Методические указания по выполнению практических работ по дисциплине Микропроцессорные системы современного автомобиля семестр 2

ФГОУ СПО «Курский электромеханический техникум»

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ПРОВЕДЕНИЮ

ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ

по учебной дисциплине «Микропроцессорные системы современных автомобилей»

для специальности

190501 Эксплуатация транспортного электрооборудования

и автоматики (по видам транспорта)

2009

Составлены в соответствии с рабочей программой дисциплины по специальности «Эксплуатация транспорта электрооборудования и автоматики (по видам транспорта»

Одобрена предметной (цикловой) комиссией ___________________ (наименование комиссии) Протокол №__________ от «__»___________200_ г. Председатель ПЦК _________ Е. В. Кулинич

УТВЕРЖДАЮ Заместитель директора по учебной работе _________О. Г. Мальцева «____»__________200_ г.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ПРОВЕДЕНИЮ

ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ

по учебной дисциплине «Микропроцессорные системы современных автомобилей»

для специальности (группы специальностей) специальности 190501

«Эксплуатация транспорта электрооборудования и автоматики (по видам транспорта)»

Автор: Седых И.В.

преподаватель ФГОУ СПО «Курский электромеханический техникум».

Рецензенты: В.Н. Соловьев

начальник технического отдела ОАО «Курск Лада»

В.И. Паньков

заведующий отделением специальности 190501 «Эксплуатация транспортного электрооборудования и автоматики (по видам транспорта)» ФГОУ СПО «Курский электромеханический техникум»

Содержание:

Практическая работа №11 Двухтактные двигатели

Практическая работа №12 Диагностика с помощью видео

Практическая работа №13 Система управления топливом компании saab

Практическая работа №14 Тенденции двигателестроения

Практическая работа №15 Диагностика ошибок системы зажигания

Практическая работа №16 Серебряная батарея bosch

Практическая работа №17 Новые разработки электрических систем шасси

Практическая работа №18 Пассивный доступ с признаком входа и выхода

Практическая работа №19 Передовая технология управления температурой

Практическая работа №20 Новые разработки в системах освещения

3

Практическая работа №11

ДВУХТАКТНЫЕ ДВИГАТЕЛИ

Цель работы:

1. Изучить проблемы связанные с разработкой двухтактных двигателей.

2. Изучить проблемы связанные с применением альтернативных видов топлива

Место проведения: учебный кабинет.

Виды самостоятельной работы

1.Изучение литературы по заданной теме.

2.Работа со справочной литературой.

3.Изучение методических указаний.

4.Подготовка отчета по практическому занятию.

Задание:

1. Изучить вопросы разработки двухтактных двигателей.

2. Изучить вопросы альтернативных видов топлива.

Предварительная подготовка к выполнению практической работы:

Изучить литературу:

Т.Дентон. «Автомобильная электроника»— М.: «НТ Пресс, 2008. — 576 с.

Пояснения к работе и порядок ее выполнения:

Двухтактные двигатели

Двухтактный двигатель мог бы помочь решить проблемы эмиссии, но эксперты имеют по этому поводу различные мнения. Главная причина воз­никновения разговоров о двухтактном двигателе в том, что потенциальные возможности усовершен­ствования для четырехтактной системы практичес­ки исчерпаны. Заявленные преимущества двухтак­тного двигателя — меньший вес, меньшее потребле­ние топлива и более высокая плотность мощности на единицу веса. Впрочем, эти преимущества зависят от конструкции двигателя. Основными недостатками такого

4

двигателя являются менее стабильное уп­равление, меньший срок эксплуатации и более высокий уровень эмиссии NOx. Австралийская компания Orbital внесла значительный вклад в тех­нологию двухтактных двигателей. В ее системе ис­пользуется простое управление дроссельной зас­лонкой. В материалах компании однолитровый двухтактный двигатель сравнивался с однолитро­вым четырехтактным двигателем. Двухтактный двигатель весит на 30% меньше, имеет меньшее потребление топлива и низкий уровень NO_x, бу­дучи сопоставимым по всем другим показателям. Двигатель может использовать прямой впрыск со стратификацией топлива.

«Устройство двигателя — наука об оборудовании и калибровке двигателя, целью которой является достижение максимально возможного чистого вых­лопа при поддержании высшего качества работы двигателя и экономии топлива и при непрерывной диагностике ошибок системы. Однако важность этих приоритетов обычно разная в разных странах, что отражает различия в государственных норма­тивных актах, ожиданиях клиентов и условий дви­жения, а также совокупности типов транспорт­ных средств и их количества.

Как правило, система оптимального управления двигателем объединяет многочисленные элементы, включая:

• модуль управления двигателем (ЕСМ);

• программное обеспечение управления и диаг­ностики;

• подсистему ввода и контроля воздуха; модуль подготовки топлива;

• модуль впрыска топлива;

• подсистему зажигания;

• каталитический конвертер;

• подсистему работы с парами топлива;

• совокупность датчиков и соленоидов».

Компания Delphi заявляет: «Мы не начинаем с нулевой отметки работу с каждым клиентом, с каждым рынком, с каждым автомобилем. Мы ис­пользуем модульную архитектуру систем, инстру­менты быстрой разработки средств калибровки и управления, основанные на реальных мировых моде­лях. При малейшей возможности мы используем имеющиеся в наличии взаимозаменяемые аппарат­ные

5

средства и программное обеспечение, которые будут работать в большинстве систем и с боль­шинством процессоров. Мы используем самонаст­раивающиеся инструменты типа «plug-and-play» с генерацией автокода, поэтому у нас нет необходи­мости заново калибровать всю систему, когда мы изменяем часть ее.

Современный подход к разработке управления дви­гателем имеет следующие черты:

• модульная архитектура систем;

• блочной подход к построению систем управ­ления двигателем из набора «обобщенного», взаимозаменяемого программного обеспечения и электронных средств в двигателе или моду­лях контроля мощности;

♦ совместимость изделий OEM с выполненными на заказ системами на различных рынках;

♦ программное обеспечение имеет возможность расширения/удаления;

♦ системы разрабатываются с минимальным числом базовых электронных контроллеров, которые при желании могут быть расширены;

♦ составляющие аппаратные средства систем взаимозаменяемы;

♦ программное обеспечение может использовать­ся в разнообразных системах;

• имеются инструменты быстрой разработки и калибровки (rapid calibration development tools — RapidCal);

• быстрое изготовление опытных образцов для немедленной оценки работы новых вариантов систем;

♦ для проверки правильности решения результа­ты могут быть испытаны на заводских моде­лях и опытных образцах;

♦ применяются средства управления на основе математических моделей (model-based con­trols - MBQ;

• алгоритмы управления уточняются на основе физических моделей или математического пред­ставления «реального мира»;

• вносимое усовершенствование требует изме­нения только калибровочных данных, а не всей системы;

6

♦ МВС-технологии включают средства оценки гидродинамических и температурных моделей управления подачей топлива и управления топ­ливом в отдельном цилиндре.

Такой блочный подход имеет следующие преиму­щества:

♦ уменьшается стоимость затрат на разра­ботку;

♦ обеспечивается большая гибкость производ­ства;

♦ легче адаптироваться к запросам множества клиентов, от развивающихся рынков до самых высоких требований;

• можно исполъзовйтъ компоненты «с полки» с минимальными повторными калибровками пос­ле модификации;

• обеспечивает соответствие различным тре­бованиям к регулированию эмиссии в широком диапазоне условий вождения, привычек води­теля и его ожиданий и типов автомобилей;

• экономит топливо и уменьшает вредные выб­росы;

• сокращает производителям время обновления модельного ряда».

Альтернативные виды топлива

Для перехода на спирт (например этанол) не тре­буется изменения главных элементов конструкции бензиновых двигателей. Компоненты топливной системы должны только лучше противостоять коррозии, и, кроме того, необходима несколько иная стратегия холодного пуска. Все, что для это­го требуется, — изменения в прошивке памяти для двигателя. Если датчик спирта установить в топ­ливном баке автомобиля, работающего на смеси бензина со спиртом, система управления могла бы адаптироваться к изменениям в зависимости от процента используемого спирта. Очевидны неко­торые преимущества этанол-бензиновых смесей с точки зрения эмиссии. В то же время существует мнение, что использование спиртосодержащих топ лив является скорее политической, нежели техни­ческой проблемой.

Двигатели с газовым питанием сейчас использу­ются, но представляет проблему хранение в автомо­биле подходящего количества газа. Однако эти дви­гатели действительно дают меньшие концентрации СО, НС и СО_г Водородные транспортные

7

сред­ства обладают потенциалом, чтобы достичь ульт­ранизких пределов эмиссии (ultra low emission ve­hicle — ULEV), но они все еще находятся на ранних стадиях разработки. Многие изготовители, однако, уже имеют действующие опытные образцы.

Если рассмотреть все альтернативы, станет ясно что двигатели, использующие бензин, и дизели, не так легко заменить. К тому же все еще есть много возможных областей для их дальнейших усовершен­ствований.

Отчет о работе:

В отчете отразить:

1. Проблемы связанные с разработкой двухтактных двигателей.

2. Проблемы связанные с применением альтернативных видов топлива.

3. Сделать выводы о проделанной работе.

Контрольные вопросы

Перечислите преимущества двухтак­тного двигателя?

Перечислите недостатки двухтак­тного двигателя?

Перечислите элементы системы оптимального управления двигателем?

Перечислите характерные черты современного подхода к разработке системы управления дви­гателем?

Перечислите альтернативные виды топлива?

8

Практическая работа №12

ДИАГНОСТИКА С ПОМОЩЬЮ ВИДЕО

Цель работы:

1. Изучить вопросы диагностики с помощью видео.

2. Изучить вопросы активного охлаждения двигателей.

Место проведения: учебный кабинет.

Виды самостоятельной работы

1.Изучение литературы по заданной теме.

2.Работа со справочной литературой.

3.Изучение методических указаний.

4.Подготовка отчета по практическому занятию.

Задание:

1. Изучить вопросы диагностики с помощью видео.

2. Изучить вопросы активного охлаждения двигателей.

Предварительная подготовка к выполнению практической работы:

Изучить литературу:

Т.Дентон. «Автомобильная электроника»— М.: «НТ Пресс, 2008. — 576 с.

Пояснения к работе и порядок ее выполнения:

Диагностика с помощью видео

Некоторые из производителей ввели применение ручные видеокамеры для помощи в анализе неис­правностей. Это оправдано для всех областей ди­агностики автомобиля, так же как и в системах оптимизации двигателя.

Камера может быть связана через Интернет как с дилерами, так и с производителями. Следова­тельно, техник имеет возможность показать, как прошли испытания, а также описать суть пробле­мы инженеру (специалисту).

Активное охлаждение - Valeo

Компания Valeo разработала систему активного охлаждения, известную как THEMIS. Эта система использует электронный контроль для управления и оптимизации температуры двигателя. Основные компоненты системы — электронный

9

клапан, элек­тронно-управляемый вентилятор и электрический водяной насос. Температура двигателя контролиру­ется эффективным распределением хладагента и воздуха внутри и вокруг двигателя. Преимущества этой системы:

• уменьшенное потребление топлива;

• снижение вредных выбросов;

• меньший износ узлов двигателя.

Рис. 10.72. Pumptronic® - электрический водяной насос (источник: Valeo)

Рис. 10.73. Fantronic -электрическиуправляемый вентилятор (источник: Valeo)

Рис. 10.74. Электронно-управляемый клапан (источник: Valeo)

10

Больший комфорт кабины достигнут благодаря дополнительной подаче тепла на низких оборотах двигателя, причем тепло в кабине при холодной погоде сохраняется и после того, как двигатель выключен.

Разработка компанией Valeo системы теплового контроля THEMIS, полностью управляемой элект­роникой, началась в 1995 г. с целью обеспечить со­ответствие двигателя требованиям по уровню эмис­сии Евро IV и Евро V и требованиям Усредненной корпоративной экономии топлива (Corporate Ave­rage Fuel Economy — CAFE) для Северной Амери­ки. Компания Valeo спроектировала и изготови­ла опытные прототипы нескольких вариантов THEMIS (рис. 10.72, 10.73, 10.74). Они были все­сторонне проверены на различных европейских и американских автомобилях на двигателях от L4 с объемом 1,4 л до V6 с объемом 3,8 л.

Архитектура системы включает в себя:

• электронный водяной насос Pumptronic®.. В этой системе используется бесколлектор­ный электромотор, «мокрый» ротор и магни­ты из редкоземельных элементов. В резуль­тате общая эффективность мотора выросла более чем на 55%;

• систему вентиляции Fantronic® с непре­рывно регулируемой скоростью. В системе используется интегрированный привод с изменяемой шириной импульса, который охлаждается лопастями собственного вен­тилятора;

• многоканальный электронный клапан про­порционального регулирования;

• температурный датчик двигателя;

• блок электронного управления;

• оптимизированные теплообменники (охлаж­даемые радиаторы и нагреватели).

В дополнение к улучшенной топливной эффек­тивности, меньшим уровням выбросов, повышен­ному комфорту кабины и большей надежности двигателя оказалось возможным реализовать ре­жим автопредупреждения о неисправностях, оп­ции самодиагностики и диагностики при сервисном обслуживании. Потребление топлива и эмиссия были проверены на соответствие европейским и аме­риканским испытательным циклам в лабораторных условиях. Испытание в полевых условиях было вы­полнено при самых низких температурах в Северной Европе и при самых высоких температурах в Юж­ной Европе.

11

Чтобы обеспечить быстрый нагрев двигателя, хладагент не циркулирует в течение периода про­грева. Это ограничивает тепловые потери. Во время испытательных циклов выброс НС уменьшался на 10% и выброс СО - на 0-20%. Содержание в выхлопе NOx оставалось неизменным. На низких и средних нагрузках возможна повышенная темпе­ратура хладагента (110/115 °С против 95 °С). Это приводит к более эффективному сгоранию, эконо­мии топлива на 2-5% и пропорциональному со­кращению эмиссии С0₂. Очевидны также следую­щие плюсы системы:

• прокачка потока хладагента в холодную по­году обеспечивает подачу тепла в кабину в течение до 30 минут даже после того, как двигатель остановлен!

• когда нагрева кабины не требуется, хлада­гент в нагреватель не подается, что оптими­зирует систему управления климатом;

• снижено изменение тепловых зазоров и ме­стное кипение в головке цилиндра. При вы­сокой нагрузке на двигатель ECU понижает температуру хладагента до 90 °С для макси­мально эффективной работы;

• не наблюдается никаких тепловых ударов или пиков нагрева при остановке двигателя. Элек­трический водяной насос увеличивает поток хладагента, чтобы гарантировать при необхо­димости устойчивое снижение температуры;

• может быть нейтрализована потенциальная неприятность. В случае быстрого повышения температуры контроллер увеличивает поток хладагента и/или запускает систему венти­ляции.

Система THEMIS Valeo непрерывно регулиру­ет и контролирует работу различных компонен­тов. Если один компонент работает неправильно, система может компенсировать дефект, нагружая в большей степени другой компонент. Этот способ известен как автопредупреждение неисправнос­тей, водителя о неисправности предупреждает ин­дикатор. В целом эта система активного охлажде­ния уменьшает также мощность, потребляемую водяным насосом. Внедрение системы ожидает­ся в 2005 г.

12

Отчет о работе:

В отчете отразить:

1. Вопросы диагностики с помощью видео.

2. Вопросы активного охлаждения двигателей.

3. Начертить схемы «основных узлов системы активного охлаждения двигателей».

4. Сделать выводы о проделанной работе.

Контрольные вопросы

Для чего используется диагностика с помощью видео?

Что называют системой активного охлаждения?

Преимущества системы активного охлаждения?

Архитектура системы активного охлаждения?

13

Практическая работа №13

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ТОПЛИВОМ КОМПАНИИ SAAB

Цель работы:

Изучить система управления топливом компании Saab

Место проведения: учебный кабинет.

Виды самостоятельной работы

1.Изучение литературы по заданной теме.

2.Работа со справочной литературой.

3.Изучение методических указаний.

4.Подготовка отчета по практическому занятию.

Задание:

Изучить система управления топливом компании Saab

Предварительная подготовка к выполнению практической работы:

Изучить литературу:

Т.Дентон. «Автомобильная электроника»— М.: «НТ Пресс, 2008. — 576 с.

Пояснения к работе и порядок ее выполнения:

Система управления топливом компании Saab

Система управления топливом компании Saab (Saab combustion Control - SCC) (рис. 10.70) была разработана с целью уменьшить потребление топ­лива и значительно сократить при этом вредные выбросы. Однако это ничуть не ухудшило характе­ристики двигателя. Ключевая идея системы SCC — использование выхлопных газов.

Рис-. 10.70. Инжектор со свечой системы управления сгоранием (источник: Saab)

14

Благодаря рециркуляции значительной доли выхлопного газа в процессе сгорания, потребление топлива может быть уменьшено на 10%. К тому же выбросы можно сократить до значения, лежащего ниже уровня требований американской инструк­ции снижения эмиссии ULEV2 и европейской ин­струкции ЕВРО 4. Эта технология почти вдвое со­кратила выброс окиси углерода и углеводородов, а выброс окиси азота — до 75%.

Система SCC, непохожая на стандартные сис­темы прямого впрыска, имеет множество преиму­ществ, не нарушая при этом идеальное отношение воздушно-топливной смеси (14,7:1). Поддержание этого отношения необходимо, чтобы мог работать в нормальном режиме обычный каталитический конвертер с тремя реакциями. Наиболее важные аспекты системы SCC таковы:

♦ впрыск топлива, поддерживаемый воздуш­ной струей, с генератором турбулентности -инжектор и свеча объединены в один узел, получивший название «инжектор со свечой» (spark plug injection — SPI). Топливо впрыски­вается непосредственно в цилиндр при помо­щи сжатого воздуха, а еще одна струя воздуха создает в цилиндре турбулентность перед мо­ментом воспламенения топлива. Этот прием поддерживает процесс горения и сокращает время сгорания;

• изменяемое время функционирования кла­панов — используются изменяемые кулачки, чтобы система SCC могла варьировать время открытия и закрытия клапанов впуска и вы­пуска. Это позволяет смешивать выхлопной газ с воздушно-топливной смесью в цилинд­ре. Ключевой аспект здесь — выгода от пря­мого впрыска при одновременном сохраненении лямбда-показателя, равного единице, в большинстве условий эксплуатации двигателя. Точный процент рециркуляции выхлопного газа зависит от режима работы двигателя, но до 70% объема цилиндра во время сгорания может состоять из выхлопного газа;

• переменный промежуток свечи зажигания с высокой энергией искры — промежуток свечи зажигания изменяется в диапазоне от 1 до 3,5 мм. Искра создается между центральным подвижным электродом SPI и неподвижным земляным электродом с промежутком в 3,5 мл, или на имеющий потенциал земли поршень. Очень высокая энергия искры (около 80 мДж) необходима, чтобы воспламенить

15

воздушно-топливную смесь, смешанную с 70% выхлоп­ных газов.

Рассмотрим процесс SCC с такта расширения (рабочего такта). На рис. 10.71 приведены следу­ющие моменты работы цилиндра:

Рис. 10.71. Стадии управления сгоранием топлива (источник: Saab)

1. Рабочий такт происходит обычным спосо­бом — воздушно-топливнаясмесь сгорает, давление в цилиндре увеличивается, что вы­зывает движение поршня вниз.

2. Как только поршень достигает конца рабо­чего хода, выпускные клапаны открываются и выводят большую часть выхлопа через вых­лопные патрубки. Остающиеся выхлопные газы выводятся по мере движения поршня вверх на такте выпуска.

16

1. Топливо вводится в цилиндр через SPI непос­редственно перед тем, как поршень достигает верхней мертвой точки. Впускные клапаны открываются в то же самое время. Выхлоп, смешанный с топливом, выводится из ци­линдра через клапаны впуска и выпуска.

1. В начале такта впуска выпускные и впускные клапаны открыты, и смесь выхлопа с топли­вом всасывается из выпускного коллектора обратно в цилиндр.

2. По мере перемещения поршня вниз, выпуск­ные клапаны закрываются, но клапаны впус­ка продолжают оставаться открытыми. Смесь выхлопных газов и топлива, которая зашла во впускной коллектор, теперь втягивается в ци­линдр.

3. Когда поршень приближается к нижней мер­твой точке, вся смесь из выхлопа и топлива втянута обратно в цилиндр. К концу такта впуска в цилиндр засасывается только воздух.

4. Когда поршень в течение такта сжатия пере­мещается вверх, клапаны впуска закрыты и смесь выхлопа, воздуха и топлива сжимает­ся. Приблизительно на половине хода такта сжатия SPI подает в цилиндр сильную струю воздуха. Она бурно перемешивает смесь, чем облегчает-ее горение и сокращает время сго­рания.

5. Непосредственно перед тем, как поршень достигает верхней мертвой точки, искра от электрода SPI зажигает смесь (а), и начина­ется следующий такт расширения (Ь).

Каталитический конвертер с тремя реакция­ми — все еще самый важный элемент контроля выхлопной эмиссии, потому что он может преоб­разовать до 99% вредных компонентов выхлоп­ных газов. Однако каталитический конвертер не оказывает никакого влияния на эмиссию углекис­лого газа, которая прямо пропорциональна по­треблению топлива.

Прямой впрыск бензина - хороший способ по­низить потребление топлива. Поскольку отмерен­ное количество топлива вводится непосредственно в цилиндр, можно более точно управлять его расхо­дом. Однако гореть может только область вокруг свечи, потому как остальная часть объема цилинд­ра заполнена воздухом. В стандартных системах прямого впрыска это уменьшает потребление топ­лива, но приводит к более высокому уровню выбро­сов окислов азота.

17

Получающиеся выхлопные газы совершенно не подходят для обычного каталити­ческого конвертера с тремя реакциями. Поэтому должен быть использован специальный каталити­ческий конвертер с «ловушкой окислов азота». Он дороже, потому что содержит благородные ме­таллы. Кроме того, такие конвертеры более чув­ствительны к температуре и при работе с полной нагрузкой нуждаются в охлаждении. Это часто обеспечивается впрыском дополнительного коли­чества топлива. Чтобы восстановить улавливатель NOx, когда он «полон», двигателю нужно некото­рое время поработать на более богатой топливно-воздушной смеси.

Система SCC также вносит вклад в сокраще­ние насосных потерь. Они выше, когда двигатель работает с низкой нагрузкой при почти закрытом дроссельном клапане. В этих условиях поршень в цилиндре в течение такта впуска работает под частичным вакуумом. Дополнительная энергия, необходимая, чтобы толкать поршень вниз, при­водит к увеличенному потреблению топлива. В двигателе SCC цилиндр питается только тем количеством топлива и воздуха, которые необхо­димы в любой конкретный момент времени. Ос­тальная часть цилиндра заполнена выхлопными газами. Это означает, что поршень не должен втя­гивать дополнительный воздух, и, следовательно, насосные потери уменьшаются. Выхлопные газы составляют 60-70% объема камеры сгорания, в то время как 29-39% занимает воздух. Доля топ­лива составляет менее 1%. Вообще говоря, когда двигатель работает с малой нагрузкой, использу­ется и более высокая пропорция выхлопного газа.

При низких нагрузках искра зажигается от центрального электрода инжектора на неподвиж­ный земляной электрод через промежуток 3,5 мм. При высоких нагрузках искра проскакивает поз­же (задерживается). Плотность газа в камере, сго­рания в этих условиях является слишком высо­кой, чтобы искра могла пробить 3,5 мм. Поэтому' в качестве земли используется выступ на поршне. Искра проскочит на электрод поршня, когда про­межуток станет меньше, чем 3,5 мм.

Сейчас система управления сгоранием компа­нии Saab находится в эксплуатации и показывает очень высокую эффективность. Компания про­должает разработки в этом направлении.

18

Отчет о работе:

В отчете отразить:

1. Описание системы управления топливом компании Saab.

2. Начертить схемы «Стадий управления сгоранием топлива».

3. Сделать выводы о проделанной работе.

Контрольные вопросы

Что такое система управления топливом компании Saab?

Перечислите важные аспекты системы SCC?

Перечислите стадии управления сгоранием топлива?

Что такое прямой впрыск бензина?

19

Практическая работа №14

ТЕНДЕНЦИИ ДВИГАТЕЛЕСТРОЕНИЯ

Цель работы:

Изучить тенденции двигателестроения

Место проведения: учебный кабинет.

Виды самостоятельной работы

1.Изучение литературы по заданной теме.

2.Работа со справочной литературой.

3.Изучение методических указаний.

4.Подготовка отчета по практическому занятию.

Задание:

Изучить тенденции двигателестроения

Предварительная подготовка к выполнению практической работы:

Изучить литературу:

Т.Дентон. «Автомобильная электроника»— М.: «НТ Пресс», 2008. — 576 с.

Пояснения к работе и порядок ее выполнения:

Тенденции двигателестроения - зажигание от свечи

В конце 2003 г. в Европе автомобили с дизельными двигателями (compression ignition - CI) начали пре­восходить по объему продаж версии с искровым вос­пламенением (spark ignition - SI). Это соревнование, а также появление транспортных средств на альтер­нативном топливе, заставило инженеров активизиро­вать разработки двигателей SI. Ключевые моменты соревнования — увеличение мощности, уменьшение потребления топлива и выбросов вкупе с более эффективной компоновкой автомобиля. Далее коротко рассмотрены некоторые из новшеств, находящихся в разработке и/или в эксплуатации.

Переменная степень сжатия

Более высокая степень сжатия приводит к большей термической эффективности. Однако это также заставляет двигатель работать в более горячем режиме, а нагрузка на

20

его компоненты возрастает. Новый подход заключается в том, чтобы по возможности изменять степень сжатия при определенных скоростях и нагрузках двигателя. Компания Saab проделала значительную работу в этой области.

Электромеханическое управление клапанами

Полный контроль работы клапанов означает, что блок управления двигателем может взять на себя больший объем функций регулирования. Однако автономное функционирование клапанов трудно обеспечить — таким образом, распределительный вал все же сохранит свои позиции в течение не некоторого времени. Инженеры компаний Lotus существенно продвинулись в данном направлении, используя гидравлические механизмы.

Высокоэффективные нагнетатели

Новые нагнетатели потребляют меньше энергии от двигателя. Электрические нагнетатели, кроме того, могут полностью управляться электроникой.

Дезактивация цилиндра

Этот технический прием был опробован давно, а потом забыт на многие годы. Объем, например 3-литрового двигателя У8 уменьшается, когда он используется в движении по городу, с пропорциональным сокращением потребления топлива и выбросов. Компания GM использует эту систему на своем двигателе XV8. Прием называется «отключением по требованию».

Прямой впрыск под высоким давлением

Прямой впрыск бензина теперь становится повсеместным. Тем не менее, продолжается работа с целью увеличить давление при вводе топлива, поскольку это приводит к большим возможнос­тям для управления зарядом топлива в цилинд­ре. Само собой разумеется, что компания Bosch тоже работает в этой области!

Насосы подачи топлива с меньшим током

Простой, но эффективный метод, который может привести к снижению выбросов и потребления топлива, состоит в том, чтобы уменьшить ток, потребляемый насосом. Компанией Visteon был разработан топливный насос, который может уве­личить пробег автомобиля за счет экономии топ­лива на 0,2 мили на галлон (3,8 л).

21

Интеллектуальный контроль клапана

Компания Honda создала двигатель для модели RSX, который использует интеллектуальный кон­троль клапана. Подъемом клапана и фазой откры­тия можно управлять с помощью электроники. Результат — внушительная экономия и снижение выбросов.

Электронная педаль газа

Это понятие было введено в обиход компанией BMW некоторое время назад. Идея заключается в том, что нажатие водителя на педаль газа интер­претируется электронной системой, и дроссель­ный клапан перемещается так, чтобы обеспечить оптимальную работу двигателя. Например, для полного ускорения водитель жмет педаль «в пол», что полностью открывает дроссельный клапан, как и в традиционной системе, но в отличие от нее открытие клапана подстраивается при помощи си­стемы электронного управления под условия дви­жения.

Прямой впрыск с подачей дополнительного воздуха

Важный аспект прямого впрыска топлива состоит в том, что заряд топлива в цилиндре может быть стратифицированным. Другими словами, область вокруг свечи имеет идеальное отношение смеси, но большая часть цилиндра заполнена воздухом или, что лучше, повторно направляемыми в ци­линдр выхлопными газами. В арсенале компании Ford теперь есть двигатель, который может работать на чрезвычайно бедных смесях — порядка 60:1.

W-образная конфигурация двигателя

Интересна конфигурация расположения цилин­дров (весьма кстати разработанная именно ком­панией VW) в форме «двойного V» или «W». Эта концепция позволяет двигателю W12 быть столь же компактным, как и V8. В результате достига­ется очень стабильная работа двигателя при отно­сительно низкой массе. При этом за счет умень­шения массы повышается эффективность двига­теля.

Отчет о работе:

В отчете отразить:

1. Описание тенденций двигателестроения

2. Сделать выводы о проделанной работе.

22

Контрольные вопросы

Ответьте на следующие вопросы для закрепления материала главы:

1. Опишите, что обозначается термином «уп­равление двигателем».

2. Обоснуйте, к чему относится термин «очи­стка» в отношении каталитических конвер­теров.

3. Опишите назначение бортовой диагности­ки (OBD).

4. Опишите информацию, получаемую с помо­щью потенциометра дроссельного клапана.

5. Обоснуйте четыре метода снижения выбро­сов дизельного двигателя..

6. Объясните действие системы прямого впрыс­ка бензина (GDI).

23

Практическая работа №15

ДИАГНОСТИКА ОШИБОК СИСТЕМЫ ЗАЖИГАНИЯ

Цель работы:

Изучить схему диагностика системы зажигания

Место проведения: учебный кабинет.

Виды самостоятельной работы

1.Изучение литературы по заданной теме.

2.Работа со справочной литературой.

3.Изучение методических указаний.

4.Подготовка отчета по практическому занятию.

Задание:

1. Изучить испытательные процедуры.

2. Изучить диагностику системы зажигания без распределения.

3. Изучить диагностику свечи зажигания.

4. Изучить работу катушки зажигания.

Предварительная подготовка к выполнению практической работы:

Изучить литературу:

Т.Дентон. «Автомобильная электроника»— М.: «НТ Пресс», 2008. — 576 с.

Пояснения к работе и порядок ее выполнения:

Диагностика ошибок системы зажигания

Введение

Как и для всех систем, в данном случае нужно прой­ти шесть стадий поиска:

1. Проверить наличие ошибки.

2. Собрать дальнейшую информацию.

3. Оценить полученные факты.

4. Выполнять дальнейшие испытания в логи­ческой последовательности.

5. Устранить проблему.

6. Проверить все системы.

Процедура, описанная в следующем разделе, связана, прежде всего, со стадией поиска ошибок.

24

Испытательные процедуры

Caution/Achtung/Внимание - высокое напряже­ние может серьезно повредить вашему здоровью!

Следующая процедура выполняется в первую оче­редь и с небольшими адаптациями может быть при­менена к любой системе зажигания. Если сомневае­тесь, обратитесь к рекомендациям изготовителя:

1. Проверьте состояние зарядки батареи (не ме­нее 70%).

2. Осмотрите и проверьте все соединения (в по­рядке и чистые).

3. Проверьте цепь от источника питания к ка­тушке зажигания (падение напряжения в пре­делах 0,5 В).

4. Проверьте наличие искры от катушки через заведомо хороший высоковольтный кабель (промежуток до земли 10 мм, но не пробуй­те долго).

1. Если искра хорошая, проверьте систему высо­кого напряжения. Проверьте условия работы свечи (высоковольтные проводники должны иметь максимальное сопротивление прибли­зительно 30 кОм/м на каждом высоковольт­ном проводе). Если нет никакой искры, или она проскакивает только на коротком рассто­янии до земли, продолжайте поиск неисп­равности (цвет искры не имеет значения).

2. Проверьте целостность обмоток катушки зажигания (первичная имеет сопротивле­ние 0,5—3 Ом, вторичная — несколько кОм).

3. Присоедините питание и землю к модулю управления (минимальное напряжение ис­точника 12 В, падение напряжение на зем­ляном проводе не более 0,5 В).

4. Подайте напряжение на генератор импуль­сов, если есть соответствующий источник (10-12 В).

5. Оцените выходной сигнал генератора им­пульсов (индуктивный при проворачивании двигателя дает приблизительно 1 В перемен­ного тока, датчик Холла переключается от 0 В до 8 В постоянного тока).

6. Проверьте целостность проводов в цепи низ­кого напряжения питания катушки зажига­ния (0-0,1 Ом).

7. Если все вышеописанные испытания закон­чились положительно, замените модуль уп­равления.

25

Диагностика системы без распределения (DIS)

DIS-система очень надежна из-за отсутствия ка­ких-либо движущихся частей. Однако при попыт­ках исследовать высоковольтные осциллограммы во время диагностики могут возникать проблемы из-за отсутствия центрального высоковольтного проводника. Эти проблемы обычно могут быть преодолены при помощи специального адаптера, но все же потребуется перемещать съемный зажим на каждый высоковольтный провод поочередно.

Катушка DIS-системы может быть проверена при помощи омметра. Сопротивление каждой первичной обмотки должно быть порядка 0,5 Ом, а вторичных обмоток- 11-16 кОм. Катушка дол­жна создавать напряжение более 37 кВ при размы­кании цепи.

Провода свечей имеют защитные наконечни­ки, предохраняющие клеммы от вибрации и по­падания влаги. Максимальное сопротивление для высоковольтного провода - 30 кОм на каждый провод.

Отчет о работе:

В отчете отразить:

1. Вопросы диагностики системы без распределения.

2. Вопросы диагностики свечи зажигания.

3. Работу катушки зажигания.

4. Сделать выводы о проделанной работе.

Контрольные вопросы

Ответьте на следующие вопросы для проверки сво­их знаний:

1. Опишите назначение системы зажигания.

2. Обоснуйте пять преимуществ электронного зажигания по сравнению с контактной сис­темой.

3. Изобразите схему системы программного за­жигания и отметьте каждую часть.

4. Объясните, что обозначается моментом за­жигания, и почему в определенных услови­ях требуется изменять этот момент.

5. Используя в качестве примера систему про­граммного зажигания, приспособленную для работы с датчиком детонации, объясните, почему контроль детонации — это управле­ние с замкнутым контуром.

6. Перечислите все главные компоненты базо­вой (не ESA) электронной системы зажига­ния и обоснуйте назначение каждого ком­понента.

26

Практическая работа №16

СЕРЕБРЯНАЯ БАТАРЕЯ BOSCH

Цель работы:

Исследовать серебряную батарею Bosch

Место проведения: учебный кабинет.

Виды самостоятельной работы

1.Изучение литературы по заданной теме.

2.Работа со справочной литературой.

3.Изучение методических указаний.

4.Подготовка отчета по практическому занятию.

Задание:

Произвести исследование серебреной батареи Bosch

Предварительная подготовка к выполнению практической работы:

Изучить литературу:

Т.Дентон. «Автомобильная электроника»— М.: «НТ Пресс», 2008. — 576 с.

Пояснения к работе и порядок ее выполнения:

Серебряная батарея Bosch - пример для исследования

Компания Bosch начала выпуск новой серии батарей с инновационной серебряной технологи для грузовиков, эксплуатируемых в экстремальных условиях. Новая мощная батарея для транспортных средств Тестахх обладает исключительно высоким резервом мощности как при очень высоких, так и при низких температурах. Кроме того, использование пластин серебра означает, что батарея Тестахх абсолютно не требует обслуживания.

Инновационная, безопасная новая батарея грузовика может быть размещена даже внутри корпуса автомобиля. Заново разработанная верхняя часть батареи со средствами безопасности (включая заглушки) такова, что из батареи не может вытечь ни капли кислоты, даже если автомобиль подвергается экстремальной вибрации.

Батарею без риска мож­но даже положить на бок. Средства безопасности, встроенные в верхнюю часть батареи, препятствует возгоранию газа батареи от искры или огня. Любые газы, образующиеся внутри батареи, например, вследствие перегрузки или перезарядки,

27

удаляются через главную систему вентиляции. Уровень заряд­ки батареи может быть определен при взгляде на индикатор системы контроля зарядки (рис. 5.17).

Рис. 5.17. Батарея легкового автомобиля с индикатором зарядки (источник: Bosch Press)

Рис. 5.18. Батарея грузовика компании Bosch (источник: Bosch Press)

Серебряная металлизация и оптимизирован­ные характеристики холодного запуска означают, что всего две модели Тестахх могут заменить це­лое семейство батарей разной мощности. Доступ­ны батареи Тестахх с номиналом 140 и 170 А/ч (рис. 5.18).

28

Интересно отметить, что две трети всей помо­щи автомобилям, оказанной в зимнее время, выз­ваны проблемами запуска — как правило, из-за слабых батарей!

Топливные элементы - Dana

Топливные элементы способны когда-нибудь за­менить двигатель внутреннего сгорания. Разра­ботка топливных элементов является, вероятно, наиболее желанной технологией в транспортной индустрии сегодняшнего дня, поскольку разра­ботчики ежегодно тратят колоссальные суммы в поисках жизнеспособной альтернативы (или до­полнения) двигателю внутреннего сгорания. В те­чение нескольких последних лет инженеры ком­пании Dana направили свои производственные и технические возможности на решение задачи умень­шения зависимости автомобиля от традиционных источников энергии. На протяжении истории чело­вечества основные источники энергии изменялись от твердых видов топлива (типа древесины и угля) в сторону жидких (нефти). В ближайшие годы, как полагают многие, газообразные продукты посте­пенно станут доминирующим источником энер­гии во всем мире.

Если коротко, топливный элемент — электрохи­мическое устройство, в котором энергия химичес­кой реакции преобразуется непосредственно в электричество, тепло и воду. Этот процесс изменя­ет в лучшую сторону низкую эффективность тра­диционного термомеханического преобразования носителя энергии (рис. 5.19).

Рис.5.19. Автомобиль с топливными элементами.

29

Водород - первый пример возобновляемого га­зообразного топлива, которое позволяет вести та­кую реакцию и, в конечном счете, получать элект­рическую энергию. И этот процесс не загрязняет окружающую среду.

Типичная модель топливного элемента с ис­пользованием энергии водорода включает в себя водород, текущий в сторону анода топливного эле­мента, где посредством электрохимического про­цесса в присутствии платинового катализатора молекулы водорода расщепляются на электроны и положительно заряженные ионы. Электроны идут в обход протонной обменной мембраны (proton exchange membrane - РЕМ), тем самым генериру­ется электрический ток. В то же самое время по­ложительные ионы водорода продолжают диффун­дировать через топливный элемент сквозь РЕМ. Затем электроны и положительные ионы водорода объединяются с кислородом на стороне катода, образуя воду и выделяя тепло. В отличие от тра­диционного автомобиля с двигателем внутреннего сгорания, здесь электричество сохраняется в бата­реях или идет непосредственно в тяговые электро­двигатели, которые, в свою очередь, приводят во вращение колеса (рис. 5.20).

Рис.5.20. Топливные элементы на автомобиле.

Одно из препятствий для систем на базе топ­ливных элементов — это отсутствие в настоящее время инфраструктуры для изготовления или по­ставки достаточных объемов водорода. В резуль­тате главной нерешенной проблемой остается наличие специфичного вида

30

топлива, используе­мого в топливном элементе. Бензин и метанол ­самые вероятные носители энергии для топливных элементов. Однако каждый вид топлива все еще стоит перед своими собственными проблемами.

В настоящее время разрабатывается техноло­гия для композитных биполярных пластин, спа­янных в виде сетки, трубопроводов и интегриро­ванных изоляторов. Инженеры разрабатывают металлические биполярные пластины со специ­альными покрытиями, высокотемпературными каналами области тока, высокотемпературными изоляторами и со средствами высокотемпературной защиты. Они также разрабатывают методы управления и конструкцию топливных процессоров, пароконденсаторов, предварительных нагревателей и модулей охлаждения с интегрированными вентиляторами и моторами. Продолжается разработка решений для транспортировки водорода, углеродосодержащих жидкостей, деионизированной воды и воздуха к различным частям системы. Группа фильтрации компании Dana разрабатывает фильтры для воздушного входного отверстия системы топливного элемента.

Отчет о работе:

В отчете отразить:

1. Преимущества серебряной батареи Bosch.

2. Сделать описание топливных элементов - Dana.

3. Начертить схемы «топливных элементов на автомобиле».

4. Сделать выводы о проделанной работе.

Контрольные вопросы

1. Расшифруйте термин «свинцово-кислотная» батарея.

1. Назовите три метода классификации батарей.

1. Объясните, почему батарея оценивается с разных позиций.

2. Приведите шесть факторов, которые нужно учитывать при размещении батареи на транс­портном средстве.

3. Расскажите, как измерить внутреннее сопро­тивление батареи.

4. Опишите два метода зарядки батареи.

5. Объясните, почему важна «плотность энер­гии» батареи.

31

Практическая работа №17

НОВЫЕ РАЗРАБОТКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМ ШАССИ

Цель работы:

Изучить новые разработки электрических систем шасси

Место проведения: учебный кабинет.

Виды самостоятельной работы

1.Изучение литературы по заданной теме.

2.Работа со справочной литературой.

3.Изучение методических указаний.

4.Подготовка отчета по практическому занятию.

Задание:

1. Изучить электрическую рулевая колонка.

2. Изучить электрический тормоз.

3. Изучить систему Magne Ride компании Delphi.

Предварительная подготовка к выполнению практической работы:

Изучить литературу:

Т.Дентон. «Автомобильная электроника»— М.: «НТ Пресс», 2008. — 576 с.

Пояснения к работе и порядок ее выполнения:

Электрическая рулевая колонка

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

32

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 (рис. 15.39).

Рис.15.39. Компоновка отказоустойчивой системы электрической рулевой колонки

Обратная связь для водителя — важная особенность рулевой системы — создается при помощи привода обратной силы, размещаемого позади руля. Пункт инструкции о жесткой связи заменяется 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 (рис. 15.40). Такая толерантность, Похоже, исключила бы возможность внезапного

33

фатального отказа. Однако соответствующая об­работка ошибки может привести к ограничению скорости транспортного средства, а в критичес­ких условиях она препятствовала бы автомобилю стронуться с места.

Рис. 15.40. Архитектура системы электрической рулевой колонки

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.

Электрический тормоз

Разработки многих разделов в области электричес­ких тормозов продвинулись весьма далеко. Одна­ко постепенно приходит осознание того, что пол­ностью электрическая работа тормозов, то есть с удалением гидравлической/механической связи, будет все же реализована несколькими годами поз­же. Тем не менее, уже сейчас функции тормозной системы претерпевают плавную и непрерывную эволюцию².

Полностью электрическая система тормозов обес­печивает значительные функциональные и конст­руктивные преимущества. Некоторые их них состо­ят в следующем:

34

• безопасность — сокращенное время реакции всего на полсекунды смогло уменьшить чис­ло летальных исходов при лобовых столкно­вениях приблизительно на 30-50%;

• окружающая среда— тормозная жидкость ядовита и требует замены в течение срока службы транспортного средства;

• управление — последовательный и интегриро­ванный подход поможет реализации и других функций, например, таких как адаптивный круиз-контроль и контроль устойчивости;

• комфорт - более слабое и регулируемое уси­лие на педаль, а также возможность реализа­ции режима движения типа «подъем-спуск» служат хорошим дополнением к мастерству водителя.

Развитие электрических тормозов будет про­должаться, потому что эта система имеет потен­циал для значительного улучшения тормозных характеристик автомобиля!

Отчет о работе:

В отчете описать:

1. Управление по проводам.

2. Электрическую педаль газа.

3. Электрическую рулевая колонка.

4. Электрический тормоз.

5. Систему Magne Ride компании Delphi.

6. Начертить архитектуру системы электрической рулевой колонки.

7. Начертить схему системы управления автомобилем.

8. Сделать выводы о проделанной работе.

Контрольные вопросы

1. Опишите три главные фазы управления в системе ABS.

2. Опишите, что значит «поиск ошибок по ме­тоду черного ящика».

3. Объясните при помощи размеченного эс­киза действие датчика скорости колеса.

4. Обоснуйте четыре преимущества управления рулем посредством электрической энергии.

1. Перечислите восемь систем шасси, которые могут управляться электронными средствами.

35

Практическая работа №18

ПАССИВНЫЙ ДОСТУП С ПРИЗНАКОМ ВХОДА И ВЫХОДА

Цель работы:

Изучить пассивный доступ с признаком входа и выхода

Место проведения: учебный кабинет.

Виды самостоятельной работы

1.Изучение литературы по заданной теме.

2.Работа со справочной литературой.

3.Изучение методических указаний.

4.Подготовка отчета по практическому занятию.

Задание:

1. Изучить пассивный доступ с признаком входа и выхода

2. Изучить «Менеджер диалога» компании GM

Предварительная подготовка к выполнению практической работы:

Изучить литературу:

Т.Дентон. «Автомобильная электроника»— М.: «НТ Пресс», 2008. — 576 с.

Пояснения к работе и порядок ее выполнения:

Пассивный доступ с признаком входа и выхода

Когда водитель садится в автомобиль, пульт оста­ется у него в кармане, или, по крайней мере, пульт будет находиться внутри транспортного средства. Если пульт опознается, то запуск двигателя может быть выполнен простой кнопкой старта. После нажатия кнопки происходит тот же самый опозна­вательный процесс, который имеет место для зам­ков двери, и двигатель запустится. Двигатель мо­жет быть запущен и тут же выключится, даже если пульт-ключ находится в автомобиле, что является проблемой для конструкторов. Например, пульт мог быть в пиджаке, висящем выше заднего сиде­ния, или оказаться в пиджаке, лежащем снаружи на крыше автомобиля.

36

Компания Philips Semiconductors создала систе­му с идентификацией интенсивности принимае­мого сигнала (receive signal strength identification — RSSI), которая способна обнаружить, находится ли электронный ключ внутри или снаружи транспор­тного средства. После того как пассажиры и води­тель оставили автомобиль, двери могут быть запер­ты путем нажатия на ручку или за счет того, что водитель покидает область чувствительности уст­ройства распознавания. Определение «внутренне­го/внешнего» положения ключа также необходимо для того, чтобы ключ не мог быть заперт в автомо­биле.

Ввод со вспомогательной клавиатуры

В транспортных средствах, оборудованных систе­мой ввода от вспомогательной клавиатуры, двери транспортного средства и багажник могут быть закрыты и открыты без ключа (рис. 16.59).

Рис. 16.59. Числовая вспомогательная клавиатура на двери (источник: Ford)

Перед отпиранием багажника или пассажирской двери, должна быть открыта дверь водителя. Как прави­ло, система сбрасывается, если прошло более пяти секунд между вводом чисел на клавиатуре и код нужно вводить снова.

Чтобы отпереть дверь водителя, вводится завод­ской код или же личный код. Все коды имеют пять чисел. После того как пятое число нажато, дверь водителя отпирается. Далее могут быть открыты пассажирские двери, если нажать 3/4 кнопок в те­чение пяти секунд после отпирания двери водите­ля. Чтобы отпереть багажник, 5/6 кнопок необхо­димо нажать также в течение пяти секунд. Если это время превышено, должен быть повторно вве­ден код, открывающий дверь водителя.

37

Вспомогательная клавиатура может также ис­пользоваться, чтобы заблокировать двери. Чтобы закрыть все двери в автомобиле, нужно нажать 7/8 и 9/0 в тот же интервал времени, при этом нет не­обходимости вводить код вспомогательной клави­атуры. Это же действие переведет в режим охраны противоугонную систему, если она установлена.

«Менеджер диалога» компании GM

Новая технология, которая позволяет «узнать», когда водитель слишком занят, чтобы получать оп­ределенную информацию, была разработана ком­паниями GM-Saab. Поскольку водители требуют больше информации о своих автомобилях, изгото­вители должны были найти безопасные способы предоставлять эту информацию. Разработанная тех­нология имеет целью уменьшить требования к во­дителю в части внимания к информации и адап­тировать предоставляемую информацию о транс­портном средстве к статусу водителя и/или его предпочтениям.

Система разработана, чтобы оптимизировать по­ток информации для водителя на основе анализа текущей ситуации. Для этого в системе учитыва­ются такие факторы, как скорость автомобиля, движения стеклоочистителя и другие параметры транспортного средства. На основе этих данных «Менеджер диалога» (Dialog Manager) решает, явля­ется ли данный момент подходящим для передачи водителю сообщений информационного центра. Если автомобиль «почувствует», что водитель ис­пытывает напряжение при вождении, то система задержит сообщения, которые не являются кри­тическими для безопасности, до того момента, когда автомобиль «обнаружит» менее напряжен­ную ситуацию.

Подобные системы разрабатываются, чтобы уменьшить рабочую нагрузку водителя, как физи­ческую, так и интеллектуальную. Исследователи GM уже работают над более утонченной версией «Менеджера диалога». Они хотят учесть больше факторов и классифицировать информацию, по­лучаемую от транспортного средства, по больше­му количеству категорий.

Один пример более сложной версии «Менедже­ра диалога» заключается в том, чтобы «Менеджер» позволил транспортному средству планировать маршрут путешествия для водителя - без ручно­го ввода адреса - исходя исключительно из пра-

38

вильного анализа привычек водителя, его лично­го календаря и мест, намеченных для посещения в течение дня. В конечном счете эта технология может стать способной идентифицировать про­блемы на первоначально намеченном маршруте и в результате изменить маршрут транспортного средства, чтобы достигнуть выигрыша во времени и расходе энергии. Другой пример, можно позво­лить транспортному средству задерживать входя­щие звонки на подсоединенный телефон в случае тяжелых транспортных ситуаций.

Отчет о работе:

В отчете отразить:

1. Вопросы пассивного доступа с признаком входа и выхода.

2. Работу «Менеджера диалога» компании GM.

3. Сделать выводы о проделанной работе.

Контрольные вопросы

Ответьте на следующие вопросы для закрепления материала главы:

1. Дайте определение тому, что называется ак­тивной и пассивной безопасностью.

2. Определите пять источников радио интерфуренции.

3. Объясните, почему поиск неисправностей иногда включает «игру в вероятность».

4. Определите термин «запирающееся реле».

1. Дайте обоснование четырем преимуществам интеллектуальной воздушной подушки.

2. Объяснить ключевые особенности высоко­качественных охранных систем.

39

Практическая работа №19

ПЕРЕДОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ УПРАВЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРОЙ

Цель работы:

Изучить передовую технологию управления температурой

Место проведения: учебный кабинет.

Виды самостоятельной работы

1.Изучение литературы по заданной теме.

2.Работа со справочной литературой.

3.Изучение методических указаний.

4.Подготовка отчета по практическому занятию.

Задание:

Изучить электрический обогрев и кондиционирование воздуха.

Предварительная подготовка к выполнению практической работы:

Изучить литературу:

Т.Дентон. «Автомобильная электроника»— М.: «НТ Пресс», 2008. — 576 с.

Пояснения к работе и порядок ее выполнения:

Новые разработки в системах управления температурой

Нагревание освежает

Два интересных изобретения от компании Valeo показывают, как системы обогрева могут оказать­ся фактически весьма освежающими! Вот они:

• датчик загрязнения;

• фотокатализатор.

Датчик загрязнения обеспечивает улучшенное качество воздуха кабины, создавая дополнитель­ный комфорт пассажирам транспортного средства. Датчик обнаруживает основные загрязнители ат­мосферы (угарный газ и диоксиды азота), присут­ствующие в окружающей среде. Датчик вставляется во входные воздушные отверстия системы обогрева и кондиционирования. Электронное управление, учитывая показания датчика, автоматически

40

акти­визирует режим рециркуляции воздуха внутри авто­мобиля, ограждая кабину от вредного загрязнения воздуха. Створки могут быть закрыты всего за 1,8 с. Это приводит к 20-процентному уменьшению кон­центрации загрязнений, и на 40% сокращается число пассажиров, замечающих появление непри­ятных запахов.

Использование фотокатализатора позволяет улучшить воздух в кабине за счет удаления газов-загрязнителей. Эти газы могут быть разрушены действием ультрафиолетового света фотокатали­затора. Например, основные вредные вещества — летучие органические компоненты окислов азота и серы. Воздух также может быть очищен от бакте­рий, так как они погибают на фильтре. Фотоката­лизатор, сделанный из окиси титана (ТЮ₂), обла­дает свойством самовосстанавливаться, что гаран­тирует eгo долгий срок службы. Система показала 70-процентную эффективность после шести минут работы в режиме рециркуляции воздуха в салоне, насыщенного толуолом. Однако эта система не мо­жет запускаться автоматически одновременно с дат­чиком загрязнений.

Электрический обогрев и кондиционирование воздуха

Увеличенная потребность в электроэнергии спо­собствует сдвигу внимания производителей авто­мобилей в сторону систем с питанием 42 В. Этот переход позволяет надеяться, что в поисках воз­можностей достижения лучшего комфорта с мень­шим потреблением энергии и меньшей эмиссией когда-нибудь будут рассматриваться и другие воз­можные устройства и принципы. Устройства кон­троля климата будут играть важную роль в этом отношении. Некоторые малые компоненты сис­тем кондиционирования воздуха, используемые в системах 42 В, могут использоваться и в системах 14 В. Однако два главных агрегата вынудят перей­ти на питание 42 В с учетом их расхода энергии. Это:

• электромотор наддува;

• резистор-нагреватель с положительным тем­пературным коэффициентом (positive tempe­rature coefficient-resistance — PTC-R).

Максимальная мощность мотора наддува может достигать 400 Вт, то есть в системе 14 В он будет потреблять ток примерно 30 А. Если в автомобиле не будут использоваться генераторы переменного тока на 14 В, потребуется конвертер постоянного тока 42/14 В. Кабельная сеть в этом случае должна быть особенно продуманной. Мощность, потреб­ляемая электронагревателями, лежит между 500 и 1500 Вт. Следовательно, они еще более критичны к

41

переходу на 42 В. По этим причинам компрессо­ры систем кондиционирования практичны только в системах 42 В. При использовании PTC-R элек­тронагревателей (маленьких электрических пе­чек!), тепло не отбирается от системы охлаждения двигателя. В целом, правильное решение состоит в том, чтобы перевести все компоненты непосред­ственно на питание 42 В.

Использование управления на основе широтно-импульсной модуляции для мотора наддува — один из способов увеличить диапазон регулирования скорости. Потребление тока у моторов на 42 В со­ставит лишь одну треть от тока моторов на 14 В. Это также приводит к повышению эффективности работы электронных компонентов системы транс­портного средства. Другое главное устройство — компрессор кондиционирования воздуха.

Изготовители уже заметно улучшили механи­ческие компрессоры. Однако использование элек­трического компрессора позволит сделать шаг в направлении дальнейшего повышения эффектив­ности его работы и управления им. Электрические компрессоры потребляют приблизительно 3—4 кВт, поэтому их использование в сети 14 В непрактич­но. Более того, по сравнению с низкой эффектив­ностью 14-вольтовых генераторов переменного тока (около 50%), 42-вольтовые машины будут работать намного лучше и с эффективностью около 80%. Изменение питания на 42 В означает также, что максимальный ток электрического компрессора будет ниже 100 А.

Эффективность механических систем кондиционирования была улучшена за счет использования методов, которые позволяют регулировать их эф­фективность охлаждения. Удалось минимизировать и оптимизировать давление испарения, что, в це­лом, приводит к лучшему балансу между необходи­мой и произведенной мощностями охлаждения.

Часто предполагается, что обычная система кондиционирования должна повторно заправлять­ся каждые три или четыре года в связи с утечками хладагента. Есть три идентифицированных источ­ника утечки (кроме очевидных неисправностей):

• некачественные соединения;

• гибкие проницаемые шланги;

• уплотнение фланцев компрессора.

Поскольку в электрическом компрессоре не ис­пользуются уплотнения фланцев, полная утечка уменьшается примерно на 30%. Кроме того, так как электрический компрессор не

42

будет крепить­ся на двигатель, вместо гибких шлангов будет ис­пользоваться больше алюминиевых труб. Поэтому обслуживание системы кондиционирования могло бы быть почти устранено, если использовать улучшенные соединения с двойным уплотнением.

Потребности в повышении эффективности ра­боты системы А/С и уровня комфорта дают на­дежду, что стандартная Е-АС-технология — дело не слишком далекого будущего.

Отчет о работе:

В отчете отразить:

1. Вопросы теплопередачи.

2. Вопросы электрического обогрева и кондиционирования воздуха.

3. Сделать выводы о проделанной работе.

Контрольные вопросы

Ответьте на следующие вопросы для закрепления материала главы:

1. Коротко опишите различие между «потоком электронов» и «условным током».

2. Объясните, что называется «частотной характеристикой» операционного усилители.

1. Опишите, как работает датчик удара.

2. Опишите работу шагового мотора с посто­янным магнитом и определите три характе­ристики этого привода.

3. Перечислите шесть стадий процесса, необ­ходимых обычно при создании программы компьютера.

43

Практическая работа №20

НОВЫЕ РАЗРАБОТКИ В СИСТЕМАХ ОСВЕЩЕНИЯ

Цель работы:

Изучить новые разработки в системах освещения.

Место проведения: учебный кабинет.

Виды самостоятельной работы

1.Изучение литературы по заданной теме.

2.Работа со справочной литературой.

3.Изучение методических указаний.

4.Подготовка отчета по практическому занятию.

Задание:

1. Изучить гибкий свет.

2. Изучить передовую систему переднего освещения (AFS).

3. Изучить использование светоизлучающих диодов (LED) и газоразрядных ламп.

Предварительная подготовка к выполнению практической работы:

Изучить литературу:

Т.Дентон. «Автомобильная электроника»— М.: «НТ Пресс», 2008. — 576 с.

Пояснения к работе и порядок ее выполнения:

Новые разработки в системах освещения

Обязательные функции освещения. Гибкий свет

Компания Valeo развивает технологию фары, кото­рую она называет «гибким светом» (Bending Light). Этот метод позволяет автоматически направлять свет с учетом изгибов дороги, чтобы ночью оптими­зировать видимость перед автомобилем. Техноло­гия вносит существенный вклад в комфорт и удоб­ство, уменьшая усталость водителя

Система «гибкий свет» состоит из биксеноновой фары или рефлектора, которые могут поворачивать­ся относительно штатного положения. Чтобы дать больше света в зону поворота дороги, можно ис­пользовать дополнительную фару, рефлектор или комбинацию этих двух

44

приборов. Моторизован­ным световым модулем внутри каждой фары управ­ляет электронный блок, использующий сигналы от датчиков скорости, колес и руля. Если потребует­ся, можно также использовать связь со спутниковой навигационной системой (GPS).

Система «гибкий свет» является первой из адаптивных систем переднего освещения нового поколения, которые выпущены Valeo после прове­дения обширной исследовательско-конструкторской программы. Диапазон разработок включает три различных типа освещения:

• освещение автострады — типичная скорость выше 80 км/ч. Ближний свет фары в этом режиме приподнимается, используя сигнал от датчика скорости колес, чтобы привести в действие систему самовыравнивания, ко­торая увеличивает видимость дороги для во­дителя на высоких скоростях;

• освещение при неблагоприятной погоде — обеспечивает видимость в сложных услови­ях: при тумане, дожде и снеге;

• дополнительное освещение — помогает удер­жать в поле зрения край дороги, в то время как свет удаляется с переднего плана, чтобы уменьшить отражение от влажной дороги;

• освещение в городских условиях - на хорошо освещенных городских улицах яркость пере­днего луча света снижена, а боковой свет уве­личен, чтобы улучшить идентификацию пе­шехода и велосипедиста на перекрестках, а также уменьшить вероятность ослепления.

Система «гибкий свет» — интеллектуальная сис­тема управления фарами, которая оптимизирует освещение в ночное время на извилистых дорогах. Чтобы автоматически передать увеличенное коли­чество света в дорожные изгибы, системы «гибкий свет» используют несколько конструктивных реше­ний. Динамический «гибкий свет» (Dynamic Bending Light - DBL) использует лампу висмут-ксенон, раз­мещенную в каждом модуле фары вместе с приво­дом и электронным блоком управления. Эта конст­рукция обеспечивает горизонтальное вращение лампы Bi-Xenon до 15° от нормального («прямо впе­ред») положения. Поворотом управляет микрокон­троллер, получающий в режиме реального времени по сети передачи данных транспортного средства сигналы от датчика угла поворота руля и датчиков скорости колес. Фиксированный «гибкий свет» (Fi­xed Bending Light — FBL) использует дополнитель­ную лампу, интегрированную в модуль фары под углом 45°.

Передовая система переднего освещения (AFS)

Продвинутая система переднего освещения ком­пании Visteon (Visteon's Advanced Frontlighting 45

Sys­tem - AFS) включает инновационные электронные средства регулирования света фары таким обра­зом, чтобы направление луча зависело от опреде­ленных условий движения, таких как направление и скорость транспортного средства (рис. 11.29).

Рис. 11.29. Механическая конструкция системы AFS (источник: Visteon)

Водитель автоматически получает оптимальное распределение света в соответствии с конкретной ситуацией, которое, таким образом, улучшает ви­димость дороги и повышает безопасность ночного вождения.

Передовые системы переднего освещения вклю­чают:

♦ основные функциональные узлы:

• электронный модуль управления;

• подвижная фара ближнего света;

• галогенная лампа ближнего света;

♦ дополнительные функции:

• электронный модуль управления;

• сдвиг луча вверх на высоких скоростях, вниз и наружу на низких скоростях;

• совместимость с источниками 42 В;

• способность перемещать луч ближнего света вверх, когда активируется дальний свет;

46

• более дальнее и узкое распределение све­та, улучшающее видимость на больших расстояниях;

• возможность активировать/дезактивиро­вать систему.

Каждая система оборудована выключателем, дат­чиками, которые обнаруживают изменение вне­шних условий, электронным блоком управления, который обрабатывает данные от датчиков, и элек­тронными исполнительными механизмами фар. Алгоритм управления каждой системой и приводами фар разработан компанией Visteon. Центральный процессор управляет светом фары в режиме реаль­ного времени, получает данные от датчика рулево­го колеса (угол поворота руля), датчика скорости и датчиков осей установки фары (рис. 11.30).

Рис. 11.30. Ситуация, в которой AFS помогает освещению дороги

Когда, например, транспортное средство оги­бает угол, у внешней фары сохраняется прямое направление луча, в то время как луч внутренней фары освещает набегающий поворот. AFS реаги­рует на скорость транспортного средства, выби­рая оптимальную функцию отклонения луча для различных скоростей. При активировании даль­него света система дополнительно поднимает луч ближнего света, чтобы еще более расширить диа­пазон обзора.

Одним из важнейших свойств систем компании Visteon является возможность учитывать потребно­сти изготовителя. Система AFS может использовать рентабельные галогенные лампы. Собственные ис­следования компании Visteon показали, что хотя покупатели транспортного средства понимают вы­годы технологии ксенона, их может отпугивать бо­лее высокая цена этой лампы. В зависимости от по­требностей изготовителя системы AFS могут

47

быть модифицированы для разнообразных дорожных условий. Они также могут быть реализованы на транспортных средствах с электрическими систе­мами 14 и 42 В.

Системы AFS компании Visteon также обеспе­чивают дизайнерам автомобилей высокую степень гибкости при конструировании. Эти системы хо­рошо вписываются в недавно возникшую моду на фары прожекторного стиля, они также могут быть легко скомпонованы как модуль, состоящий из отдельных компонентов, в фаре отражательного стиля. Возможности AFS и варианты конструктив­ных решений представлены на рис. 11.31, 11.32 и 11.33.

Рис. 11.31. Четыре функции системы AFS (источник: Visteon)

Рис. 11.32. Светодиодное освещение (источник: Visteon)

Рис. 11.33. Ксеноновое освещение (Источник: Visteon)

48

Другие разработки в освещении автомобиля

Существуют две другие области автомобильного освещения, в которых постоянно ведутся новые раз­работки — использование светоизлучающих диодов (LED) и газоразрядных ламп (GDL).

Типичный срок службы светодиодов равен 25-ти срокам службы ламп накаливания. Источники све­та на автомобиле должны выдерживать экстремаль­ные изменения температуры и влажности, а также серьезные удары и вибрацию. Наилучшим образом для подобных условий подходят светодиоды. Они более дороги, чем лампы, но потенциальное сни­жение конструкторских затрат, обусловленное герметичностью модулей и большей свободой в вы­боре конструкции, могли бы перевесить дополни­тельный расход. Еще одно их преимущество состо­ит в том, что они включаются более быстро, чем обычные лампы, — это важно при их использовании в качестве стоп-сигналов.

Выгода ксенонового освещения заключается в том, что ксеноновая лампа испускает в два раза большее количество света, чем галогенная лампа, потребляя при этом только половину ее мощнос­ти. Поэтому водитель может лучше видеть доро­гу, а в автомобиле имеет место экономия энергии для питания других устройств.

Чистый белый свет, производимый ксеноновой лампой, подобен дневному свету. Исследование показало, что это позволяет водителям лучше кон­центрировать свое внимание во время езды. Прак­тически срок службы ксеноновой лампы равен продолжительности жизни автомобиля, то лампа будет заменяться только в исключительно случаях.

Светодиодные источники

Светодиодные индикаторы начали использовать много лет назад в приборных панелях и измерительных устройствах. Однако до недавнего времени не предполагалось, что светодиоды будут использоваться в качестве замены ламп для внешнего осве­щения. Светодиоды имеют намного более высокую надежность и существенно меньший расход энер­гии, а так же требуют меньшего объема обслужи­вания.

Недавние достижения в увеличении яркости расширении цветовой гаммы этих приборов создали предпосылки для использования светодиодов вместо ламп накаливания. Чтобы получить светоотдачу наравне с обычной лампой, в настоящее время требуется не один

49

светодиод, а группа. Но группа при той же светоотдаче потребляет только около 15% мощности лампы накаливания. Лампа требует замены приблизительно после 1000 часов работы, тогда как светодиод может эксплуатироваться до 100 000 часов.

Недавно благодаря появлению сверх ярких светодиодов с нитридом галлия (GaN) и нитрида галлия, легированного индием (InGaN), началось вытеснение ими ламп накаливания. Синий цвет ключевой вопрос для светодиодов, его необходимо добавить к матрице красных и зеленых диодов, чтобы произошло объединение трех цветов и матрица могла излучать белый или любой другой цвет. Однако в то время как белый цвет мо­жет быть создан методом RGB, покрытие синего светодиода (InGaN) фосфором непосредственно создает белый свет, этот процесс обычно называ­ется методом фосфорной конверсии.

Ряд изготовителей сосредоточилось на произ­водстве или закупке светодиодов InGaN. Недавно они упали в цене более чем на 50% и, как ожида­ется, то же самое произойдет еще раз в ближай­шем будущем. Светодиоды становятся все более и более популярными для все менее традиционных вариантов использования.

Отчет о работе:

В отчете отразить:

1. Понятие о гибком свете.

2. Принцип работы передовой системы переднего освещения (AFS).

3. Использование светоизлучающих диодов (LED) и газоразрядных ламп на автотранспорте.

4. Начертить схемы четырех функции системы AFS.

5. Сделать выводы о проделанной работе.

Контрольные вопросы

1. Объясните причину, почему лампы фар оснащаются плавкими предохранителями независимо друг от друга.

1. Опишите действие газоразрядной лампы.

2. Перечислите преимущества и недостатки га­зоразрядных ламп.

3. Объясните действие инфракрасного освеще­ния и сделайте набросок блок-схемы компо­нентов системы.

4. Определите термин «экспертное или интел­лектуальное освещение».

50

Перечень литературы и средства обучения

1. Основная литература

1. Т.Дентон. «Автомобильная электроника»— М.: «НТ Пресс, 2008. — 576 с.

2. А. К. Нарышкин. Цифровые устройства и микропроцессоры. — М.: «Академия», 2006. — 320 с.

3. Ю.П. Чижков «Электрооборудование автомобилей» Часть 2 М. 2003г .

4. В.Е. Ютт «Электрооборудование автомобилей» М.: Горячая линия-Телеком 2006 г .

2. дополнительная литература

1. Угрюмое Е. П. Цифровая схемотехника. -СПб.: БХВ — Петербург, 2001. — 528 с.

2. Калабекое В. А. Цифровые устройства и микропро­цессорные системы- — М.: Горячая линия — Телеком, 2000. — 336 с.

3. Опадчий Ю. Ф., Глудкин О. П., Гуров А. И, Аналого­вая и цифровая электроника. — М.: Горячая линия — Телеком, 2000. — 768 с.

4. Новиков Ю. В. Основы цифровой схемотехники. — М.: Мир, 2001. - 379 с.

5. Браммер Ю. А.. Пащук И. Н. Цифровые устрой­ства. — М.: Высшая школа, 2004 — 229 с.

3. СРЕДСТВА ОБУЧЕНИЯ

1. Учебники.

2. Методические разработки по проведению практических занятий.

3. Плакаты, мини-плакаты.

4. Электроизмерительные приборы (амперметры, вольтметры, ваттметры и т.д.).

5. Медиоресурсы (мультимедийные слайды, фильмы и т.д.)

51