Наставление для аудиторного изучения Глава Т1 (теория) Введение в автомобильную электрику и электронику После завершения изучения и повторения пройденного материала этой главы Вы должны понимать и оценивать



Скачать 306.44 Kb.
Pdf просмотр
страница1/3
Дата22.05.2017
Размер306.44 Kb.
Просмотров351
Скачиваний0
  1   2   3

Наставление для аудиторного изучения
Глава Т1 (теория) Введение в автомобильную электрику и
электронику
После завершения изучения и повторения пройденного материала этой главы
Вы должны понимать и оценивать:
• Важность изучения автомобильных электрических систем.
• Роль электрических систем в современных автомобилях.
• Взаимодействие электрических систем.
• Назначение систем пуска.
• Назначение систем зарядки.
• Роль цифровых управляющих устройств (контроллеров) в современных транс- портных средствах.
• Цель применения автомобильных систем коммуникации.
• Назначение различных вспомогательных электронных систем.
• Назначение пассивной системы безопасности.
• Назначение альтернативных двигательных систем.
Предисловие
Наверное, Вы приступили к чтению этой книги по одной из двух причин. Либо
Вы готовитесь приступить к работе в сфере автомобильного сервиса, либо Вы намерены повысить свою квалификацию в области автомобильных электриче- ских и электронных систем. В любом случае, мы рады Вашему выбору приме- нить свои таланты в одном из быстро развивающихся сегментов автомобильной промышленности.
Работа с электрическими и электронными системами автомобилей весьма слож- ная, но и выгодная с точки зрения оплаты Вашего труда, однако она может и силь- но Вас разочаровать. Для многих из Вас изучение электрических и электронных систем может оказаться очень трудной, а для некоторых – непосильной задачей.
Я надеюсь, что мой опыт работы в сфере автомобильного сервиса и опыт об- учения этой сложной профессии позволит изложить весьма сложный материал в доступной для понимания форме, и Вы не только сможете разобраться в электри- ческих системах, но и преуспеете в деле ремонта и обслуживания современных автомобилей.
Существует множество методик обучения автомобильной электрики и электронике, есть множество метафор, с помощью которых можно упростить объяснения. Некоторые пре- подаватели проводят аналогию электрического тока с потоком жидкости, некоторые объ- ясняют электрические процессы с чисто научной точки зрения. Каждый преподаватель выбирает метод изложения материала, опираясь на подготовленность аудитории. Я же постараюсь изложить этот весьма сложный материал в лаконичной, но приближенный к научной трактовке манере, которая, надеюсь, будет доступной для Вашего понимания.
Если Вам не в полной мере понятен материал, обратитесь за разъяснениями к Ваше- му инструктору, или поищите ответы на возникшие вопросы в Интернете. В конце книги я приведу для Вас электронные адреса образовательных ресурсов, которые
1
позволят Вам найти более подробные объяснения и метафоры, подобранные исклю- чительно с целью описания сложных явлений простыми аналогиями. Объем излагае- мого в этом учебнике материала не позволяет вместить все возможные способы объ- яснений. К тому же, Ваш инструктор может использовать иную методику, которая позволить вам понять основные принципы действия тех или иных установок.
Электричество – это нечто абстрактное, поэтому если у Вас возникают вопросы, смело задавайте их Вашему инструктору. Только Ваше желание позволит Вам по- нять и освоить сложные вопросы теории, а также научиться примять их на практике.
Почему стремятся стать специалистом автомобильных электрических систем?
В недалеком прошлом профессия автомеханика позволяла ремонтировать автомо- биль, не прибегая к ремонту его электрооборудования, опираясь на единожды полу- ченные в учебном заведении знания. Автомеханики специализировались в ремонте ходовой части автомобиля, подвески, тормозов и рулевого управления, механизмов и несложных систем двигателя. Сегодня нет системы в автомобиле, которая не со- держит электрических компонентов и электрических цепей. Управление двигателем, электронное управление подвеской, системы электронного управления торможени- ем стали привычными атрибутами современного автомобиля. Даже привычные, и на первый взгляд, несложные электрические системы получили компьютерное управле- ние. Так головные фары современного автомобиля получили управление посредством широтно-импульсной модуляции, и способны в автоматическом режиме выбирать мощность светового излучения, опираясь на освещенность дороги с учетом интен- сивности движения, и для предупреждения ослепления водителей встречных машин.
Современные автомобили оборудованы большим количеством контроллеров, лазер- ным круиз-контролем, системами помощи водителю при парковке, инфракрасным управление климатической установкой, волоконной оптикой, импульсными приемо- передатчиками радиочастот и декодерами. Простые системы получили компьютерное управление режимами их работы и контроль их технического состояния. Например, цепь звукового сигнала автомобиля Chrysler 300C 2008 года выпуска для своего функ- ционирования задействует три отдельных модуля. Даже колеса имеют компьютерный контроль давления в шинах, который не только предупредит водителя об утечке сжа- того воздуха, но и ограничит мощность двигателя с целью предотвращения аварии.
Современный работник автомастерской должен обладать исчерпывающими базовы- ми знаниями в области электрооборудования автомобиля, чтобы отвечать запросам работодателя, и преуспеть в выбранной специальности. Недалекое будущее предо- ставит широкие возможности только тем специалистам, которые сумели подготовить себя должным образом.
В России профессия автомеханика исчезла из сферы начального профессионального образования, что произошло по молчаливому согласию работодателей. Пока происхо- дит переосмысление программ обучения специалистов, пока готовится материальная база и готовится необходимый персонал преподавателей и инструкторов, автор этой книги решился на подготовку серии учебников, которые впитали лучшие образцы учебных пособий ведущих автомобильных колледжей и институтов США и Герма- нии. Эти учебники позволят студенту колледжа получить необходимые знания, и, на- правляемые коллективом преподавателей и инструкторов Вашего колледжа, позволят
Вам овладеть необходимыми умениями.
2

Роль электричества в автомобиле
В прошлом, электрические системы были в основном автономными. Например, сис- тема зажигания была ответственна только за подготовку и своевременную подачу вы- соковольтного напряжения, которое должно было поджечь горючую смесь в цилиндре двигателя. Установкой угла опережения зажигания занималась механическая и вакуум- ная система. Современные системы зажигания принимают активное участие в работе многих агрегатов, и выполняют различные, казалось бы, несвойственным им функций.
Например, ускоренный прогрев двигателя, прогрев и поддержание необходимой темпе- ратуры каталитического преобразователя (конвертора), участвует в подготовке переклю- чения передач, управлении торможением и разгоном автомобиля. Сегодня лишь малое количество электрических систем могут считаться независимыми от электричества.
Производители современных автомобилей увязали управление электрическими сис- темами автомобиля в сеть, и подчинили единой стратегии компьютерного управления большинство функций автомобиля. Это значит, что информация, на основе которой планирует управление контроллер одной из систем, стала доступной для других систем управления. С другой стороны, дефект компонента в одной системе может повлиять на работоспособность целого ряда ранее независимых систем.
Рассмотрим следующий пример.
Система очистки ветрового стекла может взаимодействовать с системой очистки фар, которая активируется через несколько включений стеклоочистителя. Стекло очистители могут взаимодействовать с датчиком скорости движения автомобиля, чтобы согласо- вать работу стеклоочистителя со скоростью автомобиля. Датчик скорости автомобиля снабжает информацией электронику торможения. В автомобиле наиболее продвинутые системы ABS отвечают за курсовую устойчивость, предотвращают опрокидывание авто- мобиля на поворотах. Вместе с тем работа системы круиз-контроль связывает скорость движения автомобиля с нагрузкой на двигатель, выбирая оптимальный режим его рабо- ты, путем подбора оптимального передаточного числа в трансмиссии. Датчик скорости позволяет правильно распределять крутящий момент по бортам и осям автомобиля, ак- тивируя системы распределения тяги. Электроника рулевого управления выбирает ре- жим помощи водителю в зависимости от скорости движения автомобиля. И наконец, ин- формацией от датчика скорости пользуется комбинация приборов, чтобы водитель мог контролировать скорость по спидометру, и пройденное расстояние по одометру.
Если датчик скорости перестанет подавать сигнал, исчезнет возможность полноценного функционирования целого ряда систем, и, что особенно опасно, тех систем, работа кото- рых отвечает за безопасность движения. Поэтому надо немедленно оповестить водителя о возникшей неисправности, и обеспечить работу систем с возможностью сохранения большей части функций. В противном случае произошел бы отказ в работе стеклоочи- стителей, не переключались бы передачи, не работал бы спидометр, и. т. д.
Введение в электрические системы автомобилей
В этой главе Вас ознакомят с электрическими системами автомобиля, которые будут описаны в этом и последующих учебниках. Мы ограничимся информацией о на- значении этих систем, и кратко представим их структуру и принцип действия. Под- робное описание назначения и принципа работы всех компонентов электрических и электронных систем Вы найдете в последующих главах. В этом учебнике Вы не встретите подробного описания системы зажигания, системы управления бензино- вым и дизельным двигателем, поскольку – это совершенно иная специальность.
3

Некоторые системы имеют вспомогательное значение, но и о них мы будем подробно говорить в главах этого учебника.
Системы пуска
Система электрического пуска двигателя – комбинация механических и электрических узлов и деталей, которые при их совместном функционировании запускают двигатель.
Система электрического пуска двигателя сконструирована для того, чтобы преобра- зовать электрическую энергию, поставляемую аккумуляторной батареей, в механиче- скую энергию. Для преобразования электрической энергии в механическую энергию используется электрический мотор стартера.
Рисунок Т1-1: Основные компоненты системы электрического пуска двигателя; источник: Delmar/Cengage Learning
Обычная система пуска двигателя содержит следующие компоненты (см. рис. Т1-1):
1. Аккумуляторную батарею;
2. Кабели и провода;
3. Выключатель зажигания;
4. Электромагнитный пускатель и реле;
5. Электрический мотор стартера;
6. Привод стартера и венец маховика;
7. Размыкатель безопасного пуска двигателя.
Электрическому мотору стартера (далее электрическому стартеру, см. рис. Т1-2) требуется большое количество электрической энергии, чтобы сформировать необ- ходимый для прокрутки коленчатого двигателя крутящий момент с требуемой для запуска двигателя скоростью.
Провода, которые мы будем называть батарейными кабелями, должны быть доста- точно толстыми (иметь большое сечение), для того, чтобы доставить необходимое количество электрической энергии в пункт назначения с наименьшими потерями.
Было бы крайне непрактичным размещение провода такого сечения в жгуте прово- дов, связывающим стартер с замком зажигания. Для снабжения потребителя боль- шим по силе током, в системе электрического пуска предусмотрено применение про- межуточного элемента – электромагнитного переключателя.
В системе электрического пуска используются электромагнитные переключатели двух типов: соленоид и реле.
4
Ремарка:
Простейшее
реле
состоит из об-
мотки, стального
сердечника и под-
вижной пластины
(якоря),
которая
замыкает силовые
контакты реле. При
подключении обмот-
ки к источнику тока
через катушку начи-
нает течь ток, со-
здающий магнитное
поле в неподвижном
стальном
сердеч-
нике. Подвижный
якорь притягивает-
ся к стальному сер-
дечнику, преодолевая
сопротивление пру-
жины, и замыкает
контакты силовой
электрической цепи.
При
отключении
тока от управляю-
щей катушки маг-
нитное поле в сер-
дечнике исчезает, и
якорь под действием
пружины
возвра-
щается в исходное
положение, размы-
кая контакты. Реле
такого типа широ-
ко используются в
электрооборудова-
нии автомобилей.

Рисунок Т1-2: Электрический стартер; источник: Delmar/Cengage Learning
Замок зажигания – центральный пункт распределения электрической энергии для большинства автомобильных электрических систем. Замок зажигания – выключа- тель, снабженный пружиной самовозврата, которая активируется только в позиции, соответствующей пуску двигателя. Замок зажигания моментально возвращает замок зажигания из позиции «START» в позицию «RUN» сразу же, после того, как водитель ослабит удержание ключа в позиции «START» (выключатель с самовозвратом). Во всех остальных позициях замок зажигания должен фиксироваться.
Размыкатель безопасного пуска двигателя используется на автомобилях, которые оборудованы автоматической трансмиссией. Размыкатель препятствует запуску дви- гателя во всех позициях селектора диапазонов автоматической трансмиссии, кроме
«PARK» или «NEUTRAL». Это обеспечивает безопасный пуск двигателя, так как в указанных позициях шестерни передач автоматической трансмиссии не способны передавать крутящий момент от коленчатого вала двигателя к ведущим колесам авто- мобиля. Без этого размыкателя автомобиль при запуске двигателя смог бы покатить- ся вперед или назад, как только стартер начнет вращать коленчатый вал двигателя.
Как правило, в системе управления стартером применяется нормально разомкнутый переключатель. Это значит, что контакты переключателя находятся в позиции, в ко- торой цепь переключателя разомкнута (открыта), если к приводному элементу пере- ключателя не пролагается внешняя сила.
Нормально открытый размыкатель безопасного запуска двигателя связан последова- тельно с системой электрического пуска двигателя, и управляется посредством ры- чага селектора диапазонов (см. рис. Т1-3).
Если селектор диапазонов установлен в позицию «PARK» или «NEUTRAL», размы- катель переведен в проводящее (замкнутое) состояние, и ток от замка зажигания мо- жет поступать в цепь управления стартером. Если же селектор выведен из позиции
«PARK» или «NEUTRAL», размыкатель переводится в непроводящее (разомкнутое = открытое) состояние, и ток не способен протекать от замка зажигания по цепи управ- ления стартером к соленоиду (втягивающему реле).
5
Соленоид – это иной
тип исполнитель-
ного устройства.
Основное отличие
соленоида от реле
заключается в том,
что железный сер-
дечник,
помещен-
ный в катушку,
подвижен. При по-
даче электрического
тока на обмотку со-
леноида подвижный
сердечник (плунжер)
стремится занять в
этой катушке сред-
нее положение (см.
рис. Т1-2). Силы, с
которой якорь соле-
ноида втягивается
в катушку, оказыва-
ется достаточно,
чтобы, например,
ввести в зацепление
шестерню
стар-
тера с зубчатым
венцом
маховика,
да еще и включить
контакты,
кото-
рые могут передать
большой ток.

Рисунок Т1-3: Размыкатель безопасного пуска двигателя обыч- но установлен на валу привода селектора диапазонов автома- тической трансмиссии; Delmar/Cengage Learning
Выше описано простейшее устройство с механически открываемыми/закрываемы- ми контактам размыкателя безопасного пуска. В автоматических трансмиссиях сов- ременных автомобилей селектор диапазонов снабжен целым рядом чувствительных электронных элементов (датчиков Холла), которые расположены вдоль пути следова- ния рычага селектора. В нижней части рычага помешен постоянный магнит, который при различных положениях селектора, формирует различные цифровые электрические сигналы.
Рисунок Т1-4: Некоторые автомобили с мануальной трансмисси- ей используют размыкатель, установленный на педали сцепле- ния; источник: Delmar/Cengage Learning
Некоторые автомобили, оснащенные коробкой передач с ручным (мануальным) пе- реключением передач (в русскоязычной технической литературе подобное передаю- щее устройство называется «механической коробкой передач»), комплектуются по- добными размыкателями безопасного пуска двигателя. Размыкатель с блокировкой запуска обычно устанавливается на педали сцепления (см. рис. Т1-4).
6

Система зарядки
Немного истории
Модель FORD T стала первым автомобилем, получившим название «народ-
ного автомобиля». До его выпуска в обращение в 1908 году все компании
по производству автомобилей ориентировались только на очень богатых
покупателей. Путь народному автомобилю открыл Генри Форд, который
стал основателем массового производства автомобилей. Хотя Генри Форд
и не имел профессионального образования конструктора, он обладал есте-
ственной склонностью к изобретательству и рационализаторству. Чтобы
сократить издержки производства, он использовал сборочную линию (про-
образ современного конвейерного производства) для массового изготовления
модели Ford T. Генри Форд для ускорения процесса сборки внедрил ленточ-
ный конвейер, передвигающий автомобили.
Модель Ford T получила прозвище «Tin Lizzie = Жестяная Лиззи», потому
что его корпус был изготовлен их легкой листовой стали. Изготовление мо-
дели Ford T продолжалось до 1927 года, и объем её выпуска достиг 16 мил-
лионов автомобилей.
Электрическая система автомобиля была очень проста, и первоначально со-
стояла из магнето, которое производило низковольтный электрически ток.
Это переменное напряжение подавалось через прерыватель на катушку
трансформатора, который создавал ток высокого напряжения для исполь-
зования системой зажигания. Импульс высоковольтного напряжения пода-
вался к распределителю зажигания (Distributor – англ.; Troumbler – франц.),
который направлял энергию к надлежащему цилиндру.
Регулировка угла опережения зажигания осуществлялась вручную через спе-
циально выведенный на рулевую колонку рычаг. Перемещение рычага вра-
щало устройство, позволяющее раньше или позже произвести размыкание
низковольтной цепи, что уменьшало или увеличивало угол опережения за-
жигания. Поскольку магнето не может создать необходимое количество
электрической энергии, при запуске двигателя заводной рукояткой, могла
использоваться аккумуляторная батарея, которая обеспечивала необходи-
мый для работы системы зажигания пусковой ток. Когда в 1915 году авто-
мобиль оснастили электрическими фарами, магнето использовалось, чтобы
поставлять электрическую энергию лампам фар и электрическому звуково-
му сигналу.
Система зарядки преобразует механическую энергию вращения ротора генератора в электрическую энергию. Ротор генератора получает вращение через ременный при- вод от коленчатого вала двигателя. Принцип действия автомобильного генератора основан на принципе электромагнитной индукции, о чем мы будем подробно гово- рить в одной из глав следующего учебника.
Электрическая емкость аккумуляторной батареи ограничена, поэтому поставка тре- буемого количества электрической энергии в течение продолжительного времени невозможна. Для обеспечения необходимого количества энергии на каждом автомо- биле предусмотрена система автономного электроснабжения, которую по традиции называют системой зарядки. Несомненно, система зарядки обеспечивает не только истраченной во время пуска двигателя электрической энергии, напротив, зарядка ак- кумуляторной батареи происходит по остаточному принципу, поскольку основной поток энергии, вырабатываемой генератором, направляется на обеспечение двигате- ля необходимым количеством топлива посредством электрического топливоподкачи- вающего насоса, обеспечение воспламенения смеси электрической искрой, обеспе- чение освещения дороги, работу стеклоочистителя и вентиляторов.
7

Рисунок Т1-5: Компоненты системы зарядки; источник: Delmar/Cen-
gage Learning
Как показано на рисунке Т1-5, обычная электрическая система зарядки состоит из следующих компонентов:
1. Аккумуляторной батареи;
2. Генератора переменного тока (альтернатора);
3. Приводного ремня;
4. Регулятора напряжения;
5. Индикатора зарядки (лампа или измерительный прибор);
6. Замка зажигания
7. Кабелей и жгутов проводов
8. Реле стартера (в некоторых системах);
9. Плавкого предохранителя (в некоторых системах).
Как было сказано выше, генератор является электромагнитным устройством, приво- димым в движение автомобильным двигателем. Поскольку частота вращения колен- чатого вала автомобильного двигателя часто меняется, генератор следует снабдить установкой, позволяющей получить приблизительно одинаковый уровень напряже- ния, не зависящий от частоты вращения ротора. Регулятор напряжения управляет уровнем напряжения на выходе из генератора переменного тока (альтернатора) по- средством управления магнитным полем, формируемом обмоткой ротора. Батарея и остальные потребители электрической энергии должны быть защищены от чрез- мерных напряжений. Чтобы предотвратить досрочный выход из строя аккумуля- торной батареи и повреждение потребителей электрической энергии, очень важна стабилизация напряжения в электрической сети автомобиля. Правильно подобран- ная по электрической емкости аккумуляторная батарея при согласованной работе с системой зарядки, позволяет обеспечить необходимую стабилизацию напряжения.
Правильно подобранный по выходной мощности генератор переменного тока (аль- тернатор), должен после запуска двигателя не только восстановить истраченную при пуске электрическую энергию аккумуляторной батареей, но и обеспечить потребите- лей необходимой электрической энергией на всех режимах работы двигателя.
Система освещения
На рисунке Т1-6 показан автомобиль со всеми включенными осветительными прибо- рами. Система освещения состоит из головных фар, передних и задних парковочных
8
огней, передних и задних указателей поворота, боковых габаритных огней, дневных ходовых огней, указателей поворота, стоп-сигналов, повторителей указателей пово- рота, подсветки комбинации приборов и приборов внутреннего освещения. Системы освещения современных автомобилей могут содержать более 50 ламп и десятки ме- тров электрических проводов. Кром ламп и проводов в составе осветительных элек- трических цепей Вы увидите предохранители, реле, переключатели, и штекерные соединители жгутов проводов (интерконнекторы) и соединители проводов с компо- нентами (коннекторы).
Рисунок Т1-6: Автомобильная система освеще- ния; Delmar/Cengage Learning
Более сложные адаптивные (приспосабливаемые) системы освещения современных автомобилей используют микропроцессорные системы управления, которые согла- суют интенсивность свечения ламп с освещенностью дороги. Для этого в состав адаптивной сети включен фотоэлектрический датчик, информирующий систему управления об освещенности дороги. Активные головные фары могут поворачивать- ся в вертикальной и горизонтальной плоскости, обеспечивая адаптацию по нагрузке
(продольному крену кузова), и направляя поток света в сторону поворота автомоби- ля, что обеспечивает лучшую освещенность участка дороги, на которую поворачи- вает водитель.
Поскольку к системам освещения и световой сигнализации предъявляются жесткие требования, определяемые Техническим регламентом Таможенного союза (ТР/ТС) ,
Требованиям ECE = Economic Commission of Europe (ЕЭК/ООН = Европейской эко- номической комиссии Организации Объединенных Наций), и DOT = Department of
Transport = Федеральным законодательством США, конструктивных вариантов си- стем освещения не так уж много. Однако существует разновидности электрических цепей, через которые осуществляется управление и электроснабжение автомобиль- ных осветительных приборов.
Применение твердотельных схем в автомобилях позволило, производителю объеди- нить управление рядом различных цепей освещения или коренным образом изме- нить ранее существовавшие электрические схемы. Некоторые усовершенствования, внесенные в систему освещения, коснулись автоматизации управления интенсив- ностью освещения и управления световым потоком головных фар, автоматическим управлением очисткой (смывателем грязи) стекол фар, задержкой выключения осве- тительных приборов, адаптивным управлением подсветкой приборной панели, и т. п.
Ряд систем используют микропроцессорное управление и волоконную оптику.
Изготовителей приступили к активному внедрению микропроцессорного управ- ления указателями поворота, которые предусматривают изменение интенсивности свечения указателей поворота на основе широтно-импульсной модуляции. Бортовой компьютер может регулировать интенсивность подсветки приборной панели, кото-
9
рая зависит не только от включения или выключения внешних осветительных при- боров, но и от фактической освещенности участка дороги, по которой движется транспортное средство. Внедрение компьютерного управления в функционирование внутренними электрическими цепями (Body Computer) позволило уменьшить коли- чество проводов и их соединений, уйти от применения контактных переключателей, заменив их бесконтактными электронными ключами. Кроме того, появилась возмож- ность самодиагностики систем освещения и систем обеспечения комфорта.
Рисунок 1-7: Активный головной свет позволяет освещать дорогу в выбранном на- правлении движения; источник: VW
Все большую популярность завоевывают головные фары с высокой плотностью ос- вещения (HID = high-density discharge). Эти фары позволяют улучшить освещение дороги по сравнению с обычными фарами, не увеличивая энергопотребление источ- ников освещения.


Поделитесь с Вашими друзьями:
  1   2   3


База данных защищена авторским правом ©nethash.ru 2017
обратиться к администрации

войти | регистрация
    Главная страница


загрузить материал