Transcript rműinformatika elÅ`adás SzG 2013

Járműinformatika
villamosmérnöki megközelítésben
Tematika:
• Jelek csoportosítása
• Jelfeldolgozás, A/D, D/A
• Irányítástechnika
• Szabályzókörök (PID)
• Érzékelők be- és kimeneti jelei
• Villamos zavarjelek
A jelek csoportosítása
- Determinisztikus: matematikai kifejezésekkel leírható és matematikai
összefüggésekkel kezelhető
- Sztochasztikus: matematikai módszerekkel csak részlegesen
kezelhető, statisztikai jellemzőkkel vázolható
- Periodikus: T periódusidő szerint ismétlődik, Fourier sorba fejthető
(szinusz és koszinusz függvények segítségével felírható)
- Kvázi-periodikus: tartalmaz periodikus összetevőket
- Tranziens: egyszeri, nem periodikus folyamat, melynek energiája
véges
Jelek osztályozása
folytonosságuk szerint
• Analóg jel: analógnak nevezzük azt a jelet, amelynek az
értelmezési tartománya is, az értékkészlete is folytonos, a
jel minden időpillanatra értelmezett.
• Mintavételezett jel: a jel értelmezési tartománya diszkrét,
értékkészlete folytonos. A jel csak adott időpillanatokra
értelmezett, ott viszont tetszőleges értékeket felvehet
• Amplitúdóban diszkrét jel: az értelmezési tartománya
folytonos, de értékkészlete diszkrét. Tetszőleges helyen
lehet értéke, de ez az érték csak megadott lehet.
• Digitális jel: mind értelmezési tartományában, mind pedig
értékkészletében diszkrét. A digitális jelek halmazának egy
fontos része a bináris jel: az ilyen jel értékkészlete a 0 és a 1.
Jelátalakítás
Analóg-digitál átalakító (AD konverter, ADC):
Olyan áramkör, amely egy analóg (vagyis nagyságában
folytonos) elektromos mennyiséget - áramerősséget vagy
feszültséget - digitalizál, vagyis nagyságát egy számmal fejezi
ki.
Digitál-analóg átalakító (DA konverter, DAC):
Digitális jelből a digitális jelet képviselő analóg jelet előállító
elektronikus áramkör. A digitális jel adott idő alatt beérkező
impulzusszám vagy kódolt jelsorozat lehet. Az analóg jel
rendszerint feszültség.
A/D átalakítás
Az analóg-digitális átalakítás általában a következő lépéseket
tartalmazza:
• Egyéb fizikai jelek átalakítása elektromos jellé (szenzorok)
• Analóg jel kondicionálása
• Analóg jel mintavételezése
• Minták kvantálása
• Kódolás
A/D átalakítás
A/D átalakítás lépései
Jelkondicionálás (előszűrés):
- A jel erősítése, csillapítása
- Analóg szűrés a jel sávszélességének korlátozásához
- A járulékos zaj spektrumának limitálása (nagyfrekvenciás
jelek kiszűrése)
- A hasznos jeltartományba eső zaj energiájának csökkentése
Mintavételezés és tartás (Sample & Hold):
Mintavételezésnek nevezzük, ha egy folyamatos analóg jelből
egy adott t0 időpillanatban vagy meghatározott időközönként
(Tmv) mintát veszünk.
Nyquist-Shannon-féle mintavételi törvény:
Egy jelből olyan gyakorisággal kell mintát venni, hogy az
eredeti jel reprodukálható legyen, vagyis mintavételi
frekvenciát úgy kell megválasztani, hogy az nagyobb legyen,
mint a mintavételezett analóg jel legnagyobb frekvenciájú
összetevőjének a kétszerese.
A tartás során a mintavételezett jelet konstans állapotban
megtartjuk annyi ideig, amennyire az A/D átalakítónak
szüksége van ahhoz, hogy megállapítsa annak digitális
értékű megfelelőjét.
Kvantálás:
A kvantálás során az analóg jel jeltartományán belül jelszinteket
állapítunk meg. Az analóg jel értékeit mindig a legközelebbi ilyen
értékre kerekítjük. A mintaértéke alapján így megállapított érték
ennek során adott esetben csökken, más esetben növekszik, azaz
a kvantálással az eredeti jelhez zajt adunk. A kvantált jel nem
hordoz információt arról, hogy ez a hozzáadott zaj mekkora volt.
A kvantumok száma meghatározza az átalakító kvantálási
pontosságát. A kvantumok számát 2 hatványaként adják meg.
Például egy 8 bites átalakító azt jelenti, hogy a kvantumok száma
28, azaz 256.
Kódolás:
A kódolás célja a számítógépes tárolás, rögzítés. A
mintavételezett és kvantált jelet binárissá alakítani kódolással
lehet megtenni: a kódoló egységgel a kvantálással kapott
értékekhez bináris jelsorozatot rendelünk.
Adat:
Az információtartalom egysége a bit. Ha az információ
tartalom igen vagy nem állapottal jellemezhető, akkor annak
tartalma éppen egy bit. Az információt hordozó jelek
esetében is ez a legkisebb egység, értéke 0 vagy 1 lehet. A
gyakorlat számára ez nagyon kevés, ezért ennek többszörösét
használják.
A/D átalakítók jellemzői
Felbontás (Resolution):
A felbontás megmondja, hogy az A/D átalakító az analóg
bemenő jelet hány egyedi értékké tudja átalakítani.
Mértékegysége minden esetben a bit.
Kivezérlési tartomány (Full Scale):
Az a bemeneti analóg tartomány, amelyben az átalakító
telítésmentesen működőképes. Léteznek unipoláris és
bipoláris eszközök, előbbiek egy referenciafeszültség és a
földpotenciál között működnek, utóbbiak a földpotenciál
körül szimmetrikus tartományban. A kivezérlési tartomány
függ a referenciafeszültségtől. Az abszolút pontosság
legfeljebb akkora lehet, mint a referencia pontossága, tehát
pontos mérésekhez pontos referenciára van szükség.
Mintavételi frekvencia:
Az a legnagyobb mintavételi frekvencia, amivel az átalakító
működni tud. Mértékegysége SPS (Sample per Second - minta
másodpercenként).
Konverziós idő:
Egy minta átalakításához szükséges idő.
Sávszélesség:
A bemenet analóg részeinek aluláteresztő jellegű
frekvenciafüggésében a felső határfrekvencia.
Az átalakítás lehetséges
hibái
Ofszet hiba:
A karakterisztika „0” kódhoz tartozó értéke. A kivezérlési
tartomány százalékában szokás megadni. Javítható!
Linearitási hiba:
A mérési karakterisztika egyes pontjai nem egy egyenesen
találhatók. A linearitási hibával határozzák meg a mérési
karakterisztikától való eltérést. Nem javítható!
Erősítési hiba:
A karakterisztikára illesztett egyenes és az ideális
karakterisztika erősítésének eltérése, a kivezérlési tartomány
százalékában szokás megadni. Javítható!
Kódkiesés:
Nem javítható!
A/D átalakítók fajtái
• Kétszeresen integráló (Dual-slope)
• Jelkövető
• Számláló
• Fokozatos közelítésű (SAR)
• Párhuzamos (Flash)
• Delta-szigma
D/A átalakítás
A D/A konverterek numerikus értéket analóg jellé alakítanak
át, rendszerint feszültséggé, melynek értéke arányos a
bemenetre kapcsolt bináris számmal.
Elvi felépítése:
Az irányítástechnika
Fogalma:
A műszaki életben az irányítás olyan műveletsor, amely egy
műszaki folyamatot elindít, annak meghatározott állapotát
fenntartja vagy megváltoztatja, ill. a folyamatot leállítja.
Az irányítás részműveletei:
1. Érzékelés: információszerzés az irányítandó folyamatról.
2. Ítéletalkotás: döntés az értesülés feldolgozása alapján a
rendelkezés szükségességéről
3. Rendelkezés: utasítás a beavatkozásra.
4. Beavatkozás: az irányított folyamat befolyásolása a
rendelkezés alapján.
Az irányított rendszer két fő része:
• az irányító berendezés:
Az irányító berendezés mindazon szerkezeti egységek
összessége, amelyek segítségével az irányítás megvalósul.
• az irányított berendezés:
Az irányított berendezés az irányítás tárgyát képezi. Ez az
irányítandó műszaki folyamat, amely az irányítástól
függetlenül is létezik.
Az irányítási rendszer szerkezeti részei:
• Elem:
Az elem az irányítási rendszer irányítástechnikai szempontból
legkisebb, tovább nem bontható szerkezeti egysége. Az
elemnek egy vagy több alkatrésze lehet.
• Szerv:
A szerv az irányítórendszernek egy irányítási részfeladatot
önállóan ellátó szerkezeti egysége. A szerv egy vagy több
elemből állhat. Az irányítási rendszer lényeges szerve, pl. az
információ szerzésére szolgáló szerkezeti egység, a szenzor.
• Jelvivő vezeték:
A jelvivő vezeték olyan összeköttetés, amely a jeleket átviszi
az irányítási rendszer szervei között.
Az irányítás két fő csoportja:
• Vezérlés
Vezérlés esetén egy bemeneti jel egy berendezésen változást
idéz elő. A kívánatos, és a tényleges változás különböző lehet.
A vezérelt jellemzőről semmilyen visszajelzés nem jut a
bemenetre. A vezérlés hatáslánca nyitott.
• Szabályozás
Szabályozás esetén is egy bemeneti jel egy berendezésen
változást idéz elő. Ekkor azonban a tényleges érték állandó
felülvizsgálata folyik egy mért, visszacsatolt és a kívánatos
érték összehasonlítása révén. A szabályozás hatáslánca zárt.
A vezérlés hatáslánca:
Az irányítási rendszer azon szerkezeti egységeinek sorozatát
(láncolatát), amelyek az irányítási hatást közvetítik,
hatásláncnak nevezzük.
Szabályozástechnika
A szabályozási kör fogalma és fő egységei:
A szabályozási kör a szabályozás zárt hatáslánca.
Szerkezetileg két jól elkülöníthető szerkezeti egységre
bontható.
Az irányítási rendszerek csoportosítása segédenergia szerint:
• villamos energia - ezzel működnek a villamos szabályozók
• sűrített levegő - ezzel működnek a pneumatikus
szabályozók
• nyomás alatt álló olaj - ezzel működnek a hidraulikus
szabályozók
A szabályozási kör jellemzői:
• Szabályozott jellemző:
A szabályozott jellemző a műszaki folyamat azon jellemzője,
amelyet a szabályozással a zavaró hatások ellenére az
alapértéken akarunk tartani. Az alapérték az az előírt érték
(vagy előírt módon változó érték), amelyet a szabályozott
jellemzőnek a szabályozás révén el kell érnie.
• Zavaró jellemző:
Zavaró jellemző a szabályozott szakaszra ható, a
szabályozástól független külső hatás, amely a szabályozott
jellemző értékére károsan hat.
• Módosított jellemző:
A módosított jellemző a szabályozott szakasznak az a
kiválasztott jellemzője, amellyel a szabályozott jellemzőt
befolyásolni tudjuk.
A szabályozási kör jelei és szervei:
• Az érzékelő szerv a szabályozási kör olyan szerve, amely a
szabályozott jellemzőt méri és annak nagyságával arányos,
összehasonlításra alkalmas ellenőrző jelet (xe) szolgáltat.
• Az alapjel képző szerv a szabályozási kör olyan szerve,
amely az alapjel (xa), vagyis az előírt érték (vagy előírt
módon változó érték) külső beállítására szolgál.
• A különbségképző a szabályozási kör olyan szerve,
amelynek feladata az ítéletalkotás, azaz az alapjel és az
ellenőrző jel különbségével arányos rendelkező jel (xr)
előállítása. xr=xa-xe
• A jelformáló-erősítő szerv feladata, hogy a rajta áthaladó
jelet az előírt tőrvényszerűségek szerint módosítsa,
felerősítse. A jelformáló-erősítő által kibocsátott jel a
végrehajtó jel (xv). A legtöbb esetben ez kis energiájú, nem
alkalmas a beavatkozó szerv működtetésére, csak a
végrehajtó szerv működtetésére jó.
• A végrehajtó szerv feladata a szabályozási körben létrejövő
rendelkezés végrehajtása, a beavatkozó szerv mozgatása,
beavatkozó jel (xb) kibocsátása.
• A beavatkozó szerv a szabályozott szakaszt közvetlenül
befolyásoló, a módosított jellemző értékét létrehozó
szerkezeti egység (xz)
A szabályozókör elvi felépítése
A szabályozásokat többféle szempont szerint
csoportosíthatjuk:
• Az alapérték időbeli lefolyása szerint:
- értéktartó (az alapjel állandó)
- követő
• A működés folyamatossága szerint:
- folyamatos működésű (állandóan szabályoz)
- időszakos működésű (mintavételezés alapján)
• A rendszer szerkezete alapján:
- egyhurkos (csak egy szabályozási kör van jelen),
- többhurkos (két, vagy több szabályozási kör
működik egymás mellett, egymástól függetlenül,
„kaszkád”),
- kapcsolt, többváltozós szabályozás (két ,vagy több
szabályozási kör működik egymás mellett, melyek
egymást kölcsönösen befolyásolják)
A szabályozástechnikai tag fogalma és jellemzése
Matematikai vizsgálat esetén a szabályozási kör
matematikailag vizsgált bármely részét általánosságban
tagnak nevezzük. A tagot működésre késztető, a tagtól
független külső jel a tag bemenőjele; a tag működése során
kialakult, a tagból kilépő jel a kimenőjel. A tagban mindig
egyértelmű hatásirányt tételezünk fel, tehát a kimenőjelet
csak a bemenőjel és a négyszöggel jelképezett szerkezeti
egység tulajdonságai hozzák létre.
A PID szabályozás osztályozása és jellemzői
• arányos tagok (P)
• integráló tagok (I)
• differenciáló tagok (D)
• összetett tagok:
- PI
- PD
- PID
Az egyszerű arányos (P) tag
Arányos tagnak nevezzük azt a tagot, amelynek kimenőjele a
bemenőjel változásával arányosan változik. Ezeket a
szakaszokat önbeálló szabályozott tagoknak is nevezik. Az
arányos működésre az Ap arányos átviteli tényező a jellemző,
amely megmondja, hogy a kimenőjel nagyságának
megváltozása hányszorosa a bemenőjel nagyságváltozásának.
Az arányos szabályozó a zavaró jellemző hatását maradó
szabályozási eltéréssel szünteti meg. Gyors, mindig van
maradó hiba.
Az integráló tag (I)
Integráló tagok esetében a tag kimenőjelének sebessége
változik arányosan bemenőjel megváltozásával, ahol Ai az
integrálási átviteli tényező, Ti az integrálási idő. A szabályozási
idő hosszú, mert kis eltérés esetén a kimenőjel csak lassan
változik. Maradó hiba nincs, mert a szabályozó mindaddig
működik, míg be nem állt az alapérték. Az integráló
szabályozó a zavaró jellemzők hatását úgy szünteti meg, hogy
hatásuk következtében megváltozott szabályozott jellemzőt
visszaállítja az alapértékre. Lassú, lengésre hajlamos, nincs
maradó hiba.
A differenciáló tag (D)
A differenciáló tag kimenőjele a bemenőjel
differenciálhányadosával, azaz a bemenőjel sebességével
arányos. Differenciáló szabályozó önállóan nem alkalmazható,
mert kimenőjelet csak akkor ad, ha a bemenőjele megváltozik.
A differenciáló tag gyors bemenőjel változás esetén
nagymértékű beavatkozással megakadályozza a nagymértékű
szabályozási eltérés létrejöttét.
Az összetett tagok
A szabályozás minőségének javítása, a szabályozási idő
lerövidítése érdekében az alaptípusú szabályozásokból
kombinált PI, PD, vagy PID jellegű szabályozókat is lehet
alkalmazni. Ezek az egyes szabályozó tagok tulajdonságait
egyesítik. Ha van, akkor először a D, majd a P és végül az I
hatás érvényesül.
A szabályozók típusától függően az alábbi beállítási
lehetőségeket találjuk:
- Arányos átviteli tényező: Ap (erősítés).
- Integrálási idő: Tn (utánállási idő).
- Differenciálási idő: Tv (elébevágási idő).
PI szabályozó tag
A PI szabályozó átmeneti függvénye az arányos és az
integráló szabályozó kimenőjelének matematikai
összegzésével szerkeszthető meg. A szabályozó
működésében az első pillanatban az arányos hatás
érvényesül, majd ezt követően az integráló. A PI szabályozó
jellemző adata az arányos tag erősítésének mértékére
jellemző Ap arányos átviteli tényező, az integráló tag
erősítésének mértékére jellemző Ai integrál átviteli tényező és
az integráló hatás gyorsaságára jellemző Tn utánállási idő. Az
utánállási idő az az időtartam, amely eltelik addig, amíg az
integráló tag kimenőjelének változása ugyanakkora lesz, mint
az arányos tag kimenőjelének változása az első pillanatban.
Viszonylag gyors, nincs maradó hiba.
PD szabályozó tag
Önműködő szabályozáskor sokszor a szabályozás minőségi
követelményei megkívánják, hogy figyelembe vegyük a
szabályozott jellemző változásának gyorsaságát, a változás
sebességét. Ilyenkor differenciáló tagot építünk be a
szabályozóba. Az első pillanatban bekövetkező nagymértékű
kimenőjel-változás a növekvő visszacsatoló hatás
következtében fokozatosan csökken az arányos változásnak
megfelelő szintre. A PD szabályozó jellemző adata az Ap
arányos átviteli tényező, az Ad differenciál átviteli tényező és
a differenciáló hatásra jellemző Tv, elébevágási idő. Az
elébevágási idő az az időtartam, amely eltelik addig, amíg az
arányos tag kimenőjelének változása ugyanakkora lesz, mint a
differenciáló tag kimenőjelének változása az első pillanatban.
PID szabályozó tag
A PID szabályozó megvalósításakor az arányos szabályozóhoz
hozzáépítjük az integráló és a differenciáló hatást biztosító
szerkezeti egységeket. A szabályozót úgy kell beállítani, hogy
az integráló hatás csak a differenciáló hatást kővető arányos
egyensúlyi állapot beállása után érvényesüljön. Arányos,
integráló és differenciáló (PID) szabályozókat alkalmazunk, ha
nagyok a követelmények a szabályozás jóságára vonatkozóan.
Az arányos tag biztosítja a stabil, a differenciáló a gyors
működést, az integráló tag pedig eltünteti a maradó hibát.
Érzékelők, be-és kimeneti jelek
Hagyományos érzékelők
Intelligens érzékelők
Manapság a járművekben alkalmazott nagy számú szenzort egyre
gyakrabban látják el intelligenciával, a fizikai jellemző mérése és
feldolgozása a szenzoron belül történik mikroprocesszor segítségével, és
a buszillesztőn keresztül a kommunikációs buszra már csak a digitalizált
szenzorjelek kerülnek. Ezzel tehermentesíteni lehet a járművezérlő
elektronikát.
Folyamatjelek
A folyamatjelek csoportosításának alapja az irányítás
szempontjából betöltött szerepe és a mikroprocesszoros
feldolgozás módja. Az irányítás szempontjából
megkülönböztetjük a bemeneti és a kimeneti jeleket.
Bemeneti jel: A számítógépbe belépő folyamatjel, információ.
Analóg bemeneti jelek:
Az érzékelők által szolgáltatott, egységes jeltartományú,
további feldolgozásra alkalmas jelek.
- egyenáram: 0-5mA, 0-20mA, 4-20mA
- egyenfeszültség: 0-5V és 0-10V stb.
- Ellenállás
- Frekvencia
Digitális bemeneti jelek:
A jármű szenzorhálózatából érkező bináris jelek.
- állapotjel (statikus): pl. kétállású kapcsoló
- impulzusjel (dinamikus): pl. nyomógomb
- összefüggő bitcsoportok: pl. üzenetek
Kimeneti jel:
A számítógépből kilépő folyamatjel. Az analóg és digitális
kimeneti jelek a bemeneti jelekhez hasonlóan alakulnak, csak
az irányuk más. Vezérlést vagy kommunikációt valósítanak
meg.
Villamos zavarjelek
mérőrendszerekben
A zavarjelek a mérőkörben jeltorzulást okoznak, melynek
információvesztés lehet a következménye.
A csatolás lehet:
- konduktív
- kapacitív
- induktív
A zavarjelek típusai
• Időbeni változás szerint:
- egyenfeszültségű
- váltakozó feszültségű
- tranziens
• Keletkezési hely szerint:
- normál vagy soros
- azonos fázisú vagy párhuzamos
Egyenfeszültségű zavarjel
Amennyiben a hasznos jelnek és a zavarjelnek is van
egyenáramú/feszültségű komponense, akkor a zavarjel
kiszűrhetetlen, csak a keletkezés okát lehet megszüntetni.
Váltakozó feszültségű zavarjel:
A váltakozó feszültségű zavarjelek között a leggyakoribb a
mérőkörbe induktív úton bejutó hálózati zavarfeszültség.
A zavarjelek csökkentésének módszerei:
- sodrott vezeték alkalmazása: a vezetékben kialakuló hurkok
mágneses terei nagy mértékben kioltják egymás hatását
- árnyékolt vezeték alkalmazása: alacsony frekvenciájú
mágneses zavaró hatások kiküszöbölésére alkalmazzák, 10
kHz felett hatékonysága csökken.
ECU (Engine Control Unit)
Feladata
A motor terhelésétől függően a mindenkori optimális
üzemanyag keverékkel történő ellátása. Ehhez kommunikálnia
kell a hozzá kapcsolódó szenzorokkal, amelyek adatai alapján
precízen tudja szabályozni a benzin-levegő keveréket, illetve a
időzíteni a gyújtást.
Manapság a motor összes paraméterét elektronika figyeli és
szabályozza. Ennek köszönhetően nagyobb teljesítmény,
alacsonyabb fogyasztás és környezetkímélő működés érhető
el. A rendszerek bonyolultsága miatt azonban az előforduló
hibák száma is megnőtt.
Az ECU által figyelt szenzor adatok
- motor fordulatszám
- beáramló levegő mennyiség
- motor hőmérséklet
- kopogás jelző
- főtengely pozíció
- kipufogógázban mért üzemanyag keverék
- gázpedál állás
- stb.
Az ECU-val kommunikáló főbb szenzorok
MAF (Mass Air Flow): a motorba áramló levegő mennyiségét
méri. Bizonyos régebbi változatokban helyette a MAP
(Manifold Absolute Pressure) szenzor volt.
TPS (Throttle Position Sensor): a gázpedál állását, vagyis a
sofőr szándékát figyelő szenzor.
Lambda szonda (O2 Sensor): a kipufogó gázt felügyeli, és
figyeli a motorba befecskendezett AFR (benzin-levegő)
mennyiségét.
Vízhőfok jeladó: figyeli a motor üzemállapotát. Az elektronika
a hideg motor mellett más stratégiát használ, ezzel gyorsítva
a bemelegedés folyamatát, illetve védi a motort, és biztosít
hideg állapot mellett is megfelelő teljesítményt a sofőrnek.
Kopogás jeladó: figyeli a motorban az úgynevezett kopogásos
égést, ami általában a rossz égésből adódik, és a motor
élettartamára nézve nagyon rossz hatással van.
Főtengely jeladó: figyeli, hogy éppen melyik ütemnél tart a
motor, ennek segítségével tudja állítani a gyújtást, és tudja,
hogy melyik hengerbe kell éppen az injektoroknak
befecskendeznie az üzemanyag keveréket.
EGR szelep jeladó (Exhaust Gas Recirculation): a szelep állását
jelzi az ECU-nak, amely folyamatosan ellenőrzi azt a kívánt
alacsony emisszió érdekében.
Diagnosztika
Az ECU-nak a motor üzemeltetésén kívül diagnosztikai
feladatai is vannak. Az elektronika folyamatosan felügyeli a
rákapcsolt összes szenzort, és egységet, amelyekkel
kommunikál. Ennek köszönhetően általában egy-egy
meghibásodott alkatrészt képes felismerni, és azt egy
memóriában eltárolni, hogy a későbbi karbantartáskor ki
lehessen olvasni, és cserélni a meghibásodott alkatrészt.
Két fajta hiba létezik:
- Fatális hiba, amely befolyásolja a jármű üzemelését
- A jármű közlekedését közvetlenül nem befolyásoló
alacsonyabb prioritású hiba
A hibák visszajelzésének módja
Amennyiben az ECU egy az üzemelést komolyan befolyásolni
képes meghibásodást diagnosztizál, azt a műszerfalon a MIL
(Malfunction Indicator Lamp) felvillantásával jelzi. Ha
menetközben járó motornál ez a lámpa folyamatosan világit
az azt jelenti, hogy az elektronika olyan hibát észlelt, ami
befolyásolni képes a motor normális üzemelési folyamatát.
Komolyan kell venni, mert ilyenkor a motor nagyobb
fogyasztásához, teljesítmény vesztéshez, vagy annak
károsodásához is vezethet a jelzés figyelmen kívül hagyása.
A nem fatális hibákat az ECU ha menetközben észleli, azt a
MIL segítségével nem jelzi, hanem diagnosztizálása után
eltárolja a memóriában, amit karbantartáskor ki lehet olvasni.
ECU memória
Az ECU-ban általában egy, az akkumulátorról táplált memória
található. Ez a memória két célt szolgál. Egyrészt ebben
tárolja az elektronika a korrekciós táblákat, és annak adatait,
másrészt ebben a memóriában tárolja a menetközben
diagnosztizált hibákat. Ez a memória addig él, amíg van
tápellátás, illetve van egy tartalék tápellátása, aminek
köszönhetően az akkumulátorról lecsatlakozva, vagyis az
áramforrás megszűnése után is képes tárolni az adatokat a
memóriában. Ennek a tartalék áramforrásnak a kapacitása
gyártóktól függően változhat.
Karbantartás
Amennyiben az elektronika diagnosztizál egy hibát, azt a
memóriájában tárolja. Ezután a normál üzemelést
megközelítő állapot fenntartása érdekében korrekciókat hajt
végre, hogy többé-kevésbé ki tudja küszöbölni a hibás
alkatrész miatt fellépő problémát. A szervízelés után a hibás
alkatrész cseréje ellenére sokszor előfordul, hogy nem áll
vissza a rendszer még normál állapotba, mert az ECU a hibás
alkatrészt kiiktatta, vagy felülbírálta. Ez sok ECU-nál azt
eredményezi, hogy hiába lett kicserélve az alkatrész, az
elektronika egyáltalán nem, vagy csak bizonyos idő eltelte
után fogja újra felismerni, hogy a hiba el lett hárítva. Ahhoz,
hogy ezt ne kelljen megvárni, szükség van a korrekciós táblák
nullázására, és a diagnosztizált hibák törlésére. Vagyis
resetelni kell az ECU-t. Ezt a tápellátás megszüntetésével,
vagy diagnosztikai interfészen keresztül tehetjük meg.
Az ECU által használt stratégiák
Általában egy elektronika különböző stratégiákat használ az
üzemelés közben, amelyekre a folyamatosan változó
körülmények miatt van szükség. Ezek a stratégiák a
szenzorok, és a motor állapota alapján kerülnek kiválasztásra.
Stratégiák a befecskendezés időzítés, a keverékképzés, a
gyújtás időzítés, és a használt szenzorokban térnek el
egymástól.
Indítás: ezt a stratégiát az elektronika akkor alkalmazza,
amikor be akarjuk indítani a motort. Tehát amikor még nem jár
a motor, de a kulcsot már gyújtás állásba fordítottuk. Ilyenkor
az AC pumpa felépíti a nyomást, hogy az injektorok amint
lehet rögtön teljes nyomáson tudjanak dolgozni. Az alapjárati
szelep ilyenkor teljesen kinyit, hogy amennyi levegő csak
képes be tudjon jutni. Ilyenkor ha már az önindító forgatja is a
motort, az elektronika 1-2 másodpercig még nem indítja a
befecskendezőket és ad szikrát, hogy legyen ideje az olajnak
eljutnia a motorban ahová csak lehet.
Hideg indítás és bemelegítés: ez a stratégia akkor lép életbe,
amikor a motor még hideg, de már beindult és jár. Ilyenkor
még egy ideig nyitva van az alapjárati szelep teljesen, a motor
felpörög. Egy idő után a fordulat vissza fog esni, de így is 8001000 fordulaton fog még forogni egy ideig motor típustól
függően, hogy melegedhessen a motor. A bemelegítés alatt a
benzin-levegő keverék még dús, hogy meg legyen a fordulat,
és teljesítmény, illetve optimális legyen az égés. Amikor a
motor elér egy bizonyos hőfokot, akkor az üzemanyag
keverék is vissza áll normál állapotra.
Hideg indítás és azonnali elindulás: a motor még nem érte el
az üzem meleg állapotot, de mi ennek ellenére elindultunk az
autóval. Ebbe a stratégiába akkor fog lépni, ha a MAF szenzor
nagyobb nyomást fog mutatni, és a TPS szenzor az alap
állapottól eltérő állapotba kerül, viszont a motor hőmérséklet
még mindig alacsony. Ilyenkor kinyit teljesen az alapjárati
szelep, hogy ne fulladjon le a motor, amikor a pillangószelep
hirtelen bezár. Az üzemanyag keverék dús, hogy a motor
menetközben megfelelő teljesítményt produkáljon. Az EGR
visszavezetés ennél a stratégiánál még zárva van.
Meleg motor, álló jármű: ezt a stratégiát akkor használja az
elektronika, amikor már üzem meleg a motor, és az autó áll.
Ilyen körülmény lehet pl. a dugóban egy helyben állás, vagy
várakozás. Ez a stratégia inkább a környezetvédelem miatt
van. Az üzemanyag képzés már zárt körben folyik (closedloop), és a kipufogóban található oxigén szenzor (lambda
szonda) segítségével szabályozza az ECU. Ebben a
stratégiában az EGR visszavezetés zárva van, hogy ne
befolyásolja az alapjáratot.
Meleg motor, közlekedő jármű: a motor már üzemmeleg, és
éppen közlekedünk az autóval. A motor ilyenkor produkálja a
legoptimálisabb fogyasztást. Ebben az üzemmódban az EGR
teljesen nyitva van, így a kipufogott gázoknak akár a 15
százalékát is visszavezetheti újra az égéstérbe.
Gyorsítás teljes gázzal: A pedál teljes lenyomásakor az
elektronikának jelez a TPS jeladó, hogy a sofőr padlógázt
nyomott. Ilyenkor az elektronika nem foglakozik a
fogyasztással, a károsanyag kibocsátással, erőt kell
produkálnia a motornak. Az üzemanyagkeverék dúsabb lesz,
az előgyújtás megváltozik, az alapjárati szelep teljesen kinyit,
az EGR visszavezetés teljesen lezár. Ennél a stratégiánál nagy
szerepe van a fordulatszám szabályozásnak. (pl. egy bizonyos
fordulaton az elektronika az injektorok félteljesítményre
kapcsolásával szabályozza a fordulatot)
Lassítás: a legnagyobb gondot az jelenti, hogy a csökkenő
levegő mennyiség miatt ne fulladjon le a motor. Az alapjárati
szelep elkezd nyitni, hogy biztosítsa a fordulathoz szükséges
levegő mennyiséget. Bizonyos feltételek fennállása esetén az
elektronika teljesen lekapcsolhatja a befecskendezőket.
Vészüzemmód: Az ECU üzem közben tárolja a szenzorok
minden üzemállapotában mért adatait, és időnként
összehasonlítja a múltban a hasonló körülmények között mért
adatokkal a mostani adatokat. Amennyiben nagyobb eltérést
észlel, vagy az érzékelő tűréshatáron kívüli értékeket jelent,
akkor azt az érzékelőt hibásnak diagnosztizálja. Ezt a hibát
tárolja a többi tárolt hiba közé, hogy karbantartáskor a többi
hibával együtt kiolvasható legyen, és megpróbálja korrigálni a
kiesett érzékelőket. Ilyenkor megpróbálja a memóriájában
eltárolt üzemállapotokból az adott szenzortól mért adatokkal
helyettesíteni a kiesett adatokat, hogy fenn tudja tartani a
normális működést.
Ez a megoldás azonban nem tökéletes. Ugyanis, ha a szenzor
már régóta hibás, vagy amióta resetelve lett az ECU csak rossz
adatokat mért, akkor nem lesz korrekt érték amivel
helyettesíteni tudná a kiesett szenzor értékeit.
Korrekciós táblák: a motor vezérlő elektronika, a szükséges
keveréket, előgyújtást, és egyéb vezérléseket a szenzorok
által mért adatok alapján táblázatokban tárolt értékek
összehasonlításával végzik. Vagyis az elektronika a
szenzoroktól kapott adatokat összehasonlítja egy táblázattal,
és az adott fordulathoz, levegőmennyiséghez,
hőmérséklethez legközelebb álló értékek alapján kiválasztja a
táblázatból a mért értékekhez legközelebb álló AFR-t,
előgyújtást, és egyéb információt. Ezek a táblák általában nem
módosítható formában kerülnek eltárolásra az ECU-ba, csak
olvasható. A járművek az idő teltével már nem tudják
teljesíteni a gyárilag felprogramozott értékeket,a mi
problémát okozna. Ennek a problémának a kiküszöbölésére
az ECU-nak van egy adaptív stratégiája. Az elektronikának
vannak dinamikus táblái, amit menetközben képes a mért
adatok alapján változtatni, és a statikus táblákban kiválasztott
értékeket képes korrigálni a dinamikus táblák adataival.
Köszönöm a figyelmet!
Felhasznált irodalom
• Oleksza János: Irányítási alapok
• Váradiné dr. Szarka Angéla, Dr. Hegedűs János, Bátorfi
Richárd, Unhauzer Attila: Méréstechnika
• Jancskárné Anweiler Ildikó: Számítógépvezérelt irányítások
• http://hu.scribd.com/doc/82659758/Az-analog-es-digitalisjelek-csoportositasa
• http://hu.wikipedia.org/wiki/Analóg-digitális_átalakító
Intelligens járművek
A közlekedési balesetek megelőzésére szolgáló eszközök
alapvetően két csoportra oszthatók:
• Passzív biztonság: Ezek a rendszerek, eszközök a baleset
bekövetkeztekor nyújtanak védelmet, segíthetnek elkerülni,
vagy lehetőség szerint csökkenteni a baleseti sérülés
mértékét.
• Aktív biztonság: Olyan berendezések, eszközök, műszaki
megoldások, cselekvési szabályok összessége, amelyek
segítenek elkerülni a baleset bekövetkezését.
Aktív biztonsági rendszerek
Az intelligens járművek felé mutató fejlesztési irány
napjainkban az egyik legdinamikusabb területe az aktív
biztonságnak. A jelenleg forgalomba hozott járművek
mikroprocesszoros vezérléssel rendelkeznek. Az egyre
összetettebb igényeket elektronikával, fedélzeti számítógép
közbeiktatásával lehet a leghatékonyabban megoldani, amely
nemcsak az egyes intelligens alrendszereket, hanem a jármű
teljes mozgásállapotát képes irányítani.
Az intelligens jármű
érzékszervei
Az intelligens rendszerek a járművön lévő szenzorok
segítségével gyűjtenek információt a jármű környezetéről, és
ezek alapján figyelmeztetik a vezetőt, beavatkoznak a jármű
vezetésébe, illetve az információt egyéb célokra használják
fel.
A távoli objektumok felismerését radar végzi, lehetővé téve az
akadályok észlelését, a követési távolság befolyásolását, a
sávváltások biztonságossá tételét. A vizuális érzékelés javítása
rossz látási viszonyok mellett infravörös szenzorral
lehetséges. A jármű pozícióját a sávhatárokhoz képest
videokamera határozza meg, ez alkalmas a radar által
azonosított objektumok osztályozására, a holttérben lévő
területek megjelenítésére is. A jármű közvetlen környezetét
kis hatótávolságú radarok és az ultrahangos szenzorok
figyelik.
Az intelligens járműrendszerek
csoportosítása
- Vezetőt támogató rendszerek (Driver Assistance Systems)
- Ütközés elkerülő rendszerek (Collision Avoidance Systems)
- Ütközésértesítő rendszerek (Collision Notification Systems)
Vezetőt támogató rendszerek
A vezetőt segítő rendszerek egyrészt az emberi érzékelés
javításával, másrészt a vezetéssel járó feladatok átvállalásával
teszik biztonságosabbá a vezetést. A támogató rendszerek a
jármű vezetésébe való beavatkozásuk szerint
figyelmeztető/tájékoztató és autonóm működésű rendszerek
lehetnek.
A vezető tevékenysége szempontjából az első csoportba
sorolt rendszerek közös jellemzője, hogy információikkal a
vezetőt ösztönzik beavatkozásra, a második csoportba
soroltak pedig közvetlenül befolyásolják a jármű viselkedését
a motor nyomaték, szükség esetén a kormányzási szög
változtatásával, illetve a fékrendszerbe való beavatkozással, a
vezető akaratlagos cselekedetei nélkül.
Figyelmeztető, tájékoztató rendszerek
Navigációs rendszer és közlekedési információk (GPS &
TMC): a járműbe épített navigációs rendszer segítségével
csökkenthetők a vezető hibák, biztosabbá tehető a
közlekedés az idegen területeken.
Látásjavítás (Vision Enhancement): a látási viszonyok
megromlása esetén – éjszakai vezetés, nem megfelelő
fényviszonyok, köd, havazás, egyéb zord időjárási
körülmények – javítja a láthatóságot.
Akadályérzékelő rendszer (Obstacle Detection System):
érzékeli az úton lévő, a jármű haladásának akadályt jelentő
objektumokat (járművek, állatok, tárgyak), figyelmezteti a
vezetőt a veszélyt jelző akadályokra.
Fáradt vezető érzékelés (Driver Drowsiness Detection):
a kimerült, alvó sofőrt riasztja, felébreszti, megelőzve ezzel a
sáv-, vagy útelhagyást.
Autonóm működésű rendszerek
Adaptív sebességtartás (Adaptiv Cruise Control): radarral
képes érzékelni az előttünk haladó jármű távolságát, és
tartani tudja a biztonságos távolságot/ sebességértéket.
Intelligens sebesség vezérlés (Intelligent Speed Control):
az intelligens infrastruktúrában (pl. rádiójeles jelzőtábla)
foglalt eszközök jelzései alapján határozza meg a jármű
optimális haladási sebességét.
Sávelhagyást megakadályozó rendszer (Lane Keeping
System): a jármű úthoz viszonyított helyzete alapján
kiszámítjuk, hogy az adott nagyságú és irányú sebességgel
haladva a jármű mikor hagyná el a sávhatárokat. Amennyiben
a rendelkezésre álló jelekből megállapítható, hogy a vezető
nem megfelelően irányítja a járművet, akkor
kormánykorrekciókkal megakadályozza a sávelhagyást.
ÜTKÖZÉS ELKERÜLŐ RENDSZEREK
Az ütközést elkerülő rendszerek autonóm működésű
rendszerek, beavatkozhatnak a jármű viselkedésébe, a jármű
haladását figyelembe véve előrejelzik, megakadályozzák a
balesethez vezető szituációkat.
Típusai:
- Kereszteződés-ütközésjelző
- Sávváltás támogatás
- Frontális- és hátulsó ütközéselkerülő rendszer
ÜTKÖZÉSI ÉRTESÍTŐ RENDSZEREK
Az ütközési értesítő rendszerek figyelmeztető/tájékoztató
rendszerek, a baleset bekövetkezése után úgy segítenek a
jármű és utasainak mentésében, a további balesetek
elkerülésében, hogy minimalizálják a baleset bekövetkezése
és a mentés közötti időt. Az értesítés akár műholdon, akár az
intelligens infrastruktúrában adott, vagy a járműben lévő
jeladón, akár a járművek közvetlen kommunikációján
keresztül megvalósítható.
Típusai:
- Automatikus ütközési értesítő (Automatic Collision
Notification): beépített törésszenzorokkal, GPS-szel, telefonos
eszközökkel értesítést küld a baleset helyéről, az autó és az
utasok sérülésének mértékéről.
- Fejlett ütközési értesítő rendszer (Advanced ACN): az ACN
továbbfejlesztett változata, vezeték nélküli és
helymeghatározó eszközökkel a többi járművet értesíti a
balesetről.