Optimizarea Sistemelor de Siguranta Ale Autovehiculelor

OPTIMIZAREA SISTEMELOR DE SIGURANTA ALE AUTOVEHICULELOR

Obiectivul cursului este de a familiariza cursantii cu realizarile actuale si de perspectiva in conceperea sistemelor de siguranta ale autovehiculelor.

Cursul este de actualitate datorita aparitiei conceptului “X by wire” ,adica extinderea servosistemelor electrice asupra unor sisteme ale automobilului ,care se foloseau de alte tipuri de energii pana in prezent respectiv hidraulica si pneumatica. Astfel au aparut servodirectiile electrice (steering by wire) si franele cu actionare electrica (brake by wire) , dar si perfectionarea caracteristicilor functionale ale altor sisteme componente ale automobilului ,care concura la siguranta activa si pasiva a automobilului.

Structura continutului cursului este:

Capitolul 1 Generalitati

1.1 Conceptul” Sisteme By Wire”

1.2 Circuite de reglare si comanda ;

1.3 Sensori

1.4 Microcontrollere

1.5 Actuatori

1.6 Control Area Network (CAN).

Capitolul 2 Sisteme de siguranta activa

2.1 Sistemul de antiblocare pentru frane hidraulice ABS

2.2 Sistemul de antiblocare pentru frane pneumatice

2.3 Sistemul antipatinare ASR

2.4 Servodirectia cu comanda electrica

2.5 Programul electronic de stabilitate ESP

2.6 Sistemul de lumini LITRONIC

2.7 Sistemul de reglare a luminilor

2.8 Sistemul de suspensie adaptiva si activa

2.9 Sistemul electronic de supraveghere a presiunii din pneuri

2.10 Sistemul de supraveghere a vitezei de circulatie

2.11 Sistemul de supraveghere a materialelor de uzura

Capitolul 3 Sisteme de siguranta pasiva

3.1 Sistemul electronic de comanda a centurilor de siguranta

3.2 Sistemul electronic de comanda a airbagului

3.3 Memoratorul UDS

Capitolul 4 Diagnoza ON-BOARD

Evolutia patrunderii electronicii si mecatronicii in constructia de automobile a fost posibila in urma dezvoltarii deosebite inregistrate in aceste domenii in ultimii ani atat ca structura cat si ca pret (fig.1).

Fig.1 Evolutia principalelor parametrii ai componentelor electronice

Ponderea sistemelor electronice in valoarea unui autovehicul

--------------------------------------------------------------------------

1980 0.5 %

1990 7.0 %

2000 17 %

2010 24 % (in unele lucrari aceasta pondere este estimata la 35 %).

Scurt istoric (exemple selective)

Anul Sistemul electronic in autovehicul

1958 Generatorul cc cu varioda1962 Alternator cu varioda1965 Sistem de aprindere cu tranzistori si contacte mecanice1967 Injectia de benzina D-Jetronic1973 Injectia de benzina L-jetronic1978 Sistemul de antiblocare (ABS)1979 MOTRONIC (Sistem de injectie-aprindere combinat)1982 Reglarea antidetonanta1983 Sistemul de aprindere electronic1986 Sistemul de control electronic al motorului Diesel (EDC)

Managmentul de motor1987 Sistemul de reglare al patinarii (ASR)1989 Sistemul de schimbarea treptelor cutiei de viteze

Triptonic

Sistemul Mono-Jetronic

Magistrala de date CAN (controller area network)

Sistemul de navigatie Travel Pilot1991 Sistemul de iluminare Litronic1997 Programul electronic de stabilitate (ESP)

ME-Motronic cu E-gas integrat

Radiophone (AUTO-radio+telefonie mobila)2000 MED-MOTRONIC (Injectia de benzina directa)

Reglarea adaptiva a vitezei (ACC)

Conditii impuse sistemelor electronice

- Stabilitate termica in intervalul -40.....125 0C;

- Compatibilitate electromagnetica (Insensibilitate fata de radiatii externe si lipsa unor

radiatii perturbatoare proprii;

- Rezistenta la vibratii;

- Etanseitate fata de umiditate;

- Rezistenta in raport cu lichide si vapori agresivi (ex.ulei,benzina ,ceata de sare..);

- Masa proprie redusa ;

- Costuri reduse de productie ;

- Siguranta in montaj. 818i84i

1.Prelucrarea informatiilor pe autovehicul

Cerintele impuse multitudinii de subsisteme specifice de pe autovehicul referitor la functionare,siguranta ,compatibilitate cu mediul ambiant si confort pot fi indeplinite numai cu concepte dezvoltate de comanda si reglare..In fig.1 se prezinta schema bloc a unui sistem de conducere/comanda..Caracteristic pentru astfel de circuite este faptul ,ca ele au configuratia in bucla deschisa.In acest caz nu poate fi compensata influenta perturbatiilor Z1 si Z2 .Un circuit de comanda /conducere se realizeaza cu scopul de a influenta o marime problema pe baza unei marimi de intrare,care are ca urmare o marime de iesire care este totodata marime de intrare in segmentul(tronsonul) de conducere/comanda.

Din componenta unui circuit de conducere/comanda fac parte:

- Sensorii care transforma marimea fizica neelectrica intr-un semnal electric analogic de

intrare Xi ;

Marimile de conducere si reglare captate cu sensori sunt convertite de microcomputer in

semnale necesare actionarii actuatorilor.Semnalele de intrare pot fi analoge (ex.variatia

tensiunii la sensorul de presiune),digitale (ex.pozitia unui comutator) sau sub forma unor

impulsuri ( adica continutul de informatii in timp,ex.sensorul de turatie) .

Prelucrarea acestor semnale urmeaza o pregatire prealabila de :

-filtrare;

-amplificare;

-formare de impulsuri;

-convertire A/D.

- Modulul de esantionare care masoara valoarea analogica la intervale determinate T (tact);

- Convertorul analog/digital care atribuie marimii esantionate o valoare digitala;

- Microcomputerul (Microcontroller,Microprocesor) care realizeaza marimea de comanda pe

baza unui program de calcul logic si/sau unui algoritm stabilit.

- Convertorul digital/analog transforma marimea de iesire intr-un semnal de comanda

analogic .

- Actuatorul care intervine in fluxul energetic in vederea realizarii marimii problema in

segmentul de conducere/comanda.In cazul unui aflux prea mare de marimii de comanda

actuatorul poate fi precedat de o memorie tampon (buffer) si de un amplificator de semnal..

In figura 2 se prezinta schema bloc a unui circuit de reglare in bucla inchisa la care marimea de iesire este si marime de intrare in circuit (circuit cu reactie inversa).Deosebirea dintre cele doua tipuri de circuite consta in faptul ca circuitul de reglare poate sa compenseze efectul perturbatiilor Z1 si Z2, care actioneaza pe circuit si pe tronsonul de reglare.

Fig.2 Circuit de comanda /conducere si circuit de reglare

Cu posibilitatile tehnice moderne ale microelectronicii si mecatronicii se pot realiza calculatoare performante ,care cuprind memorii de programe si date, precum si circuite periferice pentru aplicatiile speciale in timp real ,cu un numar restrans de module.

Dotarile autovehiculelor moderne cuprind mai multe microcomputere digitale pentru managementul motorului,actionarea automata a transmisiei,ABS/ASR,etc.

Insusiri avantajoase si functii suplimentare se pot realiza prin aceea ca procesele controlate de diferitele circuite de comanda si reglare sunt sincronizate si parametrii or sunt in mod continuu urmarite si corelate in timp real.Un exemplu pehtru o astfel de functie este reglarea patinarii rotilor motoare la demaraj (ASR) unde se reduce momentul motorului in cazul patinarii unei roti motoare.

Schimbul de informatii intre microcomputerele (in exemplul dat ABS/ASR si managementul motorului) se efectua pana in prezent prin linii individuale.Astfel de legaturi punct la punct se pot realiza avantajos numai pentru un numar limitat de semnale.Topologii de retea seriale (ex.CAN) intre microcomputere largesc posibilitatile de intercomunicare sensibil.

2.Microcomputerul

Microcomputerul (fig.3) se compune din urmatoarele module:

Fig.3 Modulele microcomputerului

-Microprocesorul ca unitate centrala (CPU – Central Processing Unit) este compus la randul sau din unitatea de calcul si unitatea de conducere/comanda prin care realizeaza operatii aritmetice si logice (unitatea de calcul) ,iar unitatea de conducere /comanda asigura efectuarea instructiunilor continute in memoria de programe. Capacitatea de calcul a CPU depinde in afara de arhitectura si latimea mesajului (4...32 biti)., de produsul dintre frecventa interna (tact,cadenta) si numarul de tacte per instructiune. Frecventa de lucru este de 1..40 MHz iar numarul de cadente pe instructiune de 1...32 tacte ,dependent de arhitectura CPU si instructiune (ex adunare 6 tacte ;inmultirea 32 tacte).

-Memoria volatila RAM (Random Access Memory) stocheaza datele initiale si rezultatele intermediare de calcul.

-Memoria nevolatila ROM,EPROM sau EEPROM( Electrical Erisable Programmable Read Only Memory) contine caracteristicile si programele specifice(programe de utilizator) ale sistemului.EEPROM poate fi sters pe cale electrica si reprogramat.EPROM poate fi sters cu raze ultraviolete si reprogramat.ROM nu poate fi reprogramat.

- Oscilatorul de frecventa care sincronizeaza functionarea sincrona a modulelor intr-o “fereastra de timp”.

- Magistrala de date/adrese (Bus) realizeaza legatura dintre modulele microcomputerului.

- Microcomputerul mai cuprinde module functionale(interfete intrare/iesire sau I/O) speciale pentru achizitia semnalelor externe si transmiterea semnalelor de comanda pentru actionarea elementelor de pozitionare respectiv a actuatorilor.Aceste module periferice preiau sarcini in timp real,in mod independent.

- Modul de diagnoza pentru detectarea ,codificarea si memorarea sau afisare defectiunilor.

Componentele principale ale microcomputerului sunt de regula module separate, unite pe o placheta de conductori (circuit imprimat).

Fig.4 Schema structurii microcontrollerului si a unitatii de calcul

Microcontrollerul este amplasat pe un singur cip pe care sunt integrate :

- Microprocesorul CPU ;

-Memoria volatila RAM;

-Componente periferice (oscilator,modul I/O,modul de intrerupere,interfata seriala);

-Optional o memorie nevolatila ROM.

Echipat cu aceste module microcontrollerul poate functiona independent (microcomputer singele chip).Microcontrollerul se utilizeaza la sisteme autoreglabile.In prezent exista microcontrollere de 4,8,16 sau 32 biti.In functie de aplicatii se pot atasa extensii ex.memorii de date sau coduri de programe.Programul pe care il executa microcontrollerul este prestabilit si depus in memoria fixa.Nu poate fi preschimbat pentru alte aplicatii.

SENSORI SI TRADUCTOARE

Sensorii transpun o marime fizica sau chimica intr-o marime electrica.

Traductoarele transpun o forma de energie intr-o alta forma.

Pe autovehicul sensorii realizeaza interfata intre autovehiculul cu functiile sale complexe de tractiune,franare ,stabilitate,confort,etc cu instalatia de comanda,reglare sau de informare a conducatorului auto.

SENSORI

Caracteristicile sensorilor pot fi:

-liniar continue;pentru probleme de reglare pe un domeniu larg.

-neliniar continue;pentru probleme de reglare pe un domeniu mai restrans.

-discontinue in doua trepte;pentru supravegherea unui prag ferm.

-discontinue in trepte multiple;pentru supravegherea unei valori limita cu tolerante

mai largi.

-analog la perioada sau frecventa.

Tipuri de sensori:

-Sensori de pozitie sau unghiulare de tip potentiometru,tensometric sau inductiv pentru:

* pozitia clapetei , pedalei de acceleratie si a pedalei de franare;

* cursa si pozitia cremalierei pompei de injectie;

* deformatia arcului suspensiei;pentru masurarea sarcini pe punte etc

* deformatia unei membrane; pentru masurarea presiunilor hidraulice,pneumatice

* devierea unui montaj arc-masa pentru masurarea acceleratiilor/deceleratiilor.

-Sensori inductivi sau pe baza efectului Hall pentru masurarea vitezei unghiulare.

-Sensori piezoelectrici pentru masurarea presiunii de ardere detonanta.

-Sensori termorezistivi pentru masurarea temperaturilor si debitelor de aer.

-Sensori optoelectronici pentru sisteme de aprindere,gradul de murdarire a farurilor.

-Sensori electrolitici pentru masurarea restului de oxigen in gazele arse.

Dupa modul de realizare sensorii pot fi:

-in tehnologie conventionala.

-in tehnologie mecatronica [sensori inteligenti (smart sensors)]

Procedee de realizare a sensorilor

Sensorii se realizeaza in tehnologia peliculelor groase sau subtiri.Peliculele groase se realizeaza prin imprimare serigrafica pe substrat sau alte procedee inrudite ca scufundare,tamponare lacuire.Dupa uscare urmeaza „arderea“,proces in care componentii organici se pot evapora.Grosimile peliculelor

groase uzuale sunt intre 1…100 m.Peliculele subtiri se obtin prin difuzie termica ,implantare ionica,pulverizare catodica sau in plasma intr-o atmosfera de gaz inert la presiuni joase (1 la 100 Pa).Grosimile peliculelor sunt intre 10 nm si cativa microni.

Domenii de utilizare ale peliculelor

Fig.5 Exemple de utilizare a tehnologiei peliculare

Tehnologia peliculara poate fi utilizata pentru :

*realizarea infrastructurii sensorului (vezi fig.5a) si

*in scopuri de masurare (ex.fig.5b constructia unui sensor de temperatura si modul de calibrare).

O prezentare de ansamblu a domeniului de utilizare a peliculelor rezulta din tabela 1.

TABELA 1

Marimea de masurat Pelicula subtire Pelicula groasa

Spatiu/unghi fara solutie Cai rezistive de glisare

realizate din amestecuri de carbon sau grafit pentru

potentiometre.

.Forte,presiuni prin tensionare Pelicule metalice din CrNi,CrSi,Ta Tensoresistente din BiPb

(Factorul K=2),Poli-Ge,Poli-Si (Factor K=10..15)

(Factorul K=30…40)

Temperaturi Straturi metalice din Ni,Pt,Au Straturi metalice din Ni,Pt,

Au.Rezistente PTC/NTC din Cermeti.

Pentru functii auxiliare:

Functia Pelicula subtire Pelicula groasa

Isolatii,pasivizare Pelicule din SiO,SiO ,Si N Sticla cristalina si amorfa,

Al O (Ceramica) Ceramica,Acoperiri organice

Conductori de legatura,contacte Ni,Constantan,Au PdAg,PtAg,Ag.

Rezistente Ta,Ti,Constantan,CrSi,CrNi. RuO

Rezistente de incalzire Pt,W,Mo. Pt,W,Mo.

Elemente mecanice fara solutie Sticla,Ceramica

Domenii de masurare pe automobil

Domeniile de utilizare a sensorilor pe aautomobil rezulta din tabela 2.

Tabela 2

1.Temperaturi

Punct de masurare Domeniu °C

Aer aspirat/supraalimentat -40……170

Mediu exterior -40……..60

Habitaclu interior -20……..80

Iesire aer sistem de incalzire -20……..60

Vaporizator(instalatia de climatizare) -10……..50

Lichidul de racire al motorului -40…….130

Uleiul motorului -40…….170

Bateria de acumulatori -40……..100

Combustibil -40…......120

Aerul din pneuri -40……..120

Gazele de esapare 100……1000

Etrier -40……2000

2.Presiuni Domeniu bar (0.1 MPa)

Presiunea de aspiratie/supraalimentare 1…………5

Presiunea in sisteme de franare pneumatice <10

Presiunea in burduful suspensiei pneumatice <16

Presiunea din pneuri < 5

Presiune din sisteme hidraulice (ABS,Servodirectie) 200

Presiunea din amortizorul hidraulic 200

Presiunea din instalatia de aer conditionat 35

Presiunea de modulare din CV automate 35

Suprapresiune vacum din rezervorul de combustibil +/- 0.5

Presiunea din camera de ardere 100

Presiunea din elementii pompei de injectie 1000

Presiunea din common rail Diesel 1500 resp.1800

Presiunea din common rail benzina 100

3.Acceleratii

Ardere detonanta 1…10g

UDS (Memoratorul parametrilor de impact) (2g) 50g

Blocare centura de siguranta 0.4g

Declansare Airbag,retractor centura 18..20g

Reglare ABS,EPS 0.8..1.2g

Acceleratie suprastructura 1g

Acceleratia puntilor 10g

Tehnologiile micromecanicii cuprind realizarea de componente mecanice din semiconductori cu tehnica semiconductorilor .In general se utilizeaza doua tehnici :

-Micromecanica Bulk

-Micromecanica superficiala

Ambele tehnologii utilizeaza procedele specifice microelectronicii (ex.epitaxia,oxidarea,difuzia ,fotolitografia) si unele particulare (ex in bulk eliminarea de material se realizeaza prin corodare acida (fig.6a) sau alcalina fig.6b) .

Fig.6 Principiul tehnologiei Bulk

Pe baza tehnologiei Bulk se pot realiza diferite structuri fig.7 (1-Membrane;2-orificii; 3-punti,grinzi).

Fig.7 Structuri realizate prin tehnologia Bulk.

Etapele parcurse in tehnologia superficiala rezulta pe un exemplu prezentat in fig.8.Faza 1 consta in depunerea si structurarea unui strat de “sacriciu”.In faza 2 se depune polisiliciu;3-structurarea stratului de polisiliciu; 4-Indepartare stratului de sacrificiu obtinand o structura mobila pe suprafata.

Fig.8 Etapele realizarii unei structuri mobile prin tehnologia superficiale

Prelucrarea semnalelor sensorilor

Semnalele analogice ale sensorilor se supun unei proceduri de prelucrare cuprinzand operatii de amplificare sau formare,In acest scop se utilizeaza amplificatoare operationale si diferentiale.

Semnalele unor sensori necesita o formare intr-un semnal de amplitudine constanta si durata constanta,fapt ce se obtine cu un circuit basculant monostabil (CBM).In unele cazuri este necesar ca semnalul sensorului sa devina operant numai la depasirea unui anumit prag.In acest caz se utilizeaza un circuit basculant bistabil (trigger).

Fig.9 Amplificatoare si circuite specifice prelucrarii semnalelor

In cazul sistemului de iluminare Litronic devine necesara convertirea DC/DC .In acest caz circuit astabil (CA) produce transformarea curentului continuu in curent pulsator..

Convertoare A/D

Tehnica analogica are dezavantajul modificarii caracteristicilor elementelor constructive a circuitelor prin procese de imbatranire.Deasmenea variatiile de temperatura influenteaza precizia si impun in general la fabricatie procedee de calibrare costisitoare (ex.calibrarea prin laser).La trecerea la semnalele digitale se efectuiaza o discretizare in valoare si timp,adica la anumite intervale de timp se extrag probe din semnalele analoge ;acestor probe se atribue o valoare numerica dar care implica o limitare a numarului de valori,respectiv limitarea cuantizarii.

Pentru prezentarea valorilor numerice se utilizeaza sistemul binar care este mai accesibil calculatoarelor.

Ex. numarul binar 101 reprezinta in sistemul zecimal numarul 5:

1*2 +0*2 + 1 *2 = 5 (zecimal)

Fig.10 Etapele de discretizare a semnalelor sensorilor

Bitul cu valenta cea mai mare se considera MSB (Most Significant Bit);cel cu valenta minima LSB (Least Significant Bit).

La reprezentarea complementului dual MSB indica semnul numarului decimal:

MSB = 1 indica numarul decimal negativ;

MSB = 0 indica numarul decimal pozitiv.

Un cuvant de 3 biti poate reprezenta numerele din sistemul zecimal cuprinse intre -4 si +3.

Ex. 101 = -1*2 + 0*2 + 1*2 = -3.

Un cuvant de n-biti poate reprezenta 2 diferite valori. La n=8 bit acest numar este 256;la n=16 bit numarul valorilor este de 65536.

Latimea spectrului de banda a semnalului analogic trebuie limitata.Frecventa cea mai mare a semnalului care trebuie esantionat trebuie sa fie mai mic decat jumatate din frecventa de esantionare,respectiv :

f > 2 * f

Daca nu se utilizeaza un modul S/H (sample and hold) ,semnalul de intrare nu are voie sa se modifice in timpul de aperture a convertorului A/D cu cel mult un LSB.Functia de transfer arata ca diverselor tensiuni de intrare se atribuie aceias valoare digitala.Amplitudinea maxima a erorii de cuantificare este Q/2.

Q = FSR/(2n) = LSB

Convertorul A/D real ,prezinta abateri de la functia de transfer ideala prin erori de amplificare ,erori de la linearitate (erori statice) si erori datorate nesigurantei aperturii si timpului de oscilatie tranzitoriu finit (erori dinamice).

Sensori “ inteligenti“(Smart sensors)

Fig.11 Etapele de integrare a sensorilor

Sensorii inteligenti contin conceptul “electronica la fata locului” (EFL) si se caracterizeaza prin :

- Ingradirea tolerantelor prin mijloace electronice

* Cuprinderea si luarea in considerare a marimilor de influenta perturbatoare la locul de masurare (corectia statica);

* Perfectionarea comportarii dinamice (corectia dinamica);

* Respectarea insusirilor specifice exemplarului (Calibrarea);

- Interfete standartizate;

* bidirectionale;

* adaptabile ;

* capacitate de comunicare cu sisteme digitale (databus);

-Posibilitati de

* autosupraveghere respectiv autodiagnoza;

* folosirea multipla a semnalului;

* recalibrare;

* livrare suplimentara a marimilor de influenta.

Fig.12 Modele de sensori

In fig.12 se prezinta schema de principiu a sensorului ideal la care semnalul obtinut la iesire nu este influentat de marimi de influenta (ex.temperatura).

In fig.12b de jos ,se prezinta sensorul real asupra caruia actioneaza in afara marimii masurate xe si marimi de influenta y1.....yn .

In cazul constatarii valabilitatii dependentei liniare intre marimea masurata x i de semnalul de iesire xe,atunci calibrarea contine constantele c0 si c1,care sunt in cazul ideal independente de exemplar sau marimi de influenta (respectiv co =coo , c1 = c10 ). Pentru sensori reali aceste insusiri isi pierd deobicei valabiltatea ,adica parametrii sensorului c0 si c1 sunt specifice exemplarului si depind de marimile de influenta yi .

Daca presupunem ,de exemplu o singura marime de influenta y si o dependenta patratica, se obtine conform ecuatiilor 5 si 6 ,o extindere a modelului de sensor cu parametrii specifici exemplarului a0.....a2 si b0.....b2..Pentru determinarea precisa a marimii masurate ar trebui ca marimea de influenta y sa fie determinata cu un sensor suplimentar.Atata timp cat aceasta marime y nu se externeaza ,se poate renunta la calibrarea acestui sensor.In scopul cresterii preciziei si rezolutiei unui sensor este mai avantajos de a imparti parametrii sensorului conform

ecuatiilor 5 si 6,intr-o parte exemplarspecifica si una exemplarnespecifica.Ca parametrii variabili , exemplar-specifici trebuiesc memorate in acest caz numai termenii mai mici conform relatiilor 7 si 8.

Ca modele de sensori pot fi adoptate schemele din fig.13.

Fig 13 Procedee de corectare a semnalului sensorilor inteligenti

Model simplu fara microcontroller

Pentru a utiliza facilitatilile corectiei digitale ,simultan cu un efort minim si avantajele prin mentinerea dinamicii inalte in frecventa a sensorilor analogici,se recomanda o structura dupa fig.13a.Structura se poate aplica la toti sensorii cu caracteristica aproximativ lineara conform ecuatiei 2.Aceasta conexiune lasa semnalul de masurare a sensorului x*

e in forma analogica si pune numai marimea de influenta y,care se modifica in general lent, in forma digitala.Intrucat marimea de influenta influenteaza marimea de masurare deobicei numai pe un domeniu de 5..20% din valoarea nominala , convertorul analog /digital nu necesita o viteza de lucru sau rezolutie prea mare.Rezultatul de convertire digital este in acelas timp si adresa pentru un PROM ,din care se citesc constantele ∆c 0 si ∆c1, pentru corectia punctului zero si panta caracteristicii.Marimile respective se convertesc in forma analogica si se atribuie semnalului de baza aditiv resp.multiplicativ.

Aceasta conexiune se poate realiza in principiu in cascada pentru mai multe marimi de influenta y unde se realizeaza o corectie in functie de temperatura si de liniaritate.In figura 13b se digitalizeaza atat marimea de influenta y ,cat si semnalul necorectat al sensorului x*

e.In acest fel se obtine mai multa flexibilitate referitor la corectura statica si dinamica decat in cazul conexiunii simplificate anterioare.Convertorul A/D trebuie sa raspunda la conditiile impuse de semnalul de masurare privind viteza de convertire si precizie.Conditiile se complica daca e vorba de mai multe marimi,care sunt legate intre ele si care trebuiesc masurate simultan .Aceasta structura de conexiune ofera mai multe posibilitati de prelucrare complexa a semnalului la locul de montaj al sensorului, de externare flexibila a semnalului si de supraveghere a sensorului.

In cazul unor conditii de functionare grele,nu se va depune un efort de electronic excesiv la fata locului decat ce este neaparat necesar.Ca urmare se renunta la aplicarea algoritmului de corectie la fata locului.Aici se afla conform fig.13c doar circuitele de digitalizare a semnalelor brute ,un PROM pentru parametrii exemplarspecifici ai sensorului si interfetele seriale pentru transferul de informatii la calculatorul central de corectie.O structura de acest fel este in special atunci avantajoasa ,daca in cadrul unui sistem electronic de autovehicul apar mai multi sensori de acelas model,a caror algoritm de corectura poate fi aplicat centralizat,in conditii mai usoare, pentru toti sensorii .Un exemplu reprezentativ il constituie supravegherea presiunii aerului din pneuri.

Calibrarea sensorilor “inteligenti”

Fig.14 Programarea unui sensor inteligent

Pentru determinarea parametrilor exemplarspecifici ai sensorului inteligent,acesta trebue masurat, ca si un sensor conventional analog,conform fig.14, in puncte de functionare reprezentative specifici in raport cu starea “actuala”.Atat in acesta faza ,cat si in urmatoarea in care se memoreaza parametrii exemplarspecifici in PROM propriu sensorului este necesar un calculator extern . Acesta achizitioneaza in prima etapa, pentru cuprinderea valorilor actuale existente, parametrii de functionare necesari atat in ceeace priveste marimea (ile) masurata cat si marimea(ile) de influenta si include in achizitie atat datele brute necorectate cat si datele precise existente obtinute cu un sensor de referinta. Din acestea calculeaza pentru sensorul inteligent parametrii de calibrare si corectare.In etapa doua ,care corespunde la sensorul conventional analog cu procesul de ajustare, sunt memorate de PROM.

Avantajele “electronicii la fata locului” (EFL)

- Utilizarea unor efecte de masurare mici prin amplificare la fata locului

Din motive de siguranta in transmitere a fost posibila utilizarea sensorilor u efect mare de masurare cum sunt sensorii semiconductori sinterizati ceramici pentru masurarea temperaturii (termistor NTC) si potentiometrele pentru masurarea deplasarilor si unghiurilor.EFL deschide calea unor tehnologii avantajoase de sensori cu efecte

de masurare mai mici (ex.tehnologia peliculara cu variatia semnalului intre 10-4 si 10-1) si permite in afara de aceasta o distributie a semnalului.

-Utilizarea unor efecte de masurare la frecvente inalte de functionare prin demodulare la fata locului.

Utilizarea pe automobil a unor conductori de legatura ecranati ,in scopul evitarii radiatiei sau a radiatilor perturbatoare ,nu este in general posibila.EFL permite demodularea la locul masurarii a semnalelor de frecventa purtatoare sau sa reduca prin divizori frecventa semnalului,astfel incat sa nu fie necesare conductori ecranati.Astfel se pot utiliza,prin principiul amortizarii FI, sensori magnetoelastici stratificate,sonde cu miez saturat precum si cele bazate pe efecte piezoelectrici si ultrasunete , pana la o frecventa de cateva MHz.

-Reducerea erorilor sistemstice prin corectari individuale la locul de masurare

Deja ajustarea comuna a sensorilor analogice si prelucrarea la locul de masurare a semnalelor aduce importante avantaje in raport cu varianta cu sensor separat.Memorarea digitala individuala a parametrilor sensorilor si algoritmii de corectare corespunzatori permit o largire considerabila a domeniului de functionare precis corectabil precum si o reducere importanta a erorilor de masurare.In principiu nelimitat corectibil sunt de exemplu influente de variatii a tensiunii de alimentare ,a temperaturii,a liniaritatii precum si abateri conditionate de tehnologia de fabricatie. Pe langa erori statice se pot realiza prin valorificare ecuatiilor diferentiale care descriu functionarea sensorului se pot reduce considerabil si erori dinamice ,adica comportarea la frecvente si in timp.Fabricatiei de sensor se cer in principiu numai conditiile de reproductibilitate in timp. Efortul de ajustare cu laser si investitiile mari cu instalatii de ajustare se elimina in mare masura.Prin calibrarea cu PROM,au devenit posibile “ajustari” care nu erau posibile pana in prezent. de exemplu calibrarea dupa montajul intr-un loc greu accesibil a sensorului pentru sarcina pe punte . Deasemenea sunt posibile in caz de necesitate recalibrari.

-Transmiterea fara perturbatii si distribuirea unor rezultate de masurari de precizie.

-Posibilitati de autodiagnoza.

Modele de sensori

In fig.15 se prezinta schema bloc a unui sensor cu tensometre electrorezistive (TER). In fig.15a rezistentele puntii au un coeficient termic mic .Pentru compensarea termica devine necesara o punte suplimentara formata din termistori NTC si PTC.Puntile sunt alimentate in acest caz cu tensiune constanta.Cele doua circuite integrate CI pot fi reunite cu o alta tehnologie intr-unul singur.

Fig.15 Schemele bloc a sensorilor tenso-electric rezistiv (TER)

In cazul al doilea rezistentele puntii au un coeficient termic mare,astfel incat semnalul pentru temperatura pot fi obtinute din semnalul principal.Alimentarea puntii se face in acest caz la curent constant.

Astfel de sensori executabile in tehnologia peliculelor groase pot fi utilizati si pentru supravegherea presiunii aerului din pneuri a fortelor si momentelor.

O varianta constructiva a unui sensor de presiune este prezentata in fig.16 a.

Fig.16 Schema de principiu a unui sensor de presiune si de deplasare inductiv

Un sensor inductiv cu inel de scurtcircuitare a circuitului magnetic este prezentat in varianta conventionala si “inteligenta” in fig.16 b. Sensorul se foloseste printre altele la stabilirea valorii curente a cursei cremalierei pompelor de injectie liniare in sistemele EDC (Electronic Diesel Control).

Fig.17 Schema de evaluare “inteligenta” a semnalului unui sensor de acceleratie

In fig.17 se prezinta un exemplu a avantajelor pe care il aduce aplicarea conceptului EFL la un sensor de acceleratie a carui comportare in timp si domeniu de frecventa se largeste considerabil.O adaptare a acestui principiu de masurare la frecvente joase ar include numai domeniul pulsatiilor 0... ω kon si ar consta intr-o amplificare proportionala.Daca se ia in considerare prima si a doua derivata ,cu ponderile lor,obtinuta prin EFL,domeniul de pulsatii se extinde pana la ωint adica o extidere a domeniului cu factorul 10.

Fig. 18 Principiul sensorului magnetoresistiv(AMR) Fig. 19 Sensor AMR pentru masurarea

unghiului de rotire a volanului

1 si 2-roata dintata pe coloana volanului;

3-pinion cu m dinti;4-pinion cu m+1 dinti;

5-sensor AMR;

Sensori pe baza de efect HALL

Fig.20 Fig.21 Fig.22

Sensori pentru masurarea cuplului

Fig.23 Fig.24

ACTUATORI

Ca actuatori se utilizeaza:

-Transistori sau thiristori;

-Actuatori electromagnetici;

-Motoare electrice.

Actuatorii electriomagnetici (fig.25) se compun din miezul 1,bobina 2 si jugul 3. Caracteristica F= f(s) depinde de configuratia circuitului magnetic si poate fi influentata prin frontul miezului (fig.26).

Fig.25 Fig. 26

Actuatorii electromagnetici formeaza de regua interfetele electromecanice (ex.pozitionarea cremalierei pompei de injectie),electrovalve hidraulice sau electrovalve pneumatice.

Motoarele electrice utilizate sunt :

-Motoare cc cu magneti permanent (PM) si comutatie mecanica (fig.27a);

-Electromotorul cc cu comutatie electronica (EC) fig.27 b,c;

-Motoare cu reluctanta variabila (VR) fig.29;

-Motoare sincrone (S) (fig.30 ssi 31);

-Motoare pas cu pas (PM,VR si HY) fig.31.

Motorul PM are rotorul bobinat si excitatia pe stator.Alimentarea rotorului se realizeaza cu un colector conventional.Pentru evitarea oscilatiilor de moment rotorul are mai mult de 3 infasurari tipice sunt 12 ..32 infasurari.

Fig.27

Motorul EC este inversat ,statorul fiind bobinat iar rotorul fiind cu magnet permanent.Din motive de costuri ,la motorul EC se uttilizeaza maxim 4 infasurari deoarece comanda de comutare necesita tot atatea cai.

In fig.28 se prezinta diferite scheme de comutare electrronica.

Fig.28

In ig28a bobina primeste la o rotatie un singur impuls realizat de un sensor Hall.(conexiune unipolara).In fig.28 b (unipolar) si c (bipolar) se realizeaza doua impulsuri pe rotatie cu schimbare de sens.In fig.28d (unipolar) si 28e (bipolar) se realizeaza 4 impulsuri iar in fig.28f si g 6 impulsuri.

Fig.29

In fig.29 se prezinta schema de principiu a motorului cu reluctanta.In stator se realizeaza prin sensorii Hall 1..3 un camp magnetic invartitor in bobinele 1..3.Polii aparenti ai rotorului see orienteaza dupa fluxul magnetic maxim.

Motoarele sincrone au rotor PM si un camp magnetic variabil in stator.Turatia rotorului este proportionala cu frecventa campului magnetic (fig.30).Intrucat aceste motoare au probleme la pornire intrefierul se realizeaza asimetric,astfel ca rotorul ocupa pozitii unghiulare diferite in stare nealimentata si alimentata.O alta solutie este montarea a doua semimotoare decalate cu ½ poli la stator si un rotor cu magneti permanenti (fig.31).

Fig.30

Fig.31

Fig.32

Motoarele pas cu pas sunt similare cu motoarele EC.Statorul poseda infasurari pe poli aparenti sau bobine inelare pe poli “ghiara”.Rotoarele sunt de tip PM (fig.32 a..d),reluctanta (VR e..f) sau combinate (HY g..h).

Pentru a prestabili sensul de rotatie se utilizeaza doua sisteme partiale decalate unghiular fie pe rotor fie pe stator.

Fig.32

In fig. 32 se prezinta un motor pas cu pas hibrid HY cu doua sisteme.

Capitolul 1 - Energia disipată controlat in coliziunile autoturismelor

1.1. Generalităţi

In fig.1.1 se prezintă dinamica accidentelor rutiere din Germania. Se observă descreşterea cazurilor mortale din autoturisme la o dinamică aproximativ constantă a accidentelor înregistrate. Tendinţa aceasta de evoluţie a accidentelor rutiere este deci mai puternic influenţată de îmbunătăţirea siguranţei pasive (reducerea gravităţii consecinţelor accidentelor) decât pe ridicarea siguranţei active (evitarea accidentelor). Cu toate acestea pagubele omeneşti şi economice sunt încă imense.

Această constatare se accentuează dacă se ia în considerare situaţia din unele ţări europene (Tabela 1.2).

Tabela 1.2. Numărul victimelor decedate în urma accidentelor rutiere [87]

1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998

Germania 11300 10631 9109 9814 9454 8751 8549 7785

Belgia 1873 1672 1660 1692 1449 1356 1364 1500

Danemarca 606 577 559 546 582 514 489 449

Franţa 9617 9083 9052 8533 8412 8080 7989 8437

Regatul Unit 4753 4379 3957 3807 3765 3740 3743 3581

Italia 7498 7434 6646 6578 6512 6193 6228 6228*

Luxemburg 83 69 78 66 70 71 60 57

Olanda 1281 1285 1252 1289 1334 1180 1163 1066

Norvegia 323 325 281 283 305 255 303 303*

Austria 1385 1403 1283 1338 1210 1027 1105 963

Suedia 745 759 632 589 572 537 541 482

Elvetia 860 834 723 679 692 616 587 597

Spania 6797 6014 6378 5616 5751 5483 5604 5696

Total 47121 44465 41610 40830 40108 37803 37725 37144

Cercetării accidentelor rutiere, ramură de ştiinţă relativ „tanără“, îi revine sarcina de a crea premizele pentru a reduce acest flagel. Nu este deci surprinzător faptul că în acest domeniu au preocupări diverse instituţii de stat si organizaţii neguvernamentale ca:

- Asociaţia constructorilor de autovehicule (ACEA);

- Economia de asigurări (GDV);

- Organizaţiile (cluburile) utilizatorilor (ADAC, DEKRA şi altele);

- Construcţia de căi rutiere (BASt);

- Societăţi de experţi (GTÜ si altele) şi nu in ultimul rând Poliţia rutieră.

1.2. Siguranţa pasivă ca subdomeniu interdisciplinar al dinamicii automobilului, biomecanicii şi construcţiei de autovehicule.

Dacă până acum câteva decenii dinamica autovehiculului cuprindea exclusiv procese de demaraj, frânare, maniabilitate si stabilitate a mişcării, în ultimii ani au apărut capitole noi care se ocupă de cercetarea coliziunilor dintre om/vehicul, vehicul/vehicul si reconstituirea accidentelor rutiere.

În legătură cu biomecanica se caută soluţii pentru reducerea pericolului de accidentare şi a gravităţii leziunilor produse de accidente.

Societăţile de asigurări consideră pe lângă preluarea riscului si a reglării pagubelor pe lângă preluarea riscului si a reglării pagubelor provenite din accidentele rutiere, evitarea şi limitarea pagubelor ca a treia coloană în activitatea sa. Organizaţia asiguratorilor vede ca o sarcină importantă cercetarea cauzelor accidentelor şi găsirea căilor viabile de soluţionare pe care le propane celororlalţi factori interesaţi.

Se face o delimitare între siguranţa pasivă interioară şi exterioară. Siguranţa pasivă interioară se referă la pasagerii automobilului pe când siguranţa pasivă exterioară se referă la partenerul de coliziune.

Siguranţa pasivă este determinată în principal de următoarele mărimi de influenţă:

Masa autovehiculului;

Deformaţia exterioară a autovehiculului;

Rigiditatea habitaclului;

Sisteme de retinere;

Deformaţii interioare ale autovehiculului;

Forma autovehiculului

1.3 Conceptul de compatibilitate la impact, protecţia proprie şi a partenerului la impact , necesitatea disiparii controlate a energiei.

1.3.1 Protectia partenerului

Ţinta dezvoltării construcţiei de autovehicule compatibile este de a disipa (absorbi) energia de impact comună astfel încât nici unul din partenerii la coliziune să nu fie dezavantajat.

Parametrii de influenţă importanţi sunt : rigiditatea structurii dependentă de constelaţia impactului, configuratia frontală , masa si tipul autovehiculului.

Cercetările pentru determinarea compatibilitatii reale in conditiile puse de o siguranţă efectiva, trebuie continuate.

Cerinţa pentru autovehicule compatibile care oferă suficientă protecţie partenerilor de trafic stă la baza noilor concepte ale automobilelor.

Compatibilitatea reprezintă un optim de suportare a structurilor în condiţii de accidentare atăt pentru autovehicule de aceeaşi masă cât şi fata de alţi participanţi la trafic, cum sunt autovehiculele mai mici sau pietonii.

Compatibilitatea nu implică numai masa automobilului. O influenţă însemnată o au formele şi dimensiunile autovehiculelor

actuale.Inaltimea barelor parasoc frontale si posterioare,a pragurilor sau a suprastructurii sunt de asemenea marimi de influenta inseminate.Distanta dintre longeroane si pozitia lor nu este hotaratoare de oarece se poate ajunge la efectul “furca decalat orizontal” (vezi fig. 1.12). Aceasta are o importanţă mare la impactul frontal decalat dintre două autoturisme.

Efecte de supra- sau subîncălecare pot să apară datorită efectului de „furcă decalat vertical“ (Fig.1.14 si 1.15) produs de condiţii constructive, mişcări de tangaj la franare, etc.

Poziţia si amplasarea motorului în volumul frontal al automobilului are influenţă asupra comportării la deformare şi a protecţiei atât a pasagerilor cât şi a partenerului la coliziune.

In coliziunile autoturism/autoturism, pe lânga raportul de mase si geometria structurii concură rigiditatea structurii ca al treilea factor important cu influenţă asupra compatibilitaţii.

In conceperea rigidităţii caroseriei, în special a părţii frontale, acţionează urmatoarele cerinţe [67]:

Autoprotecţia unui autoturism trebuie astfel asigurată încât dispozitivele de siguranţă pasivă să asigure pasagerilor suficientă protecţie în condiţiile accidentelor reprezentative statistic; aceasta condiţionează un habitaclu cât mai rigid.

Spatiul de deformare nu trebuie sa depaseasca anumite limite pentru a se evita intruziuni.Acest deziderat este atat pentru cazul impacturilor frontale, cat si pentru cele laterale sau din spate.

Solicitarea pasagerilor datorită deceleraţiei nu trebuie sa depaseasca o intensitate stabilită biomecanic la 30g. Aceasta condiţionează ca la automobilele mici să existe un spatiu minim de deformare.

Disiparea energiei trebuie să se desfăşoare astfel încât să existe condiţii echilibrate între deformaţie şi solicitarea cauzată de deceleraţie deoarece aceste mărimi sunt legate prin intermediul caracteristicii de rigiditate şi masa automobilului.

Autovehiculul trebuie să asigure partenerului la accident o protecţie corespunzatoare in anumite limite rationale prestabilite si in structuri deformabile optimizate.

Structura frontala a autovehiculului trebuie sa reduca gradul de gravitate a impactului cu pietonii,biciclistii si motociclistii.

Structura frontală să ofere atât în plan orizontal cât şi vertical o rigiditate omogenă pentru a evita acţiuni ale unor forte concentrate asupra partenerului de accident.

In mod deosebit, să se includă în concept protecţia partenerului la impact lateral si autoaccident.

1.4 Cercetări privind siguranţa pasivă

1.4.4.2 Metode energetice utilizate in reconstituirea accidentelor

Conceptul EES – s-a dovedit în ultimii ani ca o sursă utilă de date primare pentru reconstituirea accidentelor.

Definită în 1980 [17] de Burg, Zeidler si Martin pentru utilizarea în calculele vitezelor de coliziune, conceptul EES (viteza echivalentă a energiei de deformaţie) a găsit utilizare şi în programele profesionale actuale de reconstituire a accidentelor (ex. PC-Crash; CARAT, Pro-ANALYZER si altele).

Lucrul de deformaţie al autovehicolului efectuat în coliziune este:

WDef = WKin a - Wausl. - Wrot

sau

Energia cinetică înainte de coliziune = Energia cinetică după coliziune + lucrul mecanic de deformaţie.

Bilantul energetic are forma:

(1.6)

sau

+

Această relaţie se utilizează în reconstituirea accidentelor rutiere în sistem de ecuatii cu legea conservării impulsului sub formă vectorială şi cu legea conservării momentului cinetic. Cu metoda EES s-a creat o bază cuprinzătoare si diferenţiată de evaluare.

Viteza echivalentă de deformare poate fi determinată din cataloage, din grile sau prin încercări experimentale. Intre EES si rigiditatea K poate fi găsită, în anumite ipoteze o corelare de tipul ecuaţiei 1.10.

In lucrare [25] se prezintă o legatură analitică între rigiditatea K si EES folosind în acest scop faza de restituire şi un model de deformare liniar.

Cu

vBn = viteza de despărţire din impact pe direcţia normalei în punctul de impact;

rezultă:

K1 = (1.10)

La această aplicaţie trebuie cunoscute, în afară de , două mărimi de structură suplimentare din care o rigiditate pentru a calcula celelalte mărimi. In [49] se prezintă o relaţie de legătură între variaţia de viteză condiţionată de impact, coeficientul de restituire k si energia echivalentă EES :

(1.11)

Relaţia pentru autovehiculul 2 se obţine inversând indicii. Ecuaţia a fost dedusă pentru un model liniar şi un impact centric.

Determinarea EES din grile energetice este prezentata in [8], [51], [ 53]. Intrucât grilele sunt elaborate practic numai pentru anumite tipuri constructive, devine mai atrăgătoare utilizarea rigidităţii structurală În determinarea energiei de deformaţie. In

afară de aceasta rigiditatea structurală are un pronunţat caracter direcţional astfel încât poate exprima şi alte fenomene cum ar fi „efectul furcă“.

Evaluarea EES după aprecierea deformaţiei

Structura EES

Structura deformată este bine vizibilă, EES = 15-45 Km/h

Valoarea poate fi bine determinată, vezi [34]

Structura este deformată peste volumul 1

EES > 50-60 Km/h

Valori greu de stabilit sau cu erori mari

EES < 10 Km/h, Structura nu este deformată din exterior, Valori greu de precizat;

pronunţat caracter elastic structura trebuIe atent examinată

1.5 Norme pentru încercările experimentale de deformare şi propuneri de lărgire a probelor de compatibilitate

Norme de încercări experimentale de deformare pentru toate tipurile de autoturisme sunt în momentul de faţă normele:

- FMV SS 208

- ECE R 94

- EURO – NCAP

- US – NCAP

Aceste teste impun tuturor autovehiculelor îndeplinirea aceloraşi parametri. Ca urmare rezultă nişte consecinţe contradictorii, pentru două vehicule de mase diferite pentru compatibilitate. Astfel autoturismul cu masa mai mare trebuie să aibă pentru a îndeplini condiţiile respective, o rigiditate mai mare pentru a îndeplini condiţiile testului.

Prin urmare testele respective nu răspund necesitătilor de compatibilitate a cercetării accidentelor rutiere.

Ar trebui teste noi standartizate pentru siguranţa proprie,ca de exemplu:

- Test la impact lateral cu stâlp cu viteza de coliziune 35 Km/h în zona portierelor faţă pentru a testa eficienţa de protecţie a air-bagului lateral.

- Test la impact spate cu viteza joasa(Low-Speed-Rear-End-test) pentru testarea ansamblului scaun-tetiere la viteze de coliziune din spate reduse.

- Impact frontal cu 100% grad de acoperire la 50 km/h pentru testarea sistemelor de reţinere.

Pentru compatibilitate :

Testul de deformare la impact decalat (40% Offset-Crash) si testul de impact crash cu grad de acoperire 100% si 50 km/h viteza de coliziune cu o barieră „inteligentă“ [91] ca teste de referinţă, să fie extins pentru cercetarea compatibilităţii;

Alte măsuri din partea legiuitorului ar putea fi:

- Protecţia energoabsorbantă frontală pentru autocamioane;

- Imbunătăţirea dispozitivelor antiîmpănare pentru autocamioane si remorci;

- Imbunătăţirea protecţiei pietonului prin perfecţionarea barei paraşoc şi partea posterioară a capotei motorului.

1.6 Obiectivele cercetarii din teza

In vederea îmbunătaţirii continue a siguranţei pasive prin diferite strategii şi soluţii constructive la automobilele actuale şi a modernizării procedeelor de reconstituire a accidentelor rutiere, cunoaşterea conditiilor variaţiei energiei disipate şi a rigidităţii structurilor autoturismelor in functie de deformatie, are o importanţă deosebită. In urma studiului stadiului actual aL cercetărilor din domeniu, în special a domeniului reconstituirii accidentelor, se formulează urmatoarele obiective principale pentru lucrarea de faţă:

1. Elaborarea unui procedeu de determinare analitică a energiei disipate şi a variaţiei rigidităţii structurii autoturismelor in functie de deformatie, care să vină în sprijinul reconstituirii accidentelor rutiere şi a posibilităţilor de simulare a coliziunilor dintre autovehicule;

2. Utilizarea cat mai complecta a informaţiilor oferite de diagramele a-v-s şi verificarea domeniului de încredere a procedeului elaborat;

3. Organizarea unei cercetări experimentale apropiate cu condiţiile producerii unui accident tipic, cu frecvenţă mare de apariţie, pentru validarea procedeului elaborat;

4. Evaluarea unei corelări între rigiditatea structurii, EES, deformaţie şi

energia disipata.

Capitolul 2 Determinari teoretice a energiei disipate si a rigiditatii

structurii

2.1 Consideratii generale

O incercare la coliziune a unui autoturism ,executat printr-un impact aproximativ plastic,cu o bariera rigidă cu un grad de acoperire 100 % , permite cu precizie acceptabila, determinări privind:

- viteza de coliziune;

- energia cinetică initială impactului;

- energia elastică de restituire;

- acceleraţia instantanee din timpul coliziunii;

- variaţia de viteză condiţionată de impact;

- forţele de deformare;

- deformaţia statică şi dinamică;

- lucrul mecanic de deformare realizat la impactul frontal;

- energia disipată global şi specifică;

- rigiditatea structurii funcţie de deformaţie.

Mărimile fizice amintite se extrag din diagramele a-v-s ale coliziunii determinate experimental sau prin simulare.

Diagrame experimentale utilizabile în practică au fost publicate cu aprecieri calitative în [77],[7],[8].

O altă cale de a obţine diagrame a-v-s oferă simularea cu modele multicorp. In fig.2.1 se prezintă modelul multicorp al unui autoturism cu motor transversal. Modelul matematic echivalent se obţine prin rezolvarea ecuaţiilor Lagrange:

(2.1)

unde Ek reprezinta energia cinematica a sistemului de mase iar W energia potenţială de deformare:

Ek = ; W = ; (2.2)

Modelul matematic echivalent are forma:

; (2.3)

unde parantezele reprezintă matricile maselor, rigidităţilor, acceleraţiilor şi deformaţiilor. Sistemul nu are în general soluţii analitice riguroase şi ca urmare se rezolvă prin integrare numerică cu procedee de tip Runge-Kutta.

Din punctul de vedere al analizei si reconstituirii accidentelor rutiere este avantajoasă utilizarea diagramelor experimentale pentru determinarea energiei disipate şi a rigidităţilor structurale intrucăt aceste date de obicei nu sunt la dispoziţia experţilor din domeniu. Aceasta cu atât mai mult cu cât interesul major îl reprezintă dependenţele vitezelor, acceleraţiilor şi deformaţiilor funcţie de timp, care intră în calculul energiei disipate şi a rigidităţilor.

Pentru calculul mărimilor de mai sus se parcurg următoarele etape:

- Determinarea funcţiilor viteză-timp şi deformaţie-timp;

- Calculul dependenţei viteză-deformaţie;

- Determinarea energiei disipate funcţie de deformaţie;

- Calculul rigidităţii structurii.

2.1 Determinarea ecuaţiilor empirice pentru diagramele a-v-s.

Pentru funcţia aproximativă y= f (x) sunt cunoscute i valori ale funcţiei yi =f(xi) din diagramele a-v-s. Pentru reprezentarea mărimilor a-v-s sunt utile funcţii sub forma polinomului de aproximare:

y = a + b • x + c • x2 + d • x3 + e • x4 + …w • xn;

Necunoscute sunt coeficienţii a, b, c, … w ; a acestui polinom de aproximare. Se impune condiţia ca suma abaterilor pătratice să fie un minim, adică:

Q = (2.4)

Pentru n=3

Cu yi = a + b • xi+ c • xi2 + d • xi3 (2.5)

Se obtin din cele patru conditii pentru Q,

(2.6)

Din derivatele parţiale:

(2.7)

; ;

rezultă cele patru ecuaţii :

; ; ; (2.8)

; ;

sau cu prescurtările uzuale Gauss:

R1 = =

R2 = =

R3 = =

| R6 R3 R8 R9 |

| R7 R4 R9 R10|

| N R5 R1 R7 |

D3 = | R5 R6 R2 R8 | ;

| R6 R7 R3 R9 |

| R7 R8 R4 R10|

| N R5 R6 R1 |

D4 = | R5 R6 R7 R2 | ;

| R6 R7 R8 R3 |

| R7 R8 R9 R4 |

respectiv:

a = D1/D; b = D2/D; c = D3/D; d = D4/D; (2.12)

Rezolvarea determinanţilor se face după regula Cramer. Calculul numeric se efectueaza cu programul TP din anexa 2.1.1 iar calculul valorilor funcţiei de aproximare cu programul TP din anexa 2.1.2.

Pentru digitizarea valorilor diagramelor de impact s-a utilizat, ca alternativă de baza programul GRAFULA 3 în corelaţie cu MATHCAD 7 si EXCEL:

Tabela 2.1 – Comparaţie între procedeul Gauss si Programul GRAFULA 3

După GRAFULA 3:

Varianta n = 3 a-D V-D S-D; (polinom gradul 3; a-v-s digitalizat)

t (ms) 0 10 20 30 40 50 60 70 80

a3(t) (m/s2) 0 119.4 206.9 264.2 292.8 294.3 270.4 222.6 152

După Gauß cu ecuaţia:

Gl. a = (13.6 • t – 1.68 • t2 + 0.03 • t3) • 10 (m/s2); (2.13)

a (m/s2) 0 119.5 207.2 264.9 294.4 297.5 276 231.7 166.4

Abatere

a3(t) / a %

0 0.1 0.1 0.3 0.5 1.1 2.1 4.1 9.0

Abaterile relative dintre procedeul Gauß – şi programul GRAFULA 3 - sunt în domeniul acceptabilului adică sub 10%.

La aplicaţia procedeului Gauß se fac următoarele observaţii:

- Un număr prea mare de puncte de măsurare implică numai o precizie mai mare aparentă deoarece coeficienţii Ri – (vezi ec.2.10 si 2.11) obţin valori care diferă cu câteva ordine de marimi;

- O îmbunătăţire a preciziei se obţine la înlocuirea timpului în ec. (2.13) în cs (0.1 ms);

- Citirea valorilor de măsurare caracteristice din diagramă se poate face în următoarele moduri:

Digitizarea valorilor din diagrame (ex.cu programul GRAFULA 3.);

Citirea mediilor acceleraţiilor din oscilaţii;

Citirea maximelor şi minimelor din oscilaţii;

Schematizarea diagramei acceleraţiilor medii cu fixarea unor valori caracteristice.

Procedeul Gauß – poate fi utilizat deci cu succes la stabilirea ecuaţiilor vitezei funcţie de deformaţie la care este suficient pentru descriere un polinom de gradul 3.

2.3 Aplicaţia relatiilor empirice la diagrame de deformare cu acoperire 100%

2.3.1 Calculul vitezei momentane din diagrama a (t)

Adesea se dă din teste numai diagrama a = f(t) şi viteza de coliziune. In acest caz variaţia vitezei momentane si deformaţia rezultată din coliziune trebuie calculate prin integrarea dublă a curbei a(t). In alte cazuri se dau acceleraţia, viteza si deformaţia calculate cu aparatură standului de testare.

Fig. 2.2 a, b si c, prezintă diagrama de testare, filtrată la CFC 60 a deceleraţiei, vitezei si deformaţiei autoturismului MB 280 S (model W 116, masa = 1905 Kg; Vo = 13.75 m/s; deformaţia maximă SDef = 610 mm si durata fazei de compresie tk = 80 ms), precum si curbele de aproximare obţinute din valorile digitizate.

Prelucrarea polinoamelor s-a efectuat prin utilizarea urmatoarelor ecuatii:

an(t) = a · tn + b · tn-1…..; (2.14)

Vn(t) = V0 ; (2.15)

Sn(t) = ; (2.16)

unde n reprezinta gradul polinomului de aproximare.

Vn(t) = a' · tn + b' · tn-1 ….. ; (2.17)

an(t) = ; (2.18)

Sn(t) = (2.19)

Sn(t) = a˝ · tn + b˝ · tn-1 ….. ; (2.20)

Vn(t) = ; (2.21)

an(t) = Sn (t) ; (2.22)

Influenţa gradului polinomului de aproximare n rezultă din fig. 2.3.

Au fost calculate următoarele variante (vezi tabela 2.2.):

Varianta I : Are aplicaţii în cazul în care din testul Crash rezultă numai variaţia în timp a deceleraţiei şi viteza de coliziune. Se prezintă trei polinoame de aproximare cu gradul n= 3,4 si 6.

Rezultatele sunt prezentate îin fig. 2.3 şi tabela 2.2/I, cu utilizarea ecuaţiilor (2.14 ... 2.16). (D) reprezintă valori digitalizate, (A) valori obţinute prin derivarea polinomului şi (I) valori obţinute prin integrare.

Pentru evaluarea variantelor s-au folosit următoarele criterii:

1. Durata fazei de compresiune să fie respectată. In cazul de faţă tk = 80 ms.2. Deceleraţia medie să fie pe căt posibil menţinută:

am = (2.23)

3. Abaterea mediei aritmetice si abaterea standard să difere în medie sub 5 % si max. 10 % .4. Valorile de frontieră cunoscute pentru t = 0 V = Vo Sdef = 0;

t = tk V = 0 Sdef = Sdefmax

să fie îndeplinite.

Dacă se consideră fig.2.3 şi tabela 2.3 se ajunge la următoarele concluzii:

Criteriile enunţate mai sus se îndeplinesc în polinomul integrat al vitezei numai parţial la n=6, cu o abatere absolută de -1,9 m/s. In diagrama deformaţiei abaterea este de

- 0,05 m (-8%).

Varianta II: (n=4) si Varianta III: (n=5) (decel. derivată; V-digit.; S - integrat); ajung în utilizare în cazul când este dată şi diagrama vitezei. In acest caz se aplică ecuaţiile (2.17 … 2.19). Avantajul rezultă din faptul că durata fazei de compresie are o abatere neglijabilă şi abaterea valorilor de margine este sub 0,41 m/s respectiv sub 0,07 m/s (vezi fig. 2.4).

Abaterea deformaţiei este 0.073 m (Eroare relativă la n=4, 12% deci prea mare) şi +0.039 m (eroare relativă 6.4 % la n=5).

Varianta IV: (n=4, totul digital, ec.(2.14, 2.17, 2.20), fig. 2.5) conţin toate valorile digitizate şi au ca urmare erorile minime.

Tabela 2.2 Valori calculate cu programul GRAFULA 3 si MATHCAD 7

T (ms) 0 10 20 30 40 50 60 70 80

Varianta I n=4 a-D V-I S-I (Fig. 2.3)

a4(t) (m/s2) 0 41.4 150.8 259.5 323.4 323 263.8 175.4 112.6

V4(t) (m/s) 13.75 13.63 12.7 10.62 7.66 4.37 1.40 -0.80 -2.19**

Def4 (m) 0 0.137 0.27 0.387 0.479 0.539 0.568 0.57 0.555

Varianta II n=4 a-A V-D S-I (Fig. 2.4)

a4(t) (m/s2) 116.16 32.73 139.62 208.78 244.5 251 232.7 193.7 138.4

V4(t) (m/s) 13.75 13.49 13.23 11.46 9.17 6.67 4.24 2.1 0.415

Def4 (m) 0 0.135 0.268 0.387 0.485 0.559 0.608 0.634 0.641

Varianta III n=5 a-A V-D S-I; (Fig. 2.4)

a5(t) (m/s2) 0 41,54 108.8 190.2 250.95 271 245 183.8 110.32

V5(t) (m/s) 13.75 13.43 12.71 11.21 8.97 6.32 3.71 1.54 0.072

Def5 (m) 0 0.136 0.267 0.387 0.489 0.566 0.616 0.641 0.649

Varianta IV n=4 a-D V-D S-D (Fig. 2.5)

a4(t) (m/s2) 0 41.4 150.8 259.5 323.4 323 263.8 175.4 112,6

V4(t) (m/s) 13.75 13.49 13.23 11.46 9.17 6.67 4.24 2.1 0.415

Def4(t) 0 0.123 0.246 0.358 0.453 0.526 0.575 0.6 0.61

Varianta V n=4 a-A V-A S-D (Fig. 2.6)

a4(t) (m/s2) 124.36 3.55 104.35 178 224.6 244.12 236.5 201.76 139

V4(t) (m/s) 13.75 14.33* 13.79* 12.3 10.299 7.93 5.51 3.293 1.5

Def4(t) 0 0.141 0.283 0.414 0.528 0.619 0.686 0.73 0.7

Varianta VI n=6 a-A V-A S-D (Fig. 2.6)

a6(t) (m/s2) 200 39.7 97.97 197.6 251.3 258.5 226 168 106

V6(t) (m/s) 13.75 14,94* 14.62* 13.10 10.82 8.23 5.78 3.80 2.4

Def6(t) (m) 0 0.145 0.294 0.443 0.553 0.649 0.718 0.76 0.7

Varianta V: (n=4) und Varianta VI: (n=5); (decel. derivată; V - derivată; S – digitalizat), prezintă valoare practică numai curba de deformaţie la n=4 (eroarea valorii la tk=0.08 s este 0.8%); In cazul deceleraţiei şi vitezei, operaţia de derivare conduce la erori mari (peste 12%) şi o variaţie nelogică a curbei. De accea se renunţă la aceste variante.

2.3.2 Calculul vitezei funcţie de deformaţie

Pentru calculul energiei disipate sunt necesare funcţiile de variaţie a vitezei în dependenţă de deformaţie. Pentru aceasta se atribuie la :

t = ti , valorii vitezei deformaţia corespunzătoare Sdefi si se formeaza o functie V(s):

Vs) = a + b • s + c • s2+ d • s3 ;

Valorile corespunzătoare pentru a, b, c, d sunt pentru viteza dependentă de deformaţie în cazul celor patru variante din tabela 2.2.

I. V4(s) = 13.87 – 1.20 • s + 0.77 • s2 – 0.17 • s3; (I) (2.24)

II. V4(s) = 13.82 – 0.46 • s + 0.20 • s2 – 0.07 • s3; (D)

III. V5(s) = 13.83 – 0.47 • s + 0.25 • s2 – 0.07 • s3; (D)

IV. V4(s) = 13.76 – 0.36 • s + 0.22 • s2 – 0.08 • s3; (D)

Obs. In ecuatiile 2.24 deformatia s se inlocieste in dm.

Tabela 2.3 Valorile funcţiei V(s) dependente de deformaţie după tabela 2.2 şi ec.(2.24)

V a r i a n t a

I II II IV

Deformaţia V(s) in m/s

0 13.75 13.75 13.75 13,75

100 mm 13.27 13.49 13.54 13.54

200 mm 13.19 13.14 13.33 13.28

300 mm 12.61 12.35 12.78 12.5

400 mm 10.51 10.7 11.47 10.72

500 mm 5.87 7.77 8.98 7.46

600 mm -2.33 3.14 4.89 2.24

600 < -15.11 -3.61 -1.22 0

2.3.3 Calculul energiei disipate în coliziune

In faza de compresie, energia cinetică se transformă în energie de deformaţie, respectiv lucru mecanic de deformaţie.

Cu relaţia :

ΔEabi = M • [V(s)2 i – V(s)2 (i + 1)] / 2; (J) (2.25)

se calculează disiparea de energie pentru 100 mm deformaţie pentru variantele I…IV in tab.2.4.1 .

Tabela 2.4.1 Energia disipată / 100 mm

Sdef Energia disipată / 100 mm in (J) :

mm I II III IV

0 … 100 12353 6745 5458 5458

101 … 200 2016 8877 5374 6642

201 … 300 14253 19180 13678 19153

301 … 400 46246 36225 30258 39318

401 … 500 72393 51546 48502 56451

501 … 600 32860 48130 54031 48229

601 … - 9321 22776 4770

Varianta IV s-a calculat din valorile digitale a4(t), V4(t) si S4def şi reprezintă cazul de referintă. Varianta I s-a calculat pe baza deceleraţiei digitizate şi vitezei obţinute din integrarea acceleraţiei. In acest fel s-au introdus erori prin faptul că mărimile de control prezintă abateri sensibile la t=0 si tk=80 ms. Varianta II si III s-a calculat cu viteza digitizată cu doua grade diferite ale polinomului dar cu deformaţia obţinută prin integrare care prezintă de asemenea abateri. Pentru a obţine rezultate concludente se recomandă corectarea curbelor obţinute din Integrare cu condiţiile de frontieră şi urmată de digitizarea acestora.

2.3.4 Calculul rigidităţii frontale K a structurii

Energia disipată respectiv lucrul mecanic de deformaţie şi valoarea deformaţiei sunt mărimile de bază pentru calculul rigidităţii structurii.

Rigiditatea se poate determina atât pe intervale, cât şi global pentru s = ∑si :

Ki = ∆Eabi/si2 (2.28)

Rigiditatea globală raportată la deformaţia s se determină din relaţia 2.29 ăn funcţie de energia disipată:

K = 0.001 • ∑∆Eabi / (∑si)2 (kN/m); (2.29)

K = 0.002 • M • ∫a(s) • ds / (∑si)2 (kN/m) ; (2.30)

Rezultatele calculate pentru diferitele variante sunt prezentate în tabela 2.4.2.

In fig. 2.7 se arată influenţa gradului polinomului asupra rigidităţii pentru varianta IV. Se observă că la deformaţii mici creşte sensibilitatea faţă de deformaţie cu scăderea gradului polinomului.

Tabela 2.4.2. Rigidităţile calculate K(s) kN/m pentru variantele considerate

Sdef

mm

I II III IV

0 … 100 2470 1349 1091 921

101 … 200 718 781 541 464

201 … 300 636 773 544 603

301 … 400 935 887 684 838

401 … 500 1178 980 826 999

501 … 600 1000 948 873 939

In fig. 2.8 se prezintă curbele de variaţie a rigidităţilor calculate în funcţie de deformaţie pentru variantele considerate.Fig. 2.9 reprezinta varianta IV,comparativ

cu o variantă de incercare cu viteza de coliziune de 25 km/h. Se observă că la scăderea vitezei de coliziune rigiditatea rămâne aproximativ constantă la deformaţii mai mari de 0.2 m spre deosebire de cazul vitezei de coliziune de 50 km/h unde rigiditatea prezintă o creştere. Această creştere se poate explica prin faptul că in cazul vitezei de coliziune de 50 km/h participarea motorului la mărirea rigidităţii este mai mare. Influenţa gradului de acoperire rezultă din figura 2.15 unde se prezintă suprapus variaţia rigidităţii structurii pentru viteza de coliziune Vo = 50 km/h pentru impactul frontal 100 % şi decalat (offset) 50%. Se observă că la impactul decalat deformaţia se măreşte considerabil, dar creşterea rigidităţii cu deformaţia este mai lentă.

2.4 Aplicarea ecuatilor empirice pe diagrame de deformare cu grad de acoperire 40% (impact decalat)

Incercările de deformare (Crash) decalate cu grade de acoperire de 40..50 % se remarcăprin deformaţii mai profunde şi durate ale fazei de compresie mai mari. In schimb scad acceleraţiile maxime.

2.4.2 Determinarea energiei disipate si a rigiditatii dupa procedeul Gauß

Diagrama a-v-s după [7] se referă spre deosebire de cazul precedent la un autoturism din clasa mijlocie şi anume un OPEL Kadett. Condiţiile încercării de deformare au fost: impact cu bariera fixa 50 % decalat; viteza de coliziune Vo = 49.9 Km/h (13.86 m/s), masa de încercare M = 1133 Kg . Durata fazei de compresie este

de 115 ms; deformaţia maximă 899 mm.

Pe baza diagramei a-v-s din anexa 2.2.2 se selectează valorile medii ale acceleraţiei în trei moduri:

Cazul 1. – se selectează valorile maxime si minime şi se elaborează ecuaţia de aproximare pentru valoarea medie a deceleratiei (vezi tabela 2.15);

Cazul 2. – Se selectează mijlocul ramurilor crescătoare şi coborâtoare ale oscilaţiei şi se elaborează ecuaţia empirică pentru maxime şi minime din care se obţine ecuaţia empirică medie.

Cazul 3. – se schematizează diagrama deceleraţiei prin echilibrarea ariilor suprafeţelor şi se selectează valorile caracteristice ale segmentelor de drepte din diagrama schematizată (vezi tabela 2.21).

După obţinerea funcţiilor viteză-timp se calculează funcţiile viteză-deformaţie. Se obţin ecuaţiile 2.35 şi 2.36 pentru primele două cazuri.

Rezultă ecuaţiile după care se calculează energia disipată şi rigiditatea:

V1(s) = 13.87 - 0.39 • s – 0.01 • s3 (2.35)

V2(s) = 13.88 – 0.5 • s + 0.007 • s2 – 0.02 • s3; (2.36)

Pentru cazul 3 se utilizează în prima variantă deformaţia calculată fără corecturi cu valorile de frontieră şi se obţine funcţtia 2.38. In a doua variantă se utilizează deformaţia din diagramă şi se obţine ecuaţia 2.39. Cu aceste relaţii se calculează energia disipata si rigiditatea din tabela 2.23.

V(s) = 13.85--0.15*s -- 0.07*s²--0.001*s³ ; (2.38)

V(s)´= 13.89--0.51*s –0.09*s²--0.02*s³ ; (2.39)

Tabela 2.23 Rigiditatea structurii frontale funcţie de deformaţie

V(s) dupa ec. 2.35 ec.2.36 ec.2.38 ec.2.39

Sdef

(dm)

∑Eab1

(J)

K1

(kN/m)

∑Eab2

(J)

K2

(kN/m)

∑Eab

(J)

K

(kN/m)

∑Eab

(J)

K

(kN/m)

0 … 100 6038 1207 6647 1329 3571 716 6343 1268

101 … 200 12937 646 13085 654 6535 505 5708 602

201 … 300 20436 472 20732 460 10049 448 6405 410

301 … 400 30812 384 31009 386 13737 423 8654 338

401 … 500 43467 346 44809 358 17016 407 12039 313

501 … 600 58225 322 62115 344 17064 305 15819 305

601 … 700 74286 302 81462 332 18782 362 18765 300

700 … 800 90004 280 99209 310 14751 323 18913 289

800 … 900 102655 256 108699 268 5304 269 13804 263

In fig.2.17 se prezintă curbele de variaţie a energiei disipate şi a rigidităţii frontale pentru impactul decalat funcţie de deformaţie pentru variantele considerate.

1.4.2. Calculul energiei disipate şi a rigidităţii utilizând programul de digitizare GRAFULA 3

In fig. 2.16 a, b si c, sunt redate curbele de aproximare ale mărimilor de impact decalat pentru autoturismul Opel Kadett.

Energia disipată şi rigiditatea frontală rezultă din tabela 2.25.

Tabela 2.25 Energia disipată şi rigiditatea

Def6

(m)

V6(s)

(m/s)

Ek

(J)

Delta E

(J)

K

(kN/m)

0 14.133 (13.86) 111765(108824) 0 -

0.1 13.670 105861 5904(2963.4) 1180.7(592.7)

0.2 13.494 103152 2708 430

0.3 13.316 100449 2703 251

0.4 12.933 94754 5695 212.6

0.5 12.142 83518 11236 225

0.6 10.741 65356 18161 257

0.7 8.527 41180 24176 288

0.8 5.297 15894 25285 299

0.9 0.848 407 15487 274

Valorile din paranteză repezintă corecţia cu viteza de coliziune ca mărime de frontieră care din polinom rezultă mai mare. Curba rigidităţii este înscrisă pentru comparaţie cu metoda Gauss in fig.2.17.

2.5 Comparaţii cu procedee din literatura de specialitate

In [7] autorul determină energia disipată după metoda grafoanalitică. Calculând rigiditatea frontală pe baza acestor rezultate se obţine curba de variaţie din fig.2.18. Pentru aceleaşi date, dar prelucrate după procedeul Gauss se obţine cea de a doua curbă din fig.2.18. Pentru comparaţii se prezintă şi curba obtinută cu date digitizate.

Abaterile care se constată la deformaţiile mici provin de la neconcordanţa originii timpului pentru deformaţie şi viteza în diagrama din anexa 2.2.2.

Valori medii ale rigidităţilor frontale s-au publicat în [19] , dar fara să se facă precizări privind viteza de coliziune şi gradul de acoperire a impactului. Diagrame care conţin variaţia rigidităţii pentru unele autoturisme în funcţie de deformaţie sunt prezentate de Prof. Rau în [52] şi valori medii de Prof. Gratzer in [25].

2.6 Cercetarea statistică a erorilor

Dacă se aplică modelul matematic pentru un anumit proces, trebuie cunoscut la evaluarea acestui proces, cu ce precizie au fost selectate mărimile de intrare care intră în calcul şi cât de mare devine eroarea finală, respectiv dispersia finală care provine din aceste erori iniţiale.

Eroarea medie a funcţiei:

y = f(x1, x2,…xn)

este după legea de propagare a erorilor

(2.42)

Raportat la cazul concret al rigidităţii frontale există doua modalităţi de a calcula aceasta:

K = 0.002 • M • [Vo2- Vs2]/(2 • s2) kN/m (2.43)

sau

K’ = 0.002 • M • kN/m (2.44)

Derivata partială a rigidităţii după ecuaţi a 2.43 în raport cu s este:

);

cu Vs = a+b•s+c•s2+d•s3 rezulta

;

= 0.001 • M • [-2 • V02/s3 – 2 • Vs • (b/s2 + 2•c/s + 3d – Vs/s3 )]=

= 0.001 • M • [-2 • V02/s3 – 2 (a + b • s + c • s2 + d • s3) • (c/s2 + 2d – a/s3)]; (2.45)

după ecuaţia(2.42) rezultă dispersia rigidităţii:

k s (2.46)

După ec. Gl.(2.14…2.16) se calculează deformaţiile pentru gradele de polinom n = 3, 4, 6, şi din acestea valoarea medie şi abaterea medie standard (dispersia). Rezultatele rezultă din tabela 2.28:

Tabela 2.28 Valoarea medie şi dispersia pentru deformaţia calculată

Deformatia medie

(m)

Abaterea standard

s

(m)

k

kN/m

Rigiditatea

K

kN/m

0.138 0 -7244.4 0 865

0.273 0.002 -1474.4 2.95 250 7.4

0.399 0.007 - 231.9 1.62 243 4.1

0.513 0.012 161.3 1.93 230 4.8

0.693 0.023 190.2 4.37 284 10.9

0.754 0.028 73.15 2.05 280 5.2

0.821 0.039 - 129.74 5.06 280 12.65

0.830 0.067 - 163.15 10.93 280 27.33

V6(s) = -34.15 • s3 + 22.414 • s2 – 7.0988 • s + 14; (2.47)

In acelaşi tabel s-au trecut valorile pentru derivata partială a rigidităţii după ecuaţia 2.45 si dispersia rigidităţii.

Rigiditatea tolerată este K = Ks 2.5 • k.

Coeficientul de corelare dintre două mulţimi Pi si Qi este, după [89], exprimat prin relaţia:

R2 = (N • ∑Pi • Qi - ∑Pi • ∑Qi)2 / ; (2.48)

Cu coeficientul de corelaţie se cercetează dependenţa liniară dintre două şiruri de date.

La:

0.75 < R2 < 0.95 există o dependenţă intensă;

0.95 < R2 < 1.00 există o dependenţă funcţională.

Procedeele după tabela 2.23 se compară cu cazul de referinţă din tabela 2.25 prin pătratul coeficientului de corelare.

Dacă se preiau valorile deformaţiei din diagrama originală pentru calculul rigidităţii rezultă un coeficient de corelare :

R2 = 0.95

in raport cu cazul deformaţiei digitizate.

In tabela 2.25 polinomul de aproximare introduce la viteza pentru t=0 o viteză de coliziune mai mare decât cea reală si ca urmare o energie disipată nereală în faza de început.(valoarea din paranteză în tabela 2.25). Dacă se introduce valoarea

logică Vo= 13.86 m/s, coeficientul R² are urmatoarele valori:

Soluţie logică (2.25) cu ec.2.38: R2 = 0.64

Solutie logică (2.25) cu ec.2.39: R2 = 0.87



Dacă Sdef este calculat comparativ cu cel preluat din diagramă se obţine ( ec.2.39 cu 2.38) :

R2 = 0.86

Comparaţia procedeu grafoanalitic fig.2.18 cu GRAFULA 3 R2 = 0.54

Comparaţia procedeu Gauss fig.2.18 cu GRAFULA 3 R2 = 0.86

Coeficienţii de corelare mici de 0.64 resp. 0,54 indică o sursa suplimentară de erori. In primul caz a fost nerespectarea condiţiilor de frontieră pentru deformaţie în cazul al doilea neconcordanţa originii de timp pentru viteză şi deformaţie.

Diagramele a-v-s conţin numai valorile înregistrate pentru acceleraţie. Viteza şi deformaţia au fost obţinute prin integrare. Este interesant de văzut în ce măsură

reflectă coeficientul de corelare legătura matematică dintre mărimi în raport cu soluţia corectată şi digitizată:

Rezultatul este:

Polinom gradul 6 R2 = 0.99

Polinom gradul 4 R2 = 0.83 (0.99)

Polinom gradul 3 R2 = 0.99

Motivul pentru care polinomul de gradul 4 are R2 = 0.83, este o abatere neliniară

(vezi fig.2.18).

Dacă punctul K (0.9) = 300 kN/m se obţine R2 = 0.99.

2.7 Concluzii

Conceperea unor modele de simulare a testelor de deformare necesită cunoaşterea rigidităţilor structurale ale automobilelor. Evaluarea testelor simulate se efectuează cu teste reale prin sondaj.

Pentru reconstituirea şi analiza accidentelor importanţa cunoaşterii rigidităţii este avantajoasă deoarece aceasta poate fi utilizată în anumite condiţii în calculul vitezei energiei echivalente de deformare EES.

Programul GRAFULA 3 – se pretează foarte bine la prelucrarea diagramelor de deformare analogice. Cu toate acestea se pot obţine erori la prelucrare. Una din soluţii de reducere a acestor erori constă în corectarea diagramelor obţinute prin integrare cu condiţiile de frontieră cunoscute şi care permit obţinerea cât mai precisă a duratei fazei de compresiune din coliziune. Aceasta fază cuprinde atât deformaţia remanentă (statica) cât şi deformaţia elastică. Energia elastică este restituită sistemului şi intră în calculul mărimilor postcoliziune. Din acest motiv viteza EES trebuie definită în raport cu durata de compresiune a coliziunii.

Procedeul după Gauss oferă rezultate bune pentru polinoame de aproximare până la gradul trei. Prin urmare este util la determinarea funcţiilor dependente de deformaţie. Funcţiile de timp necesitând grade de polinoame superioare avantajează programul Grafula de digitizare a diagramelor.

Capitolul 5 - Concluzii generale si contribuţii propriiStudiul bibliografic efectuat relevă următoarele:

Cercetarea transferului energetic rezultat din coliziunile automobilelor este pentru reconstituirea accidentelor de o importanţă deosebită. In ultimii 25 de ani indicatorul principal pentru disiparea energiei a fost viteza echivalentă a energiei de deformaţie EES. Un impuls pentru prezenta lucrare au fost lucrarile publicaţe din ultimii ani ale cercetărilor efectuate de Burg, Gratzer, Rau s.a. în care se utiliza modelul plurimasă în cercetarea coliziunilor dintre automobile. Energia disipată în raport cu deformaţia se exprima în aceste cazuri prin intermediul rigiditatii structurii. Rigiditatea structurii este şi o mărime necesară în simularea testelor de deformare a autovehiculelor.

Avantajul rigiditatii structurii in raport cu EES constă în faptul ca rigiditatea poate sa ia in considerare conditiile din punctul de impact al automobilului.

Tendinta dezvoltării construcţiei de automobile în perioada următoare va fi de a realiza automobile compatibile din punctul de vedere al siguranţei pasive exterioare. Conceptul de compatibilitate constă în disiparea energiei rezultată din coliziune astfel încât nici unul din partenerii la coliziune să nu fie dezavantajat iar în raport cu pietonii, bicicliştii şi motocicliştii să prezinte un concept optimizat al structurii.

Pentru a îndeplini dezideratele compatibilităţii se urmăreşte principiul energiei disipate controlat, ceea ce implică o distribuţie optimă a rigidităţilor structurii automobilului.

Determinarea rigidităţilor structurii din energia disipată poate fi realizată având ca date primare diagramele a-v-s funcţie de timp obţinute la experientele de deformare (Crash) şi care pot fi prelucrate ulterior pentru a le majora cantitatea de informaţii oferite si utilizate.

Din studiul studiului bibliografic au rezultat obiectivele lucrării de doctorat expuse la punctul 1.7. In vederea îndeplinirii acestor obiective s-au întreprins următoarele:

S-au selectat din bibliografie diagramele a-v-s de deformare,pentru doua tipuri de autoturisme, aflate inca in exploatare, la care se dau pe lângă diagramele de deformare, datele de frontieră şi condiţiile de încercare:

MB 116 pentru cazurile impact cu bariera rigida si grad de acoperire 100% la

viteze de coliziune 50 km/h si 25 km/h;

MB 116 pentru impact decalat 50 % la viteza de coliziune 50 km/h;

Opel Kadett pentru impact decalat ,cu grad de acoperire 50%,cu bariera rigida

si viteza de impact 50 km/h.

Diagramele funcţie de timp selectate si obţinute în urma încercărilor de deformare aratate, se prelucreaza pentru studiul energiei disipate în coliziune şi la determinarea rigidităţtii structurii automobilului prin exprimarea variaţiilor mărimilor de coliziune (crash) prin funcţii empirice.

Aceste diagrame s-au pus într-o formă analitică prin două procedee:

- Metoda minimizării sumei pătratelor celor mai mici erori (Gauß) şi

- Aplicarea digitizării diagramelor prin Programul Grafula 3.

Din cercetarea teoretică a acestor aplicaţii se desprind următoarele:

- Efectiv măsurată este numai diagrama acceleraţiilor/deceleraţiilor;

Variaţia vitezei momentane din coliziune se obţine prin integrarea curbei acceleraţiilor fie cu un software care aparţine standului de încercare (fapt posibil numai la standuri perfecţionate de la marile întreprinderi constructoare de automobile iar datele sunt de regulă confidenţiale).Uneori se publica variaţiile vitezei momentane din coliziune şi deformaţia, obtinută prin procedee proprii instituţiilor sau firmelor. De obicei însă se publică numai variaţia acceleraţiilor.Pentru gradul polinomului de

aproximare n=3 ecuaţiile empirice de aproximarerealizate cu procedeul Gauß şi programul Grafula 3 nu diferă sensibil. In cazul procedeului Gauß numărul punctelor de măsurare este relativ redus. Programul Grafula de digitalizare permite luarea în considerare a unui număr mult mai mare de puncte de măsurare (peste 75).

- In cazul obţinerii vitezei momentane şi a deformaţiei prin integrare există abateri ale condiţiilor de frontieră. Prin condiţii de frontieră se înţeleg condiţiile la:

t=0 am=0 Vo = Vk Sdef = 0

t=tk V = 0 Sdef = Smax

In cazul simulării coliziunii modelului monomasa, la care se consideră practic o structură omogenă,aceste condiţii sunt bine evidenţiate în diagramele de deformare dar durata fazei de compresie este mult sub valoarea timpului real obţinut cu structuri reale eterogene. La structurile reale eterogene apar discontinuităţi în diagrama deceleraiei cauzate de unele ruperi locale, frecări şi elasticităţi.

Astfel deformaţia maximă şi viteza momentană zero se defazează spre „târziu“ faţă de maximul deceleraţiei/acceleraţiei .

Condiţiile de frontieră reale sunt în diagramele de deformare reale relativ greu observabile. Totuşi se pot da nişte puncte de reper:

- Spre sfârşitul diagramei deceleraţiei apare un vârf ceva mai mare;

- Dacă există şi diagrama acceleraţiei transversale aceasta schimbă sensul în dreptul

punctului V=0;

- Deformaţia maximă se obţine la V=0.

Prin urmare se impune o corectură pentru variaţiile respective după care se efectuează digitalizarea valorilor aproximate (fig.2.6).

- Având funcţiile de timp pentru viteza momentană şi deformaţie se efectuează o schimbare de variabilă şi se obţine funcţia V(s) = f(Sdef). Din această funcţie se calculează energia disipată prin deformare şi rigiditatea structurii pentru cazul coliziunii cu barieră rigidă (fig.2.7,2.8,2.11,2.15).

- In cazul aplicaţiei pentru autoturismul din clasa mijlocie la coliziunea cu grad de acoperire 50%,asemanarea geometrică a curbei acceleraţiilor măsurate ,cu curba de aproximare a acceleraţiilor medii se imbunătăţeşte. Ca urmare şi abaterile dintre cele doua procedee de evaluare a diagramelor, prin funcţii de timp(Gauß resp.programulGrafula 3), ale mărimilor de deformare sunt mai mici.

- Rigiditatea structurii trebuie considerată ca funcţie a deformaţiei rezultate din energia disipată; pentru un anumit autovehicul se poate adopta o lege a energiei dissipate si o deformatie maxima, pe baza cărora se realizează structura de o anumită rigiditate (ex. bara paraşoc energoabsorbantă) .In cazuri cand rigiditatea dorita nu se poate realiza in conditii optime se include în structura deformată şi a părţii din structura neafectată de impact prin anumite elemente de distributie. Astfel în cazul impactului decalat pe stânga, partea dreaptă este supusă la tracţiune, fapt ce se manifestă printr-o creştere a ampatamentului pe dreapta. In felul acesta energia disipată devine un proces dirijat sau controlat.

- Rigiditatea structurii este specifică fiecărui autoturism iar variaţia ei este influenţată de viteza de coliziune, gradul de acoperire şi condiţiile din locul de impactare de pe automobil ex. efectul de furcă.

Scopul principal de utilizare a parametrilor astfel obtinuţi,este, de a aduce perfecţionări în reconstituirea accidentelor şi în elaborarea unor modele de simulare a accidentelor. De asemenea se pot determina

analitic expresii pentru variaţia vitezei condiţionată de coliziune , utilizarea coeficientului de restituire k şi energia echivalentă deformării (EES). Aceasta din urmă condiţionează ipoteza, că EES se referă la energia de deformare disipată în faza de compresie a coliziunii.

Aceste constatari se exemplifica prin studiul experimental efectuat.

Studiul experimental efectuat a avut ca scop aplicarea procedeului ecuaţiilor empirice în condiţiile concrete ale unui accident cu pondere mare în cazuistica de reconstituire a accidentului a expertului în accidente rutiere şi s-a ţinut cont şi de anumite imperfecţiuni ale metodelor actuale de analiză şi reconstituire a accidentelor din această categorie. Astfel s-au utilizat două viteze de coliziune în afara domeniului uzual stabilit prin norme, unde EES este dificil de cuantificat, adică V=77 km/h şi V= 5 km/h.

Primul test avea ca scop producerea unei coliziuni cu un obstacol rigid cu conditii de glisare în faza postcoliziune. Durata fazei de compresie a coliziunii determinată experimental coincide cu faza determinată prin ecuaţiile empirice.

Al doilea experiment avea ca scop elucidarea distribuirii energiei de deformare la coliziuni cu energie de deformare redusă.

Condiţiile de testare şi aparatura de măsurare au fost astfel alese încât să corespundă atât cu cerintele investigaţiei teoretice cât şi din punct de vedere al preciziei de măsurare. Evaluarea rezultatelor s-a efectuat atât cu metoda Gauß cât şi cu metoda Grafula 3.

Experimentul a permis şi stabilirea condiţiilor de frontieră exacte prin utilizarea instalaţiei de filmare rapidă şi înregistrarea acceleraţiei transversale.

Testul efectuat a demonstrat utilitatea memoratorului de date ale coliziunii (accidentului) UDS în sprijinul reconstituirii accidentului, totodată s-a adeverit şi faptul că acesta nu poate înlocui expertul în analiza accidentelor rutiere.

Contribuţii personale la cercetarea efectuată se pot considera:

- Valorificarea superioara a informatiilor continute in diagramele a-v-s, obtinute in teste de deformare in vederea largirii sferei de aplicatie;

- Elaborarea unei metodici de calcul a variaţiei coeficientului de rigiditate K în funcţie de deformaţie ,ce permite adoptarea unor solutii optime,fundamentate teoretic,pentru constructia partii frontale a automobilului;

- Utilizarea programului Grafula în analiza testului de deformare;

- Contribuţii în perfecţionarea unor programe de simulare a deformării prin înlocuirea rigidităţii constante cu o funcţie a rigidităţii dependentă de deformaţie;

- Efectuarea a două teste la impact caracteristice,apropiate de accidente reale si analizarea lor cu procedeele elaborate.

- Prelucrarea unui numar mare de date experimentale.

Avertizor de obstacole electronic

Pentru masurarea distantei unui alt vehicul stationare sau miscare pe carosabil se pot utiliza urmatoarele solutii:

-Procedeul timpului de parcurs al ultrasunetului pentru distante cuprinse intre 0.5..5 m.

- Lumina din domeniul infrarosu apropiat (LIDAR) pana la 50 m.

-Radar electromagnetic pana la 150 m.

Sistemul de protectie APIA (Active Pasive Integration Approuch) al firmei Continental realizeaza un program de masuri de siguranta activa si pasiva in cinci etape in functie de distanta dintre autovehicule.La cca 150 m distanta dintre vehicule in functie de scurtarea distantei dintre cele doua autovehicule se declanseaza :

Etapa I : Avertizare optica asupra unui pericol posibil;

Conducatorul autovehiculului care vine din spate este invitat sa ridice piciorul de pe pedala de

acceleratie;

Sistemul realizeaza o franare usoara.

Etapa II : Autovehiculul din spate se apropie mai mult de vehiculul predecesor.

Suplimentar la operatiile din prima etapa se inchid geamurile laterale si trapa;

Asistentul de frana prestabileste o presiune de 5 bari in sistemul de franare;

Centurile de siguranta se prestrang cu o forta mica reversibil.

Etapa III: Distanta dintre autovehicule devine critica.

Operatii suplimentare: Reglarea automata intr-o pozitie optimala a scaunelor si tetierelor;

Pretensionarea centurilor ;

Se relizeaza automat o franare de 0.3 g .

Etapa IV: Autovehiculul din fata realizeaza o franare intensa.

Centurile sunt stranse la valoarea maxima;

Se initeaza o franare intensa.

Etapa V : Impactul devine iminent.

Toate masurile de siguranta sunt activate.

Se declanseaza airbagurile.

Sistemul ACC (Adaptive Cruise Control) al firmei BOSCH de siguranta activa si pasiva utilizeaza un sensor radar pentru comanda programului de protectie al pasagerilor.Sensorul a carui principiu se prezinta in figura 1

prezinta o constructie compacta si emite semnale pe frecventa de 76..77 GHz (lungimea de unda cca 3.8 mm). .Un oscilator Gunn ( o dioda Gunn intr-un resonator dintr-o cavitate) alimenteaza in paralel trei antene petic alaturate (patch) care servesc simultan si pentru receptionarea semnalului reflectat.O lentila Fresnel din plastic dirijeaza fasciculul emis raportat la axa longitudinala a vehiculului +/-5 grade fata de orrizontala si +/- 1.5 grade fata de verticala.Datorita decalarii laterale a a antenelor caracteristica de receptie a acestora (6 dB latime 4grade) indica in directii diferite.

Fig.1 Schema de principiu al sensorului radar si circuitul de comanda

ASIC circuit integrat cu aplicatie specifica (Application Specific Interated Cicuit)

Prin aceasta se poate determina pe langa distanta dintre autovehicule , viteza lor relativa si orientarea autovehiculului din fata sub care sunt detectate.Cuploare de directie separa semnalele emise de semnalele reflectate receptionate. Trei mixere conectate in aval transpun frecventa de receptie prin adaugarea frecventei de emisie la o valoare apropiata de zero (0...300 kHz).Semnalele de joasa frecventa se digitalizeaza pentru o valorificare ulterioara si se supun ,in scopul evaluarii frecventei,unei analize Fourier rapide.

Frecventa oscilatorului Gunn se compara permanent cu o frecventa de referinta stabila a unui oscilator DRO si se regleaza la o valoare impusa prestabilita. In acest scop se modifica tensiunea de alimentare a diodei Gunn atata timp pana cand frecventa corespunde valorii impuse.Prin aceasta bucla de reglaj se se majoreaza si se micsoreaza la fiecare interval de 100 ms pentru timp scurt frecventa in forma de dinti de fierastra cu 300 MHz

in scopul determinarii frecventei( FMCW –Frequency Moduleated Continuos Vave).Semnalul reflectat de un vehicul predecesor este intarziat corespunzator cu timpul de parcurs ( adica in rampa cu o frecventa mai mica in

panta cu o frecventa mai mare de aceeasi valoare) .Notatiile din diagrama reprezinta: fs frecventa de emisie ;frecventa de receptie fe / fe´ fara /cu viteza relativa ; Δfd Cresterea de frecventa datorita efectului Doppler (Vitezei relative) ; Δf s/ Δf 1,2 diferenta de frecventa fara/cu viteza relativa.

Diferenta de frecventa Δf este o masura directa pentru distanta (ex. 2 kH/m) .Daca exista insa ,suplimentar,o a de viteza relativa anumita intre autovehicule , atunci frecventa de receptie f e este majorata atat in ramura ascendenta cat si descendenta cu o valoare proportionala Δfd (ex. 512 Hz pro m/s) datorita efectului Doppler.

Rezulta ca apar doua diferente de frecventa diferite Δf 1 si Δf2 . Din suma lor rezulta distanta iar din diferenta lor rezulta viteza relativa dintre cele doua autovehicule. Cu aceasta metoda se pot urmari si detecta chiar mai multe vehicule (pana la 32).

Pentru sisteme auxiliare de orientare si de navigatie directia cardinala parcursa de autovehicul se poate masura cu sensori de camp magnetic (sonde de saturatie ,vezi cap.UDS).

Fig.2 Componentele care participa la sistemul ACC al firmei BOSCH

1-Managementul de motor ;2-Unitatea de control a sensorului Radar ; 3 –Interventie activa in sistemul de franare prin unitatile ABS/ASR/ESP ; 4- Unitate de afisare/informare ; 5- Interventie la

motor (E-gas ; injectie la cilindrii; unghi de avans la aprindere; 6- sensori de turatie ; 7- Interventie in transmisie

Fig.3 Structura de baza a reglarii ACC

Fig.4 Raza de actiune a sistemului DISTRONIC pentru MB –S Klasse

Fig.5 Sisteme de asistenta a conducatorului de autocamioane

CAN (Controller Area Network).

Functiile grupului motopropulsor cuprind managementul de motor(ex.

Motronic sau EDC la motorul MAC;pedala de acceleratie electronica la

care pozitia pedalei de acceleratie este transpusa,luand in considera-

tie si alte date ale autovehiculului intr-o pozitie a clapetei de acce-

leratie la motorul MAS sau o pozitie a cremalierei pompei de injectie;

comanda electronica a cutiei de viteze realizeaza schimbarea treptelor

de viteza in functie de conditiile de circulatie si de programul ales;)

Functiile dinamice ale autovehiculului mai cuprind sisteme care

regleaza:fortele dintre roata si calea de rulare(ex.ABS/ASR);sis-

temul de directie (uneori directia puntii spate);sistemul de suspensie

adaptabil;sistemele sigurantei pasive(airbag,retractor de centura de

siguranta)si de confort(sistem de aer conditionat,pozitia scaunului;

ridicator de geam electric ,sistem de inchidere centralizat sau sis-

teme de alarma si protectie).

Comunicatiile trebuiesc efectuate in " timp real".Aplicatiile de

timp real tipice pentru autovehicul sunt procesele sincrone cu arbo-

rele cotit sau procese organizate in grila fixa cu cicluri de cateva

milisecunde.Astfel impulsurile de aprindere se succed la un motor cu 6

cilindrii si o turatie de 6000 rpm la intervale de 3.3 ms.Prin urmare

daca trebuiesc transmise date pentru cilindrii selectivi privind momen-

tul aprinderii sau cantitatea de combustibil injectata,acest lucru tre-

buie sa aibe loc in fractiuni ale acestui interval.

Structura in timp a unui mesaj in sistemul CAN :

0.......1.5 ms Masurare;

1.5.......1.8 ms Calcul in microcomputerul C1;

1.8.......2.0 ms Transmisia solicitata;

2.0.......2.5 ms Transmisia propriuzisa;

2.5.......3.0 ms Calculul pe microcomputerul C2;

3.0.......3.3 ms Actiunea.

In vederea transmisiei mesajului pe magistrala BUS se construieste

un cadru de date (DATA FRAME),format din 7 campuri de biti:

- Start of frame: marcheaza inceputul mesajului si sincronizeaza

toate statiile;

- Arbitration Field:Contine identificatorul si bitul suplimentar de

control (RTR),prin care emitatorul verifica la

fiecare bit daca mai are dreptul de emisie sau

incepe emisia un emitator cu grad de prioritate

(ierarchic superior) mai mare.Bitul de control

decide daca e vorba de un "DATA FRAME" sau un

"REMOTE FRAME".

- Control Field: Contine codul pentru numarul de biti continute

de "DATA FIELD".

- DATA FIELD : Dispune de un continut informational de 0...8

Bytes.Cu informatia de lungime 0 se sincroni-

zeaza procese distribuite.

- CRC FIELD : Contine un cuvant de asigurare a cadrului de

date pentru recunoasterea eventualelor pertur-

batii de transmisie (Cyclic Redundancy Check).

- Ack Field : Contine o confirmare a tuturor statiilor care

au receptionat mesajul fara erori.

- End of Frame: Marcheaza sfarsitul mesajului.

Performante ale sistemului CAN.

-Topologie:Configuratie BUS cu o singura linie.

-Mediul de transmitere:Conductor cu una (cu restrictii) sau doua fire,

ecranate sau neecranate.

-Intindere geometrica: max.40 m la 1 MBit/s;

-Rata (viteza) de transmitere: 5kBit/s...1 MBit/s;

-Capacitatea de date: 0....8 Bytes/Mesaj (8X8 Bits/mesaj);

-Formatul mesajului :format standart sau format extins;

-Lungimea identificatorului: 11 Bits (format standart),29 Bits (format

extins);

-Lungimea mesajului:Max. 130 Bits (format standard),150 Bits (format

extins);

-Timpul de revenire maxim a sistemului dupa perturbare: 17-23 Bit/s,

in cazuri speciale 31 Bits/s.

Compatibilitate electromagnetica si

posibilitati de deparazitare electromagnetica.

Compatibilitatea electromagnetica este insusirea unui sis-

tem electric de a se comporta neutru in vecinatatea altor sisteme

electrice,adica nu perturba functionarea acestor sisteme si nu se lasa

perturbat de celelalte sisteme.

Aplicata la automobil acest lucru se exprima prin faptul ca

diferitele sisteme ca:sistemul de aprindere,de injectie electronica,

ABS,aparatul de radio etc.trebuie sa fuctioneze corect intr-o vecina-

tate restransa fara sa se influenteze reciproc.Pe de alta parte auto-

mobilul trebuie sa se incadreze neutru in mediul inconjurator fara sa

perturbe sau sa influenteze alte autovehicule sau instalatii de trans-

misii si telecomunicatii.Totodata autovehiculul trebuie sa ramana in-

tegral functionabil in apropierea unor campuri electromagnetice inten-

se (ex.in apropierea statiilor de radiemisie).

Surse de perturbatii.

-Sistemul de alimentare (unde):Alternatorul automobilului produce un

curent trifazat redresat.Cu toata netezirea din partea bate-

riei de acumulatori ramane o unduire remanenta.Amplitudinea ei

depinde de incarcarea retelei si de modul de cablare.Frecventa

ei se modifica cu turatia alternatorului respectiv a motorului

cu ardere interna.Oscilatia de baza este in banda de kHz.Intro

duse pe cala inductiva sau galvanica in aparatul radio se aude

un sunet perturbator.

-Sistemul de alimentare (impulsuri):La conectarea consumatorilor

electrici se produc in conductorii de alimentare a acestora im

pulsuri.Acestea patrund in mod nemijlocit prin conductorii de

alimentare sau prin cuplare a conductorilor in sisteme vecine.

In cazul lipsei unei acordari,declanseaza functiuni gresite

sau chiar defectari ale sistemelor vecine.

Numarul mare de impulsuri care apar in automobil se pot

clasifica in principiu in cinci grupe.Clasificarea dupa ampli-

tudine permite o acordare optimala,pentru fiecare autovehicul

a surselor de perturbatii (locuri care produc perturbatii) si

a depresiunilor de perturbatii (locurile cu sensibilitate deo-

sebita la perturbatii).La aceasta acordare poate fi prescrisa

pentru toate sursele unui autovehicul clasa II,iar depresiu-

nile (ex.aparate de conducere si reglare),cu respectarea unei

marje de siguranta se concep pentru clasa III.O deplasare spre

clasa I/II,este indicata ,daca daca deparazitarea surselor

este mai avantajoasa decat masurile de protectie a depresiu-

nilor.Daca masurile de protectie a depresiunilor se dovedesc

mai simple si mai economice,se aplica o deplasare spre clasa III/IV.

* Cauze:

1.Deconectarea unor consumatori inductivi (ex.relee sau electrovalve);

2.Deconectarea unor consumatori motorici (ex.motorul aerotermei care

produce la rotirea prin inertie supratensiuni pozitive).

3.Supratensiuni produse in urma conectarilor (a si b ).

4.Variatia tensiunii de alimentare in timpul procesului de pornire.

5.Salt de sarcina ( engl.load dump).Alternatorul incarca bateria de

acumulatori in sarcina si se intrerupe legatura (ex.sare clema de

legatura).

-Sistemul de alimentare (Frecvente inalte):

In interiorul multor componente se excita prin conectare sau

comutare curenti de inalta frecventa.Prin conductorii conec-

tati,dar mai ales prin conductorii de alimentare,acesti cu-

renti patrund in reteaua de bord mai mult sau mai putin amor-

tizati.In functie de spectrul tensiunii perturbatoare,daca are

o variatie continua sau este constituit din linii individuale

se considera perturbatori de banda larga (ex.motoarele elec-

trice de la sistemul de incalzire,stergerea parbrizului,pompei

de combustibil,alternator) sau perturbatori de banda ingusta

(ex.aparate electronice de reglare cu microcomputer).Aceasta

clasificare depinde de largimea de banda a aparatului de ma-

sura.

Conditiile de functionare a echipamentului electric si

electronic pentru autovehicule si protectia climaterica.

Spre deosebire de echipamentul electric stabil,echipamentul elec-

tric si electronic pentru autovehicule este expus direct solicitarilor

factorilor mediului inconjurator:temperatura mediului ambiant,umidita-

tea relativa atmosferica ,radiatia globala a soarelui,continutul de sa-

re din aer,praf si nisip,animale mici (rozatoare) si insecte(termite),

vibratii mecanice induse de neregularitatile caii de rulare.

Protectia echipamentului electric, fata de acesti factori, este o

problema tehnica dificila si costisitoare.Dificultatea tehnica consta

in conditiile climatice diferite ale zonelor in care sunt exploatate

autovehiculele.

Suprafata pamantului poate fi impartita in patru zone din punct de

vedere a factorilor climatici si care sunt caracterizate prin:

- zone reci,in care temperatura aerului scade in timpul iernii sub

-40 de grade C,se formeaza bruma acoperiri cu gheata.Acesti fac-

tori influenteaza functionarea bateriei de acumulatori,condi-

tiile de izolatie electrica a conductorilor si a masinilor rota-

tive.

- zone temperate,unde temperatura aerului scade in timpul iernii

la -30 grade C,iar vara atinge pana la +30 grade C.In aceste zo-

ne nu apar simultan umiditati relative peste 80%,la temperaturi

peste 20 grade C.Protectia climatica care se aplica echipamen-

tului electric pentru aceste zone este cea standard.

- zone cald-umede,in care simultan cu temperatura ridicata apare

si umiditatea relativa peste 80% ;in aceste zone exista ploi de

12 ore din 24,in decurs de cel putin 2 luni pe an;in aceste zone

actiunea factorilor biologici,radiatiile solare,roua,praful si

nisipul lasa o amprenta deosebita asupra materialelor.

- zone cald-uscate,caracterizate prin existenta unei temperaturi

maxime in timpul verii de +50 grade C,radiatii solare puternice

si umiditati relative scazute;de asemenea exista variatii de

temperatura mari intre zi si noapte si cantitati de praf si ni-

sip importante in aer;factorii biologici actioneaza in masura

mai redusa.

Prin STAS 6692-79 se prevad tipurile de protectie climatica

simbolizate cu initialele cuvintelor din limba latina: T-tropicus,F-

frigidus,A-aridus,H-humidus.Tipurile de protectie climatica,in afara de

protectia standard sunt:

TF -protectie contra actiunii factorilor climatici din climatul

cald-umed,climatul cald-uscat si climatul rece.

THA -protectie contra actiunii factorilor climatici din climatul

cald-umed si din climatul cald-uscat.

TH -protectie contra factorilor climatici din climatul cald-umed.

TA -protectie climatica contra factorilor climatici din climatul

cald-uscat.

F -protectie contra factorilor climatici din climatul rece.

TRANSMISII AUTOMATIZATE

Transmisiile automate cuprind :

- Cutii de viteze automatizate sau automate ;

- Cutii de distributie automate pentru autovehicule 4X4 sau 6X6 ;

- Punti motoare cu comanda automata.

CUTII DE VITEZE AUTOMATIZATE SI AUTOMATE

Cutiile de viteza automatizate sunt cutii de viteza standard cu schimbarea manuala a treptelor, la care sau adaptat actuatori pentru schimbarea automata dupa program a treptelor de viteza (Fig.1).Segmentul de reglare este reprezentat de ambreiajul 5 si de cutia de viteze 11.Elementul de pozitionare ,adica actuatorii sunt reprezentati de actuatorul ambreiajului 6, actuatorii de schimbarea treptelor 3,actuatorul retarderului 7 si microcontrollerul ABS/ASR si sunt de tipul electrovalva ( pentru actionare hidraulica sau pneumatica de la sursa

12) si electrodinamici .Microcontrollerul 2 primeste marimile de intrare de la selectorul de regim 9 , de la microcontrollerul 1( EDC/ ME) a managementului motorului 4 si microcontrollerului ABS/ASR.Marimea reglata se transmite actuatorilor si display-ului de informare 8. Schimbul de date intre microcontrollere si actuatori se efectuiaza pe magistrala de date CAN.

Fig.1 Schema bloc de schimbare automatizata a treptelor de viteza

Cutiile de viteza automatizate au raspandire in special pe autocamioane ,autobuze si autotrenuri.Ele se caracterizeaza prin :

- Constructie modulara ( monomodular pana la 6 trepte,2 module pana la 9 trepte si gama rapoartelor de

transmitere transmitere 4..9 ; 3 module pana la 16 trepte cu rapoarte de transmitere 13)

- randament ridicat ;

- Costuri mici ;

- Technologie identica pentru cutii cu schimbare automata si manuala.

La sistemele de schimbare cele mai simple timoneria este inlocuita cu un sistem de conducere /comanda.Parghia cutiei de viteze genereaza in acest caz numai semnale electrice.Alte executii insotesc aceste semnale cu recumandari pentru schimbarea treptei.

Avantajele sunt :

-Pozitionare simpla pe vehicul (dispare timoneria);

-Usurarea schimbarii treptei ;

- Siguranta la deservire eronata.

In cazul cutiilor de viteze automatizate atat procesul de plecare din loc cat si schimbarile de trepte se efectuiaza automat cu posibilitatea suprapunerii schimbarii manuale.Schimbarile treptelor de viteza au loc cu intreruperea fluxului de putere.Pentru a comanda o cutie de viteze este nevoie de o strategie complexa .Nu este suficienta comanda dupa o schema anumita a schimbarii treptelor.Pentru a corela criteriile de economicitate si dinamica optima este necesara luarea in considerare a rezistentei actuala la mers (Incarcatura si profilul drumului).Aceasta evaluare o preia micrcontrollerul .Pe baza informatiilor de la μC EDC sau μC EGAS se realizeaza turatia ceruta.Microcontrollerul preia si oeratiile de sincronizare.

CUTII DE VITEZA COMPLECT AUTOMATE

Cutiile de viteza automate pot fi :

-Cutii de viteza in trepte hidrodinamice ;

-Cutii de viteza continue (CVT);

-Cutii de viteza paralele (CVP).

Aceste cutii de viteza preiau plecarea din loc ,selectarea rapoartelor de transmitere si schimbarea treptei in mod autonom sub sarcina ,fara intreruperea fluxului de putere.Ca element de pornire din loc se utilizeaza un convertizor hidraulic (Fig.2) ,ambreiaje polidisc umede dar si ambreiaje uscate in tractiunea hibrida. Conditionat de principiul de functionare ,randamentul transmisiilor automate este mai mic decat cel al cutiilor de viteza comandate manual sau automat datorita alunecarii relative din convertizor. Pentru reducerea acestui dezavantaj s-a instalat ambreiajul 2 de scurtcircuitare a convertizorului 3, comandat in functie de alunecarea relativa dupa pornirea din loc.

Fig.2 Cutia de viteza automata ZF 5 HP24 cu 5 trepte.

1-Arbore cotit; 2-Ambreiaj de scurtcircuitare ; 3-Convertizor ; 4-Transmisie planetara in 5 trepte formata din 3 grupuri planetare cu 3 frane lamelare,3 ambreiaje (cuplaje ) lamelare actionate dinamic si un cuplaj unisens; 5- sistemul de comanda electrohidraulic ; 6- Arborele secundar.

Fig.3 Schema bloc a sistemului de actionare electrohidraulic automat

1-sselector de regim; 2- Selector de program ; 3-Sensor clapeta de acceleratie; 4-Modulator depresiune 5-Kick-down ; 6- Sensor turatie ;7-arbore primar ; 8-regulator de presiune ; 9-Electrovalva frana de parcare; 10-electrovalve “2/2 ”de schimbarea treptei ; 11-μC ; 12-lampa semnalizare ; 13-inteerventie la motor.

Sensorii achizitioneaza semnalele turatiei de iesire din cutia de viteze ,starea de sarcina si turatia a motorului pozitia selectorului,tipul de program si comutatorului kick-down. Semnalele de intrare sunt prelucrate in μC dupa un program prestabilit si furnizate actuatorilor cutiei de viteze.Actuatorii (fig.7) si convertizorul constituie interfete electrice/hidraulice.Pentru stabilirea unor presiuni adecvate solicitarii din frane,ambreiaje si convertizoare se utilizeaza regulatoare de presiune analoge sau digitale (fig.6).

Programele de mers rezulta din fig. 4.Pentru programul de economicitate schimbarea treptelor de la mic la mare se stabileste la viteze cat mai mici pentru a lasa motorul in apropierea polului de consum minim.La programul dinamic se utilizeaza la maxim acceleratia mai mare din treptele inferioare astfel ca schimbarea de la mic la mare se produce tarziu. In vederea evitarii unei suprasolicitari a elementelor de cuplare se aplica o histereza intre liniile de schimbare a treptelor mare/mic si mic/mare.Semnalul kick-down permite o schimbare fortata in limita turatiei maxime a motorului de la mare la mic.

Fig.4 Programul de schimbare automata a treptelor de viteza

Confortul de schimbarea treptei ,care se manifesta prin socuri dinamice (fig.5) la schimbarile de trepte datorita variatiei in timp a actiuni elementelor de cuplare a treptelor ,se imbunatateste prin asanumita interventie la motor (IM).IM se realizeaza prin reducerea momentului pe timpul schimbarii treptei.Reducerea momentului se realizeaza prin micsorarea unghiului de avans la aprindere pe durata schimbarii treptei.

Fig.5 Desfasurarea in timp a unei schimbari de viteza de la mic la mare

a.fara interventia la motor b. Cu interventie la motor

Fig. 6 Constructia regulatorului de presiune electro-hidraulic si caracteristica acestuia

Fig.7 Electrovalva 2/2 de schimbarea treptei de viteza

O strategie complexa de schimbare a treptelor de viteza este prezentat schematic in fig.8 unde apar ca marimi de intrare suplimentare acceleratia longitudinala si transversala care permit luarea in considerare a obiceiurilor in conducere a conducatorului auto la imbunatatirea capacitatii de mers (CDM) a autovehiculului.Semnalele de intrare achizitionate se prelucreaza pe trei nivele (fig.8):

I .Adaptarea marimilor masurate la caracteristicile de schimbare a treptelor

II. Influentarea de scurta durata : -Evitarea schimbarilor de treapta de la mic la mare inaintea curbelor;

-Mentinerea treptei de viteza in curba;

-Salt activ in SK 5 ...

-Functii speciale ex.schimbare de la mic la mare pe carosabil cu aderenta

scazuta.

III.Schimbare manuala prin prevederea unui canal de selectare suplimentar ±.

Fig.8 Planul de desfasurare a strategiei de schimbarea treptelor de viteza la sistemul Tiptronic

Cutii de viteze compuse cu doua ambreiaje asanumite cutiide viteze paralele (CVP engl.DCT germ.PSG).

Aceste cutii de viteza see compun din doua cutii de viteza partiale care actioneaza pe acelas angrenaj de iesire.Fiecare sub-cutie se compune dintr-un ambreiaj si un set de pinioane pentru treptele impare si mersul inapoi respectiv pentru treptele pare.In timp ce este cuplata o treapta se preselecteaza treapta urmatoare pe ramura descarcata de fluxul de putere.Elementele de cuplare ale treptelor si ambreiajele sunt actionate de actuatori electrodinamici.

O categorie aparte il constituie cutiile de viteza paralele pentru tractiune hibrida motor termic/electromotor.

Tractiunea hibrida reprezinta o alternativa constructiva pentru reducerea in continuare a consumului de combustibil si emanarea de CO2 (Fig.10).

Transmisia hibrida permite facilitati suplimentare ca:

-Optimizarea pornirii la temperaturi joase

-Utilizarea procedeului stop/start in circulatia urbana;

-Recuperarea de energie la incetinire.

In cazul unui autoturism din clasa mijlocie mica (1300 cm3) puterea agregatului electric care asigura cca 90% din potentialul de economisire a consumului de combustibil este de cca 10 kW (fig.9).Agregatul electric este o combinatie dintr-un generator electric asincron si un motor electric asincron E(G/M).Acest agregat poate fi pozitionat in paralel cu cutia de viteze (fig.10) sau pe arborele cotit intre motorul cu ardere interna si cutie de viteza.

Fig.9 Alegerea puterii optime a E(G/M) la transmisii hibride

Structura transmisiei hibride rezulta din schema cinematica fig.10:

1-Actuatorii ambreiajelor 3; 2-Actuatorii elementelor de cuplare a cutiei de viteze; 4-arbore primar I ; 5- Arbore primar II ;6-Agregatul electric E(G/M) ; 7-Electronica de putere; 8-Acumulator de energie 12/36 V; 9-Compresorul instalatiei de climatizare ; 10- Cuplajul mecanic pentru pornirea la temperaturi joase.

Fig.10 Schema cinematica a CVPE

Prin includerea in lantul cinematic al agregatului electric cresc masele de inertie si sincronizarea la schimbarea treptelor 2 si 4 este ingreunata.Modul cum poate fi atras agregatul electric in sprijinul sincronizarii rezulta din fig.11,pentru cazul schimbarii fortate 4-2.

Fig.11 Desfasurarea in timp a schimbarii de treapta 4/2 si pornirea din Stop/start

Pentru a mentine confortul de schimbare a CVPE fata de CVP trebuie restabilita dinamica CVP.Pentru indeplinirea timpilor de cuplare,agregatul electric trebuie sa sustina procesul de sincronizare.Dupa initierea procesului de schimbarea treptei se solicita din partea agregatului un moment motor redus pana la deplasarea mansonului de

cuplare din pozitia cuplata 4 in pozitia neutra.La recunoasterea pozitiei neutre se solicita agregatului electric un cuplu marit pana la pana la atingerea turatiei tinta de 3400 rot/min pentru a sprijini sincronizarea mecanica.In aceasta perioada agregatul electric poate fi supraincarcat pentru un interval de timp scurt.Dupa atingerea turatiei intr-o “fereastra” prestabilita momentul agregatului se reduce pentru a nu incetinii sincronizarea mecanica din cauza unui moment contrar.Durata procesului de sincronizare este circa 180 ms.

Dinamica cu care se produce repornirea motorului cu ardere interna este primordiala in acceptarea unui procedeu stop/start.Actuatorii electrici permit o inchidere complecta a ambreiajului A2 si o reglare la cuplul de pornire din loc a ambreiajului A1 inca din faza de stationare.La eliberarea pedalei de frana ,dupa excitarea agregatului electric (cca 70 ms) momentul creste pana la cca 140 Nm pentru accelerarea motorului cu ardere interna.Aproximativ 10 Nm trec prin ambreiajul A1.Dupa 140 ms dela eliberarea pedalei de frana ,jocurile din transmisie sunt anulate si vehiculul se pune in miscare.La cca 290 ms dupa eliberarea pedalei de frana motorul cu ardere interna ajunge la turatia de mers in gol si produce primele aprinderi.Dupa pornire agregatul electric este decuplat si trecut in regim de generator in treapta 2.

Fig.12 Recuperarea de energie si pornirea motorului postrecuperare

Pentru evitarea pierderilor de putere in motorul cu ardere interna ,la franarea cu motorul momentul rezistent dat de motor este inlocuit cu momentul generator al agregatului.Deosebit de importanta este repornirea motorului cu ardere interna dupa recuperarea puterii (fig.12).Etapa I , ridicarea pedalei de acceleratie si incetinirea autovehiculului. Etapa II tranzitorie cuprinde decuplarea motorului cu ardere interna si cuplarea generatorului electric.Etapa III regim de recuperare ; Etapa IV repornirea motorului prin apasarea pedalei de acceleratie.Repornirea are loc dupa doua strategii diferite:

-Repornire prin impuls ,la viteze reduse.

-Repornire directa (fig.12b) la viteze peste 55 km/h.

O imbunatatire a demarajului se poate obtine prin cuplarea in paralel a motorului cu ardere interna si electromotorului cu functie de amplificare (boost).

Fig.13 Performantele obtinute cu transmisia CVPE comparativ cu CVP

In figura 13 se prezinta unele performante obtinute cu CVPE comparativ cu CVP.

INTERCONECTAREA SISTEMELOR ELECTRONICE

Legislatia si mediul ambient Dorintele clientilor

-reducerea continua a noxelor -individualizarea autovehiculului

-reducerea consumului de combustibil -climatronic de N-zone

-ridicarea sigurantei traficului -confort sporit

-compatibilitate cu mediul inconjurator -personalizare s.a.

conditioneaza cerinte

care se concretizeaza in crestera complexitatii automobilului

impunand oferte tehnice privind

asistarea conducatorului auto asistarea autovehiculului

privind degrevarea de sarcini si privind interventii mai rapide si mai

favorizarea concentratiei: precise decat omul in situatii dificile

-ACC -ABS

-HHC -ESP

-Navigatie -Airbag

-Hibrid -X by wire

Sub influenta acestor cerinte si a presiunii costurilor sau dezvoltat sisteme partiale in vehicul in interconexiuni de sisteme la nivel de vehicul (injectia de benzina,sistemul de aprindere ABS,Radio)in care se schimba informatii prin magistrale de date (DATABUS ex.CAN) si in care sunt posibile influentari reciproce.

Standardizarea la nivel de producatori a unor componente,subsisteme si functii partiale intr-o astfel de interconexiune (retea) este o conditie pentru scurtarea timpilor de dezvoltare in contextul ridicarii continue a fiabilitatii si disponibilitatii sistemelor in conditii de economisire a unor componente prin utilizarea informatiilor din alte sisteme.

In prezent exista deja interconexiuni de sisteme in autovehicule de ex. sistemul de antipatinare (ASR)si sistemul de reglare a dinamicii de mers (ESP)care se bazeaza pe ea.Functiile ierarchizate superior se realizeaza prin faptul ca la patinarea rotilor microcontrollerul ASR comunica cu sistemul Motronic pentru a determina acolo o reducere temporara de moment. Similar informeaza un sistem de climatizare sistemul Motronic despre iminenta conectarii si deci a necesitatii maririi momentului resp.turatiei.

Realizarea unor astfel de functii care depasesc cadrul subsistemului si la realizarea carora participa doua sau mai multe subsisteme necesita conventii asupra interfetelor si functionalitatii sistemelor partiale. Trebuie convenit care informatii necesita un sistem partial si ce marimi de influenta pot fi comandate cu ele.Aceasta este cu atat mai dificil cu cat subsistemele sunt dezvoltate separat(uneori de furnizori diferiti) iar adaptarea la un anumit model de autovehicul respectiv la cerintele unui anume producator este costisitor si devine sensibil la defectari.

Transpunerea crescanda a functionalitatilor prin software impune extinderea conventiilor privind interfetele si standardizarea si la nivel de software.

Cartronic este un concept de ordonare ierarhic si descriere a tuturor sistemelor de conducere/reglare a unui autovehicul.

Cartronic contine reguli ferme pentru:

**Arhitectura si structura subsistemelor si interconectarea

acestora in retele;

**Arhitecturi modular extensibile pentru FUNCTIUNI,SIGURANTA si

ELECTRONICA pe baza acestor reguli formale.

**Standardizarea la nivel de interfete si soft.

In felul acesta sistemul global “Autovehicul” devine complect descriptibil.

Fara a cunoaste functionarea interna a diferitelor subsisteme, subfurnizorii pot corela conlucrarea produselor lor,fara sa fie necesare modificari de anvergura la scara mare conditionate cauzal de productie sau model.

Structurare si arhitectura

Este necesara o sistematizare unitara a structurii si transpunerea ei concreta printr-o structura derivata formalizata.

Architectura functiunii la nivel de autovehicul cuprinde totalitatea sarcinilor de conducere si reglare care pot apare la un autovehicul.

Se definesc componente logice care reprezinta sarcinile pentru reteaua respectiv sistemul interconectat.

Interfetele respectiv locurile de conexiune a componentelor si actiunea lor comuna se stabilesc conform analizei cerintelor.

Arhitectura de sistem astfel stabilita trebuie largita cu o arhitectura de siguranta , care contine elemente suplimentare care garanteaza exploatarea sigura si fiabila a sistemului global.

Reteaua respectiv sistemul interconectat se realizeaza prin transpunerea diferitelor componente logice si functionale pe componente hardware (electronica, microcontrollere de reglare/conducere).

Topologia hardware optimizata rezultata ii sunt imprimate insusirile specifice ale modelului de autovehicul (ex.dimensiuni,repartitii spatiale etc).

Reguli de arhitectura

Regulile arhitecturii functiunii sau domeniului servesc la deducerea si organizarea sistemului interconectat din cerinte ,independent de topologia

specifica hardware sau retelei.Ele se formeaza exclusiv din considerente logice, functionale si nefunctionale (ex.costuri,fiabilitate).De aceea regulile definesc componente precum si interactiuni reciproce admise in sensul de relatii de intercomunicare.

Fig.1 Arhitectura functionala Cartronic

Elemente de structurare

Elementele arhitecturilor sunt sisteme , componente si relatii de comunicare pentru descriere formala a unei interconexiuni de sistem precum si regulile de structurare si modelare pentru configurarea interactiunii si descrierea unor dependente. Finetea detailarii componentelor este determinata in principal de refolosirea lor in alte sisteme ( brut pe cat posibil,fin pe cat de necesar).

Sisteme ,componente,interfete

In acest sens sistemul este o comuniune de componente care sunt in legatura prin mecanisme de comunicare si indeplinesc o functie ierarhic superioara dincolo de functia individuala.Notiunea de componenta nu se refera in mod expres la o unitate fizica ( ex.piesa),ci la o unitate functionala.

Cartronic deosebeste trei tipuri de componente:

-Componente cu sarcini majoritar de coordonare;

-Componente cu probleme in principal operative;

-Componente care genereaza exclusiv informatii pe care le pun la dispozitie si

le transmit mai departe.

Interfetele componentelor descriu posibile relatii de comunicatii care pot fi stabilite cu alte componente .Unde este posibil vor fi alese cu precadere marimi fizice ca interfete (ex.momentul motor).

Descriere de sistem

Descrierea unui sistem consta in prezentarea tuturor componentelor functionale cu relatiile lor de comunicare si interactiuni reciproce.

Reguli de structurare

Regulile de structurare descriu relatii de comunicare permise intre diferitele componente in cadrul sistemului arhitectural.Corespunzator structurii incepute la autovehiculul si pana la componenta individuala se elaboreaza un concept ierarhic.

In mod corespunzator exista reguli de structurare pentru relatiile de intercomunicare dintre componentele apartinand aceluias nivel si cu componente care fac parte din nivele diferite.In afara de acestea exista reguli de structurare pentru transmiterea comunicatiilor de la un subsistem la altul.

Reguli de modelare

Regulile de modelare contin tipare (modele) care reunesc componente si relatii de intercomunicare pentru solutii la probleme speciale cu aparitii multiple pe autovehicul.Aceste tipare pot fi reutilizate in diferite locuri in cadrul structurii autovehiculului.

Caracteristici arhitecturale

O structura reprezentata cu regulile de structurare si modelare indica caracteristici si insusiri unitare:

-Flux de sarcini ierarhic (sarcini vor fi primite numai de la nivele superioare

sau de acelas nivel);

-Deosebire stricta intre coordonatori si surse de informare (elemente de

deservire,sensori);

-Delimitare clara intre diferitele componente dupa principiul black-box (vizibil

cat e necesar,invizibil pe cat posibil).

Analiza cerintelor

Conceptual analiza cerintelor pentru un sistem interconectat/retea aflat in proiect sau existent porneste de la analiza functionalitatii si a conditiilor de frontiera (ex.toleranta erorii la sisteme relevante pentru siguranta) a sistemelor pana acum independente si a mediului acestora.Aceste conditii de frontiera secundare se considera conditii nefunctionale.Intrucat analiza se desfasoara la nivel functional (adica independent de realizarea hard concreta) si expresiile vor fi general valabile fara amprenta specificului autovehiculului.O structurare fundamentata la acest nivel permite limitarea multitudinilor de hardware si software si utilizarea unor unitati de baza electronice pentru functiile de baza la mai multe tipuri de autovehicule.

Integrarea conceptului CARTRONIC in procesul de conceptie/dezvoltare

Etapa I

Conceptul Cartronic sprijina in procesul de dezvoltare sistematic integrarea cerintelor producatorului de automobile in structuri functionale cu relatii de comunicare simple (Analiza cerintelor).

Etapa II

Structura functionala este mai precis specificata.Prin limbajul de modelare (ex.UML –unified modelling language)se transpun relatiile de comunicare intr-un model structural si de comportare (analiza de model).

Etapa III

La precizarile in continuare a modelului de analiza se adauga cerinte functionale (ex.timpi de reglare) si nefunctionale (siguranta,costuri) in modelul de design.

Etapa IV

Implementarea se poate realiza cu unelte orientate aplicativ (Matlab/Simulink).

Fig.2 Obiectul activitatii AUTOSAR

In 2003 s-a infiintat AUTOSAR (AUTOMOTIVE OPEN SYSTEM ARCHITECTURE) o asociatie cooperanta in dezvoltari,a carei membrii sunt producatori de autovehicule si subfurnizori de componente electronice.Unul din telurile asociatiei fiind standardizarea in bransa a arhitecturii sistemelor si softurilor.Un obiectiv major imediat este standartizare softului de baza si separarea acestuia de platforma utilizatorului printr-un RUNTIME ENVIRONMENT

Fig.3 Imagine de arhitectura cu Runtime Environment

Schema logica de actiune a AUTOSAR rezulta din fig.3.

Interconexiunea in RETELE DE COMUNICARE

Pentru realizarea unor functiuni noi in electronica auto,devine

majora importanta intensificarii intercorelarii aparatelor de reglare

si conducere a proceselor(ECU).Pentru a organiza cu metode traditionale

aceasta corelare ar fi necesare repartizarea unor conductori separati

pentru diferitele semnale.

Cresterea componentelor electrice,a actuatorilor si sensorii

sistemelor electronice ,necesita in cazul electronicii pentru caro-

serie la un autovehicul din clasa mijlocie cu dotari speciale un ca-

blaj din ce in ce mai complex (Numarul conexiunilor a ajungand la

1000,iar lungimea insumata a conductorilor la 1000 ...3000 m).

Solutia Arhitectura de retea si arhitectura functionala (CARTRONIC)

reprezinta una din cele mai importante solutii pentru realizarea

unor sisteme electronice in autovehicul.

Exista patru domenii de aplicatie cu cerinte diferite in

autovehicul :

-Infotainment (Multimedia) MOST (Media Oriented System Transport); 50 Mbit/s

-Caroserie BSS / LIN (Bit-synchrone-interfata / Local

Interface Network ); pana la 20 kBit/s

-Grupul motopropulsor; CAN(Controller Area Network);

TTCAN (Time Triggerid CAN)

-Dinamica de mers. TTCAN ; Flex Ray; 10 Mbit/s ;

Cerinte crescande determina dezvoltarea in continuare a sistemelor electronice.Din acestea fac parte:

* Integrarea de functii din electronica de date cu electronica de

divertisment (“Infotainment”) ;

* Conectarea la calculatoare externe si servicii prin radio mobil.

CAN (Controller Area Network).

Functiile grupului motopropulsor cuprind managementul de motor(ex.

Motronic sau EDC la motorul MAC;pedala de acceleratie electronica la

care pozitia pedalei de acceleratie este transpusa,luand in considera-

tie si alte date ale autovehiculului intr-o pozitie a clapetei de acce-

leratie la motorul MAS sau o pozitie a cremalierei pompei de injectie;

comanda electronica a cutiei de viteze realizeaza schimbarea treptelor

de viteza in functie de conditiile de circulatie si de programul ales;)

Functiile dinamice ale autovehiculului mai cuprind sisteme care

regleaza:fortele dintre roata si calea de rulare(ex.ABS/ASR);sis-

temul de directie (uneori directia puntii spate);sistemul de suspensie

adaptabil;sistemele sigurantei pasive(airbag,retractor de centura de

siguranta)si de confort(sistem de aer conditionat,pozitia scaunului;

ridicator de geam electric ,sistem de inchidere centralizat sau sis-

teme de alarma si protectie).

Comunicatiile trebuiesc efectuate in " timp real".Aplicatiile de

timp real tipice pentru autovehicul sunt procesele sincrone cu arbo-

rele cotit sau procese organizate in grila fixa cu cicluri de cateva

milisecunde.Astfel impulsurile de aprindere se succed la un motor cu 6

cilindrii si o turatie de 6000 rpm la intervale de 3.3 ms.Prin urmare

daca trebuiesc transmise date pentru cilindrii selectivi privind momen-

tul aprinderii sau cantitatea de combustibil injectata,acest lucru tre-

buie sa aibe loc in fractiuni ale acestui interval.

Structura in timp a unui mesaj in sistemul CAN :

1.5 ms Masurare;

0.3 ms Calcul in microcomputerul C1;

0.2 ms Transmisia solicitata;

0.5 ms Transmisia propriuzisa;

0.5 ms Calculul pe microcomputerul C2;

0.3 ms Declansarea actiunii.

TOTAL 3.3 ms

MANAGEMENTUL DINAMICII LONGITUDINALE

Asupra rotii automobilului creiaza momente grupul motopropulsor si sistemul de franare.Aceste momente erau considerate pana nu de mult ca fiind independente.

Influentarea reciproca a fost evidentiata cel mai tarziu in momentul crearii ASR.In perspectiva dinamica longitudinala va trebui sa includa atat atat managementul grupului motopropulsor cat si managementul de franare la care se adauga managementul demaror/alternator in cazul tractiunii hibride.

INTERCONECTAREA DINAMICII LONGITUDINALE,TRANSVERSALE SI VERTICALE

Avantajele unui management al stabilitatii miscarii a fost evidentiat prin interconectarea dinamicii longitudinale si dinamica transversala a ESP.Aceasta interconectare a fost posibila in urma aplicarii conceptului “X by wire”.

Fig.3 Interconectarea subsistemelor sasiului

Extinderea dinamicii longitudinale si transversale cu dinamica verticala va crea managementul global al sasiului automobilului.

INTERCONECTAREA SIGURANTEI ACTIVE SI PASIVE

Potentialul sigurantei active si pasive se va mari prin interconectarea acestora.Un exemplu il constituie sistemul APIA.

In vederea transmisiei mesajului pe magistrala BUS se construieste

un cadru de date (DATA FRAME),format din 7 campuri de biti:

- Start of frame: marcheaza inceputul mesajului si sincronizeaza

toate statiile;

- Arbitration Field:Contine identificatorul si bitul suplimentar de

control (RTR),prin care emitatorul verifica la

fiecare bit daca mai are dreptul de emisie sau

incepe emisia un emitator cu grad de prioritate

(ierarchic superior) mai mare.Bitul de control

decide daca e vorba de un "DATA FRAME" sau un

"REMOTE FRAME".

- Control Field: Contine codul pentru numarul de biti continute

de "DATA FIELD".

- DATA FIELD : Dispune de un continut informational de 0...8

Bytes.Cu informatia de lungime 0 se sincroni-

zeaza procese distribuite.

- CRC FIELD : Contine un cuvant de asigurare a cadrului de

date pentru recunoasterea eventualelor pertur-

batii de transmisie (Cyclic Redundancy Check).

- Ack Field : Contine o confirmare a tuturor statiilor care

au receptionat mesajul fara erori.

- End of Frame: Marcheaza sfarsitul mesajului.

Performante ale sistemului CAN.

-Topologie:Configuratie BUS cu o singura linie.

-Mediul de transmitere:Conductor cu una (cu restrictii) sau doua fire,

ecranate sau neecranate.

-Intindere geometrica: max.40 m la 1 MBit/s;

-Rata (viteza) de transmitere: 5kBit/s...1 MBit/s;

-Capacitatea de date: 0....8 Bytes/Mesaj (8X8 Bits/mesaj);

-Formatul mesajului :format standart sau format extins;

-Lungimea identificatorului: 11 Bits (format standart),29 Bits (format

extins);

-Lungimea mesajului:Max. 130 Bits (format standard),150 Bits (format

extins);

-Timpul de revenire maxim a sistemului dupa perturbare: 17-23 Bit/s,

in cazuri speciale 31 Bits/s.

Bibliografie:

[1] AUTOMOTIVE ELECTRONICS (Supl.ATZ/MTZ) nr.3/2005 si nr.9/2005;

[2] BOSCH : KRAFTFAHRTECHNISCHES TASCHENBUCH ed.25 Vieweg-Verlag 2003.

[3] Berger Reinhard si col.“ESG-Elektrisches Schaltgetriebe“ ATZ nr.6/2005.

MANAGEMENTUL ELECTRONIC AL MOTORULUI DIESEL

Fig. 1 Caracteristica regulatorului pompei de injectie pentru automobile cu motor

aspiratie

1-punctul de reglare a mersului in gol; 2-Linia sarcinii maxime ; a-adaptare pozitiva in domeniul turatiilor mari.

Fig.2 Caracteristica regulatorului pompei de injectie pentru motoare supra – alimentate.

1-Linia de mers in gol ; 3-Linia de sarcina maxima la supraalimentare; 4-Linia de sarcina maxima la aspiratie ;

5-Linia de sarcina maxima la aspiratie cu reglaj de altitudine; 6-reglare de turatie intermediara; 7-debit reglat dependent de temperatura.

Fig.3 Sensor inductiv pentru masurarea cursei cremalierei la pompa de injectie liniara

1-Jug din tole stantate; 2-bobina de referinta ; 3-Inel de scurtcircuitare fix; 4-cremaliera ; 5-bobina de masurare;

6-inel de scurtcircuitare mobil ;

Sistemele de injectie utilizate in prezent la motoare Diesel cu EDC sunt:

-motoare cu pompe de injectie lineare utilizate la motoare de putere mare;

-motoare cu pompa de injectie rotative utilizate in special la autoturisme;

-sistemul de injectie common rail;

-sisteme de injectie individuala UI (Unit injector)

-sisteme de injectie UP (Unit pump).

Fig.4 Pompa de injectie liniara cu actuator electromagnetic implementata in EDC

Fig.5 Pompa de injectie rotativa implementata in EDC

SISTEMUL DE INJECTIE „COMMON RAIL“ (CR)

Sistemul de injectie CR permite integrarea sistemului de injectie cu facilitatile sale pe motorul Diesel pentru a obtine grade de libertate suplimentare in desfasurarea arderii.Caracteristica principala a sistemului consta in independenta presiunii de injectie fata de turatie si cantitatea injectata. Decuplarea crearii presiunii de procesul de injectie se realizeaza cu ajutorul unui acumulator volumic .Volumul hotarator pentru functionarea corecta se compune din rampa comuna (7) ,conductele de legatura la injectoare si injectoarele electromagnetice (8). O pompa cu pistoane in executie de inalta presiune (4) realizeaza presiunea necesara.

Autoturisme (pompa cu pistoane radiala )........................1600 bar

Autovehicule comerciale (pompa cu pistoane in linie)....1400 bar

Pana in prezent exista trei generatii de sisteme common rail:

CRS1- Pompa de inalta presiune a fost conceputa cu reglaj de debit maxim .La mers in gol si sarcini partiale surplusul de combustibil trebuia returnat in rezervor.Prin urmare se pierdea energie pentru comprimare inutila.

CRS2- S-a introdus o reglare de presiune in circuitul de josa presiune.Ca urmare se comprima un debit de combustibil corelat cu necesarul debitului injectat.Randamentul hidraulic a crescut si temperatura combustibilului a fost redusa. Rampa comuna cilindrica a fost inlocuita cu o rampa sferica.Timpul de raspuns a injectoarelor a fost redus la 300 ms (producator firma DELPHI pentru motorul K9K al autoturismului Renault Clio 1.4).O extindere a facilitatilor a fost realizat printr-un sensor de vibratii montat pe blocul motor care supravegheaza functionarea injectoarelor fiecarui cilindru .O crestere a vibratiilor denota o uzura la injector si se corecteaza din timpul de deschidere a acestuia.

CRS3- Introducerea injectorului piezoceramic de Siemens VDO Automotive PCR (piezo common rail system).

Fig.6 Sistemul de injectie CR

1-rezervor de combustibil ; 2-filtru ; 3-Pompa de alimentare de joasa presiune;4-pompa de inalta presiune cu pistoane; 5-regulator de presiune ; 6-Sensor de presiune; 7-Rampa de distributie; 8-injectoare electromagnetice ;

9-semnale sensori (turatia motorului;faza de distributie;cursa pedalei de acceleratie;presiunea de supraalimentare;temperatura aerului;temperatura motorului);10-Microcontroller.

Injectorul electromagnetic (Delphi)

Injectorul electric se compune din pulverizatorul format din acul diuzei si diuza.Fazele de lucru rezulta din fig.7.

In faza 1 asupra acului diuzei actioneaza presiunea inalta in partea inferioara si superiora.Prin urmare in partea superioara forta hidraulica are acelas sens cu arcul de inchidere.In faza 2 este actionata supapa electromagnetica care se ridica cca 28 μm ,deschidere suficienta pentru scaderea presiunii in aval de drosel.Ca urmare acul diuzei se ridica si combustibilul se injecteaza in camera de ardere.

Fig.7 Fazele de lucru ale injectorului Delphi

In faza treia electrovalva se inchide sic a urmare creste presiunea ajutand arcul sa inchida diuza si ciclul se reia.

Injectorul piezoceramic

Fig.8 Injectorul piezoceramic

Electrovalva a fost inlocuita cu un paralelepiped de 7x7x30 mm format din 400 platine ceramice.La aplicarea unei tensiuni electrice structura expandeaza cu 40 μm.Aceasta expandare se amplifica cu un dispozitiv de parghie la 70-80 μm suficient pentru obturarea si deschiderea unui orificiu de supapa calibrat.Timpul de raspuns este de 4-5 ori mai mic decat al electrovalvei.Injectorul acopera un domeniu de presiuni pana la 1500 bar si cantitati injectate de 1..1,5 mm3 .

Actuatorul piezo (inversul sensorului piezo) actioneaza direct hidraulic asupra acului diuzei astfel incat dispare legatura mecanica intre actuator si ac.Prin aceasta dispar si deformatii elastice si frecari perturbatoare.Masa mai redusa si scaparile sensibil mai mici permit obtinerea unor avantaje ca:

-Constructie compacta ;

-Masa redusa cu aproape 50%;

-Se pot realiza mai multe injectari pe ciclu (ex.doua preinjectari una principala si doua post-injectari ;

-Cantitatile preinjactari pot fi reduse inca odata;

-Distantele dintre injectari pot fi reduse.

Aplicatia la motor permite grade de libertate care pot fi folosite fie pentru:

-reducerea zgomotului motorului;

-scaderea emisiilor cu pana la 20%;

-cresterea puterii motorului;

fie pentru reducerea consumului de combustibil.Datorita scaparilor mai mici se pot folosi pompe de presiune inalta mai mici.

Fig.9 Unitatea injector/pompa a sistemului UIS

Fig.10 Unitatea pompa-injector a sistemului UPS

Fig.11 Sistemul de injectie UPS

Pornirea la rece a motorului Diesel

Fig,12 Montarea bujiei incandescente in camera de turbulenta

Fig.13 Caracteristica r=f(T) pentru rezistentele de incalzire 1 bujie normala 2 bujie rapida

Fig.14 Variatia temperaturii bujiei in functie de turatie si sarcina motorului

1 sarcina maxima 2-sarcina partiala 3-sarcina de mers in gol

Fig.15 Caracteristica bujiei S—RSK (1) si GSK2 (2)

Bujiile Rapiterm au un stift incandescent din material ceramic.Temperatura maxima de incandescenta este de 1300° C.Consumul de energie forte redus ci durabilitate mare (cat motorul).

SISTEME ELECTRONICE ALE AUTOMOBILULUI

Grupul motopropulsor

Managementul motorului cu aprindere prin scanteie

Sistemul de injectie electronic in poarta supapei ex.ME-Motronic

Sistemul de injectie electronic direct ex .DI-Motronic

Managementul motorului Diesel (EDC)

-dotat cu pompa de injectie liniara

-pompa de injectie rotativa

- common rail

- unitate pompa - injector

Comanda electronica a cutie de viteze

Control Area Network (CAN)

Siguranta activa

-Sistemul de antiblocare pentru frane hidraulice ABS

-Sistemul de antiblocare pentru frane pneumatice

-Sistemul antipatinare ASR

-Servodirectia cu comanda electrica

-Programul electronic de stabilitate ESP

Siguranta pasiva

Diagnoza ON-BOARD

1.MANAGMENTUL MOTORULUI MAS

Fig.1 Schema sistemului Motronic

Fig.2 Diagrama de reglare complexa a unghiului de avans la aprindere la sistemul MOTRONIC (stanga) si a unghiului

DWELL (dreapta)

Fig.3 Sensori de turatie utilizate la sistemul MOTRONIC

Sensor inductiv (sus) si la sisteme de aprindere electronice (jos) Sensor pe baza de efect Hall

Fig.4 Sensor de detonatie piezoelectric

Fig.5 Semnalele sensorului piezoelectric

Fig.6 Schema logica a reglarii unghiului de avans la aprindere la aparitia arderii detonante

Fig.7 Montarea sensorului piezoelectric pe blocul motorului

Fig.8 Schema debitmetrului de aer cu fir respective lame si caracteristica acestuia

Fig.9 Schema sondei λ cu incalzire si caracteristica ei

Fig.10 Modificarea diagramei de distributie prin sistemul VANOS

Fig.11 Schema de principiu a sistemului de recuperare a vaporilor de benzina din rezervor

Fig.12 Sistemul DI-Motronic

Echipamente electronice pentru siguranta pasiva interioara

In tabelele 1 si 2 se prezinta principalele conditii tehnice prevazute in normele internationale si nationale privind siguranta pasiva a automobilelor.

EURO NCAP (New Car Assesment Programme)

( dupa ADAC Motorwelt nr.7/2005)

EuroNCAP este o asociatie independenta si necomerciala a unor organizatii europene guvernale ,aunor cluburi de automobile si organizatii de protectia consumatorilor infiintata in 1997.Scopul EuroNCAP este de a furniza beneficiarilor de automobile o evaluare independenta,obiectiva si expresiva asupra nivelului de siguranta a unui autovehicul.Testele efectuate pe autovehicule in cadrul programului Euro NCAP sunt:

Crash frontal:

Se simuleaza un impact ca urmare a unei manevre de depasire.Cu o viteza de 64 km/h automobilul se ciocneste decalat de o bariera deformabila fixa.In autovehicul se afla pe locurile din fata doua manechine echipate cu sensori ,prin care se determina solicitarile in cinci zone ale corpului :

-Cap;

-gat;

-torace;

-bazin;

-membre inferioare.

La acest test se acorda maximum 16 puncte.

Crash lateral :

Se simuleaza un impact produs datorita neacordarii prioritatii.O bariera mobila deformabila se izbeste din lateral, cu 50 km/h ,in autovehiculul de testare aflat in stationare.Centrul barierei este orientat spre conducatorul auto.La manechin se masoara solicitarile in patru zone :

-cap;

-torace superior ;

-abdomen;

-bazin.

Se acorda si in acest caz 16 puncte.

Crash de stalp:

Se simuleaza ciocnirea de de un obiect fix (arbore,stalp electric sau stalp de pod).La acest test ,introdus in 2000, se urmareste numai solicitarea capului si se acorda 2 puncte.Conditia de efectuarea testului este ca autovehiculul sa fi obtinut in prealabil punctajul maxim pentru cap la proba impact lateral.

Asocierea punctajului cu stelele :

32,5.....37 puncte : 5 stele ;

24,5.....32...puncte : 4 stele ;

16,5.....24 puncte : 3 stele ;

8,5.......16 puncte : 2 stele ;

1............8 puncte : 1 stea;

0 puncte : 0.

Pentru stabilirea calificativului final punctele obtinute la diferitele teste see aduna.Pentru fiecare zona a corpului se acorda max.4 puncte.Trei puncte suplimentare se acorda pentru echiparea serie a automobilului cu un sistem de avertizare de nefolosire a centurii.

Pe langa cercetarea sigurantei pasagerilor Euro NCAP investigheaza si siguranta copiilor si pietonilor.Aceasta apreciere se face separat.La siguranta copiilor se pot obtine maximum 5 stele iar la pieton 4 stele.

In urma testarii a cinci automobile din clasa inferioara de preturi (7200..9000 €):

VW Fox ;Dacia Logan;Citroen C1; KIA Picanto; SMART Fortwo a rezultat:

______________________________________________________________________________________________

Model Protectia pasagerilor Total Stele Protectia Siguranta

Crash frontal Crash lateral Avertizor centura puncte pietonului copiilor

_____________________________________________________________________________________________

VW Fox 13 14 1 28 4 nu s-a testat 4 stele

Citroen C1 11 14 1 26 2 2 3 stele

Smart fortwo 7 16 - 23 3 2 are 2 locuri

Dacia Logan 8 11 - 19 3 1 3 stele

KIA Picanto 7 12 - 19 3 1 4

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Aprecieri pentru Dacia Logan:

Plusuri: Prelucrare buna;deservire simpla; Spatios; Portbagaj foarte mare;Suspensie acordata confortabil;Incalzire buna;scaune confortabile chiar si in spate.

Minusuri: Consum mare;la viteze mari directie fara sensibilitate;spatiu de franare mare;tetiere moi.

Siguranta pasiva interioara a automobilului are rolul de a feri pasagerii habitaclului de leziuni grave sau chiar mortale.Sistemele cele mai uzuale sunt centurile de siguranta cu detractor si airbagul in diverse variante (airbag pentru conducatorul auto si pasager,airbaguri laterale etc.).

Centura de siguranta si retractorul

Centura de siguranta are rolul de a mentine pasagerii unui autovehicul “in scaun”,in cazul unei coliziuni frontale cu un obstacol.Retractorul are rolul de a aseza centura de siguranta cu trei puncte de fixare,in cazul unei coliziuni ,strans pe corpul pasagerului.

In cazul unei coliziuni cu un obstacol rigid cu o viteza de 50 km/h centura trebuie sa absoarba o energie echivalenta cu energia caderii libere de la etajul 4 al unui imobil.In cazul unei centuri slabite , a tensionarii centuri si intarzierilor din mecanismul de derulare a centurii efectul protector al centurii este diminuat sensibil la viteze peste 40 km/h,intrucat exista posibilitatea lovirii capului de volan sau plansa bord.

Fig.1 Sistemele de retinere de siguranta interioare Fig.2 Graficul de actionare a sistemelor de siguranta

Fig.3 Retractor pirotehnic

Fig.4 Fazele de umplere a airbagului Fig.5 Airbagul lateral

Fig.6 Schema bloc a sistemului de siguranta interioara (PRS)

SISTEME DE DIRECTIE CU SERVOACTIUNE ELECTRICA

Cerintele impuse pana in prezent sistemelor de directie erau :

-Moment la volan cat mai mic la parcare ;

-O crestere armonizata a momentului la volan ,fara oscilatii perturbatoare ;

-Simtamant bun al pozitiei neutre la circulatie rapida;

-O informare inversa buna de la carosabil;

-O reactie prompta.

Fata de aceste cerinte a aparut altele noi:

-Consum de energie minimal:Un sistem hidraulic consuma la turatii mari ale motorului pana la 1 kW si cedeaza

la cremaliera doar 10 W.Ideal ar fi ca sistemul de directie sa consume energie numai in momentul virarii.

Fig.2 Variatia presiunii/curentului in functie de viteza

Placerea de a conduce include :

* Servoasistare la virare functie de viteza (fig.1);

* Amortizare activa;

* Revenire stabila :confort ;

* Raport de transmitere variabil :confort,siguranta.

* Moment de virare proportional cu acceleratia transversala ,

* Caracter sportiv :direct crestere intensa a momentului de virare;

* Caracter confortabil :moment de virare mic ;feed back redus.

Din punct de vedere al sigurantei active se impun trei functii:

Avertizarea conducatorului la stari dificile prin semnale haptice (ex.vibratii la volan);

Asistarea conducatorului auto prin integrarea in ESP;compensarea vantului lateral etc.

Prioritate asupra(override) conducatorului la evitarea unui impact ,corectarea traiectoriei.

Fig.2 Schema de principiu a servodirectiei electrice

1-Sensor de cuplu 2-Mecanismul de directie 3-Motor electric EC 4-Sensorul motorului

In fig.2 se prezinta schema constructiva a unei servodirectii electrice.

Fig.3 Schema constructiva a mecanismului de directie a unei servodirectii electrice

Fig.4 Mecanism de directie BOSCH

Fig.5 Servodirectie electrica

Fig.6 Variatia raportului unghi de bracare spate/fata la viteze mari si la parcare

Fig.7 Variatia parametrilor de viraj fara si cu directie spate

Fig.8 Amplasarea pe autoturism a sistemului de directie fata/spate CONTINENTAL

1-Regulator 2- Levier de ghidare cu actuator electric 3- baterie 4-sensorul unghiului de rotire a volanului

SISTEME DE ANTIBLOCARE (ABS)

In diagrama coeficient de aderenta utilizat ,φ functie de alunecare/patinare S,apare valoarea maxima a coeficientului de aderenta in limitele alunecarii cuprinse intre 0.1...0.3,respectiv intre 10..30 %. In tabela 1 se prezinta coeficientii de aderenta in functie de viteza,starea drumului si starea pneului.

TABELA 1

Viteza

km/h

Starea pneului

nou/uzat

profil min.1mm

Starea carosabilului

uscat

umed

pelicula de

apa

cca 0.2 mm

ploaie

strat de apa

1 mm

baltoace

apa

2 mm

polei

50 nou

uzat

0.85

1.00

0.65

0.50

0.55

0.40

0.50

0.25

0.10

0.09 90 nou

uzat

0.80

0.95

0.60

0.20

0.30

0.10

0.05

0.05

------

------

130 nou

uzat

0.75

0.90

0.55

0.20

0.20

0.10

0.00

0.00

------

------

La automobile de curse pneurile pot ajunge la φ = 1.8

Dupa *** BOSCH "Kraftfahrtechnisches Taschenbuch" ed.25,2003

Pentru a obtine un spatiu de franare minim,sistemul ABS regleaza presiunea din circuitul de franare ,astfel incat patinarea sa ramana in limitele de mai sus,respectiv in zona coeficientului de adrenta maxim.

Prin evitarea blocarii rotilor apare al doilea avantaj si anume mentinerea unei forte de ghidare laterala pe pneu,care in conditiile rotilor puntii spate favorizeaza stabilitatea miscarii (evita derapajul) iar la rotile din fata favorizeaza mentinerea capacitatii de manevrare a automobilului in timpul procesului de franare.

In cazul in care se controleaza,pe langa patinare,si alunecarea rotilor motoare, prin reglarea fortei de tractiune la roata motoare avem un sistem combinat ASR-ABS.Sistemul ASR are efectul unui diferential autoblocabil,in sensul ca permite transmiterea momentului motor la roata cu aderenta mai mare.

Expresia patinarii este:

S = (V - Vr)/V sau S= 1- r/ ;

unde V, este viteza centrului rotii (viteza automobilului);

Vr,viteza periferica a rotii.

, viteza unghiulara a rotii corespunzatoare vitezei

de translatie a automobilului;

r, viteza unghiulara a rotii.

In mod corespunzator se defineste alunecarea :

A = (Vr-V)/Vr sau A = 1 - /r ;

Controlul alunecarii se efectuiaza in functie de diferenta de

turatie intre rotile motoare, in doua etape:

-in prima etapa se reduce momentul transmis rotilor motoare prin reducerea unghiului de avans la aprindere (interventie la motor) sau prin interventie la clapeta de acceleratie (E-Gas);

-in etapa doua,daca nu se micsoreaza diferenta de turatie intre rotile motoare,se introduce un moment de frânare prin cilindru receptor (sau camera pneumatica),la roata care are alunecarea mai mare.

Aceste principii stau la baza sistemului de control a alunecarii (ASR):

Din echilibrul rotii franate rezulta :

(1)

Cu expresia fortei de franare:

X = φ*Z si cu cu expresia patinarii :

(2)

se poate stabilii in ipoteze simplificatoare (ex.in prima etapa se considera variatia vitezei automobilului ca fiind neglijabila si dependenta coeficientului de aderenta functie de patinare poate fi exprimata,in urma liniarizarii ,prin doua domenii).

Fig.1 Diagrama coeficient de aderenta longitudinal/transversal functie de patinare relativa

Domeniul stabil:

φ = (3)

respectiv:

Domeniul instabil

So < S < 1 (4)

si adoptand pentru momentul de franare o functie de forma :

Mf = c*t (5)

se pot forma ecuatiile de miscare ale rotii in curs de blocare.

Pentru domeniul stabil rezulta:

Din ultima relatie,in conditiile neglijarii exponentialei ,a carei influenta nu este semnificativa,se poate deduce variatia deceleratiei rotii si timpul to ,care trece pana la atingerea patinarii S0 respectiv a coeficientului de aderenta maxim φo.

;

Respectiv:

Pentru sectorul instabil al diagramei φ = f(S) se face o schimbare de variabila :

t*= t-to

Cu relatiile (4) si (5) rezulta ecuatia diferentiala:

;

Solutia ecuatiei diferentiale este:

;

In acest interval,exponentiala numai poate fi neglijata.Expresia deceleratiei devine:

In diagramele de mai jos ,se prezinta pe baza unui exemplu de calcul variatia principalelor marimi relevante pentru procesul de blocare a rotii cu pneu.

Fig.2 Procesul de blocare a rotii cu pneu franate

Principiul de functionare a sistemelor de antiblocare (ABS)

In schita de mai jos ,se prezinta schema bloc a sistemului ABS pentru o singura roata.Prin pompa centrala 2 se creiaza presiunea hidraulica de actionare a franei 3.Sensorul de turatie 5 transmite semnalul functie de turatia rotii regulatorului,format dintr-un microcontroller 4.Informatia primita de microcontroller este prelucrata dupa un algoritm logic ,iar parametrii relevanti pentru blocarea rotii sunt comparati cu marimi de prag

stocate in memoria fixa a microcontrollerului.In cazul cand rezulta ca roata este la limita blocarii,semnalul de iesire din regulator comanda o reducere a presiunii de franare prin blocul electrohidraulic 1.

Fig.3 Schema de principiu a sistemului ABS

Ciclul de functionare a sistemului ABS rezulta din figura de mai jos.

Fig.3 Ciclul de functionare a sistemului ABS

Performantele autoturismelor echipate cu ABS

In tabela 2 se prezinta rezultatele incercarilor de franare a unor autoturisme echipate cu ABS.Graficul cuprinde limitele spatiului

de franare Sf,realizate din 10 probe de la viteza initiala Vo=100 km/h

pana la oprire pe drum asfaltat,orizontal,uscat.Autoturismele au fost

lestate la 0.5 din masa utila.

Tabela 2

===========================================================================

Marca spatiul de franare (m)

deceleratia

de la Vo=100 km/h medie

autoturismului(Tip) min max min max

___________________________________________________________________________

Alfa Romeo Spider V6 39 41

Audi A3 TDI 42 45

Audi A4 Avant 1.8 41 45

Audi A4 Avant TDI 37 40

BMW 318i touring 41 42

BMW 725 TDS 38 40

BMW 735i A 37 38

BMW z3 1.8i 38 41

Chrysler Voyager SE 43 46

Citroen Saxo 1.4i 44 45

Citroen Xantia Break 2.1 TD 42 43

Citroen Evasion 2.1 TD 49 53

Daihatsu Charade 51 54

Fiat Marea 2.0 39 42

Fiat Marea Weekend 1.8 16 V 42 46

Fiat barcheta 45 48

Ford Escort 1.8TD Turnier 44 46

Ford Mondeo GT 2.0 42 44

Honda Accord 1.8 40 43

Honda Accord 2.0 41 44

Honda Legend 40 45

Hyundai Coupe 40 42

Hyundai Sonata V6 41 43

Jaguar XJ6 3.2 39 45

KIA Sephia 43 45

KIA clarus 1.8 41 43

Lancia Delta 1.8 GT 41 43

Lancia Kappa 2.4 Station 42 45

Mazda 121 47 48

Mazda Xedos 9 Miller 42 44

Mercedes C 180 T 38 40

Mercedes C 250 T 37 39

Mercedes E 290 T 39 40

Mercedes V 230 43 45

Mitsubishi Colt 1.3 43 47

Mitsubishi Colt 1.6 43 44

Nissan Micra 1.3 44 46

Nissan Almera D 40 49

Nissan Almera 2.0 GTI 47 50

Nissan primera 1.6 45 47

Opel Astra 1.6i 45 45

Opel Vectra Caravan 1.6 16V 42 45

Peugeot 106 XN 1.0 44 46

Peogeot 106 XR 1.4 47 51

Renault Clio RT 1.4 46 51

Renault Megane 1.6e 45 48

Rover 825 Si 43 57

Saab 900 S 42 44

Seat Cordoba 1.8 GLX 44 58

Seat Alhambra 1.9 TDI 42 44

Subaru Impreza 2.0 GL 45 51

Suzuki Baleno Kombi 1.6 46 52

Suzuki Vitara X90 42 42

Toyota Starlet 1.3 47 51

Toyota Carina 1.8 42 45

Toyota Picnic 45 48

Volvo S 40 2.0 16V 39 41

VW Polo D 44 48

VW Golf GT TDI Variant 43 44

VW Sharan 2.0 43 46

===========================================================================

Dupa "MOTORWELT" Nr.2/1997

Deceleratia medie se obtine din relatia:

d = Vo²/(26*Sf) = 384.6/Sf [m/s²]

Cu datele din tabela rezulta deceleratii cuprinse intre 6.63...10.4 m/s²

Tabela 2 releva urmatoarele:

- Domeniul de variatie a spatiului de franare a diverselor constructii de autoturisme variaza in limite destul de largi respectiv intre 37 m(AUDI,BMW,Mercedes Benz) la 58 m (SEAT,Rover).

- La acelas model spatiile de franare au o variatie de 2m (Alfa Romeo) pana la 14 m (Rover,Seat).

In primul caz,ar trebui luate in consideratie si calitatile pneurilor si influenta carosabilului ,intrucat rezulta deceleratii medii peste 10 m/s2,dar si inaltimea centrului de masa si variatia sarcinii pe punti.

A doua constatare se refera la fenomenul de “Fading",respectiv influenta temperaturii asupra coeficientului de frecare din frane

(Rover;Seat).Diferente peste 4 m indica influenta fadingului.

Influenta marcii pneurilor,starea pneurilor si a carosabilului pot reduce deceleratia medie care se obtine cu spatiile de franare din tabela 2 cu 15 % .

Fig.4 Schemele circuitelor hidraulice cu ABS

In figura de mai sus se prezinta variantele posibile a sistemelor de antiblocare caracterizate prin eficienta tehnica si efort constructiv.

Din aceasta clasificare rezulta ca importante sunt numarul de canale si numarul sensorilor.Dupa eficienta variantele 1 si 2 sunt cele mai performante dar si cele mai costisitoare.Schema agregatului hidraulic rezulta din figura.Variatia presiunii din cilindrii receptori RZ depinde de pozitia electrovalvelor MV.Aceste electrovalve se clasifica in functie de pozitia hidraulica (in cazul de fata 3 )si de numarul racordurilor (3).Prin urmare electrovalva este de tipul 3/3.

Fig.5 Schema hidraulica a sistemului ABS cu electrovalve 3/3.

Fig.6 Varianta economica a sistemului ABS

Diagrama de functionare rezulta din oscilograma.La acest sistem actuatorul (MV) este amplasat in circuitul de lucru fapt ce introduce o stranglare in circuitul hidraulic si mareste perioada de crestere a presiunii diin sistem.Utilizand o valva de lucru flotanta Sistemul Flow valve al firmei Lucas) in circuitul de lucru actuatorul electromagnetic poate fi amplasat in derivatie.In cazul acesta se renunta la faza de mentinere constanta a preesiunii,dar se obtine scurtare cresterii de presiune.

Fig.7 Principiul de functionare a sistemului ABS cu valva flotanta

Fig.8 Comparatie intre parametrii de functionare a sistemelor ABS

In cazul unui coeficient de aderenta asimetric se creiaza un moment de giratie in sensul aderentei mai mari.Acest moment de giratie in functie de cresterea sa in timp poate deveni o perturbatie pentru tinuta de drum.

Fig.9 Crearea momentului de giratie pe carosabilul cu

aderenta asimetrica

Curba 1 reprezinta variatia presiunii din cilindrul principal; 2-variatia presiunii de franare in cilindrul receptor al rotii cu aderenta mare (high) fara compensarea momentului de giratie;Curba 5 variatia presiunii la roata cu aderenta scazuta.Curba 3 reprezinta crestera de presiune la roata cu aderenta buna in cazul compensarii I a momentului de giratie,aplicata la auttovehiculele cu o maniabilitate mijlocie.Curba 4 reprezinta cresterea de presiune la roata cu aderenta buna in cazul unui autovehicul cu o maniabilitate slaba (compensarea momentului de giratie II).Curba 6 si 7 indica variatia unghiului de rotire a volanului fara si cu compensarea momentului de giratie.

Fig.10 Modul de compensare a momentului de giratie perturbator

Deoarece compensarea momentului de giratie se realizeaza prin subfranarea unei roti de directie spatiul de franare creste la aplicarea compensarii momentului de giratie.Pentru a limita acest efect,sistemul trebuie foarte bine adaptat la particularitatile constructive ale autovehiculului.In functie de satisfacerea acestei cerinte Stabilitatea miscarii/spatiu de franare minim se adopta una din filosofiile de reglare:

IR-Reglare individuala a rotilor;

IRM-Reglare individuala modificata;

SL-(Slow low) roata care blocheaza mai repede se ia in considerare la reglare ;

HL-(High low) roata cu aderenta buna se ia in considerare la reglare.

Fig.11 Sistemul ABS 5..8 (Bosch)

Sistemul de antiblocare ABS 5...8 (Bosch)are ca actuatori o pereche de electrovalve 2/2 pe roata reglata.S-a realizat o familie modulara de sisteme ABS cu posibilitati largi de diversificare si dezvoltare.

Fig.12 Tiposeria de electrovalve pentru sisteme ABS/ASR

a.Electrovalva de admisie; b.electrovalva de evacuare; c.electrovalva de

aspiratie; d.electrovalva de comutare; 1 manseta supapei unisens.

Pentru o slabire rapida a franei de roti in paralel cu supapa de admisie se monteaza o supapa unisens format de regula dintr-o manseta deformabila.

In fig.13 se prezinta un sistem de franare cu amplificator de forta hidraulic.La o franare normala lichidul de frana,datorita deplasarii spre dreapta a sertarului de frana 10, ajunge direct spre franele din spate (HA)si prin deplasarea spre stanga a pistonului principal 3 la franele din fata (VL).La inceputul unei franari ABS,se deschide supapa principala 1 ,care uneste prin conducta de legatura 2 spatiul de amplificare 6 cu aria primara a pistonului principal 3 si inchide legatura spatiului de amplificare cu rezervorul 7.Prin aceasta presiunea lichidului trece pe langa manseta pistonului 3 la franele din fata.In timpul franarii ABS actioneaza presiune amplificata din stanga pe bucsa de pozitionare 4.In felul acesta se echilibreaza pozitia pistonului principal 3 si a pistonului amplificatorului 11 intr-o pozitie medie.Cu electrovalvele de admisie 5 si electrovalvele de evacuare 12 se regleaza optim presiunile din cilindrii receptori ai franelor.Lichidul care este eliminat in perioadele de scadera presiunii se evacuiaza in rezervorul 7.Pompa de recirculare 9 asigura complectarea volumului.Acumulatorul de presiune 8 asigura amortizarea pulsatiilor de presiune.Franele din fata se regleaza independent iar cele din spate in comun in regim select-low.

Fig.13 Schema sistemului ABS MK 2 al firmei Teves

In fig.14 se prezinta schema hidraulica a sistemului ABS combinat cu ASR prin introducerea electrovalvelor ASR 6.

Fig.14 Schema sistemului ABS/ASR MK 4 al firmei TEVES

1-Sursa de energie ;2-sensor de turatie; 3-Pompa centrala; 4-sensor de pozitie ; 5-Supapa de limitare a presiunii;

6-Electrovalve de comutare ASR ;7-Electrovalva de admisie;8-electrovalva de evacuare

Cu electrovalvele ASR se izoleaza pompa centrala in regim ASR.Sensorul de pozitie 4 are rolul de a asigura o pozitie convenabila pedalei de frana prin actionarea alternativa a motorului pompei.Sensorul de turatie 2 supravegheaza pompa.

Reglarea patinarii la tractiune (ASR)

La pornirea din loc sau in demaraj aderenta depinde de patinarea relativa dintre pneu si carosabil. Variatia coeficientului functie de alunecare/patinare este similara la tractiune si franare.Majoritatea proceselor de demaraj respectiv franare au loc in domeniul stabil al curbelor,adica la alunecari/patinari mici.Dupa depasirea maximului de aderenta, la cresterea alunecarii relative se ajunge in domeniul instabil.In cazul franarii roata blocheaza in cateva zecimi de secunda si coeficientul de aderenta scade.Aici intervine

ABS.La tractiune o roata ( sau amandoua) se roteste mai repede datorita momentului la roata excedentar.Aici intervine sistemul ASR.

Tractiune

Franare

Fig.15Coeficientul de aderenta la tractiune/franare in functie de carosabil

1. asfalt ud; 2.zapada tasata; 3.beton; 4.coeficientul de aderenta functie de alunecare laterala

Sistemul ASR indeplineste doua functii principale:

-Majorarea tractiunii;

-Asigurarea tinutei de drum in cadrul ESP.

ASR presupune existenta unei reglari electronice a momentului motor (sistemul EGAS sau EDC ). Un sensor de pozitie a pedalei de acceleratie transmite o marime de comanda la microcontrollerul iar acesta pozitioneaza clapeta de acceleratie respectiv parghia pompei de injectie.

Fig.16 Schema de functionare a sistemului ABS/ASR

1.Microcontrollerul ABS/ASR; 2.Motronic; 3.EGAS;4.Grup motopropulsor; 5.Diferential; 6. Alimentarea cu presiune a ASR; 7. Blocul hidraulic ABS; 8.Pompa centrala cu

amplificator de forta;9. Frane ; 10. Roata motoare 1; 11.Roata motoare 2; 12.Sensori de turatie; 13.Tip carosabil la roata 1 ; 14. Tip carosabil la roata 2; 15.Masa vehiculului.

Fig.17 Oscilograma de interventie a sistemului ASR la sistemul Flow Valve

Fig.18 Sistem de franare ABS/ASR compatibil cu ESP

HA-punte spate ; VA-punte fata EV(HL)/(HR)-electrovalva de admisie punte spate stg/dr; EV(VL)/(VR)-

idem punte fata stg/dr; AV(HL)/(HR)-supapa de evacuare punte spate stg/dr;AV(VL)/(VR)-idem punte fata stg/dr.

La instalarea unui sistem ESP apare temporar necesitatea de a avea la dispozitie o crestere rapida a presiunii in cilindrii receptori a sistemului de franare.Intrucat la temperaturi exterioare joase sistemul ESP/ABS/ASR intervine mai frecvent iar pe de alta parte creste sensibil vascozitatea lichidului de frana, conceptul sistemului hidraulic trebue regandid.Marirea debitului pompelor de recirculare ((RFP) se face la temperaturi scazute cu o pompa suplimentara (VLP 2).Luand in considerare si faptul ca circuitele sunt inchise, pompa suplimentara nu poate fi montata in circuitul pompelor de recirculare.Ca urmare interventia pompei suplimentare in circuite se realizeaza prin intermediul unei supape de preincarcare (LKE).La o necesitate acuta de presiune hidraulica se conecteaza pompa suplimentara VLP 2 , cele doua electrovalve VLV 1 si 2 si electrovalvele de comutare USV1,2.Pompa suplimentara debiteaza lichid spre

supapa de preincarcare departand pistoanele acesteia.Supapele centrale din pistoane se inchid mecanic.Volmul de lichid dislocat in continnuare se debiteaza prin electrovalvele USV deschise la pompele de recirculare RVP asigurandu-se preumplerea acestora in vederea unei cresteri rapide a presiunii si la temperaturi scazute.Dupa deconectarea pompei suplimentare lichidul suplimentar este intors la rezervorul de lichid printr-un jicler.

Prin optimizarea in continuare a pompei centrale si marirea sectiunii hidraulice a electrovalvelor s-a putut realiza un sistem ESP fara pompa suplimentara.

Fig.19 Schema de principiu ASR pentru autoutilitare cu sistem EDC

1. Sensori de turatie ; 2.Inel de impulsuri; 3. Microcontroller ABS/ASR; 4.Electrovalva de reglarea presiunii; 5.Supapa de comanda ASR 2/2; 6.Robinet central; 8.Regulator forta de

franare functie de sarcina; 9.Cilindrii de frana;

10.Microcontroller EDC; 11.Pedala de acceleratie; 12.Sensor cursa pedala; 13. Pompa de injectie.

Fig.20 Schema electrovalvei pneumatice cu un circuit

Fig.21 Schema electrovalvei pneumatice de reglare a presiunii cu actiune releu

1.Supapa de mentinere ; 2.supapa de evacuare ; 3.electrovalva pentru mentinerea presiunii 4.electrovalva pentru scaderea presiunii; 5.Piston de reglare 6.supapa ; 7.arc de presiune; 8.Cilindru de frana ; 9.Robinet central 10. de la rezervor de aer; 11. Aerisirea

Fig.21 Sistemul ABS/ASR pneumatic

1. Sensor de turatie; 2. Interfata ASR-Reglare de motor; 3.Autodiagnoza; 4.Alimentare tensiune; 5.Unitate de protectie; 6.Module de intrare; 7. Miicrocontroller 1 si 2 ; 8.trepte finale de

amplificare; 9.Electrovalva de reglarea presiunii ; 10.Electrovalva ASR; 11.Lampa de semnalizare; 12. ASR-Infolampa ; 13.Releu pentru retarder;

14.releu supapa ridicarea punte auxiliara.

SISTEME DE CONFORT

Sistemul de suspensie cu comanda electronica

Sistemul de suspensie se manifesta in spezial in oscilatiile verticale ale autovehiculului.Arcurile si amortizoarele sunt hotaratoare pentru :

-confortul de mers (solicitarea la oscilatii ale pasagerilor si incarcaturii) si

-sigurantei de mers (Variatii ale sarcinii pe roata).

Fig.1 Model echivalent al sfertului de vehicul Fig.2 Dependenta de frecventa a marimilor de

miscare

Fig.3 Reglarea de nivel pneumatica Fig.4 Reglarea de nivel hidro-pneumatica

cu suspendare partiala cu suspendare partiala

1-racord aer; 2-arc de otel ; 3-arc pneumatic 1-racord ulei ; 2-arc de otel ; 3-acumulator arc ;

suplimentar ;4-volum de aer ; 5-amortizor 4- volum de gaz ;5-membrana de cauciuc; 6-ulei;

7-furtun; 8-amortizor.

Fig.5 Reglarea de nivel pneumatica .Sisteme cu suspendare totala

a. Sistem deschis ;b. Sistem inchis; 1-Filtru ; 2- Compresor ;3-Uscator de aer;

4-Electrovalve 2/2 ; 5- Burduf ; 6-Supapa unisens ; 7-rezervor pneumatic ;8- Comutator pneumatic

Fig.6 Sisteme de suspensie active

a., cu cilindru hidraulic b., hidropneumatica c.,pneumatica

1-Caroseria ; 2-Sensor sarcina pe punte; 3-Sensor spatiu ; 4-acumulator de presiune ; 5-Circuit pompa;

6- Servovalva ; 7- cilindru de pozitionare ; 8-sensor de acceleratie ; 9-amortizor ; 10-sertar de comanda;

11- rezervor ; 12-compresor ; 13- Electrovalva .

Fig.7 Amortizor hidraulic

Fig.8 Schema amortizorului electrohidraulic cu caracteristica variabila

Fig.9 Caracteristicile amortizorului electrohidraulic

Fig.10 Sistemul de reglare electronic a suspensiei si a nivelului pentru

un autovehicul cu doua punti.

1- Cilindrii suspensiei fata ; 2- Cilindrii suspensiei spate ; 3-Acumulatorii de presiune cu membrana a puntii fata;

4- Acumulatorii de presiune cu membrana a puntii spate; 5-μC pentru reglarea de nivel; 6,7-Sensori de

nivel la puntea fata/spate; 8- Selector de nivel la bord; 9-Pompa de presiune actionata de motor

(evt.tandem); 10- Supapa de reglare a rezervei de presiune; 11-Supapa de limitare a presiunii de

rezerva; 12-Acumulator de presiune de rezerva; 13/14 - EV de ridicare /coborare a nivelului la puntea

fata; 15/16-idem ptr.puntea spate; 17/18 Comutator de presiune min/max a reglarii de nivel la puntea

fata; 19/20 idem pentru puntea spate ; 21-Rezervor cu filtru ; 22- EV de amortizare variabila a puntii

fata ; 23- EV de amortizare variabila functie de incarcatura pentru puntea spate.

Sistemul GCC (Global Chassis Control)

Acest sistem reprezinta o interconexiune pe baza conceptului CARTRONIC, care reuneste sistemele autonome de reglare a franelor ,suspensiei si directiei sub un sistem de coordonare ierarhic superior cu un software care realizeaza interdependentele sistemelor in miscarea automobilului.

Fig.11 Schema bloc a GCC

SISTEMUL DE ILUMINARE

Lumina este energia radianta,evaluata in conformitate cu capacitatea sa de a produce senzatia vizuala la oameni.Evaluarea energiei radiante ca lumina se face cu ochiul,care reprezinta un instrument optic primar.Normele de baza folosite pentru evaluarea energiei radiante ca lumina ,in cazul in care sunt implicate diferite distributii spectrale,sunt date de uns et de factori de sensibilitate a ochiului conventional normal.Aceasta deoarece sensibilitatea spectrala a ochiului difera de la o persoana la alta.

Ochiul observatorului etalon este cel mai eficace pentru lungimea de unda a radiatiei egala cu 555 nm,iar vizibilitatea scade de o parte si alta a acestei lungimi de unda pentru a deveni zero la λ=400 nm si λ=700 nm.Randamentul spectral V (λ) este redat in figura.

Fig.1 Curbele de sensibilitate a ochiului omenesc

Pe retina se afla celule nervoase sensibile la lumina sub forma de conuri si bastonase.Vederea diurna este asigurata de sensorii sub forma de conuri care permit distingerea culorilor.Vederea nocturna este asigurata de sensorii bastonase ,care sunt sensibile la diferente mici de iluminare,dar nu disting culorile,prezentand imagini cenusii.

In circulatia rutiera 90% din stimulii exteriori sunt receptionate de catre conducatorul auto pe cale vizuala.Cateva insusiri importante ale ochiului omenesc:

Acuitatea vizuala este capacitatea ochiului de a distinge cele mai amanuntite detalii ale obiectelor.

Acomodarea ochiului:Posibilitatea de a vedea distinct obiectele dispuse la distante diferite prin varierea distantei focale a cristalinului datorita modificarii curburii acestei lentile.

Fig.2 Schema ochiului omenesc

Adaptarea ochiului reprezinta variatia sensibilitatii ochiului in functie de intensitatea luminoasa sau de iluminarea obiectelor din campul vizual.Se realizeaza prin variatia deschiderii irisului si sensibilitatii retinei.

Sensibilitatea retinei se modifica progresiv si lent.Adaptarea complecta a ochiului la diferente mari de iluminare (adaptare la intuneric) se realizeaza in cca 20 secunde.In primele 5 secunde ochiul este 60% adaptat.La aparitia brusca a unui fascicul luminos puternic in fata ochilor ,adaptati la intuneric,se manifesta o alterare suparatoare a sensibilitatii retinei numita orbire fiziologica sau relativa.Impresionarea puternica a retinei produce descompunerea pigmentului rodopsina acumulat in timpul adaptarii ochiului,producandu-se “orbirea “care determina disparitia temporara a capacitatii vizuale.Timpul critic de refacere partiala ,dar strict necesara a capacitatii vizuale este de cca 5 secunde.

La expunerea continua a ochiului la un fascicul intens luminos,nu apare o orbire propriuzisa ,dar o senzatie deranjanta.In cazul acesta e vorba de o orbire psihologica.

Unitati fotometrice

Unghiul solid este unghiul sub care se vede din centrul unei sfere avand raza de 1 m o suprafata de pe sfera avand aria egala cu 1 m2. Unghiul solid se noteaza cu Ω.si se masoara in steradian (sr).

Unitatea de baza ,pentru intensitatea luminoasa este candela (cd).O candela este intensitatea luminoasa,emisa in directie normala,la temperatura de solidificare a platinei si la presiunea atmosferica normala ,de catre suprafata etalonului integral (corp negru) cu aria de 1/6 * 10-5 m2 .

Fluxul luminos se masoara in lumen (lm).Lumenul este fluxul luminos din unitatea de unghi solid creat de o sursa punctiforma cu intensitatea luminoasa egala cu 0 candela (cd).

Intre fluxul luminos si puterea spectrala exista relatia:

Φ = K* V (λ) * P(λ) *d λ (lm)

unde : K este echivalentul fotometric K = 683 lm/W;

P(λ) este puterea spectrala a fluxului in W;

V (λ) este randamentul spectral al ochiului.

Intensitatea luminoasa I = Φ /Ω cd (unde fluxul luminos Φ este in lm iar unghiul solid Ω in sr).

Iluminarea : E = Φ/Ai lx (luxul este unitatea de masura pentru iluminare = 1 lm/m2 ).

Luminozitatea sau stralucirea (densitate luminoasa) reprezinta raportul dintre intensitatea luminoasa si aria suprafetei radiante Arad respectiv :

L = I / Arad cd/m2

Randamentul sursei:

ή= Φ/P (lm/W)

Contrastul reprezinta raportul dintre luminozitatile a doua suprafete invecinate.

Sisteme de iluminare pentru autovehicule

Tinand cont de importanta sistemului de iluminare pentru siguranta traficului rutier,parametrii acestuia sunt stabilite prin norme interntionale si nationale.Pentru Europa normele privind sistemul de iluminare sunt elaborate de CEE al ONU si Uniunea Europeana.Din punct de vederee principial exista pe plan mondial doua sisteme de iluminare:

-Sistemul de iluminare european;

care difera in special la conditiile privind realizarea luminii de intalnire.Sistemul european prevede o limita de separare pronuntata,cu un contur precis intre zona intuneric si zona luminata pentru a preveni orbirea traficului din sens opus.La sistemul american aceasta limita este stearsa.

-Sistemul de iluminare american

Fig.3 Modul de realizare a luminii de intalnire si profunzime la sistemul de iluminare american

Sistemul de iluminare european

Sistemul de iluminare cuprinde:

In fata:

-Iluminatul de profunzime realizat cu faruri simple sau duble;

-Iluminatul de intalnire realizat cu acelas far sau cu faruri separate;

-Lumina de pozitie;

. Lumina de ceata,

-Lumina de delimitare a gabaritului ;

-Lumina intermitenta de semnalizare a directiei de mers.

In spate (se admite numai lumina rosie sau portocalie):

-Lumina de pozitie;

-Lumina de semnalizare a directiei de mers si avarie;

-Lumina de semnalizare a procesului de franare ;

-Lumini de gabarit;

-Lumina de ceata.

Farul de automobil

Farul se compune din trei parti componente:

-Sursa luminoasa ( Becul cu incandescenta conventional tip R2,becul cu incandescenta cu halogeni TIP H1-H11, bulbul cu descarcare in gaz tip D1S,D2S,D1R ,D2R).

-Reflectorul (parabolic,parelipsoid,segmentat,cu focar multiplu).

-Dispersorul.care este indispensabil la farul conventional.El se compune dintr-un ansamblu de prisme si lentile , care au rolul de a dispersa fluxul luminos din campul vizual in mod dirijat.Rolul este de a efectua prin refractie in special eliminarea asanumitei « gauri negre » ,care provine de la reflectarea duliei becului in fata autovehiculului.Dezavantajul dispersorului consta in reducere fluxului luminos util. La farurile actuale rolul sau este preluat de o placa transparenta cu rol de protectie.

Surse de lumina

Becul R2 cu incandescenta are un randament energetic de 10...18 lm/W in functie de gazul inert care este introdus in balonul de sticla.Becul R2 are doua filamente separate pentru lumina de intalnire si departare.

Becul cu incandescenta cu halogeni H1...H11 are un randament energetic de 22...26 lm/W.Aceasta crestere se datoreaza in prima cauza cresterii temperaturii filamentului.Introducerea unei umpluturi de halogeni,la presiunea de 8..9 bar, in balonul de sticla (iod sau brom), permite o ridicare a temperaturii filamentului de wolfram pana in apropierea temperaturii de topire (3660 o K) In apropierea peretelui balonului de sticla fierbinte ,vaporii de wolfram se combina cu gazul de umplere in iodid de wolfram,care este gazos si transparent.Iodidul de wolfram este stabil in limitele de temperatura 500...1700 o K.Prin convectie ajunge la filament si se descompune in iod si wolfram metalic care se depune sub forma unui strat fin pe filament ,regenerandu-l.Pentru a intretine ciclul,este necesara o temperatura exteerioara a balonului de sticla de 300 o C .Pentru aceasta este necesar ca balonul de sticla sa cuprinda cat mai strans filamentul.Aceasta aduce un avantaj suplimentar ca ofera posibilitatea de a utiliza presiuni de umplere mai mari,fapt ce reduce vaporizarea wolframului din filament.

Lampa cu halogeni are un spectru de frecventa a puterii spectrale continuu,crescator de la zona UV la IR.

Fig.4 Schema constructiva a sursei D1..D2

1.Balon de sticla cu rol de filtru UV 2. Conductor de legatura 3. Spatiu de descarcare (Bulb din sticla de cuart)

4. electrozi 5. soclu

Sursa cu descarcare in gas. Bulbul de descarcare in gaze ajunge la un randament energetic de 85 lm/W. Constructia sursei cu descarcare in gaz rezulta din figura .In bulbul de sticla de quart,de marimea unui bob de mazare, sunt introdusi doi electrozi. Interiorul bulbului contine Xenon si oxizi metalici.Spre deosebire de lampa cu incandescenta efectul luminos rezulta din descarcarea in plasma in urma excitarii atomilor gazului luniniscent de electronii accelerati in campul electric de cca 8 kV la amorsare si cca 4 kV in regim normal de functionare. Ridicarea puterii de amorsare si a curentului pentru putin timp (cca 2.6 A,curent de functionare normal 0.4 A)permite obtinerea imediata a fluxului luminos.Durata de functionare este de cca 1500 ore si corespunde cu durata de exploatare a automobilului.Sursa cu descarcare in gaze se executa in doua variante:

Fig.5 Spectrul de lumina al becului H4 comparativ cu sursa D2

Pentru faruri polielipsoide (PES).....D2S;

Pentru faruri in constructie de reflectie .....D2 .Aceste surse au umbritor implementat pentru realizarea conturului lumina intuneric.

Schema bloc a instalatiei de alimentare a surselor D1..D2 cuprinde un convertor DC/AC ,care transforma curentul continuu in curent pulsator,modulul de reglaj ,care realizeaza regimurile aprindre ,amorsare,stabilizare,treapta finala care ridica tensiunea,modulul de reactie si modulul de supraveghere-siguranta.

---------------------------------------------------------------------------

Sursa de lumina H1 D2

---------------------------------------------------------------------------

Randament energetic lm/W 25 85

Putere absorbita W 55 35 (fara sistemul de alimentare)

Flux luminos lm 1550 3000

Temperatura oK 3200 4500

---------------------------------------------------------------------------

Fig.6 Schema bloc a farului LITRONIC

Intre lumina data de filamentul incandescent din wolfram si lumina oferita de lampa cu descarcare in gaz se constata deosebiri importante.Astfel filamentul ofera o lumina omogena geometric ,bine conturat si cu o densitate luminoasa limitata la cca 2000 cd/cm2 .Lumina data de arcul electric al sursei D1..D2 este difus,geometric neconturat,un amestec de culori (aparent albastru) si o densitate luminoasa foarte mare cca 10000 cd/cm2.Continutul mare de raze UV impune o protectie.Sursa D1..2 poate fi utilizata,in prezent, la realizarea luminii de intalnire, numai la sistemele cu reflectoare PES sau cu Focar Variabil (VFR).

REFLECTORUL

Reflectorul conventional aproximeaza un paraboloid de rotatie.Precizia aproximatiei depinde de tehnologia de fabricatie.Reflectoarele conventionale se produc de regula prin ambutisarea adanca,astfel incat paraboloidul real este practic o combinatie de cilindrii,trunchiuri de con

si paraboloizi,iar focarul nu este un punct geometric strict ci o zona.Limitele de utilizare a reflectoarelor conventionale sunt puse de calitatea luminii de intalnire,care trebuie sa evite orbirea fiziologica a partenerilor la trafic care circula din sens invers si trebuie sa asigure totodata o iluminare cat mai buna conducatorului auto.

Fig.8 Zona luminata cu lumina de intalnire

a.,Cu becuri H4 b., cu sursa D2

Ca urmare a aparut lumina de intalnire asimetrica.Aceasta lumina se realizeaza printrun filament asezat axial cu axa optica si exfocalizat in fata.Sub filament se aseaza un ecran cilindric care anuleaza razele reflectate in sus.O degajare la 15o permite iluminarea mai intensa a marginii din dreapta a drumului.Forma ecranului determina si conturul de separatie a zonei luminate de zona intuneric.Cu dispersorul asezat in fata reflectorului se compenseaza anumite abaterii de repartitie a luminii.

Fig.9 Reflectorul cu fatete (segmentat)

Reflectorul segmentat se executa din materiale plastice metalizate. Sectoarele de segment sunt astfel calculate incat asigura atat o repartitie optimizata a luminii cat si in mare masura conturul intuneric/lumina impus.

Reflectorul omofocal

Segmentele de reflector au focarul identic cu reflectorul de baza ,dar distanta focala este mai mica .Lumina reflectata de segmentele suplimentare nu maresc distanta de batere a reflectorului,dar imbunatatesc iluminarea in zona apropiata si laterala.

Reflectorul multifocal

In principiu seamana cu cel omofocal.Prin introducerea ,in plan orizontal a unor segmente pareliptice care difuzeaza lumina in plan orizontal,iau nastere o multitudine de focare.

Reflectoare cu focar variabil fara trepte (VFR)

Fig.10 Reflector VFR Variatia continuitatii focarului functie de unghi

Fig 11 Reflector VFR Variatia radiala a continuitatii focarului

Programe specifice tehnicii de iluminare ex.PD2 cu modulele CAL (computer aided lighting) si HNS (Homogenous Numerically Calculated Surface) se pot realiza reflectoare cu sectoare neparabolice .Focarul diferitelor sectoare poate sa-si schimbe pozitia fata de sursa de lumina.Pentru definirea elementelor de arie reflectorul se partitioneaza in fatete.In urma modelarii cu programul PD 2 se obtin arii de reflectare bine definite care asigura o repartitie optima a luminii si a conturului lumina/intuneric fara alte adausuri de piese optice (ecran,dispersor).

Sistemul de iluminare prin proiectie (PES)

Fig.12 Sistemul de iluminare prin proiectie

1 Obiectiv 2 Diafragma 3 Reflector 4 Sursa

Fig.13 Variante de reflectoare polielipsoide (PES)

SISTEME DE ILUMINARE

Sistemul cu doua faruri

La acest sistem lumina de intalnire si lumina de departare se realizeaza in cadrul aceluiasi far cu becuri bilux R2 sau H4.

O varianta moderna o reprezinta sistemul Bi-LITRONIC in varianta de proiectie si varianta de reflectie.

Fig.14 Sistemul Bi-Litronic S

Fig.15 Sistemul Bi-LITRONIC R

Fig.16 Modulele constructive Bi-Litronic S

1 Far ( 1a lentila obiectiv 1b lampa D2S 1c 1c diafragma 1d Reflector) 2 Modul de aprindere 3 Modul de comanda 4 conexiunni la

reteaua de bord

Sistemul cu patru faruri

Farul pentru lumina de intalnire se afla montat pe exterior,iar farurile pentru lumina de departare in interior.La lumina de departare functioneaza toate cele patru faruri.

Fig.17 Sistemul cu patru faruri cu LITRONIC

1 Reteaua de bord 2 Modulul de comanda 3 Modulul de aprindere 4 Optica cu lampa D2S 5 Lumina de departare cu H4

Constructiv pot fi folosite urmatoarele combinatii in scopul de a realiza automobile cu Cx mic:

=========================================================================

Sistem de ilumminare lumina de lumina de Inaltimea Eficienta

departare intalnire constructiva

_________________________________________________________________________

Sistem conventional ----------- H4-------- 100 % 100 %

Sistem cu 4 faruri H1 PES cu H1 60 % 120 %

Sistem cu patru faruri H1 VFR cu H1 60 % 120 %

Litronic(VFR) H1 VFR cu D2R 40 % 200 %

Litronic (PES) H1 PES cu D2S 40 % 200 %

BI-Litronic (VFR) --------VFR cu D2R------

BI-Litronic (PES) --------PES cu D2S------

_________________________________________________________________________

Fig.18 Combinatii posibile pentru sistemul de faruri

Imbunatatirea iluminatului in curbe

Fig.19 Modul de far pentru iluminatul in curbe

1-Cadru support; 2-Cadru de sustinere; 3-Actionare pe orizontaala;

4-Bi-Litronic/PES

Fig.20 Strategia de conectare si basculare a modulului de virare si

a modulului de baza la crearea luminii de curba statica /dinamica

la farul din stanga.

a.Pozitia sosea/curba; b.Pozitia autostrada; c.Virare in oras

Fig.21 Imbunatatire masurabila a distributiei adaptive a luminii

pentru conducator.

a.Curba stanga,lumina de curba dinamica; b.Virare la dreapta lumina statica

1-Halogen ; 2-Xenon ; 3a-Distributie adaptiva lumina dinamica;

3b-lumina adaptiva statica

Conditiile tehnice impuse Farurilor de automobil

Reglarea farurilor

reglarea cu aparatul optic

Reglarea automata functie de sarcina

Fig.17 Instalatia de reglarea farurilor functie de incarcare

Instalatia de curatire a farurilor

Fig.18 Instalatie de curatire a farurilor

Luminile din spate ale automobilelor

-Lumina “stop”;Lumina rosie λ=625 nm;P = 10 W la bilux 7 W;ф=125 lm;

-Semnalizator de frana;λ=625 nm;P=27 W; ф = 475 lm;

-Indicator semnalizare directie;Lumina galbena/portocalie intermitenta

60..120 per/min. λ= 592 nm; P=27W;

-Lumina de avarie intermitenta;60..120 per/min;

-Lumina de ceata rosie;distanta pana la lumina stop min 100 mm;P=27 W.

-Far de mers inapoi;P=21 W ;

-Iluminarea numarului de inmatriculare ; P= 5 W.

Fig.19 Lumina spate tip reflector Lumina spate cu optica Fresnel

Propuneri privind un sistem adaptiv de siguranta prin utilizarea actualelor mijloace:

-Luminozitatea si intensitatea luminoasa adaptata la conditiile de

vizibilitate;

-Suprafata luminoasa variabila in functie de intensitatea semnalului;

-Frecventa,folosita in prezent numai la schimbarea de mers,poate fi

utilizata la avertizare suplimentara.

Fig.20 Schema de principiu a unui sistem adaptiv de semnalizare

(ASS)

Cu aceste marimi s-ar putea inbunatatii patru grupe de situatii de trafic adaptiv :

-Situatii de pericol –acestea sa fie indicate diferentiat fata de franarea

standart.Utilizand o activitate ESP sau ABS vehiculul din urma poate fi

avertizat asupra apropierii sale periculoase.Un semnal de franare de necesitate se poate considera o

franare cu deceleratia peste 6 m/s

-Iluminarea mediului inconjurator-trebuie luata in considerare adaptarea

lumina /intuneric a ochiului in desfasurarea continua.

-Conditiile meteo – ploaie,ninsoare si ceata necesita in dependenta de

marimile fototechnice o adaptare a intensitatii semnalului.

-Murdarirea semnalizatoarelor-impiedica vizibilitatea semnalizatorului si

poate fi compensat pe langa curatire cu o crestere a luminozitatii.

O solutie disponibila sunt in acest caz sistemele LED care si-au demonstrat avantajele la semnalizatorul III de franare introdus din 1997.

SISTEME DE VIZUALIZARE NOCTURNA

Fig.21 Extinderea domeniului de vizibilitate prin camera infra-rosu

Fig.22 Modul de utilizare a campului vizual al conducatorului

auto prin sistemul HUD

1-imaginea virtuala;2-Parbriz;3-Unitate LCD (VFD); 4-Unitate optica.

Sistemul se compune din trei parti principale:

-Farul infrarosu

-Camera de receptie;

-Display.

Sursa radianta poate fi o lampa cu halogeni si filtru,IR-LED sau IR-Laser.

In cazul lampii cu halogeni apare o problema in sensul ca pe partea frontala apare lumina rosie ceeace este interzis.Avansate sunt variantele cu IR-LED si IR-Laser ca surse de radiatii.

Camera de receptie are o importanta in definirea calitatii sistemului deoarece aici se hotareste utilitatea imaginii obtinute.In functie de sensorul de imagine CMOS care este disponibil din mijlocul anilor 90´,de sensibilitatea si dinamica acestora.

Display-ul cel mai atractiv il reprezinta sistemul HUD experimentat si cu alte ocazii.In figura 23 se prezinta un aspect final al sistemului ADILIS (Advanced Infrared Lighting System).

Fig.23 Imagine suplimentara realizata cu HUD

Sisteme de asistenta la autovehicule comerciale

si autotrenuri

Fig.24 Sistem global de informare preconizat pentru

autocamioane si autotrenuri.

In anul 2000 la targul international de la Hanovra firma Delphi a prezentat un prototip cu un program cuprinzator de electronica,sensorica sitelematica

care sa asiste conducatorul auto in observarea si aprecierea situatie traficului. Conceptul “Safety Truck” se compune din :

-4 sisteme de camere ;

-diferite sensori radar ;

-un sistem infrarosu ,care sa acopere toate domeniile din jurul

autovehiculului relevante pentru siguranta.

In zona cabinei doua sisteme radar asigura detectarea autovehiculelor din zona apropiata (25 m 24 GHz) si departata (150 m,76 GHz).O camera care asigura extinderea vizibilitatii de noapte si pastrarea benzii de circulatie (Lane Guard Sistem)Sistem radar de infrarosu pentru supravegherea “unghiului mort”,iar in spate un sensor de distanta mica si o camera de vederi pentru asigurarea spatelui.

Sistemul de supraveghere a presiunii din pneuri

Realizarea unui parcurs indelungat cu presiune prea mica in pneuri sau chiar cu o pana de anvelopa are drept consecinta distrugerea prematura dar poate sa duca si la incendierea autovehiculului datorita lucrului de

deformare sporit si frecarilor mari dintre pneu si janta.

Fig.1 Sisteme de supraveghere a presiunii din pneuri

1-Monitorizarea razei de rulare a pneului; 2-Utilizarea unui sensor de supraveghere integrat in valva;

3-Utilizarea sensorilor integrate in pneu.

In prezent se utilizeaza trei sisteme de supraveghere a presiunii din pneuri.Monitorizarea razei de rulare este cea mai simpla dar include si erorile cele mai mari (pana la 25%).La solutia doua se masoara presiunea si temperatura direct si se transmit datele printr-un circuit electromagnetic la un circuit de emisie- receptie aflat pe aripa interioara a sasiului.Sensorii si antena petic (patch) sunt integrati in valva jantei (fig.1-2).Sistemul IQ-Tyre al firmei Goodyear si Siemens VDO este incorporat in pneu si masoara presiunea si temperatura.Antena este circulara si emite semnale pe toata durata rotatiei rotii (fig.1-3).

Fig. 2 Componentele principale ale sistemului IQ-Tyre

In afara de datele masurate sistemul transmite si memoreaza datele de identificare ale pneului ( pneu vara/iarna,Indicele de viteza,codul DOT specificatii de siguranta dupa normele Federal Motor Vehicle Safety Standard (FMVSS 109 pneuri pentru autoturisme si FMVSS 119 pneuri pentru autocamioane ).

Diferitele module ale sistemului IQ-Tyre rezulta din fig.3. Avantajul fata de constructia anterioara consta in faptul ca modulul din pneu nu necesita o sursa de energie proprie si ca urmare durata de functionare nu depinde de longevitatea bateriei.Legatura dintre modulul pneului si modulele sasiulului se face prin telemetrie transponder,similar ca in cazul asigurarii automobilului prin telecomanda.Pe fiecare aripa interioara este montat un transceiver care radiaza un camp electric de mica raza de actiune. Cu acest semnal de 125 kHz se transmit simultan comenzi ,date si energie pentru modulul pneului.Ca receptioner serveste o bucla din sarma integrata in zona laterala a pneului.Antena de 360 grade are in orice moment o distanta optima in raport cu transeiverul.

Fig.3 Interactiunea dintre modulele sistemului

Montajul electronic este foarte mic sensorii 2g si antena 20g.Electronica din pneu transmite datele de presiune si temperatura si codul de identificare in sens invers la transeiver.Printr-un sistem LIN –Bus (Local Interface Network) semnalele ajung de la Microcontroller (fig.4) la modulul de comanda al sistemului..

Fig.4 Schema bloc a sistemului IQ-Tyre

Optimizarea Sistemelor de Siguranta Ale Autovehiculelor

Documents

Transcript of Optimizarea Sistemelor de Siguranta Ale Autovehiculelor