Электроника для современного автомобиля

Электрооборудование автомобиля. Устройство и работа. Особенности

Электрооборудование автомобиля представляет весь перечень устройств, которые вырабатывают, передают, а также потребляют электрическую энергию в машине. В целом это сложный комплекс систем, устройств и приборов, которые обеспечивают функционирование всех частей автомобиля, автоматизацию процессов, а также создают уют, комфорт и безопасность для людей.

Все главные узлы и агрегаты электрического оборудования взаимосвязаны между собой с помощью проводов. Они выступают в качестве своеобразной нервной и кровеносной системы. В одном случае по ним передается сигнал для запуска того или иного устройства, в другом случае они передают электроэнергию для питания приборов. Обрывы проводов могут привести к воспламенению или невозможности работы конкретного устройства в машине. А поломка какого-либо электрооборудования может привести к аварии, невозможности запуска автомобиля или его эксплуатации.

Виды

В качестве источников электротока выступают устройства, которые преобразуют электроэнергию. Это генератор и аккумулятор, где генератор преобразует механическую энергию в электрическую, а аккумулятор — химическую в электрическую. В качестве потребителей электрической электроэнергии выступает устройство, преобразует электроэнергию в другие виды, к примеру, движения, света, тепла. К ним можно отнести систему запуска движка, лампочки, измерительные устройства, электроприборы в виде стеклоочистителей, печки, прикуривателя, радио, кондиционера и тому подобное.

Аккумулятор используется для питания потребителей электротоком во время запуска движка, во время его низких оборотов, либо в момент, когда он отключен. Генератор питает электротоком все электрические устройства, в том числе заряжает аккумулятор. Мощность и емкость данных устройств должна отвечать аналогичным параметрам потребителей при различных режимах работы машины.

Электрооборудование автомобиля в виде потребителей энергии классифицируются на 3 составляющие:

1. Кратковременного действия.
2. Длительного действия.
3. Основного действия.

К устройствам основного действия относятся устройства, которые нужны для поддержки работоспособности машины. Это устройства впрыска, запуска, управления движком, система подачи топлива, АКП, электрический усилитель и так далее.

К устройствам длительного действия относятся устройства в виде кондиционеров, освещения, безопасности, навигационной аппаратуры, противоугонных устройств, печки и тому подобное.

К устройствам кратковременного действия относятся устройства в виде систем запуска, прикуривателя, подачи сигнала, свечей накаливания и так далее.

В качестве устройств управления выступают предохранительные щитки, блоки управления и реле. Они согласуют функционирование источников и потребителей энергии. При помощи блоков управления обеспечивается контролирование потребления электроэнергии, напряжения и нагрузок на устройствах, управление обогревателями, очистителями стекол, системой освещения и так далее. Кроме проводки в бортовой системе применяются шины данных, при помощи которых соединяются электронные блоки управления.

Устройство

Аккумулятор является одним из важнейших элементов электрооборудования автомобиля. Он представляет химический источник электротока, который работает при помощи накопления и последующей отдачи энергии. Накопление и передача заряда обеспечивается переходом ряда элементов из одного состояния в другое. Главными характеристиками аккумуляторной батареи является емкость и напряжение. Его корпус выполнен из пластика, стойкой к кислоте. В нем имеется 6 секций, в которых находятся элементы, выполненные из пластин и сепараторов. Эти элементы соединяются с помощью мостиков, а корпус закрывается пластмассовой крышкой. На батарее имеются два выхода, к которым подсоединяются клеммы проводов. Аккумулятор находится в подкапотном отсеке машины.

Электрический генератор — это устройство, которое смахивает на электрический двигатель, но имеет принципиальное от него отличие. Данный элемент создает электроэнергию благодаря вращению его якоря посредством ременной передачи, получающее вращательное движение от ДВС. Генератор имеет 2 обмотки, благодаря чему обеспечивается стабилизация напряжения, которое он вырабатывает. Принцип его работы базируется на эффекте самоиндукции.

Далее необходимо выделить элементы, которые обеспечивают запуск и последующую работу ДВС, а значит и непосредственное перемещение машины.

Стартер – это своего рода электродвигатель, который совершает вращение благодаря энергии аккумуляторной батареи. Его главная цель кроется в начальном старте. Затем появляется электрическая икра, вследствие чего происходит воспламенение топлива. В результате двигатель начинает работать. Чтобы создать такую искру, используется повышающая катушка, свечи, а также распределитель искры.

Повышающая катушка выполнена из ферромагнитного сердечника с 2-мя обмотками. На одной из обмоток находится меньшее число витков, благодаря чему создается магнитное поле. Это поле создает магнитное поле на второй обмотке, но уже с более высоким напряжением. В результате при подаче напряжения на свечи создается искра.

Электрическая свеча представляет элемент, который создает искру непосредственно в цилиндре ДВС. У нее есть контакт, к которому подходит провод с высоким напряжением. На цилиндрах имеются электроды с наименьшим зазором, в которых и происходит создание искры. Между свечами и катушкой располагается распределитель, который и передает высокое напряжение непосредственно на свечу, которая должна в необходимый момент времени подать искру на цилиндр.

Система освещения используется при перемещении машины при недостаточной освещенности окружающей среды. В данную систему включены фары, задние фонари, лампочка освещения номера, лампочки освещения в салоне, отделения багажа, отсека мотора, зоны педалей и так далее.

Световая сигнализация используется с целью предупреждения других участников движения о маневрах, поворотах, заднем ходе, то есть о смене направления перемещения машины. Данная система имеет передние сигнальные лампочки, задние фонари, боковые повторители поворотов, лампы на панели приборов, выключатели, стоп-сигналы и другое электрооборудование автомобиля.

Фары необходимы для освещения окружающего пространства. В первую очередь они необходимы для освещения дороги, чтобы водитель имел представление об окружающей обстановке. Каждая машина имеет фары, которые расположены симметрично. Передние фары в большинстве случаев выполнены в одном корпусе. В нем могут находиться ряд элементов: дальний, а также ближний свет, ходовые и габаритные огни. Иногда в них даже размещаются поворотники.

Ближний свет необходим в случаях, когда наблюдается поток встречного транспорта. Его главная особенность заключается в том, что он не слепит водителей встречного транспорта, при этом хорошо освещает правую сторону дороги. Дальний свет также используется с целью освещения, но только в том случае, когда нет встречного потока. Его главная особенность в том, что этот свет выделяется своей мощностью и интенсивностью, благодаря чему он освещает пространство на довольно большое расстояние, которое находится впереди машины.

При помощи габаритных огней и поворотников водитель дает важную информацию всем участникам движения о габаритах своего автомобиля, а также планируемых остановках и изменениях направления движения. Также в машине имеется прикуриватель, могут быть розетки usb и так далее.

В зависимости от текущей комплектации машины в ней могут иметься или отсутствовать следующее электрооборудование автомобиля: системы безопасности, которые включают в себя электронатяжители ремней, автоматическую коробку с управляющей электроникой, электронные элементы помощи водителю, маршрутный компьютер, помощь при подъеме в гору, подушки безопасности и так далее.

Применение

Электрооборудование автомобиля включает множество элементов, включая различные системы, проводку, элементы питания и так далее. В первую очередь оно предназначено для производства электрической энергии и ее доставки потребителям электроэнергии. Сегодня количество элементов, которые потребляют электрическую энергию, в том числе проводов, которые необходимы для доставки, распределения и управления, возросло в разы. Общая длина проводов и их толщина могут иметь суммарную массу более 50 кг. Это очень много, учитывая то, что количество электрических устройств все время увеличивается. Имеется большая вероятность, что к 2025 году сеть проводов в машинах может достичь почти 100 кг.

Для снижения веса электрических проводов сегодня широко применяются шины, которые предают цифровые сигналы. С помощью такой архитектуры можно существенно снизить вес и количество применяемых проводов. Это приводит к тому, что удается избавиться от сотен метров проводки, в том числе снизить стоимость затрат, ведь применяемая в проводах медь стоит довольно дорого.

В будущем проводка и электрооборудование автомобиля станет еще меньше, ведь будет применяться схема с одним центральным процессором. Именно сюда будет стекаться вся информация, процессор будет контролировать все системы электрооборудования машины. Все функции будут выполняться операционной системой. Исчезнет порядка 75 управляющих блоков, которые сегодня имеют собственные программы и алгоритмы действия.

Естественно, что благодаря уменьшению управляющих блоков и числа проводов. Электрооборудование автомобиля станет на порядок легче и компактнее. Это прибавит стабильности, ведь меньшее число компонентов обеспечивает меньшее количество сбоев. Автомобиль станет подобен компьютерному устройству. К нему можно будет с легкостью подключать новые девайсы и изменять параметры существующих. В большей части случаев можно будет поменять программу, то есть загрузить обновление, чтобы убрать ошибку.

Источник статьи: http://electrosam.ru/glavnaja/slabotochnye-seti/oborudovanie/elektrooborudovanie-avtomobilia/

Электроника в современном автомобиле

Каждое новое поколение легкового автомобиля или грузовика содержит все большее количество электронных систем и датчиков. Вся эта электроника призвана улучшить управляемость, комфорт и безопасность машины. Но все более сложные системы заставляют повышать свой технический потенциал мастеров автосервиса и дилеров. Ведь найти и устранить причину неисправности в сложной компьютерной системе без специального диагностического оборудования не представляется возможным.

Сегодня даже банальные измерители скорости, которые раньше представляли собой механический вращающейся тросик шедший от трансмиссии к панели приборов (спидометру), заменили электронными датчиками скорости. Схема работы датчика скорости довольно проста и основана на магнитных процессах, которые создают вращающиеся детали в трансмиссии. Провод от такого датчика идет к панели приборов, где электронный сигнал преобразуется в показания спидометра.

Сегодня даже климатическая установка в любом автомобиле имеет не один датчик а несколько, плюс “умный” блок управления. Все эти датчики оценивают температуру в салоне автомобиля и передают данные на блок управления, а он в свою очередь поставляет более холодный или теплый воздух в салон оптимизируя потоки воздуха и управляя их скоростью. Но этим уже никого не удивишь.

Сейчас мировые лидеры автопрома пошли по пути еще большего усложнения машин. В премиум авто вы можете выбрать режим движения, комфортности подвески или динамики силового агрегата и работы трансмиссии. В результате вы настраиваете весь автомобиль под себя. Появилось понятие, как мехатронное шасси. Это когда автомобиль сам начинает подстраиваться под качество дорожного покрытия и других текущих условий эксплуатации, частично беря на себя функции водителя.

В некоторых моделях нормой стало отсутствие механической связи между рулем и поворачиваемыми колесами. Электронная система машины сама определяет как повернуть руль исходя из текущих данных от множества датчиков. Иногда это не только исправляет грубые ошибки вождения, но и спасает жизнь водителю.

Дистанционная парковка, когда машина паркуется без участия водителя уже не является фантастикой. Круиз-контроль с функцие разгона и торможения, все это реально. Следующим шагом в развитии автомобильной электроники станет создание полноценного автопилота. Все ведущие производители активно работают над созданием таких систем. По расчетам некоторых аналитиков отрасли уже к 2020 году машины, которые станут ездить по дорогам общего пользователя без водителя, станут обыденным явлением.

Добавить комментарий Отменить ответ

Для отправки комментария вам необходимо авторизоваться.

Источник статьи: http://ndsm.su/elektronika-v-sovremennom-avtomobile/

Электроника современных автомобилей (2018)

В книге описывается электрооборудование автомобилей, основные принципы построения и функциональные особенности электронных систем управления двигателем, а по некоторым отечественным автомобилям — системы управления автоматизированной механической трансмиссией и климат-контроля. Авторами предлагается интуитивно понятная и логичная методика диагностики компонентов системы управления двигателем. Приводятся данные о порядке получения и интерпретации информации системы самодиагностики автомобилей.
Книга предназначена для специалистов, профессионально занимающихся ремонтом автомобилей, а также для обычных автолюбителей; интересующихся устройством электрооборудования своего автомобиля.

Оглавление:
Глава 1. Автомобиль Daewoo Gentra
Глава 2. Автомобили Daewoo Matiz 2008-2012 гг. выпуска
Глава 3. Автомобиль Fiat Doblo Panorama
Глава 4. Автомобили Lanos, Chance, Daewoo Nexia, Doninvest Assol
Глава 5. Автомобиль Lada Granta
Глава 6. Автомобиль Lada Vesta
Глава 7. Автомобили «УАЗ Патриот» 2005-2007 гг. выпуска
Глава 8. Автомобили «УАЗ» и «ГАЗ»
Глава 9. Автомобили «УАЗ Патриот», «ГАЗель», «Соболь» и «Волга»
Глава 10. Автомобили «ГАЗель Бизнес» и «Соболь Бизнес»
Приложение. Диагностика электронных блоков управления двигателями современных автомобилей с помощью Android-устройств
Литература

Год издания: 2018
Автор Н.А. Тюнин, А.В. Родин
Жанр Электроника
Формат: DjVu
Язык: русский
Качество: высокое
Страниц: 144
Размер: 51.1 Мб

Источник статьи: http://knigifb2.org/tekhnicheskaya-literatura/16206-elektronika-sovremennyh-avtomobiley-2018.html

Электроника в автомобиле

Электроника в автомобиле

Сегодня никого уже не удивишь обилием электроники в автомобиле, особенно высокого класса — в «Линкольне» модели Mark VIII только микропроцессоров больше, чем на ином современном истребителе. Рынок автомобильной электроники является одним из четырех наиболее быстрорастущих секторов электронной промышленности (после телекоммуникационного, компьютерного и промышленного оборудования), которая, в свою очередь, является наиболее быстрорастущей — в среднем 8. 10% в год — крупнейшей отраслью мировой промышленности. Причем основная доля стоимости электронных устройств за рубежом приходится не на сервисные устройства (магнитолы, охранная сигнализация и т. п.), а на средства управления собственно системами автомобиля и обеспечения безопасности.

Их доля в стоимости современного автомобиля пока также возрастает, достигая сейчас в среднем 10. 15%, хотя аналитики и предсказывают ее стабилизацию в ближайшем будущем на уровне примерно 20. 25%. Учитывая, однако, непрерывное снижение удельной стоимости электронных устройств (в пересчете на одну функцию), нельзя сомневаться в том, что число функций, выполняемых электронными устройствами в автомобиле, и их разнообразие будут неуклонно расширяться и далее, по крайней мере, до тех пор, пока потребитель будет в состоянии ими воспользоваться.

Благодаря постепенному восстановлению связей между российской и мировой экономикой дисбаланс цен между электроникой и прочей машиностроительной продукцией, существовавший в советские времена, уходит в прошлое. Вместе с этим необходимость одновременного повышения экономичности, экологичности и улучшения ходовых качеств автомобилей становится актуальной и для отечественных автозаводов.

Во-первых, это связано с тем, что экспорт морально устаревшей продукции в развитые страны становится практически невозможен, даже по заниженным ценам, а предприятия нуждаются в твердой валюте для оплаты импортируемых комплектующих. Вовторых, в последнее время в нашей стране были приняты и вскоре должны быть введены в действие соответствующие мировой практике более жесткие нормативы на допустимые уровни загрязнения воздуха и безопасность автомобилей, что приблизит нас к условиям, сложившимся на мировом автомобильном рынке. В этой связи обращение к опыту мировой автопромышленности выглядит совершенно естественным и оправданным. У нас сейчас ВАЗ комплектует системами электронного управления впрыском и зажиганием более 40% выпускаемых автомобилей.

В настоящее время наиболее важным и экономически оправданным является широкое внедрение электронных систем, позволяющих улучшить характеристики и снизить стоимость эксплуатации двигателя и трансмиссии, а также систем для повышения безопасности — как активной (АБС — антиблокировочная система (AntiBlocking System), АПС — антипробуксовочная система )так и пассивной (подушки безопасности). Кроме этого, разработаны и уже находят применение другие электронные системы — управления подвеской, навигационные, парковочные и т. д., но они пока скорее роскошь, чем необходимость.

Долгое время единственным электронным узлом в автомобиле, кроме радиоприемника, была система зажигания. Классическая искровая система зажигания была впервые предложена Филиппом Лебоном в 1801 г., а первое промышленное применение она нашла на газовом двигателе Ленуара в 1860-1864 гг. Однако из-за низкого уровня электротехники того времени искровое зажигание работало ненадежно. Поэтому до 90-х годов прошлого века большинство двигателей внутреннего сгорания строили с использованием калильного зажигания (сильно нагретого тела в камере сгорания).

Ситуация изменилась с созданием Робертом Бошем вполне надежного и компактного магнето. Далее, в 10-х годах нашего века благодаря совершенствованию конструкции запальной свечи, катушки зажигания и подбору материалов контактов удалось добиться удовлетворительной работы и от батарейной системы зажигания. Тем не менее она, особенно контакты, все равно оставалась одной из наиболее ненадежных и требующих ухода частей автомобиля. Нужны были принципиально иные решения.

Первые электронные системы зажигания были созданы в 1940-х годах на основе газонаполненных тиратронов, однако широкого применения не нашли из-за громоздкости и хрупкости конструкции. Массовое применение транзисторные системы зажигания — сначала контактные, затем бесконтактные — нашли в начале 1960-х годов, когда General Motors Corp. (GMC) стала оснащать ими свои серийные автомобили. Дальнейшее распространение электронных систем зажигания общеизвестно. Отдельный интерес представляет система с высокочастотным разрядом Direct Ignition (SAAB), заимствованная у реактивных двигателей. При ее создании использованы те обстоятельства, что напряжение пробоя для высокочастотного (80. 200 кГц) напряжения оказывается раза в два-три меньше, чем для низкочастотного, и вместо тонкой нитевидной искры получается шарообразный разряд с существенно большей поверхностью.

Понижение напряжения делает систему менее чувствительной к замасливанию и нагару на свечах, а шарообразная форма искрового разряда ускоряет воспламенение и повышает надежность поджигания бедных смесей. Однако конструктивная сложность и более высокая стоимость этой системы, а также то, что она генерирует обильные радиопомехи, привели к снятию ее с производства после внедрения систем распределенного впрыска с электронным управлением(Условия работы свечей и системы зажигания в целом на таких двигателях много легче, чем на карбюраторных) .

Вопреки распространенному мнению, впрыск топлива также не является новым изобретением. Более того, первоначально почти во всех двигателях внутреннего сгорания, работавших на жидком топливе, была использована именно система впрыска. Однако вскоре стало ясно, что она требует довольно сложного механизма регулирования количества впрыскиваемого топлива и топливных насосов-дозаторов, изготовленных с высокой точностью. В начале века это обходилось очень дорого, при разумной же цене не обеспечивало необходимой надежности и стабильности характеристик. Поэтому после изобретения Донатом Банки простого и дешевого распылительного карбюратора о системах впрыска в автомобилестроении почти забыли. Они остались только в дизельных двигателях, повышенная себестоимость которых, кстати, во многом обязана дороговизне аппаратуры непосредственного впрыска высокого давления. Механические устройства управления впрыском из-за их высокой цены на массовых автомобилях почти не применяли. Первые системы с электрическим управлением были созданы еще в 1939 г. (Moto Guzzi, Италия), но так и остались технической экзотикой.

В 1957 г. фирма Chrysler представила автомобильную электронную систему управления впрыском топлива, выполненную на вакуумных лампах, также не нашедшую широкого применения из-за дороговизны. Большее распространение в начале 1970-х годов получили транзисторные системы, примененные на немецких (Volkswagen, 1967) и японских (Nissan, 1971) автомобилях, экспортируемых в США. На рубеже 70-х и 80-х годов в Японии, США и несколько позже в Германии начали внедрять комплексные микропроцессорные системы управления.

Карбюратору присущи многие недостатки: нестабильность регулировок, особенно при смене температуры и сорта топлива; неравномерное распределение топлива по цилиндрам; низкая точность работы при малых нагрузках, вынуждающая настраивать карбюраторы таким образом, что на холостом ходу и малой нагрузке горючая смесь оказывается излишне обогащенной. Кроме того, карбюратор увеличивает сопротивление всасыванию воздуха. Из-за наличия поплавковой камеры работа карбюратора ухудшается в условиях сильной тряски, ускорений на поворотах и при наклонах До поры до времени эти недостатки применительно к массовым автомобилям были вполне скомпенсированы простотой и дешевизной карбюраторов. Тем не менее в дорогих автомобилях, а также в поршневой авиации уже с конца 30-х годов наметился возврат к использованию систем впрыска топлива с механическим управлением. Они были весьма сложны и дороги, но позволяли повысить экономичность и стабильность работы двигателей.

Однако по мере ужесточения требований к экологической чистоте выхлопа и упрощению обслуживания массового автомобиля, обеспечить их выполнение совершенствованием карбюраторов оказалось уже практически невозможным(Типовым требованием на рынке США является необходимость в первом ТО двигателя и трансмиссии не ранее, чем через 80. 100 тыс. миль пробега). Сущность проблемы состоит в том, что, если горючая смесь бедна, она плохо поджигается, неустойчиво горит, склонна к детонации и при сгорании дает много окислов азота NO x . Попав в атмосферу и соединясь с водой, эти окислы образуют азотную и азотистую кислоты. Если же топлива в смеси оказывается больше, чем может быть сожжено в имеющемся количестве кислорода, то неполное сгорание топлива приводит к выбросам углеводородов C m H n , угарного газа CO, бензапиренов, альдегидов, а при еще большем избытке топлива — и весьма канцерогенной копоти (дыма). При сильном нарушении соотношения между количествами воздуха и топлива топливовоздушная смесь вообще перестает воспламеняться, что, без сомнения, знакомо многим автомобилистам. Резко — более чем в десять раз — уменьшить количество вредных выбросов можно, используя каталитический нейтрализатор (дожигатель) выхлопных газов, однако для его работы необходим вполне определенный состав выхлопных газов. В частности, нейтрализатор не терпит работы на этилированном бензине. Нарушение этих условий приводит к необратимому выходу нейтрализатора из строя.

Тем не менее появление и быстрое удешевление микропроцессорной техники позволило создать системы впрыска топлива для бензиновых двигателей, во-первых, не требующие дорогих прецизионных механических устройств, а, во-вторых, обладающие существенно большими возможностями, нежели механические. В результате применение электронных систем управления впрыском и зажиганием топлива с конца 1980-х годов в развитых странах стало экономически оправданным на автомобилях практически всех классов.

Система впрыска с электронным управлением (EFI — Electronic Fuel Injection) при использовании датчика содержания кислорода в выхлопных газах (л-зонда) позволяет обеспечить для каждого цилиндра очень стабильное ( + 0,5%) соблюдение оптимального соотношения по массе подаваемого топлива и засасываемого воздуха (1:14,65 для бензина). Это необходимо как для обеспечения работоспособности каталитического нейтрализатора, так и для достижения наилучшего компромисса между мощностью и экономичностью работы двигателя. Системы впрыска топлива условно подразделяют на три группы — с центральным впрыском, когда распылительная форсунка одна на весь впускной коллектор( Иногда ее приходится дополнять второй — пусковой форсункой, работающей при холодном двигателе и отключающейся по мере прогрева) , с распределенным (многоточечным) впрыском, если форсунки установлены во всасывающих патрубках каждого цилиндра вблизи от впускных клапанов, и с прямым (непосредственным) впрыском, когда форсунка смонтирована непосредственно в стенке или головке цилиндра и подает топливо непосредственно в цилиндр в такте сжатия, когда клапаны уже закрыты. В первых двух случаях давление топлива при его подаче не превышает 4. 10 кГ/см 2 , тогда как при непосредственном впрыске в дизеле оно может достигать 600, а в бензиновом двигателе — 50 кГ/см 2 .

Самая дешевая система — с центральным впрыском — фактически дает только два существенных преимущества — вибростойкость и отсутствие необходимости в частой регулировке. Наилучшее отношение цена/качество в настоящее время обеспечивают системы распределенного впрыска во впускные патрубки (рис. 1). Системы непосредственного впрыска в бензиновых двигателях пока оправданы только в двигателях с наддувом, так как они позволяют исключить вынос топливовоздушной смеси в выхлопной коллектор при широких фазах газораспределения и абсолютном давлении наддува более 1,5 кГ/см 2 .

Различают также системы непрерывного и импульсного (периодического) впрыска. В системах непрерывного впрыска форсунка работает постоянно, меняется лишь ее производительность, в импульсных — впрыск топлива производится порциями в определенные моменты. Непрерывный впрыск имеет много недостатков и в настоящее время применительно к автомобильным двигателям его считают устаревшим.

Применение распределенного впрыска дает и другие преимущества перед использованием карбюраторов. Вопервых, это возможность обеспечения высокой стабильности состава горючей смеси в широких пределах температуры и нагрузок двигателя, причем практически независимо от вязкости топлива (пропускная способность жиклеров карбюратора сильно зависит от вязкости топлива). Во-вторых, использование многоточечного впрыска (особенно непосредственного) позволяет не только обеспечить равномерное распределение топлива по цилиндрам, но и исключить необходимость подогревания всасываемого воздуха и впускного коллектора. Более того, испаряющееся топливо, наоборот, охлаждает всасываемый воздух и цилиндры двигателя. В результате плотность всасываемого воздуха оказывается на 7. 10% больше (С той же целью — снижения температуры воздуха — даже на дешевых автомобилях со впрыском стараются засасывать воздух не из моторного отсека, где он горячий, а непосредственно «с улицы», предусматривая для этого в случае необходимости дополнительные воздухозаборники (Opel «Cadett»). Увеличение плотности воздуха, а значит, количества кислорода, поступающего в цилиндры, позволяет сжигать больше топлива и получить большую мощность. Понижение температуры всасываемого воздуха позволяет повысить степень сжатия, что улучшает экономичность двигателя.

Исключение карбюратора уменьшает сопротивление всасываемому воздуху, давая возможность использования резонансного впуска, что также способствует повышению мощности. Приближение форсунки к цилиндру в системах распределенного впрыска предотвращает выпадение конденсата топлива. Это облегчает запуск двигателя, уменьшает образование нагара на свечах зажигания и смывание масла со стенок цилиндров.

Отсутствие конденсации топлива увеличивает устойчивость работы и крутящий момент двигателя, особенно на малых и средних оборотах, где он наиболее нужен. Если прибавка максимальной мощности при переводе двигателя на впрыск топлива обычно равна примерно 10%, то повышение крутящего момента на малых и средних оборотах может достигать 15. 20%. Конечно, подобного повышения ходовых качеств автомобиля можно достичь и «в лоб», увеличив рабочий объем двигателя примерно на 20. 30%, однако при этом ухудшится экономичность, увеличатся масса и габариты двигателя, а значит, и автомобиля в целом, возрастут эксплуатационные расходы.

Использование систем распределенного впрыска предоставляет еще одну возможность снижения расхода топлива — отключение подачи топлива в часть цилиндров с тем, чтобы в большей степени загрузить остальные. Целесообразность такого решения обусловлена тем, что при малой нагрузке КПД двигателя внутреннего сгорания резко снижается не только за счет механических потерь, но и за счет неоптимальности рабочего цикла. Возрастание КПД нагруженных цилиндров с лихвой компенсирует механические потери в выключенных цилиндрах, поэтому экономичность на малых нагрузках удается повысить на 25. 30%, особенно на многоцилиндровых двигателях.

Подобный прием — поочередный пропуск циклов впрыска — также широко используют на многоцилиндровых японских и американских автомобилях. Существует и еще одно применение способа пропуска циклов — охлаждение «отключенных» цилиндров засасываемым воздухом, позволяющее сохранить работоспособность двигателя и доехать до места назначения даже после полной потери охлаждающей жидкости (двигатель GMC North Star и др.).

Применение электроники обеспечивает оптимальное управление не только двигателем, но и ходовой частью автомобиля. Во-первых, это хорошо известные антиблокировочные системы, позволяющие в большинстве случаев сохранить управляемость машины при экстренном торможении, одновременно обеспечивая минимально возможную длину тормозного пути. Во-вторых, близкую к ним функцию выполняют антипробуксовочные системы, которые стали весьма актуальны в связи с распространением переднеприводных автомобилей, у которых при пробуксовке или блокировке ведущих колес теряется управляемость. Поскольку при разгоне автомобиля передние колеса разгружаются (именно поэтому все гоночные и престижные легковые автомобили, которые должны иметь хорошую разгонную динамику, до настоящего времени проектируют с приводом либо на задние («Daimler-Benz», «BMW»), либо на все колеса («Audi A8»), для исключения потери управляемости и предотвращения чрезмерного износа шин весьма желательно наличие на переднеприводном автомобиле наряду с антиблокировочной и антипробуксовочной системы.

С помощью электронных устройств сглаживается также антагонизм между коробками перемены передач с автоматическим и ручным переключением. Напомним, что классическая автоматическая коробка для обеспечения плавности переключения нуждается в применении дорогого в изготовлении и громоздкого гидротрансформатора, имеющего к тому же большие механические потери (низкий КПД). Коробка же передач с ручным переключением конструктивно гораздо проще, компактнее, дешевле и надежнее. Правда, она менее удобна в эксплуатации.

Комплексная система управления двигателем и трансмиссией автоматизирует процесс переключения передач без использования гидротрансформаторов и дополнительных муфт сцепления — путем автоматического управления сцеплением и частотой вращения двигателя, сохраняя при этом все эксплуатационные достоинства как автоматических (удобство), так и ручных коробок (надежность, дешевизна, малые потери энергии). Кроме того, электронное управление практически исключает риск поломки из-за неправильного обращения.

Такая трансмиссия по себестоимости изготовления не отличается от трансмиссии с ручным управлением, а функции управления ею, как правило, интегрируют в состав объединенной системы управления двигателем и трансмиссией. Алгоритмы переключения передач в последнее время часто строят адаптирующимися к стилю езды конкретного владельца, не говоря уже о том, что всегда предусмотрены на выбор несколько стандартных режимов (скоростной, городской, экономичный и т. п.).

Не менее важную роль в современном автомобиле играют электронные системы повышения безопасности. Ее принято подразделять на активную (предотвращение аварий) и пассивную (уменьшение тяжести их последствий). Что касается активной безопасности, то ее обеспечивают улучшением разгонной и тормозной динамики автомобиля, а также повышением устойчивости на поворотах максимальным увеличением ширины колеи и понижением центра тяжести (это хорошо заметно, если сравнить силуэт отечественных и зарубежных автомобилей сходного класса, как, например, ВАЗ-2108 и Volkswagen «Golf III» или «Golf IV») в сочетании с электронной системой управления подвеской.

На дорогих автомобилях иногда применяют радиолокационную систему предотвращения лобовых столкновений и наездов (поддержания дистанции), однако от бревна или ямы в асфальте она не спасает. Для уменьшения вероятности наездов используют верхние (салонные) тормозные огни, видимые на большом расстоянии. Этого оказалось мало, и тогда была разработана система с приемопередающим радиоканалом, автоматически включающая индикатор при экстренном торможении или аварии впереди идущей машины. В настоящее время эта система, получившая золотую медаль выставки изобретений в Брюсселе, проходит доработку с последующей стандартизацией в большинстве развитых стран.

Разгонную динамику улучшают, в первую очередь, внедрением систем электронного впрыска топлива и управления трансмиссией (микропроцессор может переключать передачи гораздо быстрее и точнее, чем человек; как следствие, разгон автомобиля ускоряется) , а на переднеприводных автомобилях — еще и совершенствованием состава резины и рисунка протектора колес, тормозную — применением антиблокировочных систем, предотвращающих чрезмерное проскальзывание колес относительно дороги, что позволяет получить максимально возможное тормозящее усилие и в большинстве случаев сохранить управляемость автомобиля даже при экстренном торможении.

Определенный вклад в повышение активной безопасности вносит рулевое сервоуправление с переменными коэффициентом передачи и реакцией руля — для обеспечения равного поворота колес на высокой скорости требуется больший угол поворота руля, чем на малой. Иногда дополнительно вводят устройство, предотвращающее срыв колес боковым усилием. Это практически исключает риск заноса при резком повороте на большой скорости. Все эти преимущества, правда, сохраняются лишь до тех пор, пока сервосистема исправно работает.

Пассивную безопасность повышают как конструктивными мерами (увеличением хода деформации сминаемых частей кузова при одновременном укреплении салона, заменой обычного руля травмобезопасным), так и внедрением электронных устройств, приводящих в действие подушки безопасности и механизм натяжения ремней. Кстати, широкое внедрение электроники в автомобили в США началось именно после того, как на рубеже 60-х и 70-х годов конгресс принял закон об обязательной установке систем, блокирующих запуск двигателя до тех пор, пока не будут зафиксированы привязные ремни на двух передних сиденьях.

В настоящее время, как правило, используют комплексную систему управления ремнями и подушками безопасности. Датчиком в ней служит одноосный (или двухосный при использовании и боковых подушек) акселерометр, чаще всего полупроводниковый (рис. 2), блок управления с пороговыми устройствами и набор пиропатронов, часть из которых при срабатывании действует на крыльчатки, подтягивающие ремни (рис. 3), а часть — наполняет подушки безопасности. Включение пиропатронов механизма подтяжки ремней обычно устанавливают несколько более ранним, чем момент срабатывания подушек безопасности.

Работа этой системы позволяет отделаться испугом, царапинами или синяками при лобовом столкновении с неподвижным препятствием на скорости 50 км/ч (стандарт ЕЭС), а иногда и большей — вплоть до 80 км/ч. При скорости выше 80 км/ч ускорение, испытываемое человеком в момент гашения энергии движения на пути, около 0,7. 1,6 м (типичное значение хода деформации кузова и подушек современных автомобилей) становится столь велико, что он оказывается раздавленным собственной массой даже при отсутствии внешних повреждений.

Говоря об электронных системах повышения безопасности, стоит упомянуть также о несложном, но весьма полезном устройстве контроля исправности сигнальных ламп и проводки. Принцип его действия состоит в том, что через лампы и проводку при включенном зажигании пропускают небольшой ток, не вызывающий свечения ламп, но позволяющий диагностировать замыкание, обрыв проводки и состояние лампы — в конце срока службы сопротивление нити накала несколько возрастает, что заблаговременно служит предупреждением водителю.

В последнее время определенную популярность, по крайней мере на автомобилях класса выше среднего, начало приобретать использование электронного управления параметрами подвески — жесткостью и коэффициентом демпфирования амортизаторов, изменением дорожного просвета. Такую подвеску часто называют активной, хотя на самом деле речь идет только о сравнительно медленной адаптации параметров подвески под дорожные условия, т. е. вернее считать ее адаптивной или полуактивной. Истинно активная система подвески, строго говоря, должна с помощью мощной сервосистемы отслеживать каждый ухаб и гасить толчки еще в момент их возникновения, как это происходит на комфортабельных судах и многих военных кораблях («успокоители» качки).

В Европе и даже, пожалуй, в мире лидер «подвескостроения» — фирма Сitroen, давно и успешно применяющая наиболее совершенные — гидропневматические — подвески в сочетании с электронным управлением их параметрами. Среди японских фирм лидирует, похоже, Mitsubishi. Американцы, имея прекрасные дороги и 55-мильное ограничение скорости в большинстве штатов, предпочитают более традиционные решения — увеличенные габариты и, значит, момент инерции корпуса автомобилей в сочетании с колесами большого диаметра и мягкими подвесками, в которых электронные системы обычно управляют только коэффициентом демпфирования.

Применение электронных устройств позволило также усовершенствовать ряд традиционных устройств, в первую очередь, электроприводы (стеклоочистителя, стеклоподъемников, регулирования положения кресел и т. п.), осветительные и сигнальные приборы. Традиционно в автомобильной технике используют коллекторные электродвигатели, которым присущи три основных недостатка — ограниченный срок службы, недостаточная надежность (склонность к застреванию) и создание радиопомех. Эти недостатки обусловлены применением трущихся контактов в коллекторе. Развитие электроники привело к тому, что бесконтактные (бесщеточные, brushless) двигатели стали конкурентоспособны по цене с традиционными, превосходя их по надежности, технологичности производства и возможностям регулировки.

Широкие возможности регулирования позволяют упростить кинематику ряда устройств, например стеклоочистителя, где вместо механического реверсирования может быть применено электрическое. Поэтому в настоящее время практически все ведущие автомобилестроительные фирмы постепенно заменяют в своих автомобилях коллекторные двигатели на бесконтактные, имеющие еще и то преимущество, что их блоки управления могут иметь интерфейс для непосредственного управления от микропроцессора.

Что касается осветительных приборов, то внедрение набирающих популярность металлогалидных газоразрядных ламп было бы просто невозможно без использования электронных узлов управления ими. Главными достоинствами металлогалидных ламп по сравнению с лампами накаливания являются существенно меньшие размеры светящей области, что позволяет уменьшить размеры рефлекторов фар с сохранением качества фокусировки луча, добиться лучшего КПД (большей световой отдачи при равной потребляемой мощности), стабильной спектральной и яркостной характеристики независимо от степени разряженности аккумулятора, а также долговечности.

Еще одной электронной системой, повышающей безопасность движения, является корректор положения фар, обеспечивающий независимо от загрузки и положения кузова постоянное освещение дороги при движении по неровным или извилистым дорогам, в последнем случае он отслеживает поворот рулевого колеса. Кроме этого, корректор уменьшает слепящее действие фар на водителей встречных машин.

Сигнальные огни на многих американских автомобилях последнее время выполняют на основе блоков сверхярких светодиодов. Они экономичнее, компактнее и надежнее традиционных ламп накаливания, особенно в режиме мигания, обеспечивают большую яркость свечения и более чистые цвета (лучше заметны днем). Яркость свечения светодиодов проще изменять в зависимости от внешней освещенности.

Звуковые сигналы также не остаются без внимания — на смену традиционным контактным электромагнитным гудкам приходят бесконтактные электродинамические и пьезоэлектрические с соответствующими электронными усилителями и узлами управления.

Появление процессоров цифровой обработки сигналов и постепенное снижение цен на эти приборы привело к созданию систем активного подавления низкочастотного шума в салоне автомобиля. Сущность идеи состоит в подаче в салон через громкоговорители встроенной аудиосистемы сигналов, противофазных шумовым. При этом шумовые сигналы взаимно компенсируются.

На практике из-за волновых свойств звука нужный эффект удается получить только на частоте ниже 200. 300 Гц, и снижение шума не превышает 8. 15 дБ. Казалось бы, немного, но, учитывая, что борьба с низкочастотным шумом другими способами малоэффективна, подобная электронная система позволяет сэкономить 10. 25 кг звукопоглотителя Dynamat или другого материала, отнюдь не дешевого.

Широкое внедрение электронного управления при традиционном подходе приводит к резкому усложнению электропроводки, а следовательно, увеличению трудоемкости ее прокладки и вероятности ошибок при обслуживании в процессе эксплуатации. Обилие проводов грозило превратить автомобиль в «электрошкаф» на колесах. В поисках решения этой проблемы автомобилестроители обратились к опыту авиации: одно время масса электрокабелей достигала там 30 % веса электрооборудования самолетов и имела тенденцию к дальнейшему увеличению.

Проблему удалось решить путем внедрения систем вида «общая линия с последовательной передачей», когда большинство электронных устройств соединяют между собой параллельно с помощью общего трехпроводного интерфейса, а обмен информацией между ними происходит по одним и тем же проводам, но разнесен во времени, точно так же, как это происходит в компьютерных сетях Ethernet.

Аналогичные решения под названием мультиплексной проводки в начале 90-х годов стали использовать и в автомобильной промышленности. Первоначально, как водится, была «война стандартов», в числе которых фигурировали J1850 (SAE), CAN (Controller Area Network), CarLink, VAN, A-bus и др. К настоящему времени наибольшее признание получил стандарт CAN, совместно разработанный фирмами Bosch и Motorola. Он обеспечивает скорость передачи до 1 Мбит/с и позволяет использовать для передачи информации как медные провода, так и оптоволокно.

Источник статьи: http://www.qrz.ru/schemes/contribute/digest/avto14.shtml