Некрасов Юрий Валентинович. Автомобильная электроника

Некрасов Юрий Валентинович : другие произведения.

Автомобильная электроника

Самиздат: [Регистрация] [Найти] [Рейтинги] [Обсуждения] [Новинки] [Обзоры] [Помощь|Техвопросы]

Ссылки:

Школа кожевенного мастерства: сумки, ремни своими руками

Комментарии: 1, последний от 30/12/2017. © Copyright Некрасов Юрий Валентинович (yunekr@gmail.com) Размещен: 31/08/2007, изменен: 14/07/2008. 88k. Статистика. Сборник рассказов: Изобретательство Иллюстрации/приложения: 4 шт. Скачать FB2		Ваша оценка:
Аннотация: 1. Как работает электронная система управления двигателем 2. Разберемся с работой ЭСУД до конца 3. Фантастическое ускорение на дорогах 4. Дорогие электронные автомобильные сигнализации 5. Рулевое управление с электрическим сервоприводом и электронным управлением

АВТОМОБИЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОНИКА

Сборник статей, опубликованных автором в журнале "Автостиль"

Содержание

1. Как работает электронная система управления двигателем

2. Разберемся с работой ЭСУД до конца

3. Фантастическое ускорение на дорогах

4. Дорогие электронные автомобильные сигнализации

5. Рулевое управление с электрическим сервоприводом и электронным управлением

6. Моя милиция пользуется радаром

Юрий Некрасов

1. Как работает электронная система управления двигателем

Сегодня большинство транспортных средств, оборудованных двигателем внутреннего сгорания с карбюратором или форсуночным впрыском, оснащены электронной системой управления двигателем - ЭСУД. Модели перечислять не стоит, разве что ВАЗ 21093-24 ЭСУД, распределенный впрыск. Причём, ЭСУД и распределенный впрыск поставляет ВАЗу немецкая фирма "Бош". С ней успешно конкурирует на просторах СНГ немецкая фирма "Сименс". Приятно отметить, что калужская фирма ООО "НПП АВТЭЛ" специализируется на разработке, производстве и поставке компонентов электронных систем управления топливоподачей и зажиганием двигателей внутреннего сгорания.

А теперь, когда мы знаем, что ЭСУД давно известна читателю по иностранным моделям и русским производителям, постараемся вкратце объяснить, как она работает. Мозгом системы является компьютер, который выполняет в системе функцию электронного контрольного устройства - ЭКУ. ЭКУ собирает информацию о параметрах эксплуатируемого двигателя с датчиков и, соотнеся их со стратегией производителя, заложенной в программное обеспечение, выдает команды на эффекторы, которые приводят в норму зарегистрированные параметры. Владелец такой системы получает экономичную и долговременную без поломок работу двигателя и удовольствие от вождения.

Но для того чтобы разобраться в работе электронной системы управления двигателем чуть глубже, хорошо бы вначале кратко вспомнить о самом двигателе. Мы для примера рассмотрим двигатель внутреннего сгорания с распределенным форсуночным впрыском.

Все двигатели внутреннего сгорания требуют, чтобы в камеру сгорания поступала воздушно-топливная смесь в нужной пропорции, а свеча зажигания в каждом цилиндре давала искру в нужный момент. Надо всегда помнить эти основы: количество топлива и время зажигания. Без этого не понять любую систему управления двигателем

Воздушно-топливная смесь в камере сгорания характеризуется объемами топлива и воздуха, находящихся там, или их соотношением. "Богатая смесь" состоит из 12 частей воздуха и одной части топлива (коэффициент 12:1) и использует большое количество топлива, давая большую мощность. "Бедная" смесь (коэффициент 17:1) использует меньшее количество топлива и более экономична. Установка угла опережения зажигания определяет момент появления искры в свече зажигания относительно верхней мертвой точки вращения коленчатого вала двигателя. Эта установка должна меняться при высоких оборотах двигателя, т.к. при этом уменьшается время, необходимое для сгорания, и искра зажигания должна появляться раньше. Должны происходить изменения в установках при различных нагрузках двигателя, различных температурах и при различных октановых числах топлива.

Краткий обзор

Система подачи топлива входит одним из первых элементов в систему управления двигателем. Она берёт своё начало от топливного насоса высокого давления, установленного в топливном баке или около него. Топливо проходит по топливной магистрали от насоса через фильтр прежде, чем попасть к двигателю. Далее топливо попадает в каждую форсунку через специальный топливопровод. На специальном топливопроводе установлен топливный регулятор давления, который при избыточном давлении направляет избыточное топливо назад в бак по возвратной магистрали.

Система подачи воздуха начинается с воздухозаборника. Воздух от атмосферы проходит через канал к фильтру. Оттуда - к двигателю. На некоторых двигателях после воздухозаборника расположен воздушный расходомер. Дроссельная заслонка регулирует количество воздуха, попадающее в камеру повышенного давления. Для регулировки числа оборотов холостого хода имеется обвод вокруг дроссельной заслонки. Воздушный поток, идущий через этот обвод, регулируется клапаном, которым управляет компьютер. Из камеры повышенного давления воздух порциями поступает к впускному клапану, встречаясь с топливной струёй из топливной форсунки. Воздушно-топливная смесь попадает в камеру сгорания через открытый клапан.

Электронная система управления двигателем использует датчики. Каждую секунду они сообщают компьютеру о состоянии двигателя. Компьютер - это мозг системы, и в большинстве автомобилей, его называют электронным контрольным устройством. Оно программируется на заводе для выдачи необходимых выходных сигналов при получении верных входных сигналов. Примером выходных сигналов может служить управление форсунками.

Входные датчики

Для обеспечения необходимых и верных команд о количестве впрыскиваемого топлива, времени подачи искры зажигания электронное контрольное устройство должно получать точную информацию о том, что происходит с двигателем. Автомобиль при полностью нажатой педали газа взбирается на длинный подъём при 3000 оборотах в минуту в ужасно жаркий день? Или - холодный двигатель, глохнущий сразу после запуска? Подобную информацию входные датчики передают электронному контрольному устройству.

Датчик температуры системы охлаждения сообщает электронному контрольному устройству о температуре двигателя. На большинстве автомобилей он установлен в корпусе термостата. Датчик при различных температурах имеет различное электрическое сопротивление. Это означает, поскольку он становится более горячим, электрическое сопротивление датчика соответственно уменьшается. Электронное контрольное устройство подаёт напряжение на датчик и следит за изменением возвращающегося тока. Имея такие данные, электронное контрольное устройство может регулировать температуру охлаждающей жидкости.

Измеряется также температура всасываемого воздуха. Датчик может быть установлен на воздухозаборник. Точно так же как датчик температуры системы охлаждения, датчик температуры всасываемого воздуха является переменным резистором. Такой датчик конкретной модели имеет сопротивление 3555 омов при 20^о C и только 475 омов при 70^о C. В жаркий день на солнце температура всасываемого воздуха может достигать 70^о C и на Вашем автомобиле.....

Электронное контрольное устройство должно иметь сведения о нагрузке двигателя и впрыскивать нужное количество топлива, подавая искру зажигания в нужный момент. Некоторые автомобили используют расходомер воздуха, чтобы замерить нагрузку двигателя. Количество вырабатываемой энергии зависит от количества воздуха, всасываемого двигателем. Если двигатель всасывает много воздуха, например, потому что дроссельная заслонка полностью открыта при 5000 оборотах в минуту, тогда необходимо впрыснуть большое количество топлива, чтобы сохранить нормальный коэффициент воздушно-топливной смеси.

Используется несколько различных типов расходомеров воздуха. Например, расходомер воздуха с термоэлементом. Воздух, всасываемый в двигатель, обтекает платиновый провод под напряжением, нагреваемый проходящим электрическим током. Воздушный поток остужает провод. Электронное контрольное устройство стремится сохранить температуру провода постоянной и в то же самое время контролировать электрический ток, потребный для удержания постоянной температуры проводника. Чем больше электрического тока необходимо для этого, тем большее количество воздуха засосал двигатель! Расходомер воздуха с термоэлементом автоматически компенсируют изменения температуры всасываемого воздуха, измеряет массу воздушного потока (не только объем), и вызывают небольшое сопротивление всасываемому воздуху.

Лопастный расходомер воздуха. Этот тип расходомеров воздуха работает при наличии дверки поперек пути всасываемого воздуха. Когда воздух попадает в двигатель, дверка потоком воздуха открывается. Чем большее количество объема воздуха попадает в двигатель, тем шире открыта дверка. Дверка связана с регулируемым электрическим потенциометром. Потенциометр имеет переменное электрическое сопротивление, и это связано так, чтобы сопротивление потенциометра менялось при различной интенсивности воздушного потока. Лопастный расходомер воздуха всегда оказывает сопротивление всасываемому воздуху, потому что его лопасть стоит на пути воздушного потока. Поскольку он измеряет только объем воздуха, лопастные расходомеры воздуха имеют встроенные температурные датчики. И с данными по объему и температуре воздушного потока, электронное контрольное устройство может рассчитать массу всасываемого воздуха.

Некоторые автомобили не используют никакого расходомера воздуха. Эти автомобили используют три входных датчика для определения количества всасываемого двигателем воздуха. Первый - датчик температуры всасываемого воздуха. Второй - датчик количества оборотов в минуту. И третий - магистральный вакуумный датчик. Этот датчик постоянно измеряет вакуум во впускном коллекторе. Количество вакуума зависит от открытия дроссельной заслонки и оборотов.

Если магистральный вакуумный датчик регистрирует низкий вакуум в магистрали, а датчик количества оборотов в минуту указывает, что обороты двигателя высоки, то электронное контрольное устройство обеспечивает двигатель большим количеством топлива. Высокий магистральный вакуум при высоких или низких оборотах двигателя означает, что дроссельная заслонка закрыта и нагрузка двигателя мала. Магистральный вакуумный датчик - установлен Т образно во впускной коллектор после дроссельной заслонки и не оказывает никакого сопротивления при входе. Поскольку тот же самый магистральный вакуумный датчик может использоваться на любом двигателе без наддува, то этот тип датчика используется во многих электронных системах управления двигателем.

Измерение нагрузки двигателя обеспечивает почти все потребности электронного управления двигателем, но время от времени электронное контрольное устройство должно также получать информацию о фактическом положении дроссельной заслонки. Датчик положения дроссельной заслонки передаёт электронному контрольному устройству эту информацию, которая используется, например, при ускорении обогащая воздушно-топливную смесь. Большинство датчиков положения дроссельной заслонки используют переменный потенциометр, но некоторые датчики используют только двухпозиционные выключатели - одна позиция для холостого хода и другая для полностью открытой дроссельной заслонки.

Электронное контрольное устройство должно получать информацию о скорости вращения коленчатого вала и его положение относительно верхней мёртвой точки цикла вращения. Эта информация позволит электронному контрольному устройству подать искру зажигания и осуществить впрыск топлива через форсунки в нужное время. Имеются несколько различных типов датчиков угла поворота коленчатого вала. Во первых, это - оптический датчик угла поворота коленчатого вала производства фирмы "Нисан". Он использует свет, проходящий через прорези, сделанные в диске. Диск установлен на конце распределительного вала и вращается вокруг светодиода, который обеспечивает свет. Датчик с другой стороны диска регистрирует свет, проходящий через прорезь в диске, а электронное контрольное устройство считает световые импульсы. Некоторые оптические датчики используют 360 прорезей в диске, обеспечивая очень высокую разрешающую способность частоты вращения коленчатого вала. Различные прорези имеют разные формы и позволяют электронному контрольному устройству определить положение коленчатого вала относительно верхней мёртвой точки.

Во вторых это - датчик угла поворота коленчатого вала, использующий эффект Холла. Он использует диск прерывателя, который быстро вращается вокруг внутренней части коленчатого вала. Каждый раз, когда металлическая лопасть проходит между магнитом и специальным датчиком Холла, датчики Холла выключаются. Компьютер получает информацию о скорости пульсации и вычисляет число оборотов в минуту и положение коленчатого вала относительно верхней мёртвой точки.

Цель датчика скорости транспортного средства очень проста - он сообщает электронному контрольному устройству скорость автомобиля на дороге. Датчик может быть установлен на коробке передач или на спидометре. Датчик, установленный на коробке передач, вращается шестерней на ведомом вале коробки передач. Полученные данные электронное контрольное устройство в некоторых автомобилях используется для ограничения предельной скорости, экономии топлива и улучшения условий вождения.

Датчик кислорода расположен на выхлопном патрубке близко к двигателю. Он информирует электронное контрольное устройство о составе воздушно-топливной смеси при не полностью открытой дроссельной заслонке. Датчик генерирует своё собственное выходное напряжение, точно так же как батарея. Когда коэффициент воздушно-топливной смеси беден, датчик генерирует очень низкое выходное напряжение, около 0,2 вольта. Когда смесь богата, выходное напряжение выше, около 0,8 вольта. Электронное контрольное устройство использует показания этого датчика для длительного поддержания коэффициента смеси около 14,7:1.

Датчик детонации представляет собой микрофон, улавливающий звуки ударов (детонации). Он установлен в блок и предназначен для выделения специальных шумов, возникающих при детонации. Для двигателей с электронным впрыском топлива установка угла опережения зажигания очень близка к детонации, что означает жизненную необходимость датчика детонации для этих двигателей. Некоторые автомобили (особенно с V образными двигателями) используют два датчика детонации.

Поставки калужской фирмы ООО "НПП АВТЭЛ"

Наименование продукции	Обозначение	Производитель	Применение
Блок управления "МИКАС 7.1"	241.3763	ООО "НПП АВТЭЛ", ООО "НПП ЭЛКАР", ОАО "Автоэлектроника"	Автомобили ГАЗ 3102, 3110
Блок управления "МИКАС 7.1"	242.3763	ООО "НПП ЭЛКАР"	Автомобили ГАЗ 3111
Блок управления "МИКАС 7.1"	243.3763	ООО "НПП АВТЭЛ", ООО "НПП ЭЛКАР", ОАО "Автоэлектроника"	Автомобили "Газель"
Блок управления "МИКАС 7.2"	291.3763	ООО "НПП ЭЛКАР"	Автомобили "УАЗ"
Блок управления "МИКАС 7.2"	293.3763	ООО "НПП ЭЛКАР"	Автомобили "УАЗ"
Контроллер "Январь 5" и его модификации	261.3763	ООО "НПП АВТЭЛ", ООО "НПП ЭЛКАР", ОАО "Автоэлектроника"	Автомобили "ВАЗ"
Датчик массового расхода воздуха	20.3855	ООО "НПП АВТЭЛ"	Автомобили ГАЗ 3111 "Волга"
Датчик температуры	19.3828	ОАО "Автоэлектроника"	Автомобили "Волга", "Газель"
Форсунка топливная	DEKA 1A ZMZ	SIEMENS VDO	Автомобили "Волга"
Форсунка топливная	DEKA 1D DAAZ	SIEMENS VDO	Автомобили "ВАЗ"
Датчик положения распределительно вала (датчик фазы)	21.3847	ОАО "Автоэлектроника"	Автомобили "ВАЗ"
Датчик детонации	18.3855	ОАО "Автоприбор"	Автомобили "ГАЗ"
Датчики температуры ТМ 100В, ТМ 106-11, ТМ 111-02, ТМ 111-03		ОАО "Автоприбор"	Автомобили "ГАЗ"
Датчик положения коленчатого вала	23.3847	ОАО "Автоприбор"	Автомобили "Волга", "Газель"

В следующих номерах автор расскажет об эффекторах ЭСУД и электронном контрольном устройстве.

Юрий Некрасов

2. Разберемся с работой ЭСУД до конца

В прошлом номере была опубликована статья "Как работает ЭСУД". Там основной упор был сделан на датчики. Сегодня мы разберемся с работой ЭСУД до конца, рассмотрев системы двигателя, которыми управляет ЭСУД, и ЭКУ.

Системы двигателя, которыми управляет ЭСУД

Форсунки являются наиболее важными узлами двигателя, которыми управляет ЭКУ. Количество топлива, которое впрыскивают форсунки, определено временем, на которое их включает ЭКУ. Время, когда они открыты, называется их шириной импульса. Когда форсунки включены, топливо из них поступает струёй в распылённом виде. Различия есть в каждом автомобиле, но во многих автомобилях ширина импульса форсунки представляет собою одну очень непродолжительную струю каждые два поворота коленчатого вала. Если требуется большее количество топлива, форсунки включаются на более длинный период времени. Если Вы находитесь рядом с форсуночным двигателем, то Вы слышите характерный звук пульсации включения и выключения форсунок.

Процент от времени, когда форсунки открыты, называется рабочим циклом. Форсунка, открытая в течение половины всего время, имеет 50 процентный рабочий цикл. Если она открыта три четверти имеющегося времени, то у неё 75 процентный рабочий цикл. При максимальной мощности в стандартном двигателе форсунки могут иметь 85 процентный рабочий цикл. Это означает, что форсунки дают 85 процентов их полной емкости. Универсальный измерительный прибор используется для определения рабочего цикла, соединяя форсунку с зондирующим разъемом.

На рабочий цикл и пропускную способность форсунок обращают повышенное внимание при модификации двигателя. Например, послепродажная установка наддува для увеличения потребления воздуха двигателем. Для поддержания нужного коэффициента воздушно-топливной смеси необходимо ввести дополнительное топливо. Есть два пути. Первый - увеличить пропускную способность форсунок, оставив форсунки в открытом положении все время, т.е. доведя рабочий цикл форсунки до 100 процентов (при одном и том же топливном давлении). Второй путь - установка более мощных форсунок.

Для бедных, но гордых, есть третий путь. Это увеличение давления топлива. При этом топливное давление может расти в три раза быстрее, чем давление во всасывающем коллекторе. Однако, увеличение топливного давления, несмотря на дешевизну, создаёт много побочных проблем. Самое лучшее решение - это установка более мощных форсунок, а затем перепрограммирование ЭКУ.

В большинстве автомобилей ЭКУ прямо не управляет катушкой зажигания. Вместо этого, система зажигания используется, чтобы подавать и снимать напряжение на катушке индуктивности. ЭКУ подаёт сигнал системе зажигания, когда подавать и снимать напряжение так, чтобы искра зажигания сработала только в нужное время. Некоторые системы управления двигателем оборудованы только катушкой индуктивности и распределителем. Распределитель посылает электричество высокого напряжения свече зажигания в нужный момент, используя ротор, вращающийся внутри крышки.

Однако, наиболее современные автомобили используют многокатушечную конструкцию. Такая конструкция позволяет иметь отдельную катушку для каждой свечи зажигания. Система зажигания прямого действия, упомянутая выше, не используют распределитель, потому что нужная катушка получает напряжение, когда необходима искра зажигания. Датчик угла поворота коленчатого вала на этих двигателях обычно размещается на кривошипе непосредственно.

Управление холостым ходом происходит при изменении количества воздуха, который может обходить почти закрытую дроссельную заслонку. Некоторые автомобили использовали пульсирующий клапан (немного напоминающий форсунку в её работе по включению и выключению) чтобы регулировать количество воздуха, проходящий через корпус дроссельной заслонки. Если скорость холостого хода должна быть повышена, увеличивается рабочий цикл клапана и через него проходит больше воздуха. Другие автомобили также используют дополнительный клапан для управления скоростью холостого хода, когда двигатель еще не достиг рабочей температуры. Клапан постепенно закрывается при нагреве двигателя. Клапан обеспечивает поступление большого количества воздуха к холодному двигателю, сохраняя высокую скорость холостого хода. Этот последний тип клапана подогревается электрообогревателем и также антифризом из системы охлаждения. К теплому двигателю меньшее количество воздуха поступает через клапан, и скорость холостого хода падает. Двигатели типа BMW V12 управляют дроссельными заслонками с помощью электроники, поддерживая нужную скорость холостого хода.

ЭКУ управляет множеством других узлов и систем двигателя. ЭКУ включает и выключает вентилятор радиатора системы охлаждения почти во всех типах ЭСУД. В автомобилях Турбо, ускорение часто контролируется ЭКУ. Управление автоматическими коробками передач часто интегрируется в ЭСУД. Топливный насос всегда управляется ЭКУ во всех типах ЭСУД, а также отдельным реле. Наконец, контрольный индикатор работы двигателя на пульте - важный выход ЭКУ. Мало того, что он указывает, что есть проблема управления двигателем, но он может также сообщить, в чём проблема состоит фактически.

Электронное контрольное устройство (ЭКУ)

ЭКУ - компьютер, который управляет двигателем. ЭКУ воспринимает информацию, которую предоставляют датчики, затем в соответствии с заложенной программой выбирает нужную форсунку и время её впрыска, а также другие сигналы выхода. Как ЭКУ делает это?

Если Вы откроете ЭКУ, то увидите сотни крошечных деталек, установленных на печатных платах. Вы вероятно подумаете, кто в этом будет разбираться, если Вы не инженер - электроник. Но ответ - чрезвычайно прост. Вам не надо знать ничего о каждой крошечной детальке, чтобы понять, как работает ЭКУ. Вместо этого, Вам надо представить ящик, самостоятельно принимающий решения с помощью электроники, у которого есть входы и выходы. Мы уже разобрали датчики и управляемые узлы и системы двигателя, так что нам осталось разобраться в принятии решений.

Большинство деталей внутри ЭКУ занимается включением и отключением электрической нагрузки к деталям двигателя, подобно форсункам. Они также преобразуют аналоговые показания датчиков в цифровую форму, которая понятна ЭКУ. Фактически программа, которая принимает решения управления двигателем, обычно размещается только на одном чипе. Компания "Дженерал Моторс" делает это наглядным способом, размещая все программы (и несколько других вещей) в съемный пластмассовый модуль. Они называют этот модуль "Калибровкой памяти".

Некоторые компании позволяют проводить перенастройку программного обеспечения, но таких компаний - единицы.

Поэтому мы рассмотрим несколько общих стратегий, используемых ЭКУ в большинстве автомобилей.

Замкнутый цикл

Когда Вы едете по городу, соблюдая установленные в городе скорости, то дроссельной заслонкой Вы почти не пользуетесь. В этих условиях ЭКУ запрограммировано, чтобы постоянно сохранять коэффициент воздушно-топливной смеси около 14,7:1, при котором каталитический дожигатель выхлопных газов работает лучше всего. Датчик кислорода посылает сигнал напряжения ЭКУ, сообщая на какой смеси (богатой или бедной) работает двигатель автомобиля. Если двигатель работает на немного богатой смеси, то ЭКУ обеднит её. Если - наоборот, то ЭКУ обогатит смесь. Датчик кислорода проверит действенность изменений.

Этот постоянный контур обратной связи выглядит примерно так:

Рис. II-1
Когда ЭКУ работает как, изображено на рис. 1, то такой цикл называется замкнутым. Большинство автомобилей работает по замкнутому циклу, когда двигатель прогревается до рабочей температуры и в некоторых диапазонах скоростей; дроссельная заслонка открыта не очень широко или совсем мало. При нормальном вождении, это означает что, ЭКУ функционирует по замкнутому циклу в течение большего времени работы двигателя.

Однако, ЭКУ может моментально выйти из замкнутого цикла. Вы можете вести мягко по замкнутому циклу, а затем прижать педаль акселератора к полу. ЭКУ выйдет из замкнутого цикла, игнорируя сигналы датчика кислорода и существенно обогатив смесь. Ни один водитель этого не почувствует, хотя очень чувствительный эксперт может иногда обнаруживать на малом газе самые тонкие изменения в звуке двигателя. Работа по замкнутому циклу возможна при хорошем состоянии датчика кислорода. Если он неисправен, то автомобиль не будет работать по замкнутому циклу, а экономия топлива, и выхлоп будет ниже всякой критики.

Самообучение

В дополнение к обеспечению работы по замкнутому циклу датчик кислорода также используется, как часть самообучающейся системы ЭКУ. Вообразите себе на мгновение, что топливный фильтр в вашем автомобиле немного забился так, чтобы смесь была всегда немного бедна. Датчик кислорода делает замер и сигнализирует ЭКУ о необходимости обогащения воздушно-топливной смеси. Но только довольно неэффективная система позволит каждый день датчику кислорода сообщать ЭКУ об одном и том же. Вместо этого случится следующее. ЭКУ знает, что смесь - всегда немного бедна, и постоянно её обогащает. ЭКУ "узнало", что необходимы более богатые смеси, а затем всегда вносит ставшее обычным исправление. Если Вы замените фильтр, ЭКУ тогда постепенно заново изучит новые требования. Этот самообучающийся процесс происходит в большинстве ЭКУ и полностью зависит от состояния датчика кислорода.

Однако, типичный датчик кислорода, использующийся в автомобилях серийного производства может измерять коэффициент воздушно-топливной смеси только в ограниченном диапазоне. Датчик разработан очень чувствительным в диапазоне близком к коэффициенту 14,7:1 воздушно-топливной смеси, потому что этот диапазон наиболее важен. Отсутствие чувствительности в других диапазонах означает, что другие диапазоны, не контролируемые датчиком кислорода, требуют другого режима ЭКУ, а именно крейсерского режима движения на бедной воздушно-топливной смеси.

Крейсерский режим движения

Мы уже знаем, что богатые смеси необходимы для мощности, а более бедные смеси для крейсерского режима движения. Но что делать при длительном относительно спокойном пробеге? Тогда могут использоваться более бедные смеси, улучшая экономию топлива. В этом случае ЭКУ поддерживает крейсерский режим движения с более бедной смесью. ЭКУ замечает, как долго вы сохраняете установившуюся скорость, как вы пользуетесь дроссельной заслонкой, растёт ли температура двигателя, и если все эти факторы удовлетворяют ЭКУ, то начинается постепенное обеднение смеси. Если Вы нажимаете на педаль, ЭКУ немедленно забывает всё о крейсерском режиме движения до тех пор, пока снова не восстановлены прежние условия. Не все ЭКУ поддерживают крейсерский режим движения, но большинство автомобилей последних нескольких лет оборудовано ЭСУД с крейсерским режимом движения. Крейсерский режим движения с бедной смесью - хороший пример того, где стандартная ЭСУД находится в большинстве случаев в лучшем положении, чем система, программируемая после продажи.

Разомкнутый цикл

При максимальном газе датчик кислорода всегда игнорируется. Это называется выполнением разомкнутого цикла. В этой ситуации, ЭКУ базирует свои решения полностью на информации, которая была в него "зашита". Если ЭКУ чувствует большую нагрузку двигателя, то откроет форсунки на долгое время и впрыснет топливо в больших количествах. ЭКУ использует таблицу информации (называемой картой), которая сообщает, как долго держать форсунки открытыми при всех различных нагрузках двигателя. Здесь нельзя полагаться на самообучение при полностью нажатой педали газа. Однако, самообучение часто помогает при частично открытой дроссельной заслонке.

Большинство ЭКУ также использует предварительно запрограммированные карты информации, чтобы подать искру в нужный момент, базируясь на сигналах датчиков. Однако, некоторые автомобили пользуются обратной связью, используя датчик детонации и самообучение, как в случае с датчиком кислорода и подачей топлива.

Ограничение числа оборотов и впрыска топлива

Все ЭСУД используют ограничитель оборотов двигателя. Некоторые ограничители полностью отключают топливо при заданном числе оборотов двигателя, держа двигатель на голодном пайке, пока он не снизит число оборотов в минуту до 500 ниже предела. Другие ограничители оборотов отключают искру зажигания (или форсунки) индивидуальных цилиндров один за другим, так, чтобы Вы могли почувствовать что, Вы достигли максимально допустимых оборотов в минуту. Эти мягкие ограничители позволяют Вам спокойно пользоваться автомобилем до предельно допустимых оборотов.

Когда Вы закроете дроссельную заслонку полностью (подобно тому, когда вы подъезжаете к светофору) ЭКУ отключит форсунки. Форсунки возвратятся на прежний режим, когда обороты двигателя снизятся до 500 оборотов в минуту выше оборотов холостого хода. Если Вы посмотрите на тахометр, то увидите небольшой подъем стрелки, когда форсунки возобновят работу. Выключение форсунок приносят экономию топлива и уменьшение выхлопа - один из результатов работы ЭКУ при уверенности в сигналах датчика скорости.

Самодиагностика

Для обеспечения надёжности ЭСУД ЭКУ заменяет дефектные датчики дублерами. Например, если датчик температуры охлаждающей жидкости вышел из строя (или на датчике оборвался провод), ЭКУ будет его игнорировать и полагаться только на датчик температуры всасываемого воздуха. Некоторые ЭКУ могут сохранить работу двигателя, пользуясь сигналами только нескольких датчиков.

Все ЭСУД последние 15 лет имеют то, что называется "самодиагностикой". Это означает, что Вы можете сделать запрос и получить ответ о неисправностях. Например, если датчик температуры всасываемого воздуха вышел из строя и Вы включили режим самодиагностики, то ЭКУ укажет на дефектный датчик. Большинство ЭКУ сообщает эту информацию, высвечивая контрольный индикатор работы двигателя на пульте такое число раз, которое соответствует списку кодов, находящемся в руководстве пользователя.

Юрий Некрасов

3. Фантастическое ускорение на дорогах

В ХХI веке электричество обеспечит фантастическое ускорение транспортных средств, их экологическую привлекательность и эффективность потребляемой энергии. В недалеком будущем на автострадах и улицах городов с Порше и Феррари, давно признанными спортивными автомобилями, начнет конкурировать новый электромобиль Церо, производства компании "Эй Си Пропалшн Инк." (США). Концепция создания нового электромобиля проста - превзойти все автомобили с электродвигателями внутреннего сгорания по техническим характеристикам и удобству вождения, сделав его конкурентоспособным по цене среди мало серийных автомобилей. В настоящее время Церо при трогании с места достигает скорости 100 км/час за 42 сек. Имеет запас хода 170 км при скорости 100 км/час, мощность 200 л.с, встроенное зарядное устройство мощностью 20 киловатт и систему противобуксовочной рекуперации.

Помимо ускорения, характеристикой, еще непревзойденной никаким автомобилем в мире, с Церо невозможно конкурировать по экологическим характеристикам. У него нет никаких выбросов в атмосферу. Электромобиль использует дешевые свинцово-кислотные батареи. Вес батарей не превышает половины веса электромобиля. Электромобиль оснащен легкими по весу электроприводами, автоматической системой управления батареями, в том числе в случае необходимости их подогревом, компактным и эффективным зарядным устройством.

Характеристики

Ускорение

Электромобиль демонстрирует фантастическую характеристику ускорения - очень немного автомобилей могут соперничать с ним. Но главное добиться этого фантастического ускорения могут все. Здесь не требуется специального навыка вождения. Максимальный крутящий момент или мощность доступны на любой скорости - не требуется никакой пониженной передачи. Ниже приводится сравнение этой характеристики у нескольких транспортных средств.

Таблица 1. Максимальное ускорение на высшей передаче

Транспортное средство	50-80 км в час	80-110 км в час
Церо	1,7 сек	2,5 сек
БМВ Зет 8	7,2 сек	5,1 сек
Хонда СS2000	10,3 сек	10,2 сек
Мак Ларен Ф1	7,0 сек	3,7 сек
Порше Каррера	9,6 сек	9,6 сек

Максимальная скорость

Максимальная безопасная скорость ограничена предельной скоростью электродвигателя 12000 оборотов в минуту и передаточным числом редуктора 9:1. Это число было выбрано с учетом максимальных скоростей на дорогах в Соединенных Штатах. Это скорость 145 км/час. - больше чем достаточно для почти любой нормальной автострады или шоссе, имеющейся в США. Если бы электромобиль был оснащен многоскоростной коробкой передач с соответствующими передаточными числами, максимальная скорость, определяемая мощностью была бы более 260 км в час.

Запас хода и энергетическая эффективность

Практической пример запаса хода электромобиля - 135 км по различным дорогам и различному рельефу местности, куда входят автострады и местные дороги, подъемы на вершины гор высотой 1500 метров над уровнем моря, начало подъема 275 метров над уровнем моря.

Ниже приводится сравнение энергетической эффективности электромобиля с двухместными автомобилями, оснащенными двигателями внутреннего сгорания.

Чтобы сравнить энергетическую эффективность электромобиля и автомобиля брался показатель количество энергии, расходуемой на километр пробега. Для электромобиля бралось количество топлива, необходимого для выработки тока для зарядки батарей. В качестве единицы количества энергии бралась Килокалория (Ккал) и принималось, что1 литр бензина дает 7660 Ккал.

Таблица 2. Сравнительная энергетическая эффективность

	Церо	Хонда Инсайд	Феррари 550 Маранелло
Потребление топлива	112 ватт-час/км постоянный ток	24 км на литр	4 км на литр
Энергетическая эффективность, Ккал/км	318	321	2092
Ускорение от 0 до 100 км в час	4,2 сек	12,7 сек	4,3 сек
Боковое ускорение	0,88 G	0,77 G	0,94 G
Тип сертификата, заверяющий количество выбросов в атмосферу (грамм/км)	ЗЕВ	УЛЕВ	Тьер 1
Углеводород	0,0	0,034	0,155
СО	0,0	1,305	2,113
NOx	0,0	0,186	0,249
Парообразующие	0,0	1,27	1,27

Приборная панель

На приборной панели водителя размещаются приборы, демонстрирующие состояние состояние узлов электромобиля. Главные приборы перечислены ниже:

Спидометр - стандартный аналоговый прибор со сбрасываемым показанием пройденного расстояния.

Вольт-амперметр - прибор, - замещающий тахометр, применяемый в двигателях внутреннего сгорания. Показывает мгновенный ток батарей (заряда и разрядки) и напряжение.

Модуль светодиодов, демонстрирующих состояние зарядки батарей, расположен в центре выше рулевой колонки. На каждую батарею приходится один светодиод. Каждый светодиод даёт максимальную яркость при падении напряжения ниже нормы или увеличении напряжения выше нормы.

Термометр электродвигателя и установки силовой электроники указывает температуру этих двух узлов.

Дисплей энергетического состояния - с перестраиваемой пользователем конфигурацией. Может показывать ампер-часы и ватт-часы, рекуперируемые ампер-часы и ватт-часы, среднюю скорость, пройденное расстояние, израсходованные ватт-часы на километр пробега, количество израсходованных ампер-часов. Водитель на основании собственного опыта может судить по оставшейся зарядке батарей возможность продолжения движения, зная рельеф местности, лежащей впереди.

Дисплей состояния батарей с перестраиваемой пользователем конфигурацией демонстрирует состояние батарей и зарядного устройства. На нем имеются экраны с множественными диаграммами в виде столбцов, показывающих напряжение или температуру батареи, ток внешней линии при зарядке, ток батареи, максимально допустимое напряжение батареи, температуру батарей, температуру включенного вентилятора охлаждения, максимальную температуру батареи при зарядке.

Тяговое устройство

Электромобиль оснащен высоко эффективным асинхронным электродвигателем, выпускаемым фирмой производителем. Установленный на легком по весу электромобиле электродвигатель в обычных условиях потребляет лишь 37 % максимального тока. Максимальный ток потребляется только при пиковых нагрузках в течение нескольких секунд.

Таблица 3. Технические характеристики электродвигателя.

Тип электродвигателя	Асинхронный, переменного тока, роторный , 4х полюсной
Максимальный момент	246 ньютон метр
Максимальная мощность (при напряжении постоянного тока на входе в 326 вольт)	177 киловатт (237 л.с.)
Обычная скорость вращения при 330 вольт	5000 оборотов в минуту
Максимальная скорость вращения	12000 оборотов в минуту
Максимальный ток	687 ампер
Масса, включая вентиляционную камеру и вентилятор	50 кг
Размеры электродвигателя (без оребрения, неразъемного соединения, вентиляционной камеры)	диаметр - 213 мм длина - 257 мм
Размеры электродвигателя, включая вентиляционную камеру	диаметр - 305 мм длина - 305 мм
Максимальная температура обмоток	180^о C

Воздушное охлаждение электродвигателя обеспечивается очень тесным оребрением внешней поверхности корпуса электродвигателя и вентилятором, работающим с различной скоростью в зависимости от температуры электродвигателя. При нормальной работе электродвигателя вентилятор почти не включается и потребляемой им мощностью можно пренебречь. Конструкция и технология сборки ротора электродвигателя защищены патентами производителя.

Конструкция ротора обеспечивает увеличение КПД и способность электродвигателя переносить пиковые нагрузки. Максимальная выходная мощность электродвигателя, установленного на электромобиле, колеблется около 150 киловатт (200 л.с.). При высоком токе нагрузки падение напряжения батарей предотвращает достижение максимальной мощности равной 177 киловатт, замеренной на динамометре. На электромобиле обеспечен максимальный крутящий момент установленного электродвигателя. При падении напряжения батарей уменьшается скорость вращения электродвигателя и соответствующий ей крутящий момент.

Тяговое усилие передается к задним колесам через редуктор с передаточным числом 9:1. Здесь использованы детали трансмиссии Хонды. Входной вал редуктора соединен с электродвигателем через электрически изолированную муфту. Электрическая изоляция обеспечивает работу зарядного устройства.

Установка силовой электроники

Установка силовой электроники содержит в одном корпусе тяговый инвертор, узлы зарядного устройства и 12-вольтовый вспомогательный источник электропитания. Воздушное охлаждение системы обеспечивается вентилятором типа "беличьего колеса" с управляемой скоростью вращения. Охлаждающий воздух направляется часто расположенными ребрами охлаждения к приемнику отводимого тепла. Внешний воздух не поступает внутрь замкнутой системы. Воздух внутри корпуса циркулирует под воздействием внутреннего малого вентилятора. Воздухо-воздушный тепловой насос удаляет излишки тепла из этого закрытого объема.

Патентованные методы используются для обеспечения устойчивости при больших скоростях и для получения максимального числа оборотов электродвигателя при падении напряжения в высокоскоростной части рабочей области. При редукторе с фиксированным передаточным числом, 8000 оборотов в минуту соответствуют 100 км/час.

Зарядное устройство

Зарядное устройство под фирменным названием "Редактив" использует электродвигатель и переключатели питания от системы приводов для зарядки батарей. Зарядное устройство может быть прямо подключено к любым 110- к 240-вольтовым выводам. Зарядное устройство "Редактив" может использовать при зарядке мощности в 20 киловатт по сравнению 4-7 киловаттами, используемыми обычными зарядными устройствами. Зарядка 60 % емкости батарей потребует не более 30 минут.

Таблица 4. Технические характеристики Установки силовой электроники

Напряжение	номинальное - 336 вольт
	минимальное - 240 вольт
	максимальное - 450 вольт
Ток электродвигателя	687 ампер
Входная мощность	максимальная - 206 киловатт
Размеры	760 мм x 313 мм х 186
Вес	30 кг (включая охлаждающий вентилятор)
Зарядное устройство	20 киловатт (макс)
Вспомогательное питание	100 ампер при 13,5 вольт

Американская компания планирует производство электромобилей меньше, чем 1000 единиц в год. Цена на него будет установлена, как только начнется производство. Её оценивают где-то между ценой Порше и Феррари. Данный электромобиль не претендует на захват автомобильного рынка, но он будет влиять на развитие транспортных средств в течение следующих 50 лет.

Юрий Некрасов

4. Дорогие электронные автомобильные сигнализации

Обратимся к статье, опубликованной в одном из предыдущих номеров, и вспомним, что электронные автомобильные сигнализации состоят из центрального процессора, пульта управления (брелока), датчиков и исполнительных устройств. Обеспечение безопасности Вашего автомобиля зависит от количества и качества перечисленных выше составных частей системы и функций, которые они обеспечивают. Естественно у дорогих систем функций больше, а также они могут переходить в другое качество, не меняя своего основного назначения сигнализации, и становиться иммобилайзером. Большинство конструкторов дорогих систем считают первоочередными функциями электронной сигнализации: устранить доступ угонщика к ревуну, защитить питание системы сигнализации и блокировать движение автомобиля. Но самым главным они считают удобство управлением системой сигнализации, в противном случае, Вы можете пренебречь (из-за забывчивости, лени, чрезвычайной для Вас сложности) включить систему и дать шанс угонщику.
ДИСТАНЦИОННЫЙ ПУЛЬТ УПРАВЛЕНИЯ. Его основная работа - включить и отключить систему закодированным радиосигналом, который не способны перехватить и расшифровать угонщики. Одну из чаще всего применяемых кодировок сигнала мы разобрали в прошлой статье, принципы других наиболее изощренных по известным причинам в массовой литературе не публикуется. Пульты управления с плавающим кодом, только включающие и отключающие систему, выполненные в виде брелоков, наиболее просты и надёжны. Но по желанию владельца его конструкция может быть усложнена для выполнения множества функций: отпирания или запирания дверей, прогрева двигателя на стоянке, включения фар и подачи сигнала (для поиска автомобиля на незнакомой стоянке), открытия и закрытие окон, включения и отключения некоторых функций иммобилайзера и многие другие. Для увеличения дальности пульта управления до 100 метров в центральный процессор ставится специальный блок для приема сигнала брелока. Специальные системы энергосбережения увеличивают срок службы элементов питания в пульте управления. Используются секреты, известные только владельцу при пользовании пультом управления (например, систематическая или при смене питания синхронизация пульта управления и центрального процессора). В некоторых пультах управления сознательно уменьшена их дальность действия, там система управляется инфракрасным лучом. А в некоторых системах вообще нет дистанционного управления. Система управляется транспондером - пластиковой карточкой (напоминающей билет в метро). Транспондер не требует питания. На кнопки нажимать не надо. После того, как владелец покинул автомобиль, а транспондер пропал из поля действия антенны, система включается автоматически. При попадании транспондера в поле действия антенны система отключится. Итак, по нашему мнению транспондер в сочетании с радиоканалом между автомобилем и его владельцем - оптимальное система управления автосигнализацией.
РАДИОКАНАЛ передает сигнал тревоги от автомобиля владельцу. Он точно сообщает, какой из датчиков поднял тревогу: вор в салоне автомобиля, вор открыл дверь, включился замок зажигания, срабатывание датчика удара первого порога. С помощью полученной информации владелец может принять правильное решение, т.к. он точно знает, что произойдёт дальше и какие дополнительные средства охраны он имеет, например, вызов вневедомственной охраны или использование оружия. Но это экстремальная ситуация и она редко возникает. При сигнале от датчика удара первого порога или включении режима Паники, при определенной конфигурации автосигнализации владелец может спокойно лечь спать. Пейджер - самое простое устройство, осуществляющее функционирование радиоканала и слежение за автомобилем вне его прямой видимости. Дальность действия пейджера зависит от места стоянки, Вашего дома и местности, и объектов, лежащих между ними. Её можно вычислить только экспериментальным путём. Но есть некоторые соображения, которые необходимо учесть, приступая к экспериментам. Пейджер работает, как правило, на частотах около 27 МГц и от 300 до 400 МГц. Для открытой местности или невысокой городской застройки без стальных элементов в строительных конструкциях частота 27 МГц оптимальна и обеспечивает хорошую дальность (до километра). Её используют пейджеры с достаточно высокой мощностью (4 ватта) с внешней антенной. При прохождении радиоканала через толщи железобетонных конструкций необходима высокая частота сигнала. Здесь подойдёт пейджер с частотой 300 - 400 МГц. При каких-то условиях надо отказаться от пейджера или поменять стоянку, или использовать специальные радиосредства, которые мы здесь описывать не будем из-за их дороговизны. Они не попадают даже в эту группу сигнализаций.
ИММОБИЛАЙЗЕРЫ блокируют движение автомобиля при сигнале опасности угона, поступающего от центрального процессора. Это достигается путем блокировки всех основных жизненно важных систем автомобиля - зажигания, запуска, подачи топлива, управления, трансмиссии и торможения. Существует несколько режимов работы иммобилайзеров. Первый и самый простой все иммобилайзеры включены, и машина не может двигаться, пока все системы не приведены в порядок, или заменены параллельными, принесенными злоумышленником. Второй режим включает один иммобилайзер после некоторого времени движения с включением сигнализации, с одновременным запором дверей и окон и заполнением салона слезоточивым или иным газом. Третий режим включает неиспользованные иммобилайзеры, если автомобиль продолжает двигаться. И так пока все возможности Вашей системы и Вашего кошелька не исчерпаны. Иммобилайзеры блокируют тормоза, коробки передач, рулевые колонки, трубопроводы. Здесь применяются электромеханические исполнительные устройства, получающие сигнал от центрального процессора и включающее реле, которое приводит в рабочее состояние механическое устройство. Для разрывов электрических цепей используются "микроиммобилайзеры", управляющие своими исполнительными органами высокочастотными сигналами, используя проводку автомобиля. Следует отметить, любой иммобилайзер может управлять одним или несколькими исполнительными органами. Автомобиль, начинённый десятками исполнительных органов иммобилайзеров, трудно обезвредить. Иммобилайзер может быть замаскирован под штатное реле, предохранитель или функционирующую лампочку и т.п. В сочетании с другими сюрпризами на оживленной дороге угонщика ждут неприятные неожиданности. В этой статье не идет речь о программировании иммобилайзеров. Ясно, что безопасность дорожного движения должна быть соблюдена. Например, двигатель автомобиля заглохнет только при торможении и остановке автомобиля.
Как правило, ревун, штатный и нештатные звуковые сигналы, система питания автосигнализацией находятся у автомобиля под капотом. Вот почему ЗАМОК КАПОТА и датчик управления им, обязательно входят в поставку дорогой автосигнализации. Это типичное электромеханическое устройство. Конструкции запорного механизм замка капота специально предусматривает невозможность разбивание или отгиба. Длительный срок эксплуатации в жестких условиях (климат, соль, город) без дополнительного обслуживания обеспечивается высококачественных антикоррозийными материалами, из которых сделан замок.
В некоторых системах в электрическом приводе замка момент вращения от электродвигателя на привод запорного устройства передается через специальную муфту, которая предотвращает заклинивания привода запорного устройства при выходе из строя электрооборудования или электромотора.
ЭКЗОТИЧЕСКИЕ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА. К ним, в первую очередь, относятся ПИРОПАТРОНЫ и ДЫМОВАЯ ПУШКА. Снаряжение пиропатронов может быть разнообразным. Обычно они снаряжаются слезоточивым газом и несмываемой краской. Их установка должна быть незаметной для угонщика и наиболее эффективной по действию. Дымовая пушка предназначена для многоразового использования и заполняет салон непрозрачным газом, ослепляющим водителя и привлекающим внимание посторонних, а также другими газами, рассчитанными на другое воздействие. Эти средства являются сильнодействующими и должны специально программироваться и проверяться.
ДАТЧИКИ И ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА дорогих систем имеют свои особенности, но принципиально не отличаются от тех, которые были описаны в предыдущей статье.
На дорогих моделях используется МИКРОПРОЦЕССОРНЫЙ ДАТЧИК УДАРА. Продольные и поперечные колебания кузова автомобиля им регистрируются отдельно. Выбор силы удара первого и второго порогов производится экспериментально самим владельцем, а датчик запоминает их. При изменении условий парковки, датчик можно перенастроить.
МИКРОВОЛНОВЫЙ ДАТЧИК может иметь два порога чувствительности. Если датчик обнаружит передвигающееся тело в контролируемой зоне 2 раза за 2 секунды, то зазвучит просто предупредительный сигнал. Если датчик обнаружит тело в контролируемой зоне более 3 раз за 3 секунды, то система поднимет тревогу.
ДАТЧИК РАЗБИТИЯ СТЕКЛА реагирует на звон битого стекла (датчик настроен специально на такую частоту).
ДАТЧИК УРОВНЯ ШУМОВ, оценивает уровень шумов, как в салоне, так и за его пределами. Он реагирует на попытку вторжения злоумышленника.
На российский рынок стремятся выйти системы с ДАТЧИКАМИ ОБНАРУЖЕНИЯ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ АВТОМОБИЛЯ, уже давно используемые за рубежом. Это радио датчики с независимым питанием, использующим систему сотовой связи в городах и спутниковую связь в местах, где сотовая сеть недоступна. Правда, подобные системы требуют централизованной обработки полученной с датчиков информации и подразделений быстрого реагирования дорожной полиции, чего в ГИБДД пока ещё нет.

Ниже приводятся примеров дорогих автосигнализаций на российском рынке:

-- Viper PC800SHF

-- Clifford Cyber 9

-- Clifford Concept 60

-- Med Set 2030.2

-- Black Bug Supe

-- Meritec Ultra

Краткие характеристики последней системы приводятся ниже:
Основные функции дорогой автосигнализации "Meritec Ultra":
Постановка на охрану
Отключение датчиков при постановке на охрану
Тихая постановка и снятие с охраны
Режим охраны
Охрана автомобиля с работающим двигателем
Режим тревоги
Режим "Паники"
Снятие с охраны
Дистанционная блокировка двигателя
Включение дополнительного канала
Режим Valet
Индикация состояния системы
Индикация неисправных датчиков и причин тревоги
Режим программирования
Автопостановка на охрану без запирания дверей
Программируемый иммобилайзер
Запирание дверей при включении зажигания и отпирание дверей при выключении зажигания
Противоразбойная функция
Отключение встроенного датчика удара
Отключение сирены в режиме тревога
Длительность звучания тревоги 15 секунд
Ввод кода аварийного отключения
Использование кнопки аварийного управления
Центральный замок
Замена батарейки брелока

Юрия Некрасов

5. Рулевое управление с электрическим сервоприводом и электронным управлением

Гидравлический сервопривод рулевого управления скоро будет заменен электрическим. Большинство производителей автомобилей всё ещё по старинке продолжают устанавливать гидравлический сервопривод рулевого управления, но самые передовые производители автомобилей уже полностью внедрили электрический сервопривод рулевого управления на свои модели. В дополнение к уменьшению нагрузки двигателя внутреннего сгорания (ДВС) электрический сервопривод повышает чувствительность рулевого управления, которая может автоматически меняться в зависимости от скорости, дорожных условий и даже квалификации водителя.

Традиционный гидравлический сервопривод рулевого управления
В течение 50 лет гидравлика доминировала в автомобиле. Гидравлические системы используют приводной гидравлический насос, регулирующий клапан, цилиндр рулевого управления и подключающие гидравлические патрубки. Обычно используется лопастный насос с интегрированным внутренним обводным каналом. Мощность насоса выбирается так, чтобы даже на холостых оборотах он обеспечивал достаточный поток масла для достаточного усилия сервопривода на рулевой механизм.

Рис. V 1
Распределительный клапан использует гибкое устройство измерения вращающего момента (типа торсиона, спиральной пружины или листовой рессоры) для преобразования крутящего момента поворота рулевой колонки в малое перемещение клапана, регулирующего поток масла в сервомеханизм, изменяя потребление его мощности. При управлении колёсами с помощью шестерни и зубчатой рейки параллельно рейке устанавливается двусторонний гидравлический силовой цилиндр. Винтореечный рулевой механизм с шариковой гайкой установлен в коробку рулевого механизма. На Рис.1 показана система компании "Нисан", где масляный бачок встроен в насос.
Главная проблема простого гидравлического сервопривода рулевого управления состоит в том, что мощность сервопривода не уменьшается при высоких скоростях, лишая водителя чувства управления автомобилем. Американские автомобили в середине прошлого века были особенно известны своим сверхлегким усилием водителя на руль во время парковки. Эта характеристика привела к критической неопределенности при высоких скоростях автомобиля. Чтобы убрать эту неопределенность в большинство обычных систем гидравлического сервопривода рулевого управления последние десятилетия стали включать механизмы, снижающие мощность сервопривода как при увеличении оборотов двигателя, так и, хотя совсем редко, при увеличения скорости автомобиля на дороге. Гидравлика позволяет ориентироваться только на двигатель, а вот измерить скорость на дороге можно только с помощью электроники.

Гидравлический сервопривод рулевого управления с электронным управлением
Электроника позволила определять скорости автомобиля на дороге с появлением электронных спидометров, а впоследствии электронных систем управления двигателем. Эти нововведения способствовали широкому использованию гидравлических сервоприводов рулевого управления с электронным управлением. Потребляемые мощности гидравлических сервоприводов управления, а также другие параметры изменяются в зависимости от скорости автомобиля на дороге.
Электроника позволяет регулировать параметры гидравлического сервопривода рулевого управления. К ним относятся:
Управление потоком жидкости
Электромагнитный клапан расположен в выпускном канале гидравлического насоса. Электронное управление используется для управления открытием электромагнитного клапана, таким образом регулируя поток жидкости. Поток снижается при высоких скоростях автомобиля на дорогах, снижая потребляемую мощность гидропривода.

Обвод цилиндра
Для снижения потребляемой мощности гидропривода при высоких скоростях автомобиля на дороге между двумя отсеками гидравлического цилиндра установлена обводная линия, обеспечивающая понижение перепада давлений между ними. Открытие электромагнитного клапана, установленного в обводной линии, управляется с помощью электроники. При его открытии уменьшается потребляемая мощность гидропривода

Гидравлическая реактивная сила
Гидравлическая реактивная сила противостоит работе сервопривода. При увеличении скорости автомобиля реактивная сила растёт.
Компания "Hyundai" использует 8-разрядный микропроцессор в роли электронного контрольного устройства (ЭКУ) в своем гидравлическом сервоприводе с электронным управлением системы рулевого управления. На вход ЭКУ подётся два основных параметра - скорость транспортного средства и скорость перемещения рулевого колеса. Эти параметры через ЭКУ определяют условия движения. ЭКУ с помощью 3-размерной карты поиска устанавливает соответствующий электрический ток, идущий к гидравлическому электромагнитному клапану.

Различаются три основных условия движения:

При парковке - на электромагнитный клапан идёт максимальный ток, приводя к максимуму потребляемую мощность сервопривода рулевого механизма.

На высокой скорости - на электромагнитный клапан идёт минимальный ток, приводя к минимуму потребляемую мощность сервопривода рулевого механизма.

При внезапном маневре - при внезапном и крутом повороте рулевого колеса ЭКУ подаёт ток на электромагнитный клапан пропорционально скорости поворота рулевого колеса.

Рис.V 2
На рис.2 изображены системы сервопривода рулевого управления MX6 компании "Мазда": (1) рулевое колесо; (2) рулевая колонка; (3) промежуточных вал; (4) рулевой механизм; (5) напорный патрубок; (6) возвратный патрубок; (7) масляный насос; (8) электромагнитный клапан; (9) ЭКУ; (10) резервный бачок; (11) датчик угла поворота; (12) контрольный соединитель. Сервопривод меняет потребляемую мощность при изменении скорости движения автомобиля по дороге и угла поворота рулевого колеса.

Гибридные гидро - электрические системы сервопривода рулевого управления
В гибридных гидро - электрических системах сервопривода используется электродвигатель для приведение в движение гидравлического насоса. Таким образом, исключается прямой привод насоса от ДВС. Этот подход позволяет изменять потребляемую мощность сервопривода, изменяя скорость вращения насоса. Поскольку поток жидкости при этом может быть лучше согласован с фактическими требованиями, снижается в целом потребляемая мощность, а экономия топлива достигает 0,2 литра на 100 км. пробега.
Есть три типа управления сервоприводом, обусловленных:
Условиями движения (в городе, по пересеченной местности и на автостраде) - необходимое усилие сервопривода автоматически согласуется с условиями движения.
Скоростью перемещения рулевого колеса - необходимое усилие сервопривода автоматически согласуется со скоростью перемещения рулевого колеса.
Потребным усилием на рулевое колесо - необходимое усилие сервопривода определяется противодействием жидкости в гидросистеме через нагрузку электродвигателя.

Рис. V 3

Гибридные гидро - электрические системы сервопривода рулевого управления компании "Дженерал Моторс" показаны на рис. 3. Гибрид компании "Дженерал Моторс" использует для управления сервоприводом потребное усилие на рулевое колесо. Бесщёточный двигатель постоянного тока (12) - снабжается током из системы силового электропитания ДВС. Управление устанавливает режим системы силового электропитания в соответствии с входными сигналами от углового датчика двигателя (12), датчика тока системы силового электропитания ДВС и датчика тока батареи также как и датчика напряжения системы. Датчик температура жидкости гидравлической системы также участвует в управлении сервоприводом.

Электрические сервоприводы рулевого управления
Электричество полностью заменило гидравлику, которая всегда связывалась с сервоприводом рулевого управления. Электрические сервоприводы рулевого управления помогают усилию водителя, используя электродвигатель, который действует через реверсивный редуктор, а в некоторых случаях также через электромагнитную муфту. ЭКУ определяет необходимое усилие сервопривода.
Электрические сервоприводы рулевого управления имеют существенные преимущества перед любым гидравлическим сервоприводом рулевого управления, как для владельца автомобиля, так и его производителя. Потребление энергии электрическим сервоприводом снижено до 4 ватт, расход топлива автомобилем с электрическим сервоприводом рулевого управления почти такой же, как у автомобиля без сервопривода. На экономию топлива влияет и пониженный вес электрического сервопривода по сравнению с гидравлическим. Независимость функционирования электрического сервопривода от работы ДВС также означает, что при заглохшем ДВС функционирование электрического сервопривода не прекращается.
От точки зрения производителя использование электрических сервоприводов рулевого управления снижает время на сборку на конвейере, позволяет быстро перепрограммировать характеристики сервоприводов рулевого управления для различных типов автомобилей, например, для спортивного автомобиля или лимузина эта операция не займёт времени больше минуты. Кроме того, повышается надёжность и уменьшается число рекламаций, которые чаще всего связаны с насосами и патрубками. Окружающая среда получает прямые преимущества от уменьшения производства гидравлической жидкости (по оценке производителей на 50 миллионов литров в год), а также не регенерируемых полимеров, используемых в гидравлических патрубках.

Возможности	Выгоды
Независимость от двигателя	Снижение потребляемой мощности двигателя Увеличение экономии топлива и приёмистости Мгновенное включение сервопривода рулевого управления Сервопривод работает даже при заглохшем двигателе
Устранение насосов, патрубков, жидкости, приводных ремней и шкивов	Упрощённая компоновка Сохранение окружающей среды Снижение веса
Модульная конструкция и интегрированный орган управления	Снижение времени сборки Конструктивная и компоновочная гибкость
Использование на транспортных средствах различных типов	Конструктивная и компоновочная гибкость
Возможность перепрограммирования	Широкий спектр обслуживания Перенастройка программного обеспечения непосредственно на транспортном средстве Уменьшение времени настройки параметров от месяцев до часов
Повышенная рентабельность	Изменяемые усилия сервопривода, Возможность амортизации рулевого механизма

В зависимости от размещения электрических сервоприводов, их усилие может быть передано на рулевой механизм следующими способами:

Способ	Расположение сервопривода	Передача усилия
С помощью шестерни	Под приборной панелью на рулевой колонке	Двигатель > червячный привод > вал колонки > вал шестерни
		На входной шестерне рулевой зубчатой рейки	Двигатель > зубчатая передача > вал шестерни
	С помощью зубчатой рейки	На рулевой зубчатой рейке	Двигатель > шариковая винтовая пара > вал зубчатой рейки
		На второй шестерне на рулевой зубчатой рейке	Двигатель > планетарная зубчатая передача > другая шестерня вала > вал зубчатой рейки

Итак, как хорошо Вы водите?

Один из наиболее интересных аспектов управления автомобилем с электрическим сервоприводом рулевого механизма - это возможность производителя настраивать чувствительность системы. Как говорилось выше, спортивный двухместный автомобиль или роскошный седан имеют одинаковые электрические сервоприводы рулевого управления, но с разными настройками программного обеспечения. В тоже самое время на одном и том же автомобиле можно по-разному настроить чувствительность электрического сервопривода рулевого управления в зависимости от различных условий вождения. При таком подходе, поворот руля водителем не всегда приведёт к одинаковому результату. ЭКУ подаст команду на сервопривод, который в зависимости от условий уменьшит усилие или даже направит его в обратную сторону, т.е. будет активно сопротивляться усилиям водителя.
В качестве иллюстрации выше сказанного возьмём, недавно разработанную компанией "Хонда" совсем систему рулевого управления с электрическим сервоприводом, которая оценивает квалификацию водителя и обеспечивает работу сервопривода в зависимости от квалификации водителя. В системе рулевого управления компании "Хонда" устройство оценки квалификации водителя использует информацию, которой её снабдили:

-- Система глобальной навигации и определения положения ;

-- Датчик скорости транспортного средства;

-- Датчик угловой скорости, углового ускорения и момента рулевого колеса;

-- Датчик педали тормоза, который замеряет ход педали, скорость её перемещения и приложенную к ней силу;

-- Датчик педали акселератора, который замеряет ход педали и скорость её перемещения;

-- Датчик угловой скорости рыскания;

-- Датчик дорожного трения.

Дорожное трение определяется с помощью анализа звука шин, производимого ими по дороге. Он определяет также, является ли дорога сухой, влажной, снежной или ледяной. Несмотря на то, что система глобальной навигации и определения положения, а также датчик угловой скорости рыскания включены в патент устройства оценки квалификации водителя компании "Хонда", её представители заявляют, что устройство может эффективно функционировать и без них.
Устройство оценки квалификации водителя анализирует фактическую траекторию транспортного средства и сравнивает её с вычисленной траекторией. Используя этот анализ и размеры колесной базы транспортного средства, расстояния передних и задних колес от центра тяжести транспортного средства, а также другие параметры устройство оценивает квалификацию водителя по пятибалльной системе от "очень хорошо" до "совсем недостаточно". Очень хороший водитель вознагражден очень небольшим сопротивлением силы сервопривода (водитель получает то, о чем он или она просит), в то время как водителю с совсем недостаточной квалификацией будет запрещено быстро крутить рулём на высокой скорости.
Согласно концепции компании "Хонда", "квалифицированный водитель" получает в свои руки поворотливое транспортное средство и может его вести, делая самые затейливые манёвры. Наоборот, "водителю с совсем недостаточной квалификацией" система рулевого управления не позволит рискованные манёвры, защищая транспортное средство от неумелого вождения.
А теперь ответьте на вопрос: "что случится, когда перед капотом автомобиля, который ведёт "водитель с совсем недостаточной квалификацией", внезапно на дорогу выскочит ребёнок?" Компания "Хонда" готовит ответ, разрабатывая свой новое рулевое управление с электрическим сервоприводом и электронным управлением.

Комментарии: 1, последний от 30/12/2017.
Размещен: 31/08/2007, изменен: 14/07/2008. 88k. Статистика.
Сборник рассказов: Изобретательство

Связаться с программистом сайта.
Новые книги авторов СИ, вышедшие из печати:
О.Болдырева "Крадуш. Чужие души" М.Николаев "Вторжение на Землю"
Как попасть в этoт список

Кожевенное мастерство | Сайт "Художники" | Доска об'явлений "Книги"