Активная система управления воздушными заслонками BMW

В переднюю часть встроена активная система управления воздушными заслонками с серводвигателем (привод жалюзи радиатора) вверху и внизу.

Активная система управления воздушными заслонками регулирует подачу воздуха для охлаждения, открывая жалюзи радиатора только при необходимости.

Отличия самого нового поколения:

Установка жалюзи непосредственно в переднюю декоративную решетку радиатора и в решетку радиатора (дизайн).
Привод жалюзи радиатора внизу активируется собственным исполнительным механизмом.
Каналы вентиляции тормозного диска также могут закрываться (механически соединены).
Благодаря закрытым жалюзи радиатора обеспечивается более быстрый нагрев двигателя при пуске холодного двигателя. Это позволяет уменьшить выброс углекислого газа. Также при выключении двигателя автомобиля дольше сохраняется тепло.

Активное управление воздушными заслонками также улучшает коэффициент аэродинамического сопротивления.

Жалюзи радиатора, внизу

Система управления двигателем постоянно рассчитывает требуемую интенсивность охлаждения. Система управления двигателем открывает нижние и верхние жалюзи радиатора только тогда, когда действительно требуется повысить количество охлаждающего воздуха.

Поток воздуха через радиатор с увеличением скорости увеличивает аэродинамическое сопротивление. В диапазоне больших скоростей при закрытых жалюзи радиатора улучшатся аэродинамика. За счет этого в режиме движения снижается расход электроэнергии.

Активное управление воздушными заслонками 3-го поколения анализирует больше температурных порогов для более точной регулировки. Помимо прочего:

 —  Значение температуры охлаждающей жидкости
 —  Значение температуры конденсатора кондиционера
 —  Значение температуры катализатора
 —  Значение температуры наддувочного воздуха
 —  Значение температуры трансмиссионного масла

Другими важными величинами являются скорость движения и температура тормозных дисков.

При потребности в охлаждающем воздухе сначала открываются нижние заслонки. При этом угловые положения варьируются в пределах от 15° до 30°. Верхние заслонки открываются только при максимальной потребности в охлаждающем воздухе.

Жалюзи радиатора, вверху

При потребности в охлаждающем воздухе сначала открываются нижние заслонки. Верхние заслонки открываются только при максимальной потребности в охлаждающем воздухе.

Привод жалюзи радиатора представляет собой электродвигатель постоянного тока. Система управления двигателем соединена по шине LIN с верхним приводом жалюзи радиатора. От него шина LIN тянется дальше, к нижнему приводу жалюзи радиатора.

Верхние жалюзи радиатора имеют 2 положения: открыто и закрыто (исходная позиция).

Посредством переднего распределителя тока привод верхних и нижних жалюзи радиатора запитывается через контакт 30B.

Функциональное сетевое соединение

Выдержки из патента на технологию с использованием шторок

Патент описывает систему управления жалюзи решётки радиатора автомобиля. Блок управления двигателем через LIN-шину отправляет команды блоку управления жалюзи, который управляет электроприводом и открывает или закрывает заслонки для регулирования охлаждения.
Если возникает ошибка связи по LIN, привод автоматически открывает жалюзи, чтобы предотвратить перегрев двигателя. Чтобы отличить реальную неисправность жалюзи от простой ошибки связи, система анализирует температуру охлаждающей жидкости. Если после потери связи температура продолжает расти, система делает вывод, что жалюзи заклинили и фиксирует неисправность.

Устройство управления открытием и закрытием заслонки решётки радиатора, содержащее:

• заслонку решётки радиатора, которая открывает и закрывает отверстие решётки радиатора, через которое воздух поступает в моторный отсек;
  

• приводной механизм для открытия и закрытия заслонки решётки радиатора с источником привода, осуществляющим её открытие и закрытие;

• средство определения операции закрытия, которое получает информацию о состоянии автомобиля и на основании этой информации определяет, следует ли приводить заслонку решётки радиатора в действие в направлении закрытия;
  

• устройство управления крутящим моментом источника привода, которое, если двигатель внутреннего сгорания остановлен в момент, когда заслонка решётки радиатора приводится в действие в направлении закрытия средством определения операции закрытия, управляет источником привода механизма открытия и закрытия заслонки так, чтобы приводить заслонку в действие с низким крутящим моментом, меньшим, чем высокий крутящий момент, используемый при её открытии.

Таким образом, технология  позволяет уменьшить шум работы заслонки решётки радиатора, когда двигатель внутреннего сгорания остановлен.
Однако устройства в автомобиле, такие как блок управления и другие компоненты, управляющие заслонкой решётки радиатора, соединены коммуникационными линиями внутри автомобиля и обмениваются данными через них. Технология, не учитывает ситуации возникновения ошибок связи.
Например, ошибка связи может возникнуть в условиях сильных помех:

• вблизи аэропорта

• под линиями высокого напряжения
  

• рядом с базовой станцией мобильной связи

и такая ошибка связи может быть ошибочно диагностирована как неисправность заслонки решётки радиатора.
Следовательно, существует необходимость улучшения данной технологии.

Первый аспект относится к устройству управления заслонками решётки радиатора, содержащему:
блок управления, соединённый с коммуникационной линией автомобиля,
при этом блок управления управляет открытием и закрытием заслонки решётки радиатора, которая направляет воздух к охлаждаемому объекту автомобиля,
и выполняет управление открытием заслонки решётки радиатора при обнаружении ошибки связи;
диагностический блок, соединённый с коммуникационной линией,
при этом диагностический блок определяет степень открытия заслонки решётки радиатора посредством связи с блоком управления,
причём диагностический блок, если обнаружена ошибка связи, диагностирует неисправность заслонки решётки радиатора, если температура, определённая блоком измерения температуры, превышает заданный порог, при этом блок измерения температуры измеряет температуру охлаждаемого объекта.

Блок управления соединён с коммуникационной линией автомобиля и управляет открытием и закрытием заслонки решётки радиатора, направляющей воздух к охлаждаемому объекту автомобиля.
Если обнаруживается ошибка связи, блок управления управляет заслонкой так, чтобы она открылась.
Это означает, что заслонка открывается в режиме отказоустойчивости (fail-safe), предотвращая перегрев охлаждаемого объекта.

Второй аспект изобретения относится к устройству управления заслонками решётки радиатора, содержащему:
блок управления, соединённый с коммуникационной линией автомобиля, который управляет открытием и закрытием заслонки и открывает её при обнаружении ошибки связи;
диагностический блок, соединённый с коммуникационной линией, который определяет степень открытия заслонки посредством связи с блоком управления.
Если возникает ошибка связи, диагностический блок диагностирует неисправность заслонки, если:
степень открытия заслонки непосредственно перед возникновением ошибки связи была меньше заданного порога, и
температура, измеренная датчиком температуры, выше заданного порога.

Если заслонка была закрыта или почти закрыта перед возникновением ошибки связи, система предполагает, что она должна открыться при возникновении ошибки связи.
Если при этом температура охлаждаемого объекта повышается, система может определить это как неисправность заслонки.
Таким образом, второй аспект также позволяет корректно диагностировать неисправность заслонки даже при ошибке связи.

На рисунке показано сечение передней части кузова автомобиля, в которой расположена заслонка решётки радиатора. Заслонка решётки радиатора является объектом управления устройства управления заслонками решётки радиатора согласно описываемому варианту реализации.
В описываемом варианте рассматривается ситуация, в которой охлаждающая жидкость двигателя внутреннего сгорания 42 является охлаждаемым объектом для заслонки решётки радиатора 30.

В передней части кузова автомобиля расположены:

• облицовка бампера 32

• капот 34

Под капотом 34, начиная с передней части автомобиля, последовательно расположены:

• конденсатор кондиционера 36

• радиатор 38, отводящий тепло от охлаждающей жидкости

• вентилятор радиатора 40

• двигатель внутреннего сгорания 42

Облицовка бампера 32 имеет решётку радиатора 44. Решётка радиатора 44 расположена перед:

• конденсатором 36

• радиатором 38

Когда вентилятор радиатора 40, расположенный позади радиатора 38, работает, воздух поступает через решётку радиатора 44 и подается к конденсатору и радиатору. 

Заслонка решётки радиатора 30 установлена в решётке радиатора 44 перед конденсатором 36 и радиатором 38. Заслонкой управляет электронный блок управления заслонками решётки радиатора (ECU) 14. 
Как показано стрелками, заслонка может перемещаться между: открытым положением (сплошная линия) и закрытым положением (пунктирная линия). 

Далее описывается конфигурация устройства управления заслонками решётки радиатора 10 согласно данному варианту реализации. Показана блок-схема, которая схематически демонстрирует структуру устройства управления заслонками решётки радиатора 10.

Устройство управления заслонками решётки радиатора 10 включает: ECU двигателя внутреннего сгорания 12, выполняющий функцию диагностического блока; ECU заслонок решётки радиатора 14, выполняющий функцию управляющего блока; датчик температуры охлаждающей жидкости 16, выполняющий функцию датчика температуры; а также исполнительный механизм (актуатор) 18.

ECU двигателя внутреннего сгорания 12 подключён к CAN-коммуникационной линии 20 сети Controller Area Network (CAN). Эта сеть имеет шинную структуру и соединяет несколько электронных блоков управления через две общие линии связи. ECU двигателя управляет работой двигателя внутреннего сгорания 42, который является источником тяги автомобиля, и управляет открытием и закрытием заслонки решётки радиатора 30 через ECU заслонок 14. Датчик температуры охлаждающей жидкости 16, измеряющий температуру охлаждающей жидкости, подключён к ECU двигателя 12. Кроме ECU двигателя 12, к CAN-линии 20 могут быть подключены, например, ECU гибридной системы 24, управляющий гибридной системой, ECU системы кондиционирования 26, управляющий кондиционером, и другие блоки управления. CAN-линия обеспечивает обмен информацией между ECU. Другие датчики, подключённые к ECU двигателя 12, в данном примере не рассматриваются.

Актуатор 18 представляет собой двигатель или аналогичный механизм, предназначенный для открытия и закрытия заслонки решётки радиатора 30. Актуатор 18 подключён к ECU заслонок 14. Управляя приводом актуатора 18, ECU заслонок 14 управляет открытием и закрытием заслонки решётки радиатора 30.

ECU двигателя 12 и ECU заслонок 14 соединены линией связи LIN 22, которая служит коммуникационной линией. ECU двигателя 12 и ECU заслонок 14 обмениваются информацией через эту линию. LIN-сеть является мультиплексной сетью связи, которая в основном используется для обмена данными между электронными блоками управления кузовных систем автомобиля. Для каждой системы формируется отдельная шина. Сигналы, передаваемые по LIN, могут через ECU, подключённый к CAN-линии 20, передаваться в CAN-сеть. LIN-линия представляет собой один провод связи, по которому передаются цифровые сигналы согласно специальному протоколу.

Более конкретно, ECU двигателя 12 на основании температуры охлаждающей жидкости, измеренной датчиком 16, через LIN-связь отправляет ECU заслонок 14 запрос на открытие или закрытие заслонки решётки радиатора 30. В ответ на этот запрос ECU заслонок 14 управляет актуатором 18 и открывает или закрывает заслонку 30.

ECU заслонок 14 может управлять открытием и закрытием заслонки 30 не только по командам ECU двигателя 12, но и по запросам других блоков управления, таких как ECU гибридной системы 24, ECU системы кондиционирования 26 и т.п.

CAN-сеть использует двухпроводную систему передачи данных с дифференциальным напряжением. Данные передаются в зависимости от наличия или отсутствия разности напряжений между двумя проводами витой пары. Даже если возникают внешние помехи, дифференциальное напряжение практически не изменяется, поэтому CAN-сеть обладает высокой помехоустойчивостью. В отличие от неё, LIN-связь использует только один провод, поэтому она более чувствительна к помехам и вероятность возникновения ошибок связи выше.

Автомобиль может находиться в различных условиях эксплуатации. Поэтому при движении или стоянке автомобиля в среде с сильными помехами может возникнуть ошибка связи. Например, ошибка связи может возникнуть из-за помех, если автомобиль припаркован под линией высокого напряжения. Если возникает ошибка LIN-связи, ECU двигателя 12 не может обмениваться данными с ECU заслонок 14. В результате такая ошибка связи может быть ошибочно диагностирована как неисправность заслонки решётки радиатора 30.

Поэтому в случае обнаружения ошибки LIN-связи ECU заслонок 14 управляет актуатором 18 таким образом, чтобы открыть заслонку 30 и тем самым предотвратить перегрев или другие нежелательные явления. Это выполняется как защитная функция (fail-safe).

ECU двигателя 12 выполняет процесс управления, обеспечивающий надёжную диагностику системных неисправностей, например неисправности заслонки решётки радиатора 30. Поскольку при ошибке LIN-связи ECU двигателя 12 не может обмениваться данными с ECU заслонок 14, он не может проверить текущее положение заслонки 30. Поэтому ECU двигателя 12 сохраняет значение степени открытия заслонки 30, которое было непосредственно перед возникновением ошибки LIN-связи. Если ошибка связи возникает в состоянии, когда заслонка непосредственно перед этим была закрыта (степень открытия была меньше заданного порога), и при этом температура охлаждающей жидкости начинает повышаться несмотря на то, что ECU заслонок должна была открыть заслонку, ECU двигателя 12 делает вывод, что заслонка 30 застряла в закрытом положении. Таким образом можно надёжно диагностировать неисправность заслонки даже при наличии ошибки LIN-связи.

Далее описывается конкретный алгоритм управления, выполняемый устройством управления заслонками решётки радиатора 10, которое имеет описанную выше конфигурацию.

Сначала описывается процесс управления, выполняемый ECU заслонок 14. На рис. 3 показана блок-схема, демонстрирующая пример последовательности управления, выполняемой ECU заслонок 14.

На шаге 100 ECU заслонок 14 определяет, имеется ли ошибка LIN-связи. Это может определяться, например, по превышению допустимого времени ожидания данных при приёме через LIN-линию связи, по несоответствию данных или другим признакам. Если результат проверки положительный, ECU заслонок 14 переходит к шагу 102. Если результат отрицательный, текущий процесс управления завершается и выполняется возврат (возврат к шагу 100 или переход к другому процессу управления).

Далее описывается конкретный алгоритм управления, выполняемый устройством управления заслонками решётки радиатора 10, которое имеет описанную выше конфигурацию.

Сначала описывается процесс управления, выполняемый ECU заслонок 14. На рис. 3 показана блок-схема, демонстрирующая пример последовательности управления, выполняемой ECU заслонок 14.

На шаге 100 ECU заслонок 14 определяет, имеется ли ошибка LIN-связи. Это может определяться, например, по превышению допустимого времени ожидания данных при приёме через LIN-линию связи, по несоответствию данных или другим признакам. Если результат проверки положительный, ECU заслонок 14 переходит к шагу 102. Если результат отрицательный, текущий процесс управления завершается и выполняется возврат (возврат к шагу 100 или переход к другому процессу управления).

На шаге 102 ECU заслонок 14 определяет, находится ли заслонка решётки радиатора 30 в закрытом положении. Это может определяться, например, по подсчёту шагов двигателя актуатора 18, по времени работы привода или другим способом. Если результат проверки положительный, ECU заслонок 14 переходит к шагу 104. Если результат отрицательный, текущий процесс управления завершается и выполняется возврат. В этом случае заслонка принудительно открывается, чтобы предотвратить перегрев даже тогда, когда связь с ECU двигателя 12 отсутствует.

На шаге 104 ECU заслонок решётки радиатора 14 приводит в действие актуатор 18, чтобы открыть заслонку решётки радиатора 30. После этого ECU заслонок завершает процесс управления и возвращается к началу. Это означает, что при возникновении ошибки LIN-связи заслонка 30 принудительно открывается независимо от температуры охлаждающей жидкости. Благодаря этому можно предотвратить перегрев даже в случае, когда связь с ECU двигателя внутреннего сгорания 12 отсутствует.

Далее описывается процесс управления, выполняемый ECU двигателя внутреннего сгорания 12. На рис. 4 показана блок-схема, иллюстрирующая пример последовательности управления, выполняемой ECU двигателя 12 устройства управления заслонками решётки радиатора 10 согласно данному варианту реализации.

Таким образом, при возникновении ошибки LIN ECU двигателя 12 диагностирует неисправность заслонки решётки радиатора 30, если степень открытия заслонки меньше заданного порога и температура охлаждаемого объекта превышает установленный порог. Благодаря этому ECU двигателя может корректно диагностировать неисправность заслонки даже при возникновении ошибки LIN-связи. Кроме того, предотвращается ошибочная диагностика неисправности заслонки в случаях, когда ошибка связи произошла, но температура охлаждающей жидкости не повышается.

В описанном выше варианте реализации ECU двигателя 12 на шаге 202 проверяет, был ли угол открытия заслонки непосредственно перед ошибкой LIN меньше заданного порогового значения. Однако этот шаг может быть опущен. Это означает, что поскольку заслонка решётки радиатора должна открываться в режиме отказоустойчивости, повышение температуры охлаждающей жидкости после возникновения ошибки LIN может быть напрямую интерпретировано как неисправность, при которой заслонка застряла.

В приведённом варианте реализации рассматривался случай, когда охлаждающая жидкость двигателя внутреннего сгорания 42 является охлаждаемым объектом для заслонки решётки радиатора 30. Однако охлаждаемый объект не ограничивается этим вариантом. Например, в гибридном автомобиле или электромобиле охлаждаемым объектом может быть охлаждающая жидкость инвертора, охлаждающая жидкость батареи, сама батарея и т.п. В автомобиле с турбонаддувом охлаждаемым объектом может быть охлаждающая жидкость интеркулера. В автомобиле на топливных элементах охлаждаемым объектом может быть топливный элемент.

Процессы управления выполняемые устройством управления заслонками решётки радиатора 10, могут быть реализованы как программные процессы управления, выполняемые посредством исполнения программ. Однако эти процессы могут быть реализованы и аппаратно. Также возможна комбинированная реализация, использующая как программные, так и аппаратные средства. Если процессы реализованы программно, они могут храниться и распространяться на различных носителях данных.

Устройство управления заслонками решётки радиатора (10), содержащее управляющий блок (14), соединённый с линией связи (22) в автомобиле. Управляющий блок управляет открытием и закрытием заслонки решётки радиатора (30), которая направляет воздух к охлаждаемому объекту автомобиля (38), и выполняет команду открытия заслонки, если обнаружена ошибка связи. Также устройство содержит диагностический блок (12), соединённый с линией связи (22). Диагностический блок получает информацию о степени открытия заслонки (30) через связь с управляющим блоком (14). Если обнаружена ошибка связи, диагностический блок определяет неисправность заслонки решётки радиатора (30), если температура, измеренная датчиком температуры (16), выше заданного порогового значения. Датчик температуры (16) измеряет температуру охлаждаемого объекта (38).

Устройство управления заслонками решётки радиатора (10), содержащее управляющий блок (14), соединённый с линией связи (22) в автомобиле. Управляющий блок управляет открытием и закрытием заслонки решётки радиатора (30), которая направляет воздух к охлаждаемому объекту автомобиля (38), и выполняет команду открытия заслонки, если обнаружена ошибка связи. Также устройство содержит диагностический блок (12), соединённый с линией связи (22). Диагностический блок получает информацию о степени открытия заслонки (30) через связь с управляющим блоком (14). Если обнаружена ошибка связи, диагностический блок определяет неисправность заслонки решётки радиатора (30), если степень открытия заслонки непосредственно перед ошибкой связи была меньше заданного порога и температура, измеренная датчиком температуры (16), выше заданного порогового значения. Датчик температуры (16) измеряет температуру охлаждаемого объекта (38).