Система электрооборудования автомобиля

Э лектрооборудование автомобиля — предназначено для выработки и передачи электрической энергии потребителям различных систем и устройств автомобиля.

Устройство электрооборудования автомобиля:

В се перечисленные элементы электрооборудования объединены в единую бортовую сеть автомобиля.

Э лектрообоурдование автомобиля можно разделить на две части цепь низкого напряжения и цепь высокого напряжения.

Ц епь низкого напряжения обеспечивает электричеством потребителей освещения и сигнализации, а также работу системы пуска.

Система пуска двигателя обеспечивает первичное проворачивание коленчатого вала и работу двигателя во время его пуска. Наиболее распространен пуск двигателя электрическим стартером. В качестве стартеров применяют высокооборотные электродвигатели постоянного тока с последовательным или смешанным возбуждением, конструктивно объединенные с шестеренным приводом. Для быстрого и конструктивного изучения устройства системы пуска двигателя воспользуйтесь схемой системы пуска.

Освещение и сигнализация – служат для освещения приборами дороги и обозначения габаритов автомобиля, сигнализации выполняемых маневров.

Контрольно-измерительные и дополнительные приборы – служат для контроля работы и управления системами автомобиля.

Ц епь высокого напряжения служит для воспламенения рабочей смеси в цилиндрах, за счет системы зажигания.

Система зажигания служит для воспламенения горючей смеси и применяется на бензиновых двигателях. Воспламенение горючей смеси происходит по мере подачи искры зажигания в цилиндры, от сюда и название система искрового зажигания . Другими словами система зажигания служит для создания тока высокого напряжения, распределения его по цилиндрам двигателя и воспламенения рабочей смеси в камере сгорания в определенные моменты. На современных автомобилях используют контактно-транзисторную и бесконтактную системы зажигания. Для более подробного изучения — устройство системы зажигания автомобиля .

В системе электрооборудования автомобиля обязательно есть источник вырабатывания тока и его потребитель. Их взаимосвязанная работа реализуется с помощью электрической проводки.

К источниками тока можно отнести: аккумуляторную батарею (АКБ) и генератор.

АКБ служит для питания потребителей низкой цепи электрическим током при неработающем двигателе, запуске двигателя, а также работе двигателя на малых оборотах.

Г енератор предназначен для подзарядки аккумуляторной батареи (АКБ) и питания всех приборов электричеством во время движения автомобиля. Поэтому генератор является основным источником электрического тока.

К элементам управления относятся щитки предохранителей, блоки реле, электронные блоки управления. Их основная задача это обеспечение согласованной работы приборов электрооборудования. На современных автомобилях используются блоки управления.

Б лок управления служит для:

• контроль потребителей;
• контроль напряжения;
• регулирование нагрузки;
• управление системой комфорта;

П отребители энергии бывают : Основные, длительные, кратковременные.

О сновные:

— электроусилитель рулевого привода;

Д ополнительные:

— система активной безопасности;

— система пассивной безопасности;

К ратковременные:

— системы комфорта;

Подкатегории

Устройство контактной системы батарейного зажигания 1

Контактная система батарейного зажигания

Для создания искрового разряда между электродами свечи зажигания необходимо высокое напряжение (15000-30000 В), так как газы, находящиеся в цилиндре, не проводят ток низкого напряжения. На современных автомобильных двигателях применяют однопроводную систему соединения источников тока с потребителями. Вторым проводником электрической энергии служит масса (корпус) – все соединенные между собой металлические части автомобиля.

При однопроводной системе включения приборов электрооборудования уменьшается число проводов, упрощается техническое обслуживание и уменьшается стоимость системы. Отрицательные выводы генератора, аккумуляторной батареи и всех потребителей электроэнергии соединены с массой, а положительные изолированы от нее. В эксплуатации необходимо внимательно следить за состоянием изоляции на проводах и за их креплением, так как нарушение изоляции может привести к возникновению короткого замыкания.

Устройство контактной системы батарейного зажигания :

Схема устройства контактной системы батарейного зажигания :

а) схема ; б) положения ключа выключателя зажигания и стартера ; 1 – рычажок прерывателя ; 2 – подвижный контакт ; 3 – неподвижный контакт ; 4 — кулачок ; 5 – прерыватель низкого напряжения ; 6 — конденсатор ; 7, 14, 23 – провода ; 8 – выключатель зажигания ; 9 – добавочный резистор ; 10 – первичная обмотка ; 11 – вторичная обмотка ; 12 – катушка зажигания ; 13 — магнитопровод ; 15 – выключатель добавочного резистора ; 16 — амперметр ; 17 – аккумуляторная батарея (АКБ) ; 18 – выключатель электродом ; 19 – ротор с электродом ; 20 — распределитель ; 21, 24 – подавительные резисторы ; 25 – свеча зажигания ; 26 – ключ выключателя зажигания.

Контактная система батарейного зажигания состоит из : аккумуляторной батареи 17, катушки зажигания 12, прерывателя 5 низкого напряжения с конденсатором 6, распределителя импульсов высокого напряжения 20, свечей зажигания 25, выключателя зажигания 8, амперметра 16. Прерыватель 5 имеет два контакта : неподвижный 3 соединенный с массой и подвижный 2, расположенный на рычажке 1 и соединенный с проводом 7 с первичной обмоткой 10 катушки зажигания. В прерывателе установлен вращающийся валик с кулачком 4, при помощи которого размыкаются контакты. В системе зажигания в качестве источника электрического тока используется генератор переменного тока.

При замыкании контактов прерывателя ток от АКБ проходит по первичной обмотке катушки зажигания, создавая вокруг нее магнитное поле.

Цепь низкого напряжения следующая : положительный вывод АКБ 17 – амперметр 16 – выключатель зажигания 8 добавочный резистор 9 – первичная обмотка 10 — провод 7 – подвижный контакт 2 – неподвижный контакт 3 – масса – выключатель 18 цепи АКБ – отрицательный вывод АКБ.

При размыкании контактов прерывателя обесточивается первичная обмотка катушки зажигания и резко уменьшается магнитное поле. Магнитный поток исчезающего поля пересекает витки вторичной и первичной обмоток, при этом индуктируется электродвижущая сила (ЭДС) высокого напряжения во вторичной и ЭДС самоиндукции в первичной обмотках. Возникающие во вторичной обмотке импульсы высокого напряжения подводятся к свечам зажигания в соответствии с порядком работы цилиндров двигателя. Вращающийся ротор 19 своим электродом распределяет импульсы высокого напряжения по электродам крышки распределителя. Частота вращения ротора в 2 раза меньше частоты вращения коленчатого вала и, таким образом, совпадает с частотой вращения кулачка прерывателя.

Положение пластины ротора напротив каждого из электродов крышки распределителя соответствует разомкнутому состоянию контактов прерывателя.

Цепь высокого напряжения : вторичная обмотка 11 – провод 14 высокого напряжения – подавительный резистор 21 – электрод ротора 19 – один из электродов крышки распределителя 20 – провод 23 — подавительный резистор 24 – свеча зажигания 25 – центральный электрод свечи – боковой электрод свечи – масса – выключатель 18 цепи АКБ – отрицательный вывод АКБ 17 – положительный вывод АКБ 17 – амперметр 16 — выключатель зажигания 8 – добавочный резистор 9 – первичная обмотка 10 – вторичная обмотка катушки зажигания 12.

В первичной обмотке ток самоиндукции возникает при замыкании контактов прерывателя. Ток самоиндукции замедляет процесс исчезновения тока в первичной обмотке, нежелательно, так как при размыкании контактов увеличивается период искрообразования между ними, снижаются эффективность и надежность системы зажигания. Параллельно контактам прерывателя включен конденсатор 6. В момент размыкания цепи низкого напряжения конденсатор заряжается током самоиндукции, а затем при разомкнутых контактах разряжается через первичную обмотку.

Выключатель зажигания 8 необходим для остановки работающего двигателя размыканием первичной обмотки катушки зажигания. Он нужен и для включения зажигания перед пуском двигателя. Ключ 26 выключателя зажигания может занимать четыре положения : 0 – зажигания выключено ; 1 – зажигание включено ; 2 – включены зажигание и стартер ; 3 – подведено питание к радиоприемнику. В положении 0 ключ можно вставить и вынуть из замка зажигания. После пуска двигателя ключ выключателя зажигания переводят в положение 1.

Выключатель 18 цепи АКБ нужен для отключения батареи от массы при выполнении электротехнических работ и для остановки автомобиля на длительное время. Выключатель 18 защищает электрооборудование от короткого замыкания или от пожара при неисправной проводке, а также позволяет отключить батарею от всех потребителей электрической энергии, непосредственно не отсоединяя провода, отходящие от нее. В этом случае остается включенным аварийное освещение – плафон кабины и розетка переносной лампы.

Почему контактная система батарейного зажигания не используется на современных автомобилях?

Постепенно контактную систему батарейного зажигания вытеснили другие системы, такие как контактно транзисторная или бесконтактная системы зажигания. Этому предшествовало ряд недостатков контактной системы батарейного зажигания :

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.

1. 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.
2. 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://www.autoezda.com/elect

Источник https://2shemi.ru/elementy-i-sistemy-avtomobilnoy-elektroniki/

Источник https://3drive.ru/articles/auto-electric/kak-rabotayut-ehlektricheskie-sistemy