Обзор мехатронных систем современных автомобилей (на примере автомобиля VW Touareg 2011 г.в.)

Министерство образования  и науки Российской Федерации

Федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального  образования

«Владимирский государственный университет имени

Александра  Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых»

 

 

 

 

Кафедра автомобильного транспорта

 

 

 

Дисциплина

«Автомобильные мехатронные системы»

 

 

 

 

Практическая работа №1

 

На тему: «Обзор мехатронных систем современных автомобилей (на примере автомобиля VW Touareg 2011 г.в.)»

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:

ст. гр. АТм-111

Д.И. Клевакин

Проверил:

доц. Денисов Ил.В.

 

 

 

 

 

 

 

Владимир 

2012

Цель работы:

1. Рассмотреть структуру  мехатронного модуля.

2. Выявить перечень  систем автомобиля с микропроцессорным  управлением.

Задачи:

1. Рассмотреть конструкцию и принцип работы мехатронного модуля.

2. Установить наличие  мехатронных систем в конструкции  выбранных автотранспортных средств  (на примере а/м VW Touareg).

3. Перечислить системы  и их функциональное назначение.

4. Составить сводную  таблицу с указанием технических  характеристик и фирм - производителей составляющих частей или элементов.

5. Выводы по работе.

Конструкция и  принцип работы основных мехатронных  систем VW Touareg 2011

1. ABS (Антиблокировочная система тормозов)

 Эффективность торможения  наибольшая, когда сцепление шины с поверхностью дороги максимальное. В процессе торможения шина скользит по поверхности, и окружная скорость колеса становится меньше скорости автомобиля.

Скольжение минимальное (0%), когда колесо катится свободно, и максимальное (100%), когда колесо заблокировано. Максимальная эффективность торможения достигается, когда скольжение составляет 15%. Эта величина также позволяет сохранить устойчивость и управляемость автомобиля.

Роль антиблокировочной  системы заключается в ограничении  давления, создаваемого в гидравлической системе тормозов, так, чтобы величина скольжения удерживалась около оптимальной величины (15%). Действие этой системы должно быть немедленным и раздельным для каждого колеса. Система должна немедленно отвечать на каждое изменение поверхности (коэффициента сцепления) и нагрузки на автомобиль.

          В антиблокировочной системе фирмы TEVES (ATE) в одном агрегате осуществляются функции энергоснабжения, привода тормозов и вакуумного усилителя, а также управления антиблокировки колес. Гидравлический блок установлен вместо серийного устанавливаемого вакуумного усилителя с встроенным главным тормозным цилиндром.

 

 

 

 

 

Установка ABS возможна только на заводе при изготовлении автомобиля и не может быть установлена дополнительно. Антиблокировочная система препятствует блокированию колес при резком торможении. Благодаря этому уменьшается тормозной путь, особенно при низком сцеплении с дорожным покрытием при дожде и снеге. Сила сцепления между колесами и дорогой в этом случае больше, когда при торможении колеса продолжают вращение. Помимо этого даже при полном торможении машина остается управляемой. Датчиками оборотов, по одному на каждом колесе, измеряется скорость вращения колеса. По сигналам от датчиков оборотов колеса в электронном управляющем блоке вычисляется средняя скорость, примерно соответствующая скорости движения автомобиля. Сравнивая скорость вращения каждого отдельного колеса со средней вычисленной скоростью, электронный блок определяет состояние проскальзывания отдельного колеса и тем самым устанавливает, какое колесо находится в предблокировочном состоянии.

 Когда один из  четырех датчиков скорости вращения  передаст сигнал о блокировании  соответствующего колеса, тотчас  же электронное управляющее устройство  выдает сигнал закрытия к соответствующему впускному электромагнитному клапану, который немедленно перекрывает подачу тормозной жидкости через тормозной трубопровод к тормозу этого колеса – сила торможения остается постоянной. Если все же скольжение продолжается, то открывается выпускной клапан и давление в гидравлической системе данного тормоза уменьшается – колесо не тормозится (излишек тормозной жидкости возвращается в бачок). Как только колесо снова начнет вращаться, то сразу же происходит открытие впускного клапана и закрытие выпускного клапана. Давление в контуре возрастает, и колесо снова тормозится.

Такой цикл торможения и  свободного вращения колеса происходит очень быстро (несколько раз в  секунду) и продолжается до остановки  автомобили либо до отпускания педали тормоза.

 Этот процесс повторяется при резком торможении отдельно для каждого колеса, до тех пор, пока не будет отпущена педаль тормоза или при уменьшении скорости автомобиля до 2–3 км/час. Водитель определяет работу ABS по пульсации педали тормоза.

 Система аварийного отключения обеспечивает отключение системы ABS при любой неисправности или при низком напряжении в электрической сети автомобиля (ниже 10В). Электронное управляющее устройство выполняет также автодиагностическую функцию, предупреждая водителя загоранием контрольной лампочки о регистрации неисправности электрических цепей или элементов антиблокировочной системы. При неисправной системе ABS тормоза, тем не менее, исправны и функционируют так, как будто этой системы нет в автомобиле.

2. EBV (Электронный распределитель тормозного усилия на задних колесах)

 Электронный распределитель  тормозного усилия выполняет функции механического регулятора давления, но работает более точно и имеет более широкий диапазон регулировки. При движении автомобиля по прямой полностью открыта подача тормозной жидкости к тормозам задних колес. Для обеспечения стабильного прохождения поворотов с торможением подача тормозной жидкости к задним тормозам ограничивается. На основании сигналов датчиков вращения колес системы ABS блок управления EBV определяет, когда автомобиль движется в повороте. При прохождении автомобилем поворотов тормозное усилие, передаваемое на задние колеса, уменьшается, в результате чего уменьшается вероятность заноса автомобиля.

 

4. EDS (Электронная блокировка дифференциала) предназначена для помощи автомобилю при трогании с места и разгоне на скользкой дороге.

 Являясь дополнением  к элементам ABS, EDS уменьшает передачу  крутящего момента двигателя  при неблагоприятных условиях  движения, особенно на подъемах  и при ускорениях автомобиля, устраняя пробуксовку одного из ведущих колес. Благодаря механической блокировке дифференциала достигается улучшение передачи крутящего момента, так как при этом сторона с большим значением коэффициента трения может передавать больший крутящий момент.

Электронный блок управления получает информацию от датчиков ABS о  скорости вращения ведущих колес  и постоянно сравнивает их. При  наличии разности числа оборотов свыше примерно 110 об/мин EDS включается автоматически и уменьшает передачу крутящего момента на пробуксовывающее колесо до тех пор, пока оно не будет иметь примерно ту же скорость, что и не буксующие колеса. Благодаря такому управлению достигается то, что к колесу с лучшими условиями сцепления с дорогой передается увеличенный крутящий момент. EDS автоматически отключается при скорости движения автомобиля выше 40 км/ч, а также при прохождении поворотов и при перегревании тормозов.

Система EDS является программным  расширением антиблокировочной  системы тормозов. В отличие от системы ABS система электронной блокировки дифференциала может самостоятельно создавать давление в тормозной системе. Для этого в гидравлический блок ABS включены дополнительные клапаны и насос обратной подачи.

Управление давлением  в системе EDS осуществляется по трём фазам:

- увеличение давления;

- удержание давления;

- сброс давления.

На основании сигналов датчиков угловых скоростей колёс, блок управления закрывает переключающий  клапан и открывает клапан высокого давления. Для создания давления включается насос обратной подачи. По мере увеличения давления в системе подтормаживается необходимое колесо.

Удержание давления в  контуре соответствующего колеса осуществляется при закрытом переключающем клапане  и отключенном насосе.

Сброс давления осуществляется за счет открытия впускного и переключающего клапанов. 

4. ASR. Система уменьшения крутящего момента двигателя, передаваемого на ведущие колеса

 Уменьшение крутящего момента при пробуксовки обоих ведущих колес осуществляется путем снижения мощности двигателя. В этом случае мощность двигателя ограничивается таким образом, чтобы передавался только крутящий момент, необходимый для движения автомобиля.

Система ASR должна быть всегда включена. Только в определенных исключительных случаях, когда желательна пробуксовка колес, предпочтительно систему выключить.

5. ESP. Электронная система стабилизации

 Посредством системы стабилизации  осуществляется контроль за динамикой  автомобиля в предельных режимах,  например, при преодолении поворотов  на высокой скорости. Опасность сноса или заноса автомобиля существенно уменьшается при всех возможных состояниях дорожного покрытия.

В электронной системе стабилизации интегрированы антиблокировочная  система тормозов и пробуксовочные системы. В электронной системе  стабилизации дополнительно измеряются скорость перемещения кузова вокруг вертикальной оси, величины ускорений в поперечной плоскости, давление в системе привода тормозов и угол поворота управляемых колес. На основании данных об угле поворота управляемых колес и скорости автомобиля определяет то направление, в котором намерен двигаться водитель автомобиля, и оно постоянно сопоставляется с фактическим поведением автомобиля. При несогласовании этих факторов, когда начинается снос или занос автомобиля, система стабилизации автоматически притормаживает определенное колесо.

 При наличии неисправности  система электронного управления  автоматически отключается, при  этом на комбинации приборов  загораются контрольные лампы.  В этом случае тормозная система  работает в обычном режиме.

 Если во время движения загораются контрольные лампы ABS и EBV, имейте в виду, что при резком торможении может произойти блокирование задних колес.

Загорание одной или нескольких контрольных лампочек во время движения сигнализирует об отключении системы.

Таблица 1 – Перечень систем автомобиля VW Touareg 2011 и их функциональное назначение

Наименование системы	Функциональное назначение
1. Антиблокировочная тормозная система ABS c электромеханическим стояночным тормозом (EPB)	Предотвращает блокировку колес при  торможении, что сохраняет возможность  управления автомобилем в критических  ситуациях. Позволяет добиться оптимальной  эффективности торможения при различном  состоянии дорожного покрытия.
2. Электронная блокировка дифференциала EDS	Обеспечивает помощь водителю автомобилю при трогании с места и разгоне на скользкой дороге.
3. Противобуксовочная система ASR	Уменьшает крутящий момент при пробуксовки обоих ведущих колес путем снижения мощности двигателя. В этом случае мощность двигателя ограничивается таким образом, чтобы передавался только крутящий момент, необходимый для движения автомобиля (отличие от ETC).
4. Электронный регулятор распределения тормозных сил EBV	Несет в себе функции механического  тормозного регулятора давления, но работает более точно и имеет более широкий диапазон регулировки для уменьшения вероятности возникновения заноса автомобиля.
5. Электронная система стабилизации ESP	Активная система безопасности ходовой части для стабилизации автомобиля во время любых дорожных ситуаций. В составе себя имеет ряд дополнительных датчиков, определяющих желание водителя и датчики, определяющие фактическое поведение автомобиля.
6. Система контроля воздуха в  шинах	Система позволяет следить за давлением  воздуха в шинах и при его уменьшении ниже заданного уровня на щитке приборов оповещает водителя об этом.
7. Система контроля окружающего пространства Area View: - адаптивный круиз-контроль ACC с функцией автоматического трогания с места и автоматического регулирования дистанции(ADR); - ассистент смены полосы движения Side Assist; - система контроля дистанции Front Assist; - система помощи парковки; - ассистент движения по полосе; - динамический ассистент освещения Dynamic Light Assist.	- Распознавание автомобилей на соседних полосах движения, а также спереди и сзади автомобиля; - контроль пространства перед автомобилем при остановки; - распознавание других освещенных объектов в ночное время, - обеспечивает контроль мертвых зон вокруг автомобиля; - сокращение остановочного пути; - исключение опасности ослепления  фарами встречных водителей; - оптимальное распределение светового  потока в зависимости от освещенности  окружающей обстановки
8. Элементы пассивной безопасности ProActiv	Элементы конструкции  автомобиля, направленные на снижение тяжести дорожно-транспортного происшествия
9. Климатическая установка 4С-Climatronic	Обеспечивает поддержание комфортному  время пребыванию водителя в салоне автомобиля за счет регулирования температуры  воздуха, находящегося в салоне автомобиля: - интервал регулирования температуры:  от  16 до +29,5 0С; - обогрев салона остаточным  теплом; - ручное управление режимом  рециркуляции; - ручное управление очисткой  лобового стекла ото льда; - электрообогрев заднего и лобового  стекла.
10. Система управления пневматической подвеской	Замкнутая пневмосистема подвески автомобиля обеспечивает комфортабельность  движения автомобиля по неровностям  дорог, повышает проходимость автомобиля путем регулирования дорожного  просвета, повышает курсовую устойчивость и маневренность. Обеспечивает постоянное регулирование жесткости подвески в зависимости от состояния дороги

 

Таблица 2 – Сводная таблица мехатронных систем а/м VW Touareg

Наименование системы	Элементы конструкции	Характеристики элементов	Фирма – производитель
1. ABS	Гидромодуль с блоком управления ABS и с обратным насосом, объединеный в единый  узел	Двухконтурная тормозная система. Двухступенчатый гидравлический насос, две демпфирующие камеры, два аккумулятора, по 4 впускных и выпускных клапана, несколько обратных клапанов. Блок управления типа MK 25 A-XT, который реализует следующие функции: - ABS; - ABS Plus, - HBA (гидравлический тормозной ассистент); - HVV (система замедления задних колес); - автоматическое включение аварийной  сигнализации; Overboost (компенсация падения эффективности тормозов при нагреве); - ESP; - просушивание тормозных дисков; - стабилизация автопоезда; - HBV (гидравлический усилитель тормозов); - Roll-Over Prevention (ROP, функция предотвращения опракидывания; - Prefill (предварительная накачка гидросистемы); - ASR (антипробуксовочная система); - MSR (система регулирования крутящего момента при торможении двигателем); - EDS (электронная блокировка дифференциала); - ECD ( Electronic Controlled Deceleration, динамическое аварийное торможение, электронная система контроля замедления); - AUTO HOLD, - ассистент движения на спуске.	Continental Teves (торг.марка АТE)
	Датчик частоты вращения колеса (4шт.)	Активный, основан на принципе эффекта  Холла или на принципе магниторезистивного  эффекта	-
	Блок управления электромеханическим  тормозом	2 процессора, имеет в себе датчики,  реагирующие на поперечное и  продольное ускорение автомобиля, а также на ускорение его  вращения вокруг вертикальной  оси.	-
	Датчик положения педали сцепления		-
	Электродвигатель стояночного тормоза		-
	Датчик давления в тормозной  системе	пьезоэлектрический	-
	Датчик давления усиления в торм. системе	-	-
	Выключатель сигналов торможения	Традиционный выключатель с  двумя позициями «включен-выключен»	-
	Вакуумный электронасос усилителя тормозного привода (компл. Hybrid)	Образует единый блок с главным  тормозным цилиндром, насос лопастного типа	-
	Автоматическая блокировка гидротрансформатора	Aisin 1000	Aisin AW CO. LTD, Япония
2. EDC	См. ABS, является программным расширение функций ABS	-	-
4. EBV	См. ABS, является программным расширение функций ABS	-	-
5. ASR /ESP	Блок управления ESP объеденный с блоком управления ABS	См. 1.ABS	-
	Датчик угла поворота рулевого колеса	Работает на основе фотоэлектрического элемента	Bosch
	Датчик положения педали акселератора	-	-
	Блок управления двигателем	-	-
	Блок датчиков: - датчик поперечного ускорения; - датчик продольного ускорения; - датчик скорости поворота автомобиля (рыскания)	Работают по ёмкостному принципу, датчик скорости поворота использует принцип резонанса	-
6. Система контроля давления  воздуха в шинах	Блок управления со встроенной антенной	Обмен данных с датчиками происходит по низкочастотному радиосигналу LF (Low Frecuency)
	Колесные датчики в шинах (4 шт.)	-	-
	Опрашивающие передатчики в  коленых нишах (4 шт.)	-	-
7. Система контроля окружающего пространства Area View	Камера с разрешением VGA (4шт.)	Разрешение 640х480 пикселей (VGA); Угол обзора 190 град.; ¼ - дюймовый CMOS – cенсор в качестве блока формирования изображения; Диапазон рабочих температур: от -40 до 85 0C	-
	Блок управления камерами наружного  наблюдения	Микроконтроллер с цифровым процессором  DSP обработки сигналов с тактовой частотой 600 МГц для обработки изображений	-
	Блок управления электронной информационной системы, дисплей передней панели управления, индикации и выдачи информации	-	-
	Датчик продольной раскачки	Рассчитанный угол продольной качки  используется для обработки изображений  камеры.	-
	Датчики парковки	Ультразвукового типа	-
	Многофункциональная камера переднего  вида в зеркале заднего вида	Разрешение 1024х512 пикселей; максимальная дальность видимости – до 800 м.;угол обзора по горизонтали – 42 град.; вертикальный угол обзора – 21 градус.	-
	Датчики- радары в переднем бампере	Встроены 4 модуля радиолокационных антенн; работают по принципу датчиков дальнего действия с несущей частотой 77 ГГц; имеют встроенную систему подогрева  от -5 до +5 0С; дальность действия 200м; угол обзора по горизонтали – 40 град.	-
	Блок управления адаптивного освещения и корректора фар	-	-
8. Элементы пассивной безопасности ProActiv	2 фронтальные +боковые и верхние  подушки безопасности(для ног  – опция)	21 литровая подушка безопасности для ног водителя, время срабатывания – менее 25мс.	-
	Датчики удара под передними фарами	-	-
	Датчики давления в передних дверях	-	-
	Датчики ускорения в задних арках	Емкостного типа
	Реверсивные преднатяжители ремней безопасности	Пиротехнический преднатяжитель и  электрический	Bosch
	Блок управления натяжителями ремней безопасности		Bosch
9. Климатическая установка 4С-Climatronic	Компрессор с DC/AC – инвертором1 (1Hybrid)	Аксиально – поршневого типа одностороннего действия с 7 поршнями и наклонным  диском, за счет которого происходит изменение  рабочего объема компрессора, т.е. его производительности Диапазон регулировки оборотов: 0-8600 об/мин. Средняя/Максимальная потребляемая мощность – 1,5/7 кВт	Denso
	Внешний регулировочный клапан компрессора	-	Denso
	Блок управления климатической  установкой	-	-
	Датчик температуры хладагента	-	-
	Датчик высокого давления	-	-
	Электродвигатели вентиляторов (2шт.)	-	-
	Датчик регулятора вентилятора	-	-
	Сервопривод воздушных заслонок постоянного  тока (10шт.)	Шаговые электродвигатели со встроенными потенциометрическими датчиками положения	-
	Температурные датчики (6шт.)	-	-
	Фотодатчик солнечного излучения	Активного типа на основе кремниевого фотодиода. Напряжение питания – 5 В. Необходим для регулирования температурных заслонок и производительности вентилятора	-
	Датчик качества воздуха	Реагирует на окисляемые и восстанавливаемые  газы: окиси углерода и азота, используется для автоматического включения  режима рециркуляции	-
	Датчик влажности воздуха	Емкостной тонкопленочный датчик	-
10.	Модуль подачи воздуха	-	Wabco
	Внутренние клапаны регулирования демпфирования (клапаны CDC)	Электромагнитного типа	-
	Датчики уровня кузова (4шт)	Индукционного типа	-
	Датчики ускорения (3шт)-2спереди и 1 сзади, встроен в блок управления	Работают по принципу измерения  электрических емкостей. Диапазон измрения: ±13g, где g=9,81м/с2	-
	Блок управления подвеской	-	-
	Пневматическая аммортизационная стойка	Объем камеры – 2,5л.	-
	Ресивер	Объем – 6,2 л.	-