Февраль 2014

PostHeaderIcon Контрольно-измерительная панель приборов

Водитель получает информацию о режиме движения и техническом со­стоянии автомобиля с помощью контрольно-измерительных устройств и ин­дикаторов, размещенных на панели приборов (КИП). Панель приборов со­временного легкового автомобиля содержит от 3 до 6 стрелочных приборов и 5-7 световых индикаторов, размещение которых основывается на следующих принципах:

— группировка в центре панели средств отображения информации, связан­ных с безопасностью дорожного движения;

— размещение приборов и индикаторов тем ближе к центру панели, чем вы­ше частота обращения к ним водителя;

— группировка в единые блоки функционально связанных приборов и инди­каторов.

Развитие и внедрение в автомобилестроение электроники дало возмож­ность конструкторам и дизайнерам создать электронную панель приборов, в которой вместо привычных электромеханических приборов устанавливаются электронные информационные устройства и индикаторы. Электронные ин­дикаторы, кроме функций, выполняемых электромеханическими приборами, способны предоставлять водителю информацию в цифровой, графической и текстовой формах. С помощью электронных устройств возможны синтез че­ловеческой речи, индикация показателей, для определения которых требуют­ся сложные вычисления, анализ целесообразности передачи информации во­дителю. Электромеханические приборы, как правило, предназначены для отображения только одного параметра, так как при использовании несколь­ких шкал ухудшается возможность считывания с них показаний. Кроме того, они имеют значительные габаритные размеры, что делает сложным их раз­мещение на панели приборов. Электронные индикаторы при меньших разме­рах могут информировать о значениях не одного, а нескольких параметров, передавать разнообразные сообщения и поэтому позволяют резко увеличить информативность панели при тех же габаритах.

Необходимо также отметить, что электронные информационные уст­ройства предоставляют водителю более достоверные данные. Это связано как с повышением точности приборов, так и с цифровым представлением ин­формации.

Проблема оптимальной компоновки приборов на панели в автомобиле постоянно изучается. Важным моментом здесь является время, затрачивае­мое водителем на то, чтобы отвести взгляд от дороги, найти на панели при­боров нужный и получить от него информацию. На рисунке 10.2 показана типичная панель приборов современного автомобиля.

Контрольно-измерительная панель приборов

Рисунок 10.2 — Приборная панель автомобиля ГАЗ-3111

Она компактна, все находится в поле зрения водителя. Качество дизай­на приборной панели учитывается потребителем при покупке автомобиля. Отметим, что с цифровых дисплеев информация плохо усваивалась водите­лями и увлечение ими быстро прошло. На рисунке 10.3 показана электронная приборная панель автомобиля Toyota. Появились и все чаще используются электронные аналоговые дисплеи, но они увеличивают цену автомобиля на 200-400 долларов.

Контрольно-измерительная панель приборов

Рисунок 10.3 — Жидкокристаллический дисплей одной из моделей

автомобиля Toyota

предупреждающие

индикаторы

Все приборы приборной панели можно разделить на три класса: изме­рители-указатели, сигнализаторы, информационные табло. Как было сказано выше, применяются как аналоговые, так и цифровые указатели, хотя первые более часто, что объясняется большей информативностью. Как правило, ука­затели являются электронными приборами и применение электромеханиче­ских компонентов крайне редко. В качестве сигнализаторов применяются лампы накаливания, светодиоды. Все большее применение находят лампы с холодным катодом (CCFL) и электролюминесцентные пленки (EL). Инфор­мационные табло применяются для вывода цифровой и текстовой информа­ции водителю, которая не является основной. Технически табло выполнены на основе жидких кристаллов по технологиям TN, SNT, DSNT, TFT. Все больше получают применение графические дисплеи для отображения ме­няющейся информации, то есть замена стрелочного индикатора. Упрощенно блок-схема электронной приборной панели представлена на рисунке 10.4.

Драйвер

шаговых

двигателей

Аналоговые

сигналы

сигнализаторы

Цифровые

сигналы

Драйвер

индикато­

ров

V

подсветка

V

Интерфейсы шины (CAN)

Контрольно-измерительная панель приборов

Контрольно-измерительная панель приборов

Микропроцессор

Типовые программные

функции:

— обнаружение сиг­нала;

— фильтрация;

— функции диагно­стирования;

— включение аварий­ных световых и звуковых сигнали­заторов, а также шаговых двигате­лей;

— расчет интервалов технического об­служивания и иной дополнительной информации

Рисунок 10.4 — Блок-схема электронной приборной панели с применением

микропроцессора

Следует отметить необходимость применения микропроцессора только в случае использования ЖК-дисплея.

Значительное усложнение внутренней структуры приборной панели требует высокой квалификации диагноста и современного электронного обо­рудования. Очевидно, что для диагностирования панели КИП на основе мик­ропроцессора требуется измерительный комплекс на базе ЭВМ, так как тре­буется проверка как аппаратных средств, так и программных.

Для оценки технического состояния панели КИП без микропроцессора достаточно универсальных измерительных средств: мультиметр, осцилло­граф, генератор сигналов. Основным методом диагностирования КИП панели приборов является тестовый метод или метод имитации сигналов. То есть, требуется подать на КИП тестовый сигнал, как правило, два сигнала, соот­ветствующие крайним значениям измерительного прибора. Сигналы могут быть аналоговые — напряжение определенного уровня, что характерно для резистивных датчиков КИП, таких как: указатели топлива, давления масла, температуры двигателя, напряжения бортовой сети. Цифровой сигнал требу­ется для проверки спидометров, одометров, тахометров, цифровых табло. Требования к форме, частоте, и амплитуде сигналов даются в технической документации на диагностирование и ремонт КИП данного автомобиля. Проверка сигнальных ламп, светодиодов производится подачей на контакт колодки соответствующего уровня напряжения. Неисправности и отказы КИП приборной панели связаны с нарушением проводников, контактных до­
рожек, перегоранием ламп, светодиодов, диодов развозки цепей, а также вы­ход из строя микросхем, транзисторов, ЖК-дисплеев, магнитоэлектрических приборов. Ремонт производится, как правило, методом замены отдельных элементов КИП или измерителя в целом. При значительном количестве не­исправностей целесообразна замена всей приборной панели, однако важно выяснить причины повлекшие неисправности и отказы.

Средства отображения информации на автомобилях

Основной задачей любого индикатора является представление инфор­мации с заданной точностью. Большинство автомобильных индикаторов должны оперативно выдавать информацию водителю, требования к точности при этом относительно невысокие. Аналоговые индикаторы представляют информацию в форме, более удобной для быстрого считывания водителем. Отсчет 98° С на цифровом указателе температуры не так просто интерпрети­ровать, нужно еще успеть сообразить — много это или мало. Этот пример на­глядно показывает, почему на автомобилях, несмотря на наличие современ­ных контроллеров и цифровой обработки информации, информация пред­ставляется в аналоговой форме.

Цифровые и графические индикаторы (дисплеи) используются на ав­томобиле для решения, например, таких задач:

— выдача картографической информации в навигационных системах;

— дисплей бортового компьютера;

— часы;

— дисплей магнитолы и т. д.

Эти дисплеи могут иметь различную конструкцию. Для управления отдель­ными сегментами и частями дисплеев применяется мультиплексная система передачи информации.

Отображение информации на лобовом стекле

При пользовании автомобильными приборами и дисплеями всегда су­ществует следующая проблема: с одной стороны водитель должен как можно реже отводить взгляд от дороги в целях безопасности, с другой — если на при­боры вообще не смотреть, можно пропустить предупреждающую информа­цию, например, о низком давлении масла и т. д. Имеются способы решения этой проблемы, такие как подача звуковых сигналов, размещение приборов всегда в поле зрения, но наиболее совершенным методом на сегодня считает­ся отображение информации на лобовом стекле (Head Up Display или HUD) [26]. Первоначально эта технология была использована в авиации, когда кон­структоры столкнулись с необходимостью размещения до 100 предупреж­дающих индикаторов в кабине истребителя.

Изображение с проектора (электронно-лучевая трубка, жидкокристал­лическая матрица) проецируется на лобовое стекло, являющееся после спе­циальной обработки полупрозрачным зеркалом.

Водитель видит дорогу через это стекло — зеркало при включенном проекторе и при выключенном. Яркость изображения автоматически под­страивается под наружное освещение. На рисунке 10.5 показана система

HUD в работе. Для реализации HUD требуется индивидуальная подборка пе­редних стекол, иначе возникает двоение и изображение на лобовом стекле получается нечетким. На серийных автомобилях HUD применяется с 1988 года.

Контрольно-измерительная панель приборов

Рисунок 10.5 — Вид через ветровое стекло автомобиля с HUD. Модель Pontiac

Bonneville SSEi, 1993 г.

Какую именно информацию и когда выводить на лобовое стекло реша­ет бортовой компьютер в зависимости от ситуации. Например, спидометр имеет смысл проецировать постоянно, а индикатор давления масла в двига­теле, только если оно (давление) понижается до критической отметки. Со­временные системы HUD выводят информацию непосредственно перед во­дителем. В качестве дисплеев предупреждающей информации также исполь­зуются жидкокристаллические зеркала заднего вида, автоматически меняю­щие коэффициент отражения при освещении их в темное время фарами иду­щего сзади автомобиля.

General Motors выпустила систему, облегчающую водителю ориенти­рование на местности на основе HUD и синтезатора речи. Синтезатор голо­сом выдает подсказку типа «повернуть налево на следующем перекрестке», а на лобовом стекле схематично представляется эта часть пути с указывающей стрелкой. Система может также выдавать предупреждения типа «до поворота 0.3 мили» или «впереди дорожные работы». В этом она не отличается от ана­логичных разработок других фирм, но применение HUD делает ее более удобной. Разрабатываются методы, позволяющие определять, куда именно направлен взгляд водителя в любой момент времени, и проецировать необхо­димую информацию с помощью HUD именно в эту точку на лобовом стекле. Метод предполагает использование портативной видеокамеры и лазера. Луч лазера отражается от роговой оболочки глаза водителя, что позволяет точно определить, куда именно смотрит водитель. Вероятно, детектор движения взгляда также может использоваться для определения самочувствия водите­ля. Тогда, при обнаружении отклонений будет подан сигнал тревоги (звуко­вой или световой).

Перспективные средства отображения информации

При продолжающейся компьютеризации автомобильных систем все больше функций становятся доступными. Уже сегодня имеется возможность водителю регулировать поток информации, то есть на один и тот же дисплей выводить различные данные, необходимые ему именно в это время. Какая именно информация в данной ситуации нужна водителю, определяет про­граммное обеспечение компьютера. Скажем, если на дисплей выведено рас­стояние, которое может пройти автомобиль с имеющимся запасом топлива, то незачем показывать количество топлива в баке и т. д. Однако, водитель может вызывать нужные ему блоки данных на дисплей и самостоятельно. Например, если температура охлаждающей жидкости находится в норме, нет необходимости выводить показания на дисплей, но по запросу водителя это возможно. Кроме того, компьютер может при необходимости прервать нор­мальный процесс вывода информации и сгенерировать на дисплей преду­преждающее сообщение типа: «топлива осталось только на 50 км пробега» или «упало давление в левой задней шине». Применение программ — синтеза­торов речи позволяет делать такие сообщения голосом, причем водитель при конфигурации системы может установить желаемые параметры голоса: муж­ской или женский, высокий или низкий и т. д. Для привлечения внимания во­дителя используются и более простые звуковые сигналы.

Голографическое изображение является трехмерным представлением реального объекта, при этом используются лазерные излучатели — проекторы и подходящий экран. В настоящее время проводятся исследования и разра­ботка аппаратуры с целью повысить безопасность езды в темное время суток. Один из вариантов таков: информация снимается с инфракрасных видеока­мер, обрабатывается, голографическое изображение проецируется на лобовое стекло перед водителем. За счет использования этого своеобразного прибора ночного видения управление автомобилем в темное время суток упрощается.

Вместе с тем, электроника в автомобиле не только помогает, но иногда и мешает. Исследования, проведенные в группе водителей возрастной кате­гории старше 60 лет, показали, что пользование электронной картой сильно отвлекает водителя от дороги. Реакция пожилого водителя, который во время движения вынужден отвлекаться на телематику, снижается на 30-100 про­центов по сравнению с его 18-30 летними коллегами.

Системы распознавания голоса и преобразования текста в речь

Пользоваться сотовым телефоном или компьютером затруднительно и опасно во время движения автомобиля, так как это отвлекает внимание води­теля от дороги, особенно при напряженном движении в черте города. Суще­ствует программное обеспечение, позволяющее распознавать речь человека. Человек говорит в микрофон, а компьютер выполняет несложные команды. До недавнего времени подобные системы могли распознавать один — два го­лоса после специального обучения компьютера.

Одной из лучших программ для распознавания голоса и чтения текста на сегодня является программа ViaVoice фирмы IBM. Фирма модернизиро­вала программу под сложные условия автомобильного салона с его высоким уровнем шума. Программа хорошо понимает голоса различных людей. ViaVoice позволяет водителю давать голосом команды многим автомобиль­ным системам и получать ответ в виде синтезированной речи. Допустимы, например, такие команды: запереть двери, включить CD-проигрыватель, на­строиться на такую-то радиостанцию, запросить направление движения или сведения о дорогах от Web-сервера или иных источников, зачитать посту­пившую электронную почту, запросить спортивные или биржевые новости и прочесть их, связаться по телефону с определенным номером и т. д. Техноло­гия управления голосом позволила отказаться от многих кнопок и индикато­ров на приборной панели.

PostHeaderIcon АВТОМОБИЛЬНЫЕ БОРТОВЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ

Информационно-диагностическая система является составной частью современного автомобиля и предназначена для сбора, обработки, хранения и отображения информации о режиме движения и техническом состоянии транспортного средства, а также окружающих его внешних факторах. Сего­дня система «водитель-автомобиль-дорога-среда» начинает рассматриваться как единая. В наиболее развитых странах происходит осознание того, что улучшение движения на перегруженных автомагистралях возможно только в том случае, если водитель будет иметь оперативную информацию о состоя­нии дороги и транспортных потоках.

Правительства в различных странах финансируют проекты, направлен­ные на увеличение безопасности, эффективности, пропускной способности, уменьшения загрязнения окружающей среды на крупных автомагистралях. Иногда в этой связи говорят о концепции интеллектуальной транспортной системы (Intelligent Transportation System — ITS) . Например, в США и Япо­нии такой проект называется ITS, а в Европе — Telematic. Проекты включают создание инфраструктуры и необходимой бортовой электронной аппаратуры для оптимальной организации движения транспортных средств едиными по­токами (platoon), передачи водителям рекомендаций, предупреждений и т. д. Для их осуществления требуются датчики определения интенсивности транспортных потоков, компьютеры для обработки больших массивов ин­формации и генерации сообщений, средства связи, автомобильные дисплеи и многое другое. В некоторых проектах (Telematic) предполагается, что ин­формация, необходимая для функционирования интеллектуальной транс­портной системы будет поступать с самих автомобилей, оснащенных телема­тическими комплексами.

На рисунке 10.1 приведен вариант блок-схемы информационной систе­мы водителя, однако ее практическая реализация для конкретного автомоби­ля может быть разной.

В информационную систему входят несколько подсистем. Современ­ные информационные системы водителя с их широкими возможностями сей­час все чаще называют телематическими (образовано от слов «телекоммуни­кации» и «информатика»). Телематика (телематические системы) объединяет устройства обмена информацией между системами автомобиля, водителем и окружающим миром. Ожидается, что к 2007 году большинство автомобилей, производимых в развитых странах, будут иметь минимальный пакет телема­тики.

Система связи «автомобиль-дорога» обеспечивает передачу сообщений от дорожных информационных служб водителю по радио. Система представ­ляет собой инфраструктуру из приемопередатчиков небольшой мощности на дорогах и средств для генерации сообщений.

Бортовая систе­

Бортовой мар­

Навигационная

ма контроля

шрутный ком­

система

(БСК)

пьютер (МК)

Круиз-контроль,

Система контроля

Мультимедийный

Средства связи и

системы расшире­

состояния водителя

комплекс автомобиля

охранный комплекс

ния зоны видимости

Контрольно­измерительная панель приборов (КИП)

АВТОМОБИЛЬНЫЕ БОРТОВЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ

Рисунок 10.1 — Блок-схема информационной системы автомобиля

Локальный приемопередатчик имеет ограниченный набор фиксирован­ных сообщений. Различные сообщения может генерировать большой компь­ютер и передавать их локальным точкам (например, о пробках на данном маршруте).

Приемопередатчики информационной системы могут также автомати­чески получать данные от проходящих мимо автомобилей с помощью уста­новленных на них транспондеров. Транспондером в данном случае называет­ся специальный автоматический приемопередатчик, устанавливаемый на подвижных объектах. В ответ на кодовую посылку транспондер передает требуемую информацию об объекте, на котором он установлен.

В автомобилях транспондеры уже сейчас используются для дистанци­онного взимания платы за проезд по шоссе, получения информации о загруз­ке проходящих грузовиков. Имеется возможность дистанционно получать и передавать информацию от бортовой диагностической системы сервисным предприятиям. В случае обнаружения отклонений, водитель предупреждает­ся соответствующим текстом на дисплее или прочтением этого текста ком­пьютером.

Система передачи сообщений по радио использует дополнительный канал в УКВ диапазоне, что требует специального приемника. По радиокана­лу передается различная предупредительная информация (например, метео­сводка). Имеется возможность передачи корректирующей информации для данной местности сигналами от спутниковой глобальной позиционирующей

системы (GPS). Это позволяет увеличить точность определения координат автомобиля с ±100 метров до ±5 метров.

PostHeaderIcon Системы управления световой сигнализацией

Электронное управление световой сигнализацией появилось достаточ­но давно с электронного прерывателя указателя поворотов и аварийной сиг­нализации, и здесь микропроцессорных блоков управления не требуется.

Однако внедрение новых источников света на автомобиле и совершен­ствование характеристик головного освещения привело к появлению микро­процессорных систем. Можно выделить два типа электронных систем данно­го назначения: системы обеспечения источников света и системы управления пучками света фар.

Первое направление связано с внедрением новых источников света на автомобиле:

— газоразрядные лампы;

— светодиодные матрицы;

— люминесцентные лампы.

Традиционные лампы накаливания изначально наделены недостатками. Главный — чрезвычайно низкая светоотдача (около 15 лм/Вт), вследствие чего львиная доля подводимой электроэнергии тратится на тепловое излучение. Относительно невысокая прочность вольфрамовой спирали делает лампу чувствительной к вибрациям и ударам, а непрерывное испарение вольфрама с раскаленной спирали (он осаждается на холодном стекле) приводит к по­степенному потемнению колбы.

Несколько лучше лампы с так называемым галогенным циклом. В них испарение вольфрама сведено к минимуму, что позволило повысить темпера­туру нити накаливания и увеличить светоотдачу до 24 лм/Вт.

Новые источники света — ксеноновые лампы. Их спектр излучения бли­зок к солнечному свету, в колбе этих ламп светится дуговой разряд между электродами, помещенными в инертную среду. Поэтому такие лампы не пе­регорают и не боятся вибраций, а световая отдача достигает 80 лм/Вт!

Однако такие лампы требуют преобразователей напряжения. Чтобы ионизировать инертный газ, в колбе нужно пробить промежуток между элек­тродами импульсом напряжения в 20 ООО В, а для поддержания возникшего разряда приложить к электродам лампы переменный ток частотой 300 Гц и напряжением 330 В. С появлением силовых полупроводниковых приборов проблема тем не менее была решена. Сначала в нем из постоянного тока на­пряжением 10-17 В получают постоянное же напряжение в 300 В, затем пре­образуют его в переменное нужной частоты и, наконец, пропускают через устройство запуска, позволяющее иметь высоковольтный импульс поджига лампы. Сама же лампа D1 мощностью 35 Вт весит всего 15 г и немногим больше своей галогенной предшественницы. Естественно, ксеноновая лампа, а точнее преобразователь энергии для нее — устройство дорогое. Причем на автомобиль нужно, как минимум, два комплекта, а то и больше — ведь свето — распределение фар ближнего и дальнего света совершенно разное.

Известные фирмы «Бош» и «Хелла» нашли два, в сущности, похожих решения этой проблемы. В первом случае внутри фары размещают подвиж­ный непрозрачный экран, управляемый соленоидом. При включении ближ­него света экран опускается и отсекает часть светового потока, который мог бы ослепить водителей встречных автомобилей. Во втором — вдоль оптиче­ской оси фары с помощью того же соленоида перемещается сама лампа. Ее светящийся разряд попадает либо в точку, где должна находиться нить ближнего света, либо, напротив, дальнего. Процесс переключения длится всего 0,3 с, причем впечатление такое, будто освещенное пространство перед автомобилем плавно меняет свои очертания.

Одной из таких систем является светоэлектронная фара «Litronic» ха­рактеризуется осветительным устройством с ксеноновой газоразрядной лам­пой [1,4]. Максимальная световая отдача, соответствующая приблизительно 90 лм/Вт, становится доступной, как только кварцевый элемент достигает нормальной рабочей температуры более 900°С. Стандартная предполагаемая долговечность лампы — 1500 ч. Постепенное потемнение облегчает раннюю диагностику и замену.

Вторым поколением этих газоразрядных ламп, предназначенных для применения в автомобилях и характеризующихся панелями с защитой от вы­сокого напряжения и ультрафиолетовым экраном, являются лампы D2S для фар PES (фары с полиэлипсоидным отражателем) и лампы D2S для фар с ха­рактеристиками светораспределения, аналогичными фарам с лампами Н4.

Система управления фарой представляет собой электронный балласт­ный модуль (EVG, рисунок 9.2), предназначенный для активации и контроля лампы; в его функции входит [1]:

— получение газового разряда (напряжение 10-20 кВ);

— регулирование подачи тока во время фазы подогрева;

— подача питания в соответствии с заданными потребностями во время

работы.

Система обеспечивает постоянный уровень освещения посредством компенсирования изменений напряжения в системе электрооборудования ав­томобиля. Как только лампа отключается (например, в результате мгновен­ного отклонения напряжения питания), происходит ее автоматическое вто­ричное зажигание.

Электронный балластный модуль реагирует на неисправности (повре­ждение лампы), прерывая подачу питания и позволяя, таким образом, избе­жать ранений в случае столкновения.

Системы управления световой сигнализацией

1 — блок ECU (la — преобразователь постоянного напряжения; 16 — шунт; 1с — преобра­зователь постоянного тока в переменный; Id микропроцессор); 2 — элемент зажигания; 3 — панель лампы; 4 — лампа D2S; Ub — напряжение аккумулятора

Рисунок 9.2 — Электронный балластный модуль (EVG) [1]

Для водителя улучшаются дальность видимости и ориентация при сложных условиях управления автомобилем и неблагоприятных климатиче­ских явлениях. Соответствие нормам и правилам ЕЭК достигается оснащени­ем фар «Litronic» средствами вертикального регулирования свето — распределения и системами фароочистки в целях постоянного обеспечения оптимального использования расширенного диапазона с одновременным поддержанием высокого уровня свето из лучения, рисунок 9.3.

Системы управления световой сигнализацией

1 — линза со светорассеиваюгцей оптикой; 2 — газоразрядная лампа; 3 — блок включения;

4 — блок ECU; 5 — шаговый электродвигатель; 6 — датчик угла поворота вокруг оси;

7 — к бортовой системе электрооборудования автомобиля Рисунок 9.3 — Компоненты фары с системой динамического вертикального

регулирования пучка света [1]

Система Bi-Litronic является специальной системой, обеспечивающей при двухфарной схеме получение дальнего и ближнего света с использовани­ем только одной газоразрядной лампы. Для этой цели при включении дальне­го/ближнего света электромеханическое исполнительное устройство пере­мещает газоразрядную лампу в соответствующее положение относительно отражателя для получения конусообразного пучка дальнего/ближнего света. Главными преимуществами этой системы являются:

— работа ксеноновой лампы при включении дальнего света;

— возможность визуального контроля за постепенным переходом работы фары из режима ближнего света в режим дальнего;

— уменьшение подкапотного пространства по сравнению с 4-камерной сис­темой; меньшая стоимость за счет использования только одной лампы и балластного блока.

Система Bi-Litronic «Projection» базируется на использовании фары PES Litronic. Светоизлучение от ксеноновой фары при включении дальнего света достигается путем сдвига светового экрана для разделения освещенной и неосвещенной зон. Данная система, использующая линзы диаметром 60 и 70 мм, в настоящее время является наиболее компактной.

Люминесцентные лампы также требуют электронных преобразователей напряжения для розжига и холодного свечения газа. Однако эти преобразова­тели проще газоразрядных и миниатюрны, что определило их широкое рас­пространение в освещении салона автомобиля. Лампы отличаются хорошими светотехническим характеристиками и экономичностью. Так фирма О SRAM разработала широкий ассортимент миниатюрных ламп LUMINESCENT®. Фирма О SRAM, разработала новую неоновую газоразрядную лампу LUMINON® [28]. Преимущества в обеспечении безопасности, за счет малой инерционности включения, позволят использовать в будущем инновацион­ную трубку LUMINON® как лампу для стоп-сигналов и габаритных фонарей, а также в качестве желтых указателей поворота.

Все большее распространение получают системы «адаптивного» света или «интеллектуального» головного света фар, такие системы как — AFS (Advanced Front-lighting System), Adaptive Light, AFL (Adaptive Forward Lighting) [28].

В этих системах имеется специальная лампа, которая включается при определенном угле поворота рулевого колеса. Система Adaptive Light (разра­ботчик AUDI) находится в фарах между лампами дальнего и ближнего света и включается даже в диапазоне низких скоростей, если указатель поворота остается длительно включенным. Но и при маневрировании система Adaptive Light обеспечивает большую видимость: при включении передачи заднего хода новая система света фар при повороте автоматически включается с обе­их сторон автомобиля. Благодаря улучшенному боковому освещению значи­тельно облегчается парковка автомобиля на темных стоянках или в гаражах.

В системе AFL (разработчик Opel) поворачиваются фары и светят под углом до ± 15 градусов внутрь кривой, в зависимости от угла поворота руле­вого колеса и скорости автомобиля. Перекрестки и узкие извилистые проезды освещаются широким лучом света при низкой скорости (до 40 км/ч) при по­мощи дополнительного рефлектора, в зависимости от включения указателя поворота и положения рулевого колеса. При скорости свыше 120 км/ч и при достаточно продолжительном движении по прямой наклон луча ближнего света несколько уменьшается для оптимизации видимости. Система динами­ческого регулирования наклона луча фар также предотвращает ослепление водителей встречных автомобилей.

Появление светодиодов с повышенной яркостью значительно расши­рил применение их на автомобиле. Светодиоды обладают большим ресурсом, малым напряжением питания, малой инертностью и хотя по светоотдаче они пока не могут сравниться с лампами накаливания, как индивидуальный ис­точник света, зато в матрице их яркость достаточна. Так фирма «Хелла» соз­дала прототип фары нового поколения для «Фольксвагена-Гольф» на основе светодиодов (LED). В режиме ближнего света поток формируют четыре све­тодиода, расположенные за шестиугольными линзами-коллекторами. В ре­жиме дальнего света к ним на помощь приходят еще три таких же соты. Осо­бенность светодиодов — световой пучок узкого диапазона длины волны, что требует иного подхода к конструированию рефлекторов и рассеивателей.

PostHeaderIcon Системы управления подвеской

Улучшить подвеску — значит найти наиболее приемлемый компромисс между комфортом и безопасностью. Именно в улучшении этих характери­стик подвески способна помочь электроника. Можно выделить три направ­ления электронных систем управления подвеской современного автомобиля:

— управление упругими и амортизирующими элементами подвески;

— управление стабилизаторами поперечной устойчивости;

— управление кинематикой подвески.

Очевидно, что имеют место и комплексные электронные системы управления подвеской.

Характеристики, которые получает подвеска того или иного автомоби­ля, всегда компромиссны. Чтобы кузов автомобиля в определенных режимах (разгон, торможение, прохождение поворотов) не кренился чрезмерно в сто­рону или не раскачивался в горизонтальном и вертикальном направлении со значительной, а иногда — с угрожающей амплитудой, приходится увеличивать жесткость упругих элементов подвески. Однако такой шаг, необходимый для безопасного движения, неизбежно ведет к ухудшению комфорта, поэтому конструкторам почти всегда приходится останавливаться на некоем среднем варианте, который, понятно, не может обеспечить ни максимума безопасно­сти, ни наилучшего комфорта. Идеальная подвеска должна самостоятельно изменять свои характеристики в зависимости от дорожных условий, именно такие системы управления принято называть активными или — ABC (Active Body Control). Системы где системы незначительно меняют свои характери­стики или отдают это право водителю, называют полуактивными или пас­сивными.

По принципу действия развитие получили два направления активных подвесок: пневматические и гидропневматические.

Наиболее распространенные упругие элементы — пружины, рессоры и торсионы — имеют постоянную жесткость. Поэтому регулировать характери­стики можно лишь в подвесках с пневмоэлементами, изменение внутреннего давления воздуха в которых позволяет соответствующим образом изменять и жесткость подвески.

Ярким представителем первого направления является разработка фир­мы Mercedes-Benz — Airmatic [28].

В подвеске Airmatic подрессоривание каждого отдельного колеса про­изводится не с помощью пружин, а посредством сжатого воздуха, необходи­мое количество которого быстро подводится или отводится через электро­магнитные клапаны к имеющим особую конструкцию амортизаторам.

Система Airmatic состоит из передних и задних пневматических амортиза­ционных стоек, компрессора, центрального пневмоаккумулятора, блока

управления и датчиков, информирующих блок управления о скорости дви­жения, нагрузке автомобиля и угле поворота рулевого колеса. Узлы и меха­низмы подвески Airmatic соединены друг с другом воздушными магистраля­ми и подключены в электрическую систему автомобиля с помощью много­функциональной шины электронной передачи данных CAN (Controller Area Network). Airmatic благодаря функции «wake-ир» автоматически активизиру­ется, как только будет открыта дверь автомобиля. Это требуется, чтобы еще до начала движения были откорректированы стандартное положение кузова (другими словами — клиренс) и упругость пневматических амортизаторов.

Далее в работу Airmatic может вмешаться уже сам водитель, который, во-первых, может установить нужный дорожный просвет, подняв или опус­тив кузов автомобиля, что, например, на месте стоянки может пригодиться для более удобной загрузки багажника либо присоединения прицепа или кемпера. Во-вторых, водитель выбирает режим — комфортный или спортив­ный, в котором будет работать подвеска во время движения.

Режим «комфорт» обеспечивает максимальное удобство для водителя и пассажиров. Режим «спорт» улучшает устойчивость и безопасность, так как в этом случае автомобиль более цепко держит дорогу. Однако индивидуальное регулирование жесткости амортизаторов на каждом колесе по отдельности позволяет учитывать крен кузова и скорость, с которой автомобиль входит в поворот, оценивать угол поворота и скорость, с которой водитель поворачи­вает руль. Тем самым в движении жесткость амортизационных стоек может автоматически изменяться так, что будет выбран самый оптимальный и эф­фективный режим работы подвески, наиболее отвечающий конкретным до­рожным условиям, как с точки зрения безопасности, так и комфортности. Например, при торможении передние колеса будут подрессориваться более жестко, чем задние, а при ускорении — наоборот, но это в обоих случаях по­зволит избежать продольного «клевка» кузова.

Подвеска Airmatic автоматически приспосабливается к различной за­грузке автомобиля и способна выбирать величину дорожного просвета, ори­ентируясь на дорожные условия. Нормальный дорожный просвет устанавли­вается и автоматически поддерживается постоянным при движении со скоро­стью 80 км/ч и выше, а также во время быстрого разгона до скорости 120 км/ч. Однако, если датчик скорости зафиксировал, что скорость превысила отметку 140 км/ч, то Airmatic опустит кузов автомобиля на 15 мм ниже нор­мы. Тем самым центр тяжести машины понижается, что делает автомобиль более устойчивым, а также одновременно улучшаются аэродинамические ха­рактеристики, что в свою очередь снижает расход топлива. Если скорость ав­томобиля снизится до 70 км/ч, то нормальный дорожный просвет будет ав­томатически восстановлен. При движении в тяжелых дорожных условиях клиренс можно увеличить сверх нормы на 25 мм и тем самым избежать по­вреждений кузова снизу.

Фольксваген применяет пневматическую подвеску CDC (Continuous Damping Control), которая обходится без традиционных пружин и амортиза­торов. Ключевую роль в конструкции CDC играют модули пневматических стоек. Насос нагнетает давление в резервуар-аккумулятор, распределяющий воздух по контурам. Главный процессор информируют датчики дорожного просвета и ускорения (последние установлены на колесах), три датчика вер­тикального ускорения кузова.

Прорыв во внедрении гидропневматических подвесок произошел в 1989 году, когда подвеска Citroen получила электронный блок управления, за что модель Citroen ХМ, первой в мире обзаведшаяся такой «интеллектуаль­ной» конструкцией, в следующем году была отмечена наградой «Лучший ав­томобиль года».

Первое поколение подвески Hydractive управлялось компьютером только в одном из двух рабочих режимов. В дальнейшем прогресс в электро­нике и гидравлике позволил специалистам Citroen пересмотреть и упростить некоторые технические решения, что расширило эксплуатационные возмож­ности подвески, а также повысило ее комфортность и надежность. На Женев­ском автосалоне 2000 года французы представили уже третье по счету поко­ление Hydractive, которое получил Citroen С5. Если предшественники Hydractive 3 просто поддерживали стабильное положение кузова над дорогой в виражах, при разгонах и торможениях, оставляя неизменным дорожный просвет, то теперь подвеска получила дополнительную возможность автома­тически изменять клиренс в зависимости от скорости автомобиля и состоя­ния трассы.

Электронным центром Hydractive является блок BHI — гидроэлектрон­ный интерфейс, состоящий из мощного электронного контроллера и авто­номного генератора гидравлического давления. Но если блок BHI — мозг сис­темы, то ее глаза и уши — шесть датчиков, которые регистрируют скорость автомобиля и положение педали акселератора, измеряют крен и частоту ко­лебаний кузова, определяют угол поворота руля и то, насколько энергично водитель крутит рулевое колесо и давит на педаль тормоза. Полученная ин­формация сравнивается с параметрами, заложенными в память компьютера, а по результатам анализа выдается команда электроклапанам BHI, через кото­рые гидравлическая жидкость впускается или, наоборот, откачивается из гидросистемы, заставляя подвеску изменять режим работы, а кузов — опус­каться или приподниматься над дорогой.

Не меньшее внимание уделяют электронному управлению амортизато­ров, так BMW на моделях 7 серии применяет амортизаторы с изменяемой ха­рактеристикой за счет управления перепускными клапанами, рисунок 9.1.

Американская фирма «Делфай» пошла по иному пути управляя амор­тизаторами: меняя вязкость масла в амортизаторах. Главную роль в изобре­тении сыграли химики. Им удалось смешать особую жидкость MRF, в состав которой входят частицы железа. В амортизаторах установлены магниты. Си­ловое поле отслеживает с периодичностью до нескольких сотен раз в секунду мощный процессор, увеличивая или уменьшая вязкость масла и, соответст­венно, жесткость амортизаторов. Конструкция «Делфай» запатентована под именем «МагнеРайд» и уже работает на серийном «Кадиллаке-Севиль» [27].

Американская Bose, известная как производитель высококачественных автомобильных динамиков, представила принципиально новую активную подвеску, где вместо привычных пружин и амортизаторов используются ли­нейные электродвигатели.

Системы управления подвеской

5

4

3

2

1 — дополнительный клапан; 2 — подвижное уплотнительное кольцо; 3 — пружина главно­го демпфирующего клапана; 4 — якорь; 5 — винт; 6 — магнитная катушка; 7 — главный демпфирующий клапан

Рисунок 9.1 — Амортизатор с управляемым перепускным клапаном [27]

Электродвигателями управляет сложная электронная система, задача которой сохранить стабильное положение кузова при вертикальном переме­щении колес. Система руководствуется показаниями датчиков об изменении положения колес относительно кузова и передает сигнал линейным электро­двигателям, которые мгновенно компенсируют эти изменения.

Иными словами, колесо подвесят в электромагнитном поле как мембра­ну в громкоговорителе, а его перемещением вверх-вниз будет заведовать ак­тивный электромагнит. Это позволит исключить любые толчки, передавае­мые на кузов.

Фирма BMW внедрила систему «Динамик Драйв» (Dynamic Drive) [27] с активными стабилизаторами поперечной устойчивости. Суть устройства: стабилизатор разрезается пополам, а между двумя половинками встраивается гидромотор. Одно плечо стабилизатора жестко связано с корпусом, другое с ротором.

Управляющий блок, получая информацию от датчика поперечных уско­рений, открывает нужный (зависит от того, в какую сторону наклоняется ку­зов) контур, по которому масло подается к гидромотору и поворачивает по­ловинки стабилизатора относительно друг друга. Давление в системе до 18 МПа нагнетает механический насос, чем оно выше, тем на больший угол за­кручиваются плечи стабилизатора и тем сильнее он сопротивляется кренам.

И наиболее сложными являются системы управления кинематикой подвески, с целью повышения устойчивости в прохождении поворотов, в ос­новном пока это спортивные автомобили, так у концептуального «Мерседес — Бенца F400 Карвинг» угол развала колес изменяется на ходу в пределах 20°, позволяя проходить повороты на высокой скорости. В каждой ступице F400 установлено по гидравлическому цилиндру, позволяющему менять наклон колес по отношению к дороге.

PostHeaderIcon Тенденции в совершенствовании средств безопасности

Для сокращения числа летальных исходов и уменьшения травматизма работа средств безопасности должна быть оптимизирована. Системы управ­ления делаются все более интеллектуальными. Пассажиры, сидящие непра­вильно, дети, лица, не пристегнутые ремнями, располагающиеся слитттком близко к крышкам воздушных мешков, подвергаются опасности и могут быть травмированы надувающимся воздушным мешком.

Ситуация постепенно улучшается законодательными и техническими средствами:

— не рекомендуется пассажирам весом до 30 кг и ростом до 1,5 м разме­щаться на переднем сиденье;

— в США на моделях после 1998 года есть возможность отключения воз­душных мешков;

— мощность пиротехнических зарядов уменьшена. Изменены условия испы­таний средств безопасности. По стандарту FMVSS 208 использовался не — пристегнутый манекен Hybrid-Ill при наезде автомобиля на жесткое пре­пятствие со скоростью 30 миль в час. По новому стандарту манекен при­стегивается, скорость наезда — 35 миль в час.

Расширяются возможности систем управления средствами безопасно­сти: ступенчатый поджиг пиропатронов, различные пороги срабатывания и т. д:

— система управления определяет, используются ли ремни безопасности. Порог срабатывания пиротехнических средств для пристегнутых пасса­жиров установлен выше, чем для непристегнутых;

— в зависимости от веса пассажира, определяемого датчиками в сиденье, ЭБУ включит оба пиропатрона для массивного человека или только один для пассажира средней комплекции. Контролируется положение головы и торса человека по отношению к рулевой колонке и панелям салона с по­мощью ультразвуковых датчиков (Jaguar, серия 2001 ХК), в зависимости от этого и силы удара управляются воздушные мешки, имеющие три ре­жима работы: не включение, включение одного пиропатрона, включение двух пиропатронов.

Возможно появление следующих средств безопасности пассажиров:

— реверсивное натяжение ремней безопасности;

— изменяемая структура автомобиля при ударе — упрочение продольных элементов, удлинение бамперов. Раннее обнаружение препятствий делает это возможным. Цель — смягчение удара, поглощение его энергии, умень­шение динамических нагрузок на пассажиров;

— системы защиты пешеходов и велосипедистов;

— воздушные мешки на мотоциклах.

PostHeaderIcon Комплексные системы безопасности

Одной из наиболее известных подобных комплексных систем безопас­ности является разработка фирмы Renault — PRS (Programmed Restraint System) — программированная система защиты [28].

На фирме Renault решили модернизировать обычную фронтальную по­душку. Ведь сегодня надувная подушка является лишь дополнением к рем­ням безопасности: она может устанавливаться на машину серийно или на за­каз, но суть не меняется — подушка и ремень работают сами по себе, по от­дельным алгоритмам.

К созданию системы PRS — программированная система защиты французов подтолкнули данные исследований университета города Хайдельберг и На­ционального управления по безопасности на дорогах (NHTSA), США. В ча­стности, эти исследования показали, что при тяжелых авариях сильные трав­мы телу человека наносит сам ремень — от него остаются ссадины и синяки, которые долго не заживают.

Первое поколение системы PRS I (ремни с ограничителем силы натя­жения) уже используется с 1995 года на Renault Megane. Второй этап — PRS II. Теперь к ремням добавили подушку, которая принимает на себя часть на­грузки, которая раньше приходилась только на ремень безопасности. Сначала раскрывается низ подушки (защищая нижнюю часть туловища), затем рас­крываются бока и верхняя часть. К тому же подушки имеют увеличенный объем: емкость водительской равна 100 литрам, а пассажирской — 60 литрам. Таким образом, подушка принимает на себя не только голову, но и тело че­ловека.

На доводку системы ушло два года. За это время смоделировали около 200 «аварий» на компьютере и провели свыше 100 краш-тестов реальных ав­томобилей.

Математические модели системы (оффсетный краш-тест со скорости 56 км/ч) показали, что риск получить травмы туловища снижен по сравнению с обычными подушками и ремнями на 54%. Это дает основание полагать, что в реальных условиях удастся снизить приблизительно на 30% число увечий и смертельных исходов в тяжелых авариях, рисунок 8.6.

1000,_________________________________________________________

Комплексные системы безопасности

1 — обычные ремни и подушка; 2 — обычная подушка и ремни с ограничителем нагрузки (система PRS I); 3 — новая подушка и ремни с ограничителем нагрузки (система PRS II) Рисунок 8.6 — Воздействие ремней безопасности и надувной подушки на тело человека при фронтальном столкновении [28]

PostHeaderIcon Система натяжения ремней безопасности

Пиротехническая система натяжения ремней безопасности является дополнительной к воздушным мешкам и работает на тех же принципах (ри­сунок 8.4).

Система натяжения ремней безопасности

а — аккумулятор; Ъ — датчики воздушного мешка; с — ЭБУ воздушного мешка; d воз­душный мешок; е — датчики ремней безопасности; f — пиротехническая система на­тяжения ремней безопасности

Рисунок 8.4 — Комбинированная система безопасности [28]

Она предназначена для натяжения ремней безопасности у водителя и пассажира на переднем сиденье в первые миллисекунды после столкновения, чтобы прочно и безопасно прижать их к спинкам сидений, пока метки еще не надуты (как уже отмечалось, быстро надувать их нельзя из-за возможной контузии).

Натяжение ремней достигается за счет тросика, который намотан на инерционную катушку в устройстве натяжения ремней безопасности. Сво­бодный конец тросика прикреплен к поршню, установленному на дне трубки, прикрепленной к средней стойке двери, рисунок 8.5.

Система натяжения ремней безопасности

Рисунок 8.5 — Совместная работа воздушных мешков и пиротехнической сис­темы натяжения ремней безопасности [28]

Под поршнем находится пиротехнический заряд и детонатор. Детона­тор запускается сигналом от акселерометра, установленного под передним сиденьем, при фронтальном ударе с отрицательным ускорением 5g и более. Устройство спроектировано так, что детонатор срабатывает через 15 мс по­сле столкновения, при этом поршень устремляется вверх по трубке, вращает катушку и выбирает около 10 см слабины в ремне безопасности.

Последовательность действий в системе безопасности показана на ри­сунке 9.5 и обычно такова.

— Время 0 мс. Автомобиль сталкивается с препятствием под углом в преде­лах 30 ( к его осевой линии на скорости более 30 км/час.

— Время 10 мс. Сработали датчики, ЭБУ средств безопасности посылает им­пульс тока в модуль воздушного мешка, запускается детонатор в устрой­стве натяжения ремней безопасности.

— Время 13 мс. Через 3 мс после включения зажигающего устройства с громким хлопком срабатывает газогенератор. Водитель в своем сиденье сидит все еще прямо. Начали натягиваться ремни безопасности.

— Время 15 мс. Воздушный мешок частично надут и взломал крышку ко­робки, в которой находился. Ремни безопасности почти полностью натя­нуты.

— Время 20 мс. Автомобиль начинает сминаться и водитель начал бы дви­гаться вперед к рулю, но полностью натянутые ремни безопасности удер­живают его.

— Время 30 мс. Воздушный мешок полностью надут, лицо и грудь водителя почти касаются его. Ремни безопасности помогают удерживать водителя.

— Время 80 мс. Давление водителя на воздушный мешок выталкивает из не­го часть газа через отверстия в задней части, мешок уменьшается в разме­рах. Давление газа под поршнем в трубке устройства натяжения ремней безопасности падает, поршень идет вниз, образуется слабина в натяжении ремней.

— Время 120 мс. Водитель откинулся на сиденье, газ из мешка вышел, те­перь имеется возможность для обзора и выхода из поврежденного автомо­биля.

Пиротехническая система натяжения ремней безопасности имеет суще­ственный недостаток. Во время натяжения ремень может давить на человека с силой, в 55 раз превышающей силу тяжести, по сути это очень сильный удар по телу. Вот почему была разработана система надуваемых привязных ремней SmartBelt. Через 10 миллисекунд после обнаружения датчиками фак­та столкновения надуваются пиротехнический, встроенный в ремень, воз­душный мешок, его малый объем позволяет делать это быстро. Давление на человека оказывается значительно ниже, устройство работоспособно и безо­пасно для детей и малогабаритных пассажиров. В обычных условиях такие ремни практически не отличимы от стандартных.

ЭБУ средствами безопасности имеет в своем распоряжении около 10 мс при столкновении автомобиля на скорости 50 км/час, чтобы принять ре­шение о необходимости использовать средства безопасности (воздушные мешки и ремни безопасности). За это время производится около 10000 ком­пьютерных операций. Информацию для разработки программ для ЭБУ полу­чают как в результате компьютерного моделирования, так и натурных экспе­риментов с манекенами.

PostHeaderIcon Система подушек безопасности

Воздушные мешки (от английского airbags) — это дополнительные сред­ства безопасности (Supplementary Restraint System или для краткости SRS), используемые совместно с обычными ремнями безопасности для предотвра­щения травмирования лица и грудной клетки водителя при фронтальном столкновении. Они могут устанавливаться и со стороны пассажира, для пре­дотвращения удара о переднюю панель, и сбоку, для защиты верхней части тела и головы при боковых ударах.

Воздушные мешки надуваются газогенераторным модулем, содержа­щим взрывчатые вещества. Поэтому, ни в коем случае нельзя проверять электрические соединения в газогенераторе с помощью тестера или осцилло­графа, для этого имеется специальное диагностическое оборудование. Нельзя разбирать газогенератор, перед отправкой автомобиля на слом газогенератор удаляется специальным инструментом. Воздушный мешок и газогенератор размещены в ступице рулевого колеса и соединены с ЭБУ пружинными вра­щающимися контактами, расположенными между рулевой колонкой и рулем, рисунок 8.1 [26].

Подушка безопасности представляет собой мешок из нейлоновой ткани с резиновой подкладкой, сложенный под полиуретановой крышкой (рисунок 8.1). Когда мешок надувается, крышка ломается вдоль специально сделанной канавки и раскрывается наружу, пропуская мешок вперед. В зависимости от модели автомобиля воздушный мешок имеет емкость 30-70 литров.

Система подушек безопасности

1 — ось поворота крышки; 2 — линия слома;3 — газогенераторі — воздушный мешок

Рисунок 8.1- Воздушный мешок

Конструкция газогенератора показана подробно на рисунке 8.2. Гене­ратор начинает работать после подачи импульса тока от ЭБУ в зажигающее устройство. Электрические соединения устройства изолированы от массы и оно не может быть ложно включено при случайном коротком замыкании в электрической цепи. Когда температура в зажигающем устройстве превысит 190° начинается химическая реакция горения азида натрия (соль азотистово­дородной кислоты) в газогенераторе, в результате которой интенсивно выде­ляется азот.

Система подушек безопасности

1 — зажигающее устройство;2 — горючее вещество; 3 — фильтр и теплопо- глотителъ, 4 — вещество, ускоряющее горение

Рисунок 8.2 — Газогенератор подушки безопасности

Перед поступлением в воздушный мешок газ фильтруется и охлажда­ется. Давление в полностью надутом мешке относительно невелико (около 0,01-0,03 МПа), но этого достаточно, чтобы защитить водителя. Давление во­дителя на мешок вынуждает газ уходить через два больших отверстия в его задней части, что еще более смягчает удар.

После срабатывания воздушного мешка поверхность салона будет по­крыта белым порошком, который образуется в результате химической реак­ции в газогенераторе. В основном это углекислый натрий (МагСОз) и не­большое количество едкого натра (NaOH), которые не считаются опасными для здоровья. Пиротехнический заряд обычно поджигается импульсом по­стоянного тока. С 1993 года начали применять поджиг переменным током на частоте 80 кГц. Это позволило гальванически развязать цепи поджига от ос­тальной электрической системы автомобиля и повысить надежность, так как теперь короткие замыкания или броски напряжения в бортовой цепи не при­ведут к ложному срабатыванию пиропатрона. Выходные каскады ЭБУ про­пускают необходимую для зажигания заряда энергию только при нормальной работе контроллера. Пиротехнический патрон срабатывает от импульса тока длительностью 40 микросекунд амплитудой 3 А. Воздушный мешок должен быть работоспособным, то есть надутым в течение не менее 3-х секунд после включения.

Скорость надувания мешка не должна быть слишком большой, это мо­жет привести к контузии, особенно при закрытых окнах. На некоторых авто­мобилях применено такое техническое решение: при аварии сначала пиро­технически выбирается слабина привязных ремней, это дает возможность за­медлить надувание воздушных мешков.

Датчики системы. Датчики фронтального удара имеют максимальную чувствительность в пределах ±30° к продольной оси. Датчики бокового удара — ±45° к поперечной оси. В зависимости от вида столкновения (фронтальное, боковое, под углом и т. д.) должно быть правильно рассчитано время включе­ния воздушных мешков и ремней безопасности, чтобы перемещение пасса­жира по инерции не превысило допустимую норму. Воздушные мешки (фронтальные) ограничивают перемещение до 12.5 см, привязные ремни до 1 см. Фронтальные мешки надуваются примерно за 30 мс, ремни натягиваются за 5 — 10 мс.

Механические и электромеханические системы с несколькими датчи­ками в зоне удара сегодня больше не выпускаются, но ими оснащено значи­тельное количество ранее выпущенных автомобилей, особенно в США. Дат­чики по конструкции механические. Конкретное исполнение датчиков зави­сит от производителя системы, но все они работают по одному и тому же принципу. В обычных обстоятельствах выходные контакты датчика разомк­нуты, они замыкаются, когда датчик испытывает отрицательное ускорение в диапазоне 15-20 g, что соответствует наезду автомобиля на твердое препят­ствие со скоростью 12-20 миль в час. Так как датчики срабатывают от уско­рения, то часто их называют акселерометрами. Существует несколько конст­рукций акселерометров, применяемых в системах безопасности, рассмотрим некоторые из них.

Датчик удара с постоянным магнитом. Эта механическая конструкция (рисунок 8.3) состоит из чувствительной массы (металлического шара), кото­рая прочно удерживается в задней части небольшого цилиндра мощным по­
стоянным магнитом. Во время обычной езды выходные электрические кон­такты датчика разомкнуты. При столкновении сила инерции металлического шара преодолевает притяжение магнита, шар катится по цилиндру вперед и замыкает контакты, сигнал поступает в ЭБУ.

Динамические характеристики механических акселерометров описы­ваются дифференциальным уравнением 2-го порядка. Такие параметры, как жесткость пружины, масса шарика, сила притяжения магнита, демпфирова­ние и т. д. должны быть увязаны с динамикой автомобиля при ударе.

Система подушек безопасности

Направление движения Магнит

Система подушек безопасности

Сила
смеще-
ния

Система подушек безопасности

масса

До столкновения контакты разомкнуты Результирующая сила

Электр контакты ‘

При ударе контакты замкнуты

Система подушек безопасности

Рисунок 8.3 — Датчик удара с постоянным магнитом [26]

Эти параметры подбирают под конкретную модель автомобиля с уче­том его веса, конструкции корпуса, места расположения датчика. Высокие требования при настройке — главный их недостаток.

Датчик ускорения (акселерометр). Ускорение автомобиля преобразу­ется в выходные сигналы этих датчиков: изменение электрического сопро­тивления для датчика деформации и изменение заряда для пьезоэлектриче­ских. Выходной сигнал с датчиков обрабатывается соответствующими элек­тронными схемами в ЭБУ средств безопасности. В отличие от чисто механи­ческих датчиков ускорения в данном случае используется программная на­стройка в ЭБУ под конкретную модель автомобиля.

Сигналы с датчиков поступают на электронный блок управления сред­ствами безопасности, который осуществляет постоянный контроль всей сис­темы безопасности (иногда этот блок называют диагностическим модулем). Когда при фронтальном столкновении сработают датчики, диагностический модуль выдаст импульс тока для зажигания газогенератора в модуле воздуш­ного мешка, расположенного в ступице рулевого колеса. Воздушный мешок надуется. Если ЭБУ обнаружит неисправности в системе, на приборном щит­ке загорится сигнальная лампочка, система безопасности будет переведена в нерабочее состояние, чтобы предотвратить ложное срабатывание воздушного мешка.

Электронные системы с центральным расположением датчика произ­водятся с 1980 года. Тогда акселерометры были на основе проволочных тен- зорезисторов. ЭБУ и датчик размещаются в салоне. ЭБУ включает средства безопасности, когда сигнал с датчика превысит установленный уровень. Имеется возможность адаптации под различные модели автомобилей. До 1987 года ЭБУ были аналоговые, позднее — цифровые.

В современных ЭБУ средств безопасности применяются пьезоэлектри­ческие акселерометры в интегральном исполнении, монтируемые непосред­ственно на печатную плату. После инициализации ЭБУ проводит тестирова­ние системы, в том числе и механической исправности чувствительного эле­мента. Это делается путем измерения собственной резонансной частоты пье­зоэлемента.

Применяются также емкостные и пьезорезистивные акселерометры. Как правило, два кристалла (чипа) собственно датчика и согласующих элек­тронных цепей размещаются в одном пластмассовом корпусе. Акселеромет­ры фронтального удара работают в диапазоне ускорений ±35-±100 g, боково­го удара ±250 g, датчики опрокидывания автомобиля ±3-±10 g. За счет циф­ровой обработки сигнала порог срабатывания системы устанавливается про­граммно, что дает возможность прогнозировать силу удара. Полностью элек­тронные системы управления средствами безопасности, включая датчик цен­трального расположения, появились в 1992 году. В новейших системах по­мимо центрального датчика еще два размещены в зоне фронтального удара и деформации автомобиля. По сигналам этих датчиков ЭБУ надежнее и быст­рее определяет силу удара и в зависимости от этого управляет воздушными мешками и пиротехническими натяжителями привязных ремней. При не­сильном ударе воздушные мешки не будут задействованы.

Автомобили могут оснащаться датчиками опрокидывания при аварии. Датчик опрокидывания должен быть чувствителен в любом горизонтальном направлении. Первоначально такие датчики устанавливались только на от­крытые автомобили (с 1989 года). Факт опрокидывания определялся за 200 мс, защитная штанга над сиденьями поднималась за 300 мс. Датчик опроки­дывания в одном из вариантов выполнен на основе качающегося цилиндра с постоянным магнитом на конце. В крышке напротив магнита расположена интегральная схема с элементом Холла. Состояние опрокидывания определя­ется при превышении углом отклонения от вертикали значения 22°.

Факт опрокидывания определяется также по нагрузке на мосты. Если одно из колес теряет контакт с дорогой, срабатывает датчик типа концевого выключателя и ЭБУ определяет ситуацию, как потенциально опасную. Коле­са могут быть зажаты прогнувшейся при аварии обшивкой и датчики нагруз­ки мостов не сработают. Они задублированы акселерометрами, измеряющи­ми ускорение в горизонтальной плоскости по осевым направлениям. Резуль­тирующее ускорение определяется геометрически. После превышения уров­ня 5 g ЭБУ включает защитные устройства — воздушные мешки и штангу.

Надежность является первейшим требованием к конструкции средств безопасности. В случае необходимости воздушный мешок должен активизи­роваться за миллисекунды даже после нескольких лет бездействия.

Электронный блок управления подушек безопасности

Задачей электронного блока управления подушек безопасности являет­ся обеспечение постоянной готовности к работе средств безопасности.

Для этого ЭБУ:

— постоянно контролирует электрические цепи датчиков и газогенераторно­го модуля, при обнаружении неисправности загорается сигнальная лампа. Коды неисправностей заносятся в память для последующего считывания сканером или иным диагностическим устройством, подключаемым через специальный разъем;

— обрабатывает сигналы с акселерометров и при обнаружении лобового столкновения включает газогенератор.

Так как подача электроэнергии может прерваться в самом начале столкновения (например, обрыв провода от аккумуляторной батареи), сред­ства безопасности должны иметь резервный источник питания. Обычно это или небольшой дополнительный аккумулятор, или конденсатор большой ем­кости, способный в течение примерно 200 мс служить источником резервной мощности, что достаточно для запуска газогенератора. Резервные источники энергии (обычно конденсаторы) поддерживают работоспособность средств безопасности в течение 0.1 — 1 с. Напряжение на конденсаторе — 25-35 В.

ЭБУ подушек помимо управления средствами безопасности и диагно­стики способен помещать в неотключаемую память контроллера (ППЗУ) кадры данных с параметрами движения в течение 10 — 20 мс до удара и 30 — 50 мс после — упрощенный вариант авиационного «черного ящика». Некото­рые производители выпускают средства безопасности, где в одном блоке объединены воздушный мешок, датчики ускорения, ЭБУ. Такой модуль раз­мещается под крышкой в ступице руля. Данное техническое решение нахо­дит все более широкое распространение, т. к. меньшее количество соедините­лей, более короткая проводка повышают надежность устройства в целом.

С середины 90-х годов на автомобилях начали применять боковые воз­душные мешки для защиты водителя и пассажира при боковом ударе. Конст­рукции боковых воздушных мешков варьируются в зависимости от модели автомобиля, но в основном это 17-литровые модули, вмонтированные в па­нели каждой двери, и дополнительные воздушные мешки вдоль поперечин на крыше салона.

Если обычные воздушные мешки должны предотвращать вторичный удар водителя о руль и пассажира о переднюю панель при фронтальном столкновении, то боковые воздушные мешки необходимы, чтобы мягко от­жимать водителя и пассажиров к центру салона, предотвращая контакт с дверными панелями. Боковые воздушные мешки надуваются до большего давления и медленнее спускают газ, чем фронтальные. Каждый боковой воз­душный мешок управляется от своего диагностического модуля. Боковое ус­корение определяется так же, как и фронтальное, конструкции датчиков, га­зогенератора и т. д. такие же, как и у фронтальных средств защиты. Разумеет­ся, ориентация датчиков другая и пороги срабатывания ниже.

При боковых ударах расстояние между сминаемым бортом автомобиля и человеком мало. Средства защиты должны срабатывать значительно быст­рее, чем при фронтальном или заднем ударе. Воздушный мешок в данном случае надувается за 3-20 мс, а не за 6-60 мс, как при продольном ударе. Объем мешка для защиты груди около 10 литров. Между бортом и головой расстояние больше, мешок соответственно надувают медленнее.

Боковые воздушные мешки впервые были установлены на Volvo в 1996 году, система получила название SIPS (Side Impact Protection System) — система защиты от бокового удара, в настоящее время производятся системы третьего поколения. Специалисты Volvo считают, что использование SIPS снижает смертельный исход и тяжелые травмы при боковых ударах на 40%.

Фирма BMW внедрила на своих автомобилях систему ITS (Integrated Tubular Sidebag), которая расшифровывается как встроенная боковая подуш­ка-труба. Подушка действительно представляет собой надувную трубу, а ус­танавливается она в стойке лобового стекла и в верхней части проема перед­ней двери. Поскольку ITS натягивается поперек оконного проема, то «труба» еще препятствует выпадению через окно при опрокидывании и даже частич­но защищает глаза от осколков битого стекла.

И хотя подушки безопасности — это вполне самостоятельная система, тем не менее, они, как правило, интегрируются с системой преднатяжения ремней безопасности, такие комплексные системы часто обозначаются SRS, PRS (Programmed Restraint System) [28].

PostHeaderIcon ЭЛЕКТРОННЫЕ СИСТЕМЫ ПАССИВНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

Современные, управляемые электроникой средства безопасности пас­сажиров в автомобиле, предназначены для уменьшения или предотвращения травматизма при аварии. Если при аварии пассажирский салон деформирован незначительно, эти средства уменьшают величину ускорения и перегрузки, испытываемую пассажирами до разумных пределов.

В общем случае система безопасности включает:

— датчики, по сигналам которых устанавливается факт наезда на препятст­вие (удара) или опрокидывания. Обычно это акселерометры той или иной конструкции;

— электронный блок управления средствами безопасности. Это по сути ком­пьютер, следящий за сигналами датчиков и включающий при аварии не­обходимые исполнительные механизмы;

— исполнительные механизмы — это пиротехнически надуваемые пластико­вые мешки (воздушные мешки), размещаемые между частями тела чело­века и конструкциями салона для смягчения удара; пиротехнически натя­гиваемые ремни безопасности; поднимаемые штанги на открытых авто­мобилях для обеспечения безопасного пространства пассажирам при оп­рокидывании.

PostHeaderIcon Электронная система стабилизации движения автомобиля

Системы разных производителей получили разные обозначения, наи­более часто встречаемые следующие: ESP — (Electronic stability programme), DSC — (Dynamic System Control), VDC (Vehicle Dynamic Control) [1].

Система ESP — представляет собой систему с расширенными функция­ми ABS, контролируя не только продольную динамику движения автомобиля (подобно ABS), но и поперечную, при критических величинах сцепления, на­пример при скольжении. Для этого требуется наличие датчиков скорости поворота вокруг вертикальной оси и поперечной составляющей ускорения для оценки фактического поведения автомобиля, а также датчика угла пово­рота для определения намерений водителя.

Если существуют различия в намерениях водителя и поведении авто­мобиля, например, если автомобиль начинает совершать недостаточный или избыточный поворот, то система ESP вносит изменения в поведение автомо­биля посредством автоматического торможения отдельных колес.

Данная система является наиболее сложной, управляющей работой ан­тиблокировочной, антипробуксовочной систем (ASR), контролирующей тягу и управление дроссельной заслонкой (ЕТС). Блок электронного управления использует информацию от датчиков, которые отслеживают работу мотора и трансмиссии, скорость вращения каждого из колес, давление в тормозной системе. Угол поворота руля, поперечное ускорение. Ситуация оценивается, вычисляется усилие торможения для каждого колеса, исполнительные меха­низмы получают команду. Процессор ESP связан с блоком электронного управления двигателем, что позволяет корректировать мощность и обороты коленчатого вала.

Наличие подобной системы позволяет избежать, в частности, возник­новение заноса в повороте или при объезде внезапного препятствия, а также помогает водителям при езде на скользких покрытиях.

Пример бортовой установки компонентов ESP автомобиля вместе с электрическими и механическими средствами соединений приведен на ри­сунке 7.7. Помимо скорости движения автомобиля в вычисления также вхо­дят необходимые характеристики коэффициентов сцепления между шинами и дорожным покрытием. Эти параметры оцениваются на основе сигналов, получаемых от датчиков частоты вращения колес 1, датчика поперечного ус­корения 5, датчика угловой скорости вокруг вертикальной оси 4 и датчика давления в тормозной системе 2. Затем вычисляется момент относительно вертикальной оси, который необходим для приближенного приведения пара­метров действительного состояния к параметрам требуемого состояния, ри­сунок 7.7.

Электронная система стабилизации движения автомобиля

1 — тормозные механизмы колес; 2 — датчики частоты вращения колес; 3 — блок ECU управления работой двигателя с интерфейсом CAN; 4 — механизм управления дроссельной заслонкой; 5 — подпиточный насос с датчиком подвода давления; 6 — датчик поворота ру-певого колеса; 7 — усилитель тормоза с главным тормозным цилиндром; 8 — гидравли­ческая система с датчиком тормозного усилия и подсоединением ECU; 9 — датчик угло­вой скорости поворота вокруг вертикальной оси с интегрированным датчиком попереч­ного ускорения

Рисунок 7.7 — Программа ESP с электрическими соединениями в

автомобиле [1]

В целях получения требуемого момента рыскания необходимо, чтобы изменения в величинах относительного скольжения колес определялись по­средством контроллера ESP. Эти величины затем устанавливаются посредст­вом контроллера скольжения и контроллера тягового усилия с помощью ис­полнительного механизма гидравлической тормозной системы 6 и привода управления работой двигателя 7.

Необходимый крутящий момент двигателя может быть установлен по­средством управления работой двигателя интерфейсом CAN так, что могут быть отрегулированы тягово-сцепные параметры всех колес.

Гидравлический модулятор и датчики частот вращения колес вполне работоспособны при установке под капотом и днищем автомобиля. Датчики угловой скорости вокруг вертикальной оси, поперечного ускорения, угла по­ворота рулевого колеса и блок управления устанавливаются в пассажирском салоне или в багажнике.

Комплексная система гарантии качества является фундаментальной для обеспечения надежного функционирования ESP. Система гарантии качества охватывает работу программы ESP вместе с ее компонентами и всеми други­ми функциональными взаимосвязями. Применяются методы по исключению ошибок, которые бы имели последствия, относящиеся к безопасности. Они были внедрены в некоторое количество повторных исследований, главным образом для оптимизации разработок, конструкции и изготовления компо­нентов. В результате были полностью исключены источники неисправностей или их вероятность сведена до минимума. Крупномасштабные программы контроля гарантировали надежное определение всех ошибок датчиков, кото­рые не могли быть полностью исключены. Эти программы основаны на хо­рошо разработанных надежных программных обеспечениях систем ABS и TCS, контролирующих все компоненты, подключенные к ЭБУ вместе с их электрическими подсоединениями. В дальнейшем надежное программное обеспечение улучшалось более полным использованием возможностей, пре­доставлявшихся дополнительными датчиками и их последующим приспо­соблением к специальным компонентам и функциям ESP. Работа датчиков контролировалась в несколько этапов.

Во время первой стадии датчики непрерывно контролировались на це­лостность кабеля и вероятность прохождения сигнала. В течение второго этапа наиболее важные датчики проверялись отдельно. Датчик угловой ско­рости вокруг вертикальной оси испытывался во время преднамеренного рас­согласования элемента датчика и затем оценивался на прохождение сигнала. Датчик угла поворота рулевого колеса снабжался «местным интеллектом» и имел свои собственные контрольные функции, которые непосредственно со­провождали какое-либо ошибочное сообщение, поступающее к ЭБУ. Допол­нительно контролировался цифровой сигнал, постоянно передаваемый к ЭБУ.

Во время третьего этапа применялась аналитическая избыточность для контроля работы датчиков во время стационарного режима эксплуатации ав­томобиля. В данном случае использовалась модель автомобиля с целью про­верить тот факт, что не имеется нарушений для определенных связей между сигналами датчиков и движением автомобиля. Эти модели также часто при­менялись для вычислений и компенсирования смещений датчиков, поскольку они оставались в пределах технических условий. В случае возникновения ошибки система выключалась или частично, или полностью, что зависело от типа ошибки. Реагирование системы на ошибки также зависело от того, дей­ствительно ли осуществлялось управление или нет.

Данные принципы применимы к системам ESP для грузовых автомо­билей за исключением стратегии торможения, модифицированной для при­менения к грузовым автомобилям при различных условиях управления.

ESP грузового автомобиля также имеет функцию уменьшения вероят­ности опрокидывания автомобиля.

В настоящее время внедряются системы стабилизации второго поколе­ния ESP II, главной чертой которой является интеграция с активным рулевым управлением — системой ESAS (Electric Steer Assisted Steering — управление с электрическим подруливанием). Второе поколение систем семейства Bosch ESP, получившее название ESP® plus, стало использоваться в стандартной комплектации автомобилей представительского класса с середины 2005 года [27].

Технологическую основу ESP® plus составляет система управления торможением восьмого поколения, серийно выпускающаяся с 2002 года. При этом инженеры Bosch существенно обновили ряд компонентов, в том числе блок управления, ответственный за рабочие алгоритмы системы.

Функция Brake Disc Wiping активируется во время дождя: периодически приводя колодки в легкий контакт с дисками, она позволяет достичь макси­мальной эффективности тормозной системы в случае внезапного резкого торможения. ESP® plus оснащена функцией помощи водителю при движе­нии в плотном потоке, обеспечивающей автоматическое торможение вплоть до полной остановки. В сочетании с адаптивным круиз-контролем (АСС) это существенно облегчает вождение в условиях перегрузки транспортной сети.

В 2006 году в серийное производство поступит система третьего поко­ления — Bosch ESP® premium [27]. Она оснащена рядом дополнительных функций, которые до настоящего времени считались прерогативой электрон­ных тормозных систем. Еще более эффективные компоненты и стратегии контроля сделают возможными чрезвычайно быстрые вмешательства в управление, почти неслышные для водителя и незаметные по поведению пе­дали тормоза.

Февраль 2014
Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
« Янв   Мар »
 12
3456789
10111213141516
17181920212223
2425262728  

Мастерская Своего Дела - msd.com.ua