Виртуальные датчики нового поколения

Наиболее эффективные двигатели сегодня – это сложные механизмы, с системой изменения фаз газораспределения и высоты подъема клапана, прямым впрыском, турбонаддувом и различными типами рециркуляции выхлопных газов (EGR). Все это необходимо чтобы обеспечить конкурирующие потребности экономии топлива и количество вредных выбросов.

Управление большим набором приводов управления требует точных и быстрых датчиков, которые измеряют все, начиная с массового расхода воздуха и уровня NOx в выхлопных газах. С помощью этих данных, блок управления двигателем (ECU) может изменить угол опережения зажигания, открытие клапанов, а также настроить давление турбокомпрессора, чтобы обеспечить работу двигателя при его оптимальной производительности, сохраняя при этом показатели выбросов в пределах нормы.

Как правило, возникают затруднения в громоздкости и стоимости решения. Инженеры манипулируют десятками или более независимых параметров для отдельных приводов, что также добавляет больше дорогостоящего оборудования. Стоимость одного датчика, который измеряет количество NOx или скорость турбокомпрессора, может составлять сто долларов и даже больше.

Виртуальные датчики предлагают альтернативу. Они заменяют дорогостоящие аппаратные датчики на модели программного обеспечения, которые могут стоить намного меньше.

Как объясняют изобретатели, например, для создания виртуального датчик NOx, они сначала откалибровали модель, используя данные от реальных датчиков. Эти данные включают в себя давление и температуру в цилиндре, соотношение воздух / топливо, массу воздуха, проходящего через расходомер, влажность и противодавление.

"Все эти показатели определяют сколько вредных выбросов (NOx) будет в выхлопе, так что если мы правильно смоделируем этот процесс, то мы можем точно предсказать их количество, а следовательно отказаться от использования реального датчика", сообщает Greentree.

Идея виртуальных датчиков в наше время набирает обороты. Один из способов их реализации является использование статистических показателей, полученных из данных, собранных в лаборатории или на стенде. Эти статистические модели предсказывают показания датчика, не зная физику. Они являются приблизительными, а их полезность ограничена количеством собранных данных.

В настоящее время ведется исследование четырех конкретных виртуальных датчиков:

• кислородный датчик (лямбда-зонд);
• расхода EGR;
• скорости турбокомпрессора;
• расхода воздуха.

"Например, для работы физического датчика NOx, его необходимо прогреть до определенной температуры, что занимает некоторое время после запуска двигателя. Даже после того, как датчик достиг необходимой температуры, сигнал будет немного задерживаться, что связано с принципом действия датчика. Это осложняет его использования в системах управления с обратной связью. А что касается виртуальной модели , она предсказывает образование NOx мгновенно и эту информацию можно использовать отдельно или в сочетании с показателями физического датчика, чтобы улучшить контроль ”.