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).
— 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).
Цена 12 000 руб. + 3000 цена на второй блок .
Цена прошивки j5ls 3000 руб. + 3000 руб. турбо версия .
Материал предоставлен Emmibox. Оригинал статьи http://rotorman.nm.ru/j5-sport/matrix.dhtml
