Jawa 350/640 (2015)

Protože se to tu čím dál více hemžilo dotazy a problémy ohledně jednotek firmy Ignitech, rozhodl jsem se napsat pro změnu trochu větší povídání o její žhavé konkurenci z nedaleké Ostravy. Která v pomyslném maratonu vyhraje si každý porovná a rozmyslí sám, proto čtěte dále.

Na začátek ale maličko historie. IMFSoft je prakticky jediná česká firma zabývající se na vysoké úrovni výrobou jednotek řízení předstihu pro všestranné použití. Původně tato firma vyráběla „jednoduché“ jednotky s ATMEL procesorem a jednotným GUI, svůj účel plnily a plní, jednalo se však prakticky o regulaci předstihu a nic jiného. V ořezané variantě byla navrhnuto zapalování nahrazující klasickou destičku s kladívky a optickým snímáním přímo na desce.

Z počátku toto zapalování nevynikalo ideální spolehlivostí. Problém byl hlavně v teplotním rozsahu, rušení a vibracích.. Všechno nějak začínalo a nakonec se toto zapalování podařilo dotáhnout do velmi solidní varianty s použitím automotive součástek a teplotně či vibračně neohrozitelným provedením.. jedná se o verzi 5 s červenou DPS.

V takovém provedení se prodává dodnes a pro nejednoho jawistu je potěšením. Současně těší také majitele všech možných jiných samochodů, kde je původní zapalování řešení kladívky a přitom dostatem místa na implantaci desky. Nabíjení sice nevyřeší, proto při použití klasického dynama může být pořád o jeden problém víc, ale při montáži do řady 638-640, kde je použit velmi kvalitní třífázový alternátor PAL si svoje uplatnění najde.. Jednotka MASTER je v určena jako plně nastavitelná náhrada sériové jednotky, kde často není žádná možnost zasahovat do procesu řízení. V lepší případe je možné pouze diagnostikovat chyby a vidět omezeně data zpracovávaná čidly, někdy i to ne. Plnou verzi tj 4CDI 6TCI P používám úspěšně v Jawě 640, kde je na ni připojena kopa čidel i akčních členů bez jediného problému. Z prvu jsem nějakou inteligentní elektroniku na Travelce zamítal, ale nebyl bych to správný vědátor, abych nakonec svůj postoj nepřehodnotil...Po velmi vstřícném jednání ze strany výrobce IMFsoft se mi podařilo získat za symbolickou cenu její menší variantu. Konkrétně 4CDI bez krabičky, která není zrovna levná, takže řeším alternativu, ale to není podstatné...jednotka je ale prakticky stejná s vyšší variantou 4CDI 6TCI, rozdíl je v tom, že u vyšší varianty je použita přídavná DPS se silovými výstupy a operačním zesilovačem s podpůrnými obvody pro čidlo klepání. Základní deska však zůstává stejná. Taktéž výpočetní výkon jednotek starší verze 7 a novější 8 je stejný, rozdíly jsou v podstatě v jinak řešených vstupech a periferiích desky prvních variant..

Jedná se tedy o jednotku schopnou v reálném čase řídit předstih a vstřikovací aparaturu, pomocí výstupů taktéž v závislosti prakticky na všech sledovaných parametrech včetně těch dopočítávaných jako zatížení a jiné spínat další přídavné zařízení vozidla, na němž je namontována. Od klasických, či jinak řečeno většinových jednotek se liší tím, že je zde použit procesor, obstarávající přípravu konfigurací a méně časově náročné operace a FPGA obvod obstarávající výpočty matematického modelu otáčení motoru a v podstatě veškerou matematiku, která se v jednotce odehrává. Veškerá inteligence a hlavně bezkonkurenční rychlost se tedy odehrává ve FPGA obvodu. Všechno tak funguje v dokonalé souhře. Doporučuji si prostudovat alespoň pár teorií ohledně FPGA obvodů. V podstatě jde o programovatelnou logickou matici, HARDWAROVÝ, obvod, který v podstatě vytváří až samotný programátor – výrobce ve speciálním sw poskytovaném výrobcem. Proto s těmito obvody nepracují garážové firmy a amatérští jedinci.. Protože se veškeré výpočty či v podstatě vzorce odehrávají na hardwarové úrovni, je celý tento proces neskutečně rychlý, tak rychlý, že ani igelitka klasických atmelů by jej nemusela předehnat v rychlosti výpočtu..v podstatě při každém nahrátí firmwaru do FPGA obvodu se vytvoří znovu celá logická struktura. Programátor tedy při každém programování nasype do obvodu pytel tranzistorů a je jenom na něm, jestli od další sekundy bude tento obvod počítat polohu hvězd s milióném aktivních hradel, nebo řídit proces vaření kávy se sto ticíci hradly., proto je také v názvu firmwaru vidět FPGAvX CPUvX.. Nahrává se jak nový program do procesoru tak nová struktura FPGA obvodu. Výrobce myslel na všechno a implementoval i jakousi variantu bootloaderu, proto při nedokončeném nahrání firmwaru nebo konfigurace nedojde nutně k znefunkčnění jednotky.. Tuto velmi zajmavou symbiózu procesoru a FPGA prakticky nepoužívá žádný výrobce alternativních jednotek, natožpak domácí výrobce.. Samotný FPGA obvod je dost nákladná záležitost, typ použitý v MASTERu stojí cca 900Kč včetně DPH.. Proto ve většina případů klasické jednotky obsahují pouze procesor v hodnotě pár desítek korun s nahraným programem s časovači případně obsluhou přerušení, kde všechno stojí a padá na rychlosti procesoru, která je prakticky velmi pomalá, a hlavně při svém vytížení neumožňuje provozovat víc úkolů v reálném čase s přijatelnou odezvou.. takto jsou dokonce řešeny jednotky firmy AC Autogaz pro plynové vstřikování v automobilech.. v dřevních dobách se tyto věci prakticky nijak jinak řešit nedaly. Ono to sice nějak fungovalo ale k dokonalosti a doslovnému realtime řízení procesů, které se odehrává v MASTERu to mělo daleko.. Posléze přišly na trh obvody FPGA a někoho je napadlo využít pro výpočty v jednotce zapalování / vstřikování.. přesuňme se ale k samotným možnostem připojení a spol. Zprvu tedy popíšu konkrétní možnosti připojení periferii a posléze samotné HW řešení..
Taktéž sw se vyvíjel. Začínalo se s primitivní, ale i tak převratnou aplikací vypadající takto

Posléze jak šel čas byly přidávány další funkce a možnosti. Ovládací sw doznal taktéž velké změny.
Zde vidíte základní graficky vizualizované možnosti řízení předstihu a vstřikování, Na levé straně korekce podle vypočítaného zatížení motoru, teploty a na pravé straně malou přehledku všech aktuálních provozních stavů. Současně máme možnost provádět korekce manuálně - buďto s notebookem a aplikací v ruce - což není uplně ideální, a nebo s připojeným potenciometrem na řidítkách a použitím funkce debug, kdy máme možnost v reálném čase za chodu motoru měnit parametry jak zapalování tak vstřikování. Pro statické úpravy s aplikací pak máme možnost nahrávat změny dočasně a podstatně rychleji ukládáním pouze do RAM..násleně máme možnost vše jedním klikem trvale překlopit do FLASH.. Aktuálně je připravována funkce DATALOG, která nám umožní využít vnitřní paměť jednotky pro uložení záznamu nastavených provozních parametrů a jejích následnou analýzu na PC. Takže se máme na co těšit :) Protože tyto funkce nám jistě konkurence nenabídne. Zobrazená mapa se zdá být pouze 2D ale zdání klame. Řízení jak předstihu tak případného vstřikování se dějě nejen za základě otáček vs úhlu ale také na základě zatížení motoru, externích čidel a vstupů a jiných korekcí - ve skutečnosti by se pak jednalo o 5D mapu, kterou by jaksi nebylo reálné zobrazit. Přechody mezi mapami jsou interpolovány. Znamená to tedy, že se narozdíl od konkurence "neskáče" mezi první druhou a další křivkou ale virtuálně je mezi křivkami další tísíce neviditelných. Pomocí funkce terče pak máme možost zapnout vizualizaci aktuální polohy řízení - hned vidímě v jakém bodě mapy se nacházíme. Při vytváření map od nuly máme možnost také použít přednastavené matemaitcké funkce, které nám křivku automaticky vykreslí podle zadaných parametrů a potom pouze provedeme úpravu dle libosti. Poslední z křivek může být použita k funkci regulace přívěry. Je tedy možné nasimulovat 1024 poloh otevření přívěry v celém spektru nastavených otáček mezi kterými je zase interpolováno. Pokud tedy vezmeme v úvahu motor o 7500 otáčkách jako maximu, tak máme možnost nastavit prakticky pro každých +7 otáček klikového hřídele samostatnou polohu přívěry. Současně máme možnost kompletního nastavení PID parametrů regulace, takže může být regulace nejen velmi přesnál, ale také rychlá. Podporováno je jak připojení serva se zpětnou vazbou, kdy máme informaci o absolutní reálné poloze a můžeme tak detekovat problém - např zanesení olejem a nemožnost vyjetí do požadované maximální polohy, tak serva bez zpětné vazby, kdy se řízení provádí časově.

Zde se nám naskýtá pohled na opravdu jedinečnou funkci integrovaného osciloskopu. Vzorkujeme 1MSps, což je pro naše potřeby až až. Máme tedy reálný přehled o průběhu signálů vstupů, výstupů, spínání cívek, načítání zubů a v podstatě máme před sebou obraz celého chodu motoru v reálném čase. Podle potřeby můžeme zazoomovat na určitý časový úsek a zkoumat detaily.

Jednou z graficky velmi podobných funkcí je akcelerační brzda - graficky znázorňuje výkonovou / momentovou křivku motoru v závislosti na zrychlení vlastních rotačních hmot. Princip podobný jako klasická válcová brzda, pouze místo stovky kilogramů vážícího válce použijeme vlastní setrvačnou hmotu motoru. Měření konkrétních absolutních výkonových parametrů nám sice neposkytne, ale je nám velmi dobrým vodítkem například při ladění karburátoru, předstihu a dalších parametrů jako porovnávací měření.

Pojďme se tedy podívat na nastavení vstupního snímání polohy motoru. Vzhledem k maximálně univerzálnímu a flexibilnímu užití jednotky je možné nastavit naprosto jakýkoli systém získávání informace o poloze klikového hřídele. Ať už použijeme integrované čidlo zrychlení - naše jednovodičové čidlo instalované ve většine motocyklů, nebo polovodičový hall je celkem jedno. Taktéž si nemusíme lámat hlavu se sháněním speciálního zubatého kola. Jak napěťové úrovně tak samotné úhly jednotlivých zubů a synchronizaci můžeme nastavit naprosto libovolně. Také máme možnost použít dvě čidla jako zálohu, nebo použít jedno čidlo na klikovém a jedno na vačkovém hřídeli - to už zavítáme do tajů sekvenčního vstřikování a jiných velice zajmavých zákoutí této jednotky a řízení spalovacích motorů obecně. Současně můževe všechny tyto čidla kontrolovat v reálném čase integrovanám osciloskopem.


Vstupy by smě měli zasebou. Pojďme se tedy podívat na celkové nastavení funkcí. Tady je dobré se víc zaměřit na obrázek a nebude nic třeba složitě popisovat. Podporovány jsoiu všechny druhy cívek, vstřikovacích líšt a zapalovacích modulů, jaké si jenom dokážeme představit. Součástí jsou další funkce jako startér, regulace přévěry, dobíjení, stroboskopy, regulace teploty motorů a další..je jenom na kreativitě uživatele co si vybere. Ke každé funkci se zde naskýtá česká nápověda pro základní nastavení a po zvolení funkce dojde k automatickému předvyplnění výchozích hodnot od kterých je možno se odrazit. Současně máme možnost ručně na danou dobu ovládat výstup pro otestování funkce či zjištění, zda máme všechno správně zapojeno před prvním startem.


Na závěr bych si dovolil screen z kalibrací čidel - jak je v popisu hw dále psáno, je možno připojit prakticky cokoli co nás napadne a posléze kalibrovat. Není proto třeba měnit polovinu čidel jenom proto, že s naší konkurenční jednotkou prostě nejsou kompatibilní.


Jednotka tedy v globálním měřítku obsahuje tyto vstupy / výstupy
Analogové vstupy AI1-AI4 / Digitální vstupy DI1-DI4
Jedná se o klasické napěťové vstupy, maximální napětí těchto variant je v případě použití jako měření napětí 5V. Jednotka obsahuje výstup 5V pro napájení čidel do 100mA, proto je možné použít jakékoli čidlo s napájecím napětím zmiňovaných 5V případně cokoli do napětí palubní sítě, a výstup připojit k těmto vstupům přímo. V jednotce je pak možnost nastavení jaké napětí bude odpovídat jaké percentuální hodnotě tohoto vstupu. Podle těchto přepočtů pak budou prováděny výpočty a samotné řízení.. v základu je 0V – 0%, 5V – 100%, všechno lze ale velmi jednoduše změnit. Budeme tedy potřebovat tři hodnody – hodnotu napětí na vstupu, percentuelní hodnotu jí přiřazené, podle které budeme počítat a jednotku jakou budeme zobrazovat.. Například při měření teploty motoru čidlem s napěťovým výstupem můžeme zadat, že hodnota 3V na vstupu bude znamenat 50% a to bude zobrazováno jako 60*C, všechny hodnoty mezi zadanými jsou dopočítávány automaticky, takže se bude zobrazovat spojitě reálná teplota, ne jen zadaných 10 20 30 40…%. Stejně tak je možné připojit externí MAP senzor, tj tlakové čidlo a měřit i záporné hodnoty..takže jako v případě plného masteru -80 až +150kPa.. Další možností je použít tyto vstupy jako digitální – dva vstupy připojením napětí – dle datasheetu až do 16V, doporučuji ale použít v rámci bezpečnosti integrovaný zdroj 5V, případne u zbývajících dvou vstupů spojením na zem. Ideální pro připojení tlačítek na přepínání funkcí, mapy předstihu či vstřiku, nebo blokování motoru a spol.. Třetí možností je měření odporu na dvou vstupech. Konkrétně jde o 10kOhm rozsah. Zejména pak je toto vhodné pro připojení debug potenciometrů pro přímou a spojitou změnu předstihu či hodnot vstřikování přímo za jízdy. Pro připojení TPS snímače škrtící klapky se toto nehodí, od toho použijeme vstup jako napěťový při standardním rozsahu 5V. U vstupů, kde je možnost měření odporu se nelekejme hodnoty napětí na daném vstupu i při nepřipojeném napětí. Hodnota může být kolem 7V, je to dáno vnitřním pullUP rezistorem, který umožňuje použití digitálního vstupu. Při připojení tvrdého napětí, tj s vnitřní impedancí menší, než zmíněných 10k ono měkké napětí přetlačí, a bude zobrazována správná hodnota!

Vstupy snímačů PA / PB
Ve své podstatě jsou to také analogové vstupy s maximální měřící amplitudou signálu +-25,5V /teoretické maximální napětí, které se na vstupu může objevit, nicméně nebude změřeno jednotkou je blízké +-100V / a možností použití integrovaného osciloskopu 1MSps. Vstupy mají možnost softwarově připojit vnitřní pullUP pro použití klasického kladívkového snímání, což v dnešní době nedoporučuju, případně hallova polovodičového snímače používaného u většiny automobilů. Taktéž je možnost připojení optického snímače, což v soustavě s optickou clonou pomůže při použití s upraveným rozdělovačem, případně na motocyklech, kdy je optická clona přišroubována na původní kladívkové vačce a snímač na destičce zapalování. Je třeba aby při tomto provedení nedocházelo k pronikání denního světla na optický snímač, což by způsobovalo neřešitelné problémy, až nefunkčnost zapalování. V motocyklech zase oceníme možnost připojení indukčního snímače, používaného prakticky u všech motocyklů od roku 2000 naší výroby a snad 20 let zpět u motocyklů zahraničních. Výhodou pak bude pouhé připojení snímače, nastavení napěťových úrovní – je zde možnost kompenzace malého napětí snímače při nízkých otáčkách. Pouze zjistíme výrobcem nastavený offset, tj. při kolika stupních před horní úvratí dojde k impulzu ze snímače a zadáme do softwaru dodávaného k jednotce. Integrovaný osciloskop pak pomůže při počátečním nastavování a zejména pak při nastavování, kdy je pro větší přesnost na rotoru zapalování ozubený věnec s velkým počtem zubů pro přesnost měření a mezerou pro synchronizaci prvního zubu..od kterého pak následuje odpočítávání nastaveného počtu zubů.
Podtlakový vstup
Použit je polovodičový snímač MPX4250AP, který je umístěný uvnitř zapalování. Měření probíhá v rozsahu od -80 do +150kPa což je pro měření jako MAP senzor, tj podtlaku v sání a následnému přepočtu zatížení motoru v souvislosti se snímáním polohy škrtící klapky ideální stav. Snad bych jen podotknul, že je třeba použít připojovací hadici o dostatečném průměru, jinak může dojít k její deformaci tj. vcucnutí do sebe a zkreslení měření. Dále pak na nutnost použít ochranu proti vnikání nečistot do polovodičového čidla ze sání. Lze použít klasický průchozí benzínový filtr, který má zanedbatelný odpor proudění pro toto měření. V případě nutnosti alespoň molitan natlačený v připojovací hadici.
Vstup vibrací
Vnitřní zapojení nebudu nějak rozsáhle rozepisovat, snad jen, že jde taky o jistou formu napěťového vstupu 0-1V a 0-20kHz. Aktuálně je hotové hw řešení. Softwarové řešení bude dořešeno v budoucnu.

Výstupy
TCI výstup
Jedná se o klasický tranzistorový výstup pro indukční, ne kapacitní cívku. Specialutou této jednotky je možnost použít prakticky jakoukoli, i nízkoohmovou cívku bez rizika poškození výstupu, jelikož je spínání řízeno s vysokou přesností FPGA a né tupým analogovým obvodem, jak je tomu u většiny sériových CDI krabiček, nebo zasekávajícím se softwarem, jehož srdcem je v lepším případě krystal pro obecné použití jaký najdeme třeba v hodinkách a který při vibracích a teplotách na našich motorkách neví co dřív. Využití s klasickou indukční cívkou se dnes prakticky nepoužívá, daleko většího efekt dosáhneme s variantou CDI a příslušnou cívkou.. Tento vstup lze také použít pro spínání čehokoli proti zemi, případně při použití externího autorelé spínat naprosto cokoli i bezpotenciálově. Na výstupu je připojen trvale pullUP 1kOohm, takže lze použít jako napěťový výstup například pro spínání cívek VAPE, které mají napětí 300V vyvedené z alternátoru, a my jim jenom nahradíme vstup od původního snímače rotoru naší jednotkou. Lze tedy zachovat původní VAPE CDI zapalování a inteligentně jej řídit jednotkou. TCI výstup se také používá pro připojení vstřikovačů se stejnými mezními parametry jako indukční cívky.
CDI výstup
Dnes nejpoužívanější výstup pro zapalovací cívky s parametry odpor 0.1 až 1.5Ω. Princip je v použití vnitřního zdroje 100 – 450V, 2 – 24A, s účinností 62 – 75% nabíjející kondenzátor 1uF, který je dále vybíjen do nízkoohmové CDI cívky. Specialitou jednotky MASTER je vnitřní zdroj tohoto napětí, který je FPGA plně říditelný – viz popis výše a možnost zadání doby sepnutí. Na rozdíl od klasického CDI zapalování zde není použit tupý tyristor, ale plně řízený MOSFET, což je v našem případě vysokonapěťový tranzistor s parametry 600V/20A chráněný proti napěťovým špičkám z cívky, které se vrací zpět do jednotky. Dle libosti si tak můžeme nastavit nejenom napětí tohoto měniče, ale i jeho proud. Který jiný výrobce nám toto nabídne ?
Digitální výstup D01 D02
Ve starším provedením jednotek klasické tranzistorové výstupy primárně pro spínání malých periferií / spotřebičů. V novém provedení – V8 se jedná o dva polomosty umožňující řízení směru a rychlosti otáčení krokového motoru, výfukové přívěry a jiných periferií

Záverem bych snad jen podotknul, že cena základní varianty zhruba 4500 bez DPH mi nepřijde vůbec přemrštěná. Samotná čtyřvrstvá dps plná prokovů / prokov je mechanické spojení mezi vrstvami desky zabezpečující nejen spolehlivý přenos vysokých proudů, ale také to, že se nám po cestě součásta neuvibruje i s kusem cestičky na DPS/ může vyjít odhadem na nejméně 500, FPGA čip 900, procesor 150, hliníková krabička i s nerezovými čely 600, mosfet tranzistory + igbt dohromady 500, transformátor pro CDI 400, konektory 300, flash paměť 150kč a to nepočítám zbytek balastu, samotné osazení taktéž něco stojí -na první pohled je to poctivá práce, takže sme zhruba na 3500 jen na materiálu. V úvahu je třeba teké vzít, že použité součástky jsou v automotive třídě, takže mohou vycházet dráž, než moje hrubé nástřely.. vývoj také něco stojí..

Na závěr bych rád podotknul, že se aktuálně připravuje addon širokopásmové lambda sondy k Masteru komunikující přímo přes sběrnici CAN s jednotkou. Pokud tedy na svém motocyklu řešíte i vstřikování nenechte se napálit, nebo dokonce podpálit špatně nastavenou směsí. Jiná oblíbená jednotka totiž má vstup pro dvoustavovou lambda sondu uzpůsobený pouze pro vizuální funkci, žádné řízení směsi v closed-loop režimu však neprobíhá!

Pakliže by někdo měl chuť jednotku pořídit mohu být nápomocen se zprovozněním, případně konzultace jakékoli záležitosti ohledně elektronického řízení motorů.