Мехатронные системы автомобильного транспорта

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Виды регулирования в системах управления токсичностью двигателей

2. Структура мехатронной системы рулевого управления автомобиля

3. Системы управления силой тяги на колесах легковых автомобилей

4. Системы регулирования микроклимата в салоне автомобиля

5. Навигационная система Philips-Carin

6. Датчик интенсивности солнечного излучения

1. Виды регулирования в системах управления токсичностью двигателей

Основными направлениями, мероприятиями, методами и средствами снижения токсичности и дымности отработавших газов, являются:

1. Новые схемы двигателя: с турбокомпаундированием, с утилизацией теплоты в цикле Ренкина-Стирлинга, комбинированные, газотурбинные, аксиальные, двухтактные, электрические.

2. Совершенствование рабочего процесса: оптимизация камеры сгорания, оптимизация параметров топливоподачи, улучшение наполнения цилиндров, оптимизация структуры воздушного вихря, оптимизация фаз газораспределения, разработка малотоксичных рабочих процессов, теплоизоляция камеры сгорания, предварительная физико-химическая обработка топлива, воздушного заряда, рабочей смеси, совершенствование систем турбонаддува и систем впуска и выпуска.

3. Совершенствование конструкции и технологии изготовления ДВС: снижение механических потерь, утилизация теплоты отработанных газов, ужесточение допусков, оптимизация степени сжатия, совершенствование систем теплоподачи, совершенствование узлов и деталей дизеля, совершенствование систем охлаждения и смазывания, создание электронных систем управления.

4. Разработка средств и методов снижения токсичности и дымности ДВС: воздействие на рабочий процесс (регуляция отработанных газов, впрыскивание воды, присадки и эмульсии); установка в систему выпуска каталитических или жидкостных катализаторов, фильтров, термореакторов и прочих устройств; комбинированные системы очистки отработанных газов и химических поглотителей.

5. Применение альтернативных видов топлива и масел: жидкие топлива, водород, сжатый и сжиженный газы (природный, синтетический и другие), антидымные присадки, смеси топлив, масел и присадок, метанол, этанол, подсолнечное, рапсовое масла.

6. Технологическое обеспечение, эксплуатация, техническое обслуживание и ремонт: обкатка, ремонт, диагностика, эксплуатация, обслуживание, хранение, повышение качества моторных масел.

7. Комбинированные методы и средства: гаражные навесные и стационарные системы очистки отработанных газов; малотоксичные режимы обкатки; оптимальная организация движения; оптимизация транспортных потоков.

двигатель автомобиль легковой навигационный

2. Структура мехатронной системы рулевого управления автомобиля

В настоящее время все системы рулевого привода с усилителем, находящиеся в серийном производстве, поддерживают механическую связь между передними колесами транспортного средства и рулем. Если система поддержки, будь она электрической или гидравлической, откажет, механическая связь все еще сохраняет работоспособность как резервная. Более того, действующие сегодня инструкции требуют обязательного наличия такой механической связи. Однако жесткая механическая связь -- это доминирующий недостаток, поскольку он влияет на характеристики функционирования системы. Проблемы типа шума, вибрации и низкочастотного громыхания (noise, vibration, harshness -- NVH), и склонности приводить к авариям -- все это следствия данной жесткой системы.

Успехи в мехатронных системах означают, что жесткая механическая связь может быть заменена проводами. Автомобили с электрической колонкой преобразуют вращение руля в поворот передних колес, используя датчики и привод, управляемый с помощью электроники, вместо обычной рулевой стойки. Обратная связь для водителя -- важная особенность рулевой системы -- создается при помощи привода обратной силы, размещаемого позади руля. Пункт инструкции о жесткой связи заменяется требованиями к системе в целом.

Понятно, что развитие систем электрического руля определяется надежностью используемых компонентов. Сейчас ведется много разработок по «архитектуре системы, толерантной к отказам», то есть отказоустойчивым системам. Целью работ является достижение потока фатальных отказов менее 10-7 в час рабочего времени. Этот показатель не может быть достигнут в настоящее время при использовании одноканальных электронных блоков управления (ECU). Чтобы получить «уровень целостности» (integrity value), сопоставимый с таковым с системами с механической связью, электрическая рулевая колонка должна быть в состоянии игнорировать одиночные электрические или электронные ошибки в любой из ее подсистем. Она должна также включать метод обнаружения этих ошибок. Такая толерантность, похоже, исключила бы возможность внезапного фатального отказа. Однако соответствующая обработка ошибки может привести к ограничению скорости транспортного средства, а в критических условиях она препятствовала бы автомобилю стронуться с места.

Обратная связь с передачей усилия на рулевое колесо, как принято считать, является менее критической в смысле безопасности. Однако для высокоскоростного пассажирского автомобиля может быть критическим время реакции водителя. По этой причине привод обратной силы должен также быть частью отказоустойчивой системы. Полная архитектура системы рулевой колонки, толерантной к отказам, должна иметь значительную избыточность. Другими словами, это означает, что почти все компоненты дублируются и должны быть обеспечены отказоустойчивой системой электропитания.

3. Системы управления силой тяги на колесах легковых автомобилей

ПБС - система, которая контролирует уровень проскальзывания ведущих колес автомобиля, не допуская их пробуксовки в процессе разгона. Когда излишний крутящий момент приводит к проскальзыванию одного или обоих ведущих колес, ПБС воздействует на системы управления силовым агрегатом, снижая частоту вращения двигателя и повышая силу тяги на ведущих колесах автомобиля.

АБС - система, основной задачей которой является предотвращение блокировки затормаживаемых колес автомобиля, сохранение его курсовой устойчивости и управляемости. Сегодня необходимость ее применения на современных легковых автомобилях признана подавляющим большинством автопроизводителей. Наличие АБС на автомобиле избавляет его водителя от необходимости постоянно контролировать тормозное усилие на педали во избежание блокировки, а следовательно и снижения эффективности торможения колес автомобиля. Эту задачу берет на себя электронный блок АБС, который анализирует сигналы, поступающие от датчиков скорости вращения колес, и через гидромодулятор воздействует на рабочие тормозные механизмы автомобиля.

ЭБД представляет собой логичное дополнение к функциям антиблокировочной системы (АБС), благодаря которому повышается потенциал безопасности автомобиля, улучшаются его тяговые характеристики при движении в неблагоприятных дорожных условиях, а также облегчаются процессы трогания с места, интенсивного разгона, движения на подъем и эксплуатации автомобиля в сложных погодных условиях.

ПЗС - система, основным предназначением которой является помощь водителю в сложных дорожных ситуациях. В случае возникновения экстремальной ситуации она компенсирует неадекватно резкую реакцию водителя и способствует сохранению устойчивости автомобиля. Работа данной системы заключается в осуществлении тягово-динамического регулирования работы систем управления автомобилем. ПЗС распознает опасность заноса и целенаправленно компенсирует нарушение курсовой устойчивости автомобіля.

4. Системы регулирования микроклимата в салоне автомобіля

Современные автомобили оснащаются системой климат-контроля. Данная система предназначена для создания и автоматического поддержания микроклимата в салоне автомобиля. Система обеспечивает совместную работу систем отопления, вентиляции и кондиционирования за счет электронного управления.

Применение электроники позволило добиться зонального регулирования климата в салоне автомобиля. В зависимости от числа температурных зон различают следующие системы климат-контроля: однозонный, двухзонный, трехзонный и четырехзонный.

Система климат-контроля объединяет климатическую установку и систему управления.

Климатическая установка, в свою очередь, включает конструктивные элементы систем отопления, вентиляции и кондиционирования, в том числе радиатор отопителя, вентилятор приточного воздуха и кондиционер, состоящий из испарителя, компрессора, конденсатора и ресивера.

Управление климатической установкой осуществляет соответствующая система. Основными элементами этой системы являются входные датчики, блок управления и исполнительные устройства.

Входные датчики измеряют соответствующие физические параметры и преобразуют их в электрические сигналы. К входным датчикам системы управления относятся датчики температуры наружного воздуха, уровня солнечного излучения (фотодиод), выходной температуры, потенциометры заслонок, температуры испарителя, давления в системе кондиционирования.

Количество датчиков выходной температуры определяется конструкцией системы климат-контроля. К датчику выходной температуры может быть добавлен датчик выходной температуры в ножное пространство. В двухзонной системе климат-контроля число датчиков выходной температуры удваивается (датчики слева и справа), а в трехзонной - утраивается (слева, справа и сзади).

Потенциометры заслонок фиксируют текущее положение воздушных заслонок. Датчики температуры испарителя и давления обеспечивают работу системы кондиционирования.

Электронный блок управления принимает сигналы от датчиков и в соответствии с заложенной программой формирует управляющие воздействия на исполнительные устройства.

К исполнительным устройствам относятся приводы заслонок и электродвигатель вентилятора приточного воздуха, с помощью которых создается и поддерживается заданный температурный режим. Заслонки могут иметь механический или электрический привод. В конструкции климатической установки могут применяться следующие заслонки:

· заслонка приточного воздуха;

· центральная заслонка;

· заслонки температурного регулирования (в системах с 2-мя и более зонами регулирования);

· заслонка рециркуляции;

· заслонки для оттаивания стекол.

Принцип работы системы

Система климат-контроля обеспечивает автоматическое регулирование температуры в салоне автомобиля в пределах 16-30 °С.

Желаемое значение температуры устанавливается с помощью регуляторов на панели приборов автомобиля. Сигнал от регулятора поступает в электронный блок управления, где активируется соответствующая программа. В соответствии с установленным алгоритмом блок управления обрабатывает сигналы входных датчиков и задействует необходимее исполнительные устройства. Установленное значение температуры поддерживается автоматически.

Поступающий в салон автомобиля воздух проходит через радиатор отопителя и нагревается теплом охлаждающей жидкости. Степень нагрева воздуха регулируется центральной заслонкой (заслонками тепературного регулирования) путем смешивания холодного и горячего воздуха.

При необходимости включается кондиционер. Кондиционер удаляет излишнее тепло и влагу из салона.

5. Навигационная система Philips-Carin

Исследования в области автомобильных систем навигации велись на протяжении более двух десятков лет. До появления спутниковой глобальной навигации GPS NAVSTAR в США и ГЛОНАСС в России многие компании занимались разработкой автономных систем без использования внешнего навигационного поля и сигналов. Принцип их действия был основан на двух основных подходах: ручной ввод первоначального местоположения автомобиля и последующий расчет его изменения на основании измерения вектора скорости (так называемый метод счисления координат dead reckoning).

Для определения вектора скорости использовались различные датчики на колесах, компас или гироскоп. Зная вектор скорости и интегрируя его, можно рассчитать пройденный путь. Поскольку при таком подходе были неизбежны ошибки, которые приводили к неточному определению координат автомобиля и с течением времени возрастали, автономные системы нужно было периодически корректировать. Для этого стали применять различные источники навигационных сигналов систем большого радиуса действия типа Lоran-C или спутниковых систем GPS.

Следующим этапом явилось использование базы данных электронных карт, т.е. цифровой информации, описывающей местность или город. Она применяется в двух целях. Во-первых, с помощью этих данных производится синтез изображения уже всем привычной карты на дисплее, а во-вторых, проход характерных точек местности (например, повороты на 90 используется для коррекции расчетного положения. На этом принципе построены относительно простые системы, например, системы компании Amerigon.

Следующий важный шаг связан с внедрением методов распознавания и синтеза речи в 1995 году, благодаря которым система приобрела способность выдавать голосовые сообщения. Это новшество дало возможность водителю, не отрывая взгляд от дороги, полностью сосредоточиться на управлении автомобилем. Известно, что до недавнего времени законы ряда штатов США не разрешали использовать навигационные системы, поскольку водитель, следя за экраном дисплея, отвлекался от того, что происходило на трассе. С внедрением синтеза речи можно считать, что эта проблема успешно преодолена.

Автомобильные навигационные системы совершенствовались одновременно с развитием вычислительной техники. В первую очередь для навигационных систем нужны современные процессоры (с разрядностью 32 бита) с достаточным быстродействием и большой (до 1 Гб) памятью. Увеличение скорости вычислений и обработки данных обеспечило быстрый синтез изображения карты и его оперативный сдвиг в нужное место, а большой объем памяти позволяет хранить электронные схемы местности, охватывающие огромную территорию, и содержать подробнейшую информацию о так называемых «ключевых местах» или «точках интереса». Создание лазерных компакт-дисков решило проблему памяти. Словом, современные автомобильные навигационные системы интегрировали многие достижения в области навигации и вычислительной техники, начиная от метода счисления и гироскопа и заканчивая спутниковой навигацией.

Возникает вопрос: зачем же используется расчет и счисление местоположения автомобиля, если эти координаты с помощью системы GPS обновляются каждую секунду? Дело в том, что для измерения координат необходимо принять одновременно сигналы не менее чем от трех навигационных спутников. Это легко достигается на открытых территориях или проспектах шириной 150 метров с 2 3-этажными зданиями. В условиях же плотной и высотной городской застройки, а также в туннелях прием сигналов от спутников прерывается. Вот в этих случаях и работает счисление координат, постоянно обеспечивая водителя точной и достоверной информацией о его местоположении.

Первый прототип навигационной системы появился в 1970 году, и только в 1981-м стал доступен промышленный образец от компании Honda. Следом, в 1982 году, появляется система компании Alpine. Через 10 лет Honda создает устройство с гироскопом и GPS. Отметим также успех компании Philips, которая разрабатывала свою систему CARiN около 8 лет. Их относительно широкое применение началось с середины 90-х годов, когда стали надежными и доступными по цене компакт-диски для хранения электронных карт. В настоящее время на рынке появились устройства от многих производителей, например, Alpine NVA 751A, Philips CARiN, Clarion AUTO PC и другие, объединившие в единой системе гироскоп, спутниковый приемник, компакт-диски, мощный процессор и цветной монитор.

ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ: 1981 г. первая промышленная навигационная система компании Honda; 1982 г. первая промышленная навигационная система компании Alpine; 1992 г. система навигации с гироскопом и GPS; 1995 г. появление систем навигации с синтезом речи и компакт-дисками для хранения электронных карт; 1996-2014 гг. широкое использование усовершенствованных автомобильных систем навигации.

Для начала программирования системы необходимо ввести пункт назначения. Существует 8 вариантов задания конечной точки маршрута. Вот некоторые из них:

§ ввод адреса, состоящего из названий города, улицы и, в некоторых случаях, номера дома;

§ ввод перекрестка, включающего название двух улиц;

§ ввод ключевого места или точки интереса (служб автосервиса, банков, правительственных учреждений, библиотек, школ, гостиниц, ресторанов, магазинов, вокзалов, аэропортов и т.д.);

§ ввод пункта из предыдущих маршрутов;

§ ввод из адресной книжки (объемом в 50 100 адресов);

§ указание места курсором на карте.

Для ввода названий города или улиц предусмотрено использование символов, выбираемых прямо с экрана, что является довольно длительной процедурой. Самый же простой способ программирования это указание места курсором или просто пальцем прямо на электронной карте.

Для вычисления оптимального маршрута необходимо выбрать какой-либо из следующих критериев:

§ кратчайший маршрут (кратчайший маршрут не всегда самый быстрый);

§ наиболее быстрый маршрут, комбинирующий главные и вспомогательные дороги с учетом ограничений по скорости;

§ наиболее легкий маршрут с минимизацией числа поворотов;

§ с минимальным использованием фривэев или без них;

§ с максимальным использованием главных дорог;

§ с исключением или минимальным числом участков с дорожными работами.

§ (Прим. функции реализованы в CARiN; функции реализованы в системе Alpine).

После расчета маршрута протяженностью 27 миль (43,5 км), на который, например, система Alpine затрачивает 20сек, указывается его общая длина, а на обзорной карте вычерчивается сам маршрут, отмечаются местоположение, пункт назначения, расстояние до него, текущее и общее направление движения, масштаб в виде отрезка длиной 1,25 см с указанием его величины в масштабе карты, текущие время и дата.

Теперь рассмотрим проблему, связанную с корректировкой или необходимостью вновь рассчитывать маршрут в случае пропуска нужного поворота или объезда. В системе CARiN заранее просчитывается альтернативный маршрут (с удалением от текущего на 1,5 10 км), который может быть выбран при необходимости. Так, при поездке на автомобиле с установленной на нем системой Alpine мы сознательно пропустили указанный нам поворот. Через 7 сек на экране был создан новый вариант выезда на созданный ранее маршрут.

6. Датчик интенсивности солнечного излучения

Датчик солнечного света устанавливается на авто укомплектованных климатконтролем. Работает он следующим образом:

- при включенном конд-ре в режиме АВТО

- при попадании прямых лучей солнца через лобовое стекло система климат контроля автоматически увеличивает обороты вентилятора и создает воздушную завесу прохладного воздуха между лобовым стеклом и водителем с пассажиром

- стоит заехать в тень или свернуть от солнца система автоматически гасит обороты через несколько секунд

- в режиме "ЭКОН" эта функция не работает.

Датчик интенсивности солнечного света нужен блоку климата для понятия, что и как светит солнце в зависимости от его показаний климат по разному настраивает положение заслонок (как бы корректирует по интенсивности солнечного света). Если его вообще выкинуть, то климат будет постоянно ругаться на его отсутствие и ничего корректировать не будет (когда надо потеплее, будет дуть холоднее и наоборот).

Автомобильные датчики света обеспечивают автоматическое включение/выключение габаритов и ближнего света при достижении наружной освещенности соответствующих пороговых величин. Пороги включения различны для габаритов, которые включаются первыми, и ламп ближнего света. Время срабатывания при достижении порога освещенности около 1,5-2 сек. Важно отметить тот факт, что пороги срабатывания устройства для включения фар ближнего света и габаритов устанавливаются в независимом режиме. Кроме того, применяются датчики света для салона, автоматически реагирующие на изменение освещённости. Есть датчики, которые не позволят оставить машину, например, на стоянке с включенными огнями. Вдобавок ко всему, автомобильные датчики освещения являются активной системой безопасности.

Литература

1. Акимов А.В. Испытание элементов систем электроснабжения автомобилей и тракторов: Метод. указ. к выполнению лаб. работ. - М., 1987.

2. Акимов А.В. Расчет баланса электроэнергии на автомобиле: Метод. указ. к выполнению курс. проекта. - М., 2000.

3. Ляпков А.П. и др. Метод. указ. к выполнению лаб. работ по курсу «Системы электроники и автоматики автомобилей и тракторов». - М., 1982.

Размещено на Allbest.ru