Variables to be MeasuredThe set of

Variables to be Measured
The set of variables sensed for any given powertrain is specific to the associated engine control configuration. Space limitations for this book preclude a complete survey of all powertrain control systems and relevant sensor and actuator selections for all car models. Nevertheless, it is possible to review a superset of possible sensors, which is done in this chapter, and to present representative examples of practical digital control configurations, which is done in the next chapter.
The superset of variables sensed in engine control includes the following:
1. mass airflow (MAF) rate
2. exhaust gas oxygen concentration
3. throttle plate angular position
4. crankshaft angular position/RPM
5. camshaft angular position
6. coolant temperature
7. intake air temperature
8. ambient air pressure
9. ambient air temperature
10. manifold absolute pressure (MAP)
11. differential exhaust gas pressure (relative to ambient)
12. vehicle speed
13. transmission gear selector position
14. actual transmission gear, and
15. various pressures.
In addition to measurements of the above variables, engine control is also based on the status of the vehicle as monitored by a set of switches. These switches include the following:
1. air conditioner clutch engaged
2. brake on/off
3. wide open throttle
4. closed throttle, and
5. transmission gear selection.

Airflow Rate Sensor
In Chapter 5, we showed that the correct operation of an electronically controlled engine operating with government-regulated exhaust emissions requires a measurement of the mass flow rate of air ðM_ aÞ into the engine. (Recall from Chapter 1 that the dot in this notation implies time rate of change.) The majority of cars produced since the early 1990s use

a relatively simple and inexpensive mass airflow rate (MAF) sensor. This is normally mounted as part of the intake air assembly, where it measures airflow into the intake manifold. It is a ruggedly packaged, single-unit sensor that includes solid-state electronic signal processing. In operation, the MAF sensor generates a continuous signal that varies as
a function of true mass airflow M_ a.
Before explaining the operation of the MAF, it is, perhaps, helpful to review the characteristics of the inlet airflow into an engine. It has been shown that a 4-stroke reciprocating engine functions as an air pump with air pumped sequentially into each cylinder every two crankshaft revolutions. The dynamics of this pumping process are such that the airflow consists of a fluctuating component (at half the crankshaft rotation frequency) superposed on a quasi-steady component. This latter component is a constant only for constant engine operation (i.e., steady power at constant RPM such as might be achieved at a constant vehicle speed on a level road). However, automotive engines rarely operate at absolutely constant power and RPM. The quasi-steady component of airflow changes with load and speed. It is this quasi-steady component of M_ aðtÞ that is measured by the MAF for engine control purposes. One way of characterizing this quasi-steady state component is as a short-term time average over a time interval s (which we denote M_ asðtÞ) where
t

1
M_ asðtÞ¼ s

Z

t—s

M_ aðt0Þdt0 (1)

The integration interval (s) must be long enough to suppress the time-varying component at the lowest cylinder pumping frequency (e.g., idle RPM) yet short enough to preserve the transient characteristics of airflow associated with relatively rapid throttle position changes.
Alternatively, the quasi-steady component of mass airflow can be represented by a low-pass- filtered version of the instantaneous flow rate. Recall from Chapter 1 that a low-pass filter (LPF) can be characterized (in continuous time) by an operational transfer function (HLPF(s)) of the form

bo þ b1s þ /bmsm

HLPFðsÞ¼
o þ

a1s þ

/a sn (2)

where the coefficients determine the response characteristics of the filter. The filter bandwidth effectively selects the equivalent time interval over which mass airflow measurements are averaged. Of course, in practice with a digital powertrain control system, mass airflow measurements are sampled at discrete times and the filtering is implemented as a discrete time transformation of the sampled data (see Chapter 2).
A typical MAF sensor is a variation of a classic airflow sensor that was known as a hot wire anemometer and was used, for example, to measure wind velocity for weather forecasting as

well as for various scientific studies. In the typical MAF, the sensing element is a conductor or semiconductor thin-film structure mounted on a substrate. On the air inlet side is mounted a honeycomb flow straightener that “smoothes” the airflow (causing nominally laminar airflow over the film element).
The concept of such an airflow sensor is based upon the variation in resistance of the two- terminal sens

Kết quả (Việt) 1:

Biến đo đạcCác thiết lập của các biến cảm nhận cho bất kỳ powertrain nhất định là cụ thể cấu hình điều khiển liên quan đến động cơ. Các giới hạn Space cho cuốn sách này ngăn cản một cuộc khảo sát hoàn thành của tất cả các hệ thống kiểm soát powertrain và bộ cảm biến có liên quan và chấp hành lựa chọn cho tất cả các mô hình xe hơi. Tuy nhiên, có thể xem xét một superset của thể cảm biến, mà được thực hiện trong chương này, và trình bày các ví dụ đại diện của các cấu hình điều khiển kỹ thuật số thực tế, đó thực hiện trong các chương tiếp theo.Superset của các biến cảm nhận động cơ kiểm soát bao gồm:1. khối lượng khí (MAF) tỷ lệ2. nồng độ oxy khí thải3. ga tấm góc vị trí4. crankshaft góc vị trí/vòng/phút5. vị trí góc trục cam6. nước làm mát nhiệt độ7. lượng nhiệt độ không khí8. môi trường xung quanh máy áp lực9. nhiệt độ môi trường không khí10. manifold áp lực tuyệt đối (bản đồ)11. vi sai thải khí áp (liên quan đến môi trường xung quanh)12. xe tốc độ13. bộ truyền động bánh răng chọn vị trí14. thực tế truyền bánh, và15. nhiều áp lực.Ngoài các số đo của các biến nêu trên, điều khiển động cơ cũng dựa trên tình trạng của chiếc xe như giám sát bởi một tập hợp các thiết bị chuyển mạch. Các thiết bị chuyển mạch bao gồm:1. điều hòa không khí clutch đính hôn2. phanh bật/tắt3. mở ga4. đóng cửa ga, và5. truyền lựa chọn bánh.Bộ cảm biến tốc độ dòng khíỞ chương 5, chúng tôi cho thấy rằng hoạt động chính xác của một động cơ điện tử điều khiển hoạt động với lượng khí thải của chính phủ quy định khí thải yêu cầu đo lường tỷ lệ khối lượng dòng chảy của máy ðM_ aÞ vào động cơ. (Nhớ lại từ chương 1 dấu chấm trong ký hiệu này ngụ ý thời gian mức độ thay đổi.) Phần lớn các xe ô tô sản xuất từ việc sử dụng đầu thập niên 1990 một bộ cảm biến mức (MAF) tương đối đơn giản và không tốn kém hàng loạt khí. Điều này thường được gắn kết như là một phần của lượng máy hội đồng, nơi mà nó có các biện pháp khí vào đường nạp khí. Đó là một cảm biến đóng gói ruggedly, đơn vị duy nhất bao gồm xử lý tín hiệu điện tử trạng thái rắn. Trong hoạt động, cảm biến MAF tạo ra một tín hiệu liên tục thay đổi nhưmột chức năng đúng khối lượng khí M_ một.Trước khi giải thích các hoạt động của MAF, đó là, có lẽ, hữu ích để xem xét các đặc tính của các luồng không khí hút gió vào động cơ. Nó đã cho thấy rằng một chức năng 4-đột quỵ động cơ như là một máy bơm với máy bơm tuần tự vào mỗi xi lanh mỗi cuộc cách mạng hai crankshaft. Động lực của quá trình bơm này là như vậy mà các luồng không khí bao gồm một thành phần biến động (lúc nửa crankshaft luân chuyển tần số) superposed trên một thành phần gần như ổn định. Thành phần thứ hai này là một hằng số chỉ dành cho hoạt động liên tục động cơ (ví dụ, quyền lực ổn định tại liên tục RPM chẳng hạn như có thể đạt được tốc độ không đổi xe trên một con đường cấp). Tuy nhiên, động cơ ô tô hiếm khi hoạt động ở điện hoàn toàn liên tục và vòng/phút. Các thành phần gần như ổn định của dòng khí sẽ thay đổi với tải trọng và tốc độ. Nó là thành phần này gần như ổn định của aðtÞ M_ được đo bằng MAF cho các mục đích điều khiển động cơ. Một cách để characterizing thành phần gần như ổn định nhà nước này là như một thời gian ngắn hạn trung bình hơn s một khoảng thời gian (mà chúng tôi biểu thị M_ asðtÞ) nơit 1M_ asðtÞ¼ s Zt-s M_ aðt0Þdt0 (1) Nhập khoảng thời gian (s) phải đủ lâu để ngăn chặn các thành phần khác nhau thời gian lúc thấp nhất trụ bơm tần số (ví dụ như, nhàn rỗi RPM) chưa đủ ngắn để bảo tồn những đặc điểm thoáng khí kết hợp với những thay đổi vị trí tương đối nhanh chóng tăng tốc.Ngoài ra, các thành phần gần như ổn định khối lượng khí có thể được đại diện bởi một low-pass lọc Phiên bản của tỷ lệ lưu lượng tức thời. Nhớ lại từ chương 1 một bộ lọc thông thấp (LPF) có thể được định nghĩa (trong thời gian liên tục) bằng một chức năng hoạt động chuyển nhượng (HLPF(s)) của các hình thứcBo þ b1s þ /bmsm HLPFðsÞ¼ o þ A1s þ /a sn (2) nơi các hệ số xác định các đặc tính phản ứng của các bộ lọc. Băng thông bộ lọc một cách hiệu quả chọn khoảng thời gian tương đương mà khối lượng khí đo đạc được tính trung bình. Tất nhiên, trong thực tế với một hệ thống điều khiển kỹ thuật số powertrain, đo lường khối lượng khí được nếm thử tại thời gian rời rạc và các bộ lọc được thực hiện như là một biến đổi thời gian rời rạc của lấy mẫu dữ liệu (xem chương 2).Một cảm biến MAF điển hình là một biến thể của một bộ cảm biến khí cổ điển được gọi là một dây nóng anemometer và đã được sử dụng, ví dụ, để đo vận tốc gió cho dự báo thời tiết như cũng như đối với nghiên cứu khoa học khác nhau. Ở MAF điển hình, các phần tử cảm biến là một cấu trúc màng mỏng chỉ huy dàn nhạc hoặc bán dẫn được gắn trên một bề mặt. Không khí hút gió bên là gắn kết một tổ ong chảy ép tóc "mịn" luồng không khí (gây ra trên danh nghĩa tầng ép khí qua các yếu tố phim).Khái niệm về một cảm biến khí dựa trên các biến thể trong kháng chiến của hai thiết bị đầu cuối sens

Kết quả (Việt) 2:

Các biến số đo
Các bộ biến cảm nhận cho bất kỳ hệ thống truyền lực nhất định là cụ thể cho các cấu hình điều khiển động cơ có liên quan. Hạn chế không gian cho cuốn sách này ngăn cản một cuộc điều tra đầy đủ tất cả các hệ thống kiểm soát hệ thống truyền lực và lựa chọn cảm biến và bộ truyền động có liên quan cho tất cả các mẫu xe. Tuy nhiên, có thể xem xét một superset của cảm biến có thể, mà được thực hiện trong chương này, và đưa ra ví dụ đại diện của các cấu hình điều khiển số thực tế, được thực hiện trong các chương tiếp theo.
Các siêu của biến cảm nhận được trong điều khiển động cơ bao gồm những điều sau đây :
1. luồng không khí khối lượng (MAF) tỷ lệ
2. nồng độ oxy khí thải
3. tấm ga vị trí góc
4. trục khuỷu góc vị trí / RPM
5. trục cam vị trí góc
6. nước làm mát nhiệt độ
7. nhiệt độ không khí nạp
8. áp suất không khí môi trường xung quanh
9. nhiệt độ không khí xung quanh
10. áp lực đa dạng tuyệt đối (MAP)
11. chênh áp xả khí (liên quan đến môi trường xung quanh)
12. tốc độ xe
13. vị trí chọn bánh răng truyền
14. bánh răng truyền thực tế, và
15. áp lực khác nhau.
Ngoài các phép đo của các biến ở trên, điều khiển động cơ cũng nên được dựa trên tình trạng của chiếc xe là giám sát bởi một bộ chuyển mạch. Những công tắc này bao gồm:
1. điều hòa không khí ly hợp tham gia
2. phanh on / off
3. rộng ga mở
4. ga khép kín, và
5. bánh răng truyền lựa chọn.

Airflow Rate Sensor
Trong Chương 5, chúng tôi cho thấy rằng hoạt động chính xác của một động cơ điều khiển điện tử hoạt động với khí thải do chính phủ quy định đòi hỏi một phép đo lưu lượng khối không khí ðM_ ATH vào động cơ. (Nhớ lại từ chương 1, các dấu chấm trong ký hiệu này có nghĩa tỷ lệ thời gian của sự thay đổi.) Phần lớn các xe sản xuất từ đầu những năm 1990 sử dụng

một cảm biến đo khối lượng luồng không khí tương đối đơn giản và không tốn kém (MAF). Điều này thường được gắn kết như là một phần của việc lắp ráp không khí nạp, nơi mà nó đo luồng không khí vào đường ống nạp. Nó là một đóng gói cứng cáp, cảm biến đơn đơn vị bao gồm xử lý tín hiệu điện tử trạng thái rắn. Trong hoạt động, cảm biến MAF tạo ra một tín hiệu liên tục mà thay đổi như
một chức năng của sự thật luồng không khí khối lượng m_ một.
Trước khi giải thích các hoạt động của MAF, đó là, có lẽ, hữu ích để xem xét các đặc điểm của các luồng không khí hút vào động cơ. Nó đã được chứng minh rằng một 4 thì chức năng cơ pittông như một máy bơm không khí với không khí được bơm liên tục vào mỗi xi lanh mỗi hai cuộc cách mạng trục khuỷu. Các động lực của quá trình bơm này là như vậy mà các luồng không khí bao gồm một thành phần dao động bất thường (một nửa tần số quay trục khuỷu) chồng lên nhau trên một thành phần gần như ổn định. Thành phần sau đây chỉ là một hằng số cho động cơ hoạt động liên tục (tức là, điện ổn định ở RPM không đổi như có thể đạt được ở một tốc độ xe chạy liên tục trên đường cấp). Tuy nhiên, động cơ ô tô hiếm khi hoạt động ở điện hoàn toàn liên tục và RPM. Các thành phần gần như ổn định của luồng không khí thay đổi theo tải trọng và tốc độ. Nó là thành phần này gần như ổn định của m_ aðtÞ được đo bằng MAF cho mục đích điều khiển động cơ. Một cách để mô tả thành phần nhà nước gần như ổn định này là như là một trung bình ngắn hạn thời gian trong một khoảng thời gian (mà chúng ta biểu thị m_ asðtÞ) nơi
t

1
m_ asðtÞ¼ s

Z

-s t

m_ aðt0Þdt0 (1)

Khoảng thời gian hội nhập (s ) phải đủ dài để đàn áp các thành phần thời gian khác nhau ở tần số thấp nhất bơm xi lanh (ví dụ, RPM nhàn rỗi) chưa đủ ngắn để bảo tồn các đặc tính thoáng của luồng không khí kết hợp với sự thay đổi vị trí bướm ga tương đối nhanh chóng.
Ngoài ra, các thành phần gần như ổn định luồng không khí khối lượng có thể được đại diện bởi một phiên bản lọc thấp giấy tờ thông hành của tốc độ dòng chảy tức thời. Nhớ lại từ chương 1, một bộ lọc thông thấp (LPF) có thể được đặc trưng (trong thời gian liên tục) bởi một chức năng chuyển giao hoạt động (HLPF (s)) có dạng

bo þ b1s þ / bmsm

HLPFðsÞ¼
o þ

a1s þ

/ a sn ​​( 2)

nơi mà các hệ số xác định các đặc điểm đáp ứng của bộ lọc. Băng thông bộ lọc hiệu quả lựa chọn khoảng thời gian tương đương trên các phép đo luồng không khí khối lượng được tính trung bình. Tất nhiên, trong thực tế với một hệ thống điều khiển hệ thống truyền động kỹ thuật số, đo luồng không khí khối lượng được lấy mẫu tại các thời điểm rời rạc và lọc được thực hiện như là một sự biến đổi thời gian rời rạc của các dữ liệu được lấy mẫu (xem Chương 2).
Một cảm biến MAF điển hình là một biến thể của một cổ điển cảm biến luồng không khí đã được biết đến như là một dây đo gió nóng và đã được sử dụng, ví dụ, để đo vận tốc gió để dự báo thời tiết

cũng như cho các nghiên cứu khoa học khác nhau. Trong MAF điển hình, các phần tử cảm biến là một dây dẫn hoặc bán dẫn cấu trúc màng mỏng gắn trên một chất nền. Trên hút gió bên được gắn một máy ép tóc chảy tổ ong mà "làm mềm" các luồng khí (gây ra luồng không khí trên danh nghĩa thành lớp trên các yếu tố điện ảnh).
Khái niệm về một cảm biến luồng không khí như vậy là dựa trên sự biến đổi điện trở của các thiết bị đầu cuối sens hai