Почему-то многие считают, что нажатием на педаль газа водитель автомобиля с бензиновым двигателем требует изменить угол открытия дроссельной заслонки. На самом деле – нет. Такое было давно, на карбюраторных моторах и на самых первых инжекторных. Сейчас нажатие на педаль газа работает совершенно иначе. И почти всегда – совершенно не так, как думают владельцы автомобилей.
Начнём с простого: что такое электронная педаль газа? Тут ничего неожиданного: это та же самая педалька акселератора, но изменение её положения приводит не к изменению длины тросика газа, связывающего дроссельную заслонку с педалью, а к изменению сигнала датчика положения педали. Тип датчика положения педали может быть разным: потенциометрическим, индуктивным или даже угловым Холла. Физический принцип работы датчиков разный, но смысл один – послать сигнал ЭБУ. А вот что происходит дальше?
Теория момента
Полагать, что датчик положения педали посылает какой-то управляющий сигнал на открытие или закрытие дроссельной заслонки, неправильно. Он отправляет нечто иное – запрос водителя на крутящий момент. Иногда это называют «driver wish» – некое желание (или потребность) водителя в определённый момент времени. Важно учитывать, что имеется в виду конкретное время, так как время – это единственная физическая величина, которая связывает крутящий момент и мощность (грубо говоря, силу и работу). Если коротко, электронная педаль отправляет в ЭБУ запрос момента, а не угла открытия заслонки. А дальше начинает работать то, что называют моментной моделью управления двигателем или правильнее – математической моделью управления двигателем, основанной на расчёте требуемого крутящего момента. Именно эта модель используется всеми современными автомобилями с электронной педалью газа. Почему не сделать простую команду от педали заслонке? Потому что моментная модель даёт множество преимуществ. Сначала разберём их, а потом перейдём к тому, как эта модель работает в бензиновых и дизельных автомобилях.
Первое преимущество – это возможность заранее оценить разницу между крутящим моментом мотора и моментом «на колесе». Как вы понимаете, это совершенно разные вещи, и дело не только в том, что у любой трансмиссии есть передаточные числа, которые меняют этот параметр от мотора до колеса. Дело ещё и в том, что есть множество других факторов, которые без моментной модели оценить достаточно точно было сложно. Например, у любого мотора есть потери для обеспечения работы периферии: генератора, насоса ГУР, кондиционера, вентиляторов системы охлаждения и всего прочего. И если раньше это всё просто отнимало часть мощности, то в моментной модели распределение момента на периферию зарезервировано в программном обеспечении заранее. Указано оно или в процентах от максимального момента, или в абсолютных величинах (например, в ньютон-метрах). Это очень удобно, потому что раньше затраты на эту работу можно было либо рассчитать теоретически, либо узнать с помощью замеров на моторном стенде мощности двигателя брутто и нетто (с навесным оборудованием и без него). А это дорого и сложно.
Ну и, конечно же, в моментной модели заложены и потери в трансмиссии. Одним словом, моментная модель управлением двигателем даёт более точные значения потерь крутящего момента из-за силы трения или на нагрев, а также позволяет более точно рассчитать момент «на колесе».
Второе преимущество – это возможность точной организации работы АКП. Наверное, кто-то до сих пор помнит, как управлялись первые автоматы: с помощью вакуума и давления масла. Сейчас ничего этого не требуется. Коробке достаточно знать запрос момента: если надо, она вовремя перейдёт на повышенную передачу (например, для более экономичной езды на круиз-контроле или если того требует водитель педалью газа), а если надо – на пониженную. Например, если водитель внезапно затребовал максимальный момент, нажав педаль газа более, чем на 70% (то есть перешёл в мощностной режим). Или если он вдруг при высоком текущем крутящем моменте резко отпустил педаль газа. В этом случае ЭБУ может сделать вывод о запросе водителем торможения двигателем и переключить коробку вниз. Всё это позволяют сделать та же самая моментная модель и возможность передачи данных между блоками управления мотором и коробкой по CAN-шине. Даже простой современный круиз-контроль – это тоже всё благодаря этой модели.
Третье существенное преимущество – это возможность искусственного ограничения мощности моторов. Этой возможности моментной модели очень рады производители автомобилей и очень не рады автовладельцы. Именно эта возможность позволяет установить лимит момента (и, соответственно, мощности) мотора, не меняя его «железа». То есть, сделать один и тот же мотор разной мощности. И ладно бы, когда таким пользуются для получения налоговых преимуществ (например, российские прошивки на 149 или 249 л.с.). Обидно, когда за более мощный мотор просят доплачивать, хотя от более мощной версии он отличается только прошивкой. Например, два очень популярных у нас мотора Volkswagen 1,6 MPI серии ЕА211 мощностью 90 и 110 л.с. – это один и тот же мотор с разной прошивкой. Пример не единственный, но очень наглядный.
Четвёртое преимущество использования моментной модели – это возможность предусмотреть защитные или аварийные режимы двигателя. Например, при возникновении перегрева или детонации можно лимитировать максимальный момент или ограничить максимальные обороты. Можно отключить подачу бензина в цилиндр при пропусках в нём зажигания, чтобы исключить сгорание бензина в выпуске. Таких защитных лимитеров много, и все они позволяют мотору не убить себя окончательно при появлении какой-то неисправности.
В общем-то, понятно, что моментная модель – штука хорошая. Но давайте теперь посмотрим, как она работает.
От педали до заслонки
Итак, водитель нажимает электронную педаль газа и тем самым формирует запрос момента. С датчика педали поступает сигнал в ЭБУ, который каждый раз проверяет, в какой момент времени происходит это нажатие (на заглушен ли мотор, не производится ли его пуск). Затем он считает, какой крутящий момент затребовал водитель, и передаёт его значение огромному количеству лимитеров, которые начинают проверять, можно ли его выдать. Лимитеры проверяют множество параметров, которые условно можно разделить на несколько больших групп: экологические, защиты компонентов двигателя и лимитеры электронных ассистентов водителя. Первые проверяют, не идёт ли желание водителя вразрез с желаниями «зелёных» – у моторов есть много ограничений по выхлопу, так что с этими экологическими требованиями блоку управления приходится считаться. Вторая группа отвечает за сохранность мотора: если коротко, то не развалится ли он от запроса водителя (детонация, температура отработавших газов, масла, антифриза и тому подобное). Ну а третья группа лимитеров ограничит запрашиваемый водителем крутящий момент в том случае, если того потребует дорожная обстановка (сцепление с дорогой, обнаруженные помехи и прочие возможные ограничения от систем безопасности автомобиля).
После проверки лимитерами затребованного педалью газа момента запрос проходит фильтрацию со стороны резерва на работу периферии и механические потери в трансмиссии. Кстати, на спортивных машинах этот резерв момента на работу допагрегатов часто отключают – сколько им надо, столько они и возьмут, а кроить даже несколько ньютон-метров и хранить их просто так в автоспорте нельзя.
И вот только после этой процедуры проходит пересчёт внешнего и внутреннего запросов момента – определяется тот момент, который мотор способен выдать. И, само собой, он обычно не тот, который просит водитель, а намного ниже. И как раз тут кроется основная причина недовольства электронной педалью газа: есть отсутствие прямой зависимости между её положением и углом положения дроссельной заслонки. Увы, прямая зависимость есть только там, где два эти узла связаны механически – тросиком. В современных машинах такой связи нет, и насколько «поддать газу», решает не только водитель, но и ЭБУ. Водитель может только попросить это сделать, но последнее слово будет за моментной системой управления.
Последний этап работы моментной модели – расчёт физических величин в зависимости от полученных данных о моменте, который готов выдать мотор по запросу от педали газа. Для бензиновых моторов ЭБУ в этот момент отдаёт команды об угле открытия дроссельной заслонки (наконец-то), времени впрыска топлива и угле опережения зажигания. А если это предусмотрено конструкцией двигателя, то и о давлении топлива в моторах с непосредственным впрыском, о высоте поднятия клапанов, давлении наддува и прочих вещах. Главное тут всё же – дроссельная заслонка, то есть количества воздуха. На дизельном моторе за момент отвечает количество топлива, поэтому тут главным будет давление в рампе (Common Rail, сами понимаете), количество топлива, время впрыска и контроль наддува (потому что все современные дизели, конечно, турбированные).
Что не так?
Ну так а чем всё-таки недовольны владельцы современных машин с электронной педалью газа? Основной повод её критиковать я уже озвучил: это невозможность полноценно контролировать подачу топлива – последнее слово всегда будет за ЭБУ, который лишь ориентируется на пожелания водителя относительно крутящего момента. Вторая причина не любить эту педаль – отсутствие прямой зависимости между педалью газа и крутящим моментом: всё решают алгоритмы программного обеспечения. А они прямую зависимость отнюдь не предусматривают – график зависимости угла положения дроссельной заслонки от положения педали газа всегда похож на экспоненту, а не на прямую линию. Кроме того, не забываем про лимитеры, которые в любой момент могут ограничить мощность по множеству причин.
И, наконец, третье: иногда педаль газа ломается. Редко, но бывает. Ломается, конечно, не сама педаль, а датчик положения, но так как он обычно сделан в одном блоке с педалью, приходится менять её полностью. А стоимость этой детали может быть совсем не гуманной. На тот же Polo Sedan она сейчас может стоить и 30 тысяч, что за один датчик с куском пластика, конечно, перебор. Иногда датчик удаётся отремонтировать, и, наверное, сейчас такая работа будет всё более востребованной.
Впрочем, ругаться на то, что газ стал электронным, не надо. Да, может быть, кому-то не нравится задумчивость, которая присуща некоторым бюджетным (и не очень) автомобилям с такой педалью, но без неё невозможна реализация современной моментной модели управления двигателем. А без нее, в свою очередь, невозможны все любимые нами «плюшки» в виде систем курсовой стабилизации, круиз-контроля, систем предотвращения ДТП и так далее. Так что остается только терпеть.
