Переваги використання електронних систем керування Протягом тривалого періоду часу єдиним електронним вузлом в автомобілі, крім радіоприймача, була система запалювання. Першим вузлом, на який почали встановлювати електронні системи керування, був двигун. Необхідність такого впровадження пояснювалось посиленням вимог щодо екологічної чистоти вихлопу і необхідністю спрощення обслуговування автомобіля. Крім того, цьому сприяло швидке здешевлення мікропроцесорної техніки. Тому застосування електронних систем управління впорскуванням і запалюванням палива стало набирати таку популярність. Електронне керування бензиновим двигуном надає ряд переваг при експлуатації автомобіля: 1. Зменшення забруднення навколишнього середовища вихлопними газами. У вихлопних газах містяться залишки вуглеводневого палива (СН), окис вуглецю (СО), двоокис вуглецю ( 2 СО ), оксиди азоту N0, азот (N). Розглянемо, як ці речовини впливають на навколишнє середовище. Окис вуглецю – отруйний газ, котрий, вступаючи в легенях людини в реакцію з киснем, викликає сильне отруєння (можливий летальний результат). Рівень СО у вихлопних газах вимірюється у відсотках і не повинен перевищувати 1,5-3%. Двоокис вуглецю 2 СО – результат з'єднання вуглецю, котрий міститься у паливі, з киснем повітря. Допустимий вміст 12...15%. Високі показники свідчать про гарну роботу двигуна. Однак підвищення концентрації 2 СО в атмосфері сприяє розвитку парникового ефекту. У камері згоряння двигуна також утворюється група оксидів азоту, що позначаються xNО . Оксид азоту N0 – безбарвний газ без смаку і запаху, володіє токсичною дією на організм людини, вражаючи дихальні шляхи. Двоокис азоту 2 NО – рудуватий газ з кислим їдким запахом, слабко токсичний. Оксиди азоту x NО формуються в камері згоряння двигуна при температурі вище 1370 °С або при великому тиску. При з'єднанні окисів азоту з вуглеводнем СН в атмосфері під впливом сонячних променів утворюється фотохімічний смог, шкідливий для органів дихання людини. До збільшення концентрації СН і x NО у вихлопних газах призводять неоптимальні значення кута випередження запалювання. Точні значення кута випередження запалювання для всіх режимів роботи двигуна можливо задати тільки за допомогою електронної системи управління. 2. Зменшення споживання палива. Економія палива в двигунах з електронним управлінням досягається за рахунок його більш точного дозування у всіх режимах роботи і відключення подачі палива, коли це припустимо, наприклад, при гальмуванні двигуном. Збіднення горючої ППсуміші з метою економії палива призводить до необхідності збільшування кута випередження запалювання, тому що бідна суміш горить повільно, але при цьому зростає токсичність вихлопних газів. Управління кутом випередження запалювання здійснюється електронною автоматикою шляхом компромісу між кількістю споживаного палива й кількістю токсичних речовин у вихлопних газах за складними алгоритмами. Арк. Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 3. Діагностика електронного блоку управління (ЕБУ) ЕБУ у фоновому режимі постійно контролює справність підключених до комп'ютера датчиків і виконавчих механізмів, а також справність систем, вихід з ладу яких веде до збільшення забруднення навколишнього середовища. Засоби керування робочими процесами автомобільного двигуна Електронна система управління двигуном виконує ряд задач, необхідних для нормального функціонування двигуна: 1. Визначення необхідної кількості палива. Маса палива, що подається в двигун зв’язана з масою повітря і необхідним значенням коефіцієнта надлишку повітря. Маса повітря може бути виражена через його об’єм і густину. Густина повітря визначається за його тиском і температурою у впускному колекторі за допомогою відповідних датчиків. В найпростішому випадку об’єм повітря розраховується за кількістю обертів двигуна за хвилину. Об’єм залежить від положення клапана системи рециркуляції вихлопних газів. У датчиках витрати повітря з вимірювальною заслінкою за відхиленнями заслінки визначають безпосередньо об'єм повітря. Для визначення щільності повітря у впускному колекторі встановлюються датчики температури і тиску. Визначивши необхідну масу палива контролер за відомою продуктивністю форсунок обчислює для них базові значення часу включення. Для того щоб маса палива, яке подається через форсунки, залежала тільки від тривалості їх включення, в рампі форсунок відносно впускного колектора спеціальним регулятором підтримується постійний тиск палива. Базові значення тривалості включення форсунок контролер корегує залежно від режиму роботи двигуна. У двигунах з розподіленим впорскуванням залежно від складності та новизни системи управління, подача палива виконується наступним чином: - всі форсунки вмикаються одночасно один раз за один оберт колінчатого валу; - форсунки вмикаюьтся групами, наприклад, парами для 4-циліндрового двигуна, один раз за 4 такти. Групи керуються окремо; - форсунки керуються незалежно, тобто подача палива на відповідному такті впуску ПП-суміші в кожен циліндр регулюється індивідуально. 2. Управління кутом випередження запалювання. Правильне визначення поточного значення кута випередження запалювання оптимізує крутний момент на валу двигуна, мінімізує вміст токсичних речовин у вихлопних газах, зменшує витрату палива, покращує їздові характеристики, виключає детонацію Базові значення для визначення кута випередження запалювання, залежно від навантаження і обертів двигуна, закладені в постійну пам'ять контролера. Їх отримують під час експериментальних досліджень двигуна, що розробляється, на стендовому динамометрі. Базові значення корегуються в залежності від режиму роботи двигуна: перегрів, прискорення, включення системи рециркуляції вихлопних газів і т. д. У деяких системах, змінюючи кут випередження запалювання, стабілізують оберти холостого ходу і регулюють оберти двигуна при перемиканні Арк. Змн. Арк. № докум. Підпис Дата швидкостей в автоматичній коробці перемикання передач. У сучасних системах запалювання первинний струм котушки запалювання регулюється часом її підключення до напруги живлення. ЕБУ визначає тривалість часового інтервалу підключення по калібрувальних діаграмах, що містяться в постійній пам'яті, і, залежно від обертів двигуна і напруги бортової мережі, виконує корегування. Робота ключа (комутатора запалювання) синхронізується так, щоб необхідного значення струму первинної обмотки котушки запалювання досягати безпосередньо перед моментом іскроутворення. Значення кута випередження запалювання, що забезпечують найбільш ефективну роботу двигуна, близькі до граничних, на яких виникає детонація. При виявленні детонації датчиком детонації кут випередження запалювання відповідно зменшується. У сучасних системах управління кут випередження запалювання регулюється окремо по циліндрах. Підсумовуючи вищесказане можна зробити висновок, що програма, закладена на заводівиробику в електронну систему керування двигуном – це компроміс між великою кількістю факторів: тягово-швидкісними характеристиками, економічністю, екологічністю, надійністю та довговічністю. Класифікація систем управління АТЗ Система автоматичного керування, як правило, складається з двох основних елементів — об'єкта керування і керуючого пристрою. 1. За метою керування: Системи автоматичного регулювання (за DIN 19226) Система автоматичної стабілізації. Вихідне значення підтримується на постійному рівні (задане значення — константа). Відхилення виникають за рахунок збурень і при запуску системи. Система програмного регулювання. Задані значення змінюються за заздалегідь заданим програмою законом f(t). Поряд з похибками, що зустрічаються в системах автоматичного регулювання, тут також мають місце похибки від інерційності регулятора. Відомо три підвиди програмного керування: Керування за переміщенням. При керуванні за переміщенням сигнал керування подається від програмного пристрою, вихідні величини якого залежать від переміщення або положення рухомих частин керованої установки. Послідовне керування. В такій системі програма послідовного виконання дій зберігається в генераторі програми, який здійснює її покрокове виконання відповідно до стану керованої системи. Ця програма може або безперервно вводитися або ж зчитуватися з перфокарт, магнітних стрічок чи інших елементів зберігання інформації. Керування за часом. При керуванні за часом задаючі величини поступають від програмного пристрою, оснащеного генератором часу. Таким чином, характерною ознакою системи керування за часом є генерація керуючих дій, що задаються програмним пристроєм, у часі. Як генератор програми може використовуватися: кулачковий вал, копір, перфострічка, електронний контролер. Арк. Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Слідкуюча система керування. Вхідний вплив невідомий наперед. Він визначається тільки в процесі функціонування системи. Похибки дуже сильно залежать від виду функції f(t). Системи екстремального регулювання Здатні підтримувати екстремальне значення деякого параметра (наприклад мінімальне або максимальне), що характеризує якість функціонування об'єкта. Критерієм якості, який зазвичай називають цільовою функцією,показником екстремуму або екстремальною характеристикою, може бути або безпосередньо вимірювана фізична величина (наприклад, температура, струм, напруга, вологість, тиск), або ККД, продуктивність та ін. Адаптивні системи автоматичного керування Служать для забезпечення бажаної якості процесу при широкому діапазоні характеристик зміни об'єктів керування і збурень. 2. За видом руху інформації в керуючому пристрої Замкнуті САК У замкнутих системах автоматичного регулювання керуючий вплив формується в безпосередній залежності від керованої величини. Зв'язок входу системи з його виходом називається зворотним зв'язком. Сигнал зворотного зв'язку віднімається від задаючого впливу. Такий зворотний зв'язок називається від'ємним. Розімкнені САК Сутність принципу розімкнутого управління полягає в жорстко заданій програмі керування. Тобто керування здійснюється «наосліп», без контролю результату, ґрунтуючись лише на закладеній в САУ моделі керованого об'єкта. Приклади таких систем: таймер, блок керування світлофора, автоматична система поливу газону, автоматична пральна машина тощо У свою чергу розрізняють: Розімкнені за задаючим впливом Розімкнені за збурюючим впливом За формою представлення інформації (DIN 19237) Аналогове керування. При цьому виді керування обробляються аналогові сигнали. Їх обробка здійснюється безперервно функціональними елементами системи. Цифрове (дискретне) керування. При цьому виді керування обробляються цифрові сигнали. Інформація представляється у цифровій формі. Функціональними елементами є лічильники, регістри, елементи пам'яті, лічильні пристрої і т. д. Двійкове керування. При цьому виді керування обробляються двійкові сигнали, які не є складовою частиною інформації, представленою у цифровій формі. Арк. Змн. Арк. № докум. Підпис Дата За видом обробки сигналів (DIN 19237) Синхронне керування. Керування, при якому обробка сигналів синхронізована з тактовим імпульсом. Асинхронне керування. Керування, здійснюване без тактових імпульсів, при якому зміна вихідних сигналів відбувається тільки за рахунок перемикання вхідних сигналів. Логічне керування. Керування, при якому поле значень вхідних сигналів формує певне поле значень вихідних сигналів на основі зв'язків, виражених в термінах Булевої алгебри. Послідовне керування. Керування з примусовим покроковим процесом, при якому перемикання програми від кроку до кроку залежить від певних умов, виконуваних у ході процесу. Алгоритм програми такого керування може мати переходи, петлі, розгалуження і т. д. Послідовне керування поділяється на дві підгрупи: Послідовне керування за часом та керування, при якому умови перемикання залежать тільки від часу. Для здійснення цього виду керування використовуються реле часу, лічильники часу або задаючі вали з постійною швидкістю обертання. Послідовне керування за станом процесу. Послідовне керування, при якому умова подальшого перемикання залежить тільки від сигналів, що поступають від керованої системи. Структура та склад мікропроцесорних систем керування АТЗ 1. Призначення та класифікація систем керування Автомобільні системи керування призначені для реалізації оптимізуючого алгоритму по керуванню агрегатами та вузлами автотранспортного засобу (АТЗ) в автоматичному режимі. Процес оптимізації виконується на основі аналізу інформаційних параметрів, що змінюються під час експлуатації АТЗ, та здійснюється за одним або декількома оптимізуючими критеріями за допомогою програмно – апаратних засобів. Системи керування можна класифікувати за трьома основними ознаками: -за призначенням або об’єктом керування; -за гнучкістю реалізації оптимізуючого алгоритму; -за способом реалізації системи, що визначає рівень її влаштування (рис. 1). Розглянемо об’єкти АТЗ, для керування якими використовуються мікропроцесорні (МП) системи керування, та визначимо інформаційні параметри і критерії оптимізації. В сучасних автомобілях використовується кондиціонер, який керується за допомогою мікропроцесорної системи. Параметрами, що сприймаються системою як інформаційні, є температура та вологість повітря в салоні автомобіля. Критерієм оптимізації режимів функціонування кондиціонера є підтримка постійного значення цих параметрів на рівні, сприятливому для організму людини. Додатково ця система відслідковує рівень напруги бортової мережі, який свідчить про стан акумуляторної батареї та системи електропостачання в цілому. Якщо електричне навантаження за рахунок підключення кондиціонера стає надлишковим (заважає роботі основних агрегатів та систем ДВЗ), система керування вимикає кондиціонер та повідомляє про це водія. Арк. Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Протиугонна система (імобілайзер) є складовою частиною МП системи керування ДВЗ. Система функціонує так. Ключ запалювання являє собою мініатюрний приймально-передаючий пристрій з пасивним джерелом живлення (транспондер), в якому зберігається код дозволу. Такий же код є в пам’яті МП системи керування ДВЗ. Під час запуску двигуна система ідентифікує коди. Якщо порівняння кодів виявляє несанкціонований доступ, імобілайзер вимикає живлення основних підсистем ДВЗ (системи запалювання, системи паливопостачання) в середовищі електронного блоку керування (ЕБК), до складу якого входить МП. У сучасних системах імобілайзера передбачено зміну кодів дозволу після кожного вмикання замка запалювання. Система зчеплення має задовольняти таким вимогам. По-перше, забезпечувати максимальну швидкість вмикання зчеплення незалежно від частоти обертання колінчастого валу. По-друге, виконувати монотонне підвищення моменту, що передається зчепленням під час підвищення частоти обертання двигуна. При цьому на режимі неробочого ходу система має повністю від’єднати зчеплення, а після підвищення частоти до заданого значення навпаки, забезпечити блокування зчеплення, щоб виключити його пробуксовку. По-третє, передбачити можливість зміни характеру залежності моменту, що передається зчепленням, від частоти обертання колінчастого валу, якщо втручається водій. По-четверте, забезпечувати малу тривалість (менше за 1,5 с) блокування зчеплення після находження команди на її виконання. Швидкість вмикання зчеплення після вмикання передач має визначатися режимом руху автомобіля та навантаженням двигуна. Арк. Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Таким чином у системі зчеплення як інформаційні розглядаються параметри: частота обертання колінчастого валу, команди водія, швидкість руху автомобіля, навантаження двигуна. Вихідною функцією, що підлягає оптимізації, є величина моменту, який передається зчепленням. Для системи керування коробкою передач також використовуються перелічені інформаційні параметри, але функція перетворення полягає в оптимізації швидкісної передачі, а саме у забезпеченні системою певного співвідношення, в залежності від режимів руху автомобіля. До того ж система має виключати помилкове втручання водія у ручному режимі керування. Антиблокувальна система (АБС) призначена для забезпечення оптимального процесу гальмування автомобіля. Оптимізації підлягає гальмівний момент колеса, що утворюється гальмівною системою. В якості інформаційних параметрів використовується кутова швидкість обертання колеса та реальна швидкість руху автомобіля. Критерієм оцінки ефективності гальмування є коефіцієнт зчеплення колеса з поверхнею дороги. Система керування підвіскою забезпечує оптимальне функціонування (реакцію) її елементів при різних режимах руху та навантаженнях автомобіля в залежності від якості дорожнього полотна. Об’єктами керування системи є пружні елементи (ресори) та демпфіруючі пристрої (амортизатори). У перших можна регулювати жорсткість та рівень установки, у других – рівень дисипативної сили, що поглинається амортизатором. Системою вирішуються такі завдання: -зменшення амплітуди коливань кузова при русі автомобіля (мінімізація вібрацій); -усунення осідання кузова при прискореннях; -підтримка постійного рівня кузова відносно поверхні дороги (стабілізація положення). Для виконання цих завдань використовується інформаційні сигнали від датчиків швидкості руху; положення керма; гальмування (прискорення); положення селектора коробки передач; положення дросельної заслінки; положення кузова відносно осі колеса. Круіз-системи дозволяють оптимізувати в автоматичному режимі швидкість руху автомобіля за різними критеріями: -мінімізація експлуатаційних витрат (витрати палива, зношення покришок коліс); -мінімізація часу руху до пункту призначення; -комбіновані критерії типу вартість – ефективність. Об’єктом керування в цих системах є педаль акселератора або безпосередньо дросельна заслінка чи паливні форсунки. Для здійснення визначеного алгоритму керування швидкістю руху автомобіля система повинна сприймати інформаційні сигнали від датчиків: частоти обертання колінчастого валу; фази та тривалості упорскування палива; положення селектора коробки передач; положення дросельної заслінки; швидкості руху автомобіля. Найбільша увага приділяється питанням, пов’язаним з розробкою систем керування ДВЗ, які у загальному випадку являють собою комбіновані системи керування запалюванням, подачею палива, газорозподілом, впуском повітря, рециркуляцією вихлопних газів, ступеню тиску у робочих об’ємах. Як критерії оптимізації вихідних параметрів двигуна обираються: мінімізація токсичності Арк. Змн. Арк. № докум. Підпис Дата відпрацьованих газів та витрат палива при забезпеченні максимальної потужності на валу двигуна в залежності від умов та режимів експлуатації. Для вирішення цих завдань необхідно оптимізувати структурні параметри кожної робочої системи ДВЗ. Система запалювання забезпечує якість спалаху паливної суміші та ефективність перетворення хімічної енергії палива у теплову енергію спалаху. У цій системі з боку керування оптимізації підлягають два параметра – енергія іскрового розряду та момент запалювання. Система паливоподачі відповідає за якість паливної суміші і в результаті визначає якість її згорання. Параметрами, що оптимізуються за допомогою МП системи, є тривалість та момент упорскування палива в циліндри, що в свою чергу визначає співвідношення повітря/паливо робочої суміші. До того ж система має забезпечувати необхідну температуру складових робочої суміші – повітря та палива. Система газорозподілу керує впускними та випускними клапанами циліндрів та визначає ефективність перетворення теплової енергії спалаху робочої суміші в механічну енергію двигуна. Як параметри керування (що оптимізуються) розглядаються тривалість та фаза випуску вихлопних газів циліндра. Додатково система може оптимізувати кількість необхідних робочих циліндрів з метою економії палива та поліпшувати пуск двигуна, забезпечуючи зниження енерговитрат за рахунок зміни алгоритму спрацьовування клапанів. Система впуску повітря (турбонаддування, інтеркулер) впливає на якість утворення робочої суміші, забезпечуючи надлишковий тиск повітря на окремих режимах роботи двигуна. Оптимізації підлягає алгоритм та інтенсивність подачі повітря. Система рециркуляції газів впливає на якість згорання робочої суміші, а саме на токсичність газів, що відпрацьовуються двигуном. Керування системою полягає у поверненні частки газів з випускної труби у впускну. На визначених режимах роботи двигуна така рециркуляція дозволяє значно знизити концентрацію шкідливих речовин у відпрацьованих газах. Природно, що в цій системі критерієм оптимізації є мінімізація шкідливих викидів двигуна. Система керування ступенем стиску в циліндрах дозволяє значно підвищити ефективну потужність двигуна шляхом зміни об’єму камери згорання за рахунок керування положенням головки циліндрів відносно корпуса двигуна. В даному випадку оптимізується безпосередньо потужність двигуна, яка необхідна на визначених експлуатаційних режимах. Як наслідок, така оптимізація приводить до економії палива. Система утилізації випаровувань бензину поліпшує екологічні та паливоекономічні показники ДВЗ. Випаровування палива, що надходять з паливного баку, абсорбуються у вугільному фільтрі. За командами з ЕБК, фільтр відчиняється і паливо всмоктується у впускний колектор як додаткове для збагачення паливної суміші на потужнісних режимах. За основний інформаційний сигнал у таких системах приймається сигнал датчика кисню. Для керування переліченими системами ДВЗ потрібна інформація про стан двигуна, якість палива та експлуатаційні умови руху автомобіля. До таких інформаційних параметрів слід віднести: швидкість обертання та положення колінчастого валу; навантаження двигуна; температурний стан двигуна, палива та Арк. Змн. Арк. № докум. Підпис Дата повітря; швидкість руху автомобіля; зовнішній атмосферний тиск та тиск в робочих об’ємах двигуна. Щодо гнучкості керування, розрізняють системи, які мають жорсткий алгоритм функціонування (розімкнуті системи) та замкнуті системи, алгоритм функціонування яких визначається (корегується) на підставі аналізу вихідного параметра об’єкта керування. У розімкнутих системах в якості інформаційних використовується тільки структурні параметри об’єкта керування. На підставі структурних параметрів формується оптимальний сигнал керування об’єктом. У замкнутих системах за інформаційний додатково обирається вихідний параметр об’єкта керування, що підлягає оптимізації. Гнучкі системи є більш переважними, оскільки дозволяють уникнути похибки керування яка виникає від непередбачених збуджуючих факторів. Як приклад розглянемо систему керування ДВЗ з датчиком детонації. Наявність детонаційного процесу є вихідним параметром при оцінці ефективності функціонування ДВЗ. Якщо детонація виникає, сигнал вихідного датчика (датчика детонації) втручається в алгоритм формування сигналу, який забезпечує оптимальний кут випередження запалювання на основі первинних (структурних) інформаційних сигналів. Система керування в цьому випадку зменшує кут випередження та усуває детонацію. Причинами виникнення детонації можуть бути непередбачені пошкодження систем подачі палива, запалювання, газорозподілу, циліндра поршневої групи та неякісне паливо. Аналогічно функціонує система керування ДВЗ з датчиком кисню. В цьому разі за вихідний параметр ДВЗ обирається хімічний склад відпрацьованих газів. Слід додати, що деякі системи керування залежно від функціонального призначення можуть бути виконані тільки як замкнуті. Наприклад в круіз-системах підтримки постійної швидкості руху автомобіля за вихідний параметр та параметр керування сприймається швидкість руху автомобіля, а як збуджуючі фактори розглядаються зміна профілю дорожнього полотна, аеродинамічний опір повітря та інші дестабілізуючі фактори. За способом реалізації та рівнем влаштування розрізняють системи керування, що складаються тільки з механічних пристроїв, та електричні системи керування. У свою чергу електричні системи можуть складатися тільки з електромеханічних пристроїв та кінцевих вимикачів (електромеханічні системи), а можуть мати електронний блок керування (ЕБК) в якому виконується перетворювання сигналів інформаційних датчиків у сигнал керування виконавчим пристроєм (електронні системи). Основним атрибутом МП систем керування, який визначає їх перевагу перед іншими електронними системами, є наявність електронного постійно запам’ятовуючого пристрою (ПЗП) та можливість оперування інформаційними сигналами у цифровому вигляді. 2. Структура та склад мікропроцесорних систем керування АТЗ Автомобільні МП системи керування являють собою мехатронні системи, складовими яких є об’єкт керування, датчики вимірювальної інформації, виконавчі пристрої, електронний блок керування (рис.2.). Як об’єкти керування розглядаються механічні системи автомобіля: двигун, гальма, трансмісія, ходова частина та інші. Датчики утворюють вхідні електричні сигнали (структурні параметри), які характеризують миттєвий стан об’єкта керування. Вимірювальна інформація від Арк. Змн. Арк. № докум. Підпис Дата датчиків надходить в ЕБК, в якому відбувається їх обробка та аналіз. ЕБК на підставі сигналів датчиків та інформації, що міститься у пам’яті МП, формує сигнали керування Y. Керування об’єктом здійснюється безпосередньо за допомогою виконавчих пристроїв (ВП), які перетворюють електричні сигнали керування на силові електричні, механічні та температурні впливи. Датчики вимірювальної інформації можна класифікувати за різними ознаками: за призначенням або функцією перетворення; принципом дії чутливого елементу та способом реалізації (особливістю влаштування, видом сигналу, особливістю конструкції). Перш за все назва датчика визначає його застосування. Наприклад, датчик масової витрати повітря дозволяє вимірювати безпосередньо кількість повітря (призначення), термоанемометричний (принцип дії), мехатронний (особливість влаштування), стаціонарний (особливість конструкції), має вмонтований аналоговоцифровий перетворювач (вид сигналу). Арк. Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Керування гальмівної системи і рульове керування автомобіля Сучасний автомобіль є джерелом підвищеної небезпеки. Постійне зростання потужності та швидкості автомобіля, велика щільність руху автомобільних потоків значно збільшує імовірність аварійної ситуації. Безпека транспортного засобу включає комплекс конструктивних і експлуатаційних властивостей, що знижують ймовірність виникнення ДТП, тяжкість їх наслідків і негативний вплив на навколишнє середовище. Розрізняють активну, пасивну, післяаварійну та екологічну безпеку транспортного засобу. Системи активної безпеки Система "водій – автомобіль" має активну безпеку – властивості, що знижують імовірність виникнення небезпечних дорожньо-транспортних ситуацій та ДТП, дозволяють водієві впевнено керувати автомобілем, розганятися і гальмувати з необхідною інтенсивністю та здійснювати маневри без значних витрат фізичних сил. Суть функцій активної безпеки полягає у відповідності тягової та гальмівної динаміки дорожнім умовам, а також у надійному функціонуванні автомобіля і водія. Безумовно, дві найважливіші речі, що забезпечують безпеку в автомобілі, не основані на високотехнологічних компонентах: це гарна гума й думаючий і уважний водій. Але ніхто не застрахований від помилок, тому автомобільні компанії пропонують безліч різноманітних розв'язків, що допомагають упоратися з непростою ситуацією на дорозі й тим самим запобігти дорожньо- транспортному випадку. У кожній компанії технології можуть називатися по- різному, але принцип роботи й функції в основному схожі. До систем активної безпеки (САБ) належать ті електронні системи автомобіля, що безпосередньо впливають на підвищення безпеки руху. До найбільш поширених із САБ належать такі: – системи електронного гальмування (антиблокувальна, протибуксувувальна, курсової стійкості, розподілу гальмівних зусиль, екстреного гальмування, допомоги при спуску та підйомі тощо); – системи адаптивного круїз-контролю та з функцією Stop & Go; – системи попередження зіткнення та паркування; – системи моніторингу смуги руху; – системи контролю тиску у шинах; – системи керування фарами; – системи колового огляду; – системи нічного бачення; – системи розпізнавання дорожніх знаків; – системи комунікації між автомобілями; – системи контролю стану водія. Конструктори автомобільної техніки постійно впроваджують усе нові й нові засоби для підвищення безпеки руху на базі досягнень сучасної мікроелектроніки та комп'ютерної техніки. У перспективі – перехід на автоматичне керування транспортними засобами як більш надійне, порівняно з можливостями людини. Арк. Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Основу сучасних засобів активної безпеки складають гальмівні системи із засобами автоматизації керування гальмами. Початково вони базуються на антиблокувальних системах гальм, а далі на їх основі додавилась значна кількість функцій у напрямі забезпечення активної безпеки. Антиблокувальна система гальм (АБС). АБС призначена для підвищення бокової стійкості транспортного засобу, його керованості та попередження блокування коліс при гальмуванні. При екстреному гальмуванні автомобіля можливе блокування одного або декількох коліс. Заблоковане колесо перестає сприймати бокові сили, що утримують автомобіль на заданій траєкторії, проковзує та автомобіль втрачає керованість, а при появі будь-якої бокової інерційної сили починається його занос. При багатьох ситуаціях водій не може своєчасно оцінити всі складові процесу гальмування (якість дорожнього полотна, його стан, швидкість, знос протекторів тощо) і керування та прийняття оптимального рішення при дефіциті часу. Тому, починаючи з 70-х років, почали впроваджуватись системи, які забезпечували керування окремими колесами автомобіля при гальмуванні. 1978 року фірма Бош упровадила вперше на автомобілях моделі Mercedes- Benz 450 SEL антиблокувальну систему (АБС, ABS – Antilock Brake System), яка забезпечувала керування тиском на гальмівних колодках з метою попередження блокування коліс. Антиблокувальна система не зменшує тривалість гальмівного зусилля, а підвищує ефективність гальмування на різному дорожньому покритті. Система АБС вставляється у штатну систему гальм без зміни у її конструкції, а лише додаванням ряду елементів Арк. Змн. Арк. № докум. Підпис Дата На осі кожного колеса біля гальмівного диска (Brake Disc) установлюється зубчастий диск 12 (Gear Pulser), навпроти якого закріплюються колісні індуктивні датчики 11 (Wheel Sensors). Електронний блок 9, отримуючи інформацію про обертання коліс, у випадку блокування якогось із них при гальмуванні починає імпульсно скидати тиск у гідросистемі. Рідина з гальмівного циліндра 10 через відкритий клапан 8 надходить у гідроакумулятора 5. Для запобігання раптового повного скидання тиску перемикання клапанів 7, 8 відбувається із частотою у 4-17 Гц. Як тільки тиск упав до рівня, коли колесо знову починає обертатись, електронний блок знімає свою команду, клапани перемикаються – 7 відкривається, а 8 – закривається, знову подається тиск на гідроциліндри гальм відповідно до дій водія. Насос 6 створює у гальмівній системі постійний надлишковий тиск. У своєму розвитку системи АБС пройшли шлях у декілька поколінь – від одноконтурних систем із загальним модулятором до двох, трьох контурних з індивідуальним модулятором на кожному із коліс, що дозволяє отримати оптимальний гальмівний момент з урахуванням дорожніх умов під колесом. Дослідно встановлено, що гальмівний шлях автомобіля з АБС на 15-20 % коротший, а знос покришок на 5-7 % менше, порівняно з автомобілями без АБС. На сьогодні гальмівна система без АБС за європейськими нормативами вважається аварійною. Поряд з використанням АБС на автомобілях стали застосовувати протибуксувальні системи (ПБС, EDS, DTC – Dynamic Traction Control), які при тяговому режимі руху перешкоджають пробуксовуванню ведучих коліс автомобіля. У системі реалізовано дві функції – електронне блокування диференціала (EDS) і керування крутним моментом двигуна. Принцип дії системи EDS оснований на автоматичному підгальмовуванні колеса, що буксує. ПБС часто встановлюються у комбінації з АБС, що дозволяє прискорити процес розгону, а також підвищити прохідність на м'яких фунтах і слизьких дорогах. АБС доповнюється модулятором ПБС, який має два циліндри, увімкнених у гідромагістралі, що з'єднують головний гальмовий циліндр через модулятор АБС із колісними циліндрами. Усередині циліндрів модулятора розташовані плаваючі поршні із центральними клапанами. Останні з'єднують вхідну й вихідну магістралі циліндра. Поршні керуються за допомогою трипозиційних електромагнітних і двопозиційних дроселюючих клапанів. При гальмуванні автомобіля рідина безперешкодно проходить через циліндри модулятора до задніх колісних циліндрів. При цьому інше ведуче колесо, що перебуває на дорожньому покритті з гарними зчіпними характеристиками, може сприймати більший крутний момент. У результаті, як і при блокуванні диференціала, збільшується сумарна сила тяги, автомобіль може рушати з місця й розганятися з більшим прискоренням, крім того, система за необхідності зменшує подачу палива до двигуна та обмежує загальну тягову силу на ведучих колесах. Арк. Змн. Арк. № докум. Підпис Дата До переваг ПБС належать: – збільшення сили тяги й підвищення стійкості автомобіля при рушенні з місця, розгоні й русі на слизькій дорозі та збільшення прохідності по м'яких ґрунтах, зменшення зношування шин; – зменшення навантажень у трансмісії при різкій зміні коефіцієнта зчеплення; – зниження витрати палива, особливо за зимових умов; – зниження стомлюваності водія. В автомобілях багатьох фірм упроваджуються й інші корисні системи для підвищення якості гальмування, такі як: – система електронного розподілу гальмівних сил (PTC, EBD – Electronic Brake Force Distribution, DBC – Dynamic Brake Control); – система керування обертальним моментом двигуна (КОД, MSR – MotorSchleppmoment-Regelung). Система КОД попереджає блокування ведучих коліс, яке можливе при різкому відпусканні педалі газу або при різкому гальмуванні на передачі. Свою функцію система реалізує через керування паливним насосом високого тиску дизельних двигунів; – система контролю тяги для спуску з крутих і слизьких схилів – СКТ (Hill Descent Control – HDC). СКТ працює шляхом "придушення" двигуна та пригальмовуванням коліс з підтриманням швидкості у межах 7 км/год; – система контролю підйому вгору – СПГ (Hill Start Assist – HAS, Hill Assist Control – НАС). Система призначена для керування при рушанні автомобіля на крутому підйомі за рахунок утримання його декілька секунд після того, як відпущена педаль гальм. Це дозволяє водію плавно натиснути на педаль газу і при цьому не скотитись вниз. Реалізується система на базі існуючих у системі АБС засобів і додаткової функції у програмі; – система попередження перевертання – СПП (Active Roll Mitigation – ARM, Roll Stability Control – RSC). Система попередження перевертання спрацьовує при різкому вимушеному маневрі, коли виникає загроза перевертання автомобіля. У цьому випадку СПП негайно зменшує потужність двигуна та пригальмовує одне або декілька коліс настільки, щоб зберегти стійкість; – автоматичне ручне гальмо – АРГ (Handbrake with Automatic Hold – HAH) – утримує автомобіль на похилій поверхні та попереджує скочування автомобіля при початку руху. Вмикання реалізується спеціальною кнопкою, яка вмикає режим СПГ. Електронна система стабілізації траєкторії руху автомобіля – ESP. Насамперед варто зазначити, що дана система у кожного виробника може називатися по різному і мати різні скорочені форми – ESC, VDC, VSC, DSC, DSTC,ATTS. Незалежно від того, як вона називається, суть незмінна. Основне завдання даної системи полягає в тому, щоб контролювати поперечну динаміку машини, запобігати зрив в занос і бічне ковзання, тобто зберігати курсову стійкість, траєкторію руху і стабілізувати положення автомобіля в процесі виконання маневрів, особливо це важливо при їзді на високій швидкості. Арк. Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Система стабілізації працює під контролем спеціального блоку управління. Різні датчики відстежують напрямок руху машину в залежності від положення керма і педалі акселератора, комп’ютер отримує від датчиків інформацію про бічних прискореннях і орієнтації заносу. В результаті при виникненні небезпечної ситуації, коли водій втрачає контроль над машиною, в роботу вступає система ESP. Курс напрямки руху коригується шляхом пригальмовування обох коліс по правому або лівому борту одного переднього або заднього. Залежно від ступеня ризику занесення система може самостійно вирішити, яке з коліс має пригальмувати. Так само система ESP може обмежити подачу палива в інжектор. Сам процес спрацьовування системи відбувається дуже швидко і ледь помітно. Основний принцип роботи ESP заснований на тому, щоб боротися з занесенням машини не тільки кермом і педалей акселератора, але і гальмуванням одного або декількох коліс. Якщо машину зносить передньою віссю, система пригальмовує внутрішнє по відношенню до повороту заднє колесо, надаючи автомобілю надлишкову обертальність. Коли виникає загроза занесення, пригальмовується зовнішнє переднє колесо. Якщо відбувається знесення всіх чотирьох коліс ESP обчислює, яке з них і в який момент пригальмувати. Разом з гальмуванням система скидає і обороти двигуна. Таким чином, використовуючи виконавчі механізми ABS і ASR, система здатна пригальмовувати кожне колесо окремо. Дана робота системи досить складна і тому ESP недостатньо тільки датчиків ABS, автомобіль оснащується додатковими датчиками. Один з них повідомляє систему про те, в яку сторону і з якою швидкістю обертається рульове колесо. Ще два повідомляють системі про кут повороту машини і рівні бічних прискорень. Сукупність показання всіх цих датчиків дозволяють моментально обчислити, що відбувається з автомобілем, і привести в дію виконавчі механізми. Система спрацьовує завжди, у всіх режимах руху: при розгоні, гальмуванні, русі накато. Алгоритм спрацьовування системи залежить від кожної конкретної ситуації і типу приводу автомобіля. В автомобілях, обладнаних АКПП з електронним управлінням, система ESP здатна навіть коригувати роботу трансмісії, тобто перемикатися на нижчу передачу. Контрольні питання 1. Пояснити, які переваги надає механізмам, системам і автомобілю в цілому використання в їх складі електронних систем керування 2. Описати засоби керування робочими прецесами автомобільного двигуна 3. Навести класифікацію систем управління АТЗ 4. Описати структуру та склад мікропроцесорних систем керування АТЗ. 5. Навести перелік систем керування гальмівною системою і рульовим керування автомобіля. 6. Описати засоби керування робочими процесами підвіски автомобіля. 7. Навести принципи дії давачів керування АТЗ Арк. Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
