В этом разделе представлены технологии используемые при индивидуальной калибровке систем управления на автомобилях с стандартными ЭБУ Январь-5 Январь-7 всех модификаций. Они могут использоваться как при глубоком тюнинге автомобилей ВАЗ, так и при установке и калибровке систем управления Январь на автомобили иностранного производства с 4-х цилиндровыми двигателями как атмосферными так и оснащенными турбокомпрессорами и другими системами forced induction.
На определенном этапе развития тюнинга двигателей автомобилей ВАЗ стали возникать задачи модификации системы управления двигателем для того, чтоб обеспечить индустрию «железного тюнинга» адекватными средствами менеджмента для нестандартных двигателей. Был сформулирован список приоритетных задач:
1) Выбор доступного дешевого промышленного контроллера системы управления впрыском топлива с возможностью расширения числа датчиков и исполнительных механизмов подключаемых к ЭБУ. (достаточным количеством внешних портов и каналов АЦП).
2) Полное изучение устройства, cхемотехники, и существующего ПО контроллера.
3) Создание альтернативного ПО контроллера для решения необходимых задач управления двигателем.
4) Создание программы для ПК, решающей задачи полностью автоматической настройки всех параметров системы управления двигателем, алгоритм настройки которых может быть реализован компьютером (топливные карты, карты обнаружения детонации, фаза впрыска и др.). При этом компьютерная программа должна в реальном времени производить настройку параметров, либо при использовании режима фиксации нагрузки на колесном (ступичном) стенде, либо при движении автомобиля по реальной дороге.
В результате анализа рынка были выбраны контроллеры Январь-5.1 с индексами -41 -61, эти контроллеры имеют на борту специализированный микропроцессор C509 с набором периферии для построения систем управления двигателем, производства фирмы Infineon (бывшая Siemens semiconductor). MCU имеет ядро совместимое по коду с MCS51, 128кб FLASH памяти программ с возможностью перепрограммирования в системе (без снятия ЭБУ). Контроллеры выпускаются серийно и доступны, продаются в любых магазинах авто-запчастей по всей территории России. Для решения необходимых задач (управление различными двигателями отличными от стандартного ВАЗовского) была написана прошивка J5LS.
Система управления на основе ЭБУ Январь-5.1-1411020-41 с прошивкой J5LS_V46, основные функциональные возможности.
Число цилиндров на управляемом двигателе — 4. (в планах создание систем работающих с 6-ю (3-мя) и 8-ю цилиндрами).
Число тактов двигателя — 4.
Число каналов форсунок — 4. (максимальный ток форсунки 2А, только высокоимпедансные форсунки, производительность от 100 до 800сс, рекомендуемые форсунки — BOSCH 150,155 series; Siemens DEKA 630сс; DENSO (WRX STI)). В версии J5LSDV46 — 8 каналов (2 ряда по 4 форсунки) работающие в фазированом режиме с настройкой баланса рядов. Возможно применение низкоомных форсунок (4-6 Ом) с балластными резисторами как на автомобилях Mitsubishi Evolution и Honda, либо низкоомных форсунок (2 и менее Oм) с 10-ти канальным контроллером Peak And Hold производства AEM.
Число каналов зажигания — 2. (максимальный ток выхода 10ма, внешний модуль зажигания ВАЗ или GM с встроенными электронными коммутаторами, работа с 4-мя цилиндрами в режиме ‘холостой искры’). При использовании одного или 2-х дополнительных коммутаторов производства DTT или BOSCH возможна работа с индивидуальными катушками, работа с катушками Diamond (Subaru), прямая работа с штатными катушками Mitsubishi Evolution. При этом могут имитироваться «усилители искры HKS» для данных автомобилей за счет настройки времени накопления энергии.
Тип Регулятора Холостого Хода — шаговый двигатель (аналог General Motors) или моментный мотор BOSCH-DENSO (аналог применяемых на волге).
Тип впуска двигателя — атмосферный, атмосферный-многодроссельный, приводной компрессор, турбокомпрессор.
Предельные обороты управляемого двигателя — 10200 rpm. (12750 rpm для J5LSDV46)
Реализованные методики оценки наполнения двигателя воздухом с использованием в качестве факторов нагрузки:
1) Термоанемометрического ДМРВ Bosch или Siemens (только для атмосферных двигателей).
2) Датчика абсолютного давления — MAP Sensor (атмосферные или -или турбокомпрессорные двигатели)
3) Положения дросселя (только для атмосферных двигателей c многодроссельным впрыском).
Выбор необходимого метода производится при калибровке двигателя.
Размерность основных таблиц — коррекция по топливу 32×16 (опционально 16×16), Target AFR — 16×16, УОЗ — 16×16. Настраиваемое квантование оборотов и нагрузок , для оборотов в пределах от 0 до 10200. для давления от 0 до 655 кПа.
Максимальное избыточное давление для компрессорного или турбокомпрессорного двигателя — 5.5 бар. (655 кПа Pabs).
Основные функции микропрограммы J5LS:
1) Управление топливоподачей двигателя в фазированном (staged, sequental) или попарно — паралельном (semi sequental) режиме впрыска топлива. Индивидуальный расчет топливоподачи для каждого цилиндра c возможностью индивидуальной коррекции производительности форсунок. Алгоритмы обеспечения надежного пуска и прогрева двигателя. Сложные модели расчета топливоподачи позволяют заменять форсунки изменив всего лишь один коэффициент производительности, изменять желаемый состав смеси не перенастраивая автомобиль (поскольку он в отличие от других систем он является частью формулы расчета топлива). Опционально возможна работа как в системах с регулятором давления топлива в рампе, связанного вакуумной трубкой с впускным коллектором, так и в «безсливных» системах, с регулятором давления топлива в бензобаке и отсутствующей обратной магистралью (в последнем случае используются моделирование расходной характеристики форсунок на базе априорных знаний давления на срезе форсунок, в атмосфере, в рампе).
2) Управление зажиганием в двигателе с возможностью индивидуальной для каждого цилиндра коррекции УОЗ и индивидуальным для каждого цилиндра детектированием детонации, с использованием широкополосного датчика детонации и цифровых процессоров обработки сигнала HIP9010 и HIP9011. Коррекция УОЗ по внешним факторам (температура охлаждающей жидкости и воздуха). Коррекция по внешнему входу (необходима при использовании разного топлива или закиси азота). Динамическая коррекция УОЗ при ускорении.
3) Поддержка различных датчиков скорости автомобиля с программируемым коэффициентом число импульсов/путь и определение включенной в данный момент передачи на основании соотношения обороты/скорость. Что позволяет использовать штатные датчики скорости Toyota, Mitsubishi и Subaru и реализовывать управление давлением наддува по передачам. Для J5LSDV — поддержка высокоскоростного датчика скорости (аналогичного датчикам АБС).
4) Boost контроллер работающий с трехвходовыми электромагнитными клапанами управления давлением, настраиваемый по передачам, учитывающий положение дросселя, с возможностью ручной подстройки давления с внешнего многопозиционного переключателя в заданных в программе пределах, коррекцией давления наддува по температуре воздуха, EGT или при обнаружении детонации. Ограничением давления по температуре ОЖ или в аварийных режимах до вестгейтной хар-ки. Возможно использование штатных клапанов c турбокомпрессорных автомобилей.
5) Мягкая плавающая отсечка (высокая точностью поддержания оборотов отсечки за счет управления зажиганием и защита от возможного обеднения при выходе времени открытия форсунок за 100% при эксплуатации двигателя). Отсечка по over boost заданному в программе. Подобные механизмы даже при использовании внешнего boost контроллера позволяют на 100% защитить двигатель от неадекватных действий пользователя! Возможна отсечка при определенных нагрузках по дросселю (может использоваться для обкатки).
6) ShiftLight — подключение внешней индикаторной лампы, настраиваемые пороги включения и выключения индикаторной лампы по оборотам, в зависимости от включенной передачи. Реализована также упрощенная версия shiftlight с использование лампочки CE в приборной панели для индикации порога отсечки.
7) Поддержка лампы индикации детектирования детонации.
8) Поддержка ступенчатых фазовращателей (2 концевых положения) реализованных в автомобилях Renault и Honda (b ser). 2 ступени управления VTEC (передача/обороты/дроссель). 2 таблицы VE для фазовращателей.
9) 2 ступени дискретного управления топливным насосом c использованием блока резисторов (часто встречается на автомобилях Тойота), а так же ШИМ управление контроллером топливного насоса (Subaru WRX 01).
10) Индикация перегрева двигателя мигающей лампой CE с заданием порога перегрева по температуре охлаждающей жидкости.
11) Подключение EGT cенсора, log EGT, и методики автоматического удержания EGT на определенном заданном пороге, путем обогащения топливоподачи при обнаружении нежелательного роста EGT. Другие алгоритмы связанные с повышением EGT (управление бустом).
12) Подключение контроллера широкополосного ДК Innovate LC-1, широкополосное лямбда — регулирование во всех режимах работы двигателя по оборотам и нагрузке. Автоматическая адаптация компенсационных топливных карт блока управления по памяти обучения алгоритма ШДК регулирования (automapping). В совокупности с плавающей отсечкой алгоритм регулирования обеспечивает 100%-ю защиту двигателя от выхода из строя при любой неисправности в системе топливоподачи (при обнаружении обеднения в какой либо режимной области, ШДК регулятор будет корректировать подачу топлива, увеличивая время впрыска, если форсунки выдут на 100% открытия — механизм «плавающей отсечки» снижая порог отсечки топливоподачи обеспечит блокировку работы двигателя в этом режиме).
13) Самодиагностика датчиков и исполнительных механизмов системы с активацией аварийных алгоритмов управления двигателем при обнаружении неисправностей датчиков. Визуальная индикация неисправности.
14) Замеры ускорения коленчатого вала и маховика в автоматическом режиме с фильтрацией результатов измерения. (может быть использовано для настройки УОЗ и положения распределительных валов двигателя и изучения работы нестационарных режимов, а также при некоторых дополнительных исследованиях — для измерения крутящего момента и мощности атмосферного двигателя и построения многомерных графиков этих параметров в различных режимах работы двигателя по оборотам и нагрузке, измерения совокупных механических потерь в двигателе, оценка шума создаваемого механизмом ГРМ и наличия кинематических проблем в парах кулачок-толкатель).
15) Реализация 2-х протоколов связи — стандартного KWP2000 и высокоскоростного асимметричного протокола передачи данных для слежения за поведением системы управления в нестационарных режимах работы, с авто формированием пакетов с заданным низким интервалом (10-40мс). Обеспечивает работу функции замеров ускорения по маховику, отслеживание расчетных задержек по углу, работу функции обогащения при разгоне, работу ПИ регулятора ХХ в реальном времени.
16) Поддержка до 7 датчиков для телеметрирования параметров двигателя и трансмиссии — температура и давление масла, температура и давление топлива, температура воздуха и масла в элементах трансмиссии, противодавление выхлопа или дифференциальное давление в горячей части турбокомпрессора. (с доработкой ЭБУ).
17) Система traction control позволяющая контролировать ускорение маховика на 1 и 2 передачах и путем управления зажиганием двигателя исключать пробуксовку ведущих колес автомобиля при движении (cheap traction). А также работа с внешним модулем traction control использующем как критерии управления моментом датчики на ведомых колесах автомобиля или акселерометры. Для J5LSDV — полноценный модельный traction control с использованием информации о скорости ведомых колес и информации о состоянии трансмиссии (положение секвентального барабана выбора).
18) Некоторые калибровки системы имеются в 2-х вариантах с возможностью их переключения по заданным критериям (внешний вход, определенный диапазон дросселя, определенный диапазон напряжений) при этом использование 2-го варианта каждой калибровки можно запретить, даже если созданы необходимые условия для ее использования. Эта опция может быть использована для реализации системой управления следующих функций: Впрыск закиси азота (управление клапаном, коррекция УОЗ и топлива),кондиционер (управление муфтой, коррекция уставки РХХ и оборотов ХХ, опрос и пороговый контроль датчика давления хладагента), работа с автоматической трансмиссией(коррекция оборотов), Использование альтернативного топлива (2-е карты смеси и базового УОЗ), итп. в зависимости от необходимости. Любая из карт 2-го набора калибровок может быть опционально разрешена (будет использоваться) или запрещена (не будет использоваться) при активации 2-го набора.
19) Автоматическая стартовая программа (Launch Control), реализованная для упрощения старта автомобиля в дисциплинах Drag-Racing. С возможностью ручного выбора режимов работы (номер программы автостарта) с помощью многопозиционных переключателей подключенных к ЭБУ. Фактически позволяет ограничивать обороты двигателя на 1-й передачи законом от времени LimRPM=F(time) при этом сама функция может гибко настраиваться. На турбокомпрессорных двигателях старт осуществляется с оборотов на которых есть избыток. Удерживание двигателя на этих оборотах происходит с применением сложного алгоритма отскоков и УОЗ и пропусков воспламенения, обеспечивающих высокий расход выхлопных газов и таким образом поддержание высоких оборотов турбокомпрессора (внимание: Допустимо применять только в соревнованиях, ресурс турбокомпрессора может радикально снизится при использовании этой функции)..
20) Функция Flat Shift (только для версии J5LSDV46) — отключение зажигания при переключении передач, позволяет максимально эффективно переключать передачи на кулачковой секвентальной трансмиссии без сброса газа (что очень важно для турбокомпрессорного двигателя).
21) Поддержка шаговых РХХ GM и моментных РХХ BOSCH, DENSO, поддержка штатных РХХ Subaru WRX, Toyota Celica ST205, Mitsubishi Evo.
22) Регистратор критических и общих параметров двигателя. В микропрограмме задается несколько порогов по температурам, оборотам, давлению, скорости автомобиля. Регистрируется время работы двигателя с превышением любого из этих порогов. Так же регистрируется время работы двигателя: общее, на холостом ходу, с детонацией, с индикацией перегрева, с горящей лампой индикации ошибок СЕ. Регистрируется пробег автомобиля с точностью до метра, и количество пусков двигателя. Данные регистратора доступны при диагностике. Хранятся в энергонезависимой памяти. Защищены от несанкционированной модификации (шифрование, контрольные суммы, обнуление по паролю).
23) Фазовращатель. Позволяет использовать широкофазные валы без каких либо проблем с холостыми. Представляет собой набор из парных калибровок VE и базовых УОЗ, логику интерполяции VE в зависимости от скорости поворота фазовращателя, целевые калибровки переключения клапана фазовращателя. Базовые алгоритмы взяты из ЭБУ Sirius 34, функция отлаживалась на двигателе 4G63 — Mitsubishi EvoIX.
Общие исторические сведения.
Первоначально прошивка могла устанавливаться только в различные модификации ЭБУ Январь-5.1, однако в мае 2006 она была портирована для ЭБУ VS-5.1 старой модификации производства НПО Ителма, а в ноябре появился первый порт под ЭБУ Январь-7.2 (в котором к сожалению из за более скромных возможностей железа Я-7.2 пришлось отказаться от некоторых функций — например управления давлением наддува). Прошивка является одной из немногих поддерживающих новые контроллеры Январь-5.1 с ИМС детонации HIP9011 (выпуска 2005-2006 года). В прошивку были введены специальные протоколы расширенной диагностики для работы в составе комплекса «Матрица» и упрощения ее настройки. В марте 2008 года появился вариант прошивки названный J5LSDV46 (Light Sport Drag) в котором сохранена алгоритмическая база и проведена огромная работа по оптимизации и переносу кода расчета топливоподачи в главный цикл, что позволило добавить 2-й ряд форсунок и обеспечить управление и адекватную настройку двигателя на оборотах до 12750. В декабре 2010 получило развитие ответвление J5LS_S46 — эта прошивка работает с упрощенным репером ДПКВ 12-3 в двигателях с оборотами вплоть до 20000rpm (мото техника).
Опишем некоторые недостатки заводского п.о. (c точки зрения его калибровки и алгоритмов работы):
1) Отсутствует четкая связь между УОЗ и дросселем и 2 зоны режимов не позволяют четко связать желаемый состав с положением дросселя. Это требует сложных механизмов для снятия логов работы двигателя и определения зон (мощностной — экономичной) чтоб объективно выбрать проблемную режимную точку двигателя требующую коррекции. Все это сильно усложняет настройку нестандартного двигателя.
2) Динамическая ошибка циклового наполнения воздухом, которая остро проявляется на двигателях с нестандартными распределительными валами и(или) геометрией впуска и выпуска усугубляет вышеописанные факторы.
3) Программа содержит множество лишних веток, множество лишних калибровок, которые в финальной стадии либо вообще не участвуют в управлении либо их вклад незначителен и они не могут быть адекватно настроены в условиях «тюнинг центра», однако они рассчитываются на протяжении всего алгоритма цикла или в прерывании ДПКВ, что замедляет работу программы и отрицательно сказывается на управлении двигателем на высоких оборотах. Из за этого многие полезные алгоритмы разработчики были вынуждены ограничить планкой оборотов двигателя.
4) Штатная программа рассчитана только для работы с ДМРВ, хотя неплохо было бы иметь более дешевую и надежную (пусть и сложную в калибровке) альтернативу — ДАД и ДТВ. Которая обладает намного меньшей инерционностью в расчетах и позволяет достичь наилучших показателей управления для нестандартного двигателя. Например отзывчивости двигателя на дроссель. Но в тоже время не страдает недостатками «чисто дроссельного» механизма расчета топливоподачи.
Основной целью при разработке П.О. J5LS было устранение указанных недостатков. И эта цель была достигнута. Наконец-то автомобиль приобрел четкую связь между динамикой и положением дросселя. Реакция на дроссель стала более чуткой, поскольку вместе с положением дросселя и углы и состав смеси изменяются довольно быстро. А в случае применения ДАД — вообще мгновенной.
Что же было сделано в самом начале:
— Зоны режимов по дросселю были убраны, таким образом в программе больше нет мощностного, экономичного и переходных режимов. Теперь настройщику не нужно заботится о настройке нескольких взаимно не пересекающихся таблиц, достаточно грамотно выстроить одну единственную.
— Состав смеси в рабочем режиме определяется трехмерной таблицей 16×16 Состав смеси, в которой фактором нагрузки является положение дроссельной заслонки. Все другие таблицы состава из программы удалены. Таблица Состав смеси при работе с нейтрализатором заменена на жестко прописанный в программе коэффициент 14.7, таким образом в программе оставлена возможность работы с стандартным L зондом. Вторая таблица состава 16×16 служит для компрессорных и турбокомпрессорных двигателей и определяет состав смеси в зависимости от оборотов и давления в впускном тракте, шаг сетки давления может быть изменен по желанию калибровщика, система может работать с любыми разумными значениями избыточного давления (до 5атм).
— Введена тарировка, определяющая зону L-регулирования по дросселю, положение дросселя ниже этой линии разрешает лямбда — регулирование, режим выше линии считается мощностным, и там регулирование запрещено. В случае использования широкополосного ДК регулирование работает во всех режимах работы двигателя.
— УОЗ в рабочем режиме задается 3d таблицей (дроссель — обороты или давление — обороты) , все остальные таблицы удалены, режим рециркуляции отработавших газов убран из программы, УОЗ при работе с нейтрализатором также берется из таблицы базового УОЗ. Поскольку подобный механизм задания УОЗ опережает условия сгорания в цилиндрах и физически не способен вызвать детонацию при резких открытиях дросселя, по этому динамическая коррекция УОЗ так же была убрана за ненадобностью. В турбо версии УОЗ зависит от давления в ресивере.
— Квантование оборотов изменено, убраны лишние точки на низких оборотах и наоборот добавлены на высоких. При создании таблицы квантования преследовалась цель на высоких оборотах получить ровный шаг 500rpm между точками. Последняя режимная точка по оборотам — 8000rpm. Отсечка может быть установлена в 10200rpm (12750 rpm в J5LSDV). На имитаторе ДВС был произведен тест системы управления c прошивкой J5LS в условиях 100% нагрузки с всеми подключенными датчиками, в результате выяснилось, что микропрограмма способна адекватно управлять двигателем, производить все необходимые расчеты, диагностические тесты, обеспечивать связь с диагностическим компьютером до 10500rpm, после чего происходит перекрытие 20мс цикла расчетов. Примерно на 12000 расчеты главного цикла полностью блокируются системой и контроллер сбрасывается, таким образом работа на этих оборотах для прошивки J5LS невозможна. Такой же тест на J5LSDV46 показал что вплоть до 12750 rpm обеспечивается устойчивая связь с компьютером и все необходимые расчеты.
— Для поверхности поправки циклового наполнения при работе с ДАД число ячеек по оборотам было опционально увеличено до 32, таким образом возможно использование топливной карты 32×16, что делает управление двигателем с рваным протеканием наполнения а следовательно и моментной характеристики (широко фазными валами) более точным.
— Все калибровки нацеленные на алгоритмы снижения токсичности (сложные механизмы коррекции уоз на прогреве) убраны. Также убраны малозначительные калибровки алгоритма, влияние которых было практически незаметно в реальных составах и углах, однако их расчет занимал некоторое время.
— Прошивка реализует множество вариантов расчета входящего воздуха, которые выбираются при ее конфигурации:
1) Классический — c использованием ДМРВ термоанемометрического типа (стандартные автомобили c стабилизацией ХХ).
2) По абсолютному давлению в ресивере (ДАД) и температуре воздуха (ДТВ). (глубокий тюнинг с стабилизацией ХХ).
3) По положению дросселя с коррекцией по температуре воздуха и давлению атмосферы (опционально). (Двигатели с многодроссельными впускными узлами не соединенными общим каналом, с отсутствующими механизмами стабилизации ХХ и отсутствующими РХХ регуляторами).
4) ДАД+ДТВ c использованием абсолютного давления в качестве фактора нагрузки (компрессорные и турбокомпрессорные двигатели). Прошивка может работать с любым ДАД. Имеет функцию расчета дополнительного топлива по скачку давления на впуске (важный момент для управления турбокомпрессорным двигателем). Имеет специализированные алгоритмы управления турбодвигателями — контроль давления наддува, управление клапаном waste gate, поддерживает датчики температуры выхлопных газов (штатный от Subaru WRX) и позволяет предотвращать перегрев выпускного коллектора и улитки турбины путем ограничения состава смеси от температуры выхлопных газов.
Прошивка является единственной, работающей одновременно в нескольких ЭБУ совместимых исключительно по применяемому в них микроконтроллеру и поддерживающей связь с контроллером широкополосного датчика кислорода.
Следует заметить, что при всех своих достоинствах сама по себе прошивка J5LS не является классической «тюнинг — прошивкой», не предназначена для работы в двигателе в виде «как есть» (хотя конечно технически — может), и не продается конечным пользователям. Она используется только для создания на ее основе индивидуальных прошивок, для нестандартных двигателей и настраивается только с помощью комплекса «Матрица», без которого соответственно не продается даже специалистам по настройке двигателей. Прошивка J5LS постоянно обновляется и модифицируется, реализуются новые алгоритмы управления, устраняются обнаруженные недостатки идет работа над совершенствованием алгоритмов нацеленных на управление турбокомпрессорным двигателем, в прошивке могут быть реализованы абсолютно любые алгоритмы управления двигателем и его системами если такая реализация физически возможна на контроллере Январь.
Модификация — J5LSDV46.
В начале 2008 года у нас возникли проблемы, связанные с тем, что производительности самых больших доступных на аукционах заводских высокоомных форсунок (в то время ими были так называемые «Siemens DEKA 630cc») впервые оказалось недостаточно для сконструированного в компании DTT Motorsport двигателя ВАЗ-2112, предназначенного для участия в соревнованиях по Drag Racing. Пролив на специально сконструированном стенде около десятка различных высокоомных форсунок, предлагаемых такими гаражно подвальными фирмами как RC-Engenering, SARD, POWER Enterprise, и др.. мы получили чрезвычайно неудовлетворительные результаты, сравнимые с результатами, которые обеспечивают форсунки, у которых просто болгаркой отпилили сетки. Форма факела и размер частиц топлива оставляли желать лучшего, и абсолютно все они уступали ранее тестируемым заводским образцам форсунок Siemens DEKA, DENSO WRX-STI и др. Одним из выходов могло бы быть использование контроллера низкоомных форсунок Peak and Hold (производства AEM) и форсунок BOSCH 1600cc предназначенных для автомобилей VW GOLF-4 работающих на спиртовом топливе (рынок Венесуэлы и др.) однако это решение требовало приобретения дорогих контроллеров, новых дорогих форсунок, и не было никакой гарантии, что факел этих форсунок устроит нас (позже мы неоднократно использовали форсунки bosch 1600 и AEM P&H).. Кроме того динамика работы таких форсунок на малых временах впрыска даже с применением P&H контроллера могла оказаться неудовлетворительной из за их огромной производительности, и фактически на выходе мы могли получить решение, аналогичное параллельному включению 2-х рядов обычных форсунок, что вызвало бы проблемы в настройке малообъемных двигателей на режимах частичных нагрузок и холостого хода. Решение проблемы на тот момент могло быть только одно — добавить в систему 2-й ряд форсунок, и создать программу с полностью раздельным управлением рядами, и возможностью выбора закона подачи топлива по рядам с учетом всех необходимых факторов нагрузки и оборотов.
Сама идея была не нова — 2-мя рядами форсунок ранее могла управлять система J5Sport. Однако она принципиально не могла работать на турбокомпрессорном двигателе и не работала в фазированном режиме впрыска, который необходим для форсунок такой производительности. Поэтому было решено взять за базу J5LS. Таким образом решив требуемую задачу мы смогли бы использовать заводские розовые форсунки Subaru WRX STI, имеющие производительность 547сс при давлении топлива 3bar и подающие топливо через 8 калиброванных отверстий. Пара таких форсунок на цилиндр имея идеальный распыл, будет обладать производительностью почти 1100сс, что как минимум на пару лет обеспечит необходимые потребности топливоподачи для наших реальных двигателей.
Кроме того необходимо было увеличить предел по оборотам для управляемого двигателя не меняя проверенные физические модели расчета топливоподачи и УОЗ в ЭБУ, в условиях чрезвычайной недостаточности производительности его процессора. Для чего следовало некоторым образом изменить алгоритм расчета топливоподачи, перейдя от расчета по углу поворота КВ к расчету по времени (более выгодному с точки зрения использования ресурсов MCU).
Все эти задачи в кратчайшие сроки были решены в прошивке J5LSDV46!
Прошивка J5LSDV46 в настоящее время по всем параметрам превосходит комплекс J5Sport. Поскольку прошивка предназначена для двигателей с чрезвычайно высокой удельной мощностью, предполагается использование широко фазных распределительных валов, таким образом ее карты базового циклового наполнения и волюметрической эффективности существуют только в вариантах «с высоким разрешением поверхностей» — 32 точки по оборотам и 16 по нагрузке. Прошивка работает исключительно с MAP сенсором, MAF не поддерживается.
В настоящий момент прошивка J5LSDV46 установлена на автомобиле ИЖ-2126 с двигателем ВАЗ-2112 турбо. 3.мая.2008 на динамометрическом колесном стенде компании R2Racing с этого двигателя было снято 530cил и 420nm, что и сейчас является рекордными показателями для двигателя объема 1500сс построенного на компонентах ВАЗ! Двигатель с тех пор прошел 1 гоночный сезон, и в настоящее время находится в полностью работоспособном состоянии.
Программа автоматической настройки прошивок ПАК Матрица.
Инженерный ЭБУ J5 ONLINE tuner является удобным средством для калибровки программного обеспечения для автомобилей, однако возможности его управляющей программы и оборудования поставляемого SMS-Software оставляют желать лучшего и фактически не позволяют настраивать двигатели иначе как «тыкая пальцем в небо», что увы сложно делать на движущемся с высокой скоростью автомобиле, таким образом это оборудование фактически является просто игрушкой, и настроить на нем что-либо, кроме холостого хода, практически нереально. C появлением на рынке недорогих широкополосных измерителей остаточного кислорода в выхлопных газах от фирмы innovate motorsport и после некоторых положительных опытов с ними, появилась идея использовать их для настройки системы управления в автоматическом режиме, поскольку ручная настройка не страдает объективностью и является чрезвычайно утомительным занятием, к тому же не очень хорошо сказывается на двигателе в случае больших расхождений состава в начале настройки. Поэтому задача сводилась к написанию автоматической программы, способной в реальном времени снимать показания желаемого и реального составов смеси с работающего ДВС и непосредственно в ЭБУ исправлять ошибку состава в конкретной режимной точке. Так был разработан программно-аппаратный комплекс Матрица. Позже его функциональность была значительно расширена.
ПАК «Матрица» содержит в своем составе диагностический компьютер (ноутбук), к которому с помощью специального адаптера Serial-USB подключается широкополосный измеритель свободного кислорода фирмы Innovate, а также инженерный ЭБУ Январь-5( или Январь-7.2)-Online tuner v1.10, и комплекта специального программного обеспечения для одновременного управления этими устройствами в составе комплекса. «Матрица» может работать с любыми прошивками для инженерных ЭБУ Январь-5 или Январь-7, однако все ее алгоритмы могут быть задействованы только при применении микропрограммы J5LS.
Базовые принципы определяющие алгоритм настройки топливоподачи.
Предположим, что мы имеем четкий математически верный алгоритм управления в ЭБУ (связь воздух-топливо), однако, несмотря на это, в системе управления возникают ошибки, которые определяются внешними независимыми факторами. Если мы возьмем любую статичную режимную точку (по оборотам и нагрузке), то ошибки возникающие в этой точке мы сможем разделить на 2 группы:
— Пропорциональные (которые можно исправить, умножив (или поделив) значение на поправочный коэффициент)
— Аддитивные (которые исправляются путем добавки (вычитания) поправки).
Рассмотрим типичные пропорциональные ошибки, которые могут возникать в системе управления двигателем:
— Ошибки подачи топлива по расчетному массовому значению. Суть которых в том, что реальная топливоподача не соответствует той которую рассчитывает программа в ЭБУ! Этому может быть много причин — несоответствие статической производительности форсунок заложенной в П.О. истинной производительности форсунок вследствие незнания калибровщика, ошибки, или засорения форсунок или несоответствия давления в топливной рампе желаемому вследствие разброса параметров регулятора, применения нештатного РДТ, а так же недостаточной производительности насоса при больших расходах (последнее впрочем является неисправностью).
— Ошибки расчета циклового наполнения воздухом двигателя. Когда в ЭБУ на некоторых режимах не поступает истинный расход воздуха. Причиной этому может быть несоответствие сигнала с ДМРВ реальному расходу воздуха, вследствие изменения геометрических параметров впуска двигателя (паразитные резонансные явления), некомпенсированные обратные выбросы возникающие на низких оборотах в результате применения распределительных валов с широкими фазами, либо неисправности самого ДМРВ. Некомпенсированные ошибки ДМРВ от изменения температуры, давления, и влажности воздуха в атмосфере. Неправильная тарировка ДМРВ, разброс тарировки в некоторых пределах. Также неправильные тарировки ДАД и ДТВ (если прошивка использует их для определения расхода воздуха).
— Ошибки алгоритма управления в результате неправильной калибровки системы управления (например: неправильные значения в таблице ⌠поправка ЦН или ⌠начальная коррекция топливоподачи), ошибки в других калибровках так или иначе связанных с подачей топлива.
Аддитивных ошибок несколько меньше, в основном основная ошибка √ смещение форсунок. Форсунка фактически является электромеханическим устройством, поэтому она не может открыться мгновенно, это связанно с различными факторами, в основном с тем, что ток (как и энергия) в катушке форсунки нарастает за какое-то время интегрально. Смещение связанно с напряжением питания системы (ток зависит от приложенного к форсункам напряжения), при смене одних форсунок на другие не всегда возможно точно определить новые динамические характеристики, и правильно их задать в калибровках ЭБУ. Таким образом может возникнуть расхождение между реальным временем переходного процесса в форсунке (лага форсунки) и заданным в калибровке «динамическая производительность форсунок».
Проблема усугубляется, когда ошибки начинают складываться друг с другом и в результате реальный состав смеси не имеет ничего общего с желаемым (назовем его — максимально эффективным) составом смеси, вплоть до потери 10% мощности двигателя, или перерасходу топлива на режимах низких нагрузок (в моей практике встречались случаи 2-х кратного перерасхода топлива автомобилем). Это создает определенные трудности для калибровщиков, связанные с тем, что даже при великолепном знании теоретических критериев выбора составов смеси и углов, в разных режимах работы двигателя, практически они не могут создать что-то более менее пригодное для эксплуатации не имея под руками реального автомобиля, на котором должна работать программа, и не проведя серию практических тестов с контролем состава смеси а также условий ее горения (наличия детонации или перегрева двигателя) по приборам.
Фактически если мы рассмотрим все ошибки то придем к выводу, что в каждой конкретной режимной точке по оборотам и нагрузке большую часть из них мы можем компенсировать всего одним умножением (в том числе и динамику форсунок, поскольку в конкретной режимной точке по оборотам и нагрузке в стационарном режиме работы системы управления у нас фиксированная подача топлива и соответственно время впрыска). Это не совсем справедливо для стандартных прошивок, так как в них «поправка ЦН» зависит от дросселя, а состав (и подача) зависит от расхода воздуха (с ДМРВ), таким образом в одной и той же режимной точке по дросселю и оборотам может быть разная подача топлива, поскольку режимная точка по расходу воздуха и оборотам будет другой и не вполне понятно, какая таблица будет используется «мощностная» или «экономичная», но даже такие расхождения в стандартных прошивках делают настройку вполне приемлемой. В прошивках J5LS этот недостаток устранен и таким образом они идеально подходят для настройки по этой методике. Впрочем, и на стандартных прошивках такая настройка дает великолепные результаты, (лучше, чем с другими методиками), позволяя свести разницу между реальным и желаемым составом смеси (ошибку регулирования) до предела +.- 0,1 по отношению Воздух/Топливо.
Исходя из вышесказанного, нужно ввести в ПО ЭБУ всего лишь один коэффициент в виде 3d таблицы который определяется фактором нагрузки и оборотами двигателя и позволяет компенсировать возможные отклонения реальной топливоподачи от желаемой. И такая таблица в ПО Января уже есть это ⌠поправка Циклового Наполнения, если мы, основываясь на объективных факторах, выставим в ней нужные коэффициенты мы получим настроенную (по топливу конечно) машину, у которой желаемый и реальный составы смеси будут точно совпадать во всем диапазоне работы двигателя. А такими объективными факторами, например, может являться разница между желаемым и реальным составами топливовоздушной смеси.
Как работает Матрица:
— Устанавливается связь с J5 online tuner и контроллером широкополосного датчика кислорода (подключены через 2-х портовый USB-COM адаптер к ноутбуку, в случае с контроллером Innovate LM2 — напрямую к USB).
— Производится проверка соответствия п.о. в ЭБУ и п.о. в выбранном пользователем файле. В случае несоответствия программы — «Матрица» сообщает калибровщику о необходимости перепрограммировать ЭБУ или изменить конфигурацию.
— Все калибровочные данные из считанного файла записываются в память ОЗУ ЭБУ для синхронизации прошивки в файле и ЭБУ (в случае если файл редактировали).
— Раз в 50-100мс производится запрос текущих параметров системы управления из инженерного ЭБУ и отображение их на дисплее ПК, кроме того 61 текущий параметр системы управления сохраняется в специальном файле CSV (данные с известным сепаратором), доступными для анализа в программах типа Excel, либо автоматических программах анализа (например для построения таблицы фазы впрыска).
— Проверяются условия регулирования:
1) Режимная точка (обороты и дроссель) стабильна в течении 200мс — т.е. система находится в стационарном режиме..
2) Двигатель и лямбда-зонд прогреты до необходимых температур, показания лямбда зонда истинные в течении как минимум 200мс.
3) В течение 0.5мс не был активен режим отсечки топлива (ЭПХХ или блокировка по оборотам)
4) Дополнительная подача топлива (ускорительный насос) также отсутствовала в течение минимум 0.5с
Если все условия соответствуют производится регулирование в текущей режимной точке, при этом данные мгновенно записываются в память инженерного ЭБУ. Также регулируются все соседние с текущей режимные точки, с использованием функции ограничивающей отклонение соседних точек (сглаживается поверхность и ускоряется регулирование). Регулирование производится 2-мя алгоритмами грубым и точным. Грубый нужен чтоб быстро приблизится к желаемому составу, точный для окончательной настройки. Одновременно с записью в ЭБУ программа сохраняет все новые коэффициенты в файл прошивки.
Для новых версий J5LS подобный алгоритм реализован в самой прошивке.
Обучение таблицы БЦН.
Программа при работе автоматически создает таблицу «базового циклового наполнения», при этом используются механизмы экстраполяции результата обучения на соседние c текущей режимной точки.
Настройка таблицы фазы впрыска.
Если в системе управления есть датчик фаз и известны фазы распределительных валов (угол открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов) — программа может создавать таблицу «фаза впрыска» по нескольким заданным пользователем критериям, для таких расчетов программа использует время впрыска и обороты коленчатого вала, несложный пересчет позволяет перейти к угловым временам выраженным в градусах по КВ. И в зависимости от заданных критериев обеспечить впрыск порции топлива в определенном угловом повороте впускного распределительного вала (открытый или закрытый клапан). Программа реализует 5 различных алгоритмов по рекомендациям Motec, AEM (aem efi basics v1.3), Гирявеца (Теория управления автомобильным двигателем) итд.
Уоз на частичных нагрузках.
В программе реализована модель позволяющая выстраивать УОЗ на частичных нагрузках экстраполируя таблицу базового циклового наполнения. Суть данного метода в том, что если мы возьмем линию по нагрузке, то характеристика изменения УОЗ на этой линии будет обратная характеристике изменения наполнения, т.е. минимальный УОЗ будет там где наполнение максимально и наоборот. Таким образом выстраивание поверхности УОЗ на атмосферном двигателе сводится к выстраиванию 2-х линий 100% дросселя и 0% дросселя, остальные же выстраиваются автоматически, что сильно упрощает настройку таблицы УОЗ для любого нестандартного двигателя, и не требует от настройщика глубоких знаний и представлений о форме поверхности УОЗ.
Механизм обнаружения детонации — детонационные фильтры, нормализация ADET.
Не секрет, что зачастую при настройке нестандартных двигателей встречаются ситуации повышенной шумности ДВС. Как правило это двигатели в которых имеются конструктивные просчеты в профиле кулачков распределительных валов (на сбеге), вызывающих своеобразный шум в ГБЦ. Этот шум отчетливо слышен от двигателя, как показывает практика шум живет сам по себе и даже не влияет на износ деталей ГБЦ. Однако один недостаток у этого шума все же есть, он вызывает т.н. ‘проблему ложного детектирования детонации системой управления Январь-5’, эта проблема была обнаружена нами во времена первых версий «матрицы», когда в логе диагностики стало возможно наблюдать поцилиндровый отскок УОЗ по детонации, ранее технических средств позволяющих отслеживать подобное попросту не было (угол отображаемый в диагностике не учитывает поцилиндровый отскок и соответственно может ничего общего не иметь с реальным реализуемым системой УОЗ), и причину неудовлетворительной динамики двигателей либо вообще не пытались искать в системе управления, либо понимая задним умом — чрезмерно задирались углы. Когда проблема была более менее изучена — стали отключать датчики детонации и пытаться в ручную подстроить фильтры. Однако зачастую ручная подстройка приводила к неадекватному детектированию реальной детонации на некоторых участках. Для решения этой задачи был разработан механизм настройки фильтров. Механизм достаточно сложный и использует новые параметры пакета диагностики, доступные только в прошивке J5LS_V43 и только в ЭБУ Январь-5 (на ЭБУ Январь-7 подобные проблемы до настоящего времени до конца не изучены, и настройка серьезных двигателей на этом блоке управления затруднена). Настройка фильтров возможна только на полностью прогретом двигателе в котором прошла адаптация канала детонации по шуму. Для настройки выбираются заведомо безопасные значения УОЗ — не приводящие к детонации ни при каких условиях. Переменные, определяющие уровень в канале детонации каждого цилиндра двигателя используются для создания оценочной шумовой картины в текущей режимной точке. Для этого в условиях стационарности режимной точки по оборотам и дросселю определяется «средний уровень шума» Nm представляющий сумму всех дискретных значений с каждого канала (цилиндра)/количество значений, и «пиковый уровень шума». Np — макс значение шума, результирующий оценочный уровень шума двигателя Nr вычисляется по формуле Nr=(Nm+(Np-Nm)*(100+Kn)/100)*(100+Kz)/100. Коэффициенты Kn и Kz задаются в конфигураторе «Матрицы» в % и по умолчанию = 80 и 30. После расчета производится оценка текущего состояния фильтра, путем сравнения полученного уровня шума и действующего порогового уровня Nl полученного от ЭБУ в диагностическом пакете. Если Nl<Nr — возможно ложное детектирование детонации в текущей режимной точке, что требует увеличения значения фильтра. Если Nl>Nr — значение фильтра надо наоборот уменьшить. В идеале Nl стремится к Nr (никаких действий не производится). Результат регулирования любой точки как и во всех поверхностях распространяется на соседние, но в случае с фильтрами шума впервые была применена методика с разными экстраполирующими коэффициентами для оси оборотов и оси нагрузки, что позволило относительно быстро выстраивать таблицу фильтров с необходимой точностью.
Прочие сервисные функции.
Программа также позволяет отслеживать нехватку производительности форсунок. И отображает % их открытия. Используя Широкополосную лямбду LM-1 опытный калибровщик можно легко заподозрить и с вероятностью 95% определить причину неисправностей в двигателе и его системах (подсос воздух, нехватка производительности бензонасоса или форсунок, пропуски зажигания и даже старые свечи с пробоем на изолятор). Программа позволяет напрямую управлять положением РХХ, фазой впрыска, УОЗ, коэффициентом коррекции топливоподачи. Автоматически распознаются прошивки и выбирается режим настройки. Все характеристики системы управления сохраняются в виде логов (файлы формата CSV) которые могут быть открыты в любой программе для работы с данными с известным разделителем, например excell.
П.о комплекса написано целиком на Ассемблере X86 для работы в ОС Windows 98/me/nt/2000/xp, требует наличия в компьютере 2-х COM портов (или USB-COM адаптеров на чипах FTDI поддерживающих скорости 10400bps).
