Электрооборудование автомобиля. Устройство и работа. Особенности
Электрооборудование автомобиля представляет весь перечень устройств, которые вырабатывают, передают, а также потребляют электрическую энергию в машине. В целом это сложный комплекс систем, устройств и приборов, которые обеспечивают функционирование всех частей автомобиля, автоматизацию процессов, а также создают уют, комфорт и безопасность для людей.
Электрооборудование автомобиля
Все главные узлы и агрегаты электрического оборудования взаимосвязаны между собой с помощью проводов. Они выступают в качестве своеобразной нервной и кровеносной системы. В одном случае по ним передается сигнал для запуска того или иного устройства, в другом случае они передают электроэнергию для питания приборов. Обрывы проводов могут привести к воспламенению или невозможности работы конкретного устройства в машине. А поломка какого-либо электрооборудования может привести к аварии, невозможности запуска автомобиля или его эксплуатации.
В качестве источников электротока выступают устройства, которые преобразуют электроэнергию. Это генератор и аккумулятор, где генератор преобразует механическую энергию в электрическую, а аккумулятор — химическую в электрическую. В качестве потребителей электрической электроэнергии выступает устройство, преобразует электроэнергию в другие виды, к примеру, движения, света, тепла. К ним можно отнести систему запуска движка, лампочки, измерительные устройства, электроприборы в виде стеклоочистителей, печки, прикуривателя, радио, кондиционера и тому подобное.
Аккумулятор используется для питания потребителей электротоком во время запуска движка, во время его низких оборотов, либо в момент, когда он отключен. Генератор питает электротоком все электрические устройства, в том числе заряжает аккумулятор. Мощность и емкость данных устройств должна отвечать аналогичным параметрам потребителей при различных режимах работы машины.
Электрооборудование автомобиля в виде потребителей энергии классифицируются на 3 составляющие:
- Кратковременного действия.
- Длительного действия.
- Основного действия.
К устройствам основного действия относятся устройства, которые нужны для поддержки работоспособности машины. Это устройства впрыска, запуска, управления движком, система подачи топлива, АКП, электрический усилитель и так далее.
К устройствам длительного действия относятся устройства в виде кондиционеров, освещения, безопасности, навигационной аппаратуры, противоугонных устройств, печки и тому подобное.
К устройствам кратковременного действия относятся устройства в виде систем запуска, прикуривателя, подачи сигнала, свечей накаливания и так далее.
В качестве устройств управления выступают предохранительные щитки, блоки управления и реле. Они согласуют функционирование источников и потребителей энергии. При помощи блоков управления обеспечивается контролирование потребления электроэнергии, напряжения и нагрузок на устройствах, управление обогревателями, очистителями стекол, системой освещения и так далее. Кроме проводки в бортовой системе применяются шины данных, при помощи которых соединяются электронные блоки управления.
Устройство
Аккумулятор является одним из важнейших элементов электрооборудования автомобиля. Он представляет химический источник электротока, который работает при помощи накопления и последующей отдачи энергии. Накопление и передача заряда обеспечивается переходом ряда элементов из одного состояния в другое. Главными характеристиками аккумуляторной батареи является емкость и напряжение. Его корпус выполнен из пластика, стойкой к кислоте. В нем имеется 6 секций, в которых находятся элементы, выполненные из пластин и сепараторов. Эти элементы соединяются с помощью мостиков, а корпус закрывается пластмассовой крышкой. На батарее имеются два выхода, к которым подсоединяются клеммы проводов. Аккумулятор находится в подкапотном отсеке машины.
Электрический генератор — это устройство, которое смахивает на электрический двигатель, но имеет принципиальное от него отличие. Данный элемент создает электроэнергию благодаря вращению его якоря посредством ременной передачи, получающее вращательное движение от ДВС. Генератор имеет 2 обмотки, благодаря чему обеспечивается стабилизация напряжения, которое он вырабатывает. Принцип его работы базируется на эффекте самоиндукции.
Далее необходимо выделить элементы, которые обеспечивают запуск и последующую работу ДВС, а значит и непосредственное перемещение машины.
Стартер – это своего рода электродвигатель, который совершает вращение благодаря энергии аккумуляторной батареи. Его главная цель кроется в начальном старте. Затем появляется электрическая икра, вследствие чего происходит воспламенение топлива. В результате двигатель начинает работать. Чтобы создать такую искру, используется повышающая катушка, свечи, а также распределитель искры.
Повышающая катушка выполнена из ферромагнитного сердечника с 2-мя обмотками. На одной из обмоток находится меньшее число витков, благодаря чему создается магнитное поле. Это поле создает магнитное поле на второй обмотке, но уже с более высоким напряжением. В результате при подаче напряжения на свечи создается искра.
Электрическая свеча представляет элемент, который создает искру непосредственно в цилиндре ДВС. У нее есть контакт, к которому подходит провод с высоким напряжением. На цилиндрах имеются электроды с наименьшим зазором, в которых и происходит создание искры. Между свечами и катушкой располагается распределитель, который и передает высокое напряжение непосредственно на свечу, которая должна в необходимый момент времени подать искру на цилиндр.
Система освещения используется при перемещении машины при недостаточной освещенности окружающей среды. В данную систему включены фары, задние фонари, лампочка освещения номера, лампочки освещения в салоне, отделения багажа, отсека мотора, зоны педалей и так далее.
Световая сигнализация используется с целью предупреждения других участников движения о маневрах, поворотах, заднем ходе, то есть о смене направления перемещения машины. Данная система имеет передние сигнальные лампочки, задние фонари, боковые повторители поворотов, лампы на панели приборов, выключатели, стоп-сигналы и другое электрооборудование автомобиля.
Фары необходимы для освещения окружающего пространства. В первую очередь они необходимы для освещения дороги, чтобы водитель имел представление об окружающей обстановке. Каждая машина имеет фары, которые расположены симметрично. Передние фары в большинстве случаев выполнены в одном корпусе. В нем могут находиться ряд элементов: дальний, а также ближний свет, ходовые и габаритные огни. Иногда в них даже размещаются поворотники.
Ближний свет необходим в случаях, когда наблюдается поток встречного транспорта. Его главная особенность заключается в том, что он не слепит водителей встречного транспорта, при этом хорошо освещает правую сторону дороги. Дальний свет также используется с целью освещения, но только в том случае, когда нет встречного потока. Его главная особенность в том, что этот свет выделяется своей мощностью и интенсивностью, благодаря чему он освещает пространство на довольно большое расстояние, которое находится впереди машины.
При помощи габаритных огней и поворотников водитель дает важную информацию всем участникам движения о габаритах своего автомобиля, а также планируемых остановках и изменениях направления движения. Также в машине имеется прикуриватель, могут быть розетки usb и так далее.
В зависимости от текущей комплектации машины в ней могут иметься или отсутствовать следующее электрооборудование автомобиля: системы безопасности, которые включают в себя электронатяжители ремней, автоматическую коробку с управляющей электроникой, электронные элементы помощи водителю, маршрутный компьютер, помощь при подъеме в гору, подушки безопасности и так далее.
Применение
Электрооборудование автомобиля включает множество элементов, включая различные системы, проводку, элементы питания и так далее. В первую очередь оно предназначено для производства электрической энергии и ее доставки потребителям электроэнергии. Сегодня количество элементов, которые потребляют электрическую энергию, в том числе проводов, которые необходимы для доставки, распределения и управления, возросло в разы. Общая длина проводов и их толщина могут иметь суммарную массу более 50 кг. Это очень много, учитывая то, что количество электрических устройств все время увеличивается. Имеется большая вероятность, что к 2025 году сеть проводов в машинах может достичь почти 100 кг.
Для снижения веса электрических проводов сегодня широко применяются шины, которые предают цифровые сигналы. С помощью такой архитектуры можно существенно снизить вес и количество применяемых проводов. Это приводит к тому, что удается избавиться от сотен метров проводки, в том числе снизить стоимость затрат, ведь применяемая в проводах медь стоит довольно дорого.
В будущем проводка и электрооборудование автомобиля станет еще меньше, ведь будет применяться схема с одним центральным процессором. Именно сюда будет стекаться вся информация, процессор будет контролировать все системы электрооборудования машины. Все функции будут выполняться операционной системой. Исчезнет порядка 75 управляющих блоков, которые сегодня имеют собственные программы и алгоритмы действия.
Естественно, что благодаря уменьшению управляющих блоков и числа проводов. Электрооборудование автомобиля станет на порядок легче и компактнее. Это прибавит стабильности, ведь меньшее число компонентов обеспечивает меньшее количество сбоев. Автомобиль станет подобен компьютерному устройству. К нему можно будет с легкостью подключать новые девайсы и изменять параметры существующих. В большей части случаев можно будет поменять программу, то есть загрузить обновление, чтобы убрать ошибку.
Система электрооборудования автомобиля
Э лектрооборудование автомобиля — предназначено для выработки и передачи электрической энергии потребителям различных систем и устройств автомобиля.
Устройство электрооборудования автомобиля:
В се перечисленные элементы электрооборудования объединены в единую бортовую сеть автомобиля.
Э лектрообоурдование автомобиля можно разделить на две части цепь низкого напряжения и цепь высокого напряжения.
Ц епь низкого напряжения обеспечивает электричеством потребителей освещения и сигнализации, а также работу системы пуска.
| Система пуска двигателя обеспечивает первичное проворачивание коленчатого вала и работу двигателя во время его пуска. Наиболее распространен пуск двигателя электрическим стартером. В качестве стартеров применяют высокооборотные электродвигатели постоянного тока с последовательным или смешанным возбуждением, конструктивно объединенные с шестеренным приводом. Для быстрого и конструктивного изучения устройства системы пуска двигателя воспользуйтесь схемой системы пуска. |
Освещение и сигнализация – служат для освещения приборами дороги и обозначения габаритов автомобиля, сигнализации выполняемых маневров.
Контрольно-измерительные и дополнительные приборы – служат для контроля работы и управления системами автомобиля.
Ц епь высокого напряжения служит для воспламенения рабочей смеси в цилиндрах, за счет системы зажигания.
Система зажигания служит для воспламенения горючей смеси и применяется на бензиновых двигателях. Воспламенение горючей смеси происходит по мере подачи искры зажигания в цилиндры, от сюда и название система искрового зажигания . Другими словами система зажигания служит для создания тока высокого напряжения, распределения его по цилиндрам двигателя и воспламенения рабочей смеси в камере сгорания в определенные моменты. На современных автомобилях используют контактно-транзисторную и бесконтактную системы зажигания. Для более подробного изучения — устройство системы зажигания автомобиля .
В системе электрооборудования автомобиля обязательно есть источник вырабатывания тока и его потребитель. Их взаимосвязанная работа реализуется с помощью электрической проводки.
К источниками тока можно отнести: аккумуляторную батарею (АКБ) и генератор.
АКБ служит для питания потребителей низкой цепи электрическим током при неработающем двигателе, запуске двигателя, а также работе двигателя на малых оборотах.
Г енератор предназначен для подзарядки аккумуляторной батареи (АКБ) и питания всех приборов электричеством во время движения автомобиля. Поэтому генератор является основным источником электрического тока.
К элементам управления относятся щитки предохранителей, блоки реле, электронные блоки управления. Их основная задача это обеспечение согласованной работы приборов электрооборудования. На современных автомобилях используются блоки управления.
Б лок управления служит для:
- контроль потребителей;
- контроль напряжения;
- регулирование нагрузки;
- управление системой комфорта;
П отребители энергии бывают : Основные, длительные, кратковременные.
О сновные:
— электроусилитель рулевого привода;
Д ополнительные:
— система активной безопасности;
— система пассивной безопасности;
К ратковременные:
— системы комфорта;
Подкатегории
Устройство контактной системы батарейного зажигания 1
Контактная система батарейного зажигания
Для создания искрового разряда между электродами свечи зажигания необходимо высокое напряжение (15000-30000 В), так как газы, находящиеся в цилиндре, не проводят ток низкого напряжения. На современных автомобильных двигателях применяют однопроводную систему соединения источников тока с потребителями. Вторым проводником электрической энергии служит масса (корпус) – все соединенные между собой металлические части автомобиля.
При однопроводной системе включения приборов электрооборудования уменьшается число проводов, упрощается техническое обслуживание и уменьшается стоимость системы. Отрицательные выводы генератора, аккумуляторной батареи и всех потребителей электроэнергии соединены с массой, а положительные изолированы от нее. В эксплуатации необходимо внимательно следить за состоянием изоляции на проводах и за их креплением, так как нарушение изоляции может привести к возникновению короткого замыкания.
Устройство контактной системы батарейного зажигания :
Схема устройства контактной системы батарейного зажигания :
а) схема ; б) положения ключа выключателя зажигания и стартера ; 1 – рычажок прерывателя ; 2 – подвижный контакт ; 3 – неподвижный контакт ; 4 — кулачок ; 5 – прерыватель низкого напряжения ; 6 — конденсатор ; 7, 14, 23 – провода ; 8 – выключатель зажигания ; 9 – добавочный резистор ; 10 – первичная обмотка ; 11 – вторичная обмотка ; 12 – катушка зажигания ; 13 — магнитопровод ; 15 – выключатель добавочного резистора ; 16 — амперметр ; 17 – аккумуляторная батарея (АКБ) ; 18 – выключатель электродом ; 19 – ротор с электродом ; 20 — распределитель ; 21, 24 – подавительные резисторы ; 25 – свеча зажигания ; 26 – ключ выключателя зажигания.
Контактная система батарейного зажигания состоит из : аккумуляторной батареи 17, катушки зажигания 12, прерывателя 5 низкого напряжения с конденсатором 6, распределителя импульсов высокого напряжения 20, свечей зажигания 25, выключателя зажигания 8, амперметра 16. Прерыватель 5 имеет два контакта : неподвижный 3 соединенный с массой и подвижный 2, расположенный на рычажке 1 и соединенный с проводом 7 с первичной обмоткой 10 катушки зажигания. В прерывателе установлен вращающийся валик с кулачком 4, при помощи которого размыкаются контакты. В системе зажигания в качестве источника электрического тока используется генератор переменного тока.
При замыкании контактов прерывателя ток от АКБ проходит по первичной обмотке катушки зажигания, создавая вокруг нее магнитное поле.
Цепь низкого напряжения следующая : положительный вывод АКБ 17 – амперметр 16 – выключатель зажигания 8 добавочный резистор 9 – первичная обмотка 10 — провод 7 – подвижный контакт 2 – неподвижный контакт 3 – масса – выключатель 18 цепи АКБ – отрицательный вывод АКБ.
При размыкании контактов прерывателя обесточивается первичная обмотка катушки зажигания и резко уменьшается магнитное поле. Магнитный поток исчезающего поля пересекает витки вторичной и первичной обмоток, при этом индуктируется электродвижущая сила (ЭДС) высокого напряжения во вторичной и ЭДС самоиндукции в первичной обмотках. Возникающие во вторичной обмотке импульсы высокого напряжения подводятся к свечам зажигания в соответствии с порядком работы цилиндров двигателя. Вращающийся ротор 19 своим электродом распределяет импульсы высокого напряжения по электродам крышки распределителя. Частота вращения ротора в 2 раза меньше частоты вращения коленчатого вала и, таким образом, совпадает с частотой вращения кулачка прерывателя.
Положение пластины ротора напротив каждого из электродов крышки распределителя соответствует разомкнутому состоянию контактов прерывателя.
Цепь высокого напряжения : вторичная обмотка 11 – провод 14 высокого напряжения – подавительный резистор 21 – электрод ротора 19 – один из электродов крышки распределителя 20 – провод 23 — подавительный резистор 24 – свеча зажигания 25 – центральный электрод свечи – боковой электрод свечи – масса – выключатель 18 цепи АКБ – отрицательный вывод АКБ 17 – положительный вывод АКБ 17 – амперметр 16 — выключатель зажигания 8 – добавочный резистор 9 – первичная обмотка 10 – вторичная обмотка катушки зажигания 12.
В первичной обмотке ток самоиндукции возникает при замыкании контактов прерывателя. Ток самоиндукции замедляет процесс исчезновения тока в первичной обмотке, нежелательно, так как при размыкании контактов увеличивается период искрообразования между ними, снижаются эффективность и надежность системы зажигания. Параллельно контактам прерывателя включен конденсатор 6. В момент размыкания цепи низкого напряжения конденсатор заряжается током самоиндукции, а затем при разомкнутых контактах разряжается через первичную обмотку.
Выключатель зажигания 8 необходим для остановки работающего двигателя размыканием первичной обмотки катушки зажигания. Он нужен и для включения зажигания перед пуском двигателя. Ключ 26 выключателя зажигания может занимать четыре положения : 0 – зажигания выключено ; 1 – зажигание включено ; 2 – включены зажигание и стартер ; 3 – подведено питание к радиоприемнику. В положении 0 ключ можно вставить и вынуть из замка зажигания. После пуска двигателя ключ выключателя зажигания переводят в положение 1.
Выключатель 18 цепи АКБ нужен для отключения батареи от массы при выполнении электротехнических работ и для остановки автомобиля на длительное время. Выключатель 18 защищает электрооборудование от короткого замыкания или от пожара при неисправной проводке, а также позволяет отключить батарею от всех потребителей электрической энергии, непосредственно не отсоединяя провода, отходящие от нее. В этом случае остается включенным аварийное освещение – плафон кабины и розетка переносной лампы.
Почему контактная система батарейного зажигания не используется на современных автомобилях?
Постепенно контактную систему батарейного зажигания вытеснили другие системы, такие как контактно транзисторная или бесконтактная системы зажигания. Этому предшествовало ряд недостатков контактной системы батарейного зажигания :
Элементы и системы автомобильной электроники
С каждым годом автомобили становятся все безопаснее, экологичнее, дешевле в эксплуатации, а главное надежнее и комфортнее. Такой стремительный прогресс был бы невозможен, если бы в авто не было много различной электроники. Здесь мы рассмотрим решения в этой области и изучим важные нормы, касающиеся двух приоритетных вопросов проектирования автомобильной электроники – ее безопасности и надежности.
Современные автомобили оснащены модулями управления для рабы важнейших устройств и систем, в том числе: привода, безопасности и помощи водителю, оборудования и инженерных систем (дверей, окон, стеклоочистителей, освещения, кондиционирования воздуха) и систем, предоставляющих информацию и развлечения. Функционал и количество драйверов различаются в зависимости от производителя и модели автомобиля, а сам владелец обычно даже не знает что в нем установлен тот или иной модуль, пока он не выйдет из строя.
Также отсутствует стандартизированная номенклатура, а это означает, что названия некоторых модулей иногда неправильно взаимозаменяемы. Примером может служить назначение одной и той же роли контроллерам PCM (модуль управления трансмиссией) и ECM (модуль управления двигателем).
ECM — это модуль управления двигателем, часто также называемый ECU. Его задачей является обеспечение безопасной и эффективной работы мотора, в том числе подбором правильных пропорций топлива и воздуха в смеси и определением соответствующего момента ее воспламенения. ECM дополняется TCM (Transmission Control Module), отвечающим за управление работой автоматической коробки передач.
В основном ECM и TCM представляют собой отдельные блоки с собственным процессором и памятью. Большую часть времени они действуют независимо обмениваясь информацией только тогда, когда ситуация требует их сотрудничества. Причем модуль PCM координирует работу обоих этих драйверов.
Датчики ECM и TCM
Модули управления двигателем и автоматической коробкой передач работают с несколькими датчиками. Примером может служить датчик положения коленчатого вала, который является одним из наиболее важных источников информации для ECM. Он измеряет угловое положение коленвала, позволяя рассчитать скорость его вращения.
На основе его значения стабилизируется работа двигателя на холостом ходу, удаляются пары топлива из бака, контролируется работа впускного коллектора и работа системы изменения фаз газораспределения. Обычно датчик положения коленвала представляет собой индуктивный или датчик Холла, который работает в сочетании с измерительной шкалой.
Информация полученная от датчика дополняется результатами датчика Холла, измеряющего положение распределительного вала. При определении подходящей дозы топлива модуль управления двигателем опирается на данные потенциометрического датчика, измеряющего угол открытия дроссельной заслонки. Другим важным измерительным элементом является лямбда-зонд.
По его показаниям создается топливно-воздушная смесь оптимального состава, при котором уровень выброса вредных соединений в атмосферу наименьший. Это должна быть стехиометрическая смесь с 14,7 кг воздуха на каждый килограмм сожженного топлива. Тогда отношение воздуха к топливу, обозначаемое буквой “лямбда”, равно 1.
Более высокое значение соответствует обедненной смеси с избытком воздуха и недостаточным количеством топлива. Значение ниже 1 указывает на богатую смесь с недостаточным количеством воздуха и слишком большим количеством топлива. Зонд помещается в выхлопной канал. Это трубка, измерительная часть которой изготовлена из диоксида циркония. Характерной особенностью этого твердого электролита является то, что при температуре выше примерно +300°С он проницаем для ионов кислорода.
Трубка с обеих сторон покрыта тонким пористым слоем платины, выполняющим роль электрода. Поток ионов генерирует напряжение и чем больше кислорода в выхлопных газах, тем оно ниже, и наоборот, малое количество ионов кислорода создает более высокое напряжение. Часто используются несколько лямбда-зондов. Их обычно нагревают, чтобы они быстрее достигли рабочей температуры.
ECM также опирается на показания датчиков контролирующих параметры всасываемого воздуха. Один из них представляет собой массовый расходомер, расположенный во впускной трубе между воздушным фильтром и впускным коллектором. Там же установлен датчик температуры воздуха, обычно резистивный.
На основании информации о количестве и температуре всасываемого воздуха блок управления двигателем регулирует состав топливовоздушной смеси и угол опережения зажигания. Если эти датчики повреждены – двигатель запускается с трудом, а расход топлива увеличивается. Датчик сопротивления также измеряет температуру охлаждающей жидкости и косвенно температуру двигателя.
К блоку двигателя прикреплен пьезоэлектрический датчик измеряющий амплитуду его колебаний. Таким образом выявляется нежелательный стук, возникающий, например, в случае некачественного топлива, чрезмерной нагрузки на двигатель, перегрева, выхода из строя свечи зажигания. Кроме того, обедненная топливно-воздушная смесь и преждевременное зажигание способствуют неконтролируемому сгоранию.
Поэтому для предотвращения детонации контроллер ЭСУД на основе показаний этого датчика регулирует состав смеси таким образом, чтобы компенсировать нехватку топлива или уменьшить угол опережения зажигания. Поскольку модуль управления двигателем может различать в каком цилиндре происходит неконтролируемое сгорание, достаточно одного пьезоэлектрического датчика.
Модуль TCM подбирает правильное передаточное отношение к заданной скорости по показаниям датчика, измеряющего скорость вращения вала на выходе из коробки передач. В случае выхода из строя этого датчика следует ожидать увеличения расхода топлива и сокращения срока службы компонентов коробки передач.
Классификация систем безопасности
Автомобильные системы безопасности можно условно разделить на: активные и пассивные. Они должны предотвратить ДТП, предупредив водителя о возможности возникновения опасной ситуации или облегчив ему сохранение контроля над автомобилем. Системы пассивной безопасности направлены на снижение травм, вызванных аварией, если она все же происходит.
- К первой группе относятся следующие системы: ABS (Anti-lock Braking System), предотвращающая блокировку колес при торможении, ACC (Adaptive Cruise Control) — круиз-контроль с автоматическим регулированием скорости в зависимости от дорожной ситуации, поддерживающий безопасную дистанцию до автомобилей спереди, ESC (Electronic Stability Control) — электронная система контроля устойчивости, BLIS (Blind Spot Information System) – информирующая о наличии других транспортных средств в слепой зоне, LDW (Lane Departure Warning) – предупреждающая о выезде с дорожной полосы, AEB (Automatic Emergency Braking) – система экстренного торможения, NVS (система ночного видения) – поддерживающая водителя при движении в темное время суток, RSR (система распознавания дорожных знаков) и TPMS (система контроля давления в шинах), контролирующая давление воздуха.
- В свою очередь, к категориям пассивных систем безопасности относятся системы, контролирующие работу подушек безопасности и ремней безопасности, защищающие от повреждения шейных позвонков при ударе, CSS (Child Safety System) и PPS (Pedestrian Protection System), снижение тяжести травм, возникающих при ДТП у детей и прохожих. Далее представляем работу систем активной и пассивной безопасности на примере TMPS, контролирующих подушек безопасности и PPS.
Давление в шинах следует контролировать по соображениям безопасности и эксплуатации. Это связано с тем, что шина может лопнуть. В этом случае водитель теряет контроль над автомобилем и может стать причиной аварии. Кроме того, слишком низкое давление в шинах способствует повышенному расходу топлива. Шины также изнашиваются быстрее. Поэтому уже несколько лет системы TMPS являются обязательными. Они бывают двух категорий: прямые и непрямые системы.
В первой датчики используются также другими системами, обычно датчиками скорости вращения колес, на которых основаны измерения системы ABS. В этом случае принимается во внимание тот факт, что шина, в которой упало давление, быстрее вращается в результате уменьшения наружного диаметра и, следовательно, изменения ее окружности качения.
Преимуществом такого подхода является простота и дешевизна реализации, ведь не нужно добавлять новые элементы, а только модифицировать программное обеспечение системы ABS. Слабой стороной косвенных систем TMPS является их низкая точность. Обычно они сигнализируют о проблеме только когда давление в колесах падает на несколько десятков процентов, ведь будь они более чувствительными, то стали бы источником необоснованных тревог, реагируя даже на небольшое изменение скорости вращения колес вызванное изменением типа дорожного покрытия.
Водитель также никогда не имеет точной информации о текущем давлении в шинах. Если она снижается одинаково во всех колесах, косвенная система TMPS может даже не обнаружить ее, но в случае неравномерного износа шин может сработать ложная тревога. Альтернативой являются прямые системы.
Они основаны на показаниях датчиков давления установленных в каждой шине. Датчики питаются от батареек и оснащены антенной через которую они передают результаты измерений на контроллер.
Системы прямого контроля давления в шинах работают точнее и быстрее косвенных. В то же время они имеют ряд существенных ограничений: необходимость периодической замены аккумулятора, что обычно предполагает покупку нового датчика и перенастройку системы в случае её замены или замены шин.
Системы подушек безопасности
Автомобили начали оснащаться первыми системами подушек безопасности лет 40 назад. С тех пор были разработаны их различные варианты.
- Основные из них – подушки безопасности на руле для защиты водителя и в приборной панели для защиты переднего пассажира, задача которых защитить голову и грудь в случае лобового столкновения. Кроме них в авто есть боковые и головные подушки безопасности. Последние иначе известны как воздушные завесы.
- Боковые подушки безопасности защищают верхнюю часть туловища и таз водителя и переднего пассажира в случае бокового столкновения. Поэтому они устанавливаются на внешнем крае спинок сидений.
- Воздушные завесы, напротив, расположены в потолке над боковыми окнами с обеих сторон автомобиля. Их работа заключается в защите головы водителя, пассажира на переднем сиденье и людей, занимающих крайние задние сиденья, в случае бокового удара. Также они надуваются в случае лобового удара под углом. Кроме того, подушки безопасности предотвращают выскальзывание и полное выпадение водителя и пассажиров из боковых окон при ударе и в случае опрокидывания машины.
В настоящее время подушки безопасности входят в стандартную комплектацию автомобилей. Такие системы безопасности обычно состоят из контроллера и датчиков, установленных в контроллере или в различных частях авто. К наиболее важным задачам контроллера относятся: анализ данных с датчиков, распознавание того произошедшего события требующего надувания, активация системы которая надувает подушку безопасности и самодиагностика. Драйверы и датчики для систем подушек безопасности в автомобилях предлагаются ведущими производителями электронных компонентов.
Примером может служить блок управления подушками безопасности Bosch. На основе данных гироскопов, датчиков давления и акселерометров она распознает задние, боковые и лобовые столкновения и фиксирует опрокидывание автомобиля. Точность обнаружения аварии повышена по сравнению с контроллерами предыдущих поколений благодаря внедрению нового алгоритма, анализирующего параметры поглощения кинетической энергии при ударе. Датчики занятости сидений являются дополнительным источником информации, помогающим выбрать настройки безопасности в соответствии с весом, размером и положением тел пассажиров, а также предотвратить ненужное надувание в случае аварии, если сиденье пустует.
Блок управления подушками безопасности считывает данные со встроенных и периферийных датчиков через системную шину и PSI5 (интерфейс периферийных датчиков). На их основе активируется система срабатывания подушек безопасности и зажим натяжителя ремня безопасности, посылается сигнал в топливную систему на прекращение подачи топлива и в систему привода на торможение авто и автоматически информируется система eCall – оповещение экстренных служб об аварии.
Он также включает визуальные и звуковые оповещения о сбое безопасности. Данные о ходе аварии сохраняются в памяти контроллера. Контроллеры Bosch доступны в нескольких версиях с разным функционалом и ценой.
Самая дешевая версия отвечает только основным требованиям по защите пассажиров. Они поддерживают до 16 контуров управления и взаимодействуют с 6 периферийными датчиками. Они предназначены для сегмента недорогих автомобилей. Base и plus поддерживают до 32 контуров управления и работают с 12 датчиками через интерфейс PSI5.
В них встроены датчики определяющие переворачивание автомобиля. В версии плюс доступны дополнительные гироскопы и акселерометры. ISU (Integrated Safety Unit) поддерживает до 48 контуров управления, а через PSI5 можно подключить до 18 датчиков. Как и в плюсовых контроллерах в версии ISU интегрированы дополнительные датчики.
Система защиты пешеходов
Среди пострадавших в ДТП с участием автотранспорта пешеходы и велосипедисты также составляют большую группу. Поэтому в автомобилях, помимо решений повышающих безопасность водителей и пассажиров, реализованы системы PPS (Pedestrian Protection System). Их задача – уменьшить масштабы травм людей, сбитых автомобилем. Это особенно касается травм головы в результате удара о капот, переднюю стойку или лобовое стекло, которые обычно наиболее серьезны в таких ситуациях.
В области реализации систем защиты пешеходов используются различные подходы. Обычно их непременным элементом служит встроенный в передний бампер автомобиля датчик давления или акселерометр. Капот слегка приподнимается при обнаружении наезда на пешехода.
При этом между более мягким кожухом и массивным блоком двигателя создается больший зазор, поглощающий энергию удара и смягчающий последствия аварии. Расширением этого решения является установка подушки безопасности под капот авто. Она запускается из прорези при наезде на пешехода, заполняя подкапотное пространство и закрывая часть лобового стекла и боковых стоек.
В дополнение к рассмотренным датчикам, компонентами систем активной и пассивной безопасности в автомобилях являются: ультразвуковые, радарные датчики и камеры. Что касается последних, то те, что установлены в передней части автомобиля, передают информацию, например, следующим системам: LDW (предупреждение о выходе из полосы движения), PD (обнаружение пешеходов) или PCAM (предотвращение/смягчение последствий столкновений с пешеходами), RSR (дорожная система распознавание знаков) и FCW (предупреждение о лобовом столкновении).
Камеры в авто и их применение
Задача – не допустить непреднамеренного выезда водителя за пределы полосы движения. Для этого на изображении снятом камерами, обнаруживаются линии на дороге. Если они пересечены, система LDW посылает предупреждающий сигнал системе рулевого управления, в результате чего происходит автоматическая коррекция колеи. А системы RSR, работая с камерами в передней части автомобиля, распознают проезжающие мимо дорожные знаки.
PCAM дополняет систему пассивной защиты пешеходов. Задача — распознавать пешеходов и велосипедистов среди объектов движущихся перед автомобилем и предотвращать столкновения с ними. Это намного сложнее чем просто обнаружение автомобилей или других крупных объектов на изображении с камеры. Обычно PCAM использует радарный датчик в дополнение к регистратору изображения.
Эти датчики контролируют пространство в нескольких метрах перед транспортным средством, выполняя различные роли — радар обнаруживает объекты и следит за расстоянием до них с учетом скорости автомобиля, а камера предоставляет информацию системе распознавания изображений, которая определяет тип объекта на основе его высоты, размера и характера движения.
Например, чтобы считаться велосипедистом, он должен различать контуры велосипеда и частей тела человека, сидящего на нем, и сопоставлять их движения с шаблоном, который описывает движения во время езды на велосипеде. Также прогнозируется их возможный дальнейший путь. Если они находятся на пути столкновения с автомобилем, активируются звуковая сигнализация и тормоз.
Здесь стоит упомянуть о конкуренции радаров, которые представляют собой сканеры LiDAR (Light Detection And Ranging). Они излучают цепочки лазерных импульсов в направлении тестируемого объекта с частотой сотни тысяч раз в секунду. Расстояние между сканером и объектом рассчитывается путем измерения времени от отправки им до получения отраженного света. Таким образом создаются облака точек, соответствующие измеренным расстояниям во всех направлениях. Это позволяет составить компьютерную трехмерную карту окрестностей. Преимущество сканеров LiDAR перед радарами связано с их гораздо более высоким разрешением.
Что такое модуль BCM
BCM (модуль управления кузовом) часто является частью PCM. Это системы для управления коммунальными установками и повышения комфорта вождения. Среди функций BCM — адаптивное управление наружным освещением.
Управляемые таким образом фары излучают луч света с параметрами (длина, форма), которые автоматически адаптируются к условиям движения, встречных автомобилей с противоположного направления, пешеходов, животных или погоды.
Реализация такого функционала стала возможной благодаря оснащению автомобилей камерами установленными в передней части авто, которые следят за движением на дороге и ее окружением. Вторым обязательным элементом такой системы являются матричные светодиодные фары.
Когда камера обнаруживает встречные автомобили или движущийся впереди автомобиль, соответствующие светодиодные модули автоматически выключаются. Это позволяет избежать ослепления других водителей своими огнями. Кроме того, другими возможными вариантами использования адаптивного освещения являются: усиление света при обнаружении дорожных знаков, освещение пешеходов прожектором или регулировка луча в зависимости от погодных условий и типа поверхности.
В настоящее время максимальное разрешение матричных рефлекторов составляет несколько десятков световых точек. Ведутся работы по увеличению его до нескольких сотен тысяч световых точек, что станет возможным благодаря использованию лазеров.
Информация и развлечения
Ожидания от автомобилей растут не только с точки зрения безопасности и комфорта вождения, но все чаще и с точки зрения дополнительных ощущений, что обеспечивают интегрированные информационно-развлекательные системы.
Это программно-аппаратные решения, обеспечивающие водителей и пассажиров автомобиля аудио-видеоданными, несущими информационный контент, например о текущей дорожной ситуации (погода, пробки, аварии поблизости) и развлекательные (радио, телевидение, доступ к социальным сетям). Связь является важным элементом этих систем, известных как IVI (In Vehicle Infotainment).
Связь с внешним миром изнутри автомобиля повышает безопасность дорожного движения и предоставляет водителям доступ к различным сервисам, не только информативно-развлекательным, но и полезным. Примером может служить возможность удаленного управления домашней автоматикой — есть, например, приложения для удаленного включения и выключения отопления по дороге в доме и сигнализация после въезда автомобиля в гараж.
Примером решения направленного на повышение безопасности является eCall — система быстрого автоматического оповещения экстренных служб об авариях. С развитием сотовых сетей 5G обязательно будут развиваться новые приложения для связи между автомобилями, ими и элементами дорожной инфраструктуры.
Безопасность и надежность
Высокие требования к безопасности и безотказности вынуждают использовать специальные решения в области компонентов и систем автомобильной электроники. Первые должны соответствовать строгим стандартам устойчивости к суровым условиям работы, поскольку в автомобилях электронные компоненты подвергаются воздействию экстремальных температур, вызванных погодными условиями и контактом с нагревательными элементами системы привода, а также вибрациями и ударами. Стандарты в этой области разработаны Советом автомобильной электроники (AEC).
Он была основан в 90-х годах по инициативе производителей автомобилей, которые в то время из-за бума потребительской электроники перестали быть в центре интереса поставщиков электронных компонентов. По этой причине предложение более дешевых компонентов с качеством, подходящим для нужд устройств бытовой электроники, было намного богаче, а тех, которые по стандарту требуются в автомобилях, стало не хватать. AEC должна была исправить это, разработав спецификации, которые помогут отличать компоненты для тяжелых условий эксплуатации от других. Результатом является набор глобальных обязательных стандартов.
Классификация по стандартам AEC
Первым документом разработанным Советом по автомобильной электронике в 1994 году, стал стандарт AEC Q100. Там стандартизированы испытания интегральных микросхем на прочность. В последующие годы также были подготовлены руководства по проведению этого типа испытаний дискретных полупроводниковых компонентов (AEC Q101) и пассивных компонентов (AEC Q200). В этих документах было предложено деление на классы.
Например в AEC Q100 микросхемы разделены на группы по диапазону рабочих температур: 0 (от -40°С до +150°С), 1 (от -40°С до +125°С), 2 (-40°С). С до +105°С) и 3 (от -40°С до +85°С). Стандарт AEC Q200 разделен на пять групп. В первую, с самым широким диапазоном рабочих температур (-50°С…+150°С), входят компоненты с самой большой сферой применения — их можно монтировать в любом месте автомобиля.
По крайней мере этим требованиям должны соответствовать резисторы SMD на керамической подложке и керамические конденсаторы с диэлектриком X8R. Более узкий диапазон (-40°С…+125°С) относится к танталовым и керамическим конденсаторам, термисторам, кварцевым резонаторам, катушкам, резисторам, трансформаторам и варисторам, устанавливаемым под капотом автомобиля.
Требования не ниже третьего класса (-40°С…+105°С) распространяются на алюминиевые электролитические конденсаторы, устанавливаемые в кабине в местах перегрева, и четвертого класса (-40°С…+85°С). ) – R/RC сети, дроссели, фольговые и перестраиваемые конденсаторы, которые можно установить в салоне. В четвертую группу, с наиболее узким температурным диапазоном (0°С…+70°С), входят элементы для использования вне авто.
Функциональная безопасность
К электронным компонентам и схемам автомобилей также предъявляются требования по обеспечению функциональной безопасности. Руководящие принципы в своей области для автомобильной промышленности включены в ISO 26262. Функциональная безопасность определяется там как отсутствие неоправданного риска, возникающего в результате опасностей, вызванных неисправностью электронных или электрических схем авто.
Для этого необходимо применять подход, основанный на оценке риска, на протяжении всего жизненного цикла компонента/системы, от проектирования до производства и эксплуатации. Во-первых, определить риск, поскольку предпринятые меры и предупредительные действия зависят от УПБА (уровня полноты безопасности автомобилей), присвоенного предмету анализа. Следует рассмотреть потенциальные сценарии риска безопасности. Примеры включают отказ тормозов и ненужное раскрытие подушки безопасности. Далее необходимо определить цели безопасности.
Например, в случае с дверью автомобиля, она может быть открыта или закрыта, в зависимости от того что более уместно. В случае возгорания автомобиля необходимо как можно скорее открыть двери чтобы пассажиры могли выйти из авто. Но во время движения их нельзя случайно открывать. Уровни УПБА дополнительно присваиваются целям безопасности.
ISO 26262 предусматривает 4 уровня полноты безопасности. Это: ASIL A, ASIL B, ASIL C и ASIL D. Первый из них оказывает наименьшее влияние на здоровье человека, поэтому такие компоненты не требуют или требуют лишь минимальных мер по снижению риска. В свою очередь, отказ компонентов ASIL D может представлять угрозу для здоровья или жизни, поэтому необходимы соответствующие меры по снижению риска.
Степень полноты безопасности определяется на основе трех параметров. К ним относятся: вероятность того что отказ компонента приведет к опасной для здоровья или жизни ситуации (воздействие, E), степень в которой водитель может предотвратить это (управляемость, C), и уровень риска (серьезность, S). Для каждой комбинации индексов E, C и S был назначен уровень ASIL. Его можно найти в таблице стандарта ISO 26262.
Итоги материала
Будущее рынка автомобильной электроники во многом зависит от того, в каком направлении они будут развиваться и будут ли популяризированы два типа транспортных средств — электрические и, в более отдаленной перспективе, автономные. В случае обоих типов автомобилей количество электронных компонентов и систем будет значительно больше, чем в обычных.
Правда их будущее, несмотря на большие ожидания, неопределенно – электромобилей из-за дороговизны и относительно небольшого пробега и малой доступности зарядных станций, а автономных автомобилей из-за низкого доверия пользователей.
Источник https://electrosam.ru/glavnaja/slabotochnye-seti/oborudovanie/elektrooborudovanie-avtomobilia/
Источник https://www.autoezda.com/elect
Источник https://2shemi.ru/elementy-i-sistemy-avtomobilnoy-elektroniki/
