Електронне управління ходовою частиною

План

1. Вступ
2. Сенсори
1. Сенсори тиску
2. Сенсори температури і вологості
3. Сенсори розходу рідин і газів
4. Сенсори кутових і лінійних переміщень і положень
5. Радарні та інші спеціальні сенсори
3. Параметри управління двигуном і трансмісією
1. Управління двигуном
2. Управління трансмісією
4. Електронне управління ходовою частиною
1. Управління підвіскою
2. Електронні антиблокувальні та антипробуксовочні системи
5. Електронні системи безпеки
6. Значення вимірювань при розробці автомобіля
7. Застосування вимірювань у виробництві автомобілів
8. Висновок 
   

Вступ

Перший автомобіль з двигуном внутрішнього згоряння було створено в кінці ХІХ  століття. Пройшло лише трохи більше століття, а сучасний автомобіль вже  не має практично нічого спільного зі своїми найпершими версіями. Але найбільших змін зазнав автомобіль протягом останніх двох десятиліть. І пов’язаний такий стрибок у розвитку передусім з винайденням і широким застосуванням електронної обчислювальної техніки, зокрема персонального комп’ютера. З’явилася ціла нова галузь – автомобільна електроніка. Великі можливості обчислювальної техніки дозволили створити те, про що ще зовсім недавно можна було прочитати тільки в фантастичних творах. Сьогодні не виготовляється жоден автомобіль без застосування електронних систем. Різноманітні сенсори збирають інформацію зі всіх компонентів авто, а комп’ютер, обробивши інформацію, керує цими компонентами.

Застосування електроніки в  автомобілях дало безліч позитивних результатів: зниження токсичності  вихлопних газів, забезпечення безшумності, підвищення паливної економічності, підвищення безпеки водія і пасажирів  під час руху, комфортабельності, прохідності, простоти технічного обслуговування, покращення тягово-швидкісних  та гальмівних властивостей, керованості і стійкості, легкості керування автомобілем, маневреності, видимості автомобіля і з автомобіля, захищеності від неправильних і  неприпустимих дій водія, захищеності  від зловмисників і т.д.

Електронні системи керують  роботою двигуна, трансмісії, ходової  частини, рульового управління, гальмівної системи, кузова, системи електроживлення  і комунікацій. Розвинулися і  електронні системи для відображення інформації. Візуальні індикатори показують  цифрові значення безлічі різноманітних  параметрів: від традиційних (наприклад  швидкість, частоту обертання колінчастого валу) до незастосовуваних раніше (наприклад миттєвий розхід палива, відстань до об’єкта попереду). Також системи можуть повідомляти водієві про несправності в автомобілі і давати рекомендації щодо їх усунення.

Сьогодні електроніка в автомобілі відіграє роль одного з головних елементів  управління, а в багатьох автомобілях  має більше «прав» ніж водій. Вона поділяється на три частини: систему  управління двигуном, систему управління ходовою частиною, і систему обладнання салону.

Сучасні електронні системи автоматичного управління бортовими приладами автомобіля базуються на основі сенсорів. Різні сенсори перетворюють інформацію про значення неелектричних величин, що контролюються, в електричний сигнал. Ці сигнали перетворюються в цифровий код і поступають в мікроконтролер. Мікроконтролер на основі значень цих сигналів і в залежності від закладеної в нього програми приймає рішення, управляє через виконуючі механізми об’єктом.

СЕНСОРИ

Сенсори на сучасному автомобілі застосовуються дуже широко. В силовому агрегаті вони використовуються для вимірювання температури і тиску більшості текучих речовин, практично до кожної рухомої частини автомобіля підключені сенсори швидкості чи положення. Ще інші сенсори визначають рівень детонації, навантаження на двигун, пропуски запалювання, вміст кисню в вихлопних газах. Є сенсори, які вимірюють тиск в шинах, визначають положення сидінь, ременів безпеки, сенсори для управління кондиціонером та багато інших.

Сенсори тиску

На сучасних автомобілях використовується велика кількість сенсорів тиску: від тиску масла до диференціального тиску повітря по різні сторони кузова. Вимірювання тиску в різних рідинах і газоподібних текучих середовищах проводиться на автомобілі в процесі розробки, виробництва та експлуатації. Результати цих вимірів необхідні для проведення експериментальних досліджень, забезпечення нормальної безпеки експлуатації автомобіля, видачі інформації водію для діагностики. Водію зазвичай видається інформація з наступних сенсорів: тиск оливи в двигуні, рівень палива, рівень оливи, рівень охолоджуючої рідини, рівень рідини в омивачі скла, тиск в шинах.

Сенсори барометричного тиску і абсолютного тиску в впускному колекторі використовуються в системах управління двигуном при визначені маси палива по об’єму розходу повітря. Сенсори барометричного тиску потрібні для адаптації електронного блоку управління (ЕБУ) до перепадів висоти і зміни погоди. Вони застосовуються разом з сенсорами розходу повітря по об’єму.

Сенсори тиску в рідинних середовищах використовуються для вимірювання тиску в оливи в двигуні, коробці передач, тормозній системі. При мінімально чи максимально допустимому тиску засвічується індикатор на панелі приладів, щоб проінформувати водія.

Сенсори тиску застосовуються в системі контролю тиску в шинах. Вона дозволяє слідкувати за тиском в шинах і при його зменшені нижче заданого рівня на панелі приладів загоряється індикатор. Кожному колесу відповідає окремий індикатор, який працює на основі окремого сенсора. Понижений тиск в шинах підвищує їх зношення і розхід палива, може призвести до втрати управління.

Вимірювання тиску в системі рециркуляції вихлопних газів призначена для зменшення вмісту окисників азоту в вихлопних газах.

Сенсори температури і вологості

Температура і вологість – одні з найважливіших факторів, що враховуються при проектуванні і експлуатації автомобілів. Автомобілі експлуатуються в різних кліматичних зонах з температурами від -60 до +50 градусів Цельсія. Крім того температури в різних агрегатах автомобіля можуть змінюватися на сотні градусів.

В багатьох вузлах автомобіля необхідно проводити вимірювання температури ще на етапі дослідного зразку. На серійних автомобілях сенсори температури необхідні для забезпечення штатної роботи двигуна, систем управління і діагностики. Вимірюються температури повітря в впускному колекторі, температура охолоджуючої рідини, вологість повітря в впускному колекторі, температура повітря за бортом, температура палива, вологість і температура повітря в салоні, температури рідини в гальмівній системі, повітря в шинах. Значення всіх температур використовуються для надання водію інформації про стан агрегатів, для правильного керування електронним блоком управління двигуном і системою подачі палива, для правильної роботи кондиціонера. На етапі розробки і тестування вимірюються температури повітря в каталітичному нейтралізаторі, поблизу електронних компонентів, температура електроліту в акумуляторній батареї.

Ще одним важливим сенсором температури є термостат – механічний сенсор, який розширяється, приводячи в рух клапан. Цей клапан перенапрямляє потік охолоджуючої рідини через радіатор при високій температурі.

Сенсори розходу рідин і газів

Сенсори розходу необхідні для оптимальної реалізації основних функцій управління двигуном. Наприклад, в системах управління кількістю пального, які будуть розглянуті пізніше. Сучасні автомобілі оснащуються в основному сенсорами, які вимірюють масу повітря, що втягується циліндр. Вихідний сигнал передається в ЕБУ, який обробляє дані і визначає потрібну кількість палива.

Крім того сенсори розходу застосовуються на автомобілях в наступних випадках:

• При визначенні миттєвого розходу палива для інформування водія. Розхід визначається методом різниці між кількістю палива, що поступило в рампу форсунок і кількістю палива, що повернулося в бак
• При визначенні розходу газу через клапан рециркуляції вихлопних газів для моніторингу правильності функціонування системи.
• При визначенні розходу додаткового повітря в каталітичному нейтралізаторі. В деяких типах для нейтралізації токсичних речовин застосовується подача додаткового повітря при прогріві двигуна, коли робоча суміш багата. Справність насосу контролюється по розходу повітря.

Сенсори кутових і лінійних переміщень і положень

Сенсори кутових і лінійних переміщень знаходять широке застосування на автомобілі: від простих, типу мікровимикача на дверцятах, до складних – типу лінійних диференціальних трансформаторів в активній підвісці. Призначення сенсорів даного типу – перетворення кутового чи лінійного переміщення в електричний сигнал.

Мікровимикачі – найпростіші контактні сенсори для фіксації певного крайнього положення механічного об’єкту, наприклад дверцят, скла в склопіднімачі. При спрацюванні мікровимикача в ЕБУ подається сигнал.

Потенціометри застосовуються на автомобілі в якості сенсорів положення, наприклад, сенсор положення дросельної заслінки. В залежності від її положення, в ЕБУ подається певний сигнал. Ці дані необхідні для розрахунку тривалості імпульсів управління форсунками. Ще одним прикладом використання такого типу сенсорів є вимірювання висоти кузова відносно шасі. Дані про це необхідні для управління активною підвіскою, про яку йтиметься дальше.

Безконтактні сенсори застосовуються, наприклад, для визначення положення рульового колеса, частоти обертання колеса чи колінчастого валу та ін..

Радарні та інші спеціальні сенсори

Автомобільні радарні сенсори застосовуються для визначення швидкості зближення з фронтальною перешкодою. В радіовипромінювачі використовується сканувальна антена під переднім бампером. Такі антени посилають в перед радіопромінь. Радіосигнал відбивається від перешкоди (автомобілів, пішоходів, інших об’єктів) і опрацьовуються ЕБУ з врахуванням власної швидкості автомобіля і положення руля. Сучасні радарні системи знаходять об’єкт на відстані до 200 метрів, визначають відстань до перешкоди з точністю до метра, і швидкість з точністю до 1 км/год. Інформація про об’єкт поступає в ЕБУ, який через виконавчий механізм управляє дросельною заслінкою та гальмами. Поряд з радарними системами використовуються і ультразвукові. Принцип їх дії аналогічний принципу радарних.

Але такі системи використовуються не тільки для визначення фронтальних перешкод, а й перешкод позаду та збоку. Це дозволяє полегшити паркування і маневри в вузьких місцях, а також попередити водія про перешкоду у сліпих зонах.

Сенсори прискорення (акселерометри)

Такий тип сенсорів використовується переважно в системах безпеки. При різному прискоренні сенсори передають блоку управління електричні сигнали різної сили. На основі цих сигналів ґрунтуються розрахунки про необхідність відкриття подушок безпеки, про те, як потрібно змінити тиск у гальмівній системі, в амортизаторах, для розрахунку безпечної відстані до попереднього об’єкта.

Сенсори детонації

Сенсори детонації використовують для виявлення явища детонації при спрацюванні робочої суміші в циліндрах. Контроль за детонацією особливо актуальний в сучасних двигунах з високою компресією, так як для їх ефективної роботи кут випередження запалювання близький до граничного, за яким починається детонація. При появі детонації вібрація двигуна приводить до генерації сигналу на виході з сенсора. ЕБУ фільтрує сигнал з сенсора детонації, і після моменту запалювання проводить порівняння сигналу з сенсора з заданим рівнем. Таким чином ЕБУ з допомогою сенсора детонації утримує двигун в ефективному режимі роботи на грані детонації, але без ризику поломок і виходу з ладу.

Сенсор вмісту метанолу в паливі

Для зменшення вмісту токсичних речовин в вихлопних газах автомобіля може використовуватися змішане паливо. Мається на увазі, що позитивний ефект може дати додавання метанолу в бензин. Проблема в тому,  що для підтримання стехіометричного складу робочої суміші потрібна різна кількість повітря. ЕБУ двигуна повинен працювати з обома цими сумішами і їхніми комбінаціями в різних пропорціях. В такому випадку необхідний сенсор, спроможний визначити процентне відношення метанолу в паливі. В залежності від отриманого сигналу програмне забезпечення ЕБУ вибирає стратегію управління подачею палива під конкретний склад суміші.

Сенсори стану електричних кіл

Стан електричних кіл сучасного автомобіля постійно контролюється ЕБУ. Контролюються всі важливі електричні кола. Якщо у ЕБУ визначає неробочий стан якогось з кіл, він записує код поломки в пам’ять для полегшення діагностики. Якщо робочий стан цього кола необхідний для правильної роботи системи, то ЕБУ не дає водію запустити двигун і видає сигнал про несправність та необхідність діагностики. Такі заходи дозволяють не втратити контроль над автомобілем при русі через виходу з ладу елементів електроніки.

ПАРАМЕТРИ УПРАВЛІННЯ ДВИГУНОМ І ТРАНСМІСІЄЮ

Управління двигуном

Управління бензиновим двигуном об’єднує в собі регулювання системи впорскування палива, встановлення кута випередження запалювання, частоту обертання колінчастого валу на холостому ході і проведення діагностики.

Система управління дизельним двигуном контролює кількість палива, що впорскується, момент початку впорскування, напругу факельної свічки. Це дозволяє суттєво знизити вміст диму у відпрацьованих газах, шум і рівень вібрації та ін.

Регулювання системи впорскування палива полягає у регулюванні складу горючої суміші на основі даних сенсорів температури повітря, вмісту кисню в повітрі, вмісту кисню і інших газів у вихлопних газах, атмосферного тиску. Отримуючи дані від сенсора кількості палива, що впорскується, система вираховує оптимальний склад горючої суміші. Кількість палива, що впорскується, визначається часом відкритого електромагнітного клапана форсунки. Аналізуючи отримані дані від сенсора вмісту кисню і сенсора вмісту кисню та інших газів у відпрацьованих газах, система регулює кількість повітря і палива, з яких утворюється робоча суміш. Крім того, для покращення характеристик двигуна на основі сенсора атмосферного тиску ЕБУ постійно підстроює систему. В такий спосіб забезпечується оптимальний склад суміші при їзді в горах, або при різних погодних умовах. Під час прогріву виконується корекція складу горючої суміші та часу впорскування.  Ці корекції відбуваються на основі сенсорів температури охолоджуючої рідини. Також система може зупиняти подачу палива у випадку перевищення допустимих оборотів колінчастого валу, або для економії палива при зниженні швидкості на вимушеному холостому ході. Електронний блок управління отримує дані від сенсорів частоти оборотів колінчастого валу і відкритості дросельної заслінки. Якщо заслінка закрита, а частота оборотів більша ніж на холостому ходу, то подача палива зупиняється. Коли обороти колінчастого валу падають нижче заданого значення, подача палива відновлюється. В результаті підвищується потужність, зменшується витрата пального, відпрацьовані газі стають чистішими, покращуються інші характеристики двигуна.