Przeszukaj forum

Chciałbym przedstawić mój projekt, który traktuję jako hobbystyczny, będący w rozwoju od kilku dobrych lat, w zależności od tego na co pozwala mi tzw. "normalne życie", i wszelakie ograniczenia z nim związane. Jestem pasjonatem motoryzacji wszelakiej. Odkąd zrobiłem prawo jazdy, i zderzyłem się z przykrą rzeczywistością polskich warsztatów, i tego jak one traktują klienta, i swoją pracę, zacząłem się interesować kwestiami serwisu, budowy silników, i wszystkiego co z tym związane. Zaczynałem od etapu "otwieram maskę, i nie do końca wiem na co patrzę". Obecnie własnoręcznie buduję silniki, wraz z elektroniką sterującą. Moim pierwszym autem był Ford Escort z silnikiem 1.8D. Stara, wolnossąca jednostka, która nie miała żadnej elektroniki sterującej. Czysta mechanika. Przejechałem tym autem dziesiątki tysięcy kilometrów. Mam zarówno do tego auta jak i tego konkretnego silnika sentyment, pomimo że był wolny, stosunkowo głośny, i problematyczny w zimie. Kilkanaście lat temu wpadłem na pomysł, by "dla sportu" rozebrać ten silnik (kiedy miałem już inne auto oczywiście), i zobaczyć jak to wszystko jest zbudowane od wewnątrz. Miałem wtedy już jakieś doświadczenie z mechaniką silnikową - nie sprawiało mi problemu np. by wymienić rozrząd, itp. Ale jak to ja, stwierdziłem że to za mało - jak już rozbiorę ten silnik, to spróbuję go złożyć na nowo... ulepszając. I tak narodził się mój projekt - zbudowałem sobie hybrydę 1.8D/TD/TDDI (dla fordziarzy dieslowców te skróty coś faktycznie oznaczają! ), a wchodząc głębiej w szczegóły - był to silnik który zachowując zelety pancerności starego 1.8D, wprowadzał jedną, podstawową modyfikację - zmianę sposobu wtrysku paliwa z tzw. "pośredniego" na "bezpośredni". Z tym wiązało się mnóstwo innych rzeczy które trzeba było ogarnąć - np. pompa wtryskowa, wtryskiwacze, turbo, ustawienie tego wszystkiego... No ale zaraz zaraz. Co to ma wszystko wspólnego z tym portalem (bynajmniej nie motoryzacyjnym)? Bo w międzyczasie narodził się pomysł, by do tego silnika (który finalnie wylądował w starej, ale odnowionej blacharsko Fieście), zbudować coś na kształt ECU. Na początku plany były skromne - ot, chciałem mieć ładną wizualizację parametrów silnika. Temperatura, ciśnienie doładowania... Zamiast kilku wskaźników montowanych nie wiadomo gdzie, nie pasujących do auta (miłośnicy tunningu wiedzą o czym piszę), fajnie by było mieć to wszystko na jednym wyświetlaczu. I tak narodziło się to: Na początku był to stosunkowo prosty układ, który głównie odpowiedzialny był za monitorowanie temperatury (chłodziwa/oleju), dolotu, ciśnienia doładowania, temperatury spalin, obrotów silnika, i obciążenia, które w późniejszym etapie wykorzystałem do sterowania turbiną o zmiennej geometrii. Projekt powoli się rozrastał. Pozwolił mi na zestrojenie auta tak, że uzyskałem ok. 170KM. Niestety, z czasem zaczęły mi przeszkadzać ograniczenia - mały rozmiar wyświetlacza, dodatkowo zacząłem myśleć o rezygnacji z mechanicznej pompy wtryskowej, która jest ograniczona w temacie regulacji dawki paliwa, czy kąta wtrysku (przy takiej mocy niestety nieuniknione było dymienie w pewnych sytuacjach). I o ile implementacja nowego wyświetlacza to szczegół praktycznie nie warty wspominania, tak migracja w stronę pompy sterowanej elektronicznie to już wyższy poziom. Pierwsza wersja mojego "ECU" pracowała w oparciu o płytkę ItsyBitsy M0 (z mikrokontrolerem ATSAMD21). To fajna płytka do małych projektów. Jednakże docelowo użyłem tutaj Raspberry pi pico - względem ItsyBitsy jest to spory upgrade - wiecej CPU (dwa rdzenie), więcej pamięci, więcej wszystkiego. Całość pracuje niby pod kontrolą Arduino - piszę niby, bo korzystam raptem z kilku bibliotek (CAN, wyświetlacz), ale powoli tworzę swoistego HALa który umożliwi mi uruchomienie tego kodu pod dowolną platformą. Wyświetlacz był do niedawna częścią sterownika, jednak w momencie rozpoczęcia implementacji pompy VP37, kod odpowiedzialny za wyświetlanie zmigrowałem do osobnego moduły, który czyta wartości wystawiane przez ECU za pomocą magistrali CAN. Być może opowiem o tym module za jakiś czas, bo po niewielkiej modyfikacji można by go zaadoptować w zasadzie do każdego auta z magistralą CAN które wystawia na niej odpowiednie ramki. Co do samego tematu sterowania pompą VP37, to jest to coś, co może zainteresować tutaj więcej osób niż tylko te związane z motoryzacją. Oto ogólny widok na pompę, tak by było wiadomo o czym w ogóle mowa (normalnie są brudne, w kolorze aluminiowym. ) Pod tym czerwonym kapturkiem znajduje się część pompy, która nas najbardziej interesuje. Jest to tzw. elektromagnetyczny nastawnik (ilości paliwa). W praktyce jest to masywna cewka, którą steruje ECU za pomocą PWM. Ogólny koncept wydaje się prosty, ale diabeł, jak to mówią, tkwi w szczegółach. W internecie dostępnych jest sporo filmów które pokazują jak sterować takim nastawnikiem, ja osobiście również coś tam nagrałem: W teorii wydaje się to być proste - ot, generujemy falę prostokątną o określonych parametrach, lub dobranych doświadczalnie, i tyle. Jednak jest to znacznie bardziej skomplikowane w praktyce. Po pierwsze, nastawnik jest elementem bardzo nieliniowym, skłonnym do generowania oscylacji, z racji posiadania sprężyn, których podstawową funkcją jest sprowadzenie nastawnika do pozycji spoczynkowej w momencie gdy np. zostanie odłączone napięcie zasilania (zgaszenie auta). Po drugie - jest to element pracujący w dosyć skrajnym środowisku - jest wypełniony paliwem, pracujący ze zmieniającą się temperaturą w sporych zakresach, narażony na wibracje wszelkiego rodzaju. Do tego dochodzą jeszcze fluktuacje napięcia zasilającego cewkę. No i po trzecie - nie wystarczy go sobie ot tak ustawić "na pałę" i liczyć na to że będzie dobrze. ECU musi wiedzieć w jakim położeniu znajduje się nastawnik, bo na tej podstawie regulowana jest dawka paliwa, co związane jest z przyśpieszeniem, mocą, obrotami jałowymi, itp. Już nie brzmi aż tak prosto. Co przychodzi na myśl w kwestii sterowania? Samą cewką nastawnika steruje się prosto - wystarczy driver na jakimś porządnym mosfecie, z driverem na bramce, którym steruje mikrokontroler. Elementem niezbędnym jest tu mocna dioda Schottky’ego, która służy tutaj do tłumienia przepięć indukowanych w uzwojeniu cewki podczas pracy układu. W przypadku tej cewki ma ona naprawdę sporo do roboty. A od strony programowej? Wiadomo, pierwsze co przychodzi do głowy to nieśmiertelny PID. Oczywiście nie jest to taka "najprostsza" implementacja, u siebie mam np. implementacje różniczkowania z filtrem dolnoprzepustowym o stałej czasowej Tf, metody wykrywające oscylacje, ustawianie parametrów P I D w czasie rzeczywistym, itp. Ale jak wiadomo, regulator PID działa w oparciu o sprzężenie zwrotne, dążąc do minimalizacji wartości błędu między sygnałem zadanym a rzeczywistym. Tylko skąd wziąć w tym przypadku informację o położeniu nastawnika, niezbędną do wyliczenia wartości błędu dla PID? Z jakiegoś powodu Bosch w tych pompach nie zastosował potencjometru, który można by wykorzystać do tego celu (może kwestia trwałości), tylko zastosował zupełnie inny mechanizm. Wygląda on tak: Jest to pierścień z dwoma cewkami. Jak to działa? Wbrew pozorom bardzo prosto: ruch ramienia nastawnika powoduje zmianę indukcyjności cewek. Taki mechanizm jest genialny pod kątem trwałości, coś co w dzisiejszych czasach nie ma zastosowania... Jak to jednak wykorzystać w pratyce, razem z mikrokontrolerem? Z laborek ze szkoły (wow, szkoła się przydała...) przypomniałem sobie że istnieje coś takiego jak generator Hartleya: Układ ten to generator sinusoidy. W połączeniu z cewkami z pompy, generuje on sinusoidę o różnej częstotliwości, oraz amplitudzie. Czyli po wyprostowaniu i odfiltrowaniu przebiegu, mamy już coś co może użyć mikrokontroler (ADC) jako sygnał zwrotny. Oczywiście jest to schemat przykładowy, w praktyce wartości elementów są inne, oraz sam układ jest trochę bardziej skomplikowany. Ogólnie zmodyfikowany lekko PID radzi sobie całkiem nieźle z dryftem napięciowym, temperaturowym, i jest w stanie utrzymać stabilnie nastawnik w zadanym położeniu. Jeszcze odnośnie samego sterownika - bo napisałem o nim parę słów, a w sumie nawet go nie pokazałem Zanim zacznie się krytyka co do wyglądu - jest to cały czas układ rozwojowy, docelowo zaprojektuję porządne PCB i zlecę wykonanie jakiejś firmie. Układ jest wbrew pozorom bardzo stabilny, zarówno od strony mechanicznej, jak i software. W chwili obecnej, by zwiększyć jego stabilność mechaniczną, jest zalany żywicą. Wygląda on w tak: Zbudowałem 2 takie jednostki, jedną do developmentu w domu (części softu które nie wymagają silnika do pracy), i drugą do testów w garażu, gdzie stoi silnik testowy: ...i teraz przystopuję trochę, bo nie wiem czy ten temat jest w ogóle dla was jakkolwiek interesujący, i czy jest sens by o nim pisać dalej, być może bardziej szczegółowo. Ostatecznie jest to również sterowanie silnikiem za pomocą Arduino, tylko takim trochę większym i mocniejszym. Dajcie znać co sądzicie o temacie, jestem otwarty na krytykę, pomysły, pytania, cokolwiek.