Automobilul Sistem Mecatronic

8/17/2019 Automobilul Sistem Mecatronic

1/13

Iacob FlorinGrupa 433/2

AUTOMOBILUL - SISTEM MECATRONIC

Mecatronica este un domeniu transdisciplinar al ingineriei, o combinaţie sinergetică între

mecanica de precizie, sistemele electronice de comandă şi control şi inormatică, ce ser!este

proiectării, realizării, punerii în uncţiune şi e"ploatării de sisteme automate inteligente# $onceptul

de mecatronică s%a nascut în &aponia la începutul deceniului al optulea al secolului trecut# 'ermenul

în sine a ost bre!etat de către concernul (as)a*a +lectric $o# şi a ost utilizat pentru a descrie

uziunea tenologică-

MECANICA - ELECTRONICA - INFORMATICA

'ot ceea ce numim astăzi produs de înaltă tenicitate, este produs mecatronic# Mecatronica este

rezultatul e!oluţiei ireşti în dez!oltarea tenologică# 'enologia electronică a stimulat această e!oluţie#

.ez!oltarea microelectronicii a permis integrarea electromecanică# n urmatoarea etapă, prin integrarea

microprocesoarelor în structurile electromecanice, acestea de!in inteligente şi astel s%a a0uns la mecatronică#

'enologia mecatronică aduce în centrul atenţiei problema inormaţiei care, este componenta

datatoare de ton în raport cu materialul şi energia# 1ceastă poziţie a inormaţiei este moti!ată de către

0aponezi prin următoarele argumente-

inormaţia asigură satisacerea ne!oilor spirituale ale omului

numai inormaţia creşte !aloarea nou adăugată a tuturor lucrurilor

inormaţia înseamnă cultură#

EXEMPLE DE PRODUSE ŞI SISTEME MECATRONICE

ractic tot ceea ce numim produs de înaltă tenicitate este produs mecatronic# 1utomobilul

modern, roboţii, tenica de calcul, tenica de telecomunicaţii, aparatura biomedicală, sistemele de

transport inteligent, aparatura de cercetare, aparatura electrocasnică, aparatura cine%oto şi

audio%!ideo, maşinile agricole moderne etc#, sunt e"emple reprezentati!e de produse mecatronice#


2/13


Mecatronica s%a nascut în mediul industrial# trădaniile la ni!el academic pentru a asigura

pregatirea specialiştilor în acord cu cerinţele noii tenologii au condus la conturarea principiilor

mecatronice în educaţie#

1ceste principii sunt-• ands on % prezenţă palpabilă a obiectului de studiu

• learning b5 doing % în!ăţarea prin practică

• interaction % interacţiunea sistemelor mecanice , electronice, inormatice#

6aboratoarele interdisciplinare de mecatronică constituie baza pentru materializarea principiilor-

educaţie prin practică, educaţie prin cercetare#

1lată la intersecţia unor domenii ale ştiinţei cu perormanţe de !7r în implementarea noilor

tenologii, mecatronica abordează concepte şi sisteme noi în ingineria micro şi nano senzorilor şi

sistemelor de acţionare, materiale şi compozite pretabile pentru implementări la scară celulară sau

atomică, structuri celulare şi reţele neuronale, sisteme ce preigurează conceptele de

nanoelectronică capabile să producă !iitoarele nano%procesoare, noi concepte ale inteligenţei

artiiciale pri!ind adaptibilitatea, capacitatea de a raţiona, capacitatea de instruire, noi sisteme de

conducere a"7ndu%se în special pe controlul robust, tolerant la deecte, adapti!, inteligent, sisteme

e"pert şi neuro%uzz5 etc#

Foarte cur7nd mecatronica a de!enit ilosoie# entru practica inginerească ilosoia mecatronicăa marcat saltul de la ingineria tradiţională, sec!enţială, la ingineria simultană sau concurentă#

1. ARGUMENTE

1părut în a doua 0umătate a secolului al 89%lea, automobilul a re!oluţionat transporturile şi a

concentrat cele mai semniicati!e eorturi ştiinţiice şi inginereşti, pentru continua perecţionare a perormanţelor sale# 7nă în 0urul anilor 89:;%89 tenice, reprezentau o pondere co!7rşitoare în ansamblul unui automobil,

partea electrică şi electronică rezum7ndu%se la un număr restr7ns de motoare ?demaror, alternator,

ştergătoare de parbriz@, senzori ?pentru temperatura uleiului şi antigelului, presiunea uleiului,

ni!elul carburantului@, relee ?pentru semnalizare, aprindere@ şi becuri#


3/13


.ez!oltarea microelectronicii, materializată în circuite integrate logice şi analogice, circuite

integrate de putere, procesoare numerice ?microprocesoare, microcontrollere, .%uri@, realizarea

unor sisteme de acţionare, con!enţionale şi necon!enţionale, perormante, a unor tipuri noi de

senzori etc#, au descis perspecti!e largi pentru rezol!area unor cerinţe care se impuneau tot maiacut, legate de-

• siguranţa în traic

• economicitate

• iabilitate

• conort

• protecţia mediului#

n construcţia automobilelor moderne şi%au c7ştigat locul tot mai multe sisteme mecatronice

?pentru managementul motorului, 1A, +, suspensie acti!ă etc#@, pentru ca, în inal, întreg

automobilul să se transorme într%unul dintre cele mai reprezentati!e sisteme mecatronice ?prin

interconectarea subsistemelor cu magistrale adec!ate B de e"emplu, $1C%Aus, sisteme de

na!igaţie, D%b5 Eire, telematică etc#@#

Fig.1 - Componente electrice şi electronice într-un automobil

n automobil modern, dintr%o clasă medie, cuprinde circa ;%:; de motoare şi un număr

asemănător de senzori şi sisteme senzoriale ?ig#8@# n e"emplu eloc!ent îl constituie dierenţele


4/13


ma0ore dintre =broscuţa> de mare succes a irmei Hol)s*agen, din anii 89;- 83 E B putere

ma"imă consumată, 8; m de cabluri electrice şi circa

, cu un consum de 2;;

E, 8;; m de cabluri şi 82;; contacte electrice#$reşterea ponderii componentelor electrice şi electronice în construcţia automobilului a

acilitat introducerea unor sisteme noi, permiţ7nd creşterea perormanţelor şi simpliicarea

componentelor mecanice#

1.2. CREŞTEREA PERFORMANŢELOR ŞI SIMPLIFICAREA COMPONEN-TELOR MECANICE

n e"emplu este prezentat în igura 2, respecti! un !entil cu acţionare electromagnetică

?+lectromagnetic Hal!e 'rain B +H'@ B un rezonator resort/masă, care înlocuieşte clasicul a" cu

came destinat acţionării !entilelor în sincronism cu mişcarea arborelui motor, şi asigură sistemului

de management al motorului posibilitatea comenzii libere a !entilelor, în uncţie de algoritmul de

optimizare impus# rincipalele eecte- îmbunătăţirea raportului moment motor/turaţia motorului,

reducerea cu p7nă la 2;J a consumului de carburant, reducerea !olumului gazelor de eşapament#

Fig.2 - Ventil cu acţionare electromagnetică

K altă tendinţă importantă în construcţia auto!eiculelor constă în îmbunătăţirea permanentă a

perormanţelor sistemelor e"istente# n igura 3, este prezentat un sistem de in0ecţie cu actuator

piezoelectric# tilizează tenologia L.I ?Lig .iesel In0ection@, în care o pompă alimentează cu


5/13


motorină o rampă comună, numită =common rail>, la presiuni de p7nă la 8;; bari# .istribuţia

carburantului din această rampă se realizează cu actuatori piezoelectrici#

1ctuatorii piezoelectrici sunt utilizaţi în multe produse mecatronice, datorită unor

caracteristici remarcabile, cum ar i orţe de acţionare mari ?de ordinul miilor de C@, acceleraţii deordinul a 2;;;g, rezoluţii în domeniul nanometrilor etc#

Fig.3 - Sistem de injecţie cu actuator pieoelectric

Foarte multe eorturi ale proiectanţilor şi constructorilor de !eicule sunt diri0ate în scopul

creşterii siguranţei şi conortului pasagerilor şi implică subsisteme mecatronice soisticate#

istemele de securitate pot i acti!e sau pasi!e şi au c7te!a roluri oarte importante- e!itarea

eicientă a coliziunilor minimizarea eectelor coliziunilor şi e!itarea traumatismelor, at7t pentru

pasagerii !eiculului, c7t şi pentru pietonii implicaţi în accident#

istemele de siguranţă acti!e ser!esc la pre!enirea coliziunilor şi la minimizarea eectelor

acestora# $ele mai importante sunt $ontinentalN-

istemul electronic de r7nare ?+lectronic Ara)e 5stem@, care include-

1A ?1nti%loc)ing Ara)e 5stem@ Bare rolul de a controla presiunea de r7nare, pentru

e!itarea blocării roţilor# rocesează inormaţiile de la senzorii care măsoară !iteza roţilor şi

controlează motorul pompei idraulice şi !al!ele care distribuie luidul la r7ne#

Ara)e 1ssist B interpretează inormaţiile de la senzorii speciici şi corectează mane!rele de

r7nare ale conducătorului auto#


6/13


istemul electronic de stabilitate ?+ B +lectronic tabilit5 rogram@, care e!aluează în

permanenţă datele măsurate de un mare număr de senzori şi compară acţiunile şoerului cu

comportarea !eiculului la momentul respecti!# .acă inter!ine o situaţie de instabilitate, cum ar

i cea determinată de o !irare bruscă, sistemul reacţionează în racţiuni de secundă, prinintermediul electronicii motorului şi a sistemului electronic de r7nare şi a0ută la stabilizarea

!eiculului# istemul + include mai multe subsisteme comple"e-

1A ?1nti%loc)ing Ara)e 5stem@

+A. ?+lectronic Force Ara)e .istribution@

'$ ?'raction $ontrol 5stem@

1($ ?1cti!e (a* $ontrol@#

istemul de pre!enire a accidentelor, care poate include-

$ontrolul adapti! al coliziunilor ?1dapti!e $ruise $ontrol % 1$$@, bazat pe senzori radar

de distanţe mari# ncep7nd cu anul 8999, irma $ontinental 1utomoti!e 5stems $ontinentalN a

introdus sistemele 1$$ în producţia de serie, de!enind primul urnizor global de astel de

sisteme# 1$$ reglează automat !iteza !eiculului, în uncţie situaţia maşinilor din traic, pentru

a asigura o distanţă adec!ată aţă de !eiculul din aţă# istemul radar utilizează principiulimpulsuri .oppler pentru măsurarea independentă a !itezei şi distanţei#

.istanţă redusă de r7nare ?Oeduced topping .istance@, bazată pe un sistem de r7nare

automată în e!entualitatea unei coliziuni

1!ertizare de distanţă ?.istance Earning@

top P Go, bazat pe un sistem radar în inraroşu, pentru distanţe mici, destinat asistenţei

pentru traicul urban sau pentru situaţiile de pornire şi oprire

pri0in pentru urmărirea a"ului drumului ?6ine Qeeping 5stem@, cu cameră $$. şi

inter!enţie acti!ă asupra sistemului de direcţie implică un algoritm de procesare a imaginilor şi în

cazul de!ierii de la a"ul drumului, şoerul este a!ertizat printr%o uşoară mişcare a !olanului,

păstr7nd însă supremaţia în mane!rarea acestuia

$ontrolul global al şasiului ?Global $assis $ontrol@

Oeacţie =aptică> de pericol la ni!elul pedalei de acceleraţie ?Laptic .anger Feedbac)@ etc#


7/13


istemele senzoriale şi de acţionare care asigură managementul motorului, asistenţa la

r7nare şi controlul stabilităţii, permit, prin e"tinderi adec!ate, în special în domeniul sot*are%ului,

realizarea altor acţiuni, importante pentru siguranţa şi conortul conducătorului auto# .e e"emplu,

momente oarte diicile apar, în special pentru şoerii mai puţin e"perimentaţi, în cazul pornirii pe pante înclinate, a opririlor/pornirilor la semaoare sau în parcări#

rogramul Lill tart 1ssist ?L1@ este destinat asistenţei în astel de situaţii- după ce şoerul

a eliberat r7na de m7nă, L1 întreţine în sistemul de r7nare o presiune care asigură menţinerea

ermă pe loc a maşinii# e parcursul pornirii ?accelerării@, L1 reduce presiunea de r7nare, în

corelaţie cu creşterea momentului motorului# $ontrolul presiunii de r7nare se bazează pe- presiunea

de r7nare aplicată de şoer inormaţii pri!ind motorul şi transmisia înclinarea pantei ?măsurată de

un senzor de acceleraţie longitudinal@#

.in ce în ce mai comple"e şi soisticate sunt sistemele de siguranţă pasi!e, care au rolul de a

prote0a pasagerii şi pietonii contra accidentelor suerite în urma coliziunilor# +le includ o serie de

sisteme de protecţie- centuri de siguranţă, sisteme de tensionare, mecanisme de blocare, airbag%uri

rontale şi laterale, protecţie a capului şi genuncilor, protecţie contra răsturnării, precum şi o serie

de senzori şi actuatori inteligenţi- senzori pentru anticiparea coliziunilor ?detecţia şi clasiicarea

pietonilor, sesizarea condiţiilor premergătoare impactului pentru acţionarea adec!ată a sistemelor de

protecţie@, senzori pentru sesizarea şi analiza impactului ?direcţie, intensitate, tip, posibilitatea

răsturnării@, senzori pentru detectarea şi clasiicarea pasagerilor, airbag%uri inteligente, a căror

e"pandare depinde de orţa şi locul de impact, sisteme re!ersibile de pretensionare a centurilor de

siguranţă, sisteme pentru optimizarea poziţiei scaunelor şi înciderea automată a uşilor şi trapelor

pentru minimizarea eectelor coliziunii, sisteme de protecţie a pietonilor etc#

entru a ilustra modul în care mecatronica a re!oluţionat construcţia automobilului, se !a

prezenta, ca un ultim e"emplu, modulul de comandă a unei uşi, care este at7t de comple", înc7t

necesită un microcontroller propriu ?ig#4@ ICFIC+KCN#


8/13


Fig.! - "odul de comandă a uşii din #aţă $C% & circuite de putere'

n comanda uşii inter!in 4 motoare- unul pentru înciderea/desciderea erestrei, unul pentru

blocarea/deblocarea uşii în cadrul sistemului de blocare centralizată şi alte două pentru poziţionarea,

după două direcţii ?"%5@, a oglinzii retro!izoare# 6a acestea se adaugă un sistem pentru încălzirea

oglinzii retro!izoare# n număr de întrerupătoare permit conducătorului auto să eectueze

mane!rele dorite pentru acţionarea celor patru motoare# Multe module de comandă a uşilor includ şi

senzori, care sesizează gradul de încidere/descidere a erestrelor, atingerea limitelor de sus/0os,

apariţia unor obstacole# Modulul de comandă cuprinde-

Interaţa cu întrerupătoarele şi senzorii

$ircuitele de comandă pentru motoare şi rezistorul de încălzire a oglinzii- punţi în L

?complete@ pentru ereastră şi blocarea uşii şi semipunţi pentru poziţionarea oglinzii,

tranzistor de comandă a rezistorului de încălzire

$ircuite de comandă- microcontroller şi interaţă $1C%Aus

Oegulator de tensiune#

Implementarea pe scară largă a unor astel de module, la milioane şi milioane de !eicule, a

impus proiectarea şi producerea de circuite integrate speciice dieritelor uncţii# n igura este

prezentată o scemă din documentaţia irmei ICFIC+KC, în care iecare uncţie detaliată mai sus

este realizată cu c7te un circuit integrat dedicat#


9/13


$omanda este asigurată de un microcontroller de < biţi, $;, dotat cu interaţă $1C# n

scemă nu sunt detaliate semnalele de la microîntrerupătoare, dar semnalul de la un senzor de

curent din circuitul de putere al motorului pentru înciderea/desciderea erestrei ?linia 1/.@ poate

i utilizat pentru a sesiza e!entuale obstacole în calea erestrei sau limitele de încidere/descidere,materializate prin creşterea curentului în înăşurarea motorului#

Fig.( - Sc)emă de comandă a uşii* cu microcontroller C(+( şi circuite integrate

2. CAN BUS – EXEMPLU DE MAGISTRALĂ SERIALĂ ÎN

AUTOMOBIL [DUM04A

.ez!oltarea $1C a început odată cu implementarea unui număr tot mai mare de dispoziti!e

electronice în auto!eiculele moderne# +"emple de astel de dispoziti!e sunt sistemele de

management al motorului, suspensiile acti!e, 1A, controlul cutiei de !iteze, controlul arurilor,

aerul condiţionat, airbag%urile şi înciderea centralizată ?ig#@#


10/13


Fig., - C /us pentru conectarea subsistemelor în automobil

$ontroller 1rea Cet*or) ?$1C@ este un protocol de comunicaţie serial, care asigură

controlul distribuit, în timp real, cu un mare grad de siguranţă# 1 ost dez!oltat iniţial de irma

Oobert Aosc GmbL, care deţine şi licenţa $1C, în ultima parte a anilor 89


11/13


aplicaţii ale $1C se regăsesc la trenuri, ecipamente medicale, automatizarea clădirilor,

ecipamente electrocasnice şi automatizarea birourilor#

!. BIBLIOGRAFIE

1. .emian, '#, 'udor, .#, Grecu, +#- Mecanisme de mecanică ină, +ditura.idactică şi edagogică, Aucureşti, 89 8/2;;4, pag# 34%39#3..umitriu, 1#, .udiţă, F#, Ionescu, +#, .iaconescu, .#, 1utomate de control şideser!ire B Ooboţi industriali,4..umitriu, 1#- 'enica prelucrării inormaţiilor, ni!ersitatea U'ransil!aniaUAraşo!, 899, curs, ediţia II#

5. .umitriu, 1#, Morar, 1#, Mecatronică# ni!ersitatea =etru Maior>, '7rgu%Mureş,2;;3# 6. Mătieş, H#, M7ndru, .#, Aălan, O#, 'ătar, .#, Ousu, $#,'enologie şi educaţie înmecatronică, +ditura 'K.+$K, $lu0%Capoca, 2;;8#7. .olga H# , 'eoria sistemelor automate, Facultatea de Mecanică, ni!ersitateaolitenică 'imişoara


12/13



13/13

Grupa 433/2

Documents

Automobilul Sistem Mecatronic