Вахламов В.К., Шатров М.Г., Юрчевский А.А. Автомобили: Теория и конструкция автомобиля и двигателя

Подождите немного. Документ загружается.

8I*S!

>»

*Г

|»"^

782

Рис

514

"хема

дистанционного управления жидкостным предпусковым

подофевателем

—

переключатель

режимов работы, 2 и 3 — реле,

— электродвигатель насос-

ного

агрегата,

5—

электромагнитный клапан,

6—

нагревательный элемент, 7 —

коммутатор;

— свеча зажигания, 9 — предохранитель, 10 — буквенные обозна-

чения включаемых механизмов,

—III

— позиции переключателя режимов

Теплота

от продуктов сгорания передается жидкости, которая

циркулирует через теплообменник и систему охлаждения двига-

теля с помощью электрического насоса, установленного отдель-

но от подогревателя.

Для приведения в действие предпускового подогревателя из

кабины автомобиля используют систему дистанционного управ-

ления

(рис.

514).

С помощью переключателя

режимов работы

подогревателя

(установлен на рабочем месте водителя) к аккуму-

лятору

подключаются

обмотка реле 2 включения нагревательного

элемента 6 для подогрева топлива перед форсункой и обмотка

реле 3

включения

электродвигателя 4 насосного агрегата При этом

обеспечивается также продувка подогревателя воздухом По окон-

чании подогрева топлива для форсунки открывается электромаг-

нитный клапан 5 и включается источник высокого напряжения,

состоящий из коммутатора

и катушки зажигания Катушка пода-

ет высоковольтные импульсы на свечу 8 зажигания. После пуска

подогревателя нагревательный элемент 6, коммутатор 7 и свеча 8

отключаются. Дальнейшее воспламенение топливной смеси про-

исходит от горящего факела пламени Выходящие из подогревате-

ля газы направляются под поддон двигателя для подогрева масла

Для автоматического выключения свечи накаливания во время

пуска и обеспечения продувки отопителя после его выключения

783

применяют температурный переключатель (см. рис. 51.2), состоя-

щий из датчика и термовыключателя. Внутри корпуса

переключа-

теля установлен кварцевый стержень. При нагреве в результате тем-

пературного удлинения стержень воздействует на кнопку микропе-

реключателя, который отключает электрическую цепь свечи и вык-

лючает цепь вентилятора.

51.3. Аэрозольное пусковое устройство

Для облегчения пуска двигателя в условиях низких температур

используют аэрозольные пусковые приспособления с дистанцион-

ным управлением. С помощью такого устройства пусковую жид-

кость (например, «Арктика» или «Холод») с низкой температурой

самовоспламенения впрыскивают во впускной трубопровод

двига-

теля. Жидкость содержится в баллоне под давлением (рис.

51.5).

Аэрозольное пусковое приспособление состоит из электро-

магнита

и механизма крепления аэрозольного баллона 13. Внут-

ри катушки электромагнита может перемещаться якорь 8. На

внешнем корпусе установлен

пластинчатый клапан 9, через

который по трубопроводу 10

топливо подается к форсунке

11,

ввинченной в резьбовое отвер-

стие впускного трубопровода.

С якорем 8 соединена эмульси-

онная трубка 6, которая при

движении якоря нажимает на

клапан аэрозольного баллона 13.

Баллон прижимается к корпусу

Рис.

51.5.

Электромагнитный привод

аэрозольного пускового устройства:

1 — регулировочный винт; 2 — опор-

ная пята; 3 — поводок; 4 — оси для ус-

тановки поводков; 5— кронштейн,

6—

эмульсионная трубка; 7 — электромаг-

нит; 8 — якорь; 9 —

пластинчатый

кла-

пан; 10 — трубопровод; 11 — форсун-

ка; 12 — резиновая прокладка; 13 —

аэрозольный баллон

электромагнита через резиновую прокладку

с помощью опор-

ной пяты 2 и регулировочного винта

установленных на по-

водке 3.

51.4. Автоматическое управление вентилятором системы

охлаждения

В отличие от вентиляторов системы охлаждения двигателя, при-

водимых во вращение

клиноременной

передачей от коленчатого

вала, на многих современных автомобилях (чаще легковых) ис-

пользуется привод вентилятора от электродвигателя. Применение

электродвигателя позволяет сравнительно простыми средствами ав-

томатизировать процесс регулирования температуры двигателя пу-

тем включения-выключения электродвигателя привода

вентилято-

ра по командным

сигналам,

формируемым датчиком температуры.

Для привода вентилятора системы охлаждения применяют элект-

родвигатель постоянного тока с укороченным корпусом (рис.

51.6,

а).

В корпусе 2 установлены постоянные магниты 10 (в качестве по-

123

10 3

Рис. 51.6. Конструкция (а) и схема включения (б) электродвигателя вен-

тилятора системы охлаждения двигателя:

— стяжной болт, 2 — корпус; 3 — якорь; 4 — крышка; 5 — кожух; 6 — щетко-

держатель; 7 — винт; 8 — подшипник скольжения; 9 — пружина; 10 — магнит;

— контакт реле; 12 — датчик температуры; 13 — промежуточное реле; 14 —

общий выключатель; 15 — предохранители

784

Ва

785

люсов вместо башмаков с обмотками возбуждения). Крышка 4 с

щеткодержателем б привернута стяжными болтами 1. Щетки при-

жимаются к ламелям коллектора пружинами 9. Якорь 3 с

обмот-

кой установлен на двух подшипниках: скольжения 8 и качения

(расположен со стороны нагруженного конца вала якоря). Кол-

лектор и щетки закрыты кожухом 5.

После пуска двигателя внутреннего сгорания ключом зажига-

ния электродвигатель привода вентилятора отключен. Он включа-

ется автоматически (рис.

51.6,

б)

с помощью датчика температу-

ры 12 и промежуточного реле 13, которое замыкает свой кон-

такт 11 при достижении температуры в системе охлаждения дви-

гателя автомобиля

(92

±3)

°С.

Разрыв контактов датчика

и вык-

лючение электродвигателя вентилятора происходят после сниже-

ния температуры в системе охлаждения двигателя до (87 ± 3)

°С.

Промежуточное реле 13 необходимо для разгрузки контактов дат-

чика температуры от значительных токов (особенно пусковых)

электродвигателя вентилятора. В цепи питания электродвигателя и

реле установлены предохранители 75.

51.5. Электрооборудование системы кондиционирования

воздуха

Под кондиционированием понимают подогрев и охлаждение воз-

духа, а также удаление из него влаги. Достигается это направлени-

ем воздушных потоков, циркулирующих в салоне, через теплооб-

менники — нагреватели и охладители, которые часто располага-

ются в одном корпусе.

Система управления кондиционером должна обеспечивать за-

данную температуру в салоне. Регулируется температура на основе

данных о внешней температуре, интенсивности солнечного излу-

чения и температуре воздуха в салоне.

Привод компрессора 77 (рис.

51.7)

кондиционера осуществля-

ется от двигателя внутреннего сгорания и реже от электродвига-

теля. С помощью компрессора сжатый хладагент

(хладон)

перека-

чивается в испаритель 2. Здесь поглощается теплота из окружаю-

щего воздуха, который с помощью электровентилятора продува-

ется через радиатор испарителя. Газообразный хладон из испари-

теля, через систему вспомогательных аппаратов возвращается на

вход компрессора.

При автоматическом управлении кондиционером электронный

блок управления ЭБУ получает информацию от

термисторных

датчиков: температуры воздуха (7)7) в

салоне;

интенсивности сол-

нечного излучения (7)2); температуры двигателя

(7)J);

температу-

ры наружного воздуха

(7)4);

температуры испарителя

(D5).

Иног-

да для определения интенсивности солнечного излучения исполь-

зуют фотодиоды. В зависимости от выбранного с помощью

пере-

786

ЭБУ*

вычисления;

хранение

информации;

решение

об управлении;

таймер

Рис. 51.7. Схема принципа действия автомобильного

кондиционера:

/ и

5—

заслонки впускного и выпускного окон; 2 — испаритель; 3 — подогрева-

тель; 4 — заслонка воздушного смесителя; 6 — салон автомобиля;

— мембрана

выпускного окна;

8—

водяной клапан;

9—

силовой сервомеханизм;

10—

потен-

циометр; // — компрессор; 12

—-

электровентилятор;

S1 — выключатель; S2 —

задатчик

режима;

DI,

D3—D5

— датчики температуры соответственно воздуха в

салоне, двигателя, наружного воздуха и испарителя; D2 — датчик интенсивности

солнечного излучения; ЭБУ — электронный блок управления

ключателя

режима работы силовой исполнительный механизм

управляет заслонками 4 воздушного смесителя, частотой враще-

ния вентилятора, заслонками впускного и выпускного отверстий

в салон автомобиля. Воздушная заслонка смесителя устанавлива-

ется в нужное положение следящей системой автоматического

регулирования с отрицательной обратной связью. Для этого теку-

щая позиция установки контролируется

потенциометрическим

датчиком 10 обратной связи.

51.6. Система отопления

Автомобиль с воздушной системой охлаждения двигателя, а

также предназначенный для эксплуатации в условиях низких тем-

ператур окружающего воздуха, оснащают независимой системой

воздушного отопления. Система состоит из бензиновой отопитель-

ной установки и воздуховодов, обеспечивающих подачу нагретого

воздуха в салон (кабину) автомобиля. Иногда установку использу-

787

ют также для прогрева поддона с маслом двигателя, направляя

туда горячий воздух. После прогрева двигателя воздух поступает в

салон. Отопительная установка работает автономно, что позволя-

ет использовать ее при неработающем двигателе.

Конструктивно отопитель подобен пусковому жидкостному

подогревателю. Отличительной особенностью является то, что че-

рез теплообменник прокачивается воздух, взятый из салона авто-

мобиля, и после нагрева направляется снова в салон. Атмосфер-

ный воздух для поддержания факела пламени в теплообменнике

после обеспечения сгорания топлива выбрасывается в атмосферу.

Попадание его в салон исключено.

В независимой бензиновой системе отопления фирмы

«Эберс-

пехер»

(рис. 51.8) внутренняя полость отопителя разделена коль-

цом безопасности 16 на две камеры: предкамеру и камеру сгора-

ния. В предкамере располагаются топливная форсунка 14 и свеча

13 для воспламенения топливной смеси. Воздух в камеру сгорания

подается вентилятором 7 из-под днища автомобиля через возду-

хозаборник 22 и трубопровод 21. Электродвигатель 8 обеспечивает

вращение двух вентиляторов:

— для камеры сгорания и 9 — для

123

4 5

-22

18 17 16 15 14 13

Рис. 51.8. Независимая бензиновая система отопления салона (кабины)

автомобиля:

/ — выпускная горловина; 2 — термодатчик; 3 — термовыключатель; 4 — элект-

ромагнитный клапан;

5—

редукционный клапан; 6 — пусковое реле; 7 — венти-

лятор для камеры сгорания; 8 — электродвигатель; 9

—-

вентилятор для циркуля-

ции воздуха в салоне; 10 и 12 — защитные сетки (сита); 11 — салонный боковой

канал; 13 — свеча; 14 — форсунка; /5 — отводящий патрубок для продуктов

сгорания; 16 — кольцо безопасности; 17, 18 и 19 — стенки теплообменника;

20— соединительный канал; 21 — трубопровод от подпольного воздухозаборника;

22 — воздухозаборник

788

циркуляции воздуха в салоне автомобиля. Из салона воздух заби-

рается по боковому каналу 11 и через сетки 10 и 12 поступает к

лопастному колесу вентилятора. Через выпускную горловину 7

воздух возвращается в салон.

Продукты сгорания через

соединительный

канал 20 поступают

к отводящему

патрубку

75. Между стенками 77,

и 19 теплооб-

менника прокачивается воздух для обогрева салона. Внутри каме-

ры сгорания находятся термодатчик 2 и термовыключатель 3. Топ-

ливо подается к форсунке насосом через электромагнитный кла-

пан 4 с редукционным клапаном 5.

Насос (в целях пожарной безопасности) устанавливают отдель-

но от отопителя.

Как

правило, используют бензонасос электро-

магнитного типа.

Контрольные вопросы

1. Какие устройства с электронным управлением применяют для об-

легчения пуска двигателя при низких температурах?

2. Расскажите об электрооборудовании системы подогревателя возду-

ха на впуске в двигатель.

3. Какие электрические устройства входят в состав жидкостного пред-

пускового подогревателя и как они взаимодействуют?

4. Расскажите о работе системы дистанционного управления предпус-

ковым подогревателем.

5. Для чего нужен, как устроен и работает термовыключатель подо-

гревателя?

6. Какие электрические элементы входят в состав аэрозольного пус-

кового устройства?

7. Для чего нужен, как устроен и работает электропривод вентилятора

системы охлаждения?

8. Расскажите об электрооборудовании системы кондиционирования

салона автомобиля.

9. Расскажите об электрооборудовании системы отопления салона (ка-

бины) автомобиля.

Глава 52

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ АВТОМОБИЛЬНОГО

ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО И ЭЛЕКТРОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ

$2.1. Развитие систем зажигания

Надежное воспламенение топлива искровым разрядом возможно

при массовом соотношении воздух/топливо не более 17. При бо-

лее бедных

составах

возникают пропуски зажигания, что приво-

дит к

увеличению

токсичности отработавших газов.

Из лазерных, сверхвысокочастотных и плазменных систем за-

жигания для

бедных

смесей последняя находит все более широкое

применение.

ри

плазменном зажигании соотношение воздух/топ-

ливо достигает 27, электрическая дуга образует высокую концен-

трацию электрической энергии в ионизированном искровом про-

межутке значительного объема (до 10

мм

При этом в дуге разви-

ваются температуры до 4000

°С,

аналогичные температурам при

дуговой

сварку.

Реализуется

такой метод при использовании специальных све-

чей

зажигания.

В одной из таких свечей (рис. 52.1, а) под цен-

тральным

эле!сгродом

2 в изоляторе размещается небольшая ка-

Рис 52.1. Плазменные свечи зажигания:

а — обычная; б _

пусковым электродом; / — металлический корпус свечи;

2—

центральны^

электрод; 3 — камера; 4 — плазменный факел; 5 — электриче-

ский разряд

кд

мер

е;

6 —

изолятор

свечи;

7 —

пусковой

электрод;

А, Б и В —

фазы

Распространения

плазменного факела при работе

свечи

790

мера

При возникновении электрического разряда 5 между цен-

тральным электродом 2 и корпусом 1 газ в камере нагревается до

высокой температуры и, расширяясь, выходит из отверстия в кор-

пусе свечи в камеру сгорания. Образуется плазменный факел 4

длиной

6...7

мм. С помощью этого факела вызываются несколько

очагов пламени, способствующих воспламенению и сгоранию бед-

ной смеси

При другом методе в свече зажигания образуется постоянная

электрическая дуга в течение времени, необходимого для поворота

коленчатого вала на 30°. В этом случае высвобождается до 20 Дж/м

энергии, что гораздо больше, чем при обычном искровом разряде.

При использовании обычных свечей зажигания (рис 52.2, а) в

плазменной системе применяется катушка зажигания 1 с раздель-

ными обмотками.

Последовательно

со вторичной обмоткой уста-

новлен высоковольтный преобразователь

для создания началь-

ного электростатического поля напряжением 3 кВ между электро-

дами свечи. В момент размыкания контактов прерывателя 5 в ис-

кровом промежутке свечи возникает обычная искра. Сопротивле-

ние между электродами уменьшается, а постоянное напряжение

3 кВ образует дугу, зажженную в момент разряда. Для поддержа-

ния дуги достаточно напряжения около 200 В. Длительные дуго-

вые разряды понижают срок эксплуатации свечей, поскольку эле-

ктроды из обычного материала (инконеля) в нормальных услови-

ях работы в режиме плазменной свечи эродируют очень быстро.

Поэтому используют свечи с вольфрамовыми электродами или

Рис. 52.2. Схема ионизирующей системы зажигания для обычных свечей

(а) и плазменной системы (б):

1 — катушка зажигания; 2 — распределитель зажигания; 3

—-

искровые проме-

жутки свечей; 4 — высоковольтный преобразователь; 5 — прерыватель; 6 и 11 —

полупроводниковые диоды; 7 — накопитель энергии; 8 — преобразователь; 9 —

выключатель зажигания; 10 — блок электронного зажигания

791

холодные свечи. Угол опережения зажигания увеличивают на не-

сколько градусов.

Плазменная система зажигания, показанная на рис. 52.2, б, име-

ет несколько дополнительных элементов к стандартной электрон-

ной схеме: это высоковольтный преобразователь 8 и накопитель

энергии

7в

дополнение к батарее, катушке / зажигания, блоку 10

электронного зажигания и выключателю зажигания 9.

Поскольку в данной системе используются фактически два

источника напряжения для свечи зажигания, они разделены дио-

дами. Электростатический потенциал высоковольтного преобра-

зователя может ионизировать и пространство между электродами

распределителя, поэтому в данной системе

высоковольтное

элек-

тростатическое напряжение подводится непосредственно к све-

чам через диоды 6, предотвращающие возврат энергии в систему

накопления, а также контролирующие длительность разряда.

Высоковольтный преобразователь

преобразует постоянное на-

пряжение 12 В в переменное с частотой 12 кГц. Это переменное

напряжение с помощью трансформатора повышается до

1,5

кВ,

затем

диодно-конденсаторной

цепью удваивается и выпрямляется.

Плазменная камера в специальной свече (см. рис.

52,1,

б) име-

ет кольцевую форму. Ионизация горючей смеси происходит меж-

ду двумя электродами. После воспламенения смеси в ионизиро-

ванной камере образуется торообразная плазма. При взаимодей-

ствии радиального тока ионизированной плазмы с магнитным

полем, циркулирующим вокруг центрального электрода, торооб-

разная плазма выбрасывается через кольцевой канал свечи в ка-

меру сгорания двигателя.

По данным фирмы «Plasma

Inition

System», такая

система

обес-

печивает воспламенение обедненной топливной смеси, состоя-

щей из 19,5 части воздуха и одной части бензина.

Экономия

топ-

лива составляет

52.2. Электромобили

Автомобиль, у которого для привода ведущих колес использу-

ется электрическая энергия, получаемая от химического источ-

ника тока, принято называть электромобилем.

Основная проблема, решаемая при создании

электромобиля,

заключается в поиске источника электрической энергии — акку-

мулятора.

Свинцово-кислотный,

никель-цинковый, никель-желез-

ный,

хлорно-цинковый

аккумуляторы имеют большую массу и

размеры. Ученые связывают надежды с

металловоздушмыми

акку-

муляторами

(алюминийвоздушными,

железовоздушными)

и топ-

ливными элементами.

Специальный кузов электромобиля позволяет снизить массу

экипажной конструкции легкового автомобиля на

3().-.35%

по

792

сравнению с такой же конструкцией для автомобиля и правильно

распределить нагрузку по мостам, поскольку электромобиль тре-

бует другой компоновки. Например, в японском электромобиле

EV-2 (рис. 52.3, а) два блока тяговых аккумуляторных батарей 4

размещены в передней и задней частях кузова. Впереди находится

буферная батарея 7, а сзади — электронный блок 2 управления

(контроллер) и тяговый привод 3. Недостаток такой компоновки

заключается в большой трудоемкости работ при снятии батарей

для постановки их на заряд.

Наиболее перспективным считается туннельное расположение

аккумуляторных батарей, обеспечивающее быструю их смену пу-

тем выдвижения батареи из туннеля вперед. Такая компоновка

применена на электромобиле

«Глоб

Унион»

(рис. 52.3, б). Элект-

родвигатель и редуктор расположены сзади, что удобно при тех-

ническом обслуживании.

Проблема баланса нагрузок на мосты существует и для грузо-

вых автомобилей. Удачное решение найдено для конвертирован-

ного электромобиля «Electro Transporter» фирмой «Фольксваген»

(рис. 52.3, в). Аккумуляторные батареи расположены под полом

кузова и закрываются крышкой. Трансмиссия и электродвигатель

вмонтированы в ведущий задний мост.

Расположение аккумуляторных батарей «в базе»,

т.е.

между пе-

редним и задним мостами, использовано в городских микроавто-

бусах этой же фирмы (рис. 52.3, г).

Электромобили рассмотренных компоновок с наиболее рас-

пространенными типами аккумуляторных батарей имеют запас хода

60...100

км при скорости движения

50...70

км/ч. Для легкового

автомобиля масса батарей составляет

270...300

кг, а для малых

грузовых и микроавтобусов — вдвое больше.

52.3. Автомобили с комбинированными энергетическими

установками

Использование комбинированных энергетических установок

дает возможность значительно увеличить запас хода автомобиля

(автобуса). Комбинированная энергетическая установка, напри-

мер, в автобусе

«Мерседес-Бенц»

(рис. 52.4, а) позволяет эксплу-

атировать его как в городе, так и на загородных маршрутах.

В городе автобус используется как электромобиль, а за городом,

где требования к

экологичности

не такие высокие, включается

дизель 1, приводящий во вращение электрический генератор пи-

тания тягового электродвигателя 3 в приводе ведущего моста. Элек-

тродвигатель оснащен системой воздушного охлаждения 2.

В городских условиях дизель-генераторная установка выключе-

на, и питание тягового электромобиля происходит от аккумуля-

торных батарей 5 через электронную систему управления 4 и 6.

793

Рис. 52.3. Варианты компоновки электромобилей:

а — японский электромобиль EV-2; б — туннельное расположение аккумулятор-

ных батарей на электромобиле

«Глоб

Унион»;

в и г — расположение аккумуля-

торных батарей под полом кузова у грузового электромобиля и микроавтобуса;

чо

1 и

4—

аккумуляторные батареи; 2 — электронный блок; 3 — тяговый привод

ел

Рис. 52.4. Комбинированный привод автобуса (а) и легкового автомобиля (б):

1 — дизель; 2 — система охлаждения; 3 — тяговый электродвигатель; 4 и 6 —

электронные блоки системы управления; 5 — блок аккумуляторных батарей; 7 —

система охлаждения и вентиляции аккумуляторных батарей

Аккумуляторные батареи имеют свою автономную систему охлаж-

дения 7.

Аналогичная

конструкция комбинированной энергетической

установки использована итальянской

металлостроительной

фир-

мой

«Бигтс

энд

Страггон»

для легкового автомобиля (рис. 52.4,

б},

В автомобиле с комбинированной энергетической установкой

масса аккумуляторов значительно меньше, чем в электромобиле.

52.4.

Перспективы

развития электромобилей

Существует разработка, позволяющая намного уменьшить соб-

ственную массу снаряженного электромобиля. Суть разработки

заключается в индуктивном подводе энергии из-под дорожного

полотна для питания тягового электродвигателя и заряда аккуму-

ляторных батарей.

796

Воздушный зазор

Рис. 52.5. Принцип функционирования системы индуктивного подвода

энергии к электромобилю:

1 — тяговый

электродвигатель;

2— приемник энергии,

3—

накопитель энергии;

4 — дорожный силовой кабель

Принцип действия такой системы подвода энергии к электро-

мобилю заключается в том, что под поверхностью дороги закла-

дывается токонесущий кабель, вокруг которого наводится элек-

тромагнитное поле. Приемник электромагнитной энергии распо-

лагается под днищем кузова электромобиля. Энергия передается с

использованием принципа магнитной индукции по воздуху. Ме-

ханический контакт между излучателем (кабелем под дорогой) и

приемником отсутствует (рис.

52.5).

Приемник 2 представляет собой катушку прямоугольной фор-

мы с проводом. Размеры катушки ограничены площадью днища

кузова. При движении электромобиля над кабелем обеспечивают-

ся работа тягового электродвигателя 1 и заряд батарей. Аккумуля-

торные батареи используют при движении по городским улицам,

не оборудованным токонесущим кабелем.

Предполагается, что основным источником энергии будет все

же аккумулятор, но его заряд может выполняться на любой маги-

стральной улице города, и не будет необходимости в оборудова-

нии токонесущим кабелем 4 всех дорог города.

Частота переменного тока, питающего кабель, составляет

180...

200 Гц. Учитывая, что в любом кабеле происходят затухание

797

энергии по длине из-за активного и индуктивного сопротивле-

ний, а также утечки тока из-за несовершенства изоляции, через

каждые 8... 10 км необходимо иметь станцию подпитки кабеля.

52.5. Электроника в системе предотвращения

столкновений автомобилей

Одним из основных условий безопасного движения автомоби-

лей в транспортном потоке является достаточно большая дистан-

ция безопасности между ними, на которой возможна остановка

без риска столкновения с лидирующим автомобилем. Система уп-

равления скоростным режимом движения функционирует на ос-

нове информации об относительных координатах транспортных

средств. Эта система, как и водитель, должна принимать решения

на основе анализа дорожной обстановки. Такая система получила

название системы предотвращения столкновений автомобилей

(СПСА).

В основе критерия функционирования СПСА лежит дистанция

безопасности до препятствия,

т.е.

то минимальное расстояние до

препятствия движению (в частности, до лидирующего автомоби-

ля), при достижении которого в случае наличия относительной

скорости должно быть начато торможение. При этом торможение

должно осуществляться с замедлением (реализация которого воз-

можна при данной скорости движения и реально существующем

сцеплении шин с дорожным покрытием), обеспечивающим оста-

новку управляемого автомобиля без опасности столкновения с

препятствием.

Логическая последовательность рабочего процесса СПСА скла-

дывается из следующих операций:

обнаружение потенциально угрожающего объекта на пути дви-

жения;

измерение дистанции до угрожающего объекта;

измерение скорости угрожающего объекта;

измерение собственной скорости автомобиля, оборудованного

СПСА;

расчет дистанции безопасности на основе данных о возможных

тормозных путях управляемого и лидирующего автомобилей с уче-

том сцепных свойств шин с дорожным покрытием;

сравнение расчетной дистанции безопасности с действитель-

ной дистанцией между управляемым автомобилем и препятстви-

ем движению;

выявление необходимости изменения режима движения;

определение момента времени, когда должно быть начато из-

менение режима движения;

формирование сигнала водителю о начале изменения режима

движения.

798

234

Рис. 52.6.

Локаторная

система предотвращения столкновения автомобилей:

1 и 2 — приемная и

излучающая

антенны;

— тормоз; 4 — привод

топливопода-

чи;

5—

механизм

выключения

сцепления; 6 — акселерометр; 7 — датчик скоро-

сти; 8 —

СВЧ-генератор;

9 — селектор — распределитель команд управления;

10—

модулятор; // — формирователь команд управления;

12—

блок защиты от

ложных срабатываний;

/,?

ключевое устройство; 14 — бортовой компьютер;

15—

приемник

Поскольку опасность представляет только сближение, то от-

ветным действием

водител^

должно быть снижение скорости

путем торможения только двигателем, совместного торможения

двигателем и тормозами или только тормозами, а для автобусов

и большегрузных автомобилей — еще и использованием тор-

моза-замедлителя. Такая последовательность операций при под-

готовке информации для водителя осуществляется в индика-

торных СПСА.

В автоматизированной СПСА изменение режима движения осу-

ществляется исполнительными механизмами, управляемыми че-

рез селектор команд от бортового компьютера в случаях, если

водитель к нужному моменту не предпринял никаких действий.

Автомобиль оснащается средствами искусственного (техничес-

кого) зрения. В качестве устройств технического (искусственного)

зрения используют

радиолокаторы,

ультразвуковые локаторы,

оптические лазерные или телевизионные локаторы. Наиболее рас-

пространены радиолокационные СПСА.

автоматизированной

СНСА

(рис. 52.6) радиолокатор имеет

излучающую антенну

питаемую СВЧ-генератором 8, и прием-

ную антенну 1. Отраженный от препятствия зондирующий сиг-

нал, несущий информацию о дистанции до препятствия и скоро-

сти сближения с ним, поступает в приемник /5 и далее в борто-

вой компьютер 14. В компьютер вводится информация о собствен-

799

ной скорости движения от датчика скорости 7 и замедлении (от

акселерометра 6).

В бортовом компьютере

рассчитываются

потребные значения ди-

станции безопасности и необходимого замедления. Через ключевое

устройство 13 расчетные данные поступают в формирователь 11

команд для исполнительных механизмов, далее осуществляется пре-

образование формы командного сигнала в модуляторе 10. Селек-

тор 9 распределяет команды по исполнительным механизмам при-

вода 4

топливоподачи,

тормоза 3 и выключения сцепления 5. Для

повышения надежности функционирования

СПСА

в компьютере

присутствует блок 12 защиты от ложных срабатываний.

Реализация необходимого замедления осуществляется испол-

нительными механизмами отработкой трех процессов, при кото-

рых на первом этапе снижается скорость движения торможением

двигателем.

В экстренных случаях торможение двигателем практически не

используется, а время совместного торможения ограничивается

0,4...0,5

с, затем частота вращения колес автомобиля снижается

до нуля и возникает опасность остановки двигателя. Следователь-

но, переход на торможение только тормозными механизмами дол-

жен быть выполнен раньше, т.е. через

0,3...0,35

с после начала

торможения.

Автоматизация перехода с совместного торможения на тормо-

жение только тормозными механизмами осуществляется порого-

вым элементом по сигналу датчика частоты вращения коленчато-

го вала двигателя. При снижении ее до значения, соответствую-

щего холостому ходу двигателя, пороговый элемент бортовой си-

стемы управления формирует командный сигнал на выключение

сцепления.

Задачу распределения сигналов бортового компьютера для вклю-

чения в работу отдельных исполнительных механизмов или всех

вместе в определенной последовательности выполняет блок логи-

ки (селектор). В нем формируются дискретные сигналы для управ-

ления электромеханическими элементами:

подача сигнала водителю при достижении предельно допусти-

мой безопасной дистанции с учетом времени реакции водителя;

подача командного сигнала на торможение двигателем, если

водитель не предпринял никаких действий, а дистанция безопас-

ности сократилась до значения, достаточного для срабатывания

системы автоматического торможения;

подача командного сигнала на совместное торможение двига-

телем и тормозными механизмами, если замедление при тормо-

жении двигателем не обеспечивает предотвращения столкнове-

ния;

подача командного сигнала на выключение сцепления (для

автомобиля с механической трансмиссией), если при совместном

800

Рис. 52.7. Структурная схема устройства распределения команд управления

исполнительными механизмами:

/, 6, 17, 21 и 22 — схемы сравнения;

2тл

7 — усилители; 3 — ждущий мультивиб-

ратор:

4—

звуковой сигнализатор;

5—

резистор;

8—

триггер;

9—

формирователь

командного сигнала управления

топливоподачей;

10, 11, 12, 15 — ключевые эле-

менты; 13 — формирователь сигнала

управления

приводом тормозов; 14 — форми-

рователь сигнала управления приводом сцепления; 16 —

задатчик

частоты враще-

ния коленчатого вала, соответствующей принудительному холостому ходу; 18—

датчик частоты вращения коленчатого вала двигателя; 19 — акселерометр;

20—

сумматор; 23 — датчик положения дроссельной заслонки;

— действитель-

ная дистанция;

— безопасная дистанция;

— действительное ускорение

(замедление) управляемого автомобиля;

— относительная скорость;

— ско-

рость управляемого автомобиля;

2н

— необходимое, или расчетное, ускорение

(замедление) управляемого автомобиля

торможении частота вращения коленчатого вала двигателя снизи-

лась настолько, что совместное торможение не обеспечивает мак-

симальной эффективности, а также возникает опасность останов-

ки двигателя.

Первая операция реализуется при сравнении информации о

значениях дистанции

(рис. 52.7), получаемых от локаторного

датчика, и безопасной дистанции

S&,

рассчитываемой компью-

тером. Равенство этих параметров фиксируется в логической схе-

ме

сравнения, формирующей логическую единицу в момент со-

впадения напряжений сигналов. Выходной сигнал схемы 7 после

усилителя 2 запускает ждущий мультивибратор 3, подключенный

к звуковому сигнализатору 4.

Если водителем не совершаются никакие управляющие воз-

действия, то условие

б2

нарушается. В логической схеме 6

801