Компьютеры на колесах: Автомобильная электроника
«Сейчас мы будем учить вас самому интересному, – сказала очаровательная девушка-инструктор из школы водительского мастерства BMW в Зальцбурге, – прохождению поворотов в заносе. Только не забудьте нажать кнопку отключения системы динамического контроля курсовой устойчивости, иначе у вас ничего не получится, электроника не даст проехать поворот как надо».
Александр Грек
Item 1 of 3
1. Система контроля за давлением в шинах 2. Регулировка положения кузова с пневмоприводом 3. Динамическая система контроля управления 4. Электронная регулировка жесткости амортизаторов 5. Электронный стояночный тормоз 6. Цифровая электроника управления двигателем 7. Активный круиз-контроль 8. Система динамической стабилизации 9. Система переключения передач, расположенная на руле
0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Садясь за руль современного автомобиля, большинство водителей даже не представляют, насколько их ощущения от вождения не соответствуют действительности. Вы давите на газ и ощущаете приятное сопротивление педали, вращаете руль — и чувствуете, как проворачиваете колеса, давите на тормоз — и кажется, что именно ваша нога продавливает тормозную жидкость к суппортам, сдавливающим тормозные диски. Однако вы заблуждаетесь — в новейших автомобилях все это делают сервомоторы, управляемые электроникой, а кажущееся сопротивление в руле, рычагах и педалях создают другие сервомоторы. С заносом сражается не мастерство водителя, а специальные компьютерные системы. Они же управляют двигателем, следят за стеклоочистителями, воздухом и температурой в салоне, сцеплением с дорогой, расходом горючего и так далее. Насколько современный автомобиль стал компьютером? Доктор Клаус Бенглер, возглавляющий в компании BMW отдел взаимодействия человека и автомобиля, немного приоткрыл завесу тайны над этой проблемой.
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Автомобильный закон Мура
Уже сейчас до 40% стоимости современного автомобиля определяется электронными компонентами и программным обеспечением. 90% всех нововведений, появляющихся в вашем автомобиле, связаны именно с электронными системами. При создании электронных систем нового автомобиля от 50% до 70% расходов приходится на программное обеспечение. В современных машинах премиум-класса можно насчитать до 70 процессоров, объединенных пятью системными шинами. И процесс развивается лавинообразно.
0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Как заметил доктор Бенглер, на автомобили целиком распространяется знаменитый закон, впервые высказанный основателем компании Intel Гордоном Муром: вычислительная мощность удваивается каждые 18 месяцев. Каждые четыре года оперативная память вашего компьютера увеличивается примерно в десять раз. То же самое происходит и с автомобилем! Единственная разница состоит в том, что автомобили опаздывают от компьютеров примерно на семь лет. Вы только что купили себе домашнюю систему с четвертым Пентиумом? Будьте уверены, через семь лет ваш новый BMW будет с легкостью обсчитывать те же задачи. По существу, современный автомобиль — это тот же компьютер, только на колесах, заметил Бенглер.
0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
О чем думает автомобиль
С компьютерами все ясно — каждая новая версия Doom требует полной замены системы. А автомобилям это зачем? Сначала владельцам авто разонравилось копаться во внутренностях машины, и всю диагностику взяли на себя компьютерные системы. Сегодня автовладелец должен только заливать в машину бензин, масло и стеклоомыватель. В случае неисправности автомобиль сам сообщит вам об этом и подскажет, можно ли самостоятельно доехать до сервиса или пора вызывать эвакуатор. Потом выросли мощность и скорость: в середине прошлого века безопасно управлять на скоростях в 150−200 километров в час могли только профессиональные гонщики, а сейчас это доступно даже старушке-пенсионерке. Вернее, она лишь крутит руль и давит на педаль газа, все остальное делают бортовые компьютеры.
0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
А аварийно-спасательные системы автомобиля в случае аварии будут активно бороться за ее жизнь.
Помимо этих жизненно необходимых систем автомобили стали обзаводиться. как бы помягче сказать? — аксессуарами: вентиляцией и сервоприводами сидений, адаптивными системами освещения салона, телевизорами, игровыми приставками, массажерами В итоге количество дисплеев и управляющих клавиш вплотную приблизилось к оборудованию пилотской кабины. Лучшие умы в автомобильных исследовательских центрах брошены как раз на решение этой проблемы — уже сейчас в разных машинах появились джойстикоподобные системы навигации по информационным дисплеям. Пример — I-Drive у BMW. На стадии испытания находятся системы, способные распознавать жесты, направление взгляда и даже эмоции водителя. Если, например, вам не нравится, как ведет себя ваша машина, вы сможете на нее закричать и замахать руками. Она исправится. И извинится приятным женским голосом. Я сам это пробовал. Пока, правда, ругаться придется на немецком.
0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Без Microsoft не обошлось
В большинстве дорогих автомобилей, не поверите, стоит всем хорошо знакомая операционная система Microsoft Windows — правда, специальная автомобильная версия. Однако не беспокойтесь, ей доверяют исключительно мультимедийные функции, интернет и иногда системы навигации. Так что если в вашем автомобиле вдруг перестала играть музыка, не спешите сразу же ехать в сервис-центр, сначала попробуйте просто заглушить двигатель и вновь завести его — вполне возможно, это был просто программный сбой. А вот жизненно важные функции — управление двигателем, тормозами, рулевым управлением, системами безопасности — обслуживают специализированные отказоустойчивые операционные системы реального времени. Это невидимые герои — их названия мало кому знакомы, но именно они несут ответственность за вашу жизнь.
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.
Полезное: Расчёт цены зарядки электромобиля
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.
НАЖМИТЕ ТУТ И ОТКРОЙТЕ КОММЕНТАРИИ
АВТО +
Электрооборудование автомобиля: приборы освещения,сигнализация,система пуска двигателя,контрольно измерительные приборы.
Nevada 1976 0 комментариев
Современный автомобиль имеет сложную электронную «начинку», которая называется одним общим словом «электрооборудование». Электрооборудование транспортного средства— это его осветительные приборы, механизм запуска двигателя, охрана машины, отопитель и кондиционер и др. Электричество вырабатывается из источников (аккумулятор и генератор) и передается потребителям.
Потребителями тока в системе электрооборудования легковой машины являются: система пуска двигателя, система зажигания автомобиля, система освещения и сигнализации, контрольно-измерительные приборы и дополнительное оборудование, которое у каждого автомобиля может отличаться.
Напомним лишь, что для работы двигателя внутреннего сгорания необходима свеча зажигания, дающая электрическую искру, от которой воспламеняется рабочая смесь в цилиндре (в дизельных двигателях используются свечи накаливания). А появляется эта искра благодаря наличию в автомобиле системы электрооборудования. С остальными потребителями электричества мы познакомимся в данной главе. Другими словами, далее мы узнаем о том, как возникает и используется электрическая энергия современного автомобиля.
ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА
Электрический ток в автомобиле вырабатывается из двух источников: аккумуляторная батарея (аккумулятор) и генератор.
Задача аккумулятора (рис. 4.1) — обеспечить электричеством соответствующее оборудование автомобиля при выключенном моторе, а также при работе двигателя на небольших оборотах. Аккумулятор обычно находится в моторном отсеке на специальной металлической полке, но в некоторых моделях автомобилей он может устанавливаться и в салоне.
Аккумулятор имеет «плюс» и «минус» на соответствующих полюсах. Минусовой полюс соединен с кузовом автомобиля и обеспечивает, как говорят водители, «выход на массу». Плюсовая клемма соединена с электрической цепью автомобиля, по которой и передается электричество.
Аккумуляторная батарея включает в себя шесть отдельных аккумуляторов, находящихся в одном корпусе и последовательно соединенных между собой в единую электрическую сеть. В каждом аккумуляторе протекают электрохимические процессы, в результате которых получается ток напряжением 2 вольта. Нетрудно посчитать, что в общей сложности на полюсах аккумуляторной батареи образуется постоянный ток напряжением 12 вольт (шесть аккумуляторов по два вольта каждый).
Аккумуляторная батарея имеет маркировку установленного образца. Например, маркировка 6СТ-60А расшифровывается так:
□ 6 — количество аккумуляторов в аккумуляторной батарее (для всех легковых автомобилей эта цифра неизменна);
□ СТ — тип аккумуляторной батареи, в данном случае — стартерная, позволяющая запускать двигатель с помощью мощного потребителя электроэнергии (стартера);
□ 60 — емкость аккумуляторной батареи, которая измеряется в ампер-часах (в рассматриваемом примере — 60 ампер-часов);
□ А — обозначение материала, из которого изготовлен корпус аккумуляторной батареи (в рассматриваемом примере — полипропилен).
Чем больше мощности требуется для запуска двигателя, тем большей емкостью должна обладать аккумуляторная батарея. Для стандартных советских «Жигулей» использовались батареи емкостью 55 ампер-часов. А вот для запуска дизельных двигателей такого аккумулятора может не хватить — им необходимо хотя бы 60–65 ампер-часов.
Обычно новый аккумулятор служит в течение 6–7 лет. После этого он подлежит замене, хотя иногда можно продлить срок его службы путем периодической подзарядки с помощью специального зарядного устройства.
Генератор (рис. 4.2) представляет собой источник электрического тока, обеспечивающий электричеством всех потребителей при работе двигателя на больших и средних оборотах. Кроме этого, важнейшей функцией генератора является подзарядка аккумуляторной батареи (тоже при работающем двигателе). Без генератора новый аккумулятор очень быстро разрядится и его использование станет невозможным.
В электрическую цепь автомобиля генератор подключается параллельно аккумуляторной батарее. Следовательно, снабжать потребителей электрическим током и заряжать аккумулятор он будет только тогда, когда напряжение, которое он вырабатывает, будет больше напряжения, выдаваемого аккумуляторной батареей. Это происходит тогда, когда мотор автомобиля работает на оборотах выше холостых: ведь напряжение электрического тока, который производится генератором, напрямую зависит от скорости вращения ротора генератора, имеющего привод от двигателя.
Следует отметить, что иногда напряжение вырабатываемого генератором электрического тока может быть больше, чем необходимо. Для предотвращения такой ситуации в автомобиле используется специальный прибор, который называется регулятор напряжения. Этот прибор функционирует в паре с генератором, ограничивая напряжение производимого им тока и регулирование его в районе 13,6-14,2 вольта. Регулятор напряжения может быть вмонтирован в генератор, а может располагаться в моторном отсеке отдельно от генератора.
Для крепления генератора на двигателе имеется специально предназначенный кронштейн. Генератор имеет привод от коленчатого вала двигателя посредством ременной передачи. На многих машинах с помощью одного ремня создается привод от коленвала на генератор, постоянно работающий вентилятор и на водяной насос (помпу), т. е. все эти агрегаты работают как бы в одной связке, хотя и выполняют совершенно разные функции. Однако это не обязательно — часто генератор имеет отдельный приводной ремень. В любом случае, нужно периодически проверять натяжение ремня и при необходимости регулировать его путем отклонения корпуса генератора. Помните, что недостаточно натянутый ремень, во-первых, издает при работе неприятные свистящие и скрипящие звуки, а во-вторых — быстро выходит из строя.
На панели приборов любого автомобиля обязательно имеется красная лампочка заряда аккумуляторной батареи. Она всегда загорается при включении зажигания и гаснет после запуска двигателя. Если же при работающем двигателе лампочка не погасла — это свидетельствует о проблемах в системе электропитания (вероятно, вышел из строя генератор).
ПРИБОРЫ ОСВЕЩЕНИЯ И СИГНАЛИЗАЦИИ
Приборы освещения предназначены для обозначения габаритов транспортного средства при движении в темное время суток и в условиях недостаточной видимости, а также для освещения дороги и внутренних помещений автомобиля (моторный отсек, салон, багажник). Приборами освещения являются фары (блок-фары), лампы освещения номерного знака, лампы освещения салона, лампа освещения багажника, лампа освещения моторного отсека (подкапотного пространства) и задние фонари.
Блок-фара (рис. 4.3) состоит из корпуса, рассеивателя и отражателя. Внутри корпуса находится лампа, вставленная в гнездо, которая может работать в двух режимах: ближний свет фар и дальний свет фар. Ближний или дальний свет включается с помощью находящегося в салоне переключателя. Также внутри блок-фары имеется лампочка габаритного огня, которая предназначена для обозначения габаритов автомобиля при наличии такой необходимости (для включения габаритов также имеется тумблер).
Современные блок-фары часто содержат также лампочку указателя поворота, но она может располагаться и отдельно — здесь все зависит от конкретной модели автомобиля.
Задние фонари (рис. 4.4) в современных машинах также, как правило, выполняются в одном корпусе.
Задний фонарь включает в себя:
□ лампы стоп-сигналов (включаются автоматически при нажатии водителем педали тормоза, и выключаются при отпущенной педали);
□ лампы заднего хода (загораются автоматически при включении водителем задней передачи, и гаснут при ее выключении);
Указатели поворотов водитель включает и выключает с помощью специального переключателя, который обычно находится на рулевой колонке. Все одновременно указатели поворотов работают при включении водителем аварийной сигнализации (для этого предназначена специальная кнопка). Порядок применения аварийной световой сигнализации регламентируется действующими ПДД.
Звуковой сигнал — это прибор сигнализации, предназначенный для звукового оповещения других участников дорожного движения о грозящей опасности. Он приводится в действие нажатием специальной кнопки или клавиши, расположенной, как правило, на рулевом колесе. Порядок применения звукового сигнала прописан в ПДД.
СИСТЕМА ПУСКА ДВИГАТЕЛЯ
Для включения двигателя предназначена система пуска двигателя, состоящая из замка зажигания, стартера с тяговым реле, механизма привода стартера и реле включения стартера.
Запуск двигателя осуществляется с помощью стартера (рис. 4.5).
Этот прибор представляет собой электрический двигатель постоянного тока. Когда водитель поворачивает в замке зажигания ключ в положение «Запуск», то электрический ток через реле подается от аккумуляторной батареи на обмотки стартера. В результате срабатывает тяговое реле, специальная шестерня стартера входит в зацепление с маховиком двигателя и проворачивает его. Поскольку зажигание уже включено, то двигатель заводится и начинает работать.
Отметим, что стартер используется исключительно для запуска двигателя; все остальное время этот прибор «отдыхает». Процесс работы стартера можно условно разделить на три ключевых этапа.
Вначале специальная шестерня, расположенная на валу якоря стартера, входит в зацепление с зубчатым венцом маховика двигателя (это возможно благодаря механизму привода). Визуально это можно представить следующим образом: возьмите две шестерни, одна из которых будет иллюстрировать зубчатый венец маховика, а другая — шестерню стартера, и введите их в зацепление. Если провернуть «шестерню стартера», то непременно провернется и «зубчатый венец маховика».
Далее вал стартера вместе с шестерней, зацепившейся с маховиком, начинает вращаться, в результате чего маховик проворачивается, а следовательно — проворачивается и коленчатый вал двигателя, после чего тот запускается.
Затем, когда водитель завел двигатель и отпустил ключ в замке зажигания, выключив стартер (ключ в положении «Запуск» можно удержать только силой, поскольку он автоматически возвращается обратно), шестерня стартера выходит из зацепления в сторону (зубья шестерни останутся на том же уровне, но только в стороне). В таком положении она находится все время, когда двигатель работает или выключен, и входит в зацепление с маховиком только тогда, когда водитель повернет ключ зажигания в положение «Запуск».
Помни об этом.
Сразу после запуска двигателя необходимо выключить стартер, отпустив ключ в замке зажигания. Принудительное удержание ключа при работающем двигателе в положении «Запуск» может быстро вывести стартер из строя: тяжелый вращающийся венец маховика как минимум просто «перемелет» шестерню стартера. Не исключено, что стартер получит и другие повреждения (сгорит тяговое реле и др.). По этой же причине ни в коем случае нельзя включать стартер при работающем двигателе.
При правильном использовании стартер является довольно надежным прибором, который может служить на протяжении всего срока эксплуатации автомобиля.
КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ
Для оперативного информирования водителя о состоянии важных узлов и агрегатов автомобиля, текущем скоростном режиме, наличии топлива, количестве пройденного пути и прочих важных факторах в автомобиле предназначены контрольно-измерительные приборы (сокращенно КИП). КИП располагаются в месте, удобном для взгляда водителя, а именно — на панели приборов (приборном щитке), находящейся сразу за рулевым колесом (рис. 4.6).
Типичная панель приборов содержит контрольные лампы, одометр (счетчик пробега, причем отдельно для общего и суточного пробега), датчик температуры охлаждающей жидкости, спидометр, датчик уровня топлива и указатель оборотов работы двигателя (тахометр). Также панель приборов может включать в себя и другие КИП — это зависит от модели автомобиля.
Это должен знать каждый.
Для всех КИП действует общее правило: при работающем моторе ни в коем случае не допускается свечение любой красной лампочки (индикатора) либо нахождение стрелки любого указателя в красном секторе. Такие показания КИП информируют водителя о наличии серьезных неполадок в соответствующем агрегате, и до их устранения эксплуатировать автомобиль нельзя.
Контрольные лампы предоставляют водителю сведения о текущем состоянии систем, узлов и агрегатов. В частности при включении зажигания загораются красные лампы зарядки аккумулятора и давления масла — они должны погаснуть после запуска двигателя. Если автомобиль стоит на «ручнике», то на панели приборов при включенном зажигании будет гореть соответствующая красная лампочка, которая погаснет только после отключения стояночной тормозной системы.
При включении ближнего или дальнего света фар на приборном щитке зажигаются лампы, соответственно, зеленого и синего цветов. Когда водитель включает указатель поворота или «аварийку», на панели приборов начинает мигать соответствующий индикатор, что сопровождается характерными звуковыми щелчками.
Тахометр (рис. 4.7) показывает, какое количество оборотов в минуту совершает коленвал двигателя при текущем режиме работы. Обычно оно измеряется в тысячах, поэтому циферблат содержит цифры 1, 2, 3 и т. д., и когда стрелка указывает на какую-то цифру, следует умножать ее на 1000.
Датчик уровня топлива (рис. 4.8) информирует водителя о количестве топлива, имеющегося в топливном баке в данный момент. Когда топлива остается слишком мало, стрелка приближается к красному сектору, а во многих машинах при этом дополнительно загорается соответствующая лампа (иногда она выглядит как бензоколонка). Не стоит игнорировать тревожные показания датчика — в противном случае вы рискуете заглохнуть на дороге из-за отсутствия топлива в топливном баке.
Одометр показывает количество пройденных автомобилем километров, причем в современных машинах отдельные счетчики предназначены для общего и для суточного (или за любой произвольный интервал времени) пробега.
Спидометр (рис. 4.9) — это прибор, который информирует водителя о текущем скоростном режиме (попросту говоря, с какой скоростью в данный момент движется автомобиль). Показания данного прибора исключительно важны для выбора правильной скорости и для предотвращения нарушения скоростного режима, установленного на данном участке дороги действующими Правилами дорожного движения.
Датчик температуры охлаждающей жидкости (см. рис. 4.8) информирует водителя о том, нормально ли функционирует система охлаждения двигателя. Ранее мы уже говорили, что рабочая температура охлаждающей жидкости должна находиться в пределах 80–90 градусов по Цельсию. Если стрелка датчика перешла в красный сектор — значит, температура жидкости приближается к 100 градусам либо уже достигла ее. В такой ситуации следует немедленно выключить мотор и дать ему остыть.
ДОПОЛНИТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ СОВРЕМЕННОГО АВТОМОБИЛЯ
Дополнительное оборудование автомобиля предназначено, в основном, для улучшения комфортности и удобства поездки, а также для обеспечения необходимых условий движения. Среди наиболее распространенных видов дополнительного оборудования можно отметить: отопитель салона, кондиционер, магнитолу, стеклоочиститель и стеклоомыватель, устройства подогрева стекол, зеркал и сидений, электрические подъемники стекол и сидений, электрический корректор фар, очиститель и омыватель фар, холодильник, систему спутниковой сигнализации и др.
Отопитель салона по-простому называется «печка», без него в большинстве российских регионов можно эксплуатировать автомобиль не более трех-четырех месяцев (иначе можно просто замерзнуть). Также отопитель применяется для обдува стекол, устраняя появившийся на них конденсат (так называемое «запотевание»). Когда перегревается двигатель автомобиля, иногда помогает включение печки на полную мощность.
Стеклоочиститель и стеклоомыватель обеспечивают видимость во время движения в дождь или снегопад, а также при езде по грязным дорогам.
Учтите.
ПДД запрещают эксплуатацию транспортного средства, если у него не работают конструктивно предусмотренные стеклоочистители и стеклоомыватели.
Системой подогрева стекол и зеркал оборудованы далеко не все машины (это не касается заднего стекла — оно у всех современных автомобилей имеет подогрев). Эти устройства помогают быстро удалить лед и снег со стекол и зеркал автомобиля. Система подогрева сидений также имеется далеко не у всех машин, но если она есть, то зимой садиться в холодную машину будет намного приятнее.
Также популярным устройством является кондиционер. В жаркую погоду этот прибор способен превратить утомительную езду в машине под палящим солнцем в настоящее удовольствие. Особую важность наличие кондиционера имеет для людей, которые склонны к укачиванию при езде в автомобиле (например, пожилые люди или дети). С другой стороны, пользоваться кондиционером следует с осторожностью, поскольку велик риск простудиться.
Электрический корректор фар (рис. 4.11) имеют многие современные иномарки. Этот прибор позволяет водителю со своего места подкорректировать направление света фар — повыше или пониже.
Очиститель и омыватель фар не являются устройствами, которыми должен быть оборудован каждый современный автомобиль (в отличие от очистителя и омывателя ветрового стекла). Но при движении по грязным дорогам эти устройства очень удобны, поскольку позволяют очистить фары от грязи прямо во время движения.
Источник https://www.techinsider.ru/vehicles/7941-kompyutery-na-kolesakh-avtomobilnaya-elektronika/
Источник https://2shemi.ru/elementy-i-sistemy-avtomobilnoy-elektroniki/
Источник https://seite1.ru/zapchasti/elektrooborudovanie-avtomobilya-pribory-osveshheniyasignalizaciyasistema-puska-dvigatelyakontrolno-izmeritelnye-pribory/.html
