Járműinformatika villamosmérnöki megközelítésben

Tematika:

• Jelek csoportosítása

• Jelfeldolgozás, A/D, D/A

• Irányítástechnika

• Szabályzókörök (PID)

• Érzékelők be- és kimeneti jelei

• Villamos zavarjelek

A jelek csoportosítása

- Determinisztikus: matematikai kifejezésekkel leírható és matematikai összefüggésekkel kezelhető- Sztochasztikus: matematikai módszerekkel csak részlegesen kezelhető, statisztikai jellemzőkkel vázolható- Periodikus: T periódusidő szerint ismétlődik, Fourier sorba fejthető (szinusz és koszinusz függvények segítségével felírható)- Kvázi-periodikus: tartalmaz periodikus összetevőket- Tranziens: egyszeri, nem periodikus folyamat, melynek energiája véges

Jelek osztályozása folytonosságuk szerint

• Analóg jel: analógnak nevezzük azt a jelet, amelynek az értelmezési tartománya is, az értékkészlete is folytonos, a jel minden időpillanatra értelmezett.

• Mintavételezett jel: a jel értelmezési tartománya diszkrét, értékkészlete folytonos. A jel csak adott időpillanatokra értelmezett, ott viszont tetszőleges értékeket felvehet

• Amplitúdóban diszkrét jel: az értelmezési tartománya folytonos, de értékkészlete diszkrét. Tetszőleges helyen lehet értéke, de ez az érték csak megadott lehet.

• Digitális jel: mind értelmezési tartományában, mind pedig értékkészletében diszkrét. A digitális jelek halmazának egy fontos része a bináris jel: az ilyen jel értékkészlete a 0 és a 1.

Jelátalakítás

Analóg-digitál átalakító (AD konverter, ADC):

Olyan áramkör, amely egy analóg (vagyis nagyságában folytonos) elektromos mennyiséget - áramerősséget vagy feszültséget - digitalizál, vagyis nagyságát egy számmal fejezi ki.

Digitál-analóg átalakító (DA konverter, DAC):

Digitális jelből a digitális jelet képviselő analóg jelet előállító elektronikus áramkör. A digitális jel adott idő alatt beérkező impulzusszám vagy kódolt jelsorozat lehet. Az analóg jel rendszerint feszültség.

A/D átalakítás

Az analóg-digitális átalakítás általában a következő lépéseket tartalmazza:

• Egyéb fizikai jelek átalakítása elektromos jellé (szenzorok)

• Analóg jel kondicionálása

• Analóg jel mintavételezése

• Minták kvantálása

• Kódolás

A/D átalakítás

A/D átalakítás lépései

Jelkondicionálás (előszűrés):

- A jel erősítése, csillapítása

- Analóg szűrés a jel sávszélességének korlátozásához

- A járulékos zaj spektrumának limitálása (nagyfrekvenciás jelek kiszűrése)

- A hasznos jeltartományba eső zaj energiájának csökkentése

Mintavételezés és tartás (Sample & Hold):

Mintavételezésnek nevezzük, ha egy folyamatos analóg jelből egy adott t0 időpillanatban vagy meghatározott időközönként (Tmv) mintát veszünk.

Nyquist-Shannon-féle mintavételi törvény:

Egy jelből olyan gyakorisággal kell mintát venni, hogy az eredeti jel reprodukálható legyen, vagyis mintavételi frekvenciát úgy kell megválasztani, hogy az nagyobb legyen, mint a mintavételezett analóg jel legnagyobb frekvenciájú összetevőjének a kétszerese.

A tartás során a mintavételezett jelet konstans állapotban megtartjuk annyi ideig, amennyire az A/D átalakítónakszüksége van ahhoz, hogy megállapítsa annak digitálisértékű megfelelőjét.

Kvantálás:

A kvantálás során az analóg jel jeltartományán belül jelszinteket állapítunk meg. Az analóg jel értékeit mindig a legközelebbi ilyen értékre kerekítjük. A mintaértéke alapján így megállapított érték ennek során adott esetben csökken, más esetben növekszik, azaz a kvantálással az eredeti jelhez zajt adunk. A kvantált jel nem hordoz információt arról, hogy ez a hozzáadott zaj mekkora volt. A kvantumok száma meghatározza az átalakító kvantálási pontosságát. A kvantumok számát 2 hatványaként adják meg. Például egy 8 bites átalakító azt jelenti, hogy a kvantumok száma 28, azaz 256.

Kódolás:

A kódolás célja a számítógépes tárolás, rögzítés. A mintavételezett és kvantált jelet binárissá alakítani kódolással lehet megtenni: a kódoló egységgel a kvantálással kapott értékekhez bináris jelsorozatot rendelünk.

Adat:

Az információtartalom egysége a bit. Ha az információ tartalom igen vagy nem állapottal jellemezhető, akkor annak tartalma éppen egy bit. Az információt hordozó jelek esetében is ez a legkisebb egység, értéke 0 vagy 1 lehet. A gyakorlat számára ez nagyon kevés, ezért ennek többszörösét használják.

A/D átalakítók jellemzőiFelbontás (Resolution):

A felbontás megmondja, hogy az A/D átalakító az analóg bemenő jelet hány egyedi értékké tudja átalakítani. Mértékegysége minden esetben a bit.

Kivezérlési tartomány (Full Scale):

Az a bemeneti analóg tartomány, amelyben az átalakító telítésmentesen működőképes. Léteznek unipoláris és bipoláris eszközök, előbbiek egy referenciafeszültség és a földpotenciál között működnek, utóbbiak a földpotenciál körül szimmetrikus tartományban. A kivezérlési tartomány függ a referenciafeszültségtől. Az abszolút pontosság legfeljebb akkora lehet, mint a referencia pontossága, tehát pontos mérésekhez pontos referenciára van szükség.

Mintavételi frekvencia:

Az a legnagyobb mintavételi frekvencia, amivel az átalakító működni tud. Mértékegysége SPS (Sample per Second - minta másodpercenként).

Konverziós idő:

Egy minta átalakításához szükséges idő.

Sávszélesség:

A bemenet analóg részeinek aluláteresztő jellegű frekvenciafüggésében a felső határfrekvencia.

Az átalakítás lehetséges hibái

Ofszet hiba:

A karakterisztika „0” kódhoz tartozó értéke. A kivezérlési tartomány százalékában szokás megadni. Javítható!

Linearitási hiba:

A mérési karakterisztika egyes pontjai nem egy egyenesen találhatók. A linearitási hibával határozzák meg a mérési karakterisztikától való eltérést. Nem javítható!

Erősítési hiba:

A karakterisztikára illesztett egyenes és az ideális karakterisztika erősítésének eltérése, a kivezérlési tartomány százalékában szokás megadni. Javítható!

Kódkiesés:

Nem javítható!

A/D átalakítók fajtái• Kétszeresen integráló (Dual-slope)

• Jelkövető

• Számláló

• Fokozatos közelítésű (SAR)

• Párhuzamos (Flash)

• Delta-szigma

D/A átalakítás

A D/A konverterek numerikus értéket analóg jellé alakítanak át, rendszerint feszültséggé, melynek értéke arányos a bemenetre kapcsolt bináris számmal.

Elvi felépítése:

Az irányítástechnika

Fogalma:

A műszaki életben az irányítás olyan műveletsor, amely egy műszaki folyamatot elindít, annak meghatározott állapotát fenntartja vagy megváltoztatja, ill. a folyamatot leállítja.

Az irányítás részműveletei:

1. Érzékelés: információszerzés az irányítandó folyamatról.

2. Ítéletalkotás: döntés az értesülés feldolgozása alapján a rendelkezés szükségességéről

3. Rendelkezés: utasítás a beavatkozásra.

4. Beavatkozás: az irányított folyamat befolyásolása a rendelkezés alapján.

Az irányított rendszer két fő része:

• az irányító berendezés:

Az irányító berendezés mindazon szerkezeti egységek összessége, amelyek segítségével az irányítás megvalósul.

• az irányított berendezés:

Az irányított berendezés az irányítás tárgyát képezi. Ez az irányítandó műszaki folyamat, amely az irányítástól függetlenül is létezik.

Az irányítási rendszer szerkezeti részei:

• Elem:

Az elem az irányítási rendszer irányítástechnikai szempontból legkisebb, tovább nem bontható szerkezeti egysége. Az elemnek egy vagy több alkatrésze lehet.

• Szerv:

A szerv az irányítórendszernek egy irányítási részfeladatot önállóan ellátó szerkezeti egysége. A szerv egy vagy több elemből állhat. Az irányítási rendszer lényeges szerve, pl. az információ szerzésére szolgáló szerkezeti egység, a szenzor.

• Jelvivő vezeték:

A jelvivő vezeték olyan összeköttetés, amely a jeleket átviszi az irányítási rendszer szervei között.

Az irányítás két fő csoportja:

• Vezérlés

Vezérlés esetén egy bemeneti jel egy berendezésen változást idéz elő. A kívánatos, és a tényleges változás különböző lehet. A vezérelt jellemzőről semmilyen visszajelzés nem jut a bemenetre. A vezérlés hatáslánca nyitott.

• Szabályozás

Szabályozás esetén is egy bemeneti jel egy berendezésen változást idéz elő. Ekkor azonban a tényleges érték állandó felülvizsgálata folyik egy mért, visszacsatolt és a kívánatos érték összehasonlítása révén. A szabályozás hatáslánca zárt.

A vezérlés hatáslánca:

Az irányítási rendszer azon szerkezeti egységeinek sorozatát (láncolatát), amelyek az irányítási hatást közvetítik, hatásláncnak nevezzük.

Szabályozástechnika

A szabályozási kör fogalma és fő egységei:

A szabályozási kör a szabályozás zárt hatáslánca. Szerkezetileg két jól elkülöníthető szerkezeti egységre bontható.

Az irányítási rendszerek csoportosítása segédenergia szerint:

• villamos energia - ezzel működnek a villamos szabályozók

• sűrített levegő - ezzel működnek a pneumatikus szabályozók

• nyomás alatt álló olaj - ezzel működnek a hidraulikus szabályozók

A szabályozási kör jellemzői:

• Szabályozott jellemző:

A szabályozott jellemző a műszaki folyamat azon jellemzője, amelyet a szabályozással a zavaró hatások ellenére az alapértéken akarunk tartani. Az alapérték az az előírt érték (vagy előírt módon változó érték), amelyet a szabályozott jellemzőnek a szabályozás révén el kell érnie.

• Zavaró jellemző:

Zavaró jellemző a szabályozott szakaszra ható, a szabályozástól független külső hatás, amely a szabályozott jellemző értékére károsan hat.

• Módosított jellemző:

A módosított jellemző a szabályozott szakasznak az a kiválasztott jellemzője, amellyel a szabályozott jellemzőt befolyásolni tudjuk.

A szabályozási kör jelei és szervei:

• Az érzékelő szerv a szabályozási kör olyan szerve, amely a szabályozott jellemzőt méri és annak nagyságával arányos, összehasonlításra alkalmas ellenőrző jelet (xe) szolgáltat.

• Az alapjel képző szerv a szabályozási kör olyan szerve, amely az alapjel (xa), vagyis az előírt érték (vagy előírt módon változó érték) külső beállítására szolgál.

• A különbségképző a szabályozási kör olyan szerve, amelynek feladata az ítéletalkotás, azaz az alapjel és az ellenőrző jel különbségével arányos rendelkező jel (xr) előállítása. xr=xa-xe

• A jelformáló-erősítő szerv feladata, hogy a rajta áthaladó jelet az előírt tőrvényszerűségek szerint módosítsa, felerősítse. A jelformáló-erősítő által kibocsátott jel a végrehajtó jel (xv). A legtöbb esetben ez kis energiájú, nem alkalmas a beavatkozó szerv működtetésére, csak a végrehajtó szerv működtetésére jó.

• A végrehajtó szerv feladata a szabályozási körben létrejövő rendelkezés végrehajtása, a beavatkozó szerv mozgatása, beavatkozó jel (xb) kibocsátása.

• A beavatkozó szerv a szabályozott szakaszt közvetlenül befolyásoló, a módosított jellemző értékét létrehozó szerkezeti egység (xz)

A szabályozókör elvi felépítése

A szabályozásokat többféle szempont szerint csoportosíthatjuk:

• Az alapérték időbeli lefolyása szerint:

- értéktartó (az alapjel állandó)

- követő

• A működés folyamatossága szerint:

- folyamatos működésű (állandóan szabályoz)

- időszakos működésű (mintavételezés alapján)

• A rendszer szerkezete alapján:

- egyhurkos (csak egy szabályozási kör van jelen),

- többhurkos (két, vagy több szabályozási kör működik egymás mellett, egymástól függetlenül, „kaszkád”),

- kapcsolt, többváltozós szabályozás (két ,vagy több szabályozási kör működik egymás mellett, melyek egymást kölcsönösen befolyásolják)

A szabályozástechnikai tag fogalma és jellemzése

Matematikai vizsgálat esetén a szabályozási kör matematikailag vizsgált bármely részét általánosságban tagnak nevezzük. A tagot működésre késztető, a tagtól független külső jel a tag bemenőjele; a tag működése során kialakult, a tagból kilépő jel a kimenőjel. A tagban mindig egyértelmű hatásirányt tételezünk fel, tehát a kimenőjelet csak a bemenőjel és a négyszöggel jelképezett szerkezeti egység tulajdonságai hozzák létre.

A PID szabályozás osztályozása és jellemzői

• arányos tagok (P)

• integráló tagok (I)

• differenciáló tagok (D)

• összetett tagok:

- PI

- PD

- PID

Az egyszerű arányos (P) tag

Arányos tagnak nevezzük azt a tagot, amelynek kimenőjele a bemenőjel változásával arányosan változik. Ezeket a szakaszokat önbeálló szabályozott tagoknak is nevezik. Az arányos működésre az Ap arányos átviteli tényező a jellemző, amely megmondja, hogy a kimenőjel nagyságának megváltozása hányszorosa a bemenőjel nagyságváltozásának. Az arányos szabályozó a zavaró jellemző hatását maradó szabályozási eltéréssel szünteti meg. Gyors, mindig van maradó hiba.

Az integráló tag (I)

Integráló tagok esetében a tag kimenőjelének sebessége változik arányosan bemenőjel megváltozásával, ahol Ai az integrálási átviteli tényező, Ti az integrálási idő. A szabályozási idő hosszú, mert kis eltérés esetén a kimenőjel csak lassan változik. Maradó hiba nincs, mert a szabályozó mindaddig működik, míg be nem állt az alapérték. Az integráló szabályozó a zavaró jellemzők hatását úgy szünteti meg, hogy hatásuk következtében megváltozott szabályozott jellemzőt visszaállítja az alapértékre. Lassú, lengésre hajlamos, nincs maradó hiba.

A differenciáló tag (D)

A differenciáló tag kimenőjele a bemenőjel differenciálhányadosával, azaz a bemenőjel sebességével arányos. Differenciáló szabályozó önállóan nem alkalmazható, mert kimenőjelet csak akkor ad, ha a bemenőjele megváltozik. A differenciáló tag gyors bemenőjel változás esetén nagymértékű beavatkozással megakadályozza a nagymértékű szabályozási eltérés létrejöttét.

Az összetett tagok

A szabályozás minőségének javítása, a szabályozási idő lerövidítése érdekében az alaptípusú szabályozásokból kombinált PI, PD, vagy PID jellegű szabályozókat is lehet alkalmazni. Ezek az egyes szabályozó tagok tulajdonságait egyesítik. Ha van, akkor először a D, majd a P és végül az I hatás érvényesül.

A szabályozók típusától függően az alábbi beállítási lehetőségeket találjuk:

- Arányos átviteli tényező: Ap (erősítés).

- Integrálási idő: Tn (utánállási idő).

- Differenciálási idő: Tv (elébevágási idő).

PI szabályozó tag

A PI szabályozó átmeneti függvénye az arányos és az integráló szabályozó kimenőjelének matematikai összegzésével szerkeszthető meg. A szabályozó működésében az első pillanatban az arányos hatás érvényesül, majd ezt követően az integráló. A PI szabályozó jellemző adata az arányos tag erősítésének mértékére jellemző Ap arányos átviteli tényező, az integráló tag erősítésének mértékére jellemző Ai integrál átviteli tényező és az integráló hatás gyorsaságára jellemző Tn utánállási idő. Az utánállási idő az az időtartam, amely eltelik addig, amíg az integráló tag kimenőjelének változása ugyanakkora lesz, mint az arányos tag kimenőjelének változása az első pillanatban. Viszonylag gyors, nincs maradó hiba.

PD szabályozó tag

Önműködő szabályozáskor sokszor a szabályozás minőségi követelményei megkívánják, hogy figyelembe vegyük a szabályozott jellemző változásának gyorsaságát, a változás sebességét. Ilyenkor differenciáló tagot építünk be a szabályozóba. Az első pillanatban bekövetkező nagymértékű kimenőjel-változás a növekvő visszacsatoló hatás következtében fokozatosan csökken az arányos változásnak megfelelő szintre. A PD szabályozó jellemző adata az Ap arányos átviteli tényező, az Ad differenciál átviteli tényező és a differenciáló hatásra jellemző Tv, elébevágási idő. Az elébevágási idő az az időtartam, amely eltelik addig, amíg az arányos tag kimenőjelének változása ugyanakkora lesz, mint a differenciáló tag kimenőjelének változása az első pillanatban.

PID szabályozó tag

A PID szabályozó megvalósításakor az arányos szabályozóhoz hozzáépítjük az integráló és a differenciáló hatást biztosító szerkezeti egységeket. A szabályozót úgy kell beállítani, hogy az integráló hatás csak a differenciáló hatást kővető arányos egyensúlyi állapot beállása után érvényesüljön. Arányos, integráló és differenciáló (PID) szabályozókat alkalmazunk, ha nagyok a követelmények a szabályozás jóságára vonatkozóan. Az arányos tag biztosítja a stabil, a differenciáló a gyors működést, az integráló tag pedig eltünteti a maradó hibát.

Érzékelők, be-és kimeneti jelek

Hagyományos érzékelők

Intelligens érzékelők

Manapság a járművekben alkalmazott nagy számú szenzort egyre gyakrabban látják el intelligenciával, a fizikai jellemző mérése és feldolgozása a szenzoron belül történik mikroprocesszor segítségével, és a buszillesztőn keresztül a kommunikációs buszra már csak a digitalizált szenzorjelek kerülnek. Ezzel tehermentesíteni lehet a járművezérlő elektronikát.

Folyamatjelek

A folyamatjelek csoportosításának alapja az irányítás szempontjából betöltött szerepe és a mikroprocesszoros feldolgozás módja. Az irányítás szempontjából megkülönböztetjük a bemeneti és a kimeneti jeleket.

Bemeneti jel: A számítógépbe belépő folyamatjel, információ.

Analóg bemeneti jelek:

Az érzékelők által szolgáltatott, egységes jeltartományú, további feldolgozásra alkalmas jelek.

- egyenáram: 0-5mA, 0-20mA, 4-20mA

- egyenfeszültség: 0-5V és 0-10V stb.

- Ellenállás

- Frekvencia

Digitális bemeneti jelek:

A jármű szenzorhálózatából érkező bináris jelek.

- állapotjel (statikus): pl. kétállású kapcsoló

- impulzusjel (dinamikus): pl. nyomógomb

- összefüggő bitcsoportok: pl. üzenetek

Kimeneti jel:

A számítógépből kilépő folyamatjel. Az analóg és digitális kimeneti jelek a bemeneti jelekhez hasonlóan alakulnak, csak az irányuk más. Vezérlést vagy kommunikációt valósítanak meg.

Villamos zavarjelek mérőrendszerekben

A zavarjelek a mérőkörben jeltorzulást okoznak, melynek információvesztés lehet a következménye.

A csatolás lehet:

- konduktív

- kapacitív

- induktív

A zavarjelek típusai

• Időbeni változás szerint:- egyenfeszültségű

- váltakozó feszültségű

- tranziens

• Keletkezési hely szerint:- normál vagy soros

- azonos fázisú vagy párhuzamos

Egyenfeszültségű zavarjel

Amennyiben a hasznos jelnek és a zavarjelnek is van egyenáramú/feszültségű komponense, akkor a zavarjel kiszűrhetetlen, csak a keletkezés okát lehet megszüntetni.

Váltakozó feszültségű zavarjel:

A váltakozó feszültségű zavarjelek között a leggyakoribb a mérőkörbe induktív úton bejutó hálózati zavarfeszültség.

A zavarjelek csökkentésének módszerei:

- sodrott vezeték alkalmazása: a vezetékben kialakuló hurkok mágneses terei nagy mértékben kioltják egymás hatását

- árnyékolt vezeték alkalmazása: alacsony frekvenciájú mágneses zavaró hatások kiküszöbölésére alkalmazzák, 10 kHz felett hatékonysága csökken.

ECU (Engine Control Unit)

Feladata

A motor terhelésétől függően a mindenkori optimális üzemanyag keverékkel történő ellátása. Ehhez kommunikálnia kell a hozzá kapcsolódó szenzorokkal, amelyek adatai alapján precízen tudja szabályozni a benzin-levegő keveréket, illetve a időzíteni a gyújtást.

Manapság a motor összes paraméterét elektronika figyeli és szabályozza. Ennek köszönhetően nagyobb teljesítmény, alacsonyabb fogyasztás és környezetkímélő működés érhető el. A rendszerek bonyolultsága miatt azonban az előforduló hibák száma is megnőtt.

Az ECU által figyelt szenzor adatok- motor fordulatszám

- beáramló levegő mennyiség

- motor hőmérséklet

- kopogás jelző

- főtengely pozíció

- kipufogógázban mért üzemanyag keverék

- gázpedál állás

- stb.

Az ECU-val kommunikáló főbb szenzorok

MAF (Mass Air Flow): a motorba áramló levegő mennyiségét méri. Bizonyos régebbi változatokban helyette a MAP (Manifold Absolute Pressure) szenzor volt.

TPS (Throttle Position Sensor): a gázpedál állását, vagyis a sofőr szándékát figyelő szenzor.

Lambda szonda (O2 Sensor): a kipufogó gázt felügyeli, és figyeli a motorba befecskendezett AFR (benzin-levegő) mennyiségét.

Vízhőfok jeladó: figyeli a motor üzemállapotát. Az elektronika a hideg motor mellett más stratégiát használ, ezzel gyorsítva a bemelegedés folyamatát, illetve védi a motort, és biztosít hideg állapot mellett is megfelelő teljesítményt a sofőrnek.

Kopogás jeladó: figyeli a motorban az úgynevezett kopogásos égést, ami általában a rossz égésből adódik, és a motor élettartamára nézve nagyon rossz hatással van.

Főtengely jeladó: figyeli, hogy éppen melyik ütemnél tart a motor, ennek segítségével tudja állítani a gyújtást, és tudja, hogy melyik hengerbe kell éppen az injektoroknak befecskendeznie az üzemanyag keveréket.

EGR szelep jeladó (Exhaust Gas Recirculation): a szelep állását jelzi az ECU-nak, amely folyamatosan ellenőrzi azt a kívánt alacsony emisszió érdekében.

Diagnosztika

Az ECU-nak a motor üzemeltetésén kívül diagnosztikai feladatai is vannak. Az elektronika folyamatosan felügyeli a rákapcsolt összes szenzort, és egységet, amelyekkel kommunikál. Ennek köszönhetően általában egy-egy meghibásodott alkatrészt képes felismerni, és azt egy memóriában eltárolni, hogy a későbbi karbantartáskor ki lehessen olvasni, és cserélni a meghibásodott alkatrészt.

Két fajta hiba létezik:

- Fatális hiba, amely befolyásolja a jármű üzemelését

- A jármű közlekedését közvetlenül nem befolyásoló alacsonyabb prioritású hiba

A hibák visszajelzésének módja

Amennyiben az ECU egy az üzemelést komolyan befolyásolni képes meghibásodást diagnosztizál, azt a műszerfalon a MIL (Malfunction Indicator Lamp) felvillantásával jelzi. Ha menetközben járó motornál ez a lámpa folyamatosan világit az azt jelenti, hogy az elektronika olyan hibát észlelt, ami befolyásolni képes a motor normális üzemelési folyamatát. Komolyan kell venni, mert ilyenkor a motor nagyobb fogyasztásához, teljesítmény vesztéshez, vagy annak károsodásához is vezethet a jelzés figyelmen kívül hagyása.

A nem fatális hibákat az ECU ha menetközben észleli, azt a MIL segítségével nem jelzi, hanem diagnosztizálása után eltárolja a memóriában, amit karbantartáskor ki lehet olvasni.

ECU memória

Az ECU-ban általában egy, az akkumulátorról táplált memória található. Ez a memória két célt szolgál. Egyrészt ebben tárolja az elektronika a korrekciós táblákat, és annak adatait, másrészt ebben a memóriában tárolja a menetközben diagnosztizált hibákat. Ez a memória addig él, amíg van tápellátás, illetve van egy tartalék tápellátása, aminek köszönhetően az akkumulátorról lecsatlakozva, vagyis az áramforrás megszűnése után is képes tárolni az adatokat a memóriában. Ennek a tartalék áramforrásnak a kapacitása gyártóktól függően változhat.

Karbantartás

Amennyiben az elektronika diagnosztizál egy hibát, azt a memóriájában tárolja. Ezután a normál üzemelést megközelítő állapot fenntartása érdekében korrekciókat hajt végre, hogy többé-kevésbé ki tudja küszöbölni a hibás alkatrész miatt fellépő problémát. A szervízelés után a hibás alkatrész cseréje ellenére sokszor előfordul, hogy nem áll vissza a rendszer még normál állapotba, mert az ECU a hibás alkatrészt kiiktatta, vagy felülbírálta. Ez sok ECU-nál azt eredményezi, hogy hiába lett kicserélve az alkatrész, az elektronika egyáltalán nem, vagy csak bizonyos idő eltelte után fogja újra felismerni, hogy a hiba el lett hárítva. Ahhoz, hogy ezt ne kelljen megvárni, szükség van a korrekciós táblák nullázására, és a diagnosztizált hibák törlésére. Vagyis resetelni kell az ECU-t. Ezt a tápellátás megszüntetésével, vagy diagnosztikai interfészen keresztül tehetjük meg.

Az ECU által használt stratégiák

Általában egy elektronika különböző stratégiákat használ az üzemelés közben, amelyekre a folyamatosan változó körülmények miatt van szükség. Ezek a stratégiák a szenzorok, és a motor állapota alapján kerülnek kiválasztásra. Stratégiák a befecskendezés időzítés, a keverékképzés, a gyújtás időzítés, és a használt szenzorokban térnek el egymástól.

Indítás: ezt a stratégiát az elektronika akkor alkalmazza, amikor be akarjuk indítani a motort. Tehát amikor még nem jár a motor, de a kulcsot már gyújtás állásba fordítottuk. Ilyenkor az AC pumpa felépíti a nyomást, hogy az injektorok amint lehet rögtön teljes nyomáson tudjanak dolgozni. Az alapjárati szelep ilyenkor teljesen kinyit, hogy amennyi levegő csak képes be tudjon jutni. Ilyenkor ha már az önindító forgatja is a motort, az elektronika 1-2 másodpercig még nem indítja a befecskendezőket és ad szikrát, hogy legyen ideje az olajnak eljutnia a motorban ahová csak lehet.

Hideg indítás és bemelegítés: ez a stratégia akkor lép életbe, amikor a motor még hideg, de már beindult és jár. Ilyenkor még egy ideig nyitva van az alapjárati szelep teljesen, a motor felpörög. Egy idő után a fordulat vissza fog esni, de így is 800-1000 fordulaton fog még forogni egy ideig motor típustól függően, hogy melegedhessen a motor. A bemelegítés alatt a benzin-levegő keverék még dús, hogy meg legyen a fordulat, és teljesítmény, illetve optimális legyen az égés. Amikor a motor elér egy bizonyos hőfokot, akkor az üzemanyag keverék is vissza áll normál állapotra.

Hideg indítás és azonnali elindulás: a motor még nem érte el az üzem meleg állapotot, de mi ennek ellenére elindultunk az autóval. Ebbe a stratégiába akkor fog lépni, ha a MAF szenzor nagyobb nyomást fog mutatni, és a TPS szenzor az alap állapottól eltérő állapotba kerül, viszont a motor hőmérséklet még mindig alacsony. Ilyenkor kinyit teljesen az alapjárati szelep, hogy ne fulladjon le a motor, amikor a pillangószelep hirtelen bezár. Az üzemanyag keverék dús, hogy a motor menetközben megfelelő teljesítményt produkáljon. Az EGR visszavezetés ennél a stratégiánál még zárva van.

Meleg motor, álló jármű: ezt a stratégiát akkor használja az elektronika, amikor már üzem meleg a motor, és az autó áll. Ilyen körülmény lehet pl. a dugóban egy helyben állás, vagy várakozás. Ez a stratégia inkább a környezetvédelem miatt van. Az üzemanyag képzés már zárt körben folyik (closed-loop), és a kipufogóban található oxigén szenzor (lambda szonda) segítségével szabályozza az ECU. Ebben a stratégiában az EGR visszavezetés zárva van, hogy ne befolyásolja az alapjáratot.

Meleg motor, közlekedő jármű: a motor már üzemmeleg, és éppen közlekedünk az autóval. A motor ilyenkor produkálja a legoptimálisabb fogyasztást. Ebben az üzemmódban az EGR teljesen nyitva van, így a kipufogott gázoknak akár a 15 százalékát is visszavezetheti újra az égéstérbe.

Gyorsítás teljes gázzal: A pedál teljes lenyomásakor az elektronikának jelez a TPS jeladó, hogy a sofőr padlógázt nyomott. Ilyenkor az elektronika nem foglakozik a fogyasztással, a károsanyag kibocsátással, erőt kell produkálnia a motornak. Az üzemanyagkeverék dúsabb lesz, az előgyújtás megváltozik, az alapjárati szelep teljesen kinyit, az EGR visszavezetés teljesen lezár. Ennél a stratégiánál nagy szerepe van a fordulatszám szabályozásnak. (pl. egy bizonyos fordulaton az elektronika az injektorok félteljesítményre kapcsolásával szabályozza a fordulatot)

Lassítás: a legnagyobb gondot az jelenti, hogy a csökkenő levegő mennyiség miatt ne fulladjon le a motor. Az alapjárati szelep elkezd nyitni, hogy biztosítsa a fordulathoz szükséges levegő mennyiséget. Bizonyos feltételek fennállása esetén az elektronika teljesen lekapcsolhatja a befecskendezőket.

Vészüzemmód: Az ECU üzem közben tárolja a szenzorok minden üzemállapotában mért adatait, és időnként összehasonlítja a múltban a hasonló körülmények között mért adatokkal a mostani adatokat. Amennyiben nagyobb eltérést észlel, vagy az érzékelő tűréshatáron kívüli értékeket jelent, akkor azt az érzékelőt hibásnak diagnosztizálja. Ezt a hibát tárolja a többi tárolt hiba közé, hogy karbantartáskor a többi hibával együtt kiolvasható legyen, és megpróbálja korrigálni a kiesett érzékelőket. Ilyenkor megpróbálja a memóriájában eltárolt üzemállapotokból az adott szenzortól mért adatokkal helyettesíteni a kiesett adatokat, hogy fenn tudja tartani a normális működést.

Ez a megoldás azonban nem tökéletes. Ugyanis, ha a szenzor már régóta hibás, vagy amióta resetelve lett az ECU csak rossz adatokat mért, akkor nem lesz korrekt érték amivel helyettesíteni tudná a kiesett szenzor értékeit.

Korrekciós táblák: a motor vezérlő elektronika, a szükséges keveréket, előgyújtást, és egyéb vezérléseket a szenzorok által mért adatok alapján táblázatokban tárolt értékek összehasonlításával végzik. Vagyis az elektronika a szenzoroktól kapott adatokat összehasonlítja egy táblázattal, és az adott fordulathoz, levegőmennyiséghez, hőmérséklethez legközelebb álló értékek alapján kiválasztja a táblázatból a mért értékekhez legközelebb álló AFR-t, előgyújtást, és egyéb információt. Ezek a táblák általában nem módosítható formában kerülnek eltárolásra az ECU-ba, csak olvasható. A járművek az idő teltével már nem tudják teljesíteni a gyárilag felprogramozott értékeket,a mi problémát okozna. Ennek a problémának a kiküszöbölésére az ECU-nak van egy adaptív stratégiája. Az elektronikának vannak dinamikus táblái, amit menetközben képes a mért adatok alapján változtatni, és a statikus táblákban kiválasztott értékeket képes korrigálni a dinamikus táblák adataival.

Köszönöm a figyelmet!

Felhasznált irodalom

• Oleksza János: Irányítási alapok

• Váradiné dr. Szarka Angéla, Dr. Hegedűs János, Bátorfi Richárd, Unhauzer Attila: Méréstechnika

• Jancskárné Anweiler Ildikó: Számítógépvezérelt irányítások

• http://hu.scribd.com/doc/82659758/Az-analog-es-digitalis-jelek-csoportositasa

• http://hu.wikipedia.org/wiki/Analóg-digitális_átalakító

Intelligens járművek

A közlekedési balesetek megelőzésére szolgáló eszközök alapvetően két csoportra oszthatók:

• Passzív biztonság: Ezek a rendszerek, eszközök a baleset bekövetkeztekor nyújtanak védelmet, segíthetnek elkerülni, vagy lehetőség szerint csökkenteni a baleseti sérülés mértékét.

• Aktív biztonság: Olyan berendezések, eszközök, műszaki megoldások, cselekvési szabályok összessége, amelyek segítenek elkerülni a baleset bekövetkezését.

Aktív biztonsági rendszerek

Az intelligens járművek felé mutató fejlesztési irány napjainkban az egyik legdinamikusabb területe az aktív biztonságnak. A jelenleg forgalomba hozott járművek mikroprocesszoros vezérléssel rendelkeznek. Az egyre összetettebb igényeket elektronikával, fedélzeti számítógép közbeiktatásával lehet a leghatékonyabban megoldani, amely nemcsak az egyes intelligens alrendszereket, hanem a jármű teljes mozgásállapotát képes irányítani.

Az intelligens jármű érzékszervei

Az intelligens rendszerek a járművön lévő szenzorok segítségével gyűjtenek információt a jármű környezetéről, és ezek alapján figyelmeztetik a vezetőt, beavatkoznak a jármű vezetésébe, illetve az információt egyéb célokra használják fel.

A távoli objektumok felismerését radar végzi, lehetővé téve az akadályok észlelését, a követési távolság befolyásolását, a sávváltások biztonságossá tételét. A vizuális érzékelés javítása rossz látási viszonyok mellett infravörös szenzorral lehetséges. A jármű pozícióját a sávhatárokhoz képest videokamera határozza meg, ez alkalmas a radar által azonosított objektumok osztályozására, a holttérben lévő területek megjelenítésére is. A jármű közvetlen környezetét kis hatótávolságú radarok és az ultrahangos szenzorok figyelik.

Az intelligens járműrendszerek csoportosítása

- Vezetőt támogató rendszerek (Driver Assistance Systems)

- Ütközés elkerülő rendszerek (Collision Avoidance Systems)

- Ütközésértesítő rendszerek (Collision Notification Systems)

Vezetőt támogató rendszerek

A vezetőt segítő rendszerek egyrészt az emberi érzékelés javításával, másrészt a vezetéssel járó feladatok átvállalásával teszik biztonságosabbá a vezetést. A támogató rendszerek a jármű vezetésébe való beavatkozásuk szerint figyelmeztető/tájékoztató és autonóm működésű rendszerek lehetnek.

A vezető tevékenysége szempontjából az első csoportba sorolt rendszerek közös jellemzője, hogy információikkal a vezetőt ösztönzik beavatkozásra, a második csoportba soroltak pedig közvetlenül befolyásolják a jármű viselkedését a motor nyomaték, szükség esetén a kormányzási szög változtatásával, illetve a fékrendszerbe való beavatkozással, a vezető akaratlagos cselekedetei nélkül.

Figyelmeztető, tájékoztató rendszerek

Navigációs rendszer és közlekedési információk (GPS & TMC): a járműbe épített navigációs rendszer segítségével csökkenthetők a vezető hibák, biztosabbá tehető a közlekedés az idegen területeken.

Látásjavítás (Vision Enhancement): a látási viszonyok megromlása esetén – éjszakai vezetés, nem megfelelő fényviszonyok, köd, havazás, egyéb zord időjárási körülmények – javítja a láthatóságot.

Akadályérzékelő rendszer (Obstacle Detection System): érzékeli az úton lévő, a jármű haladásának akadályt jelentő objektumokat (járművek, állatok, tárgyak), figyelmezteti a vezetőt a veszélyt jelző akadályokra.

Fáradt vezető érzékelés (Driver Drowsiness Detection): a kimerült, alvó sofőrt riasztja, felébreszti, megelőzve ezzel a sáv-, vagy útelhagyást.

Autonóm működésű rendszerek

Adaptív sebességtartás (Adaptiv Cruise Control): radarral képes érzékelni az előttünk haladó jármű távolságát, és tartani tudja a biztonságos távolságot/ sebességértéket.

Intelligens sebesség vezérlés (Intelligent Speed Control): az intelligens infrastruktúrában (pl. rádiójeles jelzőtábla) foglalt eszközök jelzései alapján határozza meg a jármű optimális haladási sebességét.

Sávelhagyást megakadályozó rendszer (Lane Keeping System): a jármű úthoz viszonyított helyzete alapján kiszámítjuk, hogy az adott nagyságú és irányú sebességgel haladva a jármű mikor hagyná el a sávhatárokat. Amennyiben a rendelkezésre álló jelekből megállapítható, hogy a vezető nem megfelelően irányítja a járművet, akkor kormánykorrekciókkal megakadályozza a sávelhagyást.

ÜTKÖZÉS ELKERÜLŐ RENDSZEREK

Az ütközést elkerülő rendszerek autonóm működésű rendszerek, beavatkozhatnak a jármű viselkedésébe, a jármű haladását figyelembe véve előrejelzik, megakadályozzák a balesethez vezető szituációkat.

Típusai:

- Kereszteződés-ütközésjelző

- Sávváltás támogatás

- Frontális- és hátulsó ütközéselkerülő rendszer

ÜTKÖZÉSI ÉRTESÍTŐ RENDSZEREK

Az ütközési értesítő rendszerek figyelmeztető/tájékoztató rendszerek, a baleset bekövetkezése után úgy segítenek a jármű és utasainak mentésében, a további balesetek elkerülésében, hogy minimalizálják a baleset bekövetkezése és a mentés közötti időt. Az értesítés akár műholdon, akár az intelligens infrastruktúrában adott, vagy a járműben lévő jeladón, akár a járművek közvetlen kommunikációján keresztül megvalósítható.

Típusai:

- Automatikus ütközési értesítő (Automatic Collision Notification): beépített törésszenzorokkal, GPS-szel, telefonos eszközökkel értesítést küld a baleset helyéről, az autó és az utasok sérülésének mértékéről.

- Fejlett ütközési értesítő rendszer (Advanced ACN): az ACN továbbfejlesztett változata, vezeték nélküli és helymeghatározó eszközökkel a többi járművet értesíti a balesetről.