Zastosowanie układów mechatronicznych w sprzęcie gospodarstwa domowego. Urządzenia mechatroniki samochodowej

T gronostaj" mechatronika„Wprowadzony przez inżyniera Tetsuro Moria (Tetsuro Mori) japońskiej firmy Yaskawa Electric (elektryk Yaskawa) w 1969 roku. Termin składa się z dwóch części – „futro”, od słowa mechanika, oraz „tronika”, od słowa elektronika. W Rosji, zanim pojawił się termin „mechatronika”, używano urządzeń o nazwie „mechanotrony”.

Mechatronika to postępowy kierunek w rozwoju nauki i techniki, ukierunkowany na tworzenie i działanie automatów i zautomatyzowanych maszyn i systemów z komputerowym (mikroprocesorowym) sterowaniem ich ruchem. Głównym zadaniem mechatroniki jest opracowywanie i tworzenie precyzyjnych, wysoce niezawodnych i wielofunkcyjnych systemów sterowania złożonymi obiektami dynamicznymi. Najprostszymi przykładami mechatroniki są układ hamulcowy samochodu z ABS (układ przeciwblokujący) oraz przemysłowe maszyny CNC.

Największym deweloperem i producentem urządzeń mechatronicznych w światowym przemyśle łożyskowym jest firmaSNR. Firma znana jest jako pionier w dziedzinie łożysk „czujnikowych”, C który stworzył technologię „know-how”. C przy użyciu wielobiegunowych pierścieni magnetycznych i elementów pomiarowych zintegrowanych z częściami mechanicznymi. DokładnieSNRbył pionierem w zastosowaniu łożysk kół ze zintegrowanym czujnikiem prędkości obrotowej opartym na unikalnej technologii magnetycznej –ASB® (Aktywne łożysko czujnika), który jest obecnie standardem uznawanym i używanym przez prawie wszystkich głównych producentów samochodów w Europie i Japonii. Wyprodukowano już ponad 82 miliony takich urządzeń, a do 2010 roku prawie 50% wszystkich łożysk kół na świecie produkowanych przez różnych producentów będzie wykorzystywać tę technologięASB®. Takie szerokie zastosowanieASB®po raz kolejny udowadnia niezawodność tych rozwiązań, zapewniając wysoką dokładność pomiaru i transmisji informacji cyfrowych w najbardziej agresywnych środowiskach (wibracje, zabrudzenia, duże różnice temperatur itp.).

Ilustracja : SNR

Konstrukcja nośna ASB®

Główne zalety technologiiASB®stosowane w przemyśle motoryzacyjnym to:

to kompaktowe i ekonomiczne rozwiązanie, które można zastosować w pojazdach z niższej półki cenowej, a nie tylko w drogich samochodach, w przeciwieństwie do wielu innych konkurencyjnych technologii,

to postępowa technologia w badaniu komfortu i bezpieczeństwa w samochodach,

jest to główny element koncepcji „totalnej kontroli podwozia”,

jest to otwarty standard, który zapewnia najniższe koszty licencji dla producentów łożysk i komponentów elektronicznych.

Technologia ASB®w 1997 na wystawie EquipAuto w Paryżu otrzymał pierwszy Grand Prix w nominacji „Nowe technologie produkcji oryginalnej (przenośnikowej)”.

W 2005 roku EquipAuto SNRsugerował dalszy rozwójASB®– specjalny układ z czujnikiem kąta obrotuUkład kierowniczy ASB®, przeznaczony do pomiaru kąta obrotu kierownicy, co zoptymalizuje działanie układów elektronicznych samochodu oraz podniesie poziom bezpieczeństwa i komfortu. Rozwój tego systemu rozpoczął się w 2003 roku staraniami inżKONTYNENTALNE TEVES I Procedury SNR. W 2004 roku gotowe były pierwsze prototypy. Test w terenieUkład kierowniczy ASB®odbyły się w marcu 2005 roku w Szwecji na samochodach Mercedes C -klasę i pokazała doskonałe wyniki. W produkcji seryjnejUkład kierowniczy ASB®powinien wejść w 2008 r.

Ilustracja : SNR

Układ kierowniczy ASB®

Kluczowe korzyściUkład kierowniczy ASB® stanie się:

prostszy projekt,

zapewnienie niskiego poziomu hałasu,

niższy koszt,

optymalizacja rozmiaru…

Dzięki ponad 15-letniemu doświadczeniu w rozwoju i produkcji urządzeń mechatronicznych firma oferuje klientom nie tylko przemysł motoryzacyjny, ale także przemysł i lotnictwo - łożyska „mechatroniczne”.Linia czujnika. Łożyska te odziedziczyły niezrównaną niezawodnośćASB®, pełną integrację i zgodność z międzynarodowymi standardami ISO.

Umieszczony w samym centrum ruchu czujnikLinia czujnikaprzesyła informacje o przemieszczeniu kątowym i prędkości obrotowej przez ponad 32 okresy na obrót. W ten sposób łączy się funkcje łożyska i urządzenia pomiarowego, co pozytywnie wpływa na zwartość łożyska i całego wyposażenia, zapewniając jednocześnie konkurencyjną cenę w stosunku do standardowych rozwiązań (bazujących na czujnikach optycznych).

Zdjęcie : SNR

obejmuje:

Opatentowany wielościeżkowy i wielobiegunowy pierścień magnetyczny generujący pole magnetyczne o określonym kształcie;

Specjalny element elektroniczny MPS 32 XF przetwarza informację o zmianie pola magnetycznego na sygnał cyfrowy.

Zdjęcie : Torrington

Komponent MPS 32 XF

Enkoder linii czujnikamoże osiągnąć rozdzielczość 4096 impulsów na obrót przy promieniu odczytu wynoszącym zaledwie 15 mm, zapewniając dokładność pozycjonowania większą niż 0,1°! Zatem,Enkoder linii czujnikaw wielu przypadkach może zastąpić standardowy enkoder optyczny, jednocześnie dającdodatkowe funkcje.

Urządzenie Enkoder linii czujnikamoże dostarczyć następujące dane z dużą dokładnością i niezawodnością:

pozycja kątowa,

Prędkość,

kierunek rotacji

Liczba tur

temperatura.

Unikalne właściwości nowego urządzeniaSNRzostały uznane w świecie elektroniki na etapie prototypów. Specjalny czujnik MPS 32 XF zdobył główną nagrodę Złota nagroda na targach Sensor Expo 2001 w Chicago (USA).

ObecnieEnkoder linii czujnikaznajduje zastosowanie:

w przekładniach mechanicznych;

w przenośnikach;

w robotyce;

w pojazdach;

w wózkach widłowych;

w systemach sterowania, pomiarowych i pozycjonowania.

Zdjęcie : SNR

Jednym z kolejnych projektów, który powinien zakończyć się w latach 2010-11 jestASB®3– łożysko ze zintegrowanym czujnikiem momentu obrotowego oparte na wykorzystaniu magnetooporu tunelowego. Zastosowanie technologii magnetorezystancji tunelowej pozwala na zapewnienie:

wysoka czułość czujnika,

niskie zużycie energii,

najlepszy sygnał w stosunku do poziomu hałasu,

szerszy zakres temperatur.

ASB®4, którego premiera zaplanowana jest na lata 2012-15, zakończy otwarcie ery technologii informatycznych dla przemysłu łożyskowego. Po raz pierwszy zintegrowany zostanie system autodiagnostyki, który pozwoli np. na podstawie temperatury smarowania łożyska lub jego wibracji poznać stan łożyska.

Moduły mechatroniczne są coraz częściej stosowane w różnych systemach transportowych.

Współczesny samochód jako całość to system mechatroniczny, który obejmuje mechanikę, elektronikę, różne czujniki, komputer pokładowy, który monitoruje i reguluje działanie wszystkich systemów samochodu, informuje użytkownika i przenosi kontrolę użytkownika na wszystkie systemy. Przemysł motoryzacyjny na obecnym etapie swojego rozwoju jest jednym z najbardziej obiecujących obszarów wprowadzania systemów mechatronicznych ze względu na wzrost popytu i postępującą motoryzację ludności, a także ze względu na występowanie konkurencji między poszczególnymi producentami.

Jeśli klasyfikujemy nowoczesny samochód zgodnie z zasadą sterowania, należy on do urządzeń antropomorficznych, ponieważ. jego ruch jest kontrolowany przez człowieka. Już teraz można powiedzieć, że w dającej się przewidzieć przyszłości motoryzacji należy spodziewać się pojawienia się samochodów z możliwością autonomicznego sterowania, tj. z inteligentnym systemem sterowania ruchem.

Ostra konkurencja na rynku motoryzacyjnym zmusza specjalistów w tej dziedzinie do poszukiwania nowych zaawansowanych technologii. Obecnie jednym z głównych problemów deweloperów jest stworzenie „inteligentnych” urządzeń elektronicznych, które mogą zmniejszyć liczbę wypadków drogowych (RTA). Efektem prac w tym obszarze było stworzenie zintegrowanego systemu ochrony pojazdu (SCBA), który jest w stanie automatycznie utrzymać zadaną odległość, zatrzymać samochód na czerwonym świetle oraz ostrzec kierowcę, że pokonuje zakręt na prędkości większej niż dopuszczają to prawa fizyki. Opracowano nawet czujniki wstrząsów z sygnalizatorem radiowym, które w przypadku uderzenia samochodu w przeszkodę lub kolizji wzywają karetkę.

Wszystkie te elektroniczne urządzenia zapobiegające wypadkom dzielą się na dwie kategorie. Pierwsza obejmuje urządzenia w samochodzie, które działają niezależnie od jakichkolwiek sygnałów z zewnętrznych źródeł informacji (inne samochody, infrastruktura). Przetwarzają informacje pochodzące z radaru pokładowego (radaru). Druga kategoria to systemy oparte na danych otrzymywanych ze źródeł informacji zlokalizowanych w pobliżu drogi, w szczególności z beaconów, które zbierają informacje o ruchu drogowym i przekazują je promieniami podczerwonymi do przejeżdżających samochodów.

SKBA zgromadziła nową generację wyżej wymienionych urządzeń. Odbiera zarówno sygnały radarowe, jak i promienie podczerwone „myślących” latarni, a poza głównymi funkcjami zapewnia nieprzerwany i spokojny ruch dla kierowcy na nieuregulowanych skrzyżowaniach dróg i ulic, ogranicza prędkość poruszania się na zakrętach i na terenach zabudowanych w ramach ustalonych ograniczeń prędkości. Podobnie jak wszystkie systemy autonomiczne, SCBA wymaga, aby pojazd był wyposażony w układ przeciwblokujący (ABS) i automatyczną skrzynię biegów.

SKBA zawiera dalmierz laserowy, który stale mierzy odległość między samochodem a przeszkodą na drodze - poruszającą się lub nieruchomą. Jeśli kolizja jest prawdopodobna, a kierowca nie zwalnia, mikroprocesor instruuje, aby zwolnić nacisk na pedał przyspieszenia, włączyć hamulce. Mały ekran na desce rozdzielczej miga z ostrzeżeniem o niebezpieczeństwie. Na żądanie kierowcy komputer pokładowy może ustawić bezpieczną odległość w zależności od nawierzchni drogi - mokrej lub suchej.

SCBA (ryc. 5.22) jest w stanie prowadzić samochód, skupiając się na białych liniach oznaczeń nawierzchni drogi. Ale do tego konieczne jest, aby były jasne, ponieważ są stale „odczytywane” przez kamerę wideo na pokładzie. Przetwarzanie obrazu określa następnie położenie maszyny w stosunku do linii, a system elektroniczny odpowiednio oddziałuje na układ kierowniczy.

Pokładowe odbiorniki promieniowania podczerwonego SCBA działają w obecności nadajników rozmieszczonych w określonych odstępach wzdłuż jezdni. Wiązki rozchodzą się w linii prostej i na niewielką odległość (do około 120 m), a dane przesyłane za pomocą zakodowanych sygnałów nie mogą zostać zagłuszone ani zniekształcone.

Ryż. 5.22. Zintegrowany system zabezpieczenia pojazdu: 1 - odbiornik podczerwieni; 2 - czujnik pogodowy (deszcz, wilgotność); 3 - siłownik przepustnicy układu zasilania; 4 - komputer; 5 - pomocniczy elektrozawór w napędzie hamulca; 6 - ABS; 7 - dalmierz; 8 - automatyczna skrzynia biegów; 9 - czujnik prędkości pojazdu; 10 - pomocniczy zawór elektromagnetyczny układu kierowniczego; 11 - czujnik przyspieszenia; 12 - czujnik kierowania; 13 - tabela sygnałów; 14 - elektroniczny komputer wizyjny; 15 - kamera telewizyjna; 16 - ekran.

na ryc. 5.23 przedstawia czujnik pogodowy firmy Boch. W zależności od modelu w środku umieszczona jest dioda podczerwieni oraz jeden lub trzy fotodetektory. Dioda LED emituje niewidzialną wiązkę pod kątem ostrym do powierzchni szyby. Jeśli na zewnątrz jest sucho, całe światło odbija się z powrotem i trafia do fotodetektora (tak skonstruowany jest układ optyczny). Ponieważ wiązka jest modulowana przez impulsy, czujnik nie będzie reagował na obce światło. Ale jeśli na szkle znajdują się krople lub warstwa wody, zmieniają się warunki załamania światła i część światła ucieka w przestrzeń. Jest to wykrywane przez czujnik, a sterownik oblicza odpowiednie działanie wycieraczek. Po drodze to urządzenie może zamknąć elektryczny szyberdach, podnieść okna. Czujnik posiada dodatkowo 2 fotodetektory, które są zintegrowane we wspólnej obudowie z czujnikiem pogodowym. Pierwszy ma za zadanie automatycznie włączać reflektory, gdy robi się ciemno lub samochód wjeżdża do tunelu. Drugi przełącza światło „dalekie” i „mijające”. To, czy te funkcje są włączone, zależy od konkretnego modelu pojazdu.

Ryc.5.23. Zasada działania czujnika pogodowego

Układ przeciwblokujący (ABS), którego wymagane elementy to czujniki prędkości kół, elektroniczny procesor (jednostka sterująca), serwozawory, napędzana elektrycznie pompa hydrauliczna i akumulator ciśnienia. Niektóre wczesne ABS były „trójkanałowe”, tj. indywidualnie sterował mechanizmami hamulców przednich, ale całkowicie zwalniał wszystkie mechanizmy hamulców tylnych na początku blokowania któregokolwiek z tylnych kół. Zaoszczędziło to trochę kosztów i złożoności, ale skutkowało niższą wydajnością w porównaniu z pełnym systemem czterokanałowym, w którym każdy mechanizm hamulca jest indywidualnie kontrolowany.

ABS ma wiele wspólnego z systemem kontroli trakcji (SBS), którego działanie można by określić jako „ABS na odwrót”, ponieważ SBS działa na zasadzie wykrywania momentu, w którym jedno z kół zaczyna się gwałtownie obracać w stosunku do drugiego (moment rozpoczęcia poślizgu) i danie sygnału do hamowania tego koła. Czujniki prędkości kół mogą być współdzielone, dlatego najskuteczniejszym sposobem zapobiegania buksowaniu koła napędowego poprzez zmniejszenie jego prędkości jest zastosowanie chwilowego (a w razie potrzeby powtórnego) hamowania, impulsy hamowania można odbierać z bloku zaworów ABS. W rzeczywistości, jeśli ABS jest obecny, to wszystko, co jest potrzebne do zapewnienia również EBS - plus dodatkowe oprogramowanie i dodatkowa jednostka sterująca, aby zmniejszyć moment obrotowy silnika lub zmniejszyć ilość dostarczanego paliwa, jeśli to konieczne, lub bezpośrednio interweniować w układ sterowania pedałem przyspieszenia. .

na ryc. 5.24 przedstawia schemat układu elektronicznego zasilania samochodu: 1 - przekaźnik zapłonu; 2 - włącznik centralny; 3 - bateria; 4 - konwerter spalin; 5 - czujnik tlenu; 6 - filtr powietrza; 7 - czujnik masowego przepływu powietrza; 8 - blok diagnostyczny; 9 - regulator prędkości biegu jałowego; 10 - czujnik położenia przepustnicy; 11 - rura przepustnicy; 12 - moduł zapłonu; 13 - czujnik fazy; 14 - dysza; 15 - regulator ciśnienia paliwa; 16 - czujnik temperatury płynu chłodzącego; 17 - świeca; 18 - czujnik położenia wału korbowego; 19 - czujnik spalania stukowego; 20 - filtr paliwa; 21 - kontroler; 22 - czujnik prędkości; 23 - pompa paliwowa; 24 - przekaźnik do włączania pompy paliwa; 25 - zbiornik gazu.

Ryż. 5.24. Uproszczony schemat układu wtrysku

Jednym z elementów aparatu oddechowego jest poduszka powietrzna (patrz rys. 5.25.), której elementy rozmieszczone są w różnych częściach samochodu. Czujniki bezwładnościowe umieszczone w zderzaku, na osłonie silnika, w stojakach lub w okolicy podłokietnika (w zależności od modelu samochodu), w razie wypadku wysyłają sygnał do elektronicznej jednostki sterującej. W większości nowoczesnych aparatów oddechowych czujniki przednie są zaprojektowane na siłę uderzenia przy prędkości 50 km/h lub większej. Boczne działają ze słabszymi uderzeniami. Z elektronicznej jednostki sterującej sygnał podąża do modułu głównego, który składa się z kompaktowo ułożonej poduszki podłączonej do generatora gazu. Ta ostatnia to tabletka o średnicy około 10 cm i grubości około 1 cm z krystaliczną substancją wytwarzającą azot. Impuls elektryczny zapala charłak w „tabletce” lub topi drut, a kryształy zamieniają się w gaz z prędkością eksplozji. Cały opisany proces przebiega bardzo szybko. Poduszka „średnia” napełnia się w ciągu 25 ms. Powierzchnia poduszki standardu europejskiego pędzi w kierunku klatki piersiowej i twarzy z prędkością około 200 km / h, a amerykańskiej - około 300. Dlatego w samochodach wyposażonych w poduszkę powietrzną producenci zdecydowanie zalecają zapinanie pasów i nie siadanie blisko kierownicy lub deski rozdzielczej. W najbardziej „zaawansowanych” systemach istnieją urządzenia, które identyfikują obecność pasażera lub fotelika dziecięcego i odpowiednio wyłączają lub korygują stopień napompowania.

Rys.5.25 Poduszka powietrzna samochodu:

1 - napinacz pasa bezpieczeństwa; 2 - poduszka powietrzna; 3 - poduszka powietrzna; dla kierowcy; 4 - jednostka sterująca i czujnik centralny; 5 – moduł wykonawczy; 6 - czujniki bezwładnościowe

Więcej szczegółów na temat nowoczesnego samochodowego MS można znaleźć w instrukcji.

Oprócz samochodów konwencjonalnych wiele uwagi poświęca się tworzeniu pojazdów lekkich (LTV) z napędem elektrycznym (czasami nazywane są nietradycyjnymi). Do tej grupy pojazdów należą rowery elektryczne, hulajnogi, wózki inwalidzkie, pojazdy elektryczne z autonomicznymi źródłami zasilania. Rozwój takich systemów mechatronicznych jest realizowany przez Centrum Naukowo-Inżynierskie „Mechatronika” we współpracy z szeregiem organizacji. LTS stanowią alternatywę dla pojazdów z silnikami spalinowymi i są obecnie wykorzystywane w obszarach przyjaznych środowisku (zespoły sanitarne, turystyczne, wystawiennicze, parkowe), a także w obiektach handlowych i magazynowych. Charakterystyka techniczna prototypu roweru elektrycznego:

Maksymalna prędkość 20 km/h,

Moc znamionowa napędu 160 W,

Prędkość znamionowa 160 obr./min,

Maksymalny moment obrotowy 18 Nm,

Masa silnika 4,7 kg,

Akumulator 36V, 6Ah,

Jazda offline 20 km.

Podstawą powstania LTS są moduły mechatroniczne typu „motor-wheel” oparte z reguły na silnikach elektrycznych o wysokim momencie obrotowym.

Transport wodny. MS są coraz częściej wykorzystywane do intensyfikacji pracy załóg statków morskich i rzecznych, związanej z automatyzacją i mechanizacją głównych środków technicznych, do których zalicza się napęd główny wraz z systemami obsługi i mechanizmami pomocniczymi, system elektroenergetyczny, ogólne systemy okrętowe, układy sterowania przekładnie i silniki.

Zintegrowane systemy automatyczne utrzymywania statku na zadanej trajektorii (SUZT) lub statku przeznaczonego do badania Oceanu Światowego na zadanej linii profilu (SUZP) to systemy zapewniające trzeci poziom automatyzacji sterowania. Zastosowanie takich systemów pozwala na:

Zwiększenie efektywności ekonomicznej transportu morskiego poprzez realizację najlepszej trajektorii ruchu statków z uwzględnieniem warunków nawigacyjnych i hydrometeorologicznych żeglugi;

Zwiększenie efektywności ekonomicznej badań oceanograficznych, hydrograficznych i geologicznych morskich poprzez zwiększenie dokładności utrzymywania statku na zadanej linii profilu, poszerzenie zakresu zaburzeń fal wiatrowych zapewniających wymaganą jakość sterowania oraz zwiększenie prędkości operacyjnej naczynie;

Rozwiązywać problemy realizacji optymalnej trajektorii statku, gdy odbiega on od niebezpiecznych obiektów; poprawić bezpieczeństwo żeglugi w pobliżu zagrożeń nawigacyjnych poprzez dokładniejsze sterowanie ruchem statku.

Zintegrowane systemy automatycznego sterowania ruchem zgodnie z zadanym programem badań geofizycznych (ASUD) mają na celu automatyczne doprowadzenie statku do zadanej linii profilu, automatyczne utrzymanie statku geologicznego i geofizycznego na badanej linii profilu oraz manewrowanie przy zmianie z jednej linii profilu do innego. Rozważany system pozwala na zwiększenie wydajności i jakości morskich badań geofizycznych.

W warunkach morskich nie jest możliwe zastosowanie konwencjonalnych metod wstępnej eksploracji (poszukiwania grupowe czy szczegółowe zdjęcia lotnicze), dlatego sejsmiczna metoda badań geofizycznych stała się najpowszechniej stosowana (ryc. 5.26). Statek geofizyczny 1 holuje działo pneumatyczne 3, które jest źródłem drgań sejsmicznych, mierzeję sejsmograficzną 4, na której znajdują się odbiorniki drgań sejsmicznych odbitych oraz boję końcową 5, na kablu-kablu 2. Profile denne są wyznaczona przez rejestrację intensywności drgań sejsmicznych odbitych od warstw granicznych 6 różnych ras.

Ryc.5.26. Schemat badań geofizycznych.

Aby uzyskać wiarygodną informację geofizyczną, jednostka musi być utrzymywana w zadanym położeniu względem dna (linia profilu) z dużą dokładnością, pomimo małej prędkości (3-5 węzłów) i obecności urządzeń holowanych o znacznej długości (do 3 węzłów). km) o ograniczonej wytrzymałości mechanicznej.

Firma "Anjutz" opracowała zintegrowany MS, który zapewnia utrzymywanie statku na zadanej trajektorii. na ryc. 5.27 pokazuje schemat blokowy tego systemu, który obejmuje: żyrokompas 1; opóźnienie 2; instrumenty systemów nawigacyjnych, które określają pozycję statku (dwa lub więcej) 3; autopilota 4; minikomputer 5 (5a - interfejs, 5b - centralne urządzenie magazynujące, 5c - jednostka centralna); czytnik taśmy perforowanej 6; ploter 7; wyświetlacz 8; klawiatura 9; maszyna sterująca 10.

Za pomocą rozważanego systemu możliwe jest automatyczne doprowadzenie statku do zaprogramowanej trajektorii, którą ustawia operator za pomocą klawiatury określającej współrzędne geograficzne punktów zwrotnych. W systemie tym, niezależnie od informacji pochodzących z dowolnej grupy przyrządów tradycyjnego kompleksu radionawigacyjnego lub urządzeń łączności satelitarnej określających pozycję statku, współrzędne prawdopodobnego położenia statku obliczane są na podstawie danych dostarczanych przez żyrokompas i dziennik.

Ryc.5.27. Schemat strukturalny zintegrowanego MS do utrzymywania statku na zadanej trajektorii

Sterowanie kursem za pomocą rozpatrywanego systemu realizowane jest przez autopilota, na którego wejście otrzymuje się informację o wartości zadanego kursu ψset, utworzonego przez minikomputer z uwzględnieniem błędu w położeniu naczynie. System jest montowany w panelu sterowania. W jego górnej części umieszczono wyświetlacz z elementami sterującymi do ustawienia optymalnego obrazu. Poniżej, na pochylonym polu konsoli, znajduje się autopilot z uchwytami sterującymi. Na poziomym polu konsoli znajduje się klawiatura, za pomocą której wprowadza się programy do minikomputera. Jest też przełącznik, za pomocą którego wybiera się tryb sterowania. W dolnej części centrali znajduje się minikomputer oraz interfejs. Wszystkie urządzenia peryferyjne umieszczone są na specjalnych podstawkach lub innych konsolach. Rozważany system może pracować w trzech trybach: „Kurs”, „Monitor” i „Program”. W trybie „Kurs” dany kurs utrzymywany jest przy pomocy autopilota zgodnie z odczytami żyrokompasu. Tryb „Monitor” jest wybierany, gdy przygotowywane jest przejście do trybu „Program”, gdy ten tryb zostanie przerwany lub gdy przejście przez ten tryb zostanie zakończone. Tryb „Kurs” jest przełączany w przypadku wykrycia awarii minikomputera, źródeł zasilania lub zespołu radionawigacji. W tym trybie autopilot działa niezależnie od minikomputera. W trybie „Program” kurs jest kontrolowany na podstawie danych z urządzeń radionawigacyjnych (czujników położenia) lub żyrokompasu.

Konserwację systemu zabezpieczającego statku na ST prowadzi operator z pulpitu sterowniczego. Wyboru grupy czujników do określenia pozycji jednostki pływającej dokonuje operator zgodnie z zaleceniami prezentowanymi na ekranie wyświetlacza. Na dole ekranu znajduje się lista wszystkich poleceń dozwolonych w tym trybie, które można wprowadzić za pomocą klawiatury. Przypadkowe naciśnięcie dowolnego niedozwolonego klawisza jest blokowane przez komputer.

Technologia lotnicza. Sukcesy osiągnięte w rozwoju technologii lotniczej i kosmicznej z jednej strony, a z drugiej konieczność obniżenia kosztów operacji celowych, z drugiej strony, stymulowały rozwój nowego typu technologii – zdalnie sterowanych statków powietrznych (RPV).

na ryc. 5.28 przedstawia schemat blokowy systemu zdalnego sterowania lotem UAV - HIMAT. Głównym elementem systemu zdalnego pilotowania HIMAT jest naziemna stacja zdalnego sterowania. Parametry lotu UAV odbierane są przez stację naziemną drogą radiową ze statku powietrznego, są odbierane i dekodowane przez stację przetwarzania telemetrii oraz przesyłane do naziemnej części systemu komputerowego, a także do wyświetlaczy informacyjnych w naziemnej kontroli stacja. Dodatkowo z RPV odbierany jest obraz widoku zewnętrznego wyświetlany przez kamerę telewizyjną. Obraz telewizyjny wyświetlany na ekranie naziemnego stanowiska operatora służy do sterowania statkiem powietrznym podczas wykonywania manewrów w powietrzu, podejścia do lądowania oraz podczas samego lądowania. Kokpit naziemnej stacji zdalnego sterowania (miejsce pracy operatora) jest wyposażony w urządzenia dostarczające informacji o locie i stanie wyposażenia kompleksu RPV, a także środki do sterowania statkiem powietrznym. W szczególności do dyspozycji operatora są uchwyty i pedały do ​​sterowania samolotem w przechyle i pochyleniu, a także uchwyt sterowania silnikiem. W przypadku awarii głównego układu sterowania, polecenia układu sterowania wydawane są za pomocą specjalnego pilota do dyskretnych poleceń operatora RPV.

Ryc.5.28. System zdalnego pilotowania HIMAT RPV:

lotniskowiec B-52; 2 - zapasowy system sterowania na samolocie TF-104G; 3 – linia łączności telemetrycznej z ziemią; 4 - RPV HIMAT; 5 - linie łączności telemetrycznej z RPV; 5 - stacja naziemna do zdalnego pilotażu

Jako autonomiczny system nawigacyjny, który zapewnia obliczanie martwe, wykorzystywane są dopplerowskie mierniki prędkości i kąta znoszenia (DPSS). Taki system nawigacyjny jest używany w połączeniu z systemem kursu mierzącym kurs za pomocą czujnika pionowego generującego sygnały przechyłu i pochylenia oraz komputerem pokładowym realizującym algorytm zliczania martwego. Razem te urządzenia tworzą system nawigacji dopplerowskiej (patrz rysunek 5.29). Aby poprawić niezawodność i dokładność pomiaru aktualnych współrzędnych samolotu, DISS można połączyć z prędkościomierzami

Ryc.5.29. Schemat systemu nawigacji Dopplera

Miniaturyzacja elementów elektronicznych, tworzenie i seryjna produkcja specjalnych typów czujników i urządzeń wskaźnikowych, które działają niezawodnie w trudnych warunkach, a także gwałtowne obniżenie kosztów mikroprocesorów (w tym specjalnie zaprojektowanych do samochodów) stworzyły warunki do zwrotu pojazdów do państw członkowskich na dość wysokim poziomie.

Szybki transport naziemny na zawieszeniu magnetycznym jest wyraźnym przykładem nowoczesnego systemu mechatronicznego. Jak dotąd jedyny na świecie komercyjny system transportowy tego typu został uruchomiony w Chinach we wrześniu 2002 roku i łączy Międzynarodowy Port Lotniczy Pudong z centrum Szanghaju. System został opracowany, wyprodukowany i przetestowany w Niemczech, po czym wagony zostały przetransportowane do Chin. Prowadnica, umieszczona na wysokim kozłach, została wyprodukowana lokalnie w Chinach. Pociąg rozpędza się do prędkości 430 km/h i pokonuje dystans 34 km w 7 minut (maksymalna prędkość może osiągnąć 600 km/h). Pociąg unosi się nad torem prowadzącym, na torze nie występuje tarcie, a głównym oporem ruchu jest powietrze. W związku z tym pociągowi nadano aerodynamiczny kształt, połączenia między wagonami są zamknięte (ryc. 5.30).

Aby pociąg nie spadł na tor prowadzący w przypadku awarii zasilania, został wyposażony w wydajne akumulatory, których energia wystarczy do płynnego zatrzymania pociągu.

Za pomocą elektromagnesów odległość między pociągiem a torem prowadzącym (15 mm) podczas ruchu jest utrzymywana z dokładnością do 2 mm, co umożliwia całkowite wyeliminowanie drgań wagonów nawet przy maksymalnej prędkości. Liczba i parametry magnesów podtrzymujących jest tajemnicą handlową.

Ryż. 5.30. Pociąg Magleva

System transportu maglev jest w pełni kontrolowany przez komputer, ponieważ przy tak dużej prędkości człowiek nie ma czasu na reagowanie na pojawiające się sytuacje. Komputer steruje również przyspieszaniem i zwalnianiem pociągu, uwzględniając również zakręty toru, dzięki czemu pasażerowie nie odczuwają dyskomfortu podczas przyspieszania.

Opisany system transportowy charakteryzuje się dużą niezawodnością oraz niespotykaną dotąd dokładnością w realizacji rozkładu jazdy. W ciągu pierwszych trzech lat działalności przewieziono ponad 8 mln pasażerów.

Do tej pory liderami w technologii maglev (skrót używany na Zachodzie dla słów „lewitacja magnetyczna”) są Japonia i Niemcy. W Japonii maglev ustanowił światowy rekord prędkości transportu kolejowego - 581 km/h. Ale Japonia nie posunęła się jeszcze dalej niż ustanawiając rekordy, pociągi kursują tylko po eksperymentalnych liniach w prefekturze Yamanashi, o łącznej długości około 19 km. W Niemczech technologię maglev rozwija firma Transrapid. Chociaż komercyjna wersja maglev nie zakorzeniła się w samych Niemczech, pociągi są obsługiwane na poligonie testowym w Emsland przez firmę Transrapid, która po raz pierwszy na świecie z powodzeniem wdrożyła komercyjną wersję maglev w Chinach.

Jako przykład już istniejących transportowych systemów mechatronicznych (TMS) z autonomicznym sterowaniem możemy przytoczyć samochód-robot VisLab oraz laboratorium widzenia maszynowego i inteligentnych systemów Uniwersytetu w Parmie.

Cztery zrobotyzowane samochody przejechały bezprecedensową odległość 13 000 kilometrów z Parmy we Włoszech do Szanghaju dla pojazdów autonomicznych. Eksperyment ten miał być trudnym testem dla inteligentnego autonomicznego systemu jazdy TMC. Jej test odbył się w ruchu miejskim, na przykład w Moskwie.

Samochody-roboty zostały zbudowane na bazie minibusów (rysunek 5.31). Różniły się od zwykłych samochodów nie tylko autonomiczną kontrolą, ale także czystą trakcją elektryczną.

Ryż. 5.31. Samojeżdżący samochód VisLab

Na dachu TMS umieszczono panele słoneczne do zasilania krytycznego sprzętu: zrobotyzowanego systemu, który obraca kierownicą i naciska pedały gazu i hamulca, a także komputerowe komponenty maszyny. Resztę energii podczas podróży dostarczały gniazdka elektryczne.

Każdy samochód-robot został wyposażony w cztery skanery laserowe z przodu, dwie pary kamer stereofonicznych skierowanych do przodu i do tyłu, trzy kamery obejmujące 180-stopniowe pole widzenia w przedniej „półkuli” oraz system nawigacji satelitarnej, a także zestaw komputery i programy, które pozwalają samochodowi podejmować decyzje w określonych sytuacjach.

Innym przykładem autonomicznie sterowanego mechatronicznego systemu transportowego jest zrobotyzowany pojazd elektryczny RoboCar MEV-C japońskiej firmy ZMP (rys. 5.32).

Ryc.5.32. Zrobotyzowany samochód elektryczny RoboCar MEV-C

Producent pozycjonuje ten TMS jako maszynę do dalszego zaawansowanego rozwoju. Autonomiczne urządzenie sterujące zawiera następujące komponenty: kamerę stereo, 9-osiowy bezprzewodowy czujnik ruchu, moduł GPS, czujnik temperatury i wilgotności, dalmierz laserowy, chipy Bluetooth, Wi-Fi i 3G, a także protokół CAN który koordynuje wspólną pracę wszystkich komponentów. RoboCar MEV-C ma wymiary 2,3 x 1,0 x 1,6 mi waży 310 kg.

Współczesnym przedstawicielem mechatronicznego systemu transportu jest transscooter, który należy do klasy lekkich pojazdów z napędem elektrycznym.

Transscooters to nowy typ transformowalnych wielofunkcyjnych pojazdów naziemnych do indywidualnego użytku z napędem elektrycznym, przeznaczony głównie dla osób niepełnosprawnych (ryc. 5.33). Główną cechą wyróżniającą transscooter spośród innych pojazdów lądowych jest możliwość pokonywania biegów po schodach oraz realizacja zasady wielofunkcyjności, a co za tym idzie przekształcalności w szerokim zakresie.

Ryż. 5.33. Wygląd jednej z próbek rodziny transskuterów „Kangur”

Napęd transscootera wykonany jest w oparciu o moduł mechatroniczny typu „motor-wheel”. Funkcje i odpowiednio konfiguracje zapewniane przez transscootery z rodziny Kangaroo są następujące (ryc. 5.34):

- „Skuter” - poruszanie się z dużą prędkością na długiej podstawie;

- "Fotel" - manewrowanie na krótkiej podstawie;

- "Balans" - ruch stojący w trybie stabilizacji żyroskopowej na dwóch kołach;

- "Compact-vertical" - poruszanie się stojąc na trzech kołach w trybie stabilizacji żyroskopowej;

- „Krawężnik” – pokonywanie krawężnika od razu w pozycji stojącej lub siedzącej (niektóre modele posiadają dodatkową funkcję „Ukośny krawężnik” – pokonywanie krawężnika pod kątem do 8 stopni);

- „Drabina w górę” – wchodzenie po stopniach schodów z przodu, siedząc lub stojąc;

- „Drabina w dół” – schodzenie po stopniach schodów z przodu, siedząc;

- "Przy stole" - niskie podesty, stopy na podłodze.

Ryż. 5.34. Główne konfiguracje transscootera na przykładzie jednego z jego wariantów

Transscooter ma średnio 10 kompaktowych napędów elektrycznych o wysokim momencie obrotowym ze sterowaniem mikroprocesorowym. Wszystkie napędy są tego samego typu - bezszczotkowe silniki prądu stałego sterowane sygnałami z czujników Halla.

Do sterowania takimi urządzeniami służy wielofunkcyjny mikroprocesorowy system sterowania (CS) z komputerem pokładowym. Architektura systemu sterowania transskuterem jest dwupoziomowa. Poziom dolny to konserwacja samego napędu, poziom wyższy to skoordynowana praca napędów według zadanego programu (algorytmu), testowanie i monitorowanie pracy układu i czujników; interfejs zewnętrzny - dostęp zdalny. Kontrolerem najwyższego poziomu (komputerem pokładowym) jest PCM-3350 firmy Advantech w formacie PC/104. Jako kontroler niższego poziomu wyspecjalizowany mikrokontroler TMS320F2406 firmy Texas Instruments do sterowania silnikami elektrycznymi. Łączna liczba sterowników niskiego poziomu odpowiedzialnych za pracę poszczególnych jednostek wynosi 13: dziesięć sterowników sterowania napędem; sterownik głowicy, który odpowiada również za wyświetlanie informacji wyświetlanych na wyświetlaczu; kontroler do określania pojemności resztkowej akumulatora; kontroler ładowania i rozładowania baterii. Wymiana danych pomiędzy komputerem pokładowym transscootera a sterownikami peryferyjnymi obsługiwana jest za pośrednictwem wspólnej magistrali z interfejsem CAN, co pozwala na zminimalizowanie ilości przewodów i osiągnięcie realnej szybkości przesyłania danych na poziomie 1 Mbps.

Zadania komputera pokładowego: sterowanie napędami elektrycznymi, obsługa poleceń z głowicy sterowniczej; obliczanie i wyświetlanie pozostałego ładunku akumulatora; rozwiązanie problemu trajektorii poruszania się po schodach; możliwość zdalnego dostępu. Za pomocą komputera pokładowego realizowane są następujące programy indywidualne:

Przyspieszanie i zwalnianie hulajnogi z kontrolowanym przyspieszaniem / zwalnianiem, które jest indywidualnie dostosowywane do użytkownika;

Program realizujący algorytm działania tylnych kół podczas pokonywania zakrętów;

Wzdłużna i poprzeczna stabilizacja żyroskopowa;

Pokonywanie krawężnika w górę i w dół;

Ruch w górę iw dół po schodach

Dostosowanie do wymiarów stopni;

Identyfikacja parametrów schodów;

Zmiany rozstawu osi (z 450 na 850 mm);

Monitorowanie czujników skutera, jednostek sterujących napędem, akumulatora;

Emulacje oparte na odczytach czujników radaru parkowania;

Zdalny dostęp do programów sterujących, zmiana ustawień przez Internet.

Transscooter posiada 54 czujniki, które pozwalają mu dostosować się do otoczenia. Wśród nich: Czujniki Halla wbudowane w silniki bezszczotkowe; czujniki kąta bezwzględnego, które określają położenie elementów składowych transscootera; rezystancyjny czujnik kierownicy; czujnik odległości na podczerwień do radaru parkowania; inklinometr pozwalający określić nachylenie hulajnogi podczas jazdy; akcelerometr i czujnik prędkości kątowej służący do sterowania stabilizacją żyroskopu; odbiornik częstotliwości radiowych do zdalnego sterowania; rezystancyjny czujnik przemieszczenia liniowego do określania położenia fotela względem ramy; boczniki do pomiaru prądu silnika i pozostałej pojemności baterii; potencjometryczny regulator prędkości; tensometryczny czujnik wagowy do kontrolowania rozkładu ciężaru aparatu.

Ogólny schemat blokowy systemu sterowania przedstawiono na rysunku 5.35.

Ryż. 5.35. Schemat blokowy układu sterowania transskutera z rodziny Kangaroo

Legenda:

RMC - czujniki kąta absolutnego, DH - czujniki Halla; BU - jednostka sterująca; LCD - wskaźnik ciekłokrystaliczny; MKL - koło silnikowe lewe; MCP - silnik prawego koła; BMS - system zarządzania energią; LAN - port do zewnętrznego podłączenia komputera pokładowego w celu programowania, ustawień itp.; T - hamulec elektromagnetyczny.

Główne zalety urządzeń mechatronicznych w porównaniu z tradycyjnymi narzędziami automatyki to:

Stosunkowo niski koszt ze względu na wysoki stopień integracji, unifikacji i standaryzacji wszystkich elementów i interfejsów;

Wysoka jakość realizacji skomplikowanych i precyzyjnych ruchów dzięki zastosowaniu inteligentnych metod sterowania;

Wysoka niezawodność, trwałość i odporność na zakłócenia;

Zwartość konstrukcyjna modułów (do miniaturyzacji i mikromaszyn),

Poprawiona waga, rozmiar i charakterystyka dynamiczna maszyn dzięki uproszczeniu łańcuchów kinematycznych;

Umiejętność integrowania modułów funkcjonalnych w złożone systemy mechatroniczne oraz kompleksy pod konkretne zadania klienta.

Wielkość światowej produkcji urządzeń mechatronicznych rośnie z każdym rokiem, obejmując wszystkie nowe obszary. Obecnie moduły i systemy mechatroniczne są szeroko stosowane w następujących obszarach:

Budowa obrabiarek i urządzeń do automatyzacji procesów technologicznych;

Robotyka (przemysłowa i specjalna);

Sprzęt lotniczy, kosmiczny i wojskowy;

Motoryzacja (na przykład układy zapobiegające blokowaniu się kół podczas hamowania, stabilizacja pojazdu i systemy automatycznego parkowania);

Nietradycyjne pojazdy (rowery elektryczne, wózki towarowe, skutery elektryczne, wózki inwalidzkie);

Sprzęt biurowy (na przykład kopiarki i faksy);

Elementy techniki komputerowej (np. drukarki, plotery, napędy dysków);

Sprzęt medyczny (rehabilitacyjny, kliniczny, serwisowy);

AGD (pranie, szycie, zmywarki i inne maszyny);

Mikromaszyny (dla medycyny, biotechnologii, komunikacji i telekomunikacji);

Urządzenia i maszyny kontrolno-pomiarowe;

Sprzęt fotograficzny i wideo;

Symulatory do szkolenia pilotów i operatorów;

Branża pokazowa (systemy nagłośnienia i oświetlenia).

Oczywiście tę listę można rozszerzyć.

Szybki rozwój mechatroniki w latach 90-tych jako nowego kierunku naukowo-technicznego wynika z trzech głównych czynników:

Nowe trendy w światowym rozwoju przemysłu;

Rozwój podstawowych zasad i metodologii mechatroniki (podstawowe idee naukowe, zasadniczo nowe rozwiązania techniczne i technologiczne);

Działalność specjalistów w dziedzinie badań i edukacji.

Obecny etap rozwoju zautomatyzowanej budowy maszyn w naszym kraju odbywa się w nowych realiach gospodarczych, kiedy pojawia się pytanie o żywotność technologiczną kraju i konkurencyjność wytwarzanych wyrobów.

Można wyróżnić następujące tendencje zmian kluczowych wymagań rynku światowego w rozpatrywanym obszarze:

Konieczność wytwarzania i serwisowania urządzeń zgodnie z międzynarodowym systemem norm jakości sformułowanych w normach ISO seria 9000 ;

Umiędzynarodowienie rynku produktów naukowo-technicznych, a co za tym idzie konieczność aktywnego wdrażania form i metod do praktyki
międzynarodowy transfer inżynierii i technologii;

Zwiększenie roli małych i średnich przedsiębiorstw produkcyjnych w gospodarce ze względu na ich zdolność do szybkiego i elastycznego reagowania na zmieniające się wymagania rynku;

Szybki rozwój systemów i technologii komputerowych, urządzeń telekomunikacyjnych (w krajach EWG w 2000 r. 60% wzrostu Produktu Krajowego Całkowitego przypadło właśnie na te branże); bezpośrednią konsekwencją tego ogólnego trendu jest intelektualizacja układów sterowania ruchem mechanicznym i funkcjami technologicznymi nowoczesnych maszyn.

Za główną cechę klasyfikacyjną w mechatronice wydaje się zasadne przyjęcie stopnia integracji elementów składowych. Zgodnie z tą cechą systemy mechatroniczne można podzielić na poziomy lub generacje, jeśli weźmiemy pod uwagę ich pojawienie się na rynku produktów science-intensive, historycznie moduły mechatroniczne pierwszego poziomu stanowią kombinację tylko dwóch początkowych elementów. Typowym przykładem modułu pierwszej generacji jest „motoreduktor”, w którym przekładnia mechaniczna i sterowany silnik wykonane są jako pojedynczy element funkcjonalny. Systemy mechatroniczne oparte na tych modułach znalazły szerokie zastosowanie w tworzeniu różnych środków kompleksowej automatyzacji produkcji (przenośniki, transportery, stoły obrotowe, manipulatory pomocnicze).

Moduły mechatroniczne drugiego stopnia pojawiły się w latach 80-tych w związku z rozwojem nowych technologii elektronicznych, które umożliwiły stworzenie miniaturowych czujników i jednostek elektronicznych do przetwarzania ich sygnałów. Połączenie modułów napędowych z powyższymi elementami doprowadziło do powstania mechatronicznych modułów ruchu, których skład w pełni odpowiada wprowadzonej powyżej definicji, gdy uzyskuje się integrację trzech urządzeń o różnym charakterze fizycznym: elektryczne i 3) elektroniczne. Na bazie modułów mechatronicznych tej klasy stworzono 1) sterowane maszyny energetyczne (turbiny i generatory), 2) obrabiarki i roboty przemysłowe ze sterowaniem numerycznym.

Rozwój trzeciej generacji systemów mechatronicznych wynika z pojawienia się na rynku relatywnie niedrogich mikroprocesorów i opartych na nich sterowników i ma na celu intelektualizację wszystkich procesów zachodzących w systemie mechatronicznym, przede wszystkim procesu sterowania ruchami funkcjonalnymi maszyny i zespoły. Jednocześnie opracowywane są nowe zasady i technologie wytwarzania precyzyjnych i kompaktowych zespołów mechanicznych, a także nowe typy silników elektrycznych (przede wszystkim bezszczotkowe i liniowe o wysokim momencie obrotowym), czujniki sprzężenia zwrotnego i informacyjnego. Synteza nowych technologii 1) precyzyjnych, 2) informacyjnych i 3) pomiarowych, wymagających intensywnej nauki, stanowi podstawę projektowania i produkcji inteligentnych modułów i systemów mechatronicznych.

W przyszłości maszyny i systemy mechatroniczne będą łączone w kompleksy mechatroniczne w oparciu o wspólne platformy integracyjne. Celem tworzenia takich kompleksów jest uzyskanie połączenia wysokiej produktywności i jednocześnie elastyczności środowiska techniczno-technologicznego dzięki możliwości jego rekonfiguracji, co zapewni konkurencyjność i wysoką jakość produktów.

Nowoczesne przedsiębiorstwa rozpoczynające opracowywanie i produkcję produktów mechatronicznych muszą rozwiązać następujące główne zadania w tym zakresie:

Integracja strukturalna pododdziałów profili mechanicznych, elektronicznych i informacyjnych (które z reguły funkcjonowały autonomicznie i oddzielnie) w jeden zespół projektowy i produkcyjny;

Szkolenie inżynierów i menedżerów „mechatronicznych” zdolnych do integracji systemowej i kierowania pracą wysokospecjalistycznych specjalistów o różnych kwalifikacjach;

Integracja technologii informatycznych z różnych dziedzin nauki i techniki (mechanika, elektronika, sterowanie komputerowe) w jeden zestaw narzędzi do komputerowego wspomagania zadań mechatronicznych;

Standaryzacja i unifikacja wszystkich stosowanych elementów i procesów w projektowaniu i produkcji MS.

Rozwiązanie tych problemów często wymaga przezwyciężenia tradycji zarządzania, które wykształciły się w przedsiębiorstwie i ambicji menedżerów średniego szczebla, przyzwyczajonych do rozwiązywania tylko swoich wąskoprofilowych zadań. Dlatego średnie i małe przedsiębiorstwa, które mogą łatwo i elastycznie zmieniać swoją strukturę, są lepiej przygotowane do przejścia na produkcję wyrobów mechatronicznych.

Podobne informacje.

Transport drogowy odgrywa ważną rolę w systemie transportowym i gospodarce kraju. Samochód jest szeroko stosowany do transportu towarów na tory kolejowe, do nabrzeży rzecznych i morskich, konserwacji przemysłowych przedsiębiorstw handlowych, pracowników rolnych i zapewnia transport pasażerów. Transport drogowy odpowiada za około połowę ruchu pasażerskiego i towarowego (rys. 12.1)

Rycina 12.1– Dystrybucja transportu

Od pojawienia się pierwszego samochodu minęło dosłownie sto lat i praktycznie nie ma dziedziny działalności, w której nie byłby używany. Dlatego przemysł motoryzacyjny w gospodarkach krajów rozwiniętych jest obecnie wiodącą gałęzią inżynierii. Są ku temu powody:

Po pierwsze, każdego dnia ludzie potrzebują coraz więcej samochodów, aby rozwiązać różne problemy gospodarcze;

Po drugie, jest to branża wiedzochłonna i zaawansowana technologicznie. „Pociąga” za sobą wiele innych gałęzi przemysłu, których przedsiębiorstwa wykonują jego liczne zamówienia. Innowacje wprowadzane w motoryzacji nieuchronnie wymuszają również na tych branżach doskonalenie produkcji. Ze względu na to, że takich branż jest bardzo dużo, w efekcie następuje wzrost całej branży, a co za tym idzie całej gospodarki;

Po trzecie, przemysł motoryzacyjny we wszystkich krajach rozwiniętych jest jednym z najbardziej dochodowych sektorów gospodarki narodowej, gdyż przyczynia się do wzrostu wymiany handlowej i przynosi znaczne dochody do skarbu państwa poprzez sprzedaż na rynkach krajowych i światowych;

Po czwarte, przemysł motoryzacyjny jest przemysłem o znaczeniu strategicznym. Rozwój tego przemysłu sprawia, że ​​kraj jest silny ekonomicznie, a przez to bardziej niezależny. Powszechne stosowanie najlepszych przykładów techniki motoryzacyjnej w wojsku bez wątpienia zwiększa siłę obronną kraju.

Obecnie w branży motoryzacyjnej istnieje szereg trendów, które świadczą o jej znaczeniu i znaczeniu, a także branżach pokrewnych w gospodarkach krajów uprzemysłowionych. Zupełnie nowe podejście do rozwoju technicznego samochodu, organizacji i technologii jego produkcji. Trendy naukowe i technologiczne mają na celu zmniejszenie zużycia paliwa i redukcję szkodliwych emisji, opracowanie ultralekkiego samochodu, poprawę bezpieczeństwa, jakości, niezawodności i trwałości, a także rozwój inteligentnych dróg i systemów drogowych.

Rozwój mechatroniki w samochodach (ryc. 12.2) i na maszynach produkcyjnych ma swoją własną charakterystykę. W samochodach ekspansja automatyki, a co za tym idzie mechatroniki, rozpoczęła się głównie w zakresie urządzeń zapewniających komfort. Pierwszą z jednostek mechatronicznych, jak to jest w zwyczaju historycznym, był silnik z układem zasilania paliwem i jego automatycznym sterowaniem. Drugi to system sterowania mocą osprzętu (EHR), którego światowym liderem w produkcji jest firma Bosch. Trzeci to transmisja. Tutaj proces rozpoczął się wraz z pojawieniem się przekładni mechanicznych ze stopniami przełączania pod obciążeniem. Pojawiły się hydrauliczne, następnie elektrohydrauliczne urządzenia przełączające, a następnie elektroniczne automatyczne sterowanie przełączaniem. Firmy zachodnie (niemiecki ZF i inne) zaczęły dostarczać fabryki samochodów i produkować na sprzedaż skrzynie biegów w takim kompletnym zestawie

Siła i zalety mechatronicznej konstrukcji jednostek są szczególnie wyraźnie widoczne na przykładzie przekładni, które w obecności lub braku automatycznego sterowania z tymi samymi innymi elementami kompleksu wykazują uderzający kontrast w charakterystyce obu samych oraz wyposażonych w nie pojazdów. W formie mechatronicznej zapewniają o rząd wielkości korzystniejsze właściwości w prawie wszystkich wskaźnikach pracy maszyny: technicznych, ekonomicznych i ergonomicznych.

Porównując zespoły mechatroniczne z ich niemechatronicznymi pierwowzorami pod względem doskonałości technicznej, łatwo zauważyć, że te pierwsze znacznie przewyższają te drugie, nie tylko pod względem ogólnych wskaźników, ale także poziomu i jakości wykonania. Nie jest to zaskakujące: efekt synergii przejawia się nie tylko w produkcie końcowym, ale także w procesie projektowym dzięki nowemu podejściu do projektowania.

Rysunek 12.2– Klasyfikacja układów mechatronicznych pojazdów

Podczas sterowania pracą silnika samochodowego stosuje się różne systemy:

- AVCS (Aktywny System Sterowania Zaworami)- system zmiennych faz rozrządu w pojazdach Subaru zmienia wysokość wzniosu zaworów w zależności od chwilowego obciążenia silnika. wspólna szyna(Nissan) - układ wtryskowy, który dostarcza paliwo do cylindrów wspólnym przewodem pod wysokim ciśnieniem. Posiada szereg zalet, które sprawiają, że jazda staje się przyjemniejsza dla kierowcy: silniki wysokoprężne Common Rail charakteryzują się zarówno doskonałą reakcją na otwarcie przepustnicy, jak i niskim zużyciem paliwa, eliminującym konieczność częstego zatrzymywania się na stacjach benzynowych.

- GDI- Bezpośredni wtrysk benzyny, co można przetłumaczyć jako „silnik z bezpośrednim wtryskiem paliwa”, czyli paliwo w takim silniku nie jest wtryskiwane do kolektora dolotowego, ale bezpośrednio do cylindrów silnika. M-Ogień- system kontroli procesu spalania - znacznie zmniejsza zadymienie spalin i zawartość w nich tlenków azotu przy jednoczesnym wzroście mocy i obniżeniu poziomu hałasu.

- MIVEC(Mitsubishi) - optymalnie steruje otwieraniem zaworów dolotowych zgodnie z warunkami pracy silnika, co poprawia stabilność pracy silnika na biegu jałowym, charakterystykę mocy i momentu obrotowego w całym zakresie pracy.

- VTEC(Honda) - Układ zmiennych faz rozrządu. Służą do poprawy charakterystyki momentu obrotowego w szerokim zakresie obrotów, a także do poprawy ekonomiczności i ekologiczności silnika. Stosowany również w pojazdach Mazdy.

- DPS- Dual Pump System - dwie pompy oleju połączone szeregowo (czyli jedna za drugą). Jeżeli obroty obu pomp oleju są równe, następuje „równy” obieg oleju, tj. nie ma obszarów o wysokim i niskim ciśnieniu (ryc. 12.3).

Rycina 12.3– System podwójnej pompy

- common rail(Język angielski) wspólna autostrada) to nowoczesna technologia układów zasilania paliwem w silnikach o zapłonie samoczynnym z wtryskiem bezpośrednim. W układzie Common Rail pompa pompuje paliwo pod wysokim ciśnieniem (250 - 1800 bar w zależności od trybu pracy silnika) do wspólnego przewodu paliwowego. Elektronicznie sterowane wtryskiwacze z zaworami elektromagnetycznymi lub piezoelektrycznymi wtryskują paliwo do cylindrów. W zależności od konstrukcji dysze wytwarzają od 2 do 5 wtrysków na 1 cykl. Dokładne obliczenie kąta początku wtrysku oraz ilości wtryskiwanego paliwa pozwala silnikom Diesla sprostać zwiększonym wymaganiom ekologicznym i ekonomicznym. Ponadto silniki Diesla z układem Common Rail zbliżyły się, aw niektórych przypadkach przewyższyły silniki benzynowe pod względem mocy i charakterystyki dynamicznej.

Istnieją różne rodzaje mechatronicznych urządzeń transmisyjnych:

- CVT- Automatyczna skrzynia biegów z CVT. Jest to mechanizm o zakresie zmiany przełożeń większym niż 5-biegowa manualna skrzynia biegów.

- przetwornik cyfrowo-analogowy- Downhill Assist Control - system kontroluje zachowanie maszyny na stromych zboczach. Koła wyposażone są w czujniki, które mierzą prędkość obrotową kół i na bieżąco porównują ją z prędkością samochodu. Analizując otrzymane dane, elektronika hamuje przednie koła na czas do prędkości około 5 km/h.

- DDS- Downhill Drive Support - system kontroli ruchu w samochodach marki Nissan na stromych zjazdach. DDS automatycznie utrzymuje prędkość 7 km/h podczas zjazdu, zapobiegając blokowaniu się kół.

-Jedź Wybierz 4x4- Napęd na wszystkie koła można włączać i wyłączać podczas jazdy z prędkością do 100 km/h.

-TSA(Trailer Stability Assist) - system stabilizacji pojazdu podczas jazdy z przyczepą. Po utracie stabilności samochód z reguły zaczyna rozmawiać na drodze. W takim przypadku TSA hamuje koła „po przekątnej” (lewe przednie - prawe tylne lub prawe przednie - lewe tylne) w fazie przeciwnej do oscylacji, jednocześnie zmniejszając prędkość pojazdu poprzez zmniejszenie dopływu paliwa do silnika. Stosowany w pojazdach Hondy.

- Łatwy wybór 4WD- system napędu na wszystkie koła, szeroko stosowany w samochodach Mitsubishi, umożliwia zmianę napędu 2WD na 4WD i odwrotnie, gdy samochód jest w ruchu.

- Kontrola logiczna stopnia- system „inteligentnego” doboru biegów zapewnia równomierną przyczepność, co jest szczególnie ważne podczas podjazdów pod górę.

- Hipertroniczna CVT-M6(Nissan) - zapewniają płynne, bezstopniowe przyspieszanie bez szarpnięć, charakterystycznych dla tradycyjnych automatów. Ponadto są bardziej ekonomiczne niż tradycyjne automatyczne skrzynie biegów. CVT-M6 jest przeznaczony dla kierowców, którzy chcą połączyć zalety automatycznej i ręcznej przekładni wodnej. Przesuwając dźwignię zmiany biegów do szczeliny znajdującej się najdalej od kierowcy, masz możliwość przełączania sześciu biegów ze stałymi przełożeniami.

- INWEKS II- adaptacyjna automatyczna (Mitsubishi) - automatyczna skrzynia biegów z trybem sportowym i możliwością sterowania mechanicznego.

-EBA- elektroniczny układ kontroli ciśnienia w hydraulicznym układzie hamulcowym, który w przypadku hamowania awaryjnego i niedostatecznej siły nacisku na pedał hamulca samoczynnie zwiększa ciśnienie w przewodzie hamulcowym, czyniąc go wielokrotnie szybszym niż człowiek. A system EBD równomiernie rozkłada siły hamowania i działa w połączeniu z ABS - układem przeciwblokującym.

-ESP+- antypoślizgowy system stabilizacji ESP - najbardziej złożony system wykorzystujący możliwości układu przeciwblokującego, antypoślizgowego z kontrolą trakcji i elektronicznego sterowania przepustnicą. Jednostka sterująca otrzymuje informacje z czujników przyspieszenia kątowego samochodu, kąta obrotu kierownicy, informacje o prędkości samochodu i obrocie każdego z kół. System analizuje te dane i oblicza trajektorię ruchu, a jeśli w zakrętach lub manewrach rzeczywista prędkość nie pokrywa się z obliczoną i samochód „wyjeżdża” na zewnątrz lub w zakręcie, koryguje trajektorię ruchu, hamując koła i zmniejszenie ciągu silnika.

- HAC- Hill-start Assist Control - system kontroluje zachowanie samochodu na stromych zboczach. HAC nie tylko zapobiega buksowaniu kół podczas ruszania na śliskiej pochyłości, ale może również zapobiegać staczaniu się do tyłu, jeśli pojazd jest zbyt niski i ześlizguje się pod ciężarem nadwozia.

- Właściciel wzgórza- z tym urządzeniem samochód trzyma się hamulców nawet po zwolnieniu pedału hamulca, Hill Holder wyłącza się dopiero po zwolnieniu pedału sprzęgła. Zaprojektowany, aby rozpocząć jazdę pod górę.

Podwójna kontrola AIRMATIC- Aktywne zawieszenie pneumatyczne z elektroniczną regulacją i adaptacyjnym systemem tłumienia ADS II pracuje w trybie w pełni automatycznym (Rys. 12.4). W porównaniu z tradycyjnym zawieszeniem stalowym znacznie poprawia komfort i bezpieczeństwo jazdy. AIRMATIC DC współpracuje z poduszkami powietrznymi, które są elektronicznie usztywniane lub miększe w zależności od sytuacji na drodze. Jeśli czujniki wykryją na przykład sportowy styl jazdy, zwykle komfortowe zawieszenie pneumatyczne zostaje automatycznie usztywnione. Zawieszenie i tłumienie można również ręcznie ustawić w trybie sportowym lub komfortowym za pomocą przełącznika.

Elektronika pracuje z czterema różnymi trybami tłumienia (ADS II), które automatycznie dostosowują się na każdym kole do warunków drogowych. W ten sposób samochód toczy się płynnie nawet na złej drodze bez utraty stabilności.

Rycina 12.4– Podwójna kontrola AIRMATIC

System wyposażony jest również w funkcję poziomowania pojazdu. Zapewnia, nawet przy załadowanym pojeździe, prawie stały prześwit, co zapewnia stabilność pojazdu. Podczas jazdy z dużą prędkością pojazd może się automatycznie obniżyć, aby zmniejszyć przechylenie nadwozia. Przy prędkościach powyżej 140 km/h pojazd automatycznie obniża się o 15 mm, a przy prędkościach poniżej 70 km/h przywracany jest normalny poziom. Ponadto w przypadku złych dróg możliwe jest ręczne podniesienie samochodu o 25 mm. Podczas dłuższej jazdy z prędkością około 80 km/h lub przekroczenia prędkości 120 km/h, normalny poziom jest automatycznie przywracany.

Również w samochodach stosuje się różne układy hamulcowe, które znacznie skracają drogę hamowania, umiejętnie interpretują zachowanie kierowcy podczas hamowania i uruchamiają maksymalną siłę hamowania w przypadku hamowania awaryjnego.

- Asystent hamowania (BAS), który jest montowany seryjnie we wszystkich samochodach osobowych Mercedes-Benz, interpretuje zachowanie kierowcy podczas hamowania i w przypadku wykrycia hamowania awaryjnego generuje maksymalną siłę hamowania, jeśli kierowca nie naciska wystarczająco pedału hamulca. Rozwój asystenta hamowania opiera się na danych otrzymanych przez Dział Badania Wypadków Mercedes-Benz: w krytycznej sytuacji kierowca naciska pedał hamulca szybko, ale niewystarczająco mocno. W takim przypadku asystent hamowania może skutecznie wspierać kierowcę.

Dla lepszego zrozumienia przyjrzyjmy się pokrótce technologii nowoczesnych układów hamulcowych: wzmacniacz siły hamowania, który wzmacnia nacisk wytwarzany przez stopę kierowcy, składa się z dwóch komór oddzielonych od siebie ruchomą membraną. Jeśli hamowanie nie jest wykonywane, w obu komorach występuje próżnia. Naciśnięcie pedału hamulca we wzmacniaczu hamulca otwiera mechaniczny zawór sterujący, który wpuszcza powietrze do tylnej komory i zmienia stosunek ciśnień w obu komorach. Maksymalny wysiłek powstaje, gdy w drugiej komorze panuje ciśnienie atmosferyczne. W asystencie hamowania (BAS) tak zwany czujnik ruchu membrany określa, czy hamowanie jest ekstremalne. Wykrywa ruch membrany między komorami i przekazuje wartość do jednostki sterującej BAS. Na bieżąco porównując wartości, mikrokomputer rozpoznaje moment, w którym prędkość wciśnięcia pedału hamulca (równa prędkości ruchu membrany w pompce hamulcowej) przekroczy normę - jest to hamowanie awaryjne. W takim przypadku system uruchamia zawór magnetyczny, dzięki któremu tylna komora jest natychmiast wypełniana powietrzem i generowana jest maksymalna siła hamowania. Pomimo tego automatycznego pełnego hamowania koła nie blokują się, ponieważ dobrze znany układ przeciwblokujący ABS dozuje siłę hamowania, optymalnie utrzymując ją na granicy zablokowania, utrzymując w ten sposób sterowność pojazdu. Jeśli kierowca zdejmie nogę z pedału hamulca, specjalny czujnik zadziałania zamyka zawór elektromagnetyczny i automatyczne wspomaganie hamowania zostaje wyłączone.

Rycina 12.6– Asystent hamowania (BAS) Mercedes

- Układ zapobiegający blokowaniu się kół podczas hamowania (ABS)(niemiecki system antyblokujący angielski układ przeciwblokujący (ABS)) - system zapobiegający blokowaniu się kół pojazdu podczas hamowania. Głównym celem systemu jest skrócenie drogi hamowania i zapewnienie sterowności pojazdu podczas gwałtownego hamowania oraz wyeliminowanie możliwości jego niekontrolowanego poślizgu.

ABS składa się z następujących głównych elementów:

Czujniki prędkości lub przyspieszenia (opóźnienia) montowane na piastach kół pojazdu.

Zawory sterujące, które są elementami modulatora ciśnienia, instalowane w przewodzie głównego układu hamulcowego.

Jednostka sterująca, która odbiera sygnały z czujników i steruje pracą zaworów.

Po rozpoczęciu hamowania ABS rozpoczyna stałe i dość dokładne określanie prędkości obrotowej każdego koła. W przypadku, gdy jedno koło zaczyna się obracać znacznie wolniej niż pozostałe (co oznacza, że ​​koło jest bliskie zablokowania), zawór w przewodzie hamulcowym ogranicza siłę hamowania na to koło. Gdy tylko koło zacznie obracać się szybciej niż reszta, siła hamowania zostaje przywrócona.

Proces ten powtarza się kilka (lub kilkadziesiąt) razy na sekundę i zwykle skutkuje odczuwalnym pulsowaniem pedału hamulca. Siła hamowania może być ograniczona zarówno w całym układzie hamulcowym jednocześnie (jednokanałowy ABS), jak iw układzie hamulcowym bocznym (dwukanałowy ABS) lub nawet pojedynczego koła (wielokanałowy ABS). Systemy jednokanałowe zapewniają dość skuteczne hamowanie, ale tylko wtedy, gdy warunki trakcji wszystkich kół są mniej więcej takie same. Systemy wielokanałowe są droższe i bardziej skomplikowane niż systemy jednokanałowe, ale są bardziej skuteczne podczas hamowania na nierównej nawierzchni, jeśli np. podczas hamowania jedno lub więcej kół uderzy w lód, mokry odcinek drogi lub ramię.

Systemy sterowania i nawigacji są szeroko stosowane w nowoczesnych samochodach. .

- System DISTRONIC– realizuje elektroniczną kontrolę odległości do poprzedzającego pojazdu za pomocą radaru, prostą obsługę za pomocą dźwigni TEMPOMAT, zapewnia dodatkowy komfort na autostradach i podobnych drogach, utrzymuje stan pracy kierowcy.

Kontroler odległości DISTRONIC utrzymuje wymaganą odległość od poprzedzającego pojazdu. Jeśli odległość się zmniejsza, włącza się układ hamulcowy. Jeśli żaden pojazd nie jedzie z przodu, DISTRONIC utrzymuje prędkość ustawioną przez kierowcę. DISTRONIC zapewnia dodatkowy komfort jazdy po autostradzie i podobnych drogach. Mikrokomputer przetwarza sygnały radarowe z prędkością od 30 do 180 km/h, który jest zainstalowany za kratką. Impulsy radarowe są odbijane od poprzedzającego pojazdu, przetwarzane i na podstawie tych informacji obliczana jest odległość do poprzedzającego pojazdu oraz jego prędkość. Jeśli pojazd Mercedes-Benz z układem DISTRONIC zbliży się zbyt blisko poprzedzającego pojazdu, układ DISTRONIC automatycznie zmniejsza przepustnicę i uruchamia hamulce, aby utrzymać ustawioną odległość. W przypadku konieczności gwałtownego hamowania kierowca jest o tym informowany sygnałem dźwiękowym oraz lampką ostrzegawczą – oznacza to, że kierowca musi sam nacisnąć pedał hamulca. Jeśli odległość się zwiększa, DISTRONIC ponownie zapewnia wymaganą odległość i przyspiesza samochód do ustawionej prędkości. DISTRONIC to dalszy rozwój standardowej funkcji TEMPOMAT ze zmiennym ograniczeniem prędkości SPEEDTRONIC

Rycina 12.7– System sterowania i nawigacji

Mercedes-Benz wprowadził jako standard w sedanach Klasy S pierwsze mechatroniczne zawieszenie pneumatyczne AIR-matic ze sterowaniem amortyzatorów ADS.

W systemie AIR-matic słupek sedana klasy S zawiera pneumatyczny element elastyczny: znaną nam rolę sprężyn pełni sprężone powietrze zamknięte pod osłoną z gumowego kordu. Nawet w stelażu znalazł się amortyzator z nietypowym „wydłużeniem” z boku. Oczywiście samochód ma pełnoprawny układ pneumatyczny (sprężarka, odbiornik, przewody, urządzenia zaworowe). A także - sieć czujników i oczywiście procesor. Jak działa system. Na polecenie procesora zawory otwierają dostęp powietrza z układu pneumatycznego do elementów elastycznych (lub upuszczają stamtąd powietrze). W ten sposób zmienia się poziom podłogi nadwozia: jego zależność od prędkości samochodu jest uwzględniana w systemie. Kierowca może też „wykazać wolę” – podnieść samochód, powiedzmy, aby przesunąć znaczne nierówności.

REKLAMY wykonuje bardziej „dokładną” pracę - steruje amortyzatorami. Podczas ruchu tłoczyska amortyzatora część płynu przepływa nie tylko przez zawory w tłoku, ale także przez samo „przedłużenie”, wewnątrz którego siłownikiem jest układ zaworów, który zapewnia cztery możliwe tryby pracy amortyzatora. Na podstawie informacji płynących z czujników i zgodnie z algorytmem wybranym przez kierowcę („sportowy” lub „komfortowy”), procesor wybiera dla każdego amortyzatora tryb najbardziej odpowiedni do „aktualnej chwili” i wysyła polecenia do siłowników.

Nowoczesne samochody są wyposażone system kontroli klimatu. System ten ma na celu stworzenie i automatyczne utrzymanie mikroklimatu w samochodzie. System zapewnia wspólne działanie systemów grzewczych, wentylacyjnych i klimatyzacyjnych poprzez sterowanie elektroniczne.

Zastosowanie elektroniki umożliwiło osiągnięcie strefowej kontroli klimatu w samochodzie. W zależności od liczby stref temperaturowych wyróżnia się następujące systemy klimatyzacji:

jednostrefowa klimatyzacja;

Klimatyzacja dwustrefowa

trójstrefowa klimatyzacja;

Klimatyzacja czterostrefowa.

Układ klimatyzacji ma następujące elementy ogólne urządzenie:

system klimatyzacji;

· System sterowania.

Kontrola klimatu obejmuje elementy konstrukcyjne instalacji grzewczych, wentylacyjnych i klimatyzacyjnych, w tym:

grzejnik grzejnikowy;

Wentylator powietrza nawiewanego

klimatyzator, składający się z parownika, sprężarki, skraplacza i odbiornika.

Główne elementy systemy kontroli klimatu Czy:

czujniki wejściowe;

· Blok kontrolny;

urządzenia wykonawcze.

Czujniki wejściowe zmierzyć odpowiednie parametry fizyczne i przekształcić je w sygnały elektryczne. Czujniki wejściowe systemu sterowania obejmują:

czujnik temperatury powietrza zewnętrznego;

czujnik poziomu promieniowania słonecznego (fotodioda);

czujniki temperatury wyjściowej;

potencjometry tłumiące;

czujnik temperatury parownika;

czujnik ciśnienia w układzie klimatyzacji.

Liczba czujników temperatury na wylocie jest określona przez konstrukcję układu klimatyzacji. Czujnik temperatury na wylocie można dodać do czujnika temperatury na wylocie. W dwustrefowej klimatyzacji liczba czujników temperatury na wylocie jest podwojona (czujniki po lewej i prawej stronie), aw trzystrefowej klimatyzacji trzykrotnie (lewy, prawy i tylny).

Potencjometry amortyzatorów rejestrują aktualną pozycję amortyzatorów. Czujniki temperatury i ciśnienia parownika zapewniają pracę układu klimatyzacji. Elektroniczna jednostka sterująca odbiera sygnały z czujników i zgodnie z zaprogramowanym programem generuje działania sterujące na siłownikach.

W skład siłowników wchodzą napędy przepustnic oraz silnik elektryczny wentylatora nawiewnego, za pomocą którego tworzony jest i utrzymywany zadany reżim temperaturowy. Żaluzje mogą być napędzane mechanicznie lub elektrycznie. W konstrukcji klimatyzatora można zastosować następujące przepustnice:

przepustnica powietrza nawiewanego

amortyzator centralny;

przepustnice regulujące temperaturę (w układach z 2 lub więcej strefami regulacji);

Przepustnica recyrkulacji

· amortyzatory do rozmrażania szklanek.

Układ klimatyzacji zapewnia automatyczną regulację temperatury we wnętrzu samochodu w zakresie 16-30°C.

Żądaną wartość temperatury ustawia się za pomocą elementów sterujących na desce rozdzielczej samochodu. Sygnał z regulatora trafia do elektronicznej jednostki sterującej, gdzie uruchamiany jest odpowiedni program. Zgodnie z ustalonym algorytmem jednostka sterująca przetwarza sygnały z czujników wejściowych i uruchamia niezbędne siłowniki. W razie potrzeby klimatyzator jest włączony.

Współczesny samochód jest źródłem zwiększonego zagrożenia. Stały wzrost mocy i prędkości samochodu, natężenie ruchu strumieni ruchu znacznie zwiększają prawdopodobieństwo wystąpienia sytuacji awaryjnej.

Aby chronić pasażerów w razie wypadku, aktywnie opracowywane i wdrażane są techniczne urządzenia bezpieczeństwa. Pod koniec lat pięćdziesiątych istniały pasy bezpieczeństwa przeznaczone do przytrzymywania pasażerów na siedzeniach podczas zderzenia. Na początku lat 80. były poduszki powietrzne.

Zespół elementów konstrukcyjnych służących ochronie pasażerów przed obrażeniami w razie wypadku stanowi system bezpieczeństwa biernego pojazdu. System powinien zapewniać ochronę nie tylko pasażerom i danemu pojazdowi, ale także innym użytkownikom dróg.

Najważniejszymi elementami systemu bezpieczeństwa biernego samochodu są:

· pasy bezpieczeństwa;

Napinacze pasów bezpieczeństwa

aktywne zagłówki

poduszki powietrzne;

· karoseria odporna na odkształcenia;

awaryjne odłączenie akumulatora;

szereg innych urządzeń (zabezpieczenie przed dachowaniem w kabriolecie; systemy bezpieczeństwa dzieci - mocowania, siedzenia, pasy bezpieczeństwa).

Nowoczesny system bezpieczeństwa biernego samochodu posiada sterowanie elektroniczne, które zapewnia efektywną interakcję większości elementów.

System sterowania obejmuje:

czujniki wejściowe;

· Blok kontrolny;

Urządzenia uruchamiające elementy systemu.

Czujniki wejściowe ustalają parametry, przy których następuje awaria i przetwarzają je na sygnały elektryczne. Czujniki wejściowe obejmują:

Czujnik wstrząsów;

Przełącznik zamka pasa bezpieczeństwa;

Czujnik zajętości przedniego siedzenia pasażera

· Czujnik położenia siedzenia dla kierowcy i pasażera z przodu.

Z reguły po dwie są instalowane po każdej stronie samochodu. Czujnik wstrząsów. Zapewniają odpowiednie poduszki powietrzne. Z tyłu czujniki wstrząsów są stosowane, gdy pojazd jest wyposażony w elektrycznie sterowane aktywne zagłówki. Przełącznik zamka pasa bezpieczeństwa wykrywa użycie pasa bezpieczeństwa.

Czujnik zajętości przedniego siedzenia pasażera pozwala zapisać odpowiednią poduszkę powietrzną w nagłym przypadku i nieobecności pasażera na przednim siedzeniu.

W zależności od pozycji siedzącej kierowcy i pasażera z przodu, która jest ustalana przez odpowiednie czujniki, zmienia się kolejność i intensywność stosowania elementów systemu.

Na podstawie porównania sygnałów z czujników z parametrami sterowania centrala rozpoznaje początek sytuacji awaryjnej i uruchamia niezbędne elementy wykonawcze elementów systemu.

Siłownikami elementów systemu bezpieczeństwa biernego są:

zapalnik poduszki powietrznej;

· Zapalnik napinacza pasa bezpieczeństwa;

· Zapalnik (przekaźnik) odłącznika awaryjnego akumulatora;

· Zapłon mechanizmu napędowego zagłówków aktywnych (przy zastosowaniu zagłówków z napędem elektrycznym);

· lampka kontrolna sygnalizująca niezapięte pasy bezpieczeństwa.

Siłowniki są aktywowane w określonej kombinacji zgodnie z wbudowanym oprogramowaniem.

ISOFIX- System mocowania fotelika dziecięcego Isofix. Zewnętrznie foteliki dziecięce z tym systemem wyróżniają się dwoma kompaktowymi zamkami umieszczonymi z tyłu sanek. Zamki chwytają sześciomilimetrowy pręt ukryty za zaślepkami u podstawy oparcia siedzenia.

Wyślij swoją dobrą pracę w bazie wiedzy jest prosta. Skorzystaj z poniższego formularza

Studenci, doktoranci, młodzi naukowcy, którzy korzystają z bazy wiedzy w swoich studiach i pracy, będą Wam bardzo wdzięczni.

Wysłany dnia http://www.allbest.ru/

Ministerstwo Wyższego i Średniego Szkolnictwa Specjalnego Republiki Uzbekistanu

Instytut Inżynierii i Technologii Buchary

Niezależna praca

Systemy mechatroniczne dla transportu drogowego

Plan

Wstęp

1. Cel i sformułowanie problemu

2. Prawa (programy) sterowania zmianą biegów

3. Nowoczesny samochód

4. Zalety nowości

Bibliografia

Wstęp

Mechatronika powstała jako złożona nauka z połączenia oddzielnych części mechaniki i mikroelektroniki. Można ją określić jako naukę zajmującą się analizą i syntezą złożonych systemów wykorzystujących w równym stopniu mechaniczne i elektroniczne urządzenia sterujące.

Wszystkie systemy mechatroniczne samochodów zgodnie z ich przeznaczeniem funkcjonalnym są podzielone na trzy główne grupy:

Systemy sterowania silnikiem;

Układy sterowania przekładnią i układem jezdnym;

Systemy sterowania wyposażeniem salonu.

System zarządzania silnikiem dzieli się na systemy zarządzania silnikami benzynowymi i wysokoprężnymi. Po wcześniejszym umówieniu są one monofunkcyjne i złożone.

W układach jednofunkcyjnych ECU wysyła sygnały tylko do układu wtryskowego. Iniekcja może być prowadzona w sposób ciągły i impulsowy. Przy stałym dopływie paliwa jego ilość zmienia się ze względu na zmianę ciśnienia w przewodzie paliwowym, a przy pulsie ze względu na czas trwania impulsu i jego częstotliwość. Obecnie jednym z najbardziej obiecujących obszarów zastosowań systemów mechatronicznych są samochody. Jeśli weźmiemy pod uwagę branżę motoryzacyjną, to wprowadzenie takich systemów pozwoli osiągnąć odpowiednią elastyczność produkcji, lepiej uchwycić trendy w modzie, szybko wprowadzić zaawansowane opracowania naukowców i projektantów, a tym samym uzyskać nową jakość dla nabywców samochodów. Sam samochód, zwłaszcza samochód nowoczesny, jest obiektem uważnej uwagi z punktu widzenia designu. Współczesne użytkowanie samochodu wymaga zwiększonych wymagań w zakresie bezpieczeństwa jazdy, ze względu na stale rosnącą motoryzację krajów i zaostrzanie się norm środowiskowych. Dotyczy to zwłaszcza obszarów metropolitalnych. Odpowiedzią na dzisiejsze wyzwania urbanistyki jest projektowanie mobilnych systemów śledzących, które kontrolują i korygują charakterystykę pracy podzespołów i zespołów, osiągając optymalne wskaźniki przyjazności dla środowiska, bezpieczeństwa i komfortu eksploatacji samochodu. Pilna potrzeba uzupełniania silników samochodowych o bardziej złożone i droższe układy paliwowe wynika w dużej mierze z wprowadzania coraz bardziej rygorystycznych wymagań dotyczących zawartości szkodliwych substancji w spalinach, które niestety dopiero zaczynają być opracowywane.

W układach złożonych jedna jednostka elektroniczna steruje kilkoma podsystemami: wtryskiem paliwa, zapłonem, rozrządem, autodiagnostyką itp. Elektroniczny układ sterowania silnikiem diesla kontroluje ilość wtryskiwanego paliwa, czas rozpoczęcia wtrysku, prąd świecy palnika, itp. W systemie elektronicznego sterowania skrzynią biegów przedmiotem regulacji jest głównie automatyczna skrzynia biegów. Na podstawie sygnałów z czujników kąta otwarcia przepustnicy i prędkości pojazdu, ECU wybiera optymalne przełożenie skrzyni biegów, co poprawia oszczędność paliwa i właściwości jezdne. Sterowanie podwoziem obejmuje sterowanie procesami ruchu, zmianami trajektorii i hamowaniem samochodu. Wpływają na zawieszenie, układ kierowniczy i hamulcowy, zapewniają utrzymanie zadanej prędkości. Zarządzanie wyposażeniem wnętrza ma na celu zwiększenie komfortu i wartości samochodu dla konsumentów. W tym celu klimatyzacja, elektroniczna tablica przyrządów, wielofunkcyjny system informacyjny, kompas, reflektory, przerywana wycieraczka, kontrolka przepalonej lampy, urządzenie wykrywające przeszkody podczas cofania, urządzenia antywłamaniowe, sprzęt komunikacyjny, centralny zamek zamków drzwi, elektrycznych szyb, odchylanych siedzeń, trybu bezpieczeństwa itp.

1. Sformułowanie celu i problemu

Decydujące znaczenie, jakie przypisuje się układom elektronicznym w samochodzie sprawia, że ​​zwracamy większą uwagę na problemy związane z ich konserwacją. Rozwiązaniem tych problemów jest włączenie funkcji autodiagnostyki do układu elektronicznego. Realizacja tych funkcji opiera się na możliwościach systemów elektronicznych już używanych w pojeździe do ciągłego monitorowania i wykrywania usterek w celu przechowywania tych informacji i diagnostyki. Autodiagnostyka układów mechatronicznych samochodów. Rozwój elektronicznych systemów sterowania silnikiem i skrzynią biegów doprowadził do poprawy osiągów samochodu.

Na podstawie sygnałów z czujników, ECU generuje polecenia włączenia i wyłączenia sprzęgła. Polecenia te są przekazywane do elektrozaworu, który włącza i wyłącza siłownik sprzęgła. Do zmiany biegów służą dwa elektrozawory. Łącząc stany otwarcia-zamknięcia tych dwóch zaworów, układ hydrauliczny ustawia cztery pozycje przełożeń (1, 2, 3 i nadbieg). Podczas zmiany biegów sprzęgło rozłącza się, eliminując w ten sposób skutki zmiany momentu obrotowego związane ze zmianą biegów.

2.

Prawa sterowania (programy) zmiany biegów w automatycznej skrzyni biegów zapewniają optymalne przenoszenie energii silnika na koła samochodu, z uwzględnieniem wymaganych właściwości trakcyjnych i prędkościowych oraz oszczędności paliwa. Jednocześnie programy osiągania optymalnych właściwości trakcyjno-prędkościowych i minimalnego zużycia paliwa różnią się od siebie, ponieważ jednoczesne osiągnięcie tych celów nie zawsze jest możliwe. Dlatego w zależności od warunków jazdy i chęci kierowcy można wybrać program „ekonomiczny” w celu zmniejszenia zużycia paliwa, program „moc” za pomocą specjalnego przełącznika. Jakie parametry miał Twój komputer stacjonarny pięć, siedem lat temu? Dziś bloki systemowe końca XX wieku wydają się atawizmem i tylko udają maszynę do pisania. Podobna sytuacja z elektroniką samochodową.

3. nowoczesny samochód

Obecnie nie można sobie wyobrazić nowoczesnego samochodu bez kompaktowych jednostek sterujących i siłowników - siłowników. Mimo pewnego sceptycyzmu ich realizacja postępuje błyskawicznie: nie zaskoczycie nas już elektronicznym wtryskiem paliwa, wspomaganymi lusterkami, szyberdachami i szybami, elektrycznym wspomaganiem kierownicy czy multimedialnymi systemami rozrywki. I jak tu nie pamiętać, że wprowadzanie elektroniki do samochodu w zasadzie rozpoczęło się od najbardziej odpowiedzialnego organu - hamulców. W 1970 roku wspólny rozwój firm Bosch i Mercedes-Benz, pod skromnym skrótem ABS, zrewolucjonizował bezpieczeństwo czynne. Układ przeciwblokujący nie tylko zapewniał sterowność samochodu z wciśniętym pedałem „do podłogi”, ale także skłonił do stworzenia kilku powiązanych urządzeń - na przykład systemu kontroli trakcji (TCS). Pomysł ten został po raz pierwszy wdrożony w 1987 roku przez jednego z czołowych twórców elektroniki pokładowej - firmę Bosch. Zasadniczo kontrola trakcji jest przeciwieństwem ABS: ten ostatni zapobiega ślizganiu się kół podczas hamowania, a TCS podczas przyspieszania. Jednostka elektroniczna monitoruje przyczepność kół za pomocą kilku czujników prędkości. Jeśli kierowca „wciśnie” pedał przyspieszenia mocniej niż zwykle, stwarzając zagrożenie poślizgiem kół, urządzenie po prostu „zdusi” silnik. Designowy „apetyt” rósł z roku na rok. Zaledwie kilka lat później powstał ESP, czyli elektroniczny program stabilizacji toru jazdy. Po wyposażeniu samochodu w czujniki kąta obrotu, prędkości kół i przyspieszenia bocznego, hamulce zaczęły pomagać kierowcy w najtrudniejszych sytuacjach. Spowalniając jedno lub drugie koło, elektronika minimalizuje ryzyko dryfowania samochodu podczas szybkiego pokonywania trudnych zakrętów. Kolejny etap: komputer pokładowy został nauczony zwalniać… jednocześnie 3 koła. W pewnych okolicznościach na drodze jest to jedyny sposób na ustabilizowanie samochodu, który siły odśrodkowe ruchu będą próbowały odwrócić od bezpiecznej trajektorii. Ale do tej pory elektronice powierzano tylko funkcję „nadzorczą”. Kierowca nadal wytwarzał ciśnienie w napędzie hydraulicznym za pomocą pedału. Tradycję przerwał elektrohydrauliczny SBC (Sensotronic Brake Control), który od 2006 roku jest standardem w niektórych modelach Mercedes-Benz. Część hydrauliczna układu jest reprezentowana przez akumulator ciśnieniowy, główny cylinder hamulcowy i przewody. Elektryczna - pompa pompowa, wytwarzająca ciśnienie 140-160 atm. , czujniki ciśnienia, prędkość kół i skok pedału hamulca. Naciskając ten ostatni, kierowca nie porusza zwykłym prętem wzmacniacza próżni, ale naciska stopą „przycisk”, dając sygnał komputerowi, tak jakby sterował jakimś urządzeniem gospodarstwa domowego. Ten sam komputer oblicza optymalne ciśnienie dla każdego obwodu, a pompa poprzez zawory sterujące dostarcza płyn do cylindrów roboczych.

4. Zalety nowości

Zalety nowości- prędkość, połączenie funkcji ABS i systemu stabilizacji w jednym urządzeniu. Są też inne korzyści. Na przykład, jeśli nagle zdejmiesz nogę z pedału gazu, cylindry hamulcowe doprowadzą klocki do tarczy, przygotowując się do hamowania awaryjnego. System jest nawet połączony z... wycieraczkami. Na podstawie intensywności pracy „wycieraczek” komputer wyciąga wnioski na temat ruchu w deszczu. Reakcja jest krótka i niezauważalna dla kierowcy na dotknięcie podkładek na tarczach w celu wysuszenia. Cóż, jeśli masz „szczęście”, że trafisz do korka na wzniesieniu, nie martw się: samochód nie cofnie się, dopóki kierowca nie przesunie stopy z hamulca na gaz. Wreszcie przy prędkościach poniżej 15 km/h można włączyć tzw. funkcję miękkiego zwalniania: po odpuszczeniu gazu samochód zatrzyma się tak delikatnie, że kierowca nawet nie odczuje końcowego „nurkowania”. mechatronika mikroelektronika skrzynia biegów silnika

A co jeśli elektronika zawiedzie? Wszystko w porządku: specjalne zawory otworzą się całkowicie, a system będzie działał jak tradycyjny, jednak bez wzmacniacza podciśnienia. Jak dotąd projektanci nie odważą się całkowicie zrezygnować z hydraulicznych urządzeń hamulcowych, chociaż wybitne firmy już z mocą opracowują układy „bez cieczy”. Na przykład Delphi ogłosiło rozwiązanie większości problemów technicznych, które do niedawna wydawały się ślepymi zaułkami: opracowano mocne silniki elektryczne - zamienniki cylindrów hamulcowych, a siłowniki elektryczne stały się jeszcze bardziej kompaktowe niż hydrauliczne.

lista l iteracje

1. Butylin V.G., Ivanov V.G., Lepeshko I.I. i wsp. Analiza i perspektywy rozwoju mechatronicznych układów sterowania hamulcami kół // Mechatronika. Mechanika. Automatyzacja. Elektronika. Informatyka. - 2000. - Nr 2. - S. 33 - 38.

2. Danov B.A., Titov E.I. Wyposażenie elektroniczne samochodów zagranicznych: Układy sterowania skrzynią biegów, zawieszeniem i hamulcami. - M.: Transport, 1998. - 78 s.

3. Danov B. A. Elektroniczne systemy sterowania pojazdami zagranicznymi. - M.: Gorąca linia - Telekomunikacja, 2002. - 224 s.

4. Shiga H., Mizutani S. Wprowadzenie do elektroniki samochodowej: TRANS. z japońskiego - M.: Mir, 1989. - 232 s.

Hostowane na Allbest.ru

Podobne dokumenty

Zapoznanie z cechami diagnostyki i obsługi nowoczesnych układów elektronicznych i mikroprocesorowych samochodu. Analiza głównych kryteriów klasyfikacji elementów elektronicznych samochodu. Ogólna charakterystyka układów sterowania silnika.

streszczenie, dodano 09.10.2014


Pojęcia czujnika i wyposażenia czujnika. Diagnostyka elektronicznego układu sterowania silnikiem. Opis zasady działania czujnika przepustnicy silnika spalinowego. Dobór i uzasadnienie rodzaju urządzenia, praca poszukiwawcza patentowa.

praca semestralna, dodano 13.10.2014


Architektura mikroprocesorów i mikrokontrolerów samochodu. Przetworniki urządzeń analogowych i dyskretnych. Elektroniczny układ wtrysku i zapłonu. Elektroniczny układ zasilania paliwem. Wsparcie informacyjne systemów sterowania silnikiem.

test, dodano 17.04.2016


Studiowanie urządzenia quadrocoptera. Przegląd silników bezszczotkowych i zasady działania elektronicznych regulatorów skoku. Opis podstaw obsługi silnika. Obliczanie wszystkich sił i momentów działających na kwadrokopter. Tworzenie pętli kontrolno-stabilizacyjnej.

praca semestralna, dodano 19.12.2015


Ogólny układ samochodu i przeznaczenie jego głównych części. Cykl pracy silnika, parametry jego pracy oraz rozmieszczenie mechanizmów i układów. Zespoły napędowe, podwozie i zawieszenie, osprzęt elektryczny, układ kierowniczy, hamulcowy.

streszczenie, dodano 17.11.2009


Pojawienie się nowych środków transportu. Pozycje w systemie transportowym świata i Rosji. Technologie, logistyka, koordynacja w działalności transportu drogowego. Strategia innowacyjności USA i Rosji. Atrakcyjność inwestycyjna transportu drogowego.

streszczenie, dodano 26.04.2009


Analiza rozwoju transportu drogowego jako elementu systemu transportowego, jego miejsce i rola we współczesnej gospodarce Rosji. Cechy techniczne i ekonomiczne transportu samochodowego, charakterystyka głównych czynników determinujących ścieżki jego rozwoju i rozpowszechnienia.

praca kontrolna, dodano 15.11.2010


Blok silnika i mechanizm korbowy samochodu NISSAN. Mechanizm dystrybucji gazu, układy smarowania, chłodzenia i zasilania. Zintegrowany system zarządzania silnikiem. Podsystemy sterowania wtryskiem paliwa i zapłonem.

test, dodano 06.08.2009


Transport i jego rola w rozwoju społeczno-gospodarczym Federacji Rosyjskiej. Charakterystyka systemu transportowego regionu. Opracowanie programów i środków jego regulacji. Zasady i kierunki strategicznego rozwoju transportu drogowego.

praca dyplomowa, dodano 03.08.2014


Ustawa federalna „O transporcie drogowym w Federacji Rosyjskiej”. Ustawa federalna „Karta transportu samochodowego Federacji Rosyjskiej”. Prawne, organizacyjne i ekonomiczne uwarunkowania funkcjonowania transportu samochodowego w Federacji Rosyjskiej.