Elektronika Samochodowa- najważniejsze zagadnienia

Elektronika samochodowa.

Podstawowy podział elektroniki samochodowej:
• elektronika sterująca pracą silnika oraz mechanizmu przenoszenia napędu
• elektronika dbająca o bezpieczeństwo systemy: airbag, ABS, ESP oraz pozostałe
• elektronika typowo użyteczna kontrolująca wszelkiego typu urządzenia poprawiające komfort.

1.Rozrusznik
Rozrusznik jest silnikiem elektrycznym prądu stałego, który we współpracy z systemem wtryskowo-zapłonowym umożliwia uruchomienie silnika samochodu. Po przekręceniu kluczyka w pozycję „START” wyłącznik elektromagnetyczny sprzęga zębnik rozrusznika z wieńcem zębatym koła zamachowego w następstwie czego wirnik rozrusznika obracając się wprowadza w ruch układ korbowo-tłokowy silnika i nadaje mu odpowiednią prędkość obrotową. W chwili uruchomienia silnika, gdy zębnik jeszcze jest sprzęgnięty z wieńce zębatym koła zamachowego następuje sytuacja w której rozrusznik mógłby ulec uszkodzeniu. Zabezpieczeniem przed nadmiernymi obrotami wirnika wymuszonymi przez silnik jest sprzęgło jednokierunkowe. Po uruchomieniu silnika kierowca zwalnia kluczyk wyłącznika zapłonu pozwalając na cofnięcie się do pozycji „ON”, w której rozrusznik przestaje się obracać a zębnik powraca do pozycji spoczynkowej.

2.Alternator.
Alternator to prądnica prądu przemiennego, często trójfazowa. W alternatorze prąd jest wytwarzany w nieruchomych uzwojeniach stojana przez wirujące pole magnetyczne wirnika. Alternator jest wzbudzany podobnie do prądnicy prądu zmiennego przez uzwojenia wirnika, ale w alternatorze jest jedno uzwojenie nawinięte osiowo, a wykonane z ferromagnetyka elementy kształtują odpowiednio pole magnetyczne, tak by podczas obrotu wirnika zmieniało się pole magnetyczne przenikające przez uzwojenia stojana. Dla zapewnienia współpracy z akumulatorem, który wymaga napięcia stałego, alternator posiada wbudowany prostownik na diodach krzemowych. Czasem zawiera też wbudowany regulator napięcia.

3. Immobilizer
Immobilizer- stosowane m.in. w samochodach, elektroniczne zabezpieczenie przed niepowołanym uruchomieniem pojazdu. Z technicznego punktu widzenia jest to elektroniczny kod zapisany na płytce elektronicznej (najczęściej urządzenie to jest wbudowane w kluczyku lub jest to dodatkowa "pestka", która przykłada się do zamontowanego czytnika). Występują również rodzaje immobilizera, gdzie nie potrzeba fizycznego kontaktu transpondera z układem elektronicznym, są to immobilizery zbliżeniowe. Układ z pilota "porozumiewa" się z reszta urządzenia za pomocą "niewidzialnej" pętli indukcyjnej. Wystarczy aby pilot był przy kluczyku w czasie przekręcania go w stacyjce. Kod ten jest porównywany z kodem zapisanym w czytniku (stacyjka lub odrębny element) i jeżeli się zgadza, zostaje zwolniona blokada. Blokady mogą być różne, najczęściej występuje odcięcie zasilania pompy paliwowej, przez co paliwo nie płynie do silnika lub odcięcie zapłonu, ewentualnie bardzo rzadko odcięcie całej elektroniki.

4.Sonda Lambda
Sonda lambda - czujnik umieszczony w kolektorze wylotowym benzynowego silnika spalinowego mierzący zawartość tlenu w spalinach. Pozwala to na precyzyjne dozowanie składu mieszanki paliwowo-powietrznej. Działanie sondy lambda opiera się na wynalazku Prof. Walthera Nernsta. Opracował on ogniwo galwaniczne zbudowane z materiału ceramicznego - dwutlenku cyrkonu, na którym napylone są po obu jego stronach cienkie warstwy platyny. Ogniwo to umieszcza na samym początku kolektora wydechowego, tak, że jedna strona urządzenia styka się z gorącymi gazami spalinowymi, osiągającymi w tym miejscu ok 300 C, a druga strona styka się z zimnym powietrzem z otoczenia. Spiek ceramiczny dwutlenku cyrkonu w temperaturze powyżej 300 C staje się swoistym elektrolitem zdolnym do przewodnictwa jonowego. Warstwy platyny na jego powierzchni pełnią rolę elektrod, przy czym ich potencjał elektryczny jest funkcją stężenia tlenu w gazach, z którymi się stykają. Przy dużej różnicy stężenia tlenu po obu stronach ogniwa generuje ono siłę elektromotoryczną dochodzącą do 1 V. Napięcie generowane przez ogniwo jest przekazywane do modułu sterującego składem mieszanki paliwowo-powietrznej w silniku. Moduł ten dostosowuje na bieżąco skład mieszanki, tak aby w określonych warunkach obciążenia silnika, rodzaju paliwa i warunków atmosferycznych zapewnić jak najdoskonalszą pracę silnika i zmniejszyć do minimum emisję tlenku węgla.

5. Czujnik hallotronowy
Czujnik położenia wału korbowego. Jednym z najważniejszych sygnałów pomiarowych używanych przez program sterujący silnikiem spalinowym jest sygnał kątowego położenia wału korbowego oraz obliczony na jego podstawie sygnał prędkości obrotowej. Bez tych sygnałów sterowanie silnikiem byłoby bardzo utrudnione. W elektronicznych systemach sterowania silnikiem spalinowym informacje o prędkości obrotowej i chwilowym położeniu wału korbowego uzyskuje się na podstawie sygnału z tego samego czujnika. Informacje te wykorzystywane są przez system sterowania głównie do sterowania kątem zapłonu i przebiegiem wtrysku paliwa. Ponadto sygnał prędkości obrotowej wykorzystywany jest w takich funkcjach sterujących jak stabilizacja pracy na biegu jałowym, usuwanie par paliwa ze zbiornika, sterowanie działaniem kolektora dolotowego o zmiennej długości, określenie pracy zmiennych faz rozrządu czy też aktywizacja wtrysku dodatkowego powietrza do kolektora wylotowego. Układ pomiarowy musi zatem charakteryzować się dokładnością, niezawodnością i trwałością. Czujnik ten bazuje na zjawisku Halla które swoją nazwę zawdzięcza nazwisku amerykańskiego fizyka. Polega ono na odchylaniu strumienia elektronów w polu magnetycznym. Umieszczając prostopadłościenną płytkę materiału półprzewodnikowego w polu magnetycznym NS a następnie wymuszając przepływ elektronów w niej (prąd IV) przez podanie napięcia zasilającego w płaszczyźnie prostopadłej do linii sił pola magnetycznego, nastąpi zróżnicowanie potencjałów (UH ) w trzeciej płaszczyźnie prostopadłej do obu poprzednich.

6.EBD
Elektroniczny rozdział sił hamowania. W celu maksymalnego skrócenia drogi hamowania układ EBD automatycznie reguluje siłę hamowania przednich i tylnych oraz prawych i lewych kół. Wyraźnie skraca drogę hamowania przy utrzymaniu stabilności nawet w razie gwałtownego hamowania lub hamowania na zakręcie.Problem nierównomiernego hamowania kół przednich do tylnych (pojazdu do przyczepy) znano już od dawna, samochody posiadają układy statyczne (działające cały czas) zmniejszające hamowanie osi mniej obciążonej. W niektórych samochodach (szczególnie dostawczych) instalowane są układy mechaniczne dobierające siłę hamowania tylnej osi w zależności od jej obciążenia. Ale dopiero układy elektroniczne w połączeniu z kontrolą obrotu kół tak jak w ABS umożliwia dobranie sił hamowania dla każdego koła w zależności od obciążenia pojazdu jak i warunków drogowych.

7. Czujnik poduszek powietrznych
Czujnik poduszek powietrznych inicjuje wybuch poduszki powietrznej. Czujniki są rozmieszczone w różnych miejscach pojazdu. Zadaniem czujników jest rozpoznanie siły i kierunku zderzenia a w konsekwencji aktywacja odpowiednich poduszek. Dzięki tak zaawansowanej technice poduszka otwiera się kilka tysięcznych części sekundy po rozpoczęciu zderzenia.

8. ABS
ABS to układ stosowany w pojazdach mechanicznych celem zapobiegania blokowaniu kół podczas hamowania, jako element układu hamulcowego. Typowy system ABS zbudowany jest z układów kontrolujących prędkość obrotową każdego z kół oraz zaworów (układów) zmniejszających ciśnienie w oddzielnie w każdym obwodzie hamowania a w rozbudowanych układach indywidualnie na każdym kole. Działanie zaworów jest sterowane przez system komputerowy na postawie obrotów kół. Wraz z rozwojem techniki dążono do zmniejszenia masy i wymiarów urządzenia przy jednoczesnym zwiększeniu możliwości systemu (np. zwiększenie szybkości działania, czy dodanie nowych funkcji). Oto zależność pomiędzy masą, a ilością pamięci operacyjnej kolejnych generacji systemów ABS produkowanych przez głównego ich dostawcę – firmę Bosch. Generacja 2.0 z 1978r waży 6,3 kg i posiada 8kB pamięci, 2E z 1989r waży 6,2 kg i posiada 8kB pamięci, 5.0 z 1992r waży 3,8kg i posiada 16kB pamięci, 5.3 z 1995r waży 2,6kg i posiada 24kB pamięci, 5.7 z 1998 waży 2,5kg i posiada 32kB pamięci, a generacja 8.0 z 2001r waży 1,6kg a jej pamięć to 128kB.

9. ESP
ESP - (ang. Electronic Stability Program elektroniczny program stabilizacji) - układ elektroniczny stabilizujący tor jazdy samochodu podczas pokonywania zakrętu przejmujący kontrolę nad połączonymi układami ABS i ASR. System ten uaktywnia się samoczynnie przyhamowując jedno lub kilka kół, z chwilą gdy odpowiedni czujnik wykryje tendencję do wyślizgnięcia się samochodu z zakrętu. Niektórzy producenci nazywają go inaczej, np. VSC, DSTC itp.

10. Regulator napięcia
Układ elektroniczny, bądź elektryczno-mechaniczny stosowany w układzie ładowania akumulatora w pojazdach mechanicznych. Regulator napięcia służy do regulacji napięcia wytwarzanego przez prądnicę lub alternator pomimo zmian obrotów silnika. Regulacja odbywa się poprzez zmianę prądu wzbudzenia prądnicy. W układach elektromechanicznych stosowano regulację impulsową z trzema poziomami wzbudzenia (pełna, częściowa, wyłączona), w układach elektronicznych stosuje się zazwyczaj impulsowe włącznie i wyłączanie prądu wzbudzania w zależności od napięcia na akumulatorze.