schimbri. Aceste aa-numite controlere cu nvare" sunt capabile s se auto organizeze, de

exemplu: au capacitatea s-i schimbe parametrii interni nct s achiziioneze noi cunotine, cunotina fiind privit ca un corp de date-obiect conectate, organizate ntr-o form reprezentativ (de exemplu reguli) ce pot fi executate sau aplicate n anumite scopuri.

Acionnd ntr-un cadru corespunztor de reguli, un astfel de controler poate lua cea mai bun decizie, cu cea mai mic ntrziere posibil.

Figura 3.4. Schema bloc a unui sistem pentru generarea bazei de date

23

Etajul supervizat de antrenare a unui astfel de sistem impune prezena unui profesor", care intervine n mod succesiv i opereaz corecii de structur. De asemenea, necesit mijloace de generare a informaiilor pentru profesor".

Achiziia de cunotine pentru instruirea controlerelor de timp real necesit explorarea sistemelor complexe, interacionnd n mod permanent.

Schema-bloc a unui sistem experimental pentru generarea bazei de date la motoare cu injecie de benzin este prezentat n fig. 3.4.

De asemenea, modelarea teoretic pe calculator necesit n mod uzual ncercri experimentale practice, recurgndu-se la analiza experimental a sistemului.

Simularea condiiilor de mediu convenional pentru astfel de motoare impune un stand experimental controlat de calculator, permind controlul pentru:

- sarcina motorului (frn electromagnetic, dispozitiv de control al poziiei clapetei de acceleraie, circuite de adaptare);

- turaia motorului; - injecia de benzin (controlere pentru injecie, circuite driver, injectoare pentru

benzin); - aprindere (timer de control al aprindere, etaj de ieire, traductor i circuite pentru

aprindere pe avans zero 0, traductor pentru avans maxim max, bobin de inducie, distribuitor de nalt tensiune).

Achiziia datelor primare a fost realizat cu ajutorul traductoarelor specifice, proiectate pentru a da informaii asupra unor parametri cum ar fi:

- turaia motorului; - poziia clapetei de acceleraie; - unghiul de avans la aprindere (traductor max); - dozajul aer/benzin (senzor lambda); - punctul mort interior (traductor 0); - fazele de lucru ale motorului; - temperatur (aer, lichid de rcire, benzin, gaze de evacuare etc.); - presiune (n galeria de admisie, benzin etc.). Circulaia informaiilor i procesarea local sunt realizate de un microcalculator

prevzut cu interfee specifice. Un nivel mai nalt de achiziie al informaiilor, de la un sistem mobil (cum ar fi

automobile n mers n mediu real), este de asemenea posibil, utiliznd o interfa de comunicaii radio de nalt frecven cu calculatorul, aceasta permind o corecie de finee a datelor.

Dezvoltarea acestor interfee specifice impune de asemenea dezvoltarea de software utilizator:

- programe de achiziie; - programe de comand-control; - programe de supraveghere a parametrilor; - programe de extragere a regulilor la prelucrarea datelor experimentale. Utiliznd acest sistem, se pot studia diferite tipuri de interaciuni stimuli-rspuns,

obinnd ca urmare o baz de date de prim nivel. Aceste date genereaz un potenial de informaii, utilizabil pentru a emite deducii

previzibile despre comportarea ulterioar a sistemului n zonele neexplorate ale lumii nconjurtoare reale n transformare.

Aceast complexitate nalt precum i restriciile n abordarea analitic a unor astfel de sisteme reale justific dezvoltarea controlerelor cu nvare de reguli.

Structura-bloc a motorului cu control evoluat pe baz de reguli este prezentat n fig.3.5.

24

Se observ, n principal, nlocuirea grupului - bloc de control memorie cartograme caracteristice din fig. 3.2 - cu un controler pe baz de reguli.

Informaia nmagazinat iniial n memoria acestui controler se refer la o

caracteristic tipic a motorului din gama respectiv. Informaiile au fost obinute n prealabil pe baza unor probe la un stand de ncercri specializat. Controlerul poate nva" n faza de probe de stand cu att mai mult cu ct i se ofer mai multe situaii de funcionare distincte. Din acest punct de vedere apare ca necesar efectuarea de probe la standul climatic. Oricum, sistemul nu poate fi antrenat pentru toate situaiile posibile n care va fi pus n cazul funcionrii reale.

Avnd n vedere faptul c rspunsul sistemului este cu att mai corect cu ct a nvat" mai mult, rezult c o cantitate mare de informaii obinute n probe de stand reprezint o surs de performane poteniale. Aceste cunotine dobndite prin antrenare vor acoperi un anumit domeniu, n interiorul cruia rspunsul sistemului va fi, n sensul criteriilor folosite pentru control, corect. n afara acestui domeniu rspunsul sistemului va avea un grad de corectitudine cu att mai ridicat, cu ct condiiile de funcionare sunt mai apropiate de domeniul explorat anterior.

Odat trecut prin puncte exterioare domeniului explorat anterior, controlerul va dobndi noi informaii, va extrage reguli specifice i i va extinde graniele domeniului, constituindu-i astfel un potenial de control mai ridicat. n acest mod se va reduce n mod constant diferena dintre motorul real i modelul su, construit pe baz de reguli. Cu ct sistemul de procesare va fi mai puternic i mai rapid, cu att modelul va fi mai exact i mai apropiat n timp de obiectul modelrii.

Avnd n vedere c motorul va avea o anumit evoluie n timp a caracteristicilor sale dictat de uzur, calitatea carburantului, a lubrifianilor, condiii de mediu i de exploatare, controlerul pe baz de reguli se va apropia de caracteristica real a motorului de la un moment dat, urmrind modificrile. O calitate suplimentare a unui astfel de sistem, pe baza capacitii de anticipare, poate fi i diagnoza motorului, evitndu-se astfel defecte majore, cu efecte secundare neplcute. Astfel, se vor putea nlocui anumite componente ce se vor deteriora ntr-un viitor previzibil, nainte ca acest fapt s se produc, dar i la un moment justificat din punct de vedere economic (pe baza unui criteriu de eficien). Rezult deci i o posibil optimizare pe criterii economice a exploatrii motorului, fapt ce nu este deloc de neglijat.

Figura 3.5. Schema bloc a sistemului de control al motorului pe baz de reguli

25

Problemele de optimizare ale controlerelor pentru motoare trebuie privite ntr-un context mai larg, de dezvoltare a echipamentelor electronice de control pentru automobile Aceste echipamente devin din ce n ce mai complexe, necesitnd tehnologii avansate i concepii noi n materie de testare

O alt cale de a mbunti performanele motorului ine seama c, de fapt, un motor cu aprindere prin scnteie este format dintr-un anumit numr de cilindri, a cror comportare nu poate fi identic n condiii reale. Diferenele care apar sunt datorate limitelor tehnologice de realizare a elementelor ce concur la construcia fiecrui cilindru. Abaterile tehnologice vor conduce la anumite deosebiri n ceea ce privete raportul de compresie, ungerea, etc. De asemenea, condiiile de funcionare, din punctul de vedere al factorilor interni sau externi, nu sunt identice.

Aceast caracteristic poate fi foarte bine exemplificat prin condiiile de rcire diferite ale cilindrilor. Astfel, pentru un motor cu patru cilindri n linie cilindrii de pe capete (/ i 4) vor fi mai bine rcii dect cilindrii din interior (2 i 3). n acest fel, pentru cilindrii 1 i 4 se poate folosi un avans la aprindere mai mare, fr apariia detonaiei. De asemenea, controlul unic, prin analiza gazelor din colectorul de evacuare, asigur un rspuns aproximativ. Datorit condiiilor de funcionare diferite i a mbtrnirii cilindrilor i a componentelor de alimentare se poate ajunge n situaia n care un cilindru s polueze cu CO (funcionnd cu amestec bogat), iar altul cu NOx (funcionnd cu amestec srac), semnalul de la sonda unic , nereuind s reechilibreze dozajul.

n aceste condiii, este evident c soluia o reprezint utilizarea cte unui circuit de control pe fiecare cilindru. Se poate vorbi i de o comportare global a motorului, fr ca aceasta s fie constituit din simpla nsumare a efectelor produse de cilindrii si.

Din acest mod de abordare a problemei rezult c se pot extrage anumite reguli de funcionare a motorului, ca rezultat al funcionrii cilindrilor, fr a considera modul propriu de reglare a mrimilor de control la fiecare dintre acetia. Se poate astfel imagina o structur de control pe dou niveluri:

- pe primul nivel; controlere pe baza de reguli pentru procesele ce au loc la nivelul fiecrui cilindru;

- pe al doilea nivel (superior); un controler pe baz de reguli ce coordoneaz motorul, privit ca un ansamblu de cilindri.

Structura-bloc a unui astfel de sistem de control este ilustrat n fig. 3.6.

Figura 3.6. Schema bloc a sistemului de control al motorului pentru fiecare cilindru

26

O astfel de structur ar putea asigura o anumit ierahizare a informaiilor (regulilor). Astfel, regulile cu grad nalt de generalizare se vor implementa pe nivelul al doilea, determinnd individualizarea cilindrilor n ansamblul reprezentat de motor, n timp ce regulile cu grad nalt de specificitate se vor implementa pe primul nivel, asigurnd optimizarea performanelor fiecrui cilindru n parte.

Se va putea asigura o sporire a vitezei de lucru globale, regulile generale fiind procesate simultan pentru toi cilindrii, eliminnd suprapunerile. Timpul astfel disponibilizat poate fi utilizat pentru executarea unor algoritmi specifici mai compleci.

Evident c diagnoza cu un astfel de sistem de control va fi mai precis, individualiznd defectele la nivelul cilindrului.

Dei este mai complex, deci mai scump, nc insuficient conturat din punct de vedere teoretic, un astfel de sistem va putea asigura, ntr-o perspectiv relativ apropiat, optimizarea att a exploatrii, ct i a ntreinerii motoarelor, la un nivel de eficien i subtiliate ce poate determina efecte tehnico-economice remarcabile.

27

4 CONTROLUL TRANSMISIEI

n prezent se folosesc drept parametri fizici de baz de intrare n blocul electronic care coordoneaz procesul schimbrii automate a treptelor de viteze, momentul motor instantaneu i turaia motorului.

Controlul va consta n compararea valorilor instantanee a celor doi parametri cu valorile ideale stocate ntr-o memorie i pe baza diferenelor calculate, se determin comenzile de corecie, ctre dispozitivele de acionare a ambreiajului, mecanismului de schimbare a treptelor de viteze i pedalei de acceleraie (fig.4.1).

Materializarea avantajelor acestei scheme de control const n scurtarea duratei

procesului de schimbare a treptelor de viteze, cu pstrarea durabilitii organelor

Figura 4.1. Schema bloc a sistemului de control al transmisiei

Figura 4.2

28

transmisiei (prin minimizarea solicitrilor mecanice pe durata procesului schimbrii). Tendina de a realiza autoturismul "trei litri", (autoturismul cu consum de 3l/100 km)

n Europa, va dezvolta programe noi i soluii revoluionare n controlul grupului propulsor. Se caut cea mai convenabil combinaie ntre consumul de combustibil, sigurana deplasrii i depoluare, fr a neglija stilul de conducere al oferului.

Din figura 4.2 reiese faptul c pentru un m.a.c. de autoturism, funcionarea motorului cu putere constant la turaii joase, aduce importante economii n raport cu stilul ce conducere care realizeaz funcionarea motorului la consum orar constant, indiferent de punctul de plecare 1 sau 2. La putere mai redus (punctul 2 situat pe curba de putere mai redus), diferena de consum este important ns numai la valori foarte reduse ale turaiei motorului (n2

29

4.1.2 Sistemul "Autoshift" Sistemul de schimbare automat a treptelor de viteza sub sarcin, n cutia de viteze

sincronizat (ZF - Autoshift) (fig. 4.4), este asistat electronic de unitatea central numeric) 3. n baza semnalelor de intrare primite prin intermediul senzorilor din sistem (captorii inductivi de turaie 6 - montai nainte i dup convertizorul hidraulic 12, senzorul de poziie al pedalei de acceleraie - cu indicatorul de sarcin i contactul "kick down" de apsare total a pedalei) i a comenzilor date de conductorul vehiculului prin acionarea tastaturii 2, calculatorul comand angajarea treptei optime n cutia mecanic de viteze prin intermediul servomecanismelor electro-pneumatice 17, 18, 24, 25. Informarea conductorului asupra execuiei comenzilor date, se realizeaz cu ajutorul indicatoarelor 13, 15, 16. Aceste sisteme (ntlnite i la noi n ar pe autobuzele Skoda) sunt utilizate, mai mult pe automobilele cu capacitate medie sau mare de transport.

Figura 4.3. Principiul comenzii automate a ambreiajului

30

4.1.3 Sistemul Selectronic n timpul conducerii n regim urban, n condiiile unui trafic aglomerat, comanda

ambreiajului devine pentru conductorul auto un factor ce minimizeaz confortul deplasrii. Dac ambreiajele cu convertizor (tip "Autoshift") au rezolvat problema pentru vehiculele medii i grele, variaia rapid a regimurilor de vitez impuse de deplasarea unui autoturism de clas medie i mare aduce n scen necesitatea unui control riguros al patinrii ambreiajului mecanic, dispus n faa transmisiei sub flux de putere. Introducerea unui ambreiaj de tip electromagnetic (fig.4.5) a crui cuplare-decuplare-alunecare poate fi comandat electric prin intermediul unor dispozitive de putere i a semnalelor generate de unitatea central, aduce un plus de confort n conducere.

Aceast variant combinat - a unui raport variabil generat de transmisia hidrostatic (alctuit din turboambreiajul 2, pompa de ulei 5 i centrala hidraulic 4) asociat cu ambreiajul electromagnetic 3 - se ntlnete pe berlinele de lux ale gamei Fiat (Y10) i poart denumirea de Selectronic (fig.4.5). Semnalele de intrare n centrala electronic de comand 1 sunt: a-turaia motor, b-vitez de deplasare, c-poziionare pedal acceleraie, d-poziionare levier schimbare treapt.

Figura 4.4 Principiul schimbrii automate a treptelor Autoshift 1. Afior raport angajat n cutia de viteze; 2. Claviatura de selecie a treptei; 3. Unitate central de

comand; 4. Contact general; 5. Bloc intrare comand hidro-ambreiaj; 6. Senzori inductivi; 7. Traseu electric de la acceleratorul electronic la calculator; 8. Pedal de acceleraie cu senzor de sarcin i "Kick-down"; 9. Supap de descrcare; 10. Rezervor aer comprimat; 11. Filtru aer comprimat; 12. Ambreiaj hidraulic (cu convertizor); 13.Indicator mers napoi; 14.Bloc comand mers napoi; 15.lndicator de confirmare cuplare treapt; 16.Indicator punct mort; 17. Supap principal pentru schimbarea treapt; 18.Bloc central acionare supape electrice; 19.Indicatorcuplare reductor; 20.Bloc supape electrice schimbare raport (3/4; 7/8); 21.Bloc supape electrice schimbare raport (1/2; 5/6); 22.Indicator funcionare relee de comand; 23.Turometru electronic; 24.Supap electric; 25.Supap electric acionare reductor.

31

Comenzile de ieire ale calculatorului 1 sunt ctre: e-centrala hidraulic 4, ce moduleaz presiunea primar i secundar n convertizorul hidraulic 2, i f-ctre ambreiajul electromagnetic. Tot la centrala hidraulic 4 vin i semnalele de la senzorul de poziionare a obturatorului (pedalei de acceleraie) g. Prin dublul control continuu (asupra ambreiajului i asupra convertizorului) se asigur o inut de drum impecabil autoturismului chiar i n condiii grele de trafic.

4.2 COMANDA ELECTRONIC A CUTIILOR DE VITEZ (ETC ELECTRONIC TRANSMISSION CONTROL)

Sistemele mecanice de schimbare a treptei n cutia de vitez au un grad limitat de posibiliti de control. Adugarea, n paralel cu varianta clasic, a unor sisteme electronice dedicate de control i asistare a schimbrii de treapt a constituit un pas nainte n gestionarea i optimizarea electronic a "sistemului automobil". Avantajele controlului integrat al transmisiei sunt:

- posibiliti de implementare a unor algoritmi de deplasare cu consum minim; - posibiliti de selectare a regimului de deplasare (economic, normal sau sportiv); - creterea duratei de via a subansamblurilor transmisiei prin evitarea regimurilor ce duc la distrugerea acestora; - creterea raiei de schimbare a treptei i evitarea unor acceleraii prelungite nainte de acestea; - flexibilitatea agregatului ofer constructorilor posibilitatea echiprii mai multor modele de vehicul, cu parametri dinamici diferii, cu aceeai cutie de viteze. Un astfel de sistem este prezentat n figura 4.6.

Figura 4.5. Principiul sistemului Selectronic

32

Unitatea central 1 primete semnale de la urmtoarele traductoare i comutatori: a-turaia motorului (pentru analiza oportunitii schimbrii n direct corelaie cu

semnalele "g"); b-presiunea din galeria de admisiune (ca msur a sarcinii motorului); c-senzorul de apsare total a pedalei de acceleraie ("kick-down" ce iniiaz

secvena de trecere la o treapt inferioar); d-traductorul de poziie al pedalei de acceleraie (cu efect asupra analizei ncrcrii

motorului mpreun cu semnalul generat "b i c"); e-butonul de selecie al regimului de deplasare (economic, normal sportiv); f-selectorul de treapt (ce permite alegerea sensului de mers i treapta de viteze

dorit); g-turaia arborelui de ieire din cutia de viteze;

h- temperatura uleiului din cutie (ce permite realizarea unor cuplri silenioase chiar nainte ca uleiul de ungere s ating 80Celsius).

n urma analizei acestor semnale, centrala de guvernare 1 intervine n transmisie prin urmtoarele uniti: A- comenzile progresive de schimbare a treptei "I-V" pentru actuatoarele de tip supap electromagnetic ce acioneaz levierele de schimb treapt; B- semnale ctre unitatea de guvernare a aprinderii motorului n vederea reducerii unghiului de avans la aprindere.

Corecia avansului la apariia semnalului de identificare a acionrii pedalei de ambreiaj este realizat de unitatea digital, central, comun motor - transmisie, n felul urmtor:

Semnalul provenit de la un ntreruptor fr reinere ON-OFF ce identific apsarea pedalei de ambreiaj este necesar unitii de control a aprinderii (A.E.I.) n cazul n care schimbarea treptei de vitez se face cu intervenie asupra unghiului de avans al motorului. Acest semnal, folosit n cazul integrrii sistemice i ca semnal principal de intrare pentru unitatea de comand electronic a schimbrii automate a treptei n cutia de vitez (fig.4.8), are rolul, n cazul AEI, de a reduce aproape la jumtate momentul motorului, pe durata schimbrii treptei, prin intermediul unghiului de avans la aprindere (tig.4.8 c).

Aceast intervenie asupra variaiei acceleraiei automobilului (fig. 4.8 a,b) are ca efect o atenuare sensibil a oscilaiilor acceleraiei, respectiv a ocului de schimbare a treptei din cutia de viteze att la schimbarea n sus ct i n jos.

Figura 4.6. Comanda electronic a cutiilor de viteze

33

Firma Volkswagen a dezvoltat sistemul Digifant II care reduce avansul automat funcie de schimbarea de sarcin a motorului, pentru 3 stri distincte: variaie mic, medie i mare a sarcinii. Reducerea unghiului de avans poate ajunge pn la 35 RAC astfel nct scnteia poate s apar chiar i la 5 RAC dup PMS. Dup reducerea maxim, revenirea la avansul optim (fig.4.8 a) se face n pai mari (7-10 RAC) apoi avansul se mrete rapid cu cte 2 RAC. Acest reglaj duce la o dinamicitate crescut a autovehiculului. Poziionarea schimbtorului de vitez a evoluat de asemenea; variantele n care acionarea levierului mecanic pentru schimbarea treptei era condiionat de apsarea pe pedala de ambreiaj au intrat deja n istorie, schimbtoarele dispuse pe volanul autoturismului intrnd n producie de serie prin varianta Tiptronic a firmei Porsche.

Figura 4.7. Momentul motor n funcie de unghiul de avans

Figura 4.8. a. Schimbarea treptei de la mic la mare; b. Schimbarea treptei de la mare la mic; c. Reducerea avansului

34

5 SISTEMUL AUTOMAT DE CONTROL AL VITEZEI DE CROAZIER CCS - (CRUISE CONTROL SYSTEM)

5.1 PRINCIPIUL SISTEMELOR DE CONTROL A VITEZEI

Sistemele automate de meninere a vitezei de deplasare (fig.5.1) au aprut din nevoia conductorului de a renuna la apsarea pedalei de acceleraie n condiiile deplasrii pe autostrad. Dac sunt luate n considerare condiiile de funcionare n timp real ale sistemului (guvernat numeric) motor-automobil rezult imediat c programul sistemului de reglare a controlului digital al vitezei de croazier trebuie structurat, din proiectare, pe diferite nivele de prioritate ale funciilor realizate. Exist mai multe variante ale sistemelor de acest tip (Cruise Control) elementul distinctiv fiind sistemul de execuie (dispozitivul ce realizeaz aciunea asupra cablului de acceleraie).

5.1.1 Sistem de control al vitezei de deplasare cu servomecanism electric servoasistat pneumatic

n figura 5.2 este prezentat schema unui astfel de sistem ce include o unitate electronic de calcul UC, un bloc de conversie al semnalelor de intrare (de la traductoarele de turaie a roii TV, de la pedala de frn FR i ambreiaj AMB, turaie arbore motor VM deplasare element de execuie ES-ACT).

Tot la unitatea central ajung comenzile date de conductorul auto (SET- de setare a vitezei dorite; MENTIN - de meninere a vitezei setate anterior, dup o frnare sau accelerare; ON/OFF de angajare sau deconectare a sistemului Cruise control). Comenzile de la unitatea central sunt iniiate ctre nfurrile electrice ale actuatorului ACT, servoasistat pneumatic.

Prile componente ale sistemului de control numeric al vitezei de deplasare sunt: - TV, traductorul inductiv de turaie montat rigid pe caroserie (ce sesizeaz trecerea

unui plot metalic (sau a unui magnet) montat pe arborele cardanic n cazul transmisiei spate (sau a dou ploturi metalice sau magnei solidari cu axa planetar fa - n cazul transmisiei fa -) cu rol n determinarea vitezei instantanee a vehiculului;

Figura 5.1. Principiul sistemului de meninere a vitezei de deplasare 1.Panou de control; 2.Traductor de vitez; 3.Servomecanism de acionare a clapetei; 4.Unitate de control UC; 5.Senzor pedal frn; 6.Senzor pedal ambreiaj.

35

- ON/Off, ntreruptor de tip la pedala de frn FR, (i ambreiaj AMBR - ce poate lipsi la vehiculele cu traciune automat) cu rol n sistarea operrii asupra vitezei de deplasare n momentul acionrii acesteia de ctre conductorul auto;

- VM, traductor de inducie plasat pe fia bobinei de inducie (sau a cilindrului nr. 1) la MAS, sau pe arborele de antrenare al pompei de injecie (MAC) cu rol n informarea unitii centrale asupra turaiei motorului i prevenirea supraturrii acestuia;

- ES, traductor de curs inductiv, optic sau Hall (montat pe ansamblul actuator -ACT), pentru informarea unitii centrale asupra poziiei pedalei de acceleraie i nchiderea buclei de reglaj;

- CONTR, panoul de control ce conine setul de instruciuni aflat la interfa cu conductorul auto, instruciuni de tipul: ON/OFF (sistem activat / dezactivat);

- SET, (setarea de ctre conductorul auto a vitezei de croazier dorit pentru deplasarea autovehiculului);

- MENTIN (meninerea valorii dorite n cazul n care s-au efectuat de curnd manevre de frnare (acionarea pedalei i senzorului FR, sau schimbarea treptei de vitez prin cuplarea pedalei de ambreiaj AMBR);

- EV, electrovalva cu aciune asupra circuitului de servoasistare vacuumatic cu rol n dezangajarea imediat a sistemului de meninere a vitezei de deplasare la manevre prioritare (de tip frn, schimbare treapt);

- ACT servomecanism (actuator) (fig.5.2) pentru comanda poziiei pedalei de acceleraie, (ce conine un circuit de servoasistare vacuumatic a forei de traciune asupra pedalei i dou nfurri electrice una de putere - pentru manevrarea i schimbarea poziiei cablului de acceleraie i una de meninere -);

- UC, unitatea central de guvernare a vitezei de croazier (ce asigur controlul activ al meninerii acestui parametru n limitele alese de conductorul auto);

- STOP, comutatorul de lumini frn (utilizat n scopul dezactivrii sistemului de control numeric al vitezei de deplasare).

Figura 5.2. Schema bloc a sistemului de control a vitezei cu comand electric i acionare hidraulic

36

La viteze mai mari de 50 km/h i dup acionarea comutatorului de pornire al sistemului (ON) se angajeaz sistemul. La viteza dorit se apas butonul SET din bord i se ridic piciorul de pe pedala de acceleraie. Din acest moment viteza este memorat de calculator i sistemul o va menine n limita dorit 5km/h.. Viteza poate fi mrit prin apsarea pedalei de acceleraie, dar dup accelerare ea va reveni la valoarea setat anterior, dac ntre timp, conductorul nu a ales alt vitez de croazier. Pentru micorarea vitezei se apas pedala de frn i se seteaz noua vitez prin butonul SET. Dezangajarea sistemului se realizeaz la oprirea motorului, la acionarea butonului ON/OFF sau frnei.

5.1.2 Sistem de control al vitezei cu mecanism cu reductor planetar i acionare cu motor electric

n varianta mecanismului ce acioneaz clapeta de acceleraie (MAS), sau prghia pompei de injecie (MAC), cu acionare cu motor electric este nevoie de un reductor cu raport mare de transmisie pentru a prelua cuplul de rotire al clapetei i de asemenea de implementarea unei comenzi adecvate a acestuia pentru manevrarea obturatorului n ambele sensuri.

n figura 5.3 este prezentat varianta constructiv a acestui mecanism de acionare.

Reductorul planetar 1 este cel care (alturi de primul raport de demultiplicare) mrete mult cuplul necesar pentru rotirea clapetei de acceleraie. Dou comutatoare 3 i 4 semnalizeaz unitii centrale regimurile de ralanti (pedala neacionat) sau de sarcin maxim sau "Kick down" (accelerare brusc).

n componena actuatorului este inclus i ambreiajul electromagnetic 5. n rest, sistemul este identic cu varianta anterioar i dispune (fr controlul pneumatic) de aceleai componente ca n figura 5.1.

Funcionarea se iniializeaz prin butonul ON din panoul de control. n acest moment cuplajul electromagnetic angajeaz n angrenare componentele reductorului planetar i micarea clapetei de acceleraie 6 este monitorizat electronic. Dezangajarea rapid a sistemului CCS se realizeaz n aceast variant prin ntreruperea alimentrii cuplajului electromagnetic (la varianta pneumatic se anula aciunea servomecanismului pneumatic prin punerea n legtur cu atmosfera a membranei acestuia la acionarea servovalvei EV).

5.2 SISTEM AUTOMAT DE OPRIRE-PORNIRE A MOTORULUI LA INTERSECIILE SEMAFORIZATE URBANE

Un sistem electronic complet nou i care nu are doar rolul de a semnaliza parametrii de funcionare optim a automobilului ci (datorit unor secvene automate executate de dispozitivele componente) de intervenie n oprirea / pornirea automat a motorului este

Figura 5.3. Servomecanism cu mecanism planetar i acionare electric

37

sistemul denumit CITY-MATIC promovat de firma FIAT pe variantele de cilindree mic cu destinaie urban. Acest sistem a fost studiat i implementat pentru a micora consumul de combustibil i emisia de noxe n timpul frecventelor opriri la interseciile semaforizate din orae.

Aceasta nseamn implementarea unui algoritm de control i comand a opririi motorul termic al autoturismului n staionare i pornirea automat a acestuia n momentul n care conductorul acioneaz ambreiajul pentru a cupla o treapt n cutia de viteze (pentru deplasare). Sistemul este prezentat n figura 5.4. Pentru activarea acestei opiuni se apas tasta 7 (un ntreruptor cu reinere) n urma creia avertizorul ncorporat n tast ncepe s clipeasc, confirmnd comanda "START'.

n condiiile n care levierul schimbtorului de viteze este adus n poziia "punct mort" (senzorul 11 de punct mort activat) cu pedala de ambreiaj neacionat, sistemul comand, cu o temporizare de ordinul zecilor de secunde, oprirea motorului (prin dezactivarea injeciei sau a electrovalvei ce controleaz seciunea de combustibil a carburatorului pentru meninerea turaiei de ralanti).

La acionarea ambreiajului, senzorul de pedal 12 este dezactivat, senzorul 13 activat i la introducerea ntr-o treapt a cutiei de vitez (senzorul 11 dezactivat) sistemul City-matic (prin unitatea central 1) comand cuplarea demarorului 9 i intrarea n funciune a aprinderii 10, fr a fi nevoie de acionarea cheii de contact (contact general 3)

Figura 5.4. Principiul sistemului CITY-MATIC

38

6 MSURAREA MRIMILOR CARE CONSTITUIE PARAMETRI DE CONTROL

6.1 MSURAREA VITEZEI DE DEPLASARE

Viteza de deplasare a automobilului se poate msura utiliznd o gam larg de metode i mijloace. Aici se propune un traductor inductiv de tip activ avnd ca mrime de intrare variaia cmpului magnetic obinut de la magnetul rotitor al vitezometrului. Senzorul traductorului este o bobin al crui miez magnetic l constituie urubul de fixare al acesteia pe carcasa aparatelor de bord, (fig. 6.1).

Tensiunea electromotoare indus n bobin are valoare foarte mic mai ales la viteze

mici de deplasare a automobilului, cnd viteza de variaie a fluxului magnetic este redus. Amplificarea semnalului obinut la bornele bobinei se realizeaz ntr-un amplificator, (fig. 6.2), realizat cu primul amplificator operaional al circuitului LM358N. Datorit configurrii primului etaj ca amplificator diferenial, amplificarea fiind foarte mare, a fost necesar realizarea unui histerezis global (R5) pentru a elimina impulsurile parazite.

Figura 6.1. Amplasarea bobinei traductorului de vitez

Figura 6.2. Amplificatorul i formatorul de semnal al traductorului de vitez.

39

Semnalul amplificat este aplicat la intrarea formatorului cu histerezis (R4) prin intermediul unui circuit de difereniere (R6,C1) urmat de o integrare cu constant foarte mic (C2) pentru a reduce ntr-o oarecare msur viteza de cretere pe fronturi.

Abordarea modern a controlului grupului de propulsie a automobilului const n tratarea motorului i a cutiei de viteze ca un agregat comun. Controlul coordonat al funcionrii motorului i transmisiei permite realizarea celor mai bune condiii de autopropulsare, innd seama i de comenzile oferului, pentru o vitez oarecare de deplasare.

6.2 MSURAREA POZIIEI CLAPETEI

Automobilele dotate cu sisteme speciale pentru meninerea automat a vitezei stabilizate (TEMPOMAT) cu comand electronic, cele la care schimbtorul de viteze mecanic n trepte este acionat automat, ca i cele la care se efectueaz controlul electronic al forelor de traciune dezvoltate la roile motoare, folosesc traductoare pentru stabilirea poziiei obturatorului sau a cremalierei pompei de injecie.

6.2.1 Msurarea poziiei clapetei la motoarele cu carburator folosind traductor inductiv

n cazul cnd motorul nu este dotat cu sistem de msurare a poziiei clapetei se poate utiliza un traductor inductiv care, asigur o msurare cu precizie ridicat, semnalul este proporional cu poziia unghiular i are o construcie robust neavnd n componen senzori cu contacte mecanice alunectoare.

Deplasarea unghiular a clapetei este regsit la prghia pompei de accelerare a carburatorului i este transformat n micare rectilinie prin intermediul piesei 7 (fig.6.3) prevzut cu un taler din aluminiu. Poziia S a talerului (fig.6.4) fa de bobina oscilatorului este proporional cu poziia unghiular a clapetei.

Figura 6.3. Traductorul inductiv al clapetei 1-carcasa traductorului; 2-arc conic; 3-cablaj ; 4-capac filetat; 5-distanier; 6-disc izolator; 7-taler cu tij; 8-bobin; 9-miezzul din ferit al bobinei; 10-capacul pompei de accelerare; 11-uruburi de fixare.

40

Oscilatorul format din tranzistorul T, bobinele L1 i L2 i componentele aferente (fig.6.4) genereaz un semnal sinusoidal cu amplitudine proporional cu poziia talerului fa de bobine. Semnalul sinusoidal este redresat cu dioda D1, integrat cu grupul R5, C2 i aplicat unui amplificator operaional IC1 cu amplificare reglabil.

Tensiunea obinut la ieire U= Uo + kS are dou componente: - Uo obinut pentru poziia de mers n gol a clapetei; - kS, pentru un unghi de rotire diferit de zero.

Astfel, valoarea tensiunii de ieire U este de 0,5 voli pentru poziia clapetei corespunztoare mersului n gol a motorului i de 8,5 voli pentru deschiderea maxim.

Ansamblul traductor este fixat pe capacul pompei de accelerare, ntr-o carcas etan din aluminiu.

Semnalul obinut de la traductor se aplic unui convertor tensiune/frecven (fig.6.5) la ieirea cruia se obine un semnal n impulsuri (TTL) cu frecvena proporional cu poziia unghiular a clapetei.

Deoarece traductorul necesit alimentare diferenial, +15 voli i 15 voli, se folosete o surs n comutaie care are un randament ridicat i dimensiuni reduse asigurnd o bun stabilizare a tensiunilor de ieire (fig.6.6).

Figura 6.4. Schema electric a oscilatorului i amplificatorului

Figura 6.5. Schema de ansamblu T.I. - traductorul inductiv; C U/F convertor tensiune/frecven; S A. sursa de alimentare.

41

6.2.2 Msurarea poziiei clapetei la motoarele cu injecie de combustibil Traductorul, de tip poteniometru, este antrenat de arborele clapetei i rotit sincron cu

aceasta. Tensiunea de ieire, proporional cu unghiul de deschidere al clapetei, este transmis unitii centrale de prelucrare.

Pentru a obine o precizie ridicat a convertirii mrimii mecanice, deplasare unghiular, n mrime electric, se realizeaz dou poteniometre pe acelai suport care sunt acionate simultan, figura 6.7.

Figura 6.6. Schema electric a sursei de alimentare, 15V.

Figura 6.7. Traductorul poziiei clapetei: 1-arborele clapetei; 2-rezistorul pistei 1; 3-rezistorul pistei 2; 4-cursor; 5-conector electric.

42

Schema electric a traductorului poteniometric se prezint n figura 6.8.

6.3 MSURAREA TURAIEI MOTORULUI

Msurarea i conversia n mrimi electrice a turaiei motorului se realizeaz cu traductoare, n general inductive, ale cror semnale sunt utilizate pentru controlul mai multor parametri de funcionare ai subsistemelor automobilului.

Realizarea ciclului de funcionare a motorului este determinat strict de deplasarea i poziia la anumite momente a pistoanelor n cilindri. Legtura cinematic dintre componentele mecanismului motor permite identificarea poziiei instantanee a pistoanelor prin utilizarea unor senzori de poziie unghiular a arborelui motor. n acest scop se utilizeaz, de regul, traductoare inductive care, au o construcie simpl (fig. 6.9), sunt sigure n funcionare pentru temperaturi cuprinse n intervalul -40+150C iar semnalul generat este relativ uor de prelucrat n ECU.

Figura 6.8. Circuitul electric al traductorului clapetei: UM- tensiunea de ieire; R2-reziatorul pistei 1; R2-rezistorul pistei 2; R3, R4, R5- rezistoare de calibrare; 1-clapeta.

Figura 6.9 Construcia traductorului inductiv. 1-magnet permanent;2-carcasa traductorului; 3-suportul de prindere a traductorului; 4-miez feromagnetic; 5-bobin din conductor de cupru.

43

Constructiv, traductorul este alctuit dintr-o bobin prevzut cu un miez din fier moale, un magnet permanent i carcasa i cablul electric pentru conectarea la blocul electronic.

Principiul de funcionare const n modificarea fluxului magnetic care, intersecteaz spirele bobine, atunci cnd n apropierea miezului trec dinii discului cu crestturi montat solidar cu arborele cotit. Variaiile cmpului magnetic determin inducerea unei tensiuni electromotoare n bobin la bornele creia se obin impulsuri pentru fiecare pereche dinte-gol al discului, figura 4.10b. Amplitudinea semnalului este disponibil pentru turaia minim a motorului de 20 rot/min.

n circuitele unitii electronice, semnalul de la traductor este amplificat i transformat n impulsuri dreptunghiulare cu amplitudine constant fiind apoi transmis circuitului de generare a ntreruperilor al calculatorului. Acesta, n baza programului i semnalelor primite de la celelalte traductoare, calculeaz toate mrimile dependente de poziia arborelui cotit, i anume:

- turaia; - poziia la punctul mort interior (p.m.i) a pistonului primului cilindru (prin

analizarea impulsului mai lung generat de lipsa unui dinte a discului, 6 fig.6.9); - avansul unghiului de aprindere;

i, innd seama de numrul de cilindri ai motorului, de faptul c ciclul motor pentru fiecare cilindru se desfoar pe durata a dou rotaii complete ale arborelui motor, genereaz impulsuri de comand a aprinderii i transmite comenzi programului pentru controlul alimentrii i detonaiei iar prin interfaa CAN, blocurilor electronice ale celorlalte sisteme.

Utilizarea, n locul traductorului inductiv, a unui senzor Hall simplific procesul de prelucrare a semnalului deoarece acesta dispune de circuite proprii de formare a impulsurilor (fig. 6.10c).

Traductoare similare se folosesc i pentru sistemele de control a frnrii i traciunii. n figura 6.11 sunt redate influenele, turaiei i distanei dintre traductor i discul cu

fante asupra, asupra tensiunii efective de ieire. Domeniul mare de variaie al acesteia implic prelucrarea ei n circuitul electronic de intrare al ECU. ntr-o prim etap tensiunea este limitat la o valoare constant, pentru protejarea componentelor circuitului, apoi semnalul este transformat n impulsuri dreptunghiulare cu amplitudine constant.

Figura 6.10 Forma semnalului la ieirea traductoarelor de turaie a-impulsurile de aprindere la cilindrul 1; b-semnalul de ieire al traductorului

inductiv; b-semnalul de ieire n cazul traductorului Hall.

44

6.4 MSURAREA RAPORTULUI CINEMATIC AL TRANSMISIEI

Funcionarea motorului la regimuri optime, pentru toate condiiile de deplasare, presupune utilizarea unei transmisii cu variaie continu a raportului cinematic ntr-o gam care s asigure un consum specific de combustibil i uzura minime n regim de trafic interurban i posibiliti ridicate de demaraj n condiii de trafic intens.

Adaptarea momentului motor care are o gam de variaie redus la momentul rezistent, care se modific ntr-o gam foarte larg, necesit utilizarea unei cutii de viteze cu caracteristici dependente de performanele motorului i de totalitatea parametrilor dinamici ai automobilului n ansamblu.

n general cutiile de viteze cu variaie continu a raportului de transmitere (CVT) au posibilitatea modificrii, ntre anumite limite, a parametrilor unitii de reglare i control cu scopul adaptrii la mai multe variante de automobile precum i cu scopul readucerii la parametrii iniiali n urma reparaiilor.

Pentru verificarea corectitudinii funcionrii se impune msurarea raportului de transmitere instantaneu n condiii de exploatare ceea ce necesita un aparat care s asigure aceast posibilitate.

Figura 6.11.Caracteristica de ieire a traductorului inductiv a-tensiunea de ieire n funcie de turaie pentru distana constant, fa de disc, de 0,8mm; b-tensiunea de ieire n funcie de distana fa de disc pentru turaia constant de 30rot/min.

Figura 6.12. Schema bloc i de principiu a sistemului de msurare a raportului cinematic instantaneu al transmisie

45

6.4.1 Blocul numeric Principiul dispozitivului (fig.1) const n msurarea turaiilor arborilor de intrare ( )1n

i de ieire ( )2n folosind traductoarele T1 i T2 apoi, n blocul electronic se realizeaz prelucrarea semnalelor pentru determinarea valorii raportului cinematic.

Blocul electronic numeric (fig.6.13), realizat cu circuite integrate CMOS, nu conine circuite de mprire numeric ci o logic bazat pe schema din fig.4.16.

Numrtorul N1 compus din circuitele U3 U4 i U5 numr n sens direct (prin incrementare) impulsurile provenite de la traductorul T1 asociat arborelui de intrare n CVT. Numrtorul N2, compus din circuitele U1 i U2, numr n sens invers (prin decrementare) impulsurile provenite d