Системы комплексного управления автомобилем

Возможность создания системы комплексного управления транспортным средством появилась после разработки систем цифрового контроля. На рисунке показана схема комплексной системы управления автомобилем. В принципе, она требует использования всего одного блока управления, способного контролировать все параметры транспортного средства.

Рис. Блок-схема комплексной системы управления автомобилем

На рисунке ниже показан один из вариантов соединения между собой нескольких блоков управления. В действительности, однако, используют несколько отдельных контроллеров (ECU), способных общаться друг с другом через шину данных (CAN).

Рис. Связи между блоками управления: Соединение блоков управления обычного типа для силовой установки автомобиля:
I. Блок управления «Мотроник»
II. Электронное управление дроссельным клапаном
III. Электронное управление трансмиссией
IV. Блок управления системой АБС и тягой

1. Измеритель массового расхода топлива
2. Инжекция и зажигание
3. Гидравлический модулятор системы АБС
4. Датчик скорости колес дли системы АБС
5. Лямбда-датчик
6. Привод дроссельной заслонки
7. Датчик педали газа
8. Датчик скорости, регулятор давления, приводы клапанов
9. Датчик скорости вращения двигателя

Преимущества централизованного управления

Преимущества централизованного управления можно разделить на две группы — «входы» и «выходы». Рассмотрим все исходные величины, требуемые для управления в каждой из нижеследующих областей:

• система зажигания
• система подачи топлива
• система трансмиссии

Очевидно, что даже для указанных трех систем управления транспортным средством имеется много общих требований. Наличие одной централизованной системы управления может потенциально уменьшить сложность кабельной сети при одновременном расширении возможностей контроля. Это, фактически, преимущество «выходов». Рассмотрим общие условия эксплуатации транспортного средства во время внезапного и резкого ускорения и возможные «ответы» каждой из перечисленных систем:

Таблица. Пример реакции систем на ускорение

Система	Возможные реакции
Зажигание	Опережение момента зажигания
Подача топлива	Инжекция дополнительного объема топлива
Трансмиссия	Переход на более низкую передачу

Если бы каждая система работала сама по себе, возможно, что они не среагировала бы оптимальным образом с учетом работы других систем. Например, могут быть установлены момент времени зажигания и величина порции топлива, но затем ECU трансмиссии решит понизить передачу, увеличивая, таким образом, обороты двигателя. Это, в свою очередь, потребует изменений в дозировании топлива и выборе момента зажигания. В течение переходного процесса вполне вероятны уменьшение эффективности работы и увеличение эмиссии.

Таким образом, идеальное управление возможно лишь при единственном блоке управления или, по крайней мере, при наличии связи между отдельными блоками. Программирование такого, управления требует, однако, очень значительной производительности вычислительных модулей. Это становится особенно очевидным, если учитывать и другие системы управления, например, сцеплением, антиблокировкой тормозов, активной подвеской, рулем.

Система Cartronic компании Bosch

Сложность объединения систем постоянно увеличивается. Компания Bosch разработала систему, использующую иерархию электронных средств транспортного средства. Усовершенствования в качестве работы двигателя, уровне эмиссии, безопасности водителя и комфорте требуют большего взаимодействия различных электронных систем. Проект компании Bosch использует иерархическую структуру сигнала, чтобы решить эту проблему. На рисунке показаны два способа, которыми могут быть связаны системы. Первой использует обычную кабельную разводку, второй — шину CAN.

Рис. Типы связи систем автомобиля

Рис. Система Cartronic

На рисунке показано различие между потоком данных в автономной системе и потоком данных в иерархической системе. Система Cartronic использует принцип, при котором каждая система может управляться от системы, занимающей в иерархии управления более высокий уровень, к примеру, интегрированные системы управлении двигателем и управления коробкой передач не общаются непосредственно между собой, а только через стоящую выше по иерархии систему управления трансмиссией.

Резюме

Производители транспортных средств продолжают вести исследования в области комплексных систем управления. Все больше и больше систем интегрируется между собой, что приводит к снижению стоимости электронного оборудования автомобиля. Одновременно растут требования к вычислительной мощности систем, и скоро станет нормой применение 32-разрядных (или даже 64-разрядных) быстродействующих микроконтроллеров. Обратная сторона использования единственного блока управления для управления всем транспортным средством — это стоимость замены блока управления. При существующих ценах даже ECU единой системы может стоить не так уж и мало, хотя, в среднем, стоимость изготовления всего транспортного средства может уменьшиться.

Комплексный централизованный контроль дает и другие возможные преимущества, например расширение бортовой диагностики (OBD) для контроля над транспортным средством в целом, что потенциально экономит время ремонта и эксплуатационные расходы.