Documente online.
Username / Parola inexistente
  Zona de administrare documente. Fisierele tale  
Am uitat parola x Creaza cont nou
  Home Exploreaza















OPTIMIZAREA SISTEMELOR DE SIGURANTA ALE AUTOVEHICULELOR

tehnica mecanica



loading...








ALTE DOCUMENTE

Vanzarea catre instalatori
STUDIUL STABILITATII SI DUCTILITATII HALELOR METALICE USOARE CU STRUCTURI IN CADRE CU SECTIUNI VARIABILE DE CLASA 3 SI 4
Fuzzy sets
SERIA ERT 1089,1090,1091,1092,1093, C 401
Studiul echilibrului navei supuse actiunii unui moment exterior
Mecanica desene
Clasificare Angrenaje
REGLEMENTARI AERONAUTICE
Modelul matematic al problemei brachistochronei
ATRIBUTIILE MACARAGIILOR


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 varioda

1962

Alternator cu varioda

1965

Sistem de aprindere cu tranzistori si contacte mecanice

1967

Injectia de benzina D-Jetronic

1973

Injectia de benzina L-jetronic

1978

Sistemul de antiblocare (ABS)

1979

MOTRONIC (Sistem de injectie-aprindere combinat)

1982

Reglarea antidetonanta

1983

Sistemul de aprindere electronic

1986

Sistemul de control electronic al motorului Diesel (EDC)

Managmentul de motor

1987

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 Pilot

1991

Sistemul de iluminare Litronic

1997

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…100m.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,SiN                 Sticla cristalina si  amorfa,

               

                               

                                                                            AlO(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 xi 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 ˝ 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 disipata controlat in coliziunile autoturismelor

1.1.           Generalitati

In fig.1.1 se prezinta dinamica accidentelor rutiere din Germania. Se observa descresterea cazurilor mortale din autoturisme la o dinamica aproximativ constanta a accidentelor înregistrate. Tendinta aceasta de evolutie a accidentelor rutiere este deci mai puternic influentata de îmbunatatirea sigurantei pasive (reducerea gravitatii consecintelor accidentelor) decât pe ridicarea sigurantei active (evitarea accidentelor).  Cu toate acestea pagubele omenesti si economice sunt înca imense.

Aceasta constatare se accentueaza daca se ia în considerare situatia din unele tari europene (Tabela  1.2).

Tabela 1.2.    Numarul 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

Franta

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

Cercetarii accidentelor rutiere, ramura de stiinta relativ „tanara“, îi revine sarcina de a crea  premizele pentru a reduce acest flagel. Nu este deci surprinzator faptul  ca în acest domeniu au preocupari diverse institutii de stat si organizatii neguvernamentale ca:

- Asociatia constructorilor de autovehicule  (ACEA);

- Economia de asigurari   (GDV);

- Organizatiile (cluburile) utilizatorilor (ADAC, DEKRA si altele);

- Constructia de cai rutiere  (BASt);   

- Societati de experti (GTÜ si altele) si nu in ultimul rând Politia rutiera.

1.2.           Siguranta pasiva ca subdomeniu interdisciplinar al dinamicii automobilului, biomecanicii si constructiei de autovehicule.

Daca pâna acum câteva decenii dinamica autovehiculului cuprindea exclusiv procese de demaraj, frânare, maniabilitate si stabilitate a miscarii, în ultimii ani au aparut capitole noi care se ocupa de cercetarea coliziunilor dintre om/vehicul, vehicul/vehicul si reconstituirea accidentelor rutiere.

În legatura cu biomecanica se cauta solutii pentru reducerea pericolului de accidentare si a gravitatii leziunilor produse de accidente.

Societatile de asigurari considera pe lânga preluarea riscului si a reglarii pagubelor pe lânga preluarea riscului si a reglarii pagubelor provenite din accidentele rutiere, evitarea si limitarea pagubelor ca a treia coloana în activitatea sa. Organizatia asiguratorilor vede ca o sarcina importanta cercetarea cauzelor accidentelor si gasirea cailor viabile de solutionare pe care  le propane celororlalti factori interesati.

Se face o delimitare între siguranta pasiva interioara si exterioara. Siguranta pasiva interioara se refera la  pasagerii automobilului pe când siguranta pasiva exterioara se refera la partenerul de coliziune.

Siguranta pasiva este determinata în principal de urmatoarele marimi de influenta:

·        Masa autovehiculului; 

·        Deformatia exterioara a autovehiculului;

·        Rigiditatea habitaclului;

·        Sisteme de retinere;

·        Deformatii interioare ale autovehiculului;

·        Forma autovehiculului

            

 

1.3     Conceptul de compatibilitate la impact, protectia proprie si a partenerului la impact ,  necesitatea disiparii controlate a energiei.

1.3.1       Protectia partenerului

Ţinta dezvoltarii constructiei de autovehicule compatibile este de a disipa (absorbi) energia de impact comuna astfel încât nici unul din partenerii la coliziune sa nu fie dezavantajat.

Parametrii de influenta importanti sunt : rigiditatea structurii dependenta de constelatia impactului, configuratia  frontala , masa si tipul autovehiculului.

Cercetarile pentru determinarea  compatibilitatii reale in conditiile puse de o siguranta efectiva, trebuie continuate.

Cerinta pentru autovehicule compatibile care ofera suficienta protectie partenerilor de trafic sta la baza noilor concepte ale automobilelor.

Compatibilitatea reprezinta un optim de suportare a structurilor în conditii de accidentare atat pentru autovehicule de aceeasi masa cât si fata de alti participanti la trafic, cum sunt autovehiculele mai mici sau pietonii.

Compatibilitatea nu implica numai masa automobilului. O influenta însemnata  o au formele si 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 importanta mare la impactul frontal decalat dintre doua autoturisme.

Efecte de supra- sau subîncalecare pot sa apara datorita efectului de „furca decalat vertical“ (Fig.1.14 si 1.15) produs de conditii constructive, miscari de tangaj la franare, etc.

Pozitia si amplasarea motorului în volumul frontal al automobilului are influenta asupra comportarii la deformare si a protectiei atât a pasagerilor cât si a partenerului la coliziune.

In coliziunile autoturism/autoturism, pe lânga raportul de mase si geometria structurii concura rigiditatea structurii ca al treilea factor important cu influenta asupra compatibilitatii.

In conceperea rigiditatii caroseriei, în special a partii frontale, actioneaza urmatoarele cerinte [67]:

  • Autoprotectia unui autoturism trebuie astfel asigurata încât dispozitivele de siguranta pasiva sa  asigure pasagerilor suficienta protectie în conditiile accidentelor reprezentative statistic; aceasta conditioneaza 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 datorita deceleratiei nu trebuie sa depaseasca o intensitate stabilita biomecanic la 30g. Aceasta conditioneaza ca la automobilele mici sa existe un spatiu minim de deformare.

  • Disiparea energiei trebuie sa se desfasoare astfel încât sa existe conditii echilibrate între deformatie si solicitarea cauzata de deceleratie deoarece aceste marimi sunt legate prin intermediul caracteristicii de rigiditate si masa automobilului.

  • Autovehiculul trebuie sa asigure partenerului la accident o protectie 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 frontala sa ofere atât în plan orizontal cât si vertical o rigiditate omogena pentru a evita actiuni ale unor forte concentrate  asupra partenerului de accident.

  • In mod deosebit, sa se includa în concept protectia partenerului la impact lateral si autoaccident.

1.4     Cercetari  privind siguranta pasiva

1.4.4.2 Metode energetice utilizate in reconstituirea accidentelor      

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

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

Lucrul de deformatie al autovehicolului efectuat în coliziune este:

WDef = WKin a - Wausl. - Wrot

sau

Energia cinetica înainte de coliziune = Energia cinetica dupa coliziune + lucrul mecanic de deformatie.

Bilantul energetic are forma:

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               

                                                                                                                        (1.6)

sau

+       

Aceasta relatie se utilizeaza în reconstituirea accidentelor rutiere în sistem de ecuatii cu legea conservarii impulsului sub forma vectoriala  si cu legea conservarii momentului  cinetic. Cu metoda EES s-a creat o baza cuprinzatoare si diferentiata de evaluare.

Viteza echivalenta de deformare poate fi determinata din cataloage, din grile sau prin încercari experimentale. Intre EES si rigiditatea K poate fi gasita, în anumite ipoteze o corelare de tipul  ecuatiei 1.10.

In lucrare [25] se prezinta o legatura analitica între  rigiditatea K si EES folosind în acest scop faza de restituire si un model de deformare liniar.

Cu

vBn = viteza de despartire din impact pe directia normalei în punctul de impact;

rezulta:

K1 =                                                (1.10)

La aceasta aplicatie trebuie cunoscute, în  afara de  , doua marimi  de structura suplimentare din care o rigiditate pentru a calcula celelalte marimi. In  [49] se prezinta o relatie de legatura între variatia de viteza conditionata de impact, coeficientul de restituire k si energia echivalenta EES :

                                                   (1.11)

Relatia pentru autovehiculul 2 se obtine inversând indicii. Ecuatia a fost dedusa pentru un model liniar si 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 atragatoare utilizarea rigiditatii structurala În determinarea energiei de deformatie. In

afara de aceasta rigiditatea structurala are un pronuntat caracter directional astfel încât poate exprima si alte fenomene cum ar fi „efectul furca“.

Evaluarea EES dupa aprecierea deformatiei

           

Structura

EES

Structura deformata este bine vizibila,                        EES = 15-45 Km/h

Valoarea poate fi bine determinata, vezi [34]

Structura este deformata peste volumul 1         

 EES > 50-60 Km/h

Valori greu de stabilit sau cu erori mari

EES < 10 Km/h, Structura nu este deformata din exterior, pronuntat caracter elastic

Valori greu de precizat; structura trebuIe atent examinata

1.5      Norme pentru încercarile experimentale de deformare si propuneri de largire a probelor de compatibilitate

Norme de încercari experimentale de deformare pentru toate tipurile de autoturisme sunt în momentul de fata normele:

- FMV SS 208

- ECE R 94

- EURO – NCAP

- US – NCAP

Aceste teste impun tuturor autovehiculelor îndeplinirea acelorasi parametri. Ca urmare rezulta niste consecinte contradictorii, pentru doua vehicule de mase diferite pentru compatibilitate. Astfel autoturismul cu masa mai mare trebuie sa aiba pentru a îndeplini conditiile respective, o rigiditate mai mare pentru a îndeplini conditiile testului.

Prin urmare testele respective nu raspund necesitatilor de compatibilitate a cercetarii accidentelor rutiere.

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

-          Test la impact lateral cu stâlp cu viteza de coliziune 35 Km/h în zona portierelor fata pentru a testa eficienta de protectie 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 retinere.

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 bariera „inteligenta“ [91] ca teste de referinta, sa fie extins pentru cercetarea compatibilitatii;

Alte masuri din partea legiuitorului ar putea fi:

-          Protectia energoabsorbanta frontala pentru autocamioane;

-          Imbunatatirea dispozitivelor antiîmpanare pentru autocamioane si remorci;

-          Imbunatatirea protectiei pietonului prin perfectionarea barei parasoc si partea posterioara a capotei motorului.

1.6      Obiectivele cercetarii din teza

In vederea îmbunatatirii continue a sigurantei pasive prin diferite strategii si solutii constructive la automobilele actuale si a modernizarii procedeelor de reconstituire a accidentelor rutiere, cunoasterea conditiilor variatiei energiei disipate si a rigiditatii structurilor autoturismelor in functie de deformatie, are o importanta deosebita. In urma studiului stadiului actual aL cercetarilor din domeniu, în special a domeniului reconstituirii accidentelor, se formuleaza urmatoarele obiective principale pentru lucrarea de fata:

  1. Elaborarea unui procedeu de determinare analitica a energiei disipate si a variatiei rigiditatii structurii autoturismelor in functie de deformatie, care sa vina în sprijinul reconstituirii accidentelor rutiere si a posibilitatilor de simulare a coliziunilor dintre autovehicule;

  1. Utilizarea cat mai complecta a informatiilor oferite de diagramele a-v-s si verificarea domeniului de încredere a  procedeului elaborat;

  1. Organizarea unei cercetari experimentale apropiate cu conditiile producerii unui accident tipic, cu frecventa mare de aparitie, pentru validarea procedeului elaborat;

  1. Evaluarea unei corelari între rigiditatea structurii, EES,  deformatie si

      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 rigida cu un grad de acoperire 100 % , permite cu precizie acceptabila, determinari privind:

-          viteza de coliziune;

-          energia cinetica initiala impactului;

-          energia  elastica de restituire;

-          acceleratia instantanee din timpul coliziunii;

-          variatia de viteza conditionata de impact;

-          fortele de deformare;

-          deformatia statica si dinamica;

-          lucrul mecanic de deformare realizat la impactul frontal;

-          energia disipata global si specifica;

-          rigiditatea structurii functie de deformatie.

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

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

O alta cale de a obtine diagrame  a-v-s ofera simularea cu modele multicorp. In fig.2.1 se prezinta modelul multicorp al unui autoturism cu motor transversal. Modelul matematic echivalent se obtine prin rezolvarea ecuatiilor Lagrange:

                                                                                         (2.1)

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

Ek = ;                     W =;                                 (2.2)

Modelul matematic echivalent are forma:

;                                                                                              (2.3)

unde parantezele reprezinta matricile maselor, rigiditatilor, acceleratiilor si deformatiilor. Sistemul nu are în general solutii analitice riguroase si ca urmare se rezolva prin integrare numerica cu procedee de tip Runge-Kutta.

Din punctul de vedere al analizei si reconstituirii accidentelor rutiere este avantajoasa utilizarea diagramelor experimentale pentru determinarea energiei disipate si a rigiditatilor structurale intrucat aceste date de obicei nu sunt la dispozitia expertilor din domeniu. Aceasta cu atât mai mult cu cât interesul major îl reprezinta dependentele vitezelor, acceleratiilor si deformatiilor functie de timp, care intra în calculul energiei disipate si a rigiditatilor.

Pentru calculul marimilor de mai sus se parcurg urmatoarele etape:

-          Determinarea functiilor viteza-timp si deformatie-timp;

-          Calculul dependentei viteza-deformatie;

-          Determinarea energiei disipate functie de deformatie;

-          Calculul rigiditatii structurii.

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

Pentru functia aproximativa y= f (x) sunt cunoscute i valori ale functiei yi =f(xi) din diagramele a-v-s. Pentru reprezentarea  marimilor a-v-s sunt utile functii sub forma polinomului de aproximare:

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

Necunoscute sunt coeficientii a, b, c, … w ; a acestui polinom de aproximare. Se impune conditia ca suma abaterilor patratice sa fie un minim, adica:

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 partiale:

                                                                                                              (2.7)   

;                   ;

rezulta cele patru ecuatii  :

;                        ;   ;                  (2.8)

;                     ;        

sau cu prescurtarile uzuale Gauss:

R1 =          = 

R2 =    = 

R3 =  = 

R4 =  = 

R5 =         =   ;

R6 =       =  ;                                                                                           (2.9)

R7 =        =  ;

R8 =       =  ;

R9 =        =  ;

R10 =   =   ;

se obtine sistemul de ecuatii lineare :

N  ·  a  + R5 · b + R6  · c + R7 · d   = R5

R5 · a + R6  · b + R7  · c + R8 · d   = R2

R6 · a + R7  · b + R8  · c + R9 · d   = R3                                                              (2.10)

R7 · a + R8  · b + R9  · c + R10·d   = R4

Din sistemul de ecuatii normal se determina determinantii pentru calculul coeficientilor.

|  N      R5       R6       R7  |

D =      |  R5    R6       R7       R8  |  ;

            |  R6    R7       R8       R9  |

            |  R7    R8       R9       R10|

|  R1    R5       R6       R7  |

D1 =   |  R2    R6       R7       R8  |  ;                                                                        (2.11)

            |  R3    R7       R8       R9  |

            |  R4    R8       R9       R10|

|  N      R1       R6       R7  |

D2 =   |  R5    R2       R7       R8  |  ;

            |  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 determinantilor se face dupa regula Cramer. Calculul numeric se efectueaza cu programul TP din anexa 2.1.1 iar calculul valorilor functiei de aproximare cu programul TP din anexa 2.1.2.

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

Tabela 2.1 – Comparatie între procedeul Gauss si Programul GRAFULA 3

Dupa 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

Dupa Gauß cu ecuatia:

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 – si programul GRAFULA 3 - sunt în domeniul acceptabilului adica sub 10%.

La aplicatia procedeului Gauß se fac urmatoarele observatii:

-          Un numar prea mare de puncte de masurare implica numai o precizie mai mare aparenta deoarece coeficientii  Ri –  (vezi ec.2.10 si 2.11) obtin valori care difera cu câteva ordine de marimi;

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

-          Citirea valorilor de masurare caracteristice din diagrama se poate face în urmatoarele moduri:

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

·        Citirea mediilor acceleratiilor din oscilatii;

·        Citirea maximelor si minimelor din oscilatii;

·        Schematizarea diagramei acceleratiilor medii cu fixarea unor valori caracteristice.

Procedeul Gauß – poate fi utilizat deci cu succes la stabilirea ecuatiilor vitezei functie de deformatie la care este suficient pentru descriere un polinom de gradul 3.

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

2.3.1   Calculul vitezei momentane din diagrama  a (t)

Adesea se da din teste numai diagrama a = f(t) si viteza de coliziune. In acest caz variatia vitezei momentane si deformatia rezultata din coliziune trebuie calculate prin integrarea dubla a curbei a(t). In alte cazuri se dau acceleratia, viteza si deformatia calculate cu aparatura standului de testare.

Fig. 2.2  a, b si c, prezinta diagrama de testare, filtrata la CFC 60 a deceleratiei, vitezei si deformatiei autoturismului  MB 280 S (model W 116, masa = 1905 Kg; Vo = 13.75 m/s; deformatia maxima SDef = 610 mm si durata fazei de compresie tk = 80 ms), precum si curbele de aproximare obtinute 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)

Influenta gradului polinomului de aproximare n rezulta din fig. 2.3.

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

Varianta I : Are aplicatii în cazul în care din testul Crash rezulta numai variatia  în timp a deceleratiei  si viteza de coliziune. Se prezinta trei polinoame de aproximare cu gradul n= 3,4 si 6.

Rezultatele sunt prezentate îin fig. 2.3 si tabela 2.2/I, cu utilizarea ecuatiilor (2.14 ... 2.16). (D) reprezinta valori digitalizate, (A) valori obtinute prin derivarea polinomului si (I) valori obtinute prin integrare.

Pentru evaluarea variantelor s-au folosit urmatoarele criterii:

  1. Durata fazei de compresiune sa fie respectata. In cazul de fata  tk = 80 ms.
  2. Deceleratia medie sa fie pe cat posibil mentinuta:

                        am =                                                           (2.23)

  1. Abaterea  mediei aritmetice si abaterea standard sa difere în medie sub 5 % si max. 10 % .
  2. Valorile de frontiera cunoscute pentru t = 0         V = Vo  Sdef = 0;

                                                                        t = tk        V = 0     Sdef = Sdefmax

     sa fie îndeplinite.

Daca se considera fig.2.3 si  tabela 2.3 se ajunge la urmatoarele concluzii:

Criteriile enuntate mai sus se îndeplinesc în polinomul integrat al vitezei numai partial la n=6, cu o abatere absoluta de -1,9 m/s. In diagrama deformatiei abaterea este de

 - 0,05 m (-8%).

Varianta II: (n=4) si Varianta III: (n=5) (decel. derivata; V-digit.; S - integrat); ajung în utilizare în cazul când este data si diagrama vitezei. In acest caz se aplica ecuatiile (2.17 … 2.19). Avantajul rezulta din faptul ca durata fazei de compresie are o abatere neglijabila si abaterea valorilor de margine este sub 0,41 m/s respectiv sub 0,07 m/s (vezi fig. 2.4).

Abaterea deformatiei este  0.073 m (Eroare relativa la n=4, 12% deci prea mare) si +0.039 m (eroare relativa 6.4 % la n=5).

Varianta IV: (n=4, totul digital, ec.(2.14, 2.17, 2.20), fig. 2.5) contin toate valorile digitizate si 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. derivata; V - derivata; S – digitalizat), prezinta valoare practica numai curba de deformatie la n=4 (eroarea valorii la tk=0.08 s este 0.8%); In cazul deceleratiei si vitezei, operatia de derivare conduce la erori mari (peste 12%) si o variatie nelogica a curbei. De accea se renunta la aceste variante.

2.3.2   Calculul vitezei functie de deformatie

Pentru calculul energiei disipate sunt necesare functiile de variatie a vitezei în dependenta de deformatie. Pentru aceasta se atribuie la :

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

Vs) = a + b • s + c • s2+ d • s3 ;

Valorile corespunzatoare pentru a, b, c, d sunt pentru viteza dependenta de deformatie 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 functiei  V(s) dependente de deformatie dupa tabela 2.2 si ec.(2.24)

           

V   a   r   i   a   n   t   a

I

II

II

IV

Deformatia                                                 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 cinetica se transforma în energie de deformatie, respectiv lucru mecanic de deformatie.

Cu relatia :

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

se calculeaza disiparea de energie pentru 100 mm deformatie pentru variantele  I…IV in tab.2.4.1 .

Tabela 2.4.1 Energia disipata / 100 mm

Sdef

mm

Energia disipata / 100 mm in (J) :

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 si reprezinta cazul de referinta. Varianta I s-a calculat pe baza deceleratiei digitizate si vitezei obtinute din integrarea acceleratiei. In acest fel s-au introdus erori prin faptul ca marimile de control prezinta abateri sensibile la t=0 si tk=80 ms. Varianta II si III s-a calculat cu viteza digitizata cu doua grade diferite  ale polinomului dar cu deformatia obtinuta prin integrare care prezinta de asemenea abateri. Pentru a obtine rezultate concludente se recomanda corectarea curbelor obtinute din Integrare cu conditiile de frontiera si urmata de digitizarea  acestora.

2.3.4   Calculul rigiditatii frontale K a structurii

Energia disipata respectiv lucrul mecanic de deformatie  si valoarea deformatiei sunt marimile de baza pentru calculul rigiditatii structurii.

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

Ki  = ∆Eabi/si2                                                                                                        (2.28)

Rigiditatea globala raportata la deformatia s se determina din relatia 2.29 an functie de energia disipata:

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 arata  influenta gradului polinomului asupra rigiditatii pentru varianta IV. Se observa ca la deformatii mici creste sensibilitatea fata de deformatie cu scaderea gradului polinomului.

Tabela 2.4.2. Rigiditatile 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 prezinta curbele de variatie a rigiditatilor calculate în functie de deformatie pentru variantele considerate.Fig. 2.9 reprezinta  varianta IV,comparativ

cu o varianta  de incercare cu viteza de coliziune de 25 km/h. Se observa ca la scaderea vitezei de coliziune rigiditatea ramâne aproximativ constanta la deformatii mai mari de 0.2 m spre deosebire de cazul vitezei de coliziune de 50 km/h unde rigiditatea prezinta o crestere. Aceasta crestere se poate explica prin faptul ca in cazul vitezei de coliziune de 50 km/h participarea motorului la marirea rigiditatii este mai mare. Influenta gradului de acoperire rezulta din figura 2.15 unde se prezinta suprapus variatia rigiditatii structurii pentru viteza de coliziune  Vo = 50 km/h pentru impactul frontal 100 % si decalat (offset) 50%. Se observa ca la impactul decalat deformatia se mareste considerabil, dar cresterea rigiditatii cu deformatia este mai lenta.

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

Incercarile de deformare (Crash) decalate cu grade de acoperire de 40..50 % se remarcaprin deformatii mai profunde si durate ale fazei de compresie mai mari. In schimb scad acceleratiile maxime.

2.4.2       Determinarea energiei disipate si a rigiditatii dupa procedeul Gauß

Diagrama a-v-s dupa [7] se refera spre deosebire de cazul precedent la un autoturism din clasa mijlocie si anume un OPEL Kadett. Conditiile încercarii 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;  deformatia maxima 899 mm.

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

Cazul 1. – se selecteaza valorile maxime si minime  si se elaboreaza ecuatia de aproximare pentru valoarea medie a deceleratiei (vezi tabela 2.15);

Cazul 2.    Se selecteaza mijlocul ramurilor crescatoare si coborâtoare ale oscilatiei si se elaboreaza  ecuatia empirica pentru maxime si minime din care se obtine ecuatia empirica medie.

Cazul 3. – se schematizeaza diagrama deceleratiei prin echilibrarea ariilor suprafetelor si se selecteaza valorile caracteristice ale segmentelor de drepte din diagrama schematizata (vezi tabela 2.21).

Dupa obtinerea functiilor viteza-timp se calculeaza functiile viteza-deformatie. Se obtin ecuatiile 2.35 si 2.36 pentru primele doua cazuri.

Rezulta ecuatiile dupa care se calculeaza energia disipata si 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 utilizeaza în prima varianta deformatia calculata fara corecturi cu valorile de frontiera si se obtine functtia 2.38. In a doua varianta se utilizeaza deformatia din diagrama si se obtine ecuatia 2.39. Cu aceste relatii se calculeaza energia disipata si rigiditatea din tabela 2.23.

V(s) = 13.85--0.15*s -- 0.07*s˛--0.001*sł ;                                                    (2.38)

V(s)´= 13.89--0.51*s –0.09*s˛--0.02*sł  ;                                                       (2.39)

Tabela 2.23  Rigiditatea structurii frontale functie de deformatie

    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 prezinta curbele de variatie a energiei disipate si a rigiditatii frontale pentru impactul decalat functie de deformatie pentru variantele considerate.

1.4.2.          Calculul energiei disipate si a rigiditatii utilizând programul de digitizare  GRAFULA 3

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

Energia disipata si rigiditatea frontala rezulta din tabela 2.25.

Tabela 2.25 Energia disipata si 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 paranteza repezinta corectia cu viteza de coliziune ca marime de frontiera care din polinom rezulta mai mare. Curba rigiditatii este înscrisa pentru comparatie cu metoda Gauss in fig.2.17.

2.5       Comparatii cu procedee din literatura de specialitate

In [7] autorul determina energia disipata dupa metoda grafoanalitica. Calculând rigiditatea frontala pe baza acestor rezultate se obtine curba de variatie din fig.2.18. Pentru aceleasi date, dar prelucrate dupa procedeul Gauss se obtine cea de a doua curba din fig.2.18. Pentru comparatii se prezinta si curba obtinuta cu date digitizate.

Abaterile care se constata la deformatiile mici provin de la neconcordanta originii timpului pentru deformatie si viteza în diagrama din anexa 2.2.2.

Valori medii ale rigiditatilor frontale s-au publicat în  [19] , dar fara sa se faca precizari privind viteza de coliziune si gradul de acoperire a impactului. Diagrame care contin variatia rigiditatii pentru unele autoturisme în functie de deformatie sunt prezentate de  Prof. Rau în [52]  si valori medii de Prof. Gratzer in [25].

2.6      Cercetarea statistica a erorilor

Daca se aplica modelul matematic pentru un anumit proces, trebuie cunoscut la evaluarea acestui proces, cu ce precizie au fost selectate marimile de intrare care intra în calcul si cât de mare devine eroarea finala,  respectiv dispersia finala care provine din aceste erori initiale.

Eroarea medie a functiei:

y = f(x1, x2,…xn)

este dupa legea de propagare a erorilor

                                                                                     (2.42)

Raportat la cazul concret al rigiditatii frontale exista doua modalitati 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 partiala a rigiditatii dupa ecuati 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)

dupa ecuatia(2.42) rezulta dispersia rigiditatii:

    ks                                                                                            (2.46)

Dupa ec. Gl.(2.14…2.16) se calculeaza deformatiile pentru gradele de polinom n = 3, 4, 6, si din acestea valoarea medie si abaterea medie standard (dispersia). Rezultatele rezulta din tabela 2.28:

Tabela 2.28  Valoarea medie si dispersia pentru deformatia calculata

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

2507.4

0.399

0.007

-  231.9

1.62

2434.1

0.513

0.012

   161.3

1.93

2304.8

0.693

0.023

   190.2

4.37

28410.9

0.754

0.028

     73.15

2.05

2805.2

0.821

0.039

-  129.74

5.06

28012.65

0.830

0.067

-  163.15

10.93

28027.33

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

In acelasi tabel s-au trecut valorile pentru derivata partiala a rigiditatii dupa ecuatia 2.45 si dispersia rigiditatii.

Rigiditatea tolerata este   K = Ks 2.5 • k.

Coeficientul de corelare dintre doua multimi Pi si Qi este, dupa [89], exprimat prin relatia:

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

Cu coeficientul de corelatie se cerceteaza dependenta liniara dintre doua siruri de date.

La:

0.75 < R2 < 0.95  exista o dependenta intensa;

0.95 < R2 < 1.00  exista o dependenta functionala. 

Procedeele dupa tabela 2.23 se compara cu cazul de referinta din tabela 2.25 prin patratul coeficientului de corelare.

Daca se preiau valorile deformatiei din diagrama originala pentru calculul rigiditatii rezulta un coeficient de corelare :

R2 = 0.95

in raport cu  cazul deformatiei  digitizate.

In tabela 2.25 polinomul de aproximare introduce la viteza pentru t=0 o viteza de coliziune mai mare decât cea reala si ca urmare o energie disipata nereala în faza de început.(valoarea din paranteza în tabela 2.25). Daca se introduce valoarea

logica Vo= 13.86 m/s, coeficientul R˛ are urmatoarele valori:

Solutie logica (2.25) cu ec.2.38:                                       R2 = 0.64

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

Solutie logica (2.25) cu ec.2.35:                                       R2 = 0.84

Solutie logica (2.25) cu ec.2.36:                                       R2 = 0.86

Daca Sdef este calculat comparativ cu cel preluat din diagrama se obtine ( ec.2.39 cu  2.38)      :

            R2 = 0.86

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

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

Coeficientii de corelare mici de 0.64 resp. 0,54 indica o sursa suplimentara de erori. In primul caz a fost nerespectarea conditiilor de frontiera pentru deformatie  în cazul al doilea  neconcordanta originii de timp pentru viteza si deformatie.

Diagramele a-v-s contin numai valorile înregistrate pentru acceleratie. Viteza si deformatia au fost obtinute prin integrare. Este interesant de vazut în ce masura

reflecta coeficientul de corelare legatura matematica dintre marimi în raport cu solutia corectata si digitizata:

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 neliniara

(vezi fig.2.18).

Daca punctul K (0.9) = 300 kN/m se obtine R2 = 0.99.

2.7  Concluzii

Conceperea unor modele de simulare a testelor de deformare necesita cunoasterea rigiditatilor structurale ale automobilelor. Evaluarea testelor simulate se efectueaza cu teste reale prin sondaj.

Pentru reconstituirea si analiza accidentelor importanta cunoasterii rigiditatii este avantajoasa deoarece aceasta poate fi utilizata în anumite conditii în calculul vitezei energiei echivalente de deformare EES.

Programul GRAFULA 3 – se preteaza foarte bine la prelucrarea diagramelor de deformare analogice. Cu toate acestea se pot obtine erori la prelucrare. Una din solutii de reducere a acestor erori consta în corectarea diagramelor obtinute prin integrare cu conditiile de frontiera cunoscute si care permit obtinerea cât mai precisa a duratei fazei de compresiune din coliziune. Aceasta faza cuprinde atât deformatia remanenta (statica) cât si deformatia elastica. Energia elastica este restituita sistemului si intra în calculul marimilor postcoliziune. Din acest motiv viteza EES trebuie definita în raport cu durata de compresiune a coliziunii.

Procedeul dupa Gauss ofera rezultate bune pentru polinoame de aproximare pâna la gradul trei. Prin urmare este util la determinarea functiilor dependente de deformatie. Functiile de timp necesitând grade de polinoame superioare avantajeaza programul Grafula de digitizare a diagramelor.

 

Capitolul 5  -  Concluzii generale si contributii proprii

Studiul  bibliografic efectuat releva urmatoarele:

Cercetarea transferului energetic rezultat din coliziunile automobilelor este pentru reconstituirea accidentelor de o importanta deosebita. In ultimii 25 de ani indicatorul principal pentru disiparea energiei  a fost viteza echivalenta a energiei de deformatie EES. Un impuls pentru prezenta lucrare au fost lucrarile  publicate din ultimii ani ale cercetarilor efectuate de  Burg, Gratzer, Rau s.a. în care se utiliza modelul plurimasa în cercetarea coliziunilor dintre  automobile. Energia disipata în raport cu deformatia se exprima în aceste cazuri prin intermediul rigiditatii structurii. Rigiditatea structurii este si o marime necesara în simularea  testelor de deformare a autovehiculelor.

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

Tendinta dezvoltarii  constructiei de automobile în perioada urmatoare va fi de a realiza automobile compatibile din punctul de vedere al sigurantei pasive exterioare. Conceptul de compatibilitate consta în disiparea energiei rezultata  din coliziune astfel încât nici unul din partenerii la coliziune sa nu fie dezavantajat iar în raport cu pietonii, biciclistii si motociclistii sa prezinte un concept optimizat al structurii.

  

Pentru a îndeplini dezideratele compatibilitatii se urmareste principiul energiei disipate controlat, ceea ce implica o distributie optima a rigiditatilor structurii automobilului.

 Determinarea rigiditatilor structurii din energia disipata poate fi realizata  având ca date primare diagramele a-v-s functie de timp obtinute la experientele de deformare (Crash) si care pot fi  prelucrate ulterior pentru a le majora cantitatea de informatii oferite si utilizate.

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

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 lânga diagramele de deformare, datele de frontiera si conditiile 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 functie de timp  selectate si obtinute în urma încercarilor de deformare aratate, se prelucreaza pentru studiul energiei disipate în coliziune si la determinarea rigiditattii structurii automobilului prin exprimarea variatiilor marimilor de coliziune (crash) prin functii empirice.

Aceste diagrame s-au pus într-o forma analitica prin doua procedee:

- Metoda  minimizarii sumei  patratelor celor mai mici erori (Gauß) si

- Aplicarea digitizarii  diagramelor prin Programul Grafula 3.

Din cercetarea teoretica a acestor aplicatii se desprind urmatoarele:

-    Efectiv masurata este numai diagrama acceleratiilor/deceleratiilor;

Variatia vitezei momentane din coliziune se obtine prin integrarea curbei acceleratiilor fie cu un software care apartine standului de încercare (fapt posibil numai la standuri perfectionate de la marile întreprinderi constructoare de automobile iar datele sunt de regula confidentiale).Uneori se publica variatiile vitezei momentane din coliziune si deformatia,  obtinuta prin procedee proprii institutiilor  sau firmelor. De obicei însa se publica numai variatia acceleratiilor.Pentru gradul polinomului de aproximare n=3 ecuatiile empirice de aproximarerealizate cu procedeul Gauß si programul  Grafula 3 nu difera sensibil. In cazul procedeului Gauß numarul punctelor de masurare este relativ redus. Programul Grafula de digitalizare permite luarea în considerare a unui numar mult mai mare de puncte de masurare (peste 75).

-           In cazul obtinerii vitezei momentane si a deformatiei  prin integrare exista abateri ale conditiilor de frontiera. Prin conditii de frontiera se înteleg conditiile la:

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

t=tk                               V  =  0         Sdef  =  Smax

In cazul simularii coliziunii modelului monomasa, la care se considera practic o structura omogena,aceste conditii sunt  bine evidentiate în diagramele de deformare dar durata fazei de compresie este mult sub valoarea timpului real obtinut cu structuri reale eterogene. La structurile reale eterogene apar discontinuitati în diagrama deceleraiei cauzate de unele ruperi locale, frecari si elasticitati.

Astfel deformatia maxima si viteza momentana zero se defazeaza spre „târziu“  fata de maximul deceleratiei/acceleratiei .

Conditiile de frontiera reale sunt în diagramele de deformare reale relativ greu observabile. Totusi se pot da niste puncte de reper:

-  Spre sfârsitul diagramei deceleratiei  apare un vârf ceva mai mare;

-  Daca exista si diagrama acceleratiei transversale aceasta schimba sensul în dreptul

   punctului V=0;

- Deformatia maxima se obtine la V=0.

Prin urmare se impune o corectura pentru variatiile respective dupa care se efectueaza digitalizarea valorilor aproximate (fig.2.6).

-         Având functiile de timp pentru viteza momentana si deformatie se efectueaza o schimbare de variabila si se obtine functia V(s) = f(Sdef). Din aceasta functie se calculeaza energia disipata prin deformare si  rigiditatea structurii pentru cazul coliziunii cu bariera rigida (fig.2.7,2.8,2.11,2.15).

-         In cazul  aplicatiei pentru autoturismul din clasa mijlocie la coliziunea cu grad de acoperire 50%,asemanarea geometrica a curbei acceleratiilor masurate ,cu curba de aproximare a acceleratiilor medii se imbunatateste. Ca urmare si            abaterile dintre cele doua  procedee de evaluare a diagramelor, prin functii de timp(Gauß resp.programulGrafula 3), ale marimilor de deformare sunt mai mici.

-         Rigiditatea structurii trebuie considerata ca functie a deformatiei rezultate din energia disipata; pentru un anumit autovehicul se poate adopta o lege a energiei  dissipate si o deformatie maxima, pe baza carora se realizeaza structura de o anumita rigiditate (ex. bara parasoc energoabsorbanta) .In cazuri cand rigiditatea dorita nu se poate realiza in conditii optime se include în structura deformata si a partii din structura neafectata de impact  prin anumite elemente de distributie. Astfel în cazul impactului decalat pe stânga, partea dreapta este supusa la tractiune, fapt ce se manifesta printr-o crestere a ampatamentului pe dreapta. In felul acesta energia disipata devine un proces dirijat sau controlat.

-         Rigiditatea structurii este specifica fiecarui autoturism iar variatia ei este influentata de viteza de coliziune, gradul de acoperire si conditiile din locul de impactare de pe automobil ex. efectul de furca.

Scopul principal de utilizare a parametrilor astfel obtinuti,este, de a aduce perfectionari în reconstituirea accidentelor si în elaborarea unor modele de simulare a accidentelor. De asemenea se pot determina analitic expresii pentru variatia  vitezei conditionata de coliziune , utilizarea coeficientului de restituire k si energia echivalenta deformarii (EES). Aceasta din urma conditioneaza ipoteza, ca EES se refera la energia de deformare disipata în faza de compresie a coliziunii.

Aceste constatari se exemplifica prin studiul experimental efectuat.

Studiul experimental efectuat a avut ca scop aplicarea procedeului ecuatiilor empirice în conditiile concrete ale unui accident cu pondere mare în cazuistica de reconstituire   a accidentului a expertului în accidente rutiere si s-a tinut cont si de anumite  imperfectiuni ale metodelor actuale de analiza si reconstituire a accidentelor din aceasta categorie. Astfel s-au utilizat doua viteze de coliziune în afara domeniului  uzual stabilit prin norme, unde EES  este dificil de cuantificat,  adica V=77 km/h si 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 determinata experimental coincide cu faza determinata prin ecuatiile empirice.

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

Conditiile de testare si aparatura de masurare au fost astfel alese încât sa corespunda atât cu cerintele investigatiei teoretice cât si din punct de vedere al preciziei de masurare. Evaluarea rezultatelor s-a efectuat atât cu metoda Gauß cât si cu metoda Grafula 3.

Experimentul a permis si stabilirea conditiilor de frontiera exacte prin utilizarea  instalatiei de filmare rapida si înregistrarea acceleratiei transversale.

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

Contributii personale la cercetarea efectuata  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 variatiei coeficientului de rigiditate                 K în functie de deformatie ,ce permite adoptarea unor solutii                                              optime,fundamentate teoretic,pentru constructia partii frontale a                                   automobilului;

            -           Utilizarea programului Grafula în analiza testului de deformare;          

            -           Contributii în perfectionarea unor programe de simulare a deformarii                        prin înlocuirea rigiditatii constante cu o functie a rigiditatii dependenta                  de deformatie;

      -           Efectuarea a doua 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- wr/w ;

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

                     Vr,viteza periferica a rotii.

                     w, viteza unghiulara a rotii corespunzatoare vitezei                              

                        de translatie a automobilului;

                 wr, viteza unghiulara a rotii.

         

      In mod corespunzator se defineste alunecarea :

                A = (Vr-V)/Vr   sau  A = 1 - w/wr ;

                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