Автомобилей на дорогах становится все больше, управлять им в плотном потоке становится все сложнее. Кроме того, в движении принимает участие большое количество молодых водителей, не обладающих достаточным опытом управления автомобилем.
Для помощи водителю и для повышения безопасности дорожного движения разрабатывается большое количество электронных систем безопасности автомобилей.
Автомобильные системы безопасности
Все системы безопасности делятся на активные и пассивные:
- назначение активных систем – предотвратить столкновения автомобилей;
- пассивные системы безопасности снижают тяжесть последствий при аварии.
Обзор систем активной безопасности
Данный обзор – попытка перечислить и дать характеристику современным системам активной безопасности.
1. (АБС, ABS). Предотвращает проскальзывание колес во время торможения автомобиля. Часто (но не всегда) работа АБС сокращает тормозной путь автомобиля, особенно на скользкой дороге.
3. Система аварийного торможения (EBA, BAS). В случае быстро поднимает давление в тормозной системе. Используется вакуумный способ управления.
4. Система динамического контроля над торможением (DBS, HBB). Быстро поднимает давление при экстренном торможении, но способ реализации иной, гидравлический.
5. (EBD, EBV). Фактически это программное расширение последних поколений АБС. Тормозное усилие правильно распределяется между осями автомобиля, не допуская блокировки, в первую очередь, задней оси.
6. Электромеханическая тормозная система (ЕМВ). Тормозные механизмы на колесах активируются при помощи электродвигателей. На серийных автомобилях ещё не применяется.
7. (АСС). Сохраняет выбранную водителем скорость автомобиля, поддерживая при этом безопасную дистанцию до движущегося впереди автомобиля. Для поддержания дистанции система может изменять скорость автомобиля, воздействуя на тормоза, или дроссельную заслонку двигателя.
8. (Hill Holder, HAS). При трогании автомобиля на подъеме система не позволяет автомобилю откатываться назад. Даже при отпущенной педали тормоза давление в тормозной системе сохраняется и начинает уменьшаться при нажатии на педаль «газа».
9. (HDS, DAC). Сохраняет безопасную скорость автомобиля при движении на спусках. Включается водителем, но активируется при определенной крутизне спуска и достаточно малой скорости автомобиля.
10. (ASR, TRC, ASC, ETC,TCS). Не дает колесам автомобиля проскальзывать при наборе им скорости.
11. (APD, PDS). Позволяет обнаружить пешехода, поведение которого может привести к столкновению. При опасности оповещает водителя и включает тормозную систему.
12. (PTS, Park Assistant, OPS). Помогает водителю припарковать автомобиль в стесненных условиях. Некоторые разновидности систем выполняют эту работу в автоматическом или автоматизированном режиме.
13. (Area View, AVM). При помощи системы видеокамер, а точнее, синтезированного с них изображения на мониторе помогает управлять автомобилем в стесненных условиях.
14. . Берет управление автомобиля на себя в опасной ситуации для увода автомобиля из-под удара.
15. . Эффективно удерживает автомобиль на полосе движения, обозначенной линиями разметки.
16. . Контролируя наличие помех в «мертвых зонах» зеркал заднего вида помогает безопасно выполнить маневр перестроения.
17. . При помощи видеокамер, реагирующих на тепловое излучение предметов, на мониторе создается изображение, помогающее управлять автомобилем при недостаточной видимости.
18. . Реагирует на знаки ограничения скорости, доводит эту информацию до водителя.
19. . Выполняет мониторинг состояния водителя. Если, по мнению системы, водитель устал, она требует остановки и отдыха.
20. . При аварии, после первого столкновения включает тормозную систему автомобиля, чтобы избежать последующих столкновений.
21. . Наблюдает за обстановкой вокруг автомобиля и при необходимости принимает меры, призванные предотвратить аварию.
Применение электронных систем автоматического управления (ЭСАУ) позволяет снизить расход топлива и токсичность отработавших газов, повысить мощность двигателя, активную безопасность автомобиля, улучшить условия работы водителя.
6.1. ЭСАУ топливоподачей бензиновых двигателей
По типу топливоподачи ЭСАУ делятся на ЭСАУ системами впрыска (непосредственно в камеру сгорания или во впускной тракт) и ЭСАУ карбюраторными системами.
Системы с непосредственным впрыском мало применяются из-за сложности их конструкции. Наибольшее распространение получили системы впрыска во впускной тракт, разделяющиеся на системы с впрыском в зону впускных клапанов и системы с центральным впрыском.
ЭСАУ топливоподачей могут осуществлять управление аппаратным и программным методами.
Аппаратный метод реализации управления называется «жесткой» логикой. При исользовании данного метода алгоритм работы системы управления полностью определяется принципиальной схемой этой системы.
При программном управлении алгоритм управления зависит не только от принципиальной схемы системы управления,но и от информации (программы), записанной в постоянное записывающее устройство (ПЗУ). Например, ЭСАУ топливоподачей программного типа работает следующим образом. С различных датчиков, установленных на двигателе(датчиков частоты вращения коленчатого вала, угла открытия дроссельной заслонки, крутящего момента), ЭСАУ получает информацию и преобразует ее в код, который поступает на вход ПЗУ.В соответствии с этим кодом на выходе ПЗУ появляется информация, используемая для управления форсунками или карбюратором.
ЭСАУ впрыском топлива (система электронного впрыска) обеспечивает необходимую длительность интервала, в течении которого форсунка остается открытой. Так как электрический топливный насос поддерживает постоянное давление (≈ 0,2Мпа),этот интервал определяет количество поступающего в цилиндры топлива. Длительность интервала задается в зависимости от угла открытия дроссельной заслонки, частоты вращения коленчатого вала, температуры охлаждающей жидкости и абсолютного давления.
В электронных карбюраторных системах дозирование горючей смеси осуществляется по химическому составу отработавших газов (рис 6.1)Для этого в выпускную систему двигателя устанавливается датчик кислорода – λ – зонд. Этот датчик реагирует на процентное содержание кислорода в отработавших газах пропорциональное коэффициенту избытка воздуха. При нормальном процентном содержании кислорода каталитический нейтрализатор, установленный в выпускном тракте, обеспечивает качественную очистку отработавших газов (ОГ) от токсичных компонентов СО, СН, NО.
Система работает следующим образом. Если дозирующее устройство вырабатывает стехиометрический состав смеси, то на выходе λ - зонда, установленного в выпускном тракте двигателя, появляется напряжение, равное опорному напряжению U оп. В этом случае на выходе схемы сравнения напряжение U ош равно нулю и дозирующее устройство продолжает вырабатывать прежний стехиометрический состав. Если состав смеси будет отличен от стехиометрического, то по сигналу со схемы сравнения дозирующее устройство изменяет состав смеси до тех пор, пока он не станет опять стехиометрическим.
В качестве λ.-зонда чаще всего используются циркониевые датчики кислорода, недостатком которых является то, что их минимальная рабочая температура составляет 350 °С. Поэтому они либо не используются при прогреве двигателя, либо имеют электрический подогрев.
Рис. 6.1. Структурная схема электронной карбюраторной системы
В данной статье рассматриваются электронные компоненты автомобилей, что они собой представляют и как работают.
ABS («ANTIBLOCK BRAKE SYSTEM»)
ABS – тормозная антиблокировочная система. Данная система позволяет избежать блокировки колес при резком торможении или при торможении на скользкой дороге. Блок управления несколько раз прижимает и отпускает колодки тормозные, в результате чего колеса начинают проворачиваться. состоит из: датчиков ускорения (скорости), установленных на колесных ступицах; управляющих клапанов, которые установлены в магистрали системы торможения; блока управления, получающего сигналы с датчиков и контролирующих работу клапанов.
Во время торможения ABS постоянно и точно определяет скорости вращения всех колес. Если одно или несколько колес замедляют движение быстрее максимально рассчитанной скорости и, исходя из показаний акселерометров, то ABS командует в системе торможения, ограничивающему тормозное усилие на колесе (колесах). Тормозное усилие после того как вращение колеса приходит в допустимую норму восстанавливается.
4WS («4 WHEEL STEER»)
4WS – 4 управляемых колеса. Специальные рулевые механизмы встроены в заднюю подвеску, с помощью которых и поворачиваются колеса. Управление осуществляется специальным электронным блоком на основе данных о скорости, угле поворота руля и колес и т.д., полученных от датчиков автомобиля.
Работа системы осуществляется в двух режимах:
- При малой скорости задние колеса поворачиваются в противоположном направлении от передних колес, и при выполнении маневра руль вращается на меньший угол. То есть увеличивается чувствительность рулевого управления и автомобиль становится более маневренным.
- При большой скорости движения при перестроении или быстром вираже задние колеса поворачиваются в ту же сторону только на небольшой угол, что и передние колеса.
ACC («ACTIVE CRUISE CONTROL»)
ACC – активный круиз контроль. В данной системе используется трехлучевой радар для слежения за дорогой впереди автомобиля. Если впереди идущий автомобиль перестраивается на вашу полосу, то ACC определяет его направления движения и положение, а также рассчитывает ориентировочную скорость на основе данных сигнала радара. Система изменяет скорость автомобиля, чтобы сохранить безопасное расстояние между автомобилями. Уменьшение скорости осуществляется путем уменьшения тяги автомобиля или при помощи тормозов. Значение безопасного расстояния можно регулировать настройками.
ACC («ACTIVE COMENING CONTROL»)
ACC – автоматическая система стабилизации поперечного положения кузова в поворотах и изменяемого хода подвесок. Также может называться ACE, CATS, CBC, BCS. ACC работает вместе с ABS , чтобы предотвратить снос задней оси при поворотах на высокой скорости. Работа ACC построена на перераспределении нагрузок между элементами подвески. При боковом наклоне (крене) тяги перемещаются в различные стороны (один опускается, другой поднимается). Средняя часть закручивается.
АСС пытается, как бы поднять кузов со стороны наклона, а с противоположной – опустить. Таким образом, АСС обеспечивает выравнивание автомобиля к плоскости дороги. Помимо выравнивания, также достигается повышение сцепных свойств колес автомобиля с дорогой при повороте.
AGS («ADAPTIVE GETRIEBE-STEUERUNG»)
BA («BRAKE ASSIST»)
BA – электронная система управления давлением в гидравлической системе тормозов. Также называют PABS, PA, BAS. BA самостоятельно увеличивает давление в тормозной системе при необходимости либо недостаточного усилия на педаль.
Причем повышение давления происходит намного быстрее, чем это мог бы сделать человек. Распознавание экстренного торможения происходит по скорости нажатия педали и давлению на педаль
D-4
D-4 – технология непосредственного впрыска топлива. Топливо подается непосредственно в камеру сгорания под высоким давлением. Благодаря данной технологии значительно увеличиваются эксплуатационные характеристики двигателя. Снижается топливный расход, уменьшается уровень вредных веществ в газе.
DAC («DOWNHILL ACESS CONTROL»)
DAC – система помощи спуска по склону. При движении по крутым спускам, если система DAC определяет, что скорость вращения колес меньше скорости автомобиля, то она в автоматическом режиме изменяет тормозное усилие на разных колесах.
DAC обеспечивает поддержание скорости в районе 5-7км/ч, которая идеально подходит при крутых спусках, и 3-5км/ч при движении задним ходом на крутых спусках.
DBC («DYNAMIC BRAKE CONTROL»)
DBC – система динамического контроля над торможением. DBC является дополнением к DSC (динамический контроль устойчивости). Примерно 90% водителей не в состоянии вовремя выполнить экстренное торможение. Несмотря на резкое нажатие на педаль тормоза, давление на педаль недостаточное и последующее увеличение давления увеличивает тормозную мощность незначительно. В итоге тормозная мощность используется не полностью.
Система DBS позволяет ускорить и усилить нарастание давления в тормозной системе при экстренном торможении и обеспечивает минимальный тормозной путь даже при несильном нажатии педали тормоза. Определяющими величинами являются данные: скорость нарастания давления и прикладываемое к педали усилие. Система DBS работает не по вакуумному принципу, а по принципу гидравлического усиления. При экстренном торможении такая система обеспечивает наилучшую и наиболее точную дозировку тормозного усилия.
DDE («Diesel Digital Elekronik «)
DDE – электронная цифровая система . DDE регулирует момент начала впрыска, количество подаваемого топлива и давление наддува, что обеспечивает наиболее оптимальное соответствие данных параметров во всех режимах работы двигателя, даже в экстремальных режимах.
Автомобиль становится экономичнее (топливный расход), тяговитым (работа двигателя плавная) и экологичнее (понижается токсичность в выхлопных газах). Отслеживание усилия нажимания на педаль газа, её положение позволяет точнее рассчитать время, количество, а также давление впрыска топлива, что адаптирует рабочий режим двигателя под различные условия и стиль езды.
DME («Digital Motor Elekronik»)
DME — электронная цифровая система управления двигателем. DME осуществляет управление и контроль всеми функциями (зажигание, впрыск топлива). DME поддерживает оптимальную мощность при наименьших токсичности и топливном расходе. Датчики постоянно отслеживают все параметры, которые оказывают влияние на работу двигателя. Приходящие данные от датчиков оцениваются и кодируются в команды систем зажигания и впрыска.
DME обрабатывает порядка 1000 сигналов каждую секунду, среди которых сигналы от датчиков температуры системы охлаждения, положения дроссельной заслонки, плотности и температуры воздуха, положения коленчатого вала, скорости автомобиля, положения педали газа. DME проводит сравнение всех входящих сигналов с реакциями остальных систем. При неисправности одного из датчиков DME использует сохраненное значение по умолчанию для данного параметра из памяти. Также DME ведет отслеживание за работоспособностью электрооборудования. При помощи различных датчиков замеряется уровень заряда аккумулятора и его состояние, а также потребление электроэнергии в текущий момент. Поддерживая аккумуляторную батарею в работоспособном состоянии, DME обеспечивает в произвольный момент гарантированный пуск двигателя.
EBD («ELECTRONIC BRAKE DISTRIBTION»)
EBD – электронная система распределения тормозного усилия. Также называют EBV. Работает совместно с ABS и при помощи электроники обеспечивает равномерное распределение между всеми колесами тормозного усилия. Это необходимо для оптимального сцепления каждого колеса с дорогой исходя из скорости, загрузки автомобиля, характера покрытия и т.п.
В большинстве случаев применяется для исключения возможности блокировки колес на задней оси. EBD начинает работать до ABS, либо после несрабатывания последней в результате поломки.
EBM («ELECTRONIC BRAKE MANAGEMENT»)
EBM – система электронного управления тормозами. По сути, это общее название систем контроля тормозных систем и управляемости этих систем, таких, как ABS, ACS+T, DSC и DBC. Опираясь на показания различных датчиков, EBM определяет уровень вмешательства, необходимый для восстановления хорошей управляемости автомобилем, задействовав одну либо сразу несколько систем управления. К датчикам, показания которых использует EBM, относятся: угол крена; угол поворота рулевого колеса; датчики скорости вращения колес и силы торможения.
EBS («ELECTRONIC BRAKING SYSTEM»)
EBS – электронная система торможения. В EBS педаль тормоза не имеет механического соединения с тормозной системой. Другое название «электронная педаль», передвижение которой преобразуется в виде электрического сигнала и подается в блок управления. Далее анализируются данные, полученные от датчиков (скорость, нагрузка, угол поворота рулевого колеса, поперечное ускорение). На основе анализа этих данных электроника дает команду своим исполнительным механизмам на регулирование давления в контурах системы тормоза.
ECT («ELECTONICALLY CONTROLED TRANSMISSION»)
ECT – электронная система управления переключением передач в АКПП последнего поколения. Учитывая положение дроссельной заслонки, скорость автомобиля, температуру двигателя, определяет какую передачу включать. Тем самым обеспечивает наиболее мягкое переключение передач, и увеличивает ресурс трансмиссии и двигателя. Есть возможность установки алгоритма переключения передач: «зима», «эконом», «спорт».
Заключение!
Эти системы в значительной мере повлияли на коренное изменение сущности современного автомобиля. Благодаря электронике узлы и механизмы стали работать надежнее, а сам транспорт – безопаснее.
- Новости
- Практикум
Лимузин для президента: раскрыты очередные подробности
Сайт Федеральной патентной службой продолжает оставаться единственным открытым источником информации об «автомобиле для президента». Сначала НАМИ запатентовал промышленные модели двух автомобилей - лимузина и кроссовера, которые являются частью проекта «Кортеж». Затем намишники зарегистрировали промышленный образец под названием «Панель приборов автомобиля» (скорее всего, именно...
АвтоВАЗ выдвинул в Госдуму собственного кандидата
Как сказано в официальном сообщении АвтоВАЗа, В. Держак проработал более 27 лет на предприятии и прошел все этапы становления карьеры - от рядового рабочего до мастера. Инициатива выдвижения представителя трудового коллектива АвтоВАЗа в Госдуму принадлежит коллективу предприятия и была озвучена 5 июня во время празднования дня города Тольятти. Инициативу...
В Сингапуре появятся беспилотные такси
Во время испытаний на дороги Сингапура выйдут шесть модифицированных Audi Q5, способных передвигаться в автономном режиме. В прошлом году такие автомобили беспрепятственно преодолели путь от Сан-Франциско до Нью-Йорка, сообщает Bloomberg. В Сингапуре беспилотники будут двигаться по трем специально подготовленным маршрутам, оборудованных необходимой инфраструктурой. Протяженность каждого маршрута составит 6,4 ...
Mitsubishi скоро покажет туристический внедорожник
Аббревиатура GT-PHEV расшифровывается как Ground Tourer, автомобиль для путешествий. При этом концептуальный кроссовер должен провозгласить «новую концепцию дизайна Mitsubishi - Dynamic Shield». Силовой агрегат Mitsubishi GT-PHEV - это гибридная установка, состоящая из трех электродвигателей (один - на передней оси, два - на задней), чтобы...
На российском рынке появилась новая премиум-марка
Genesis - это премиум-подразделение концерна Hyundai, которое поэтапно выходит на мировые рынки. Вначале продажи премиальных «корейцев» начались на родине, а затем автомобили, которые задают «высочайшие стандарты производительности, дизайна и инноваций» (во всяком случае, так считают представители новообразованной марки), предложили обеспеченной публике из США, Ближнего Востока, ...
Фото дня: гигантская утка против водителей
Путь автомобилистам на одной из местных автотрасс преграждала… огромная резиновая утка! Фотографии утки моментально разошлись по соцсетям, где у них нашлось немало поклонников. Как сообщает The Daily Mail, гигантская резиновая утка принадлежала одному из местных автомобильных дилеров. Судя по всему, на дорогу надувную фигуру снес...
У Ford Transit на двери не оказалось важной заглушки
Отзыв касается лишь 24 микроавтобусов Ford Transit, которые дилеры марки продали с ноября 2014-го по август 2016-го. Как сообщает сайт Росстандарта, на этих машинах сдвижная дверь оснащена так называемой «детской блокировкой», однако отверстие соответствующего механизма не было прикрыто заглушкой. Оказывается, это является нарушением действующего...
Видео дня: электромобиль набирает 100 км/ч за 1,5 секунды
Электрический болид под названием Grimsel смог разогнаться с места до 100 км/ч за 1,513 секунды. Достижение было зафиксировано на взлетно-посадочной полосе авиационной базы в Дюбендорфе. Болид Grimsel представляет собой экспериментальный автомобиль, разработанный студентами Швейцарской высшей технической школы Цюриха и Университета прикладных наук Люцерна. Автомобиль создан для участия...
Московский каршеринг оказался в центре скандала
Как рассказал один из участников сообщества «Синие Ведерки», воспользовавшийся услугами «Делимобиля», компания в случае ДТП с участием арендованного автомобиля требует от пользователей компенсировать стоимость ремонта и дополнительно взимает штраф. Кроме того, автомобили сервиса не застрахованы по каско. В свою очередь представители «Делимобиль» на официальной странице в Facebook дали официальные...
Mercedes выпустит мини-Гелендеваген: новые подробности
Новая модель, призванная стать альтернативой изящному Mercedes-Benz GLA, получит брутальную внешность в стилистике «Гелендевагена» - Mercedes-Benz G-класса. Немецкому изданию Auto Bild удалось разузнать новые подробности об этой модели. Итак, если верить инсайдерской информации, то Mercedes-Benz GLB будет отличаться угловатым дизайном. С другой стороны, полного...
Введение
В настоящее время техническая оснащенность автомобиля различными электронными системами значительно возросла. Последние достижения в области электроники и микропроцессоров способствовали повышению надежности, эргономичное TM и безопасности автомобиля.
Доля электроники в автомобилях постоянно увеличивается - в 2000 году на нее приходилось 22% стоимости автомобиля, а в 2010 - 35%.
Еще более возрастает роль электронных и микропроцессорных систем, которые во многом определяют активную и пассивную безопасность автомобиля. Так 1 июля 2004 года в Европейском союзе вступило в силу коллективное обязательство автопроизводителей не поставлять на рынок автомобили без антиблокировочных систем. Как ожидается, вскоре аналогичное решение будет принято и по подушкам безопасности.
Не меньшее внимание уделяется экологическим показателям автомобиля, выполнить которые без микропроцессорного управления силовым агрегатом невозможно.
1. Общие сведения об электронных и микропроцессорных системах автомобиля
Понятие электронной системы является более общим, нежели понятие микропроцессорной системы. В самом общем смысле под электронной системой понимается система, построенная на радиоэлектронных элементах.
Электронная система автомобиля - система (узел) автомобиля, алгоритм функционирования которой определяется принципиальной электрической схемой блока управления или всего узла. При этом технически электронный блок управления (ЭБУ) или весь узел может быть выполнен на дискретных и (или) интегральных радиоэлементах, а изменение алгоритма работы системы или узла невозможно без изменения электрической схемы.
Микропроцессорная система автомобиля - система автомобиля, алгоритм функционирования которой определяется программой процессора электронного блока управления (ЭБУ). Таким образом, в данной системе всегда есть блок управления на основе микропроцессора и для изменения алгоритма работы системы требуется изменить программу микропроцессора.
Основные компоненты электронных и микропроцессорных систем автомобиля.
Современный автомобиль обладает значительным количеством электронных и микропроцессорных систем различного назначения и уровня сложности, что определило разнообразие в элементной базе устройств и технологиях их изготовления.
Рассмотрим основные критерии классификации электронных компонентов автомобиля.
По типу элементов: дискретные и интегральные электронные компоненты.
По типу рабочего сигнала : цифровые и аналоговые компоненты.
По условиям применения: стандартные (универсальные) и специальные компоненты.
Более подробно рассмотрим интегральные микросхемы (ИС), которые в настоящее время являются преобладающими в автомобильной электронике.
В подавляющем большинстве сейчас используются монолитные интегральные микросхемы (1С- integrated circuit), то есть выполненные на едином кристалле полупроводника (чаще кремния) по планарной технологии. Данная технология позволяет производить в микросборке все полупроводниковые элементы, а также пассивные компоненты, такие как резисторы и конденсаторы. Выделяют пять уровней интеграции микросхем:
- низкая (SSI);
- средняя (MSI);
- высокая (LSI);
- сверхвысокая (VLSI);
- ультравысокая (ULSI).
В настоящее время производятся последние три группы интегральных микросхем. Аналоговые интегральные микросхемы чаще всего делятся по назначению: операционные усилители, стабилизаторы напряжения, усилители низкой частоты, компараторы и т. д.
Цифровые интегральные микросхемы имеют, как правило, два критерия классификации:
- по технологии полупроводников: биполярные, на основе полевых транзисторов и гибридные.
- по назначению: логические, триггеры, регистры, шифраторы, мультиплексоры, микросхемы памяти, высокомощные микросхемы.
Отдельным классом цифровых интегральных микросхем стоят микропроцессоры.
Микропроцессор (МП) - это программно управляемое устройство, осуществляющее процесс обработки цифровой информации и управление этим процессом, реализованное в одной или нескольких больших интегральных схемах (БИС).
Микропроцессорная ЭВМ (или микроЭВМ) - это ЭВМ, включающая микропроцессор, полупроводниковую память, средства связи с периферийными устройствами и, при необходимости, пульт управления и блок питания, объединенные одной несущей конструкцией.
В зависимости от способа конструирования микроЭВМ делят на:
- однокристальные, выполненные на одном кристалле,
- одноплатные, реализованные на одной плате,
- многоплатные, когда микропроцессор и основная память располагаются на одной плате, средства связи с периферийными устройствами - на других.
Микропроцессорная система (МПС) - информационная, измерительная, управляющая или другая специализированная цифровая система, включающая микроЭВМ и средства сопряжения с обслуживаемым объектом.
Программное обеспечение МПС (ПО МПС) - совокупность программ, которые находятся в памяти системы и реализуют алгоритм функционирования системы.
2. Системы управления двигателем
2.1 Основные принципы управления двигателем
Автомобильный двигатель представляет собой систему, состоящую из отдельных подсистем: системы топливоподачи, зажигания, охлаждения, смазки ит.д. Все системы связаны друг с другом и при функционировании они образуют единое целое.
Схема двигателя как объекта автоматического управления приведена на рис.2.
Входные параметры (угол открытия дроссельной заслонки j др, угол опережения зажигания q , цикловой расход топлива G т и др.) - это те параметры, которые влияют на протекание рабочего цикла двигателя. Их значения определяются внешними воздействиями на двигатель со стороны водителя или системы автоматического управления, поэтому они называются также управляющими.
Выходные параметры , называемые управляемыми, характеризуют состояние двигателя в рабочем режиме. К ним относятся: частота вращения коленчатого вала, крутящий момент Ме, показатель топливной экономичности g е и токсичности отработавших газов (например, содержания СО), а также многие другие.
Кроме входных управляющих параметров, на двигатель во время его работы воздействуют случайные возмущения , которые мешают управлению. К случайным возмущениям можно отнести изменение параметров состояния внешней среды (температура Т, атмосферное давление р, влажность), свойств топлива и масла и т.д.
Для двигателя внутреннего сгорания характерна периодическая повторяемость рабочих циклов. Как объект управления двигатель считается нелинейным, так как реакция на сумму любых внешних воздействий не равна сумме реакций на каждое из воздействий в отдельности. Учитывая, что двигатель в условиях городской езды работает на нестационарных режимах, возникает проблема оптимального управления им. Возможность оптимального управления двигателем на нестационарных режимах появилась с развитием электронных систем управления.
Управление двигателем нельзя рассматривать в отрыве от управления автомобилем. Скоростные и нагрузочные режимы работы двигателя зависят от скоростных режимов движения автомобиля в различных условиях эксплуатации, которые включают в себя разгоны и замедления, движение с относительно постоянной скоростью, остановки.
Водитель изменяет скоростной и нагрузочный режим двигателя, воздействуя на дроссельную заслонку. Выходные характеристики двигателя при этом зависят от состава топливо-воздушной смеси и угла опережения зажигания, управление которыми обычно осуществляется автоматически.
Входные параметры - это те параметры, которые влияют на протекание рабочего цикла двигателя. Их значения определяются внешними воздействиями на двигатель со стороны водителя или системы автоматического управления, поэтому они называются также управляющими.
Выходные параметры, называемые управляемыми, характеризуют состояние двигателя в рабочем режиме. К ним относятся: частота вращения коленчатого вала, крутящий момент, показатель топливной экономичности и токсичности отработавших газов (например, содержания СО), а также многие другие.
2.2 Электронные системы впрыскивания бензина
Применение систем впрыскивания топлива взамен традиционных карбюраторов обеспечивает повышение топливной экономичности и снижение токсичности отработавших газов. Они позволяют в большей степени по сравнению с карбюраторами с электронным управлением оптимизировать процесс смесеобразования. Однако следует отметить, что системы впрыскивания топлива сложнее систем топливоподачи с использованием карбюраторов из-за большего числа подвижных прецизионных механических элементов и электронных устройств и требуют более квалифицированного обслуживания в эксплуатации.
По мере развития систем впрыскивания топлива на автомобили устанавливались механические, электронные и цифровые системы. К настоящему времени структурные схемы систем впрыскивания топлива в основном стабилизировались При распределенном впрыскивании топливо подается в зону впускных клапанов каждого цилиндра группами форсунок без согласования момента впрыскивания с процессами впуска в каждый цилиндр (несогласованное впрыскивание) или каждой форсункой в определенный момент времени, согласованный с открытием соответствующих впускных клапанов цилиндров (согласованное впрыскивание). Системы распределенного впрыскивания топлива позволяют повысить приемистость автомобиля, надежность пуска, ускорить прогрев и увеличить мощность двигателя.
При распределенном впрыскивании топлива появляется возможность применения газодинамического наддува, расширяются возможности в создании различных конструкций впускного трубопровода. Однако у таких систем по сравнению с центральным впрыскиванием больше погрешность дозирования топлива из-за малых цикловых подач.
Идентичность составов горючей смеси по цилиндрам в большей степени зависит от неравномерности дозирования топлива форсунками, чем от конструкции впускной системы. При центральном впрыскивании топливо подается одной форсункой, устанавливаемой на участке до разветвления впускного трубопровода. Существенных изменений в конструкции двигателя нет. Система центрального впрыскивания практически взаимозаменяема с карбюратором и может применяться на уже эксплуатируемых двигателях. При центральном впрыскивании обеспечивается большая точность и стабильность дозирования топлива.
Особенно эффективна в отношении повышения топливной экономичности система распределенного впрыскивания топлива в сочетании с цифровой системой зажигания.
В мировой практике разработкой электронных систем впрыска топлива занимаются многие фирмы, однако наиболее известны в Европе: BOSCH, Siemens, поэтому чаще всего используют их обозначение систем. Общепринятым международным обозначением электронных систем впрыска является Jetronic. В настоящее время в массовом производстве преобладает система под названием LH-Jetronic, которая является системой распределенного впрыска топлива во впускной трубопровод. Применяется как синхронный и асинхронный впрыск топлива. Главной чертой этой системы является термоанемометрический расходомер воздуха, взамен расходомера на основе потенциометра с заслонкой.
2.3 Микропроцессорные системы управления бензиновым двигателем
Сейчас практически отказались производители от отдельных электронных систем впрыска и производят электронные системы управления двигателем (МСУД), объединяющие управление впрыском топлива и зажиганием бензинового двигателя. Такие системы обозначаются Motronic. Производятся на современном этапе три типа систем:
-M-Motronic - микропроцессорная система управления зажиганием и распределенным впрыском топлива;
-ME-Motronic - микропроцессорная система управления зажиганием и распределенным, последовательным впрыском топлива, с X- регулированием и электронным дросселем (система ETC);
-MED-Motronic- микропроцессорная система управления зажиганием и непосредственным впрыском топлива в цилиндры (Direct injection, DI).
Рассмотрим особенности систем ME-Motronic и MED-Motronic.
Система ME-Motronic
Кроме основных своих функций система ME-Motronic выполняет и целый ряд дополнительных функций с разомкнутой и замкнутой системами управления. В качестве примера можно назвать:
-регулирование частоты вращения коленчатого вала на холостом ходу; регулирование коэффициента избытка воздуха (замкнутая система управления);
-улавливание топливных паров; рециркуляция отработавших газов для снижения содержания оксидов азота;
-контроль за работой вспомогательной воздушной системы для снижения содержания углеводородов в отработавших газах;
-автоматическое регулирование скорости движения (круиз-контроль).
Система MED-Motronic
При оснащении бензинового двигателя с искровым зажиганием и непосредственным впрыском топлива системой MED-Motronic расход топлива может быть снижен не менее чем на 20 % по сравнению с двигателем, имеющим впрыск топлива во впускной трубопровод.
При этом может быть достигнут длительный эффект снижения выбросов диоксида углерода (СО2) во время движения автомобиля.
При непосредственном впрыске топлива должна осуществляться возможность скоординированного выбора между вариантами применения неоднородной смеси (послойного заряда) при неполной нагрузке и однородной (гомогенной) смеси при полной нагрузке и наоборот.
Основными требованиями при использовании системы MED-Motronic являются:
-точное дозирование потребного количества впрыскиваемого топлива;
-создание необходимого давления впрыска;
-управление моментом впрыска;
-впрыскивание топлива непосредственно в камеру сгорания.
Так же должны быть согласованы требования к величине крутящего момента двигателя, с тем, чтобы затем имелась возможность проведения необходимых регулировочных операций на данном двигателе.
Принцип работы электронной системы управления двигателем
Электронная система управления двигателем (ЭСУД) может быть системой управления как бензиновым, так и дизельным двигателем. Указанная система управления состоит из входных датчиков, ЭБУ, а также исполнительных устройств.
Развитие электронных систем управления ДВС стало возможным благодаря активному внедрению в конструкцию силовых агрегатов электронных компонентов. Еще одним фактором развития электронного управления стали экологические нормы и стандарты, полного соответствия которым можно добиться только при условии высокоточной работы управляющих систем.
На раннем этапе система управления двигателем представляла собой решение, в котором конструктивно были объединены система зажигания и система впрыска топлива. Сегодня ЭБУ двигателем контролирует большое количество систем и механизмов ДВС, среди которых:
- система впуска;
- система топливного впрыска;
- система зажигания;
- система охлаждения;
- система EGR;
- система выпуска;
- тормозная система и т.д.
Система управления двигателем работает по следующему принципу. В различных механизмах ДВС установлены входные датчики. Среди основных выделяют:
- датчик положения дроссельной заслонки (ДПДЗ);
- датчик расхода воздуха (сегодня используется массовый воздухорасходомер ДМРВ);
- датчик давления топлива;
- датчик положения распредвала (датчик Холла, ДПРВ);
- датчик коленвала;
- датчик детонации;
- кислородные датчики;
- датчики температуры ОЖ, моторного масла, воздуха и т.д.
Указанные датчики осуществляют замер параметров работы мотора, после чего происходит преобразование в электрический сигнал. На современных автомобилях сигнал может быть как аналоговым, так и цифровым. Данные от датчиков являются основой, которая позволяет ЭБУ контролировать работу двигателя на разных режимах. Показания отдельно взятых датчиков могут служить для управления как одной, так и одновременно несколькими системами силового агрегата.
Современные автомобили в изобилии предлагают водителям разнообразных электронных помощников. В этой статье мы разберем причины появления таких систем, а также их работу.
Именно зимой, на скользкой дороге, и проявляются все преимущества высоких технологий, которые добавляют водителю спокойствия и уверенности. С другой стороны, рассмотрев подробно работу электроники, мы четко поймем ее возможности и перестанем приписывать ей чудесные свойства. Мысль о том, что на дорогом автомобиле все можно, крайне опасна.
Режимы работы АКПП
Автоматические коробки переключения передач имеют, как правило, несколько режимов работы:
- нормальный;
- спортивный;
- зимний.
Все отличие между ними заключается лишь в том, в какой момент и какие передачи включаются. В одной из предыдущих статей мы рассматривали принципы подбора передач. Напомним - передачи подбираются из тех соображений, чтобы двигатель работал в том режиме, который требуется для достижения определенных целей.
Например, спортивный режим подразумевает подбор передач таким образом, чтобы двигатель все время работал на высоких оборотах, выдавая наибольшую мощность. Нормальный режим, наоборот, поддерживает двигатель в зоне умеренных оборотов - экономичном диапазоне. Конечно, когда водитель значительно утапливает педаль газа, электроника воспринимает это, как желание интенсивно ускоряться и включает более низкую передачу, что повышает обороты двигателя, соответственно, и его мощность - функция kick-down. Как только разгон закончен (педаль газа отпущена), автоматика снова включает высокую передачу, а вместе с ней и экономичный режим работы двигателя.
Оптимальный вариант для зимних дорог
Самый актуальный на сегодняшний день, зимний режим, отличается не только тем, что двигатель поддерживается на небольших оборотах, но и тем, что включаются по возможности более высокие передачи. В результате электроника не позволяет получить на колесах максимальный крутящий момент для предотвращения пробуксовки ведущих колес. В таком режиме, конечно, затруднительно взбираться на подъемы или кого-то буксировать, зато не требуется тонкая работа с газом при движении по скользкому покрытию.
Современные антипробуксовочные системы, которые будут рассмотрены ниже, больше не требуют от водителя вмешиваться в работу АКПП, поэтому зимний режим как таковой отсутствует. Электроника самостоятельно регулирует режимы работы двигателя и АКПП для достижения наилучших результатов в любой момент времени.
Последнее достижение технической мысли, которое появилось на современных автомобилях, - бесступенчатые КПП - вариаторы. Здесь вообще нет фиксированных передач - передаточное отношение может меняться плавно, без разрыва потока мощности и практически в бесконечном диапазоне. Конечно, современная электроника может управлять таким устройством с максимальной точностью, что позволяет добиться прекрасных результатов в любых условиях.
Антиблокировочная система тормозов (ABS)
Эта система была разработана самой первой из устройств активной безопасности. Причина ее появления следующая - тормозные механизмы любого автомобиля рассчитаны на большие нагрузки, поэтому при интенсивном торможении может возникнуть такая ситуация, когда тормоза настолько сильно зажмут колеса, что те перестанут вращаться. Автомобиль продолжает двигаться по инерции, а колеса скользят, как лыжи, происходит блокировка колес.
Когда колеса заблокированы, они в значительной мере теряют сцепление с дорогой. И что самое неприятное - они теряют его во всех направлениях. В результате, автомобиль не только начинает хуже тормозить, он вообще начинает хуже держаться за дорогу - его может развернуть или снести в сторону.
Как работает система ABS
На каждом из колес находится специальный датчик, который определяет - вращается колесо или нет. Как только этот датчик дает команду о том, что колесо остановилось, электроника, при помощи специального перепускного клапана, сбавляет давление в соответствующей тормозной магистрали. Это позволяет ослабить тормозное усилие, и колесо снова может вращаться. Теперь тот же датчик отвечает - колесо вращается, электроника снова зажимает тормозные механизмы. Так происходит много раз в секунду.
В результате работы системы ABS в тормозных магистралях возникают импульсы давления, и водитель ощущает значительную вибрацию педали тормоза. Кроме того, раздается характерный треск. Иногда это даже пугает водителя, впервые столкнувшегося с работой ABS - ему кажется, что автомобиль разваливается.
Эффективность работы системы
Иногда мы слышим от водителей недовольство системой ABS - я давлю на тормоз, все трещит, а машина продолжает двигаться вперед, без ABS я бы остановился быстрее. При работе антиблокировочной системы колеса продолжают немного проворачиваться, и водителю кажется, что система не позволяет использовать весь их потенциал по торможению. Это ошибочное ощущение - без ABS водитель бы заблокировал колеса надолго, и тормозной путь был бы намного больше.
Конечно, справедливости ради, нужно сказать о том, что на различных покрытиях максимально эффективное торможение может достигаться по-разному - бывают ситуации, когда даже полная и длительная блокировка колес приводит к отменному результату. ABS выполняет некую усредненную программу, поэтому, например, на гоночной технике таких систем не ставят - там опытный пилот добивается лучших результатов самостоятельно. Тем не менее, в обычной жизни случаи, когда профессионал может своими действиями достичь большего, чем электроника, редки.
И если вы не хотите все время быть в полной концентрации, как раллист на спец.участке, ABS сослужит вам добрую службу.
Только не забывайте о том, что в конечном итоге все зависит от водителя. Старайтесь тормозить на прямой (мы ранее рассматривали силы, действующие на колеса автомобиля), так тормозной путь будет меньше. При срабатывании ABS на автомобилях с механической КПП колеса частично блокируются, и двигатель вынужден работать на предельно малых оборотах - он пытается тянуть автомобиль дальше. Нажав на сцепление, вы отсоедините двигатель от колес и облегчите работу ABS.
Антипробуксовочная система и системы стабилизации
Буксование ведущих колес при разгоне также характеризуется потерей сцепления с дорогой. Длительное буксование не позволяет эффективно разгоняться на прямой и приводит к сносу ведущих колес при движении по дуге - переднеприводные автомобили соскальзывают с дороги передними колесами, заднеприводные - задними. Со всеми этими неприятностями справляется антипробуксовочная система.
При поступлении сигнала о том, что какое-либо из колес начало вращаться намного быстрее, чем его коллеги - электроника ограничивает подачу топлива в двигатель, как будто водитель сбавил газ. При этом ничего не трещит и не вибрирует - автомобиль просто вяло реагирует на газ. В связи с тем, что система воздействует не на колеса, а на двигатель, наблюдается определенная инерционность и «тупость» в реакциях автомобиля.
Поэтому, для тех, кто умеет и готов действовать самостоятельно, предусмотрено отключение данной системы - при грамотной работе водитель может добиться лучших результатов и получить при этом море удовольствия от активной езды. Если же вы не хотите пребывать в состоянии ковбоя, сидящего на необъезженном скакуне, включайте систему и расслабьтесь - состояние плавания на барже вам гарантировано.
Дальнейшее слияние и совершенствование антиблокировочной и антипробуксовочной систем привело к появлению систем стабилизации. Такая система комплексно воздействует и на тормоза, и на двигатель. Она не только выполняет описанные выше функции, но и выборочным подтормаживанием отдельных колес, вызывает появление сил, которые противодействуют возникновению заносов. Те же функции используются и для повышения проходимости - специальное подтормаживание не позволяет одному из колес буксовать в то время, как другие бездействуют.
Что нас ждет в будущем
Развитие подобных систем продолжается и двигается в 2-х основных направлениях. Первое - увеличение и совершенствование датчиков, т.е. чем больше и точнее поступает информация о состоянии автомобиля и окружающей среды, тем более полные выводы можно из этого сделать. Современные автомобили буквально напичканы разными датчиками.
Причем, если раньше эти датчики анализировали только состояние самого автомобиля, то теперь они начинают осмыслять то, что происходит вокруг.
Второе направление - совершенствование контроля над отдельными частями автомобиля. Здесь, как это ни печально, оказалось, что самое ненадежное звено в автомобиле - это прокладка между рулем и сидением, т.е. мы с вами, - водители. Поэтому автомобильные инженеры изо всех сил стараются отобрать у водителя возможность делать «что ему вздумается».
- На многих автомобилях уже нет механической связи между педалью газа и дроссельной заслонкой, да и дроссельной заслонки, собственно, уже нет. Есть только датчик, который фиксирует ваши действия - степень нажатия на педаль газа, и компьютер, который думает, согласиться с вами или нет.
- На подходе рулевое управление, в котором вы не будете поворачивать колеса, а будете просить компьютер повернуть колеса в нужном направлении.
- То же и с тормозами, причем датчики сближения и ждать не будут, пока вы соизволите надавить на педаль тормоза. Mercedes ведет активные эксперименты по управлению автомобиля при помощи одного единственного джойстика… Все это одним словом называется «управление по проводам».
- А уж когда удастся на каждое из колес поставить свой электродвигатель-тормоз, тогда с автомобилем можно будет сделать вообще все, что вздумается. Но вздумается не вам, а компьютеру.
Добавим спутниковое слежение и информационную связь с дорогой - и вы смело можете садиться не на переднее сидение, а ложиться в багажник.
Послесловие
Пока еще это «светлое» будущее не наступило, водителю все же требуется вспоминать о законах физики. А они просты - никакая электроника не уменьшает массу автомобиля и не убирает лед из-под колес. Современная электроника - это лишь помощники на случай небольших погрешностей водителя.
Очень хорошо сделал Mercedes - когда срабатывает система ESP, на панели загорается треугольник с восклицательным знаком. Не зелененькая голова с улыбкой (мол, все оk), а желтый треугольник с восклицательным знаком - поаккуратнее мол там, ты уже ошибся, ошибаться осталось недолго!
Грамотное и вдумчивое вождение автомобиля, которое подстраховывает современная электроника - это истинное наслаждение за рулем и возможность реализовать весь потенциал автомобиля. Неграмотное и халатное вождение автомобиля, с которым пытается бороться современная электроника - это езда на грани фола, до первой серьезной ошибки, когда уже ничто не поможет.