CUPRINS

ARGUMENT ...................................................................................................................... pag. 3

CAP. I. Conceptul de sistem mecatronic: etapele de dezvoltare de la sisteme pur mecanice, la sisteme mecatronice ........................................................................................................ pag. 5

CAP. II. Avantajele automobilului mecatronic ................................................................... pag. 8

CAP. III. . Managementul motorului .................................................................................. pag. 11

CAP. IV. Transmisia automobilului mecatronic ................................................................. pag. 14

CAP. V. Sistemele de siguranta ale automobilului mecatronic ........................................... pag. 19

BIBLIOGRAFIE ................................................................................................................. pag. 25

ANEXA 1. ............................................................................................................................ pag. 27

ANEXA 2. ............................................................................................................................ pag. 28

ARGUMENT

Acest proiect işi propune să prezinte câteva dintre cele mai reprezentative sisteme mecatronice, cu argumente, pentru fiecare caz în parte, legate de includerea în marea familie a sistemelor mecatronice (integrare spaţială şi funcţională, flexibilitate, inteligenţă). Prin acest proiect doresc să scot în evidenţă unele aspecte mai semnificative, legate de: sistemul mecanic şi/sau optic, pe care se bazează întreaga funcţionare a sistemului; componentele electrice şi electronice (senzori, actuatori, circuite de putere), care servesc la achiziţionarea de informaţii din proces şi la comanda adecvată a unor mişcări ale elementelor sistemului mecanic/optic; sistemul de comandă centralizat/descentralizat, care asigură coordonarea întregului ansamblu şi conferă gradul mai înalt sau mai scăzut de inteligenţă al sistemului mecatronic respective, se va sublinia, si modul în care anumite funcţiuni mecanice sunt preluate de către electronică şi software, simplificând foarte mult structura mecanică, modul în care construcţiile rigide, la care precizia este realizată prin toleranţe foarte strânse, pot fi înlocuite cu construcţii elastice şi uşoare, la care precizia este realizată prin măsurare şi bucle de reacţie, modul în care problemele de cablare, inerente unor sisteme cu atât de multe componente electrice şi electronice, sunt rezolvate prin utilizarea unor magistrale şi protocoale de comunicaţie adecvate. Termenul “mecatronică” (MECAnică + elecTRONICĂ) a fost conceput în 1969 de un inginer al firmei japoneze Yaskawa Electric şi protejat până în 1982 ca marcă a acestei firme. Se referea iniţial la complectarea structurilor mecanice din construcţia aparatelor cu componente electronice. În prezent termenul defineşte o ştiinţă inginerească interdisciplinară, care, bazându-se pe îmbinarea armonioasă a elementelor din construcţia de maşini, electrotehnică şi informatică, îşi propune să îmbunătăţească performanţele şi funcţionalitatea sistemelor tehnice. Proiectul de fata isi propune sa prezinte principiile de control si principalele sisteme aplicate in cadrul automobilelor. Cunoasterea lor reprezinta o cerinta esentiala pentru intelegerea functionarii motoarelor actuale. Chiar daca notiunea de control nu trebuie neaparat legata de motoarele de ultima generatie, cu siguranta ea a capatat o semnificatie aparte in cazul acestora. Dezvoltarea sistemelor de control a fost impulsionata in primul rind de severitatea normelor privind emisiile poluante si de cerinta unor performante satisfacatoare in conditiile respectarii acestor norme. Primul pas a fost realizat prin introducerea masiva a sistemelor electronice de control in motoarele cu aprindere prin scanteie dotate cu sistem catalitic pentru tratarea gazelor de ardere. Functionarea cu randament maxim a unui astfel de sistem impunea mentinerea stricta a coeficientului de dozaj intr-o fereastra foarte ingusta in jurul valorii unitare. Acest obiectiv a fost realizat prin introducerea sistemelor de injectie de benzina controlate electronic. Treptat sistemele au fost dezvoltate, astfel pe linga controlul calitatii amestecului aer-combustibil a fost integrat si controlul avansului la scanteie. Motoarele diesel au fost si ele supuse unor puternice schimbari in privinta sistemelor de control, chiar daca cu o usoara intirziere fata de motoarele pe benzina. Motivele care au stat la baza acestei evolutii sint legate de utilizarea motorului diesel cu injectie directa la funtionarea pe autoturisme. Acest motor prezinta un mare avantaj: economicitatea. In acelasi timp motorul este zgomotos si prezinta un nivel ridicat al emisiei de NOx. Electronica a fost cea care a reusit sa controleze procesul de injectie intr-o maniera eficienta cu efecte benefice asupra zgomotului si emisiilor poluante.In prezent, indiferent de tipul motorului, sistemele de contol gestioneaza procesele esentiale (injectie, aprindere), dar si interactiunea cu alte sisteme: transmisie, climatizare, etc.

Scopul unui sistem de control: mentine parametrii unui motor intr-un anumit interval specificat1. Sensul care trebuie acordat expresiei “parametrii unui motor” este larg. De exemplu, prin parametrii unui motor putem intelege:

1

2

turatia motorului (cind se discuta de controlul stabilitatii motorului la functionarea la mers in gol);

avansul la declansarea scinteii (cind se discuta de controlul functionarii motorului la limita de detonatie);

avansul la injectia de motorina (cind in cazul unui motor diesel se discuta despre limitarea zgomotului);

nivelul unei anumite emisii poluante (sau a unui set de emisii poluante); cuplul sau puterea efectiva; etc

In structura unui sistem de control pot fi individuate intotdeauna trei componente: Senzorul (senzorii) = este cel care obtine informatii asupra variabilei controlate. Modulul de control (elementul de calcul) = Calculeaza parametrii actiunii de control pe baza

informatiilor primite de la senzor (senzori). Elementul comandat (actuator) = primeste comanda de la procesor si intervine asupra

marimii controlate.Cerinte impuse sistemelor de control

realizarea functiei de control pentru care a fost proiectat posibilitatea de comunicare cu alte sisteme = permite integrarea acestuia cu celelalte sisteme

ale vehiculului diagnoza = sistemul de control trebuie sa posede o interfata prin care sa fie posibila

efectuarea diagnozei fie prin conectarea unor sisteme speciale, fie direct prin comunicarea rezultatelor catre un tablou de control montat la bordul vehiculului.

Controlul in bucla deschisa si inchisa

Exista doua modalitati de control esentiale:- bucla deschisa (open loop);- bucla inchisa (close loop).

Pentru a clarifica diferenta intre ele vom lua drept exemplu o situatie care nu apartinecimpului motoristic, dar care prin simplitatea ei poate realiza o imagine sugestiva: sistemul de incalzire a unei incaperi. Presupunem ca avem o incapere incalzita cu ajutorul unui radiator. Debitul de apa calda ce trece prin acest radiator este reglat cu ajutorul unui robinet actionat de catre un servomotor. Cu cit deschiderea robinetului este mai mare cu atit fluxul de caldura trimis in incapere este mai mare, temperatura crescind.

In conditiile utilizarii unui sistem de control in bucla deschisa sistemul de control memoreaza o curba temperatura=f(pozitie robinet). Dorim o anumita temperatura, setam sistemul de control pe o anumita valoare, iar acesta va comanda pozitia robinetului. De remarcat ca sistemul de control nu are nici o informatie asupra rezultatului actiunii sale, el nu controleaza daca actiunea sa a condus intr-adevar catre valoarea dorita de temperatura. Daca de exemplu noi adaugam o alta sursa de caldura in camera, sistemul va lucra total necorespunzator, debitind un flux de caldura superior necesarului.

In conditiile folosirii unui sistem in bucla inchisa reglajul se va face tot pe baza unei caracteristici, dar sistemul va fi intotdeauna informat "asupra a ceea ce se petrece" prin intermediul unui senzor de temperatura. Daca, de exemplu temperatura obtinuta (prin respectarea caracteristicii) este superioara valorii dorite sistemul va corecta situatia prin inchiderea robinetului.In acest caz, un factor perturbator (adaugarea unei surse suplimentare de caldura) nu va determina aparitia unor decizii gresite din partea sistemului de control.

Diferenta esentiala intre cele doua sisteme consta in compararea permanenta intre valoarea dorita a parametrului si valoarea obtinuta, comparatie care de poate face doar daca sistemul are

3

un feedback asupra evolutiei fenomenului (in cazul nostru, valoarea furnizata de senzorul de temperatura).

CAP. I. Conceptul de sistem mecatronic: etapele de dezvoltare de la sistemele pur mecanice, la sistemele mecatronice

Evoluţia omenirii a fost însoţită de o dezvoltare lentă a uneltelor, dispozitivelor şi sistemelor create şi realizate de om, începând din paleolitic şi până în secolul 18, când odată cu inventarea maşinii cu abur (James Watt – 1788), care a marcat începutul revoluţiei industriale, sistemele tehnice au cunoscut o evoluţie rapidă. Maşina cu abur s-a constituit într-una dintre primele borne ale procesului de înlocuire a muncii fizice, prestate de oameni şi animale, cu lucrul mecanic efectuat de maşini. Câteva repere importante de-a lungul acestui drum: 1775 - prima maşină orizontală de găurit şi alezat ţevile de tun (englezul John Wilkinson); 1784 – ciocanul mecanic cu abur; 1795 – presa cu transmisie hidraulică; 1797 – primul strung cu cărucior şi păpuşă mobilă, acţionate de un ax elicoidal; vaporul cu aburi (începutul secolului 19); locomotiva cu aburi (mijlocul secolului 19). Pe parcursul secolului al 19-lea apar şi se dezvoltă motoarele cu ardere internă, ca rezultat al preocupării unor inventatori de geniu de a realiza mijloace de transport rutiere: 1807 – brevet pentru un motor cu un cilindru vertical, cu funcţionare cu gaz şi cu aprindere cu ajutorul unei scântei electrice; 1872 – invenţia motorului cu benzină şi supape laterale – motorul Otto; 1887 – motorul Daimler, cu ardere internă, cu doi cilindri în V, la care aprinderea combustibilului avea loc la fiecare rotaţie a arborelui (capacitatea cilindrică de 1,5 l; puterea de 7,5 CP);

Apare motorul de curent continuu în 1870 şi cel de curent alternativ în 1889, care au permis, realizarea, la începutul secolului 20, a unor sisteme mecanice cu acţionare electrică (pompe, maşiniunelte etc.). Electrotehnica a permis şi saltul la realizarea unor sisteme mecanice cu control automat, bazate pe relee electrice, regulatoare PI, amplificatoare electrice, având ca exponenţi avioanele, maşinile-unelte, turbinele cu aburi, automobilele.

Perioada de după cel de-al doilea război mondial este caracterizată prin realizări ştiinţifice şi străpungeri tehnologice remarcabile: primul calculator electronic numeric în 1945, tranzistorul cu germaniu în 1948, cel cu siliciu în 1952, tiristorul în 1958, primul circuit integrat în 1959, laserul etc.

În 1953 la Massachussets Institute of Technology (M.I.T.) s-a realizat şi s-au făcut demonstraţii cu o maşină de frezat cu comandă numerică. Ca început al maşinilor unelte cu comandă numerică poate fi considerată utilizarea benzii perforate în războiul de ţesut automat (de către Jaquard) şi în pianola mecanică cu program. Un rol important în perfecţionarea acestor maşini l-a avut utilizarea calculatorului în locul benzii perforate, ajungându-se la comanda numerică, cu ajutorul calculatorului, a maşinilor unelte.

La începutul anilor 1960 sunt realizaţi şi primii roboţi industriali. Fabricarea şi utilizarea roboţilor a fost facilitată de rezolvarea anterioară a unor probleme tehnice, indispensabile pentru funcţionarea roboţilor: Problema manipulării pieselor la distanţă, cu ajutorul mecanismelor articulate, denumite telemanipulatoare. Dezvoltarea telemanipulatoarelor a fost impusă de necesitatea manipulării materialelor radioactive, extrem de nocive pentru organismele vii, în procesul utilizării energiei nucleare. În 1947 a fost construit primul telemanipulator cu servo-acţionare electrică, în care operatorul uman nucontrola forţa de prindere. În 1948 a fost introdusă legătura inversă (feed-back), realizându-se astfel telemanipulatorul cu „buclă închisă”. Fabricarea manipulatoarelor cu operator uman a implicat rezolvarea unor probleme esenţiale pentru proiectarea şi realizarea unui robot: modelarea cu ajutorul mecanismelor a mişcărilor braţului şi antebraţului omului (mecanisme de poziţionare); modelarea cu ajutorul mecanismelor a mişcărilor a mişcărilor de orientare specifice încheieturii mâinii omului (mecanisme de orientare); modelarea mişcărilor degetelor mâinii, specifice operaţiilor de prindere. Problema automatizării maşinilor unelte prin intermediul comenzii numerice. A permis stăpânirea comenzii incrementale a mişcărilor şi a poziţionării de mare precizie, prin dezvoltarea de servo-motoare, servo-comenzi şi senzori de poziţie/deplasare. Problema automatizării calculelor şi a controlului cu ajutorul calculatoarelor electronice.

4

Iată câteva repere semnificative în evoluţia roboticii: - 1961 – instalarea primului robot industrial – UNIMATE la General Motors. Şi în următoarele decenii industria automobilului a fost forţa motrice pentru producţia roboţilor industriali. Astfel, în 2002, în Germania erau 120 de roboţi la fiecare 10.000 de angajaţi, dar în industria automobilului proporţia era de 1 robot la 10 muncitori productivi.- 1963 – Cercetătorii de la Rancho Los Amigos Hospital din California au construit „Rancho Arm” pentru sprijinirea persoanelor handicapate. Avea 6 articulaţii, dispunea de gradele de mobilitate ale mâinii umane şi a deschis drumul spre construirea roboţilor antropomorfi.- Studentul în construcţia de maşini, Victor Scheinman, a realizat la Stanford Artificial Intelligence Laboratory, robotul Stanford pentru microchirurgie. Avea 6 grade de mobilitate şi era primul robot conceput pentru comanda cu calculatorul. A fost precursorul unor roboţi industriali remarcabili, ca PUMA (Programmable Universal Manipulator for Assembly), robotul cu cel mai mare succes de piaţăpână în prezent.- 1979 – Robotul mobil Stanford Cart a reuşit prima parcurgere a unei incinte mobilate cu scaune. Se baza pe o cameră video, montată pe o sanie, şi îşi stabilea drumul pe bază de grafuri şi algoritmi de căutare. Primele maşini mobile reprezentative au fost însă „broaştele ţestoase” Elsie şi Elmer ale englezului Grey Elmer, în 1950, capabile să identifice o priză electrică şi să-şi încarce bateriile.- 1973 – La Universitatea Waseda din Tokyo a fost realizat primul robot umanoid în mărime naturală – Wabot-1. Japonezii sunt cei mai fervenţi susţinători ai dezvoltării unor roboţi cu aspect umanoid, care să fie acceptaţi mai uşor ca „parteneri” în servicii, munci casnice, ajutorarea persoanelor handicapate. Exemple semnificative: roboţii P3 (Honda) şi Asimo (Advanced Step in Innovative Mobility). Acesta din urmă, realizat în 2001, are o înălţime de 1,20 m, o greutate de 43 kg, iar prin modificarea centrului său de greutate se poate deplasa şi în curbe.- Doi roboţi umanoizi renumiţi de la M.I.T. – Kismet („Soartă”), are buze de cauciuc, urechi rozalii, care arată ca două şerveţele împăturite, ochi mari, în care sunt montate camere miniaturale şi poate vedea, auzi şi vorbi cu ajutorul unui sintetizator; Cog (Cognition = Cunoaştere), este constituit dintr-un trunchi de robot, care poate prinde obiecte şi le poate aduce în dreptul celor doi ochi, materializaţi prin două camere video.

Câteva dintre realizările din domeniul roboticii par a fi desprinse din science-fiction şiele nu ar fi fost posibile fără dezvoltarea spectaculoasă a tehnicii de calcul şi, în special, a microelectronicii, care este un pilon de bază al sistemelor. În finalul acestui paragraf se vor puncta câteva dintre principalele etape ale dezvoltării tehnicii de calcul. Prelucrarea automată a informaţiilor a fost revoluţionată de apariţia şi dezvoltarea calculatoarelor electronice numerice. Prima generaţie a fost realizată cu tuburi electronice, primul calculator din aceasta generaţie fiind ENIAC (Electronical Numerical Integrator and Calculator), construit între 1942-1946 la Universitatea Pennsylvania. A urmat generaţia a doua, cu tranzistoare, între anii 1950-1960, pentru ca naşterea microelectronicii să genereze salturi revoluţionare, marcate de următoarele etape semnificative: - 1959 - anul de naştere a microelectronicii; primul circuit integrat (TEXAS INSTRUMENTS); - 1971 - producerea primului microprocesor de 4 biţi - INTEL-4004; - 1974 - apariţia microprocesoarelor de 8 biţi - INTEL-8080; - 1978 – producerea primului microcontroller; - 1981 - primul calculator personal IBM PC-XT; - 1985 - lansarea sistemelor software AUTOCAD, dBASE III, IV şi a unor noi limbaje de programare de nivel superior: PASCAL, C; - 1986 - limbaje de programare destinate rezolvării problemelor de inteligenţă artificială: LISP, PROLOG; procesare în limbaj natural; - 1987- explozie tehnologică în arhitectura hardware ® lansarea calculatoarelorechipate cu hard-disk-uri. Succinta prezentare a evoluţiei sistemelor tehnice, de la sisteme pur mecanice la sisteme mecatronice, permite evidenţierea câtorva concluzii:

5

1) Integrarea electronicii şi a tehnicii de calcul a condus la simplificarea substanţială a componentelor mecanice şi la sisteme mai ieftine. Părţi mecanice au fost înlocuite cu componente electronice, mai ieftine, mai fiabile şi mai uşor de întreţinut, întrucât pot facilita auto-diagnoza. Aceste sisteme sunt mai precise, întrucât precizia nu se bazează pe rigiditatea şi stabilitatea mecanică, ci pe sisteme electronice de măsurare şi reglare. Simplificarea construcţiei mecanice a fost facilitată şi de comanda descentralizată, cu ajutorul microcalculatoarelor, a acţionărilor electrice, ca, de exemplu, la maşini de scris, maşini de cusut, manipulatoare cu mai multe cuple. 2) În perspectiva unor construcţii mai uşoare, s-au realizat sisteme relativ elastice, cu o amortizare mecanică redusă, dar la care o comandă cu reacţie adecvată, bazată pe electronică, senzori şi actuatori adecvaţi, asigură o amortizare electronică. Exemple: roboţi elastici, transmisii de putere elastice, macarale uriaşe, sisteme hidraulice, conducte şi construcţii în spaţiul cosmic. 3) Introducerea unor sisteme de reglare pentru poziţie, viteză, forţă etc. permite nu numai menţinerea în limite rezonabile de precizie a mărimilor programate, dar şi obţinerea unei comportări quasi-liniare, chiar dacă sistemul mecanic comandat este neliniar.

6

CAP. II. Avantajele automobilului mecatronic

Apărut în a doua jumătate a secolului al 19-lea, automobilul a revoluţionat transporturile şi a concentrat cele mai semnificative eforturi ştiinţifice şi inginereşti, pentru continua perfecţionare a performanţelor sale. Până în jurul anilor 1970-1980 componentele mecanice, multe dintre ele adevărate „bijuterii” tehnice, reprezentau o pondere covârşitoare în ansamblul unui automobil, partea electrică şi electronică rezumându-se la un număr restrâns de motoare (demaror, alternator, ştergătoare de parbriz), senzori (pentru temperatura uleiului şi antigelului, presiunea uleiului, nivelulcarburantului), relee (pentru semnalizare, aprindere) şi becuri . Dezvoltarea microelectronicii, materializată în circuite integrate logice şi analogice, circuite integrate de putere, procesoare numerice (microprocesoare, microcontrollere, DSP-uri), realizarea unor sisteme de acţionare, convenţionale şi neconvenţionale, performante, a unor tipuri noi de senzori etc., au deschis perspective largi pentru rezolvarea unor cerinţe care se impuneau tot mai acut, legate de:

Siguranţa în trafic; Economicitate; Fiabilitate; Confort; Protecţia mediului.

În construcţia automobilelor moderne şi-au câştigat locul tot mai multe sisteme mecatronice (pentru managementul motorului, ABS, ESP, suspensie activă etc.), pentru ca, în final, întreg automobilul să se transforme într-unul dintre cele mai reprezentative sisteme mecatronice (prin interconectarea subsistemelor cu magistrale adecvate – de exemplu, CAN-Bus, sisteme de navigaţie, X-by Wire, telematică etc.).

Fig. 1 Componente electrice şi electronice într-un automobil

Un automobil modern, dintr-o clasă medie, cuprinde circa 60-70 de motoare şi un număr asemănător de senzori şi sisteme senzoriale (fig. 1). Un exemplu elocvent îl constituie diferenţele majore dintre „broscuţa” de mare succes a firmei Volkswagen, din anii 1960: 136 W – putere maximă consumată, 150 m de cabluri electrice şi circa 80 de contacte electrice şi urmaşul acesteia

7

din 2001, maşina „New Beetle”, cu un consum de 2050 W, 1500 m de cabluri şi 1200 contacte electrice. Creşterea ponderii componentelor electrice şi electronice în construcţia automobilului a facilitat introducerea unor sisteme noi, permiţând creşterea performanţelor şi simplificarea componentelor mecanice. O altă tendinţă importantă în construcţia autovehiculelor constă în îmbunătăţirea permanentă a performanţelor sistemelor existente. Actuatorii piezoelectrici sunt utilizaţi în multe produse mecatronice, datorită unor caracteristici remarcabile, cum ar fi forţe de acţionare mari (de ordinul miilor de N), acceleraţii de ordinul a 2000 g, rezoluţii în domeniul nanometrilor etc. Foarte multe eforturi ale proiectanţilor şi constructorilor de vehicule sunt dirijate în scopul creşterii siguranţei şi confortului pasagerilor şi implică subsisteme mecatronice sofisticate. Sistemele de securitate pot fi active sau pasive şi au câteva roluri foarte importante:

evitarea eficientă a coliziunilor; minimizarea efectelor coliziunilor şi evitarea traumatismelor, atât pentru pasagerii

vehiculului, cât şi pentru pietonii implicaţi în accident. Sistemele de siguranţă active servesc la prevenirea coliziunilor şi la minimizarea efectelor acestora. Cele mai importante sunt:

Sistemul electronic de frânare (Electronic Brake System), care include:1. ABS (Anti-locking Brake System) –are rolul de a controla presiunea de

frânare, pentru evitarea blocării roţilor. Procesează informaţiile de la senzorii care măsoară viteza roţilor şi controlează motorul pompei hidraulice şi valvele care distribuie fluidul la frâne.

2. Brake Assist – interpretează informaţiile de la senzorii specifici şi corectează manevrele de frânare ale conducătorului auto.

3. Sistemul electronic de stabilitate (ESP – Electronic Stability Program), care evaluează în permanenţă datele măsurate de un mare număr de senzori şi compară acţiunile şoferului cu comportarea vehiculului la momentul respectiv. Dacă intervine o situaţie de instabilitate, cum ar fi cea determinată de o virare bruscă, sistemul reacţionează în fracţiuni de secundă, prin intermediul electronicii motorului şi a sistemului electronic de frânare şi ajută la stabilizarea vehiculului.

Sistemul ESP include mai multe subsisteme complexe: ABS (Anti-locking Brake System); EBD (Electronic Force Brake Distribution); TCS (Traction Control System); AYC (Active Yaw Control). Sistemul de prevenire a accidentelor, care poate include: Controlul adaptiv al coliziunilor (Adaptive Cruise Control - ACC), bazat

pe senzori radar de distanţe mari. Începând cu anul 1999, firma Continental Automotive Systems a introdus sistemele ACC în producţia de serie, devenind primul furnizor global de astfel de sisteme. ACC reglează automat viteza vehiculului, în funcţie situaţia maşinilor din trafic, pentru a asigura o distanţă adecvată faţă de vehiculul din faţă. Sistemul radar utilizează principiul impulsuri Doppler pentru măsurarea independentă a vitezei şi distanţei.

Distanţă redusă de frânare (Reduced Stopping Distance), bazată pe un sistem de frânare automată în eventualitatea unei coliziuni;

Avertizare de distanţă (Distance Warning); Stop & Go, bazat pe un sistem radar în infraroşu, pentru distanţe mici,

destinat asistenţei pentru traficul urban sau pentru situaţiile de pornire şi oprire;

Sprijin pentru urmărirea axului drumului (Line Keeping System), cu cameră CCD şi intervenţie activă asupra sistemului de direcţie; implică un algoritm de procesare a

8

imaginilor şi în cazul devierii de la axul drumului, şoferul este avertizat printr-o uşoară mişcare a volanului, păstrând însă supremaţia în manevrarea acestuia;

Controlul global al şasiului (Global Chassis Control); Reacţie „haptică” de pericol la nivelul pedalei de acceleraţie (Haptic

Danger Feedback) etc. Sistemele senzoriale şi de acţionare care asigură managementul motorului, asistenţa la frânare şi controlul stabilităţii, permit, prin extinderi adecvate, în special în domeniul software-ului, realizarea altor acţiuni, importante pentru siguranţa şi confortul conducătorului auto. De exemplu, momente foarte dificile apar, în special pentru şoferii mai puţin experimentaţi, în cazul pornirii pe pante înclinate, a opririlor/pornirilor la semafoare sau în parcări. Programul Hill Start Assist (HAS) este destinat asistenţei în astfel de situaţii: după ce şoferul a eliberat frâna de mână, HASîntreţine în sistemul de frânare o presiune care asigură menţinerea fermă pe loc a maşinii. Pe parcursul pornirii (accelerării), HAS reduce presiunea de frânare, în corelaţie cu creşterea momentului motorului. Controlul presiunii de frânare se bazează pe: presiunea de frânare aplicată de şofer; informaţii privind motorul şi transmisia; înclinarea pantei (măsurată de un senzor de acceleraţie longitudinal). Din ce în ce mai complexe şi sofisticate sunt sistemele de siguranţă pasive, care au rolul de a proteja pasagerii şi pietonii contra accidentelor suferite în urma coliziunilor. Ele includ o serie de sisteme de protecţie: centuri de siguranţă, sisteme de tensionare, mecanisme de blocare, airbag-uri frontale şi laterale, protecţie a capului şi genunchilor, protecţie contra răsturnării, precum şi o serie de senzori şi actuatori inteligenţi: senzori pentru anticiparea coliziunilor (detecţia şi clasificarea pietonilor, sesizarea condiţiilor premergătoare impactului pentru acţionarea adecvată a sistemelor de protecţie), senzori pentru sesizarea şi analiza impactului (direcţie, intensitate, tip, posibilitatearăsturnării), senzori pentru detectarea şi clasificarea pasagerilor, airbag-uri inteligente, a căror expandare depinde de forţa şi locul de impact, sisteme reversibile de pretensionare a centurilor de siguranţă, sisteme pentru optimizarea poziţiei scaunelor şi închiderea automată a uşilor şi trapelor pentru minimizarea efectelor coliziunii, sisteme de protecţie a pietonilor, etc.

9

CAP. III. Managementul motorului

Acest modul asigura controlul tuturor parametrior care influenteaza performantele functionale ale motorului.OBS : din punct de vedere constructiv, motorul automobilului mecatronic are o structura modulara, avand componente (cu o autonomie functionala relativa ):

- sistemul de alimentare- sistemul de aprindere- sistemul de racire- sistemul de ungere etc.

Cazul automobilului clasic aceste componente sunt componente ale unui lant cinematic antrenat de la arborele motor (fig. 2)

Fig. 2 – Structura motorului automobilului traditional

Probleme de baza Functionarea sistemului se bazeaza pe culegerea si prelucrarea informatiilor de la senzori incorporati in motor Informatiile sunt prelucrate si se transmit comenzi catre actuatori pt a realiza corecturile (fig.3)

10

Fig. 3 – Schema principiala a sistemului de management al motorului

Solutii constructive specifice- Senzorii incorporati in motor permit masurarea temperaturii, momentului de torsiune la arborele motor, turatiei, presiunii din cilindri etc.- Semnalele sunt preluate de la senzori de catre unitatea electronica de comanda (ECU), comparate cu datele din memorie, in urma acestei comparatii rezultand comenzile de reglaj

Fig.4. Sistem de reglare electronica a aprinderii

ECU – contine unul sau mai multe microprocesoare, memorii, circuite de conditionare a semnalelor, filtre, amplificatoare de putere etc.

11

Avantaje: buna functionare a aprinderii nu este influentata de uzura altor componente ca in cazul sistemelor exclusiv mecanice

Fig.5. -Sistem electronic de injectie al

combustibilului

(varianta cu masurarea indirecta a debitului de aer din galeria de aspiratie, cu senzori de presiune)

- Cantitatea de aer introdusa in motor, pentru o anumita pozitie a clapetei de acceleratie, depinde de presiunea din galeria de aspiratie- Presiunea este masurata cu ajutorul unui senzor care trimite semnale catre ECU, indicand cantitatea de aer care intra in motor- ECU prelucreaza semnalul pt a determina cat timp trebuie sa ramana deschis injectorul- momentul injectiei de combustibil este determinat de contactele distribuitorului sau de semnalele unui senzor amplasat in apropierea arborelui cotit- La motoarele cu 6 cilindri, injectoarele opereaza cate 3 odata.

CAP. IV. Transmisia automobilului mecatronic

12

Transmisiile automate se caracterizează prin posibilitatea variaţiei raportului de transmitere realizat în elementele transmisiei, în funcţie de condiţiile reale de rulare, fără intervenţia continuă a conducătorului auto.

CLASIFICARE

Fig. 6. Clasificarea transmisiilor automate

Transmisiile automate sunt caracterizate printr-un grad ridicat de confort, unde schimbarea treptelor se face fara intreruperea fluxului de putere. Tot ca plus, se remarca diminuarea socurilor din transmisie in perioada cuplarii sau a decuplarii treptelor de viteza. In cazul Multitronic, aceasta poate asigura apropierea de caracteristica ideala la nivel de tractiune: putere maxima la roata la orice viteza, ceea ce se traduce prin caracteristici dinamice si economice foarte bune, prin variatia continua a raportului de transmitere. Ca dezavantaj, transmisiile automate ofera, in general, eficienta redusa, consum mai ridicat de combustibil si sportivitate diminuata, precum si un pret mai ridicat de achizitie, in medie cu 1.500 de euro mai mult fata de cutia manuala de viteze. Ca urmare a avantajelor pe care le prezintă, începând cu anul 2007, numarul masinilor dotate cu transmisie automata a depasit pentru prima data pe cel al masinilor cu transmisie manuala pe plan mondial anul acesta, pe fondul cresterii cererii de automobile cu transmisie automata in America de Nord si Japonia. Transmisia automata predomina in America de Nord si Japonia, a patruns putin in Europa Occidentala si de Est, unde pretul are o importanta mare pentru cumparatori, iar masinile cu transmisie manuala au avantajul ca sunt mai ieftine. Cresterea cererii de masini cu transmisie automata va avea ca efect si dezvoltarea fabricilor care produc aceste componente, şi se estimeaza ca zece mari producatori mondiali de sisteme de transmisie, printre care General Motors, Honda si Aisin (Japonia), isi vor mari semnificativ capacitatea de productie pana in 2014. Şi Dacia va începe producţia de automobile cu transmisie automată în următoarele luni, cel mai probabil la debutul anului viitor, noul tip de cutie de viteze urmând să fie disponibil, ca opţiune,

Transmisii automate

Cu hidrotransformator şi angrenaje planetare

Cu variator mecanic cu lanţ şi angrenaje

planetare (Multritonic, CVT –Continous

Variable Transmissions)

Cu dublu ambreiaj şi angrenaje cu r.d. cilindrice cu dinţi

înclinaţi (DSG, S-Tronic)BMW, Mercedes

13

pentru vehiculele de pasageri. Deoarece cererea pe segmentul vehiculelor comerciale este aproape inexistentă Dacia nu va implementa, cel puţin deocamdată, noul tip de cutie de viteze pe gama de vehicule comerciale (Logan VAN şi Logan Pick-Up). De remarcat faptul că există şi transmisii care îmbină caracteristicile transmisiilor mecanice cu cele ale transmisiilor automate, cum este cazul transmisiei cu ambreiaj dublu prezentă pe Lancer Evo X. Această transmisie este concepută astfel încât oferă performanţele unei cutii manuale cu funcţionabilitatea unei transmisii automate. Transmisia Sports Shift cu dublu ambreiaj schimbă mai repede decât o transmisie manuală şi nu pierde putere în momentul schimbării. Folosirea acestei transmisii duce la reducerea consumului de carburanţi şi, automat, la emisii mai mici de noxe.

Variante constructive

Transmisiile care au în componenţă CV mecanice în trepte oferă maxim cinci sau şase rapoarte de transmitere, ceea ce determină rezolvarea în mod incomplet, discontinuu şi frecvent neeconomic a adaptării motorului la cerinţele autopropulsării automobilului. Utilizarea cu eficienţă maximă a performanţelor sursei energetice este posibilă numai prin utilizarea unei CV cu variaţie continuă a raortului de transmitere. Transmisiile cu variaţie continuă a raportului de transmitere, denumite CVT au în componenţa lor, pe lângă mecanismele clasice de adaptare şi transfer al fluxului de putere, convertizoaremecanice de cuplu cu variaţie continuă a raportului de transmitere. Variatoarele (convertizoarele) mecanice utilizate în ansamblul CVt sunt sisteme mecanice în care transformarea succesivă a energiei se face în cadrul aceleiaşi forme de energie (energie mecanică). Variatoarele mecanice ce intră în componenţa CVT sunt bazate pe principiul transmiterii fluxului de putere între unitatea de intrare şi cea de ieşire printr-un element de legătură, rigid sau flexibil, care prin modificarea poziţiei faţă de aceste două elemente determină modificarea raportului de transmitere. Singura soluţie aplicabilă în producţia de serie este cea a convertizoarelor cu fulii de diametru variabil, cu element intermediar flexibil, continuu sau articulat. În prezent, CVt sunt impuse de potenţialul lor în optimizarea funcţionării globale a grupului motopropulsor, de confortul oferit în conducere şi de disponibilităţile de conlucrare cu sursele energetice alternativeîn cazul automobilelor hibride. Utilizarea CVT asigură:

- îmbunătăţirea performanţelor dinamice şi de consum, în special în regimurile tranzitorii, prin adoptarea din domeniul de reglare a raportului optim de transmitere;

- sporirea duratei de utilizare a motorului prin transmiterea fluxului de putere în mod continuu;

- ameliorarea confortului în conducere prin automatizarea cuplării ambreiajului şi a schimbării rapoartelor de transmitere;

- îmbunătăţirea controlului emisiilor poluante şi reducerea nivelului de zgomot.Pentru a fi adaptabil la autoturisme, acest tip de transmisie trebuie să răspundă următoarelor cerinţe:

- să ofere o gamă de reglare comparabilă sau superioară transmisiilor clasice, mecanice în trepte cu comandă manuală sau automată;

- să transmită puteri mari în condiţii de randament maxim;- să fie compacte, pentru caîntr-un ansamblu de transmisie monobloc să poată echipa

autoturisme cu echipamentul de tracţiune organizat în varianta totul pe faţă transversal;- să ofere ansamblului transmisiei o fiabilitate compatibilă cu soluţiile clasice;- să implice costuri minime de fabricaţie şi întreţinere;- să necesite un sistem de comandă şi de reglare simplu, fiabil şi compatibil cu celelalte

sisteme incluse în construcţia autoturismelor: injecţia de benzină, sistemul de prevenire a blocării roţilor la frânare (ABS), etc.

Tipurile de variatoare sunt prezentate în figura 7.

14

Fig. 7. Tipuri de transmisii automate

CVT (Continuously Variable Transmission - Cutie de viteza cu Variatie Continua) este un sistem care face posibila varierea progresiva a rapoartelor cutiei de viteze. Asadar, permite selectarea unui numar infinit de trepte de viteza, intre o valoare minima si una maxima stabilite de producator. A fost introdusa pe piata de catre Nissan, actualmente fiind adoptata de mai multi producatori. Cea mai importanta trasatura a CVT este aceea ca, pentru orice viteza a autovehicului, motorul functioneaza la turatia cea mai potrivita. Un procesor coreleaza mai multi factori (viteza autovehiculului, pozitia acceleratiei, turatia motorului, etc.) si alege, in functie de acestia raportul ideal de demultiplicare (treapta ideala de viteza) pe care il variaza continuu, pentru pastrarea eficientei maxime in orice moment (cuplu cat mai mare, consum cat mai mic, regim motor cat mai lejer, emisii minime). Avand in vedere complexitatea sistemului (de tip "drive by-wire"), pedala de acceleratie nu comanda direct obturatorul, ci comanda un senzor care trimite comanda la computerul central. De acolo, dupa analizarea tuturor parametrilor, pleaca o comanda catre obturator. Pentru analizarea comportamentului CVT, vom lua un caz practic: accelerarea de la 80 la 120 km/h. Soferul accelereaza pana la podea, iar computerul da o comanda interesanta: tureaza motorul pana la cuplul maxim si apoi il mentine acolo crescand viteza din varierea rapoartelor cutiei de viteze. Aceasta asigura cea mai buna exploatare a performantelor motorului, combinata cu o uzura minima si cu emisii scazute. Constructiv, varierea raportului de transmitere al cutiei de viteze se face astfel: arborele principal (solidar cu arborele cotit al motorului) este construit din doua flanse care se pot departa sau apropia una de cealalta. Arborele secundar (condus, solidar cu diferentialul) are o constructie identica. Intre ele, o curea neextensibila (cu lungime fixa) transmite miscarea. Cand cele doua flase de pe arborele principal se apropie, diametrul virtual creste. Cureaua fiind neextensibila, flansele de pe arborele secundar se departeaza, micsorandu-i-se diametrul virtual. Astfel, puterea la roata este mai mare, iar viteza de inaintare mai mica. Pentru

15

obtinerea unei viteze crescute, se inverseaza procesul: flansele de pe arborele primar se departeaza, concomitent cu apropierea celor de pe arborele secundar. Problema cea mai mare a CVT este ca, desi poate genera un numar infinit de trepte de viteza, acestea sunt doar pentru mersul inainte. De aceea, este nevoie de o treapta separata de mers inapoi si de ambreiaj. Atunci cand se achiziţionează o masina există posibilitatea de a alege intre mai multe tipuri de cutii de viteze care sa se potriveasca personalitatii si stilului de condus al fiecărui şofer. Desi diferentele constructive dintre ele sunt mari, toate au acelasi scop: sa transmita miscarea de la motor la roti. În viitorul cel mai apropiat pot sa apara evolutii ale acestora care sa combine avantajele prezentate, eliminand punctele lor slabe.

Fig. 8 CVT Transmisia cu variatie continua (CVT) a autoturismului Nissan utilizeaza o curea de antrenare si doua fulii; prin varierea dimensiunilor celor doua fulii, transmisia elimina "treptele" dintre viteze,

16

mentinand motorul in interiorul plajei sale optime de putere. Se obtine astfel o acceleratie lina, o economie semnificativa  de carburant si un nivel mai scazut al emisiilor. O alta consecinta pozitiva este sporirea gradului de confort: urcarea unei pante mai lungi este insotita inevitabil de demultiplicari repetate, pe masura ce motorul incearca sa gaseasca puterea necesara. Datorita transmisiei CVT, rotatiile motorului raman constante, autoreglandu-se uniform, pentru a asigura mentinerea momentului mecanic. Acest tip de transmisie reduce pierderile de putere in mai mare masura decat transmisiile automate conventionale, rezultatul constand in ameliorarea eficientei si acceleratiei. Prin avantajele pe care le oferă CVT, constructorul japonez a reuşit să maăreasca numărul de modele echipate cu acest tip de transmisie de la 250.000 în 2004 la 1.088.000 în anul fiscal 2007. Momentan transmisiile de tip CVT (Continuously Variable Transmission) ocupă un procent de 28,6% din totalul vânzărilor globale, însă în Japonia și America de Nord se bucură de o popularitate mult mai mare, cu o rată de penetrare de 43,8% respectiv 47,4%.

CAP. V. Sistemele de siguranta ale automobilului mecatronic

17

Inventarea autovehiculelor şi dezvoltarea extensivă a sistemelor de drumuri şi a infrastructurii aferente acesteia au o mare influenţă în dezvoltarea continuă a societăţii umane prin mai multă libertate şi mobilitate de mişcare. Dar avantajele care derivă din utilizarea zilnică a autovehiculelor sunt în contradicţie cu consecinţele ce rezultă din accidentele cauzate de trafic. În zilele noastre siguranţa traficului a devenit o temă importantă (atât din punct de vedere social cât şi din punct de vedere economic) care preocupă la cel mai înalt nivel autorităţile.În prezent există două mari tendinţe propuse pentru dezvoltarea sistemelor de siguranţă:

- Sisteme de siguranţă pasivă ( care reacţionează în diverse situaţii periculoase pentru a ajuta şoferul să le depăşească sau să protejeze ocupanţii în caz de accident – ex. centurile de siguranţă, air-bag-uri, sisteme de antiblocare a roţilor la frânare ABS etc.);

- Sisteme de siguranţă active ( cu rol de a preveni coliziunea dintre două vehicule – ex. ACC sistem de adaptare a distanţei de mers între vehicule).

Caroserie capabila sa preia cat mai mult din energia de soc din timpul unei coliziuni este principalul element de siguranta pasiva. Toate elementele de siguranta pasiva (centuri, airbag-uri etc.) intervin dupa ce coliziunea a inceput, spre deosebire de sistemele de siguranta activa care sunt importante inainte de coliziune. Cu alte cuvinte, siguranta activa are rol preventiv, pe cand cea pasiva are rol de protectie daca accidentul are loc. V. 1. Sisteme de siguranţă pasiva Securitatea pasivă a automobilelor urmăreşte diminuarea efectelor accidentelor de circulaşia produse sau chiar în timpul producerii acestora. Măsurile de securitate pasivă se referă la realizarea unor structuri de siguranţă pentru caroserii, a unor sisteme de reţinere optime pentru pasageri, măsuri de protecţia pentru biciclişti şi pieton loviţi, precum şi măsuri de siguranţă pentru perioada de după accident. Constructorii de automobile caută să realizeze un habitaclu foarte rigid (atât pentru partea din faţă, cât şi pentru cea din spate), capabil să absoarbă energia unui impact puternic. De asemenea,automobilele sunt prevăzute cu centuri de siguranţă care reţin corpul pasagerilor pe scaune, precum şi cu perne de aer (airbag), care oferă o protecţie suplimentară. La automobilele actuale, o atenţie deosebită se acordă şi planşei de bord care, în timpul unei coliziuni frontale poate produce pasagerilor leziuni grave. În scopul protejării conducătorului auto la un şoc frontal, se utilizează volanul cu coloană deformabilă. Un habitaclu cu dublă protecţie

Deformare programată:Oricine a văzut o maşină desfigurată în urma unui accident, având spatele şi capota « armonică ». Ceea ce se vede este spectaculos, dar nu neapărat mortal. Deşi poate părea curios, o maşină sigură trebuie să se deformeze în urma unui şoc. Motivul : aceasta trebuie sa absoarbă violenţa şocului si nu ocupanţii vehiculului.Habitaclul, care are rolul unei celule de supravietuire, nu trebuie să se deformeze. Pentru a rezuma: un vehicul sigur trebuie să se plieze în partea din faţă şi cea din spate, dar să păstreze rigid habitaclul. De exemplu, în cazul unei ciocniri de un perete, produsă la o viteza de 50 km/h, o « masina tanc » se va deforma cu numai 10 cm, iar şoferul (suferind un impact echivalent cu 100 de ori propria sa greutate), nu va supravieţui. În cazul unei maşini cu « arhitectura absorbantă », capabilă de o deformare de pâna la 80 de cm, şoferul va suferi numai o cincime din forţa de impact.Protejarea ocupanţilor în habitaclu Al doilea aspect privind siguranţa, în continuă perfecţionare este dispozitivul de protecţie a habitaclului în cazul unei coliziuni.

18

Scopul este reţinerea pasagerilor pe scaune, minimizând astfel efectele impactului.Riscul de deces este de şase ori mai mare pentru pasagerii ejectati fată, faţă de cei care rămân în scaune. În 1993, Renault a fost unul dintre primii constructori care a introdus pretensionarea, care blochează centura de siguranţa în cazul unei frânări bruste. După numeroase optimizări, acest dispozitiv de reţinere a devenit în 1997 un sistem unic format din trei elemente (fig. 9), cunoscut sub numele de SRP (Sistem Renault de Protectie). - pretensionatorul, care este conectat la centura de siguranţă, limitează avansarea corpului prin fixarea centurii peste piept ; - limitatorul de efort reduce presiunea pe care centura o exercită asupra pieptului, fiindcă aceasta poate cauza accidentari grave în eventualitatea unui impact violent ; - airbag-ul, situat in volan pentru sofer si in bord pentru pasager, absoarbe impactul .Numit şi sistem de reţinere suplimentară [SRS], acesta este un echipament de siguranţă pasivă. În caz de coliziune, airbag-ul se declanşează în interval de milisecunde, fiind activat de senzori de coliziune şi umflat de un generator de azot. Şansele de supravieţuire ca urmare a unei coliziuni frontale cresc dacă acţiunea airbag-urilor este dublată de cea a centurilor de siguranţă. Se estimează că numai în SUA airbag-urile au redus gravitatea leziunilor în sute de mii de cazuri şi au salvat vieţile a peste 3600 de persoane până în anul 2000.

FIG. 9. Sistemul de siguranţă pasivă air-bag – pretensionare centuri de siguranţă

Există airbag-uri frontale pentru şofer şi pasagerul din faţă - cele mai utilizate - airbag-uri laterale pentru protecţia toracelui şi airbag-uri cortină pentru protecţia capului pasagerilor de pe locurile laterale. Recent au apărut primele modele de airbag-uri pentru genunchii persoanelor care călătoresc în faţă, şi se studiază posibilitatea introducerii de airbag-uri pentru protecţia la coliziuni din spate precum şi de airbag-uri frontale pentru pasagerii de pe banchetă. Cea mai recentă generaţie de airbag-uri se activează în funcţie de gravitatea coliziunii. Dacă deceleraţia detectată este sub un anumit prag, atunci sacii sunt umflaţi parţial. Dacă e vorba de o coliziune violentă, umflarea se face la capacitatea maxima. Pe de altă parte, există şi o latură negativă: pernele gonflabile au cauzat şi accidente, chiar fatale, prin declanşarea accidentală, în special dacă pe scaunul pasagerului din faţa a fost un copil cu vârsta sub 12 ani. Declanşarea se face cu viteze de cca. 300 km/h, astfel că efectul este echivalent cu al unei lovituri brutale de pumn în plină figură. - centuri de siguranţă pretensionateCenturile pirotehnice cu pretensionare reduc deplasarea excesivă în faţă, iar centurile de siguranţă cu limitator de efort reduc riscul accidentării la piept în cazul unui impact frontal.

19

- tetiere active În eventualitatea unei coliziuni în partea din spate, sistemul patentat de Opel activează mişcarea tetierelor în faţă şi în sus pentru a reduce leziunile la gât şi coloana cervicală. - sistemul de faruri adaptive AFLControlat de mişcarea volanului şi de viteza maşinii, sistemul de faruri adaptive AFL se roteşte în curbe cu +/- 15°. Funcţia de iluminare pe autostradă măreşte raza de acţiune a farurilor pentru a vă asigura o călătorie relaxantă. - sistemul de monitorizare a presiunii în pneuriAcest sistem poate detecta şi localiza direct scăderea presiunii din pneuri, folosind senzori speciali ataşaţi la fiecare roată. Un display vă ţine la curent cu nivelul presiunii din fiecare pneu şi vă avertizează în cazul în care acesta scade sub nivelul optim. - programul de stabilitate al remorciiUnele vehiculule sunt perfecte pentru remorcare. Din acest motiv, este dotat cu un nou sistem de siguranţă: sistemul de stabilizare al remorcii TSP (Trailer Stability Program). Atunci când sistemul detectează o mişcare deviată a maşinii cauzată de remorcă, în câteva secunde se încetineşte maşina şi remorca, prin închiderea supapei de admisie şi activarea frânelor, până în momenul când se restabileşte echilibrul. - avertizorul pentru centura de siguranţă necuplatăSistemul ingenios verifică dacă şoferul şi pasagerul din dreapta poartă centurile de siguranţă. Dacă nu, se lansează o avertizare sonoră. - planşa bord-absorbant de energie în caz de impact Prin planşa bord se înţelege ansamblul situat în faţa conducătorului auto şi a pasagerului din faţă, sub parbiz, servind ca suport pentru o parte din aparatura de comandă şi control. Plaşa bord reprezintă o sursă vătămare corporală a pasagerilor din faţă. În zonele predispuse impactului, rigiditatea planşei bord trebuie să fie mai scăzută..De asemenea planşa bord trebuie să aibă o capacitate de deformare elastică mare, în vederea reduceri deceleraţiei de impact din interior. Toate reperele ce se montează pe planşa bord (butoane de comandă, grile, etc.). Trebuie să aibă munchiile cu raze mai mari de 3,2 mm în scopul reduceri pericolului de rănire a pasagerilor. De asemenea şi munchiile planşei bord trebuie să aibă raze cât mai mari. Se apreciază că planşa bord reprezintă un element de siguranţă pasivă de o importanţă mare, în special pentru autoturisme.- volanul cu coloană deformabilă Din motive de securitate s-a răspândit soluţia cu coloana volanului deformabilă, sub acţiunea unui şoc puternic. În general, s-a extins soluţia coloanei telescopice, compusă din două tuburi care devin telescopice la o anumită forţă axială. În unele cazuri, arborele volanului conţine şi o parte elastică care ,în funcţie de mărimea şocului, se deformează. Se întâlnesc şi soluţii la care volnul fiind articulat de arborele său, sub acţiunea şoc lateral, se înclină. Impactul frontal: impactul frontal este cel mai frecvent, petrecandu-se in 60% din accidente. Gustave Désiré Lebeau a inventat "centurile protectoare" in 1903, dar abia dupa 80 de ani centurile de siguranta au devenit obligatorii! Asociate cu airbag-urile in sisteme de fixare din ce in ce mai sofisticate, ele salveaza vieti si reduc considerabil riscul ranirii.Renault are un nivel inalt de experienta in acest domeniu si sistemele performante de protectie ce au permis ca Laguna II (2001), Vel Satis si Megane II (2002) sa fie recunoscute ca cele mai sigure in categoria lor. Impactul lateral: impactul lateral (30 % din accidente) este cauza a 26% din accidentele mortale si 17 % din accidentele grave. In acest caz este afectat capul si toracele ocupantilor. Renault utilizeaza un sistem combinat de airbag-uri in 2 volume, care este fixat de scaun si care acopera corpul de la cap pana la abdomen.O protectie importanta este asigurata de barele de protectie care amplifica rezistenta portierelor. Impactul spate: acesta este cel mai putin periculos, dar poate cauza rani ale coloanei vertebrale. In 1997 Renault a introdus tetiere care sa amortizeze acest impact si sa completeze

20

sistemul SRP. Gratie formei curbate si pernelor pliabile, ele pot fi adaptate pentru pasagerii de toate marimile, reducand astfel numarul de accidente minore cu 35%.

V. 2. Sistemul de siguranta activa

Denumirea tehnica a sistemului este ESC, adica Electronic Stability Control, denumire ce sugereaza destul de bine utilitatea sa. Faptul ca cele mai multe astfel de sisteme instalate pe autovehicule sunt fabricate de Bosch a determinat insa popularizarea sa sub numele ESP, cel pe care producatorul de dispozitive electronice auto l-a instituit inca din 1987, cand a inceput sa-l dezvolte alaturi de Mercedes-Benz. Mercedes a creat si patentat inca din 1959 un dispozitiv care impiedica pierderea tractiunii rotilor, prin actionarea asupra franelor sau motorului. Si BMW a creat cam in aceeasi perioada un sistem de control al tractiunii care avea acelasi rol. Din punctul de vedere al echiparii modelelor de serie, putem vorbi despre o noua similitudine, anul 1992 fiind cel in care atat Mercedes, cat si BMW au introdus ESP-ul, ambele fiind realizate cu ajutorul companiei Robert Bosch GmbH, cea care si-a inregistrat marca ESP. De altfel, in 1995 Bosch a creat primul ESP complet, pus la dispozitia producatorilor de autovehicule. Derapajul - cauza accidentelor

Comisia UE a anuntat intentia de a impune folosirea obligatorie a sistemului de stabilitate incepand cu 2011, in timp ce in SUA a fost deja adoptata o lege care prevede ca includerea ESP in dotarea-standard a tuturor autoturismelor este obligatorie incepand cu anul de fabricatie 2012. Studiile asupra accidentelor rutiere demonstreaza ca cel putin 40% din totalul celor soldate cu decese sunt cauzate de deraparea autovehiculelor si, mai mult, aproximativ 80% din totalul acestor accidente ar fi putut fi evitate prin utilizarea sistemului ESP Organizatia Euro NCAP a emis chiar o recomandare insistenta pentru achizitionarea de autoturisme echipate cu ESC, reprezentantii acestei organizatii avand cifre exacte despre eficienta sistemelor de siguranta. Corespondenta din Australia, ANCAP, chiar a anuntat ca nu va mai acorda 5 stele decat autoturismelor echipate cu ESC.

Principiul de functionare

ESC este un sistem destul de inteligent, care lucreaza insa integrat cu dispozitivele electronice computerizate ce controleaza un autovehicul. ESC-ul foloseste ca surse de informatii o serie de senzori amplasati pe diferite componente dinamice ale unui vehicul. In acest fel, in fiecare moment sunt cunoscute viteza de rotatie a fiecarei roti, directia imprimata de volan si masura in care caroseria masinii respecta intocmai aceasta directie. Timpul de raspuns este de obicei de ordinul milisecundelor, astfel ca interventia poate fi considerata destul de prompta. Numai pentru tractiune, actiunea se rezuma la impiedicarea rotii/rotilor care patineaza sa se mai invarta, astfel fiind posibil un control al directiei, similar cu ceea ce face un ABS la franare. In cazul ESC, in clipa in care se constata derapajul masinii, sistemul proceseaza informatiile si actioneaza acolo unde trebuie: franele intervin pe una sau mai multe roti, individual, pentru a corecta traiectoria, iar motorul este impiedicat sa mai genereze cuplu, eliminandu-se astfel fortele care au generat deplasarea. De exemplu, daca rotile din fata incep sa derapeze in timpul virajului, producand ceea ce numim subvirare (deplasarea catre exteriorul curbei), ESC franeaza roata spate de pe interior, astfel ca traiectoria se corecteaza. Daca derapeaza rotile din spate, adica masina supravireaza (incepe sa se rasuceasca spre interiorul curbei), ESC franeaza roata fata din exterior, ajustand traiectoria. De fiecare data acceleratia este redusa automat pana la atingerea scopului. Simultan, la bordul vehiculului se aprinde intermitent becul corespunzator ESC, care avertizeaza soferul ca sistemul se afla in plin proces de functionare.

21

În timpul conducerucerii autovehiculului, ESC-ul lucrează în fundal, monitorizând continuu direcţia şi virarea autovehiculului. ESC-ul compară direcţia dorită de şofer (prin măsurarea unghiului de virare) cu direcţia reală a vehiculului (prin măsurarea acceleraţiei laterale, a rotaţiei vehiculului şi a vitezei de rotaţie a fiecărei roţi, individual). ESC-ul intervine când detectează pierderea controlului asupra direcţiei, de exemplu atunci când autovehiculul nu se îndreaptă acolo unde şoferul comandă vehiculul prin direcţie. Acest lucru se poate întâmpla în timpul manevrelor urgente de evitare a unui obstacol, în supravirare sau subvirare la viraje judecate prost sau pe drumuri alunecoase, în hidroplanare. ESC-ul estimează direcţia derapajului şi apoi frânează individual roţile asimetric pentru a crea cuplu referitor la axele verticale ale vehiculului, opunându-se derapajului şi aducând vehiculul înapoi pe linia dorită de şofer. Suplimentar, sistemul poate reduce puterea motorului sau să intervină asupra transmisiei pentru a încetini vehiculul. ESC-ul funcţionează pe orice suprafaţă, de la pavaj uscat până la lacuri îngheţate. Reacţionează şi corectează derapajele mult mai rapid şi mult mai eficient decât şoferul obişnuit, de cele mai multe ori chiar înainte ca şoferul să conştientizeze pierderea iminentă a controlului. Acest aspect a dus la îngrijorarea că ESC-ul va determina şoferii să devină prea încrezători în controlul lor asupra vehiculului şi/sau în abilităţile de şofer. Din acest motiv, de obicei sistemele ESC informează şoferul atunci când intervin, pentru ca şoferul să ştie că se apropie de limitele de manevrabilitate ale autovehiculului. Majoritatea ESC-urilor activează o lumină indicatoare de bord şi/sau un ton de alertă. Unele sisteme ESC permit în mod intenţionat ca traiectoria corectată a vehiculului să devieze foarte puţin de la traiectoria comandată de şofer, chiar dacă ar fi posibil ca vehiculul să urmeze mai precis comanda şoferului. Întradevăr, toţi producătorii de sisteme ESC subliniază că ESC-ul nu este un accesoriu de performanţă şi nici nu înlocuieşte practicile unui condus preventiv, ci este mai degrabă o tehnologie de siguranţă pentru a asista şoferul să revină din situaţii periculoase. ESC-ul nu măreşte tracţiunea, deci nu permite o creştere a vitezei în viraje (cu toate că facilitează o virajare cu un control mai bun). Mai general, ESC-ul funcţionează în limitele inerente ale manevrabilităţii vehiculului şi în limitele aderenţei dintre roţi şi drum. O manevră imprudentă poate depăşi aceste limite, având drept consecinţă pierderea controlului. De exemplu, în scenariul unei hidroplanări severe, roţile pe care ESC-ul le-ar folosi pentru a corecta derapajul pot să nici nu fie în contact cu asfaltul, reducându-i eficienţa. În Iulie 2004, pe modelul Crown Majesta, Toyota a implementat sistemul VDIM (Vehicle Dynamics Integrated Management), sistem care a încorporat ESC-uri în prealabil independente, şi care funcţionează nu numai după ce un derapaj a fost detectat, dar chiar previne apariţia derapajelelor. Utilizând schimbarea electrică a vitezelor, acest sistem mai avansat poate chiar să modifice treptele de viteze şi nivelele cuplului direcţiei pentru a asista şoferul în manevrele de evitare. Legislatie În timp ce Suedia a folosit campaniile de aducere la cunoştinţa publică pentru a promova ESC-ul, alte state au propus sau implementat proiecte legislative. Provincia Quebec a fost prima jurisdicţie care a pus în aplicare legea ESC-ului, ESC-ul devenind obligatoriu pentru toţi transportatorii de mărfuri periculoase în anul 2005. SUA a aplicat un proiect legislativ prin care toate vehiculele de pasageri sub 10000 de livre (4536 de kg) care vor fi puse în vânzare să adopte ESC-ul după cum urmează: 55% în 2009, 75% în 2010, 95% în 2011 şi 100% în 2012. Canada va solicita ca toate vehiculele noi de pasageri să aibă ESC de la 1 Septembrie 2011. Australia, urmând exemplul din statul Victoria, Guvernul Federal Australian a anunţat pe 23 Iunie 2009 ca ESC va fi obligatoriu de la 1 Noiembrie 2011 pentru toate autovehiculele noi de pasageri vândute în Australia şi pentru toate vehiculele noi începând cu 2013. Parlamentul European a cerut o introducere accelerată a ESC-ului. Comisia Europeană a confirmat propunerea pentru obligativitatea introducerii ESC-ului pentru toate maşinile noi de pasageri şi vehiculele comerciale vândute Uniunea Europeană începând din 2012, iar până în anul 2014 toate autovehiculele noi să fie echipate cu ESC.

22

Comisia Economică a Naţiunilor Unite pentru Europa (United Nations Economic Commission for Europe) a adoptat o rezoluţie tehnică globală pentru armonizarea standardelor ESC.

23

BIBLIOGRAFIE

Gh. Frăţilă, Automobile - Cunoaştere, Întreşinerea ŞI Reparaţii, Ed. Didactică si Pedagogică, R.A. – BUCUREŞTI, 1992

Gh. Frăţilă, Automobile – Şofer Mecanic Auto, Ed. Ed. Didactică si Pedagogică, R.A. – BUCUREŞTI, 1994

Laurentiu Manea, Adriana Manea- Mecatronica automobilului modern, Ed. MATRIX, 2001

24

ANEXE

25

F

C

26

CVT Nissan

ANEXA 1

2

1

5

3

4

Sistem de aprindere controlat electronic

27

M o d u l u l d e c o n t r o l p r im e s t ei n f o r m a t i a d e l a s e n z o r s is t a b i l e s t e m o m e n t u l a c t i v a r i iinjectorului

In jec to ru l ( actu ato ru l ) p rim es tec o m a n d a d e la m o d u l in je c t in dd o z a d e c o m b u s t i b i l c o n f o r mdeciziilor acestuia

S enzoru l (de tip inductiv, in acestcaz) determ ina pozitia unghiu laraa arborelui cotit

Componentele sistemului de injectie

ANEXA 2

28