6.2.1 Sơ đỗ cấu trúc và các khối chức năng
Sơ để cấu trúc và các khối chức nãng của hệ thổng điều khiển động cơ theo chương trình được mô tả trên hình 6.2 và 63, Hệ thống điều khiển bao gồm: ngõ vào (inpuis) với chủ yếu là các cảm biển; hộp ECU (electronic control unit) 1a bd não của hệ thống có thể có hoặc không có bộ vi xử lý; ngõ ra (2wipuis) là các cơ
cấu chấp hành (aczaiors) như kim phun, bobine, van điều khiển cầm chừng
Trang bị điện và điện tử trờn ửtử hiện đại ~ hệ tuàng điện dụng cơ 175
ị INPUT (SENSORS) | OUTPUT (ACTUATORS)
i Tốc độ động cơ >
‡ p động
i ⁄
i Tải động cơ .
i . (MAP) . ~ ce as
doe aoe . fp | Kim phun nhiên liệu
i .. ˆ +
i Nhiệt độ nước TT
l làm mắt
cm pe
>ị Hệ thống đánh lửa Nhiệt độ khí nạp >
Nhiệt độ nhiên >
liêu foot Điều khiển cẩm
. ching ẹ
Vị trí bướm ga >
Cảm biển oxy > ———————SS
- b) Hé thong chin dodn
Dién dp accu >
Các cảm biến > >
khúc
Hình 6 3: Sơ đồ cấu trúc của hệ thông điều khiển lập trình cho động cơ
$ ]Ì hợpcầm chừng $ | độ cẩm chừng
Điều khiển hỗn | Điều khiển tốc
vy
Hệ thống _ ; Cảm biển lưu ote > Cảm biến 4 R
ĐỘNG CƠ
cấp khí lượng gió bướm ga
4
Cae cam „ ——
ee *è ECU ằ! Kim phụn nhiờn liờu
DIC TCR ENC
4
Hệ thống cấp
nhiên liệu
Hình 6 3: Sơ đồ các khối chúc năng của hệ thông điều khiển phun xăng
176 Chương 6: Hệ thống điều khiển lập trình cho động cơ
6.2.2 Thuật toán điều khiển lập trình
Thuật toán điều khiển lập trình cho động cơ được nhà chế tạo viết và cài đặt sẵn
“trong CPU "Tùy thuộc và từng chế độ âm vied hay tinh trạng động cơ, mà -ECU-
tính toán dựa trên chương trình có sẵn đó để đưa ra những tín hiệu điều khiển sao cho động cơ làm việc tối tu
a. Lý thuyết điều khiển
iểu khiển kiểu cổ điển trên ô tô thường được thiết kế với liên hệ ngược (feedback conrol). Mặc di trong một hệ thống điều khiển có nhiều thông số phụ thuộc, đầu tiên ta hãy xem xét hệ thống với một thông số. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống này được trình bày trên hình 6.4a.
Các hệ thống
1Œ) Ve
Xửlý |VA Cocấu |UŒ)| Độngcơ |Š( | Cảm
Loe - ——> an Po.
tín hiệu chấp hành đốt trong biển
Hình 6 4n: Sơ đồ nguyên lý của hệ thống điều khiển động cơ với liên hệ ngược Thông số điều khiển xuất hiện ở đầu ra (động cơ đốt trong) được ký hiệu 3) Tín hiệu so z (r) đã được định sẵn Cảm biến sẽ đưa ra tín hiệu Vư¡) tỉ lệ thuận
với Z(¡), tức là: :
Ve(t) = ke o (1)
Khi đó sẽ xuất hiện sự chênh lệch giữa tín hiệu thực và tín hiéu so V,.(rh W.(}= r(U- V;(1)
Nếu hệ thống làm việc lý rưởng thì giá trị V„(:) trong một khoảng thời gian nào đó (ví dụ ở chế độ động cơ đã ổn định) phải bằng 0 Trên thực tế, giữa 2 tín
hiệu nêu trên luôn có sự chênh lệch và mạch điều khiển điện tử sẽ dựa vào sự
chênh lệch này để hình thành xung VA() điểu khiển cơ cẩu chấp hành (chẳng hạn kim phun). Việc thay đổi này sẽ tác động đến thông số đầu vào Ủ(i) của
động cơ (vi dụ tỉ lệ hòa khí) :
Ngày nay, có rất nhiều phương pháp điều khiển động cơ dựa trên cơ sở sử dụng máy tính để xử lý tín hiệu. Thông thường các máy tính này giải bài toán tối ưu có điều kiện biên để điều khiển động cơ. Mục tiêu của bài toán tối ưu là điều khiển động cơ đạt công suất lớn nhất với mức tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất trong các điều kiện giới hạn về độ độc hại của khí thải. Như vậy, ta có thể biểu diễn hệ thống điều khiển động cơ tối ưu trong mối quan hệ của 3 vectd sau:"
y =Íyh Và Và 34)
= (Hi, Hộ, Hạ, Mạ, Hà);
pret
X = (x), X2, X3).
Vecid v(¡) là ham phụ thuộc các thông số ở ngõ ra bao gồm các thành phần sau:
vr(x(1), n(z)) - tốc độ tiêu hao nhiên liệu a(x(r), u(1)) - tốc độ phát sinh HC,
3 T
nnneerieergtee
TH ape oper 1... "“....
1111...
tt
Trung bị điện và điện tử trờn ụtụ hiện đựi ơ hệ thống điện động cơ 177
v;(x(?). n{t)) - tốc độ phát sinh CO yalx(t). uft)) - toe dd phát sinh NÓ,
Vectơ x(¡) mô tả tình trạng của động cơ tức điều kiện hoạt động, phụ thuộc vào các thông số:
x; - áp suất trên đường ổng nạp.
x; - tốc độ quay của trục khuỷu.
x¡ - tốc đỘ xe
Vectơ „() mô tả các thông sổ được hiệu chỉnh bởi hệ thống-điện tử, bao gồm
các thành phần: Soe
u, ~U 1é khi-~ nhién liéu wong hda khi (AFR ~ air fuel ratio) uy - g6c danh lita som.
uy - sự lưu hồi khi thdi (EGR — exhaust gas recirculation) us - Vi tri budm ga.
us - ths truyén cla hop sé
Để giải bài toán tối ưu nêu trên với các điều kiện biên, người ta xác định mục
tiêu tối ưu là lượng tiêu hao nhiên liệu F theo chu trình thử EPA (environmental protection agency):
F = {ys bel) u(t
Trong đó:
x;(¡J: tốc độ xe qui định khi thử nghiệm xác định thành phần khí thải theo chu trình £PA, 7 là thời gian thử nghiệm. Như vậy, động cơ đốt trong sẽ được điểu khiển sao cho £ luôn đạt giá trị nhỏ nhất với các điều kiện biên là qui định của các nước về nông độ các chất độc hại trong khí thái
eto u(t), fr.60 u(i)}aG ;
Js.k9 u(t) }an(G y Trong đó:
G1, G3, G¿ - hầm lượng chất độc trong khí xả theo qui định tương ứng với HC, CO va NO,
Trong quá trinh xe chay, cic vectd x(t), u(t) la các thông số động. Khi giải bài toán tối ưu nêu trên, ta cũng có thể đặt ra các giới hạn của các Vectd này Trên
thực tế, các kết quả tối ưu thường được xác định bằng thực nghiệm và được nạp
vào bộ nhớ EEPROM dưới dạng bằng tra (look-up table).
b. Điều khiển phun xăng “.a -
178
Việc lựa chọn thuật toán điều khiển phun xăng