Электронный контроль дроссельной заслонки в автомобилях.
Electronic throttle control
Электронный контроль дроссельной заслонки (ETC): принцип работы, компоненты системы "drive by wire". Управление дросселем без механической связи. Автотехнологии.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Автомобильная технология
Automobile technology
Электронное управление дроссельной заслонкой (ETC) – это автомобильная технология, использующая электронику для замены традиционных механических связей между воздействием водителя, например, нажатием на педаль, и механизмом дроссельной заслонки автомобиля, который регулирует скорость или ускорение. Эта концепция часто называется системой «drive-by-wire», а иногда – «accelerate-by-wire», «throttle-by-wire», и реже – «e-gas» некоторыми производителями автомобильных компонентов.
Electronic throttle control (ETC) is an automobile technology that uses electronics to replace the traditional mechanical linkages between the driver's input such as a foot pedal to the vehicle's throttle mechanism which regulates speed or acceleration. This concept is often called drive by wire, and sometimes called accelerate by wire, throttle by wire, and occasionally e gas by some vehicle components manufacturers.
Операция
Типичная система ETC состоит из трех основных компонентов: (i) модуля педали акселератора (в идеале с двумя или более независимыми датчиками), (ii) дроссельной заслонки, которая может открываться и закрываться электродвигателем (иногда называемой электрическим или электронным корпусом дросселя (ETB)), и (iii) модуля управления трансмиссией или двигателя (PCM или ECM). ECM является типом электронного блока управления (ECU), представляющего собой встроенную систему, использующую программное обеспечение для определения необходимого положения дроссельной заслонки на основе вычислений, выполняемых по данным, полученным от других датчиков, включая датчики положения педали акселератора, датчик скорости двигателя, датчик скорости автомобиля и переключатели круиз-контроля. Затем электродвигатель используется для открытия дроссельной заслонки до требуемого угла посредством алгоритма управления с обратной связью внутри ECM.
A typical ETC system consists of three major components: (i) an accelerator pedal module (ideally with two or more independent sensors), (ii) a throttle valve that can be opened and closed by an electric motor (sometimes referred to as an electric or electronic throttle body (ETB)), and (iii) a powertrain or engine control module (PCM or ECM). The ECM is a type of electronic control unit (ECU), which is an embedded system that employs software to determine the required throttle position by calculations from data measured by other sensors, including the accelerator pedal position sensors, engine speed sensor, vehicle speed sensor, and cruise control switches. The electric motor is then used to open the throttle valve to the desired angle via a closed loop control algorithm within the ECM.
Преимущества
Преимущества электронного управления дроссельной заслонкой в основном остаются незамеченными большинством водителей, поскольку цель состоит в том, чтобы обеспечить плавную и согласованную работу силовой установки автомобиля вне зависимости от текущих условий, таких как температура двигателя, высота над уровнем моря и нагрузка от вспомогательных систем. Электронное управление дроссельной заслонкой также незаметно упрощает водителю переключение передач и позволяет легче справляться с резкими изменениями крутящего момента при быстром ускорении и торможении. Электронное управление дроссельной заслонкой облегчает интеграцию функций, таких как круиз-контроль, система контроля тяги, система стабилизации и системы предотвращения столкновений, а также других систем, требующих управления крутящим моментом, поскольку дроссельная заслонка может управляться независимо от положения педали акселератора. Электронное управление дроссельной заслонкой также приносит пользу в таких областях, как регулировка соотношения воздух-топливо, снижение выбросов и экономия топлива, и работает в связке с другими технологиями, такими как непосредственный впрыск бензина.
The benefits of electronic throttle control are largely unnoticed by most drivers because the aim is to make the vehicle power train characteristics seamlessly consistent irrespective of prevailing conditions, such as engine temperature, altitude, and accessory loads. Electronic throttle control is also working 'behind the scenes' to dramatically improve the ease with which the driver can execute gear changes and deal with the dramatic torque changes associated with rapid accelerations and decelerations. Electronic throttle control facilitates the integration of features such as cruise control, traction control, stability control, and precrash systems and others that require torque management, since the throttle can be moved irrespective of the position of the driver's accelerator pedal. ETC provides some benefit in areas such as air fuel ratio control, exhaust emissions and fuel consumption reduction, and also works in concert with other technologies such as gasoline direct injection.
Режимы отказов
Между педалью акселератора и дроссельной заслонкой с электронным управлением нет механической связи. Вместо этого положение дроссельной заслонки (то есть количество воздуха, поступающего в двигатель) полностью контролируется программным обеспечением ETC посредством электрического двигателя. Однако простое открытие или закрытие дроссельной заслонки путем отправки нового сигнала на электрический двигатель является разомкнутым циклом и приводит к неточному управлению. Поэтому большинство, если не все, современные системы ETC используют системы обратной связи с замкнутым циклом, такие как PID-регулирование, при котором ЭБУ (ECU) дает команду дроссельной заслонке открыться или закрыться на определенную величину. Датчики положения дроссельной заслонки (TPS) непрерывно считываются, а затем программное обеспечение вносит соответствующие корректировки для достижения требуемой мощности двигателя. Существует два основных типа датчиков положения дроссельной заслонки (TPS): потенциометр или бесконтактный датчик на эффекте Холла (магнитное устройство). Потенциометр подходит для некритичных применений, таких как регулировка громкости на радио, но из-за загрязнения или износа между подвижным контактом и резистивным элементом могут возникать неточные показания. Более надежным решением является магнитная связь, которая не предполагает физического контакта и, следовательно, не подвержена износу. Это скрытый дефект, поскольку он может не проявляться до полного выхода из строя. Все автомобили, оснащенные TPS, имеют так называемый "аварийный режим" (limp home mode). Автомобиль переходит в этот режим, когда акселератор, блок управления двигателем и дроссельная заслонка не могут взаимодействовать должным образом. Блок управления двигателем отключает сигнал к двигателю дроссельной заслонки, а пружины устанавливают ее на повышенные обороты холостого хода, достаточные для включения передачи, но не настолько высокие, чтобы вождение было опасным. Некоторые предполагают, что программные или электронные сбои в ETC могли быть причиной инцидентов с несанкционированным ускорением. Серия расследований, проведенных Национальным управлением безопасностью дорожного движения США (NHTSA), не позволила установить причины всех сообщений о несанкционированном ускорении в автомобилях Toyota и Lexus 2002 года выпуска и более поздних моделей. В отчете NASA от февраля 2011 года (который изучал исходный код и электронику модели Camry 2005 года по запросу NHTSA) не исключалась возможность программных сбоев в качестве потенциальной причины. В октябре 2013 года первое жюри, рассмотревшее доказательства исходного кода Toyota (представленные экспертом-свидетелем Майклом Барром, инженером-программистом), признало Toyota виновной в смерти пассажира в результате столкновения, вызванного несанкционированным ускорением в Оклахоме в сентябре 2007 года.
There is no mechanical linkage between the accelerator pedal and the throttle valve with electronic throttle control. Instead, the position of the throttle valve (i. e., the amount of air in the engine) is fully controlled by the ETC software via the electric motor. But just opening or closing the throttle valve by sending a new signal to the electric motor is an open loop condition and leads to inaccurate control. Thus, most, if not all, current ETC systems use closed loop feedback systems, such as PID control, whereby the ECU tells the throttle to open or close a certain amount. The throttle position sensor(s) are continually read and then the software makes appropriate adjustments to reach the desired amount of engine power. There are two primary types of Throttle Position Sensor (TPS): a potentiometer or a non contact sensor Hall Effect sensor (magnetic device). A potentiometer is a satisfactory way for non critical applications such as volume control on a radio, a wiper contact rubbing against a resistance element like dirt or wear between the wiper and the resistor can cause erratic readings. The more reliable solution is the magnetic coupling, which makes no physical contact, so will never be subject to failing by wear. This is an insidious failure as it may not provide any symptoms until there is total failure. All cars having a TPS have what is known as a 'limp home mode'. When the car goes into the limp home mode it is because the accelerator, engine control computer and the throttle are not connecting to each other in which they can function together. The engine control computer shuts down the signal to the throttle position motor and a set of springs in the throttle set it to a fast idle, fast enough to get the transmission in gear but not so fast that driving may be dangerous. Software or electronic failures within the ETC have been suspected by some to be responsible for alleged incidents of unintended acceleration. A series of investigations by the U. S. National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA) were unable to get to the bottom of all of the reported incidents of unintended acceleration in 2002 and later model year Toyota and Lexus vehicles. A February 2011 report issued by a team from NASA (which studied the source code and electronics for a 2005 Camry model, at the request of NHTSA) did not rule out software malfunctions as a potential cause. In October 2013, the first jury to hear evidence about Toyota's source code (from expert witness Michael Barr (software engineer)) found Toyota liable for the death of a passenger in a September 2007 unintended acceleration collision in Oklahoma.