SECDA prelegerea 11

Prelegerea nr. 1 Prelegerea nr. 1 Sisteme electronice de asistare a Sisteme electronice de asistare a direcţieidirecţiei

Universitatea Tehnică “Gheorghe Asachi” din IaşiUniversitatea Tehnică “Gheorghe Asachi” din IaşiFacultatea de Electronică, Telecomunicaţii şi Tehnologia InformaFacultatea de Electronică, Telecomunicaţii şi Tehnologia Informa ţţieiiei

SSEEC C DDA A

isteme isteme voluate devoluate deontrol şi ontrol şi iagnoză pentruiagnoză pentruutomobileutomobile

PRELEGEREA PRELEGEREA nr. 1nr. 1


Sisteme electronice de asistare a direcţieiSisteme electronice de asistare a direcţiei

SISTEME DE SERVODIRECŢIE ASISTATE ELECTRICSISTEME DE SERVODIRECŢIE ASISTATE ELECTRICCe este?Ce este? Servodirecţia asistată electric (Electrical Power Steering – Electrical Power Steering – EPSEPS) foloseşte un motor electric pentru a comanda fie pompa hidraulică pentru servodirecţie, fie direct lanţul cinematic al mecanismului de direcţie.

Funcţionarea servodirecţiei este independentă de turaţia motorului, având ca rezultat o reducere semnificativă a consumului de energie.




În cazul sistemelor de direcţie cu asistare electro-hidraulică se foloseşte o pompă de înalt randament comandată de un motor electric. Turaţia pompei este reglată de un controler electric pentru a varia presiunea şi debitul pompei, asigurând eforturi de virare adaptate pentru diferite situaţii în conducere.

Pompa poate funcţiona la turaţii reduse sau poate fi oprită pentru a economisi energie pe durata conducerii în linie dreaptă spre înainte (situaţia se întâlneşte pentru cea mai mare parte a timpului pe majoritatea pieţelor din lume).

Cum funcţionează:Cum funcţionează: Sistemele convenţionale de servodirecţie folosesc o curea antrenată de motor pentru a acţiona pompa, furnizând lichid sub presiune care antrenează un piston din caseta servodirecţiei sau un dispozitiv de acţionare pentru a ajuta conducătorul auto.




Servodirecţia cu asistare electrică directă foloseşte un motor electric ataşat cremalierei de direcţie prin intermediul unui mecansim cu roţi dinţate (fără pompă sau lichid). Un microcontroler cotrolează dinamica de comandă a direcţiei şi efortul conducătorului auto. Mărimile de intrare includ viteza vehiculului şi viteza de virare, cuplul la volan, poziţia unghiulară şi proporţia de rotire.

Un “senzor de unghi de comandă a direcţiei” este plasat pe coloana de direcţie în locul în care intră în carcasa casetei de direcţie. Senzorul unghiului de comandă a direcţiei este de fapt format din doi senzori într-o construcţie unitară: un “senzor de cuplu” şi un “senzor de rotaţie”, care convertesc viteza de rotaţie şi sensul de rotaţie în semnale în tensiune.




Un circuit de interfaţă care foloseşte aceeaşi carcasă converteşte semnalele de la senzorii de cuplu şi de rotaţie în semnale pe care să le poată prelucra electronica de control.

Semnalele de intrare de la senzori sunt apoi comparate pentru a determina câtă putere pentru asistare este necesară conform cu o cartogramă de forţă preprogramată în memoria unităţii de control. Apoi unitatea de control transmite comanda adecvată la unitatea de putere care alimentează cu curent motorul electric.

Semnalele de intrare de la senzorul de comandă a direcţiei sunt clasificate de o unitate de control cu microcontroler, care suprave-ghează şi intrarea de la senzorul de viteză a vehiculului.




Motorul propulsează cremaliera spre stânga sau spre dreapta funcţie de polaritatea tensiunii (inversând sensul curentului se inversează sensul de rotaţie al motorului). Creşterea curentului prin motor creşte proporţia de asistare.

+ -





- +





Sistemul are trei moduri de funcţionare:

•• un mod de control “normal” în care asistarea stânga sau dreapta este furnizată conform cu semnalele de intrare de la senzorii de cuplu şi de rotaţie;

•• un mod de control “cursă de revenire” care este folosită pentru a asigura cursa de revenire a mecanismului de direcţie după terminarea unui viraj;

- +




•• un mod de control “amortizare” care se modifică funcţie de viteza vehiculului pentru a îmbunătăţi sensibilitatea la drum şi amortizează şocurile.


Sistemul are trei moduri de funcţionare:




Dacă volanul este rotit şi menţinut în poziţia de blocare la capăt şi puterea de asistare atinge un maxim, unitatea de control reduce curentul prin motorul electric pentru a preveni o situaţie de suprasolicitare care poate defecta motorul. Unitatea de control este de asemenea proiectată pentru a proteja motorul împotriva spratensiunilor tranzitorii de la un alternator defect sau de la o problemă de încărcare.

Unitatea electronică de control al direcţiei are capacitatea de auto-diagnoză a defectelor prin monitorizarea semnalelor de intrare şi de ieşire ale sistemului şi a curentului de control al motorului.

Dacă apare o problemă, unitatea de control comută sistemul în starea “decuplat” prin acţionarea unui releu de autoprotecţie din blocul de putere.




Aceasta elimină întreaga asistare, provocând revenirea în modul manual de control al direcţiei. De asemenea, se aprinde o lampă de avarie EPS pentru a avertiza conducătorul auto. Pentru diagnosticarea problemei, se citesc codurile de defect.







A. GENERALITĂŢI A. GENERALITĂŢI Sistemul de direcţie este un ansamblu de organe care servesc la orientarea roţilor de direcţie ale automobilului.

Pentru a efectua un viraj corect, este necesar ca orientarea roţilor să se facă de aşa manieră astfel încât toate roţile automobilului să se deplaseze în jurul unui centru instantaneu de rotaţie.

•• Rolul sistemului de direcţieRolul sistemului de direcţie Rolul sistemului de direcţie este acela de a asigura o bună maneabilitate şi o bună stabilitate a automobilului.

Maneabilitatea şi stabilitatea direcţiei sunt elemente hotărâtoare Maneabilitatea şi stabilitatea direcţiei sunt elemente hotărâtoare pentru asigurarea unei siguranţe în timpul circulaţiei.pentru asigurarea unei siguranţe în timpul circulaţiei.




ManeabilitateManeabilitate – manevrarea cât mai uşoară cu eforturi cât mai mici efectuate de conducător.

StabilitateStabilitate – capacitatea sistemului de direcţie de a readuce roţile de direcţie la poziţia de mers în linie dreaptă ca urmare a apariţiei unor momente de redresare pe timpul efectuării virajelor. Această stabilitate depinde de geometria punţii (semipunţilor) faţă şi de mărimea unghiurilor de aşezare a roţilor directoare.

`



•• Cerinţele sistemului de direcţieCerinţele sistemului de direcţie a)a) Să asigure un viraj corect la toate razele de întoarcere – raza

minimă să fie cât mai redusă;b)b) Să aibă randamentul ridicat – altfel spus, pierderile prin frecare din

mecanismul de direcţie să fie mai mici;c)c) Să fie ireversibil – şocurile primite de roţi în timpul rulării să nu se

transmită la volan;d)d) Să asigure un număr egal de rotaţii pentru aceeaşi rază de

întoarcere la stânga sau la dreapta;e)e) Să asigure o înclinare minimă a roţilor directoare pentru a evita

alunecarea în timpul rotirii pe suprafaţa de rulare;f)f) Să fie compatibil cu sistemul de suspensie, astfel încât oscilaţiile

roţilor în plan orizontal să fie cât mai reduse – efectul giroscopic;g)g) Să asigure o conducere comodă, întreţinere uşoară, durabilitate

mare, preţ de cost redus.


`



•• ClasificareClasificare

a)a) În funcţie de amplasarea volanului pe automobil:

b)b) În funcţie de amplasarea roţilor directoare:


- stânga;

- dreapta.

- faţă; - spate; - cu patru roţi directoare.

c)c) În funcţie de construcţia mecanismului de direcţie:- cu raport de transmisie constant; - cu raport de transmisie variabil.

`



d)d) În funcţie de modul de acţionare al direcţiei:

e)e) După tipul mecanismului de direcţie:


- mecanică; - mecanică cu servomecanism pneumatic, hidraulic,

electric;

- mecanisme melcate; - mecanisme cu cremalieră; - mecanisme cu şurub;

- hidraulică.

Servomecanismele nu sunt necesare numai pentru micşorarea efortului la manevrare, dar şi pentru menţinerea direcţiei de mers a automobilului la viteze mari, în cazul unei pene de cauciuc.

- mecanisme cu manivelă;- mecanisme cu roţi dinţate; - mecanisme combinate.



f)f) În funcţie de poziţia trapezului de direcţie:

g)g) În funcţie de construcţia transmisiei trapezului de direcţie poate fi întreg sau din mai multe elemente care se regăsesc la suspensia independentă a roţilor de direcţie.


- în faţa axei roţilor directoare;- în spatele axei roţilor directoare;




B. COMPONENŢĂ ŞI FUNCŢIONAREB. COMPONENŢĂ ŞI FUNCŢIONARE

Direcţia asistată electric variabil (D.A.E.V.)Direcţia asistată electric variabil (D.A.E.V.)

Progresul în domeniul electric şi electronic a permis înlocuirea sistemului de asistenţă hidraulică cu cel electric. Avantajul constă în diminuarea numărului de componente care ocupă un volum important în cadrul compartimentului motor (varianta hidraulică).

Direcţia asistată electric variabil utilizează curentul electric pentru energia de lucru.

a. Introducerea. Introducere




b. Componenţăb. Componenţăcomandă motor şi

ambreiaj

info cuplu volan

info viteză

info turaţie motor

alimentare martor

unitate electronică de control (ECU)

cutie de viteze

senzor de viteză vehicul

baterie automobil

motor electric servodirecţie

mecanism de direcţie cu cremalieră




b. Componenţăb. Componenţăcomandă motor şi

ambreiaj

info cuplu volan

info viteză

info turaţie motor

alimentare

unitate electronică de control (ECU)

cutie de viteze

senzor de viteză vehicul

baterie automobil

motor electric servodirecţie

mecanism de direcţie cu cremalieră

martor




c. Coloana de direcţie motorizatăc. Coloana de direcţie motorizată

spre volan

traductor de cuplu

spre cremalieră

ambreiaj

motor de curent continuu




c. Coloana de direcţie motorizatăc. Coloana de direcţie motorizată

spre volan

traductor de cuplu

spre cremalieră

ambreiaj

motor de curent continuu




•• FuncţionareFuncţionare

Cuplul de asistenţă este realizat cu un motor electric. Când la nivelul volanului apare un efort acesta este transmis mecanic la cremalieră, dar şi la un calculator sub forma unui semnal de electric dat de un traductor de cuplu. Calculatorul furnizează motorului electric un curent electric funcţie de:

- efortul la volan;- viteza vehiculului.

Prin intermediul unui ambreiaj şi al unui reductor efortul de asistenţă se transmite la pinionul cremalierei.

Traductorul de cuplu emite un semnal de forma unei tensiuni variabile proporţionale cu cuplul de acţionare al volanului.




•• StrategieStrategieCalculatorul comandă motorul electric numai funcţie de efortul la volan dacă viteza vehiculului este inferioară valorilor de 2,5 km/h (acest prag de viteză este funcţie de vehicul).

Dacă viteza de deplasare este superioară unui prag prestabilit de constructor determinarea curentului electric de alimentare a motorului este funcţie de informaţiile date de traductorul de cuplu volan şi traductorul de viteză.

Asistenţa se reduce odată cu sporirea vitezei de deplasare.

De la o anumită viteză de deplasare alimentarea motorului electric este anulată şi din motive de securitate el este debraiat.

Un etaj electronic integrat în calculator împiedică apariţia cuplului de asistenţă la rotirea în sens invers a volanului şi în cazul în care acesta nu este acţionat.




Curent acţionare

motor

Cuplu volan




Elemente electriceElemente electrice

a. Evoluţia sistemelor D.A.E.V.a. Evoluţia sistemelor D.A.E.V.

•• Prima generaţie:

- calculator propriu;- diagnosticare prin tester;- alertă conducător;

- mod degradat;

- programarea legilor de asistenţă;

- variaţia de asistenţă se obţine prin modularea curentului electric al motorului;

- traductor cuplu volan plasat la nivelul coloanei de direcţie.




•• A doua generaţie

- idem ca la prima generaţie dar avem în plus:

- retur activ al volanului;- traductor de unghi volan plasat pe caseta de direcţie.

•• A treia generaţie

- idem ca la a doua generaţie dar în plus avem:- calculator integrat în colana de direcţie

- traductor dublă funcţie plasat pe coloană: unghi şi cuplu volan

- strategie de punere în stare de veghe între două solicitări




b. Sinopticab. Sinoptica

2- bobină de referinţă fixă în raport cu coloana

3- bobină de măsurare a variaţiei unghiulare4- coroană de fier moale solidară cu arborele de intrare

5- coroană de fier moale solidară cu arborele de ieşire

6- circuit electronic pentru formarea semnalului de cuplu volan

1- bară de torsiune montată în coloana de direcţie




8- ştift

9- arbore de intrare (rotor)

10- arbore de ieşire (solidar cu pinionul)

7- conector calculator

servomotor

conector alimentare servomotor




c. Traductor de cuplu pentru sistemele din prima şi a doua generaţiec. Traductor de cuplu pentru sistemele din prima şi a doua generaţie

•• Funcţionare




c. Traductor de cuplu pentru sistemele din prima şi a doua generaţiec. Traductor de cuplu pentru sistemele din prima şi a doua generaţie

•• Funcţionare




Traductorul este constituit din două părţi.Partea electromagnetică a traductorului dă o informaţie cu privire la poziţia unghiulară dintre cele două coroane din fier moale.

- o coroană este solidară cu rotorul iar cealaltă cu pinionul;- extremităţile celor două coroane sunt prevăzute cu danturi;- datorită deformării unghiulare a barei de torsiune, forma miezului bobinei de măsurare se schimbă şi astfel forma semnalului electric se modifică;

- deformarea barei de torsiune este proporţională cu efortul la volan;

Partea electronică transformă această informaţie în informaţie de cuplu conform următorului principiu:




- informaţia (de tip intensitate) transmisă la calculator circulă prin două legături electrice redundante;- alimentările traductorului sunt dublate din motive de securitate.

- în paralel o a doua bobină de referinţă ce are caracteristicile constante în raport cu deformările unghiulare transmite informaţii electrice de referinţă;

Traductorul este constituit din două părţi.Partea electromagnetică a traductorului dă o informaţie cu privire la poziţia unghiulară dintre cele două coroane din fier moale.Partea electronică transformă această informaţie în informaţie de cuplu conform următorului principiu:




d. Traductorul de viteză/unghi volan pentru sistemele din a doua d. Traductorul de viteză/unghi volan pentru sistemele din a doua generaţiegeneraţie

Sistemele D.A.E.V. din a doua generaţie oferă o prestaţie numită ,,retur activ al volanului".Pentru a optimiza returul volanului spre punctul mediu al direcţiei la viteză redusă de deplasare un curent electric alimentează motorul electric ce creează un cuplu de revenire ce se adaugă celui mecanic datorat unghiurilor de fugă.

Pentru a realiza această prestaţie calculatorul trebuie să cunoască poziţia unghiulară a volanului, sensul său de rotaţie şi viteza sa. Sistemul are traductorul de unghi volan fixat pe caseta de direcţie.




•• Descriere Descriere şişi f funcţionareuncţionareTraductorul conţine două plăcuţe cu efect Hall. Ele permit a determina sensul şi viteza de rotaţie. Pinionul cremalierei este magnetizat şi seveşte ca roată dinţată pentru traductor.




•• Descriere Descriere şişi f funcţionareuncţionareTraductorul conţine două plăcuţe cu efect Hall. Ele permit a determina sensul şi viteza de rotaţie. Pinionul cremalierei este magnetizat şi seveşte ca roată dinţată pentru traductor.










•• Sensul de rotaţieSensul de rotaţie

Pentru determinarea sensului de rotaţie al volanului traductorul emite două semnale defazate unul în raport cu celălalt. Dacă volanul este rotit către stînga semnalul roşu este în avans faţă de cel albastru, şi invers.

rotire stânga

rotire dreapta




•• Viteza de rotaţieViteza de rotaţie

Calculatorul utilizează această informaţie pentru a pilota asistenţa de retur a volanului. Această asistenţă este diminuată pe măsură ce volanul se apropie de punctul mediu.

•• Poziţia de punct mediuPoziţia de punct mediu

Această poziţie este determinată şi reactualizată de calculator la un rulaj în linie dreaptă funcţie de viteza vehiculului şi de cuplul volan.




e. Traductor cuplu/viteză/unghi volan pentru sisteme din a treia e. Traductor cuplu/viteză/unghi volan pentru sisteme din a treia generaţiegeneraţie

Acest traductor are patru funcţii:

- măsoară viteza de retur a volanului pentru strategia retur activ;- determină sensul de rotaţie al volanului pentru strategia de retur activ şi pentru sistemul ESP;- măsoară unghiul volanului pentru returul activ şi pentru sistemul ESP.

- măsoară cuplul execitat de conducătorul auto asupra volanului pentru a determina nivelul de asistenţă;




•• Principiul de funcţionare al traductorului pentru cuplu volanPrincipiul de funcţionare al traductorului pentru cuplu volanTraductorul utilizează două discuri cu fante montate la cele două capete ale barei de torsiune. Discurile prezintă ferestre traversate de fascicule emise de două celule optice emiţătoare care împreună cu două celule optice receptoare formează două traductoare optice ce determină unghiul de torsiune al barei.

11 – celule optice emiţătoare

11

11

2222

33

55

55

66

22 – celule optice receptoare 33 – disc cu fante superior

44 – disc cu fante inferior

55 – fascicule de lumină

66 – bară de torsiune

44




•• Principiul de funcţionare al traductorului pentru cuplu volanPrincipiul de funcţionare al traductorului pentru cuplu volanTraductorul utilizează două discuri cu fante montate la cele două capete ale barei de torsiune. Discurile prezintă ferestre traversate de fascicule emise de două celule optice emiţătoare care împreună cu două celule optice receptoare formează două traductoare optice ce determină unghiul de torsiune al barei.

11

11

2222

33

55

55

66

44

AA

BB

AA – fără rotire volan

BB – cu rotire volan









Efortul exercitat de conducătorul auto asupra volanului provoacă diminuarea ferestrelor (se suprapun cele două discuri). Această diminuare este proporţională cu nivelul de asistenţă.

11

11

2222

33

55

55

66

44

AA

BB

AA – fără rotire volan

BB – cu rotire volan









•• Principiul de funcţionare al traductorului pentru Principiul de funcţionare al traductorului pentru unghiunghi volan volan

Măsurarea unghiului volan se face prin determinarea deplasării ferestrelor. Rezoluţia este de 0,1º.

Pentru determinarea numărului de rotaţii ale volanului sistemul foloseşte trei senzori cu efect Hall dispuşi pe rotorul motorului. Aceşti senzori asigură o rezoluţie de 1,2º.

Combinarea celor două informaţii permite calculatorului să cunoască unghiul şi numărul de ture ale volanului.




•• Configurarea traductoruluiConfigurarea traductorului

În cazul înlocuirii traductorului este necesar să se efectueze următoarele operaţiuni:

Pe discurile traductorului există un index, adică un reper fix. El permite traductorului de a memora poziţia de zero a volanului. În plus indexul permite a controla buna funcţionare a traductorului.

Pentru a realiza indexarea este suficient a roti volanul 30º stînga şi apoi 30º dreapta (pentru a se depista indexul), după care se readuce volanul pe punctul mediu.

11 – indexarea

22 – calibrarea33 – iniţializarea




În continuare se lansează comanda de calibrare prin tester pentru a cere traductorului să memoreze poziţia de zero.

Pentru a finaliza iniţializarea se roteşte volanul cel puţin 1,2 º pentru a se activa traductoarele efect Hall.




e. Ambreiajule. Ambreiajul

Este un ambreiaj electromagnetic monodisc uscat a cărui comandă se face cu impulsuri modulate în durată (PWM – 1 kHz) la începutul procesului de cuplare (pentru progresivitate) şi apoi în curent continuu pentru menţinere.

•• Rezistenţă: 14 Ω

•• Tensiune de lucru: 8 … 16V

•• Curent ON (cuplare): 0,44A min

•• Curent OFF: 10 la 20mA

Valori tipice:




g. Motorul electricg. Motorul electric

Comanda se face cu semnal PWM pentru a varia intensitatea curentului electric. Statorul conţine doi magneţi permanenţi.

•• Tensiune de lucru: 8 … 16V

•• Curentul maxim nominal: 25A, 45A, 60A funcţie de tipul D.A.E.V..

•• Frecvenţa de comandă: 18,5 ± 1,5 kHz

Valori tipice:

•• Prima şi a doua generaţiePrima şi a doua generaţie




Se foloseşte motor trifazat cu magneţi permanenţi. Nu avem perii colectoare şi se pot obţine puteri nominale de cca 100 W fără uzura motorului.

•• A treia generaţieA treia generaţie




În timpul unei manevre dificile ce necesită o solicitare intensă a D.A.E.V. motorul electric riscă să se încălzească. Calculatorul va pune în aplicare o strategie de protecţie termică bazată pe controlul timpului de alimentare a motorului. Limitarea supraîncălzirii se face prin limitarea intensităţii curentului electric.

•• Protecţia termicăProtecţia termică

minute

curent maximprin motor (A)

Conducătorul poate constata în aceste situaţii o diminuare progresivă a asistenţei.Diminuarea intensităţii curentului electric se face cu 1,5A la fiecare 20 secunde, iar reluarea funcţionării normale se face de aceeaşi manieră cînd nu avem efort asupra volanului.

Date post:	27-Jan-2016
Category:	Documents
Upload:	daniela-pintilie
View:	228 times
Download:	4 times

SECDA prelegerea 11

Documents