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.
Электрооборудование автомобиля
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.
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:
- Кратковременного действия.
- Длительного действия.
- 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.
Элементы и системы автомобильной электроники
С каждым годом автомобили становятся все безопаснее, экологичнее, дешевле в эксплуатации, а главное надежнее и комфортнее. Такой стремительный прогресс был бы невозможен, если бы в авто не было много различной электроники. Здесь мы рассмотрим решения в этой области и изучим важные нормы, касающиеся двух приоритетных вопросов проектирования автомобильной электроники – ее безопасности и надежности.
Современные автомобили оснащены модулями управления для рабы важнейших устройств и систем, в том числе: привода, безопасности и помощи водителю, оборудования и инженерных систем (дверей, окон, стеклоочистителей, освещения, кондиционирования воздуха) и систем, предоставляющих информацию и развлечения. Функционал и количество драйверов различаются в зависимости от производителя и модели автомобиля, а сам владелец обычно даже не знает что в нем установлен тот или иной модуль, пока он не выйдет из строя.
Также отсутствует стандартизированная номенклатура, а это означает, что названия некоторых модулей иногда неправильно взаимозаменяемы. Примером может служить назначение одной и той же роли контроллерам PCM (модуль управления трансмиссией) и ECM (модуль управления двигателем).
ECM — это модуль управления двигателем, часто также называемый ECU. Его задачей является обеспечение безопасной и эффективной работы мотора, в том числе подбором правильных пропорций топлива и воздуха в смеси и определением соответствующего момента ее воспламенения. ECM дополняется TCM (Transmission Control Module), отвечающим за управление работой автоматической коробки передач.
В основном ECM и TCM представляют собой отдельные блоки с собственным процессором и памятью. Большую часть времени они действуют независимо обмениваясь информацией только тогда, когда ситуация требует их сотрудничества. Причем модуль PCM координирует работу обоих этих драйверов.
Датчики ECM и TCM
Модули управления двигателем и автоматической коробкой передач работают с несколькими датчиками. Примером может служить датчик положения коленчатого вала, который является одним из наиболее важных источников информации для ECM. Он измеряет угловое положение коленвала, позволяя рассчитать скорость его вращения.
На основе его значения стабилизируется работа двигателя на холостом ходу, удаляются пары топлива из бака, контролируется работа впускного коллектора и работа системы изменения фаз газораспределения. Обычно датчик положения коленвала представляет собой индуктивный или датчик Холла, который работает в сочетании с измерительной шкалой.
Информация полученная от датчика дополняется результатами датчика Холла, измеряющего положение распределительного вала. При определении подходящей дозы топлива модуль управления двигателем опирается на данные потенциометрического датчика, измеряющего угол открытия дроссельной заслонки. Другим важным измерительным элементом является лямбда-зонд.
По его показаниям создается топливно-воздушная смесь оптимального состава, при котором уровень выброса вредных соединений в атмосферу наименьший. Это должна быть стехиометрическая смесь с 14,7 кг воздуха на каждый килограмм сожженного топлива. Тогда отношение воздуха к топливу, обозначаемое буквой “лямбда”, равно 1.
Более высокое значение соответствует обедненной смеси с избытком воздуха и недостаточным количеством топлива. Значение ниже 1 указывает на богатую смесь с недостаточным количеством воздуха и слишком большим количеством топлива. Зонд помещается в выхлопной канал. Это трубка, измерительная часть которой изготовлена из диоксида циркония. Характерной особенностью этого твердого электролита является то, что при температуре выше примерно +300°С он проницаем для ионов кислорода.
Трубка с обеих сторон покрыта тонким пористым слоем платины, выполняющим роль электрода. Поток ионов генерирует напряжение и чем больше кислорода в выхлопных газах, тем оно ниже, и наоборот, малое количество ионов кислорода создает более высокое напряжение. Часто используются несколько лямбда-зондов. Их обычно нагревают, чтобы они быстрее достигли рабочей температуры.
ECM также опирается на показания датчиков контролирующих параметры всасываемого воздуха. Один из них представляет собой массовый расходомер, расположенный во впускной трубе между воздушным фильтром и впускным коллектором. Там же установлен датчик температуры воздуха, обычно резистивный.
На основании информации о количестве и температуре всасываемого воздуха блок управления двигателем регулирует состав топливовоздушной смеси и угол опережения зажигания. Если эти датчики повреждены – двигатель запускается с трудом, а расход топлива увеличивается. Датчик сопротивления также измеряет температуру охлаждающей жидкости и косвенно температуру двигателя.
К блоку двигателя прикреплен пьезоэлектрический датчик измеряющий амплитуду его колебаний. Таким образом выявляется нежелательный стук, возникающий, например, в случае некачественного топлива, чрезмерной нагрузки на двигатель, перегрева, выхода из строя свечи зажигания. Кроме того, обедненная топливно-воздушная смесь и преждевременное зажигание способствуют неконтролируемому сгоранию.
Поэтому для предотвращения детонации контроллер ЭСУД на основе показаний этого датчика регулирует состав смеси таким образом, чтобы компенсировать нехватку топлива или уменьшить угол опережения зажигания. Поскольку модуль управления двигателем может различать в каком цилиндре происходит неконтролируемое сгорание, достаточно одного пьезоэлектрического датчика.
Модуль TCM подбирает правильное передаточное отношение к заданной скорости по показаниям датчика, измеряющего скорость вращения вала на выходе из коробки передач. В случае выхода из строя этого датчика следует ожидать увеличения расхода топлива и сокращения срока службы компонентов коробки передач.
Классификация систем безопасности
Автомобильные системы безопасности можно условно разделить на: активные и пассивные. Они должны предотвратить ДТП, предупредив водителя о возможности возникновения опасной ситуации или облегчив ему сохранение контроля над автомобилем. Системы пассивной безопасности направлены на снижение травм, вызванных аварией, если она все же происходит.
- К первой группе относятся следующие системы: ABS (Anti-lock Braking System), предотвращающая блокировку колес при торможении, ACC (Adaptive Cruise Control) — круиз-контроль с автоматическим регулированием скорости в зависимости от дорожной ситуации, поддерживающий безопасную дистанцию до автомобилей спереди, ESC (Electronic Stability Control) — электронная система контроля устойчивости, BLIS (Blind Spot Information System) – информирующая о наличии других транспортных средств в слепой зоне, LDW (Lane Departure Warning) – предупреждающая о выезде с дорожной полосы, AEB (Automatic Emergency Braking) – система экстренного торможения, NVS (система ночного видения) – поддерживающая водителя при движении в темное время суток, RSR (система распознавания дорожных знаков) и TPMS (система контроля давления в шинах), контролирующая давление воздуха.
- В свою очередь, к категориям пассивных систем безопасности относятся системы, контролирующие работу подушек безопасности и ремней безопасности, защищающие от повреждения шейных позвонков при ударе, CSS (Child Safety System) и PPS (Pedestrian Protection System), снижение тяжести травм, возникающих при ДТП у детей и прохожих. Далее представляем работу систем активной и пассивной безопасности на примере TMPS, контролирующих подушек безопасности и PPS.
Давление в шинах следует контролировать по соображениям безопасности и эксплуатации. Это связано с тем, что шина может лопнуть. В этом случае водитель теряет контроль над автомобилем и может стать причиной аварии. Кроме того, слишком низкое давление в шинах способствует повышенному расходу топлива. Шины также изнашиваются быстрее. Поэтому уже несколько лет системы TMPS являются обязательными. Они бывают двух категорий: прямые и непрямые системы.
В первой датчики используются также другими системами, обычно датчиками скорости вращения колес, на которых основаны измерения системы ABS. В этом случае принимается во внимание тот факт, что шина, в которой упало давление, быстрее вращается в результате уменьшения наружного диаметра и, следовательно, изменения ее окружности качения.
Преимуществом такого подхода является простота и дешевизна реализации, ведь не нужно добавлять новые элементы, а только модифицировать программное обеспечение системы ABS. Слабой стороной косвенных систем TMPS является их низкая точность. Обычно они сигнализируют о проблеме только когда давление в колесах падает на несколько десятков процентов, ведь будь они более чувствительными, то стали бы источником необоснованных тревог, реагируя даже на небольшое изменение скорости вращения колес вызванное изменением типа дорожного покрытия.
Водитель также никогда не имеет точной информации о текущем давлении в шинах. Если она снижается одинаково во всех колесах, косвенная система TMPS может даже не обнаружить ее, но в случае неравномерного износа шин может сработать ложная тревога. Альтернативой являются прямые системы.
Они основаны на показаниях датчиков давления установленных в каждой шине. Датчики питаются от батареек и оснащены антенной через которую они передают результаты измерений на контроллер.
Системы прямого контроля давления в шинах работают точнее и быстрее косвенных. В то же время они имеют ряд существенных ограничений: необходимость периодической замены аккумулятора, что обычно предполагает покупку нового датчика и перенастройку системы в случае её замены или замены шин.
Системы подушек безопасности
Автомобили начали оснащаться первыми системами подушек безопасности лет 40 назад. С тех пор были разработаны их различные варианты.
- Основные из них – подушки безопасности на руле для защиты водителя и в приборной панели для защиты переднего пассажира, задача которых защитить голову и грудь в случае лобового столкновения. Кроме них в авто есть боковые и головные подушки безопасности. Последние иначе известны как воздушные завесы.
- Боковые подушки безопасности защищают верхнюю часть туловища и таз водителя и переднего пассажира в случае бокового столкновения. Поэтому они устанавливаются на внешнем крае спинок сидений.
- Воздушные завесы, напротив, расположены в потолке над боковыми окнами с обеих сторон автомобиля. Их работа заключается в защите головы водителя, пассажира на переднем сиденье и людей, занимающих крайние задние сиденья, в случае бокового удара. Также они надуваются в случае лобового удара под углом. Кроме того, подушки безопасности предотвращают выскальзывание и полное выпадение водителя и пассажиров из боковых окон при ударе и в случае опрокидывания машины.
В настоящее время подушки безопасности входят в стандартную комплектацию автомобилей. Такие системы безопасности обычно состоят из контроллера и датчиков, установленных в контроллере или в различных частях авто. К наиболее важным задачам контроллера относятся: анализ данных с датчиков, распознавание того произошедшего события требующего надувания, активация системы которая надувает подушку безопасности и самодиагностика. Драйверы и датчики для систем подушек безопасности в автомобилях предлагаются ведущими производителями электронных компонентов.
Примером может служить блок управления подушками безопасности Bosch. На основе данных гироскопов, датчиков давления и акселерометров она распознает задние, боковые и лобовые столкновения и фиксирует опрокидывание автомобиля. Точность обнаружения аварии повышена по сравнению с контроллерами предыдущих поколений благодаря внедрению нового алгоритма, анализирующего параметры поглощения кинетической энергии при ударе. Датчики занятости сидений являются дополнительным источником информации, помогающим выбрать настройки безопасности в соответствии с весом, размером и положением тел пассажиров, а также предотвратить ненужное надувание в случае аварии, если сиденье пустует.
Блок управления подушками безопасности считывает данные со встроенных и периферийных датчиков через системную шину и PSI5 (интерфейс периферийных датчиков). На их основе активируется система срабатывания подушек безопасности и зажим натяжителя ремня безопасности, посылается сигнал в топливную систему на прекращение подачи топлива и в систему привода на торможение авто и автоматически информируется система eCall – оповещение экстренных служб об аварии.
Он также включает визуальные и звуковые оповещения о сбое безопасности. Данные о ходе аварии сохраняются в памяти контроллера. Контроллеры Bosch доступны в нескольких версиях с разным функционалом и ценой.
Самая дешевая версия отвечает только основным требованиям по защите пассажиров. Они поддерживают до 16 контуров управления и взаимодействуют с 6 периферийными датчиками. Они предназначены для сегмента недорогих автомобилей. Base и plus поддерживают до 32 контуров управления и работают с 12 датчиками через интерфейс PSI5.
В них встроены датчики определяющие переворачивание автомобиля. В версии плюс доступны дополнительные гироскопы и акселерометры. ISU (Integrated Safety Unit) поддерживает до 48 контуров управления, а через PSI5 можно подключить до 18 датчиков. Как и в плюсовых контроллерах в версии ISU интегрированы дополнительные датчики.
Система защиты пешеходов
Среди пострадавших в ДТП с участием автотранспорта пешеходы и велосипедисты также составляют большую группу. Поэтому в автомобилях, помимо решений повышающих безопасность водителей и пассажиров, реализованы системы PPS (Pedestrian Protection System). Их задача – уменьшить масштабы травм людей, сбитых автомобилем. Это особенно касается травм головы в результате удара о капот, переднюю стойку или лобовое стекло, которые обычно наиболее серьезны в таких ситуациях.
В области реализации систем защиты пешеходов используются различные подходы. Обычно их непременным элементом служит встроенный в передний бампер автомобиля датчик давления или акселерометр. Капот слегка приподнимается при обнаружении наезда на пешехода.
При этом между более мягким кожухом и массивным блоком двигателя создается больший зазор, поглощающий энергию удара и смягчающий последствия аварии. Расширением этого решения является установка подушки безопасности под капот авто. Она запускается из прорези при наезде на пешехода, заполняя подкапотное пространство и закрывая часть лобового стекла и боковых стоек.
В дополнение к рассмотренным датчикам, компонентами систем активной и пассивной безопасности в автомобилях являются: ультразвуковые, радарные датчики и камеры. Что касается последних, то те, что установлены в передней части автомобиля, передают информацию, например, следующим системам: LDW (предупреждение о выходе из полосы движения), PD (обнаружение пешеходов) или PCAM (предотвращение/смягчение последствий столкновений с пешеходами), RSR (дорожная система распознавание знаков) и FCW (предупреждение о лобовом столкновении).
Камеры в авто и их применение
Задача – не допустить непреднамеренного выезда водителя за пределы полосы движения. Для этого на изображении снятом камерами, обнаруживаются линии на дороге. Если они пересечены, система LDW посылает предупреждающий сигнал системе рулевого управления, в результате чего происходит автоматическая коррекция колеи. А системы RSR, работая с камерами в передней части автомобиля, распознают проезжающие мимо дорожные знаки.
PCAM дополняет систему пассивной защиты пешеходов. Задача — распознавать пешеходов и велосипедистов среди объектов движущихся перед автомобилем и предотвращать столкновения с ними. Это намного сложнее чем просто обнаружение автомобилей или других крупных объектов на изображении с камеры. Обычно PCAM использует радарный датчик в дополнение к регистратору изображения.
Эти датчики контролируют пространство в нескольких метрах перед транспортным средством, выполняя различные роли — радар обнаруживает объекты и следит за расстоянием до них с учетом скорости автомобиля, а камера предоставляет информацию системе распознавания изображений, которая определяет тип объекта на основе его высоты, размера и характера движения.
Например, чтобы считаться велосипедистом, он должен различать контуры велосипеда и частей тела человека, сидящего на нем, и сопоставлять их движения с шаблоном, который описывает движения во время езды на велосипеде. Также прогнозируется их возможный дальнейший путь. Если они находятся на пути столкновения с автомобилем, активируются звуковая сигнализация и тормоз.
Здесь стоит упомянуть о конкуренции радаров, которые представляют собой сканеры LiDAR (Light Detection And Ranging). Они излучают цепочки лазерных импульсов в направлении тестируемого объекта с частотой сотни тысяч раз в секунду. Расстояние между сканером и объектом рассчитывается путем измерения времени от отправки им до получения отраженного света. Таким образом создаются облака точек, соответствующие измеренным расстояниям во всех направлениях. Это позволяет составить компьютерную трехмерную карту окрестностей. Преимущество сканеров LiDAR перед радарами связано с их гораздо более высоким разрешением.
Что такое модуль BCM
BCM (модуль управления кузовом) часто является частью PCM. Это системы для управления коммунальными установками и повышения комфорта вождения. Среди функций BCM — адаптивное управление наружным освещением.
Управляемые таким образом фары излучают луч света с параметрами (длина, форма), которые автоматически адаптируются к условиям движения, встречных автомобилей с противоположного направления, пешеходов, животных или погоды.
Реализация такого функционала стала возможной благодаря оснащению автомобилей камерами установленными в передней части авто, которые следят за движением на дороге и ее окружением. Вторым обязательным элементом такой системы являются матричные светодиодные фары.
Когда камера обнаруживает встречные автомобили или движущийся впереди автомобиль, соответствующие светодиодные модули автоматически выключаются. Это позволяет избежать ослепления других водителей своими огнями. Кроме того, другими возможными вариантами использования адаптивного освещения являются: усиление света при обнаружении дорожных знаков, освещение пешеходов прожектором или регулировка луча в зависимости от погодных условий и типа поверхности.
В настоящее время максимальное разрешение матричных рефлекторов составляет несколько десятков световых точек. Ведутся работы по увеличению его до нескольких сотен тысяч световых точек, что станет возможным благодаря использованию лазеров.
Информация и развлечения
Ожидания от автомобилей растут не только с точки зрения безопасности и комфорта вождения, но все чаще и с точки зрения дополнительных ощущений, что обеспечивают интегрированные информационно-развлекательные системы.
Это программно-аппаратные решения, обеспечивающие водителей и пассажиров автомобиля аудио-видеоданными, несущими информационный контент, например о текущей дорожной ситуации (погода, пробки, аварии поблизости) и развлекательные (радио, телевидение, доступ к социальным сетям). Связь является важным элементом этих систем, известных как IVI (In Vehicle Infotainment).
Связь с внешним миром изнутри автомобиля повышает безопасность дорожного движения и предоставляет водителям доступ к различным сервисам, не только информативно-развлекательным, но и полезным. Примером может служить возможность удаленного управления домашней автоматикой — есть, например, приложения для удаленного включения и выключения отопления по дороге в доме и сигнализация после въезда автомобиля в гараж.
Примером решения направленного на повышение безопасности является eCall — система быстрого автоматического оповещения экстренных служб об авариях. С развитием сотовых сетей 5G обязательно будут развиваться новые приложения для связи между автомобилями, ими и элементами дорожной инфраструктуры.
Безопасность и надежность
Высокие требования к безопасности и безотказности вынуждают использовать специальные решения в области компонентов и систем автомобильной электроники. Первые должны соответствовать строгим стандартам устойчивости к суровым условиям работы, поскольку в автомобилях электронные компоненты подвергаются воздействию экстремальных температур, вызванных погодными условиями и контактом с нагревательными элементами системы привода, а также вибрациями и ударами. Стандарты в этой области разработаны Советом автомобильной электроники (AEC).
Он была основан в 90-х годах по инициативе производителей автомобилей, которые в то время из-за бума потребительской электроники перестали быть в центре интереса поставщиков электронных компонентов. По этой причине предложение более дешевых компонентов с качеством, подходящим для нужд устройств бытовой электроники, было намного богаче, а тех, которые по стандарту требуются в автомобилях, стало не хватать. AEC должна была исправить это, разработав спецификации, которые помогут отличать компоненты для тяжелых условий эксплуатации от других. Результатом является набор глобальных обязательных стандартов.
Классификация по стандартам AEC
Первым документом разработанным Советом по автомобильной электронике в 1994 году, стал стандарт AEC Q100. Там стандартизированы испытания интегральных микросхем на прочность. В последующие годы также были подготовлены руководства по проведению этого типа испытаний дискретных полупроводниковых компонентов (AEC Q101) и пассивных компонентов (AEC Q200). В этих документах было предложено деление на классы.
Например в AEC Q100 микросхемы разделены на группы по диапазону рабочих температур: 0 (от -40°С до +150°С), 1 (от -40°С до +125°С), 2 (-40°С). С до +105°С) и 3 (от -40°С до +85°С). Стандарт AEC Q200 разделен на пять групп. В первую, с самым широким диапазоном рабочих температур (-50°С…+150°С), входят компоненты с самой большой сферой применения — их можно монтировать в любом месте автомобиля.
По крайней мере этим требованиям должны соответствовать резисторы SMD на керамической подложке и керамические конденсаторы с диэлектриком X8R. Более узкий диапазон (-40°С…+125°С) относится к танталовым и керамическим конденсаторам, термисторам, кварцевым резонаторам, катушкам, резисторам, трансформаторам и варисторам, устанавливаемым под капотом автомобиля.
Требования не ниже третьего класса (-40°С…+105°С) распространяются на алюминиевые электролитические конденсаторы, устанавливаемые в кабине в местах перегрева, и четвертого класса (-40°С…+85°С). ) – R/RC сети, дроссели, фольговые и перестраиваемые конденсаторы, которые можно установить в салоне. В четвертую группу, с наиболее узким температурным диапазоном (0°С…+70°С), входят элементы для использования вне авто.
Функциональная безопасность
К электронным компонентам и схемам автомобилей также предъявляются требования по обеспечению функциональной безопасности. Руководящие принципы в своей области для автомобильной промышленности включены в ISO 26262. Функциональная безопасность определяется там как отсутствие неоправданного риска, возникающего в результате опасностей, вызванных неисправностью электронных или электрических схем авто.
Для этого необходимо применять подход, основанный на оценке риска, на протяжении всего жизненного цикла компонента/системы, от проектирования до производства и эксплуатации. Во-первых, определить риск, поскольку предпринятые меры и предупредительные действия зависят от УПБА (уровня полноты безопасности автомобилей), присвоенного предмету анализа. Следует рассмотреть потенциальные сценарии риска безопасности. Примеры включают отказ тормозов и ненужное раскрытие подушки безопасности. Далее необходимо определить цели безопасности.
Например, в случае с дверью автомобиля, она может быть открыта или закрыта, в зависимости от того что более уместно. В случае возгорания автомобиля необходимо как можно скорее открыть двери чтобы пассажиры могли выйти из авто. Но во время движения их нельзя случайно открывать. Уровни УПБА дополнительно присваиваются целям безопасности.
ISO 26262 предусматривает 4 уровня полноты безопасности. Это: ASIL A, ASIL B, ASIL C и ASIL D. Первый из них оказывает наименьшее влияние на здоровье человека, поэтому такие компоненты не требуют или требуют лишь минимальных мер по снижению риска. В свою очередь, отказ компонентов ASIL D может представлять угрозу для здоровья или жизни, поэтому необходимы соответствующие меры по снижению риска.
Степень полноты безопасности определяется на основе трех параметров. К ним относятся: вероятность того что отказ компонента приведет к опасной для здоровья или жизни ситуации (воздействие, E), степень в которой водитель может предотвратить это (управляемость, C), и уровень риска (серьезность, S). Для каждой комбинации индексов E, C и S был назначен уровень ASIL. Его можно найти в таблице стандарта ISO 26262.
Итоги материала
Будущее рынка автомобильной электроники во многом зависит от того, в каком направлении они будут развиваться и будут ли популяризированы два типа транспортных средств — электрические и, в более отдаленной перспективе, автономные. В случае обоих типов автомобилей количество электронных компонентов и систем будет значительно больше, чем в обычных.
Правда их будущее, несмотря на большие ожидания, неопределенно – электромобилей из-за дороговизны и относительно небольшого пробега и малой доступности зарядных станций, а автономных автомобилей из-за низкого доверия пользователей.
Как работают электрические системы?
08.10.2018 Электрическая схема ВАЗ 2109
Общий принцип электрической схемы
Электрическая система автомобиля является замкнутой цепью с независимым источником питания (батареей 12 В). Автомобиль функционирует на некоторой части мощности аккумулятора, остальную электроэнергию поставляет генератор. Аккумулятор создает стартовый импульс – раскручивает коленвал, генератор. Генератор продуцирует искру и двигатель запускается. Вращающийся вал создает на генераторе переменный ток, который выпрямляется и питает всю систему, в том числе аккумулятор.
Ток течет по проводникам от батареи к питаемым компонентам, после чего возвращается к батарее через корпус машины. К корпусу подключается заземление – толстый и наиболее важный участок кабеля. Такой тип схемы называется системой возврата земли, любая ее часть, соединенная с кузовом автомобиля, называется заземленной.
Сила тока измеряется в амперах (А); некий аналог «давления» тока называют напряжением и измеряется в вольтах (В). По сути напряжение – некая численная характеристика, которой можно измерить («пощупать») напряженность электрического поля. Современные автомобили имеют 12-вольтовую батарею. Его мощность измеряется в амперах/ часах. Аккумулятор емкостью 56 ампер / час должен обеспечивать ток 1 ампер в течение 56 часов или 2 ампера в течение 28 часов.
Если напряжение батареи падает, протекающий ток уменьшается, и, в конечном итоге, становится недостаточным, для работы некоторых электрических компонентов. Пример: не заводится мотор, фары горят тускло и пр.
Ток, напряжение и сопротивление (Ампер, Вольт и Ом)
Степень, с которой проволока (проводник) сопротивляется потоку тока, называется сопротивлением и измеряется в омах. Тонкие провода проводят электричество легче, чем толстые, потому что в тонком проводнике требуется меньше электронов для прохождения.
Энергия электромагнитного поля при прохождении тока через проводник преобразуется в тепло. Это можно наблюдать в лампочке, которая греется при подключении. Обращали внимание на то, как нагреваются фары? Провода в электрической схеме вашего автомобиля тоже могут нагреваться, а, если что-то пошло не так – даже плавиться.
Замена проводки моторного отсека:
Поэтому компонент с высоким потреблением тока не должен подключаться с помощью слишком тонких проводов, это приводит к тому, что-либо провода перегреваются либо выгорает предохранитель. Предохранитель – это участок с тонким проводом, он нужен для того, чтобы взять на себя «удар» и не допустить перегорание жизненно-важных проводников.
Все электрические единицы измерения взаимосвязаны: Напряжение 1 Вольт вызывается током в 1 Ампер, который протекает через проводник сопротивлением 1 Ом. Например, лампочка с сопротивлением 3 Ом в 12-вольтовой системе потребляет 4 ампера. Это означает, что он должен быть подключен с помощью достаточно толстых проводов, иначе через него не сможет пройти 4 Ампера.
Часто потребляемая мощность компонента указывается в Ваттах. Ватт – это перемноженные между собой напряжение и сила тока. Лампа в примере, описанном выше, потребляет 48 Вт.
Система заземления
Полярность
Электричество течет от батареи только в одном направлении, а некоторые компоненты работают, если «плюс» подключен к «плюсу», а «минус» к «минусу». Это касается всех полупроводниковых и индукционных элементов – катушки, стартер, генератор, диоды, транзисторы и пр.
Принятие такого одностороннего потока называется полярностью . На большинстве автомобилей отрицательная клемма аккумулятора заземлена, а положительная (+) отправляется в электрическую схему.
Это называется отрицательной заземленной системой, и при покупке электрического аксессуара (магнитола, например) всегда следует проверять подходит ли он для системы вашего автомобиля. Установка радио с неправильной полярностью повредит устройство, но большинство автомобильных радиоприемников имеют внешний переключатель для установки полярности в соответствии с характеристиками автомобиля. Перед установкой выберете правильную настройку.
Короткие замыкания и предохранители
Если используется провод неправильного размера, или если провод поврежден (отсоединен), это может привести к случайному короткому замыканию, которое буквально «пробивает» сопротивление компонента. Ток в проводе может стать опасно высоким, расплавить провод или даже вызвать пожар.
Блок предохранителей ВАЗ 2109
Чтобы предотвратить это, в цепях имеются предохранители. Наиболее распространенным типом предохранителя является короткий тонкий провод, помещенный в жаростойкий кожух, чаще всего – стеклянный маленький стакан.
Размер провода предохранителя является самым тонким во всей электрической системе, его сечение позволяет выдерживать минимальные токи без перегрева. Толщина провода предохранителя позволяет выдерживать только такие скачки напряжения, которые выдержит любой компонент, в том числе полупроводниковый.
Внезапный всплеск большого тока приводит к расплавлению плавкого предохранителя или (если предохранителя нет) к «удару», нарушающему электрическую цепь.
Когда это произойдет, проверьте, имеется ли короткое замыкание или отсоединение, затем установите новый предохранитель с правильным номинальным током. Существует много предохранителей, каждый из которых защищает небольшую группу компонентов, так что один сгоревший предохранитель не отключает всю систему. Многие из них сгруппированы вместе в блоке предохранителей.
Схемы
Схема обычно включает в себя более одного компонента, например, лампочки в системах освещения. Важно понимать, как именно они соединены – параллельно или последовательно.
Например, лампа фары предназначена для обеспечения определенной степени сопротивления, так что она потребляет определенный ток, иначе она попросту не сможет нормально светиться.
Но в цепи есть как минимум две фары. Если бы они были соединены последовательно, электрический ток должен был пройти через одну фару, чтобы добраться до другой. Это означало бы, что если бы одна из фар перегорала, то не светились бы обе. Ток будет сталкиваться с сопротивлением дважды, а двойное сопротивление будет уменьшать вдвое ток, так что лампочки светились бы очень слабо даже при заряженном аккумуляторе. Подключение ламп параллельно позволяет электричеству проходит через каждую лампу только один раз и не зависеть от состояния второй лампы.
Некоторые компоненты должны, наоборот, соединяться последовательно. Например, отправитель в топливном баке меняет свое сопротивление в зависимости от количества топлива и «посылает» небольшой электрический ток в топливный манометр. Эти два компонента соединены последовательно, так что изменяющееся сопротивление в одном датчике будет влиять на положение иглы в другом.
Вспомогательные цепи
Стартер имеет свой собственный толстый кабель, подключенный к нему непосредственно от аккумулятора. Цепь зажигания снабжает свечи импульсом высокого напряжения. Именно от этой простой цепи и зависит работоспособность двигателя. Именно поэтому данный участок изолирован от остальной схемы и функционирует автономно. Все остальные схемы называются вспомогательными цепями.
Большинство из них подключаются через замок зажигания, так что они работают только при включении. Это предотвращает случайное выключение чего-либо, что может привести к разрядке аккумулятора. Однако боковые и задние фары, которые вам могут понадобиться, когда автомобиль стоит на стоянке, всегда могут быть включены независимо от ключа зажигания. Именно поэтому, выходя из авто, следует проверить не забыли ли вы выключить фары. В противном случае, к вашему возвращению вас может ждать автомобиль с полностью разряженным аккумулятором.
При установке дополнительных принадлежностей, таких как обогреватель заднего стекла, который потребляет большой ток, всегда прокладывайте его через ключ зажигания.
Некоторые вспомогательные компоненты могут работать без включения зажигания, достаточно повернуть переключатель в положение «вспомогательное». Радиоприемник обычно подключается именно через него, чтобы его можно было включить при выключенном моторе.
Провода и печатные схемы
Размеры проводов и кабелей классифицируются по максимальному значению силы тока, который они способны безопасно через себя проводить. Безопасно – означает без лишнего нагрева.
Через автомобиль проходит сложная сеть проводов. Чтобы избежать путаницы, каждый провод маркируется своим цветом. Следует помнить, что это актуально только внутри конкретного автомобиля: нет национальной или международной системы цветовой маркировки проводников. Так, к примеру, провод от катушки зажигания в машине ВАЗ может быть помечен как желтый, однако в БМВ он чаще всего оранжевый с черной полосой. Есть определенные традиции, например, зеленый – это «минус», красный – это «плюс», черный – почти всегда «плюс». Однако, это именно традиции, а не правила и доверять при ремонте им не следует.
Большинство справочников и руководств по обслуживанию автомобилей включают в себя схему подключения, в которой разобраться очень непросто. Однако цветовое кодирование является полезным руководством для отслеживания проводки.
Там, где провода проходят бок о бок — они в связке (в пластмассовой или тканевой оболочке). Это позволяет содержать их аккуратными и упрощать процесс замены и установки. Этот пучок проводов растягивается по всей длине автомобиля, при необходимости прокладываются одиночные провода или небольшие группы.
Современным автомобилям часто требуется дополнительное место для большого количества проводов в ограниченном пространстве. Некоторые производители теперь используют печатные схемы вместо пучков, это особо удобно на задней приборной панели.
Печатные схемы — это пластиковые листы, на которых были напечатаны медные дорожки. Компоненты подключаются непосредственно к дорожкам. Некоторые современные автомобили имеют гибкие печатные схемы. Медные дорожки печатаются лентами (шлейфами) на очень гибком пластике, который способен заменить всю систему проводки.
Источник https://electrosam.ru/glavnaja/slabotochnye-seti/oborudovanie/elektrooborudovanie-avtomobilia/
Источник https://2shemi.ru/elementy-i-sistemy-avtomobilnoy-elektroniki/
Источник https://3drive.ru/articles/auto-electric/kak-rabotayut-ehlektricheskie-sistemy
