Единое окно доступа к образовательным ресурсам

Автомобильная электроника: Учебное пособие

Голосов: 9

Приводятся краткие сведения об электронных системах, используемых в автомобилестроении. Излагаются методы и устройства преобразования неэлектрических величин для получения информации о состоянии узлов и механизмов автомобиля. Даны перспективы развития автомобильной электроники, рекомендации по обслуживанию аккумуляторных батарей. Рассмотрена система дигностики неисправностей системы зажигания на основе ПЭВМ, представлен анализ признаков для классификации неисправностей. Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальностям направления "Радиотехника".

Приведенный ниже текст получен путем автоматического извлечения из оригинального PDF-документа и предназначен для предварительного просмотра.
Изображения (картинки, формулы, графики) отсутствуют.
       МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО
        ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ТАГАНРОГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ
                      УНИВЕРСИТЕТ
__________________________________________________________


                      В.П. Федосов
                     В.Д. Сытенький




        АВТОМОБИЛЬНАЯ
         ЭЛЕКТРОНИКА
                     Учебное пособие




                      Таганрог 1998


                                    2
УДК 621.38:629.113(075.8)+629.113:621.38(074.8)

Федосов В.П., Сытенький В.Д. Автомобильная электроника: Учебное посо-
бие. Таганрог: Изд-во ТРТУ, 1998. 73 с.


       Приводятся краткие сведения об электронных системах, исполь-
    зуемых в автомобилестроении. Излагаются методы и устройства преоб-
    разования неэлектрических величин для получения информации о со-
    стоянии узлов и механизмов автомобиля. Даны перспективы развития
    автомобильной электроники, рекомендации по обслуживанию аккуму-
    ляторных батарей. Рассмотрена система дигностики неисправностей
    системы зажигания на основе ПЭВМ, представлен анализ признаков для
    классификации неисправностей. Учебное пособие предназначено для
    студентов,    обучающихся     по    специальностям    направления
    РАДИОТЕХНИКА.

     Табл. 7. Ил. 44. Библиогр.: 11 назв.
     Печатается по решению ред.-изд. совета        Таганрогского     госу-
дарственного радиотехнического университета.


                            Р е ц е н з е н т ы:

     Е.И. Старченко, профессор кафедры “Радиотехника” Донской госу-
дарственной академии сервиса
     Кафедра “Автомобильный транспорт и организация дорожного хо-
зяйства” НГТУ, зав. кафедрой М.В. Садило, канд. техн. наук, доцент.




                              Таганрогский государственный радио-
                               технический университет, 1998.
                              В.П. Федосов, В.Д. Сытенький, 1998.


                                 3
                            ПРЕДИСЛОВИЕ

     В последние годы быстрыми темпами развиваются электронные сис-
темы, используемые на автомобиле. Совершенствование таких систем приве-
ло к возникновению новой области техники - автомобильной электроники.
Понятие "автомобильная электроника" широко распространено в современ-
ной технической литературе, но его определение не сформулировано. По
мнению большинства авторов [1, 8] под автомобильной электроникой следу-
ет понимать комплексное научно-техническое направление, связанное с про-
ектированием, производством и эксплуатацией автомобильных электронных
систем.
     Основные причины ускоренного развития автомобильных электронных
систем можно разделить на субъективные и объективные. К субъективным
причинам относится распространение средств вычислительной техники в со-
временном обществе, стремление придать автомобилю черты индивидуаль-
ности и законодательные меры. Большие возможности вычислительной тех-
ники и умение их использовать широкими кругами населения привели к то-
му, что во многих странах автомобиль без электронных систем стал некон-
курентоспособным. Потребителю он кажется архаичным, не соответствую-
щим современному развитию техники. Поэтому требование использования
электронных систем можно рассматривать не как преходящую моду, а как
постоянно наблюдаемое следствие научно-технического прогресса.
     Если внешний вид автомобилей одного класса становится все более
сходным в связи с улучшением аэродинамических свойств, то электронные
системы отличаются большим разнообразием. Это позволяет делать автомо-
били оригинальными, устанавливая различные модели электронных систем.
В особой мере такими достоинствами должны обладать электронные систе-
мы, с которыми общаются водители, пассажиры: электронные системы на
панели приборов, электронные системы повышения комфортабельности,
безопасности, связи и т.д.
     Развитие электронных систем способствовало и появлению норма-
тивных документов, в которых регламентированы предельно допустимые
технико-экономические показатели автомобилей. Некоторые из таких норма-
тивов не могут быть соблюдены без использования электронных систем. На-
пример, во многих странах ограничивается токсичность выхлопных газов и
максимальный расход топлива. Нарушение норм максимальной токсичности
выхлопных газов, как правило, не допускается, а топливной экономичности -
влечет значительный штраф. Так, покупатели автомобилей с повышенным
расходом топлива в США платят существенный дополнительный налог [1].
     Однако, отсутствие субъективных причин развития автомобильной
электроники не затормозило бы широкого распространения электронных
систем. Это можно объяснить тем, что применение электронных систем по-
зволяет добиться значительного улучшения эксплуатационных свойств авто-


                                    4
мобиля: снижения токсичности выхлопных газов, обеспечение бесшумности,
повышения топливной экономичности, безопасности движения, комфорта-
бельности, проходимости, простоты технического обслуживания, улучшения
тягово-скоростных и тормозных свойств, управляемости и устойчивости,
удобства посадки и высадки, легкости управления автомобилем, маневренно-
сти, видимости автомобиля и из автомобиля, защищенности от неправильных
и недопустимых действий водителя, злоумышленников и т.д.
       Улучшение эксплуатационных свойств автомобиля достигается при-
менением электронных систем, обладающих следующими функциями:
управление работой двигателя, агрегатов автомобиля; отображение инфор-
мации водителю, пассажирам, пешеходам, водителям других автомобилей;
хранение информации; приема информации в автомобиль от внешних ин-
формационно-управляющих дорожных систем; передачи информации из ав-
томобиля.
       Наибольшее распространение получили функции управления и ото-
бражения информации. Электронные системы управляют работой двигателя,
трансмиссии, ходовой части, рулевого управления, тормозной системы, кузо-
ва, системы электропитания и коммуникаций.
       Все более популярными становятся электронные системы для отобра-
жения информации. Визуальные индикаторы показывают цифровые значения
множества разнообразных параметров: от традиционных (например, ско-
рость движения и частота вращения коленчатого вала) до не применявшихся
ранее (например, на автомобилях фирмы "Форд" индицируется момент вос-
пламенения смеси в каждом цилиндре). Значение параметра кодируется яр-
костью, длиной и шириной линии и т.п. После сообщения водителю о насту-
плении события (например, неисправности в какой либо системе), система
"рекомендует" водителю целесообразные действия по устранению неисправ-
ности.
       Широко используются текстовые сообщения, отображение схема-
тического характера (например, автомобиль в плане с указанием не-
исправного узла). Учитывая загруженность зрительных анализаторов водите-
ля, на многих автомобилях используются акустические индикаторы, подаю-
щие в случае необходимости звуковой сигнал. Получили распространение
синтезаторы речи, вырабатывающие речевые сообщения, например, об от-
крытой двери, о необходимости пристегнуть ремни безопасности, превыше-
ния допустимой температуры охлаждающей жидкости. Пользуются попу-
лярностью развлекательные электронные системы: радиоприемники, телеви-
зоры, магнитофоны.
       Электронные системы хранят необходимую информацию в полу-
проводниковых запоминающих устройствах (ППЗУ), на магнитных лентах,
на дисках и дискетах. Водитель имеет возможность записать на машинном
носителе информации сведения о будущем маршруте движения, расположе-
нии автозаправочных станций, список необходимых дел. Эти сведения выво-


                                    5
дятся на экран дисплея по команде водителя или при наступлении заданных
водителем событий (момента времени, преодоления автомобилем заданного
расстояния). Для выявления причин дорожно-транспортного происшествия в
электронной системе хранится информация о предшествующих аварии ре-
жиме движения, действиях водителя, техническом состоянии транспортного
средства.
     Электронные системы передают информацию из автомобиля в АСУ до-
рожным движением для организации оптимального управления светофорами,
дорожными знаками (оперативно изменяется допустимая скорость, запраши-
вается или разрешается проезд по некоторым маршрутам и т.п.). С помощью
передающих устройств из автомобиля по желанию водителя можно вызвать
скорую помощь, пожарных, милицию, вести телефонные переговоры.
     Краткому рассмотрению этих вопросов и посвящено учебное пособие.

 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ АВТОМОБИЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ

     В результате быстрого совершенствования параметров полупровод-
никовых устройств, используемых при разработке микроЭВМ, стали вполне
достижимыми высокая надежность, низкая себестоимость и малые размеры
систем автомобильной электроники. Сегодня электроника в автомобиле иг-
рает роль одного из главных элементов систем управления. Она подразделя-
ется на три части: систему управления двигателем и трансмиссией, систему
управления ходовой частью и систему оборудования салона (рис.1.1).
     На рис.1.1 представлены следующие системы автомобильной электро-
ники:
     А - управление силовой установкой - управление двигателем; управ-
ление трансмиссией;
     Б - управление ходовой частью - управление подвеской; стабилизация
заданной скоростью движения; регулирование рулевого управления; бло-
кировка колес при торможении;
     В - управление оборудованием салона - кондиционер; электронная па-
нель приборов; многофункциональная информационная система; нави-
гационная система.
     Кроме перечисленных систем, за последнее время добавились системы
предупреждения столкновения (в том числе и локационные системы), систе-
мы безопасности (в том числе и управление подушками безопасности), ра-
диотелефоны (в том числе и для сотовой связи) и т.д.


                                     6




                                  Рис.1.1

               1.1. Управление двигателем и трансмиссией

     Управление двигателем объединяет в себе регулировку системы впры-
ска топлива или карбюратора, установку угла опережения зажигания, частоту
холостого хода, контроль детонации и управление другими системами двига-
теля. Управление трансмиссией обеспечивается автоматическим переключе-
нием скоростей в коробке передач, включением и выключением сцепления,
управлением карданным валом и задним мостом. Комплексная система
управления бензиновым двигателем показана на рис.1.2 и обеспечивает оп-
тимальную работу двигателя путем организации впрыска топлива, углом
опережения зажигания, частотой вращения коленчатого вала на холостом хо-
ду и проведения диагностики. На рисунке представлена система распреде-
ленного впрыска, в которой форсунки установлены непосредственно перед
каждым цилиндром.
       Обозначения, использованные на рис.1.2: 1 - поступление воздуха; 2 -
датчик расхода воздуха; 3 - исполнительный блок управления частотой вра-
щения коленчатого вала на холостом ходу; 4 - топливо; 5 - форсунки впрыска
топлива; 6 - двигатель; 7 - свечи зажигания; 8 - сигнал датчика частоты вра-
щения коленчатого вала двигателя; 9 - электронный блок управления; 10 -
распределитель зажигания; 11 - выходной сигнал; 12 - катушка зажигания; 13
- отработавшие газы; 14 - датчик кислорода.
       Управление карбюратором сводится к прецизионному регулированию
состава горючей смеси. В результате повышается мощность, становятся чи-
ще отработавшие газы, улучшаются и другие характеристики двигателя.


                                      7
      Необходимо отметить, что по мере ужесточения требований к чистоте
отработавших газов, электронная система управления двигателем будет раз-
виваться в нашей стране, как и за рубежом.




                                  Рис.1.2

       Электронная система управления дизельным двигателем позволяет
существенно улучшить параметры дизеля (дымность отработавших газов,
шумность и уровень вибрации и т.п.).
       Система управления дизельным двигателем контролирует количество
впрыскиваемого горючего, момент начала впрыска, ток факельной свечи и
т.п. На рис.1.3 представлена структура системы управления топливным насо-
сом высокого давления, из которой видно, что она существенно отличается
от электронной системы управления бензиновым двигателем (см. рис.1.2).
Использованы следующие обозначения: 1 - поступление воздуха; 2 - датчик
открытия дроссельной заслонки; 3 - сигнал о степени открытия дроссельной
заслонки; 4 - электронный блок управления; 5 - исполнительный блок; 6 - то-
пливный насос высокого давления; 7 - форсунка впрыска топлива; 8 - двига-
тель; 9 - сигнал частоты вращения коленчатого вала двигателя; 10 - топливо;
11 - водитель во время чтения инструкции по использованию системы управ-
ления.
       В электронной системе управления трансмиссией объектом регу-
лирования является в основном автоматическая трансмиссия. При этом блок
электронного управления на основании сигналов датчика угла открытия


                                    8
дроссельной заслонки и скорости автомобиля выбирает оптимальное переда-
точное число коробки передач и время включения сцепления.




                                 Рис.1.3
     Кроме того, система управления, посылая в электронный блок управле-
ния необходимые сигналы, может обеспечивать смягчение ударов и толчков
при переключении передач и срабатывании сцепления. На рис.1.4 представ-
лен вариант такой системы.




                                 Рис.1.4

     Такая система позволяет по сравнению с гидромеханической повысить
точность регулировки передаточного числа, повышает экономичность,
управляемость и другие параметры автомобиля. Подобные системы распро-
странены как в Японии, так и в Европе.
     На рис.1.4 применены следующие обозначения: 1 - сцепление; 2 - диски
сцепления; 3 - механизм ускоряющей передачи; 4 - механизм изменения пе-
редаточного числа; 5 - выходной вал; 6 - датчик скорости автомобиля; 7 -
электронный блок управления; 8 - сигнал угла открытия дроссельной заслон-
ки; 9 - электромагнитный клапан изменения передаточного числа; 10 - гид-


                                     9
равлическая система; 11 - электромагнитный клапан сцепления; 12 - маховик
двигателя.

                    1.2. Управление ходовой частью

     Управление ходовой частью подразумевает управление процессами
движения, изменение траектории при поворотах и торможении автомобиля.
Электронные системы управления ходовой частью улучшают управляемость,
устойчивость и комфортабельность автомобиля. Они выполняют управление
подвеской, колесами, тормозами, поддержание заданной скорости движения
и т.п.
     Управление подвеской обеспечивает ее оптимальную работу при раз-
личных скоростях и загрузке автомобиля. Электронные системы управляют
высотой кузова относительно дороги, другими элементами и степенью демп-
фирования амортизаторов.
       Управление высотой кузова относительно дороги обеспечивает посто-
янство этого параметра независимо от загрузки автомобиля. Уменьшение
высоты кузова при движении с большой скоростью приводит к снижению
аэродинамических потерь и повышению устойчивости автомобиля на дороге.
Использование электронной системы управления автоматически обеспечива-
ет оптимальную высоту кузова над дорогой. Сигналы от датчиков высоты
кузова и скорости поступают на вход электронного блока управления, вы-
ходной сигнал которого подается в исполнительный механизм, который чаще
всего представляет собой диафрагму, перемещаемую под действием сжатого
воздуха, подаваемого насосом.
       Управление другими элементами подвески и степенью демпфирования
амортизаторами повышает устойчивость автомобиля и препятствует измене-
ниям положения кузова при резких поворотах, ускорениях и торможении.
Следует отметить, что для повышения комфортабельности подвеска должна
быть мягкой, но, с другой стороны, для лучшей устойчивости она, напротив,
должна быть достаточно жесткой. Поэтому электронный блок управления, на
основе сигналов от датчика скорости, угла поворота рулевого колеса, угла
открытия дроссельной заслонки, а также от концевого переключателя педали
тормоза, воздействует на исполнительные устройства, которые изменяют
параметры упругих элементов подвески и амортизаторов каждого из колес.
Чаще всего это осуществляется с помощью электромагнитных клапанов или
малогабаритных электродвигателей, которые изменяют сечение отверстий в
пневматических упругих элементах, изменяя тем самым их упругость, или в
гидравлических усилителях, варьируя их демпфирование.
       Электронный блок управления регулирует усилие на рулевом колесе
(при наличии гидроусилителя) или поворот четырех колес и т.п. Управление
усилием на рулевом колесе сводится к его уменьшению, когда автомобиль
стоит или движется с малой скоростью и, наоборот, к его увеличению при


                                   10
больших скоростях, что обеспечивает курсовую устойчивость и управляе-
мость. Можно также изменять усилие на руле по желанию водителя.
       Система управления тормозами, главным образом, предотвращает
блокирование колес при торможении, тем самым обеспечивая повышение
устойчивости автомобиля при торможении. Такая система носит название
антиблокировочной. Состояние блокирования колес можно определить,
сравнивая поступательную скорость автомобиля и угловую скорость колеса.
Но из-за трудности определения скорости автомобиля по причине проскаль-
зывания колес, в качестве базовой обычно используется расчетная средняя
скорость колес.
       На основе сигналов датчика скорости вращения колес электронный
блок управления выявляет состояние блокирования какого-либо колеса и по-
сылает сигнал исполнительному устройству, которое снижает давление тор-
мозной жидкости в тормозном цилиндре данного колеса. Как только ско-
рость колеса увеличится, давление тормозной жидкости снова возрастает, и
процесс повторяется.
       Поскольку при этом предотвращается блокирование и управляемых
колес, обеспечивается повышение не только устойчивости к заносам, но и
управляемости автомобиля.
       Еще одним преимуществом системы управления тормозами является
наличие устройства, поддерживающего постоянным давление тормозной
жидкости при торможении, после остановки (до начала движения), что удоб-
но на уклонах.
       Система поддержания заданной скорости движения управляет дрос-
сельной заслонкой, обрабатывая сигналы датчика скорости, выключателя и
указателя режима, управляет исполнительным устройством, связанным с
дроссельной заслонкой. В исполнительных устройствах используется ваку-
умный привод, малогабаритные электродвигатели и т.д.

            1.3. Управление оборудованием салона и кузова

       Системы управления оборудованием салона и кузова призваны повы-
сить комфортабельность и потребительскую ценность автомобиля. В зависи-
мости от класса автомобиля используются такие устройства с электронным
управлением, как кондиционер воздуха, панель приборов, управляемое сиде-
нье водителя, мультифункциональная информационная система на базе элек-
тронного дисплея, компас, фары, стеклоочиститель с различными режимами
работы, индикатор перегоревших ламп, устройство обнаружения препятст-
вий при движении задним ходом, противоугонные устройства, аппаратура
связи, централизованная блокировка замков дверей, стеклоподъемники, рем-
ни и подушки безопасности и т.д.
       Перечисленные устройства обеспечивают автоматизацию работы во-
дителя, повышая удобство эксплуатации автомобиля, уменьшая трудности



    
Яндекс цитирования Яндекс.Метрика