automobilul modern û sistem mecatronic

7/23/2019 AUTOMOBILUL MODERN SISTEM MECATRONIC

1/21

AUTOMOBILUL MODERN SISTEM MECATRONIC_______________________________________________________________________________

CUPRINS

1. ARGUMENT..................................................................................................................................2EXEMPLE DE PRODUSE I SISTEME MECATRONICE..........................................................32. AUTOMOBILUL MODERN - SISTEM MECATRONIC........................................................4

2.1. ARGUMENTE..........................................................................................................................42.2. CRETEREA PERFORMANELOR I SIMPLIFICAREA COMPONEN-TELORMECANICE.....................................................................................................................................5

3. CAN BUS EXEMPLU DE MAGISTRAL SERIAL N AUTOMOBIL [DUM04A].....113.1.CONCEPTE DE BAZ...........................................................................................................133 2 O A CA 13


2/21

3 2 PROPIETI ALE CAN 13


1. ARGUMENT

Mecatronica este un domeniu transdisciplinar al ingineriei, o combinaie

sinergetic ntre mecanica de precizie, sistemele electronice de comand i control i

informatic, ce serveste proiectrii, realizrii, punerii n funciune i exploatrii de

sisteme automate inteligente. Conceptul de mecatronic s-a nascut n Japonia la

nceputul deceniului al optulea al secolului trecut. Termenul n sine a fost brevetat de

ctre concernul Yaskawa Electric Co. i a fost utilizat pentru a descrie fuziunea

tehnologic:

MECANICA - ELECTRONICA - INFORMATICA

Tot ceea ce numim astzi produs de nalt tehnicitate, este produs mecatronic.

Mecatronica este rezultatul evoluiei fireti n dezvoltarea tehnologic. Tehnologia

l i i l l i l i l i ii i


3/21


EXEMPLE DE PRODUSE I SISTEME MECATRONICE

Practic tot ceea ce numim produs de nalt tehnicitate este produs mecatronic.Automobilul modern, roboii, tehnica de calcul, tehnica de telecomunicaii, aparatura

biomedical, sistemele de transport inteligent, aparatura de cercetare, aparatura

electrocasnic, aparatura cine-foto i audio-video, mainile agricole moderne etc.,

sunt exemple reprezentative de produse mecatronice.

Mecatronica s-a nascut n mediul industrial. Strdaniile la nivel academic pentru a

asigura pregatirea specialitilor n acord cu cerinele noii tehnologii au condus la

conturarea principiilor mecatronice n educaie.

Aceste principii sunt:

hands on - prezen palpabil a obiectului de studiu;

learning by doing - nvarea prin practic;

interaction - interaciunea sistemelor mecanice , electronice, informatice.

Laboratoarele interdisciplinare de mecatronic constituie baza pentru

i li i i iil d i i i d i i


4/21


2. AUTOMOBILUL MODERN - SISTEM MECATRONIC

2.1. ARGUMENTE

Aprut n a doua jumtate a secolului al 19-lea, automobilul a revoluionat

transporturile i a concentrat cele mai semnificative eforturi tiinifice i inginereti,

pentru continua perfecionare a performanelor sale. Pn n jurul anilor 1970-1980

componentele mecanice, multe dintre ele adevrate bijuterii tehnice, reprezentau o

pondere covritoare n ansamblul unui automobil, partea electric i electronic

rezumndu-se la un numr restrns de motoare (demaror, alternator, tergtoare de

parbriz), senzori (pentru temperatura uleiului i antigelului, presiunea uleiului, nivelul

carburantului), relee (pentru semnalizare, aprindere) i becuri.

Dezvoltarea microelectronicii, materializat n circuite integrate logice i

analogice, circuite integrate de putere, procesoare numerice (microprocesoare,

microcontrollere, DSP-uri), realizarea unor sisteme de acionare, convenionale i

i l f i i i d i d hi i


5/21


Fig.1 - Componente electrice i electronice ntr-un automobil

Un automobil modern, dintr-o clas medie, cuprinde circa 60-70 de motoare i un

numr asemntor de senzori i sisteme senzoriale (fig.1). Un exemplu elocvent l

constituie diferenele majore dintre broscua de mare succes a firmei Volkswagen,

din anii 1960: 136 W putere maxim consumat, 150 m de cabluri electrice i circa

80 de contacte electrice i urmaul acesteia din 2001, maina New Beetle, cu un

consum de 2050 W, 1500 m de cabluri i 1200 contacte electrice.


6/21


Fig.2 - Ventil cu acionare electromagnetic

O alt tendin important n construcia autovehiculelor const n mbuntirea

permanent a performanelor sistemelor existente. n figura 3, este prezentat un

sistem de injecie cu actuator piezoelectric. Utilizeaz tehnologia HDI (High DieselInjection), n care o pomp alimenteaz cu motorin o ramp comun, numit

common rail, la presiuni de pn la 1500 bari. Distribuia carburantului din aceast

ramp se realizeaz cu actuatori piezoelectrici.


7/21


Sistemele de securitate pot fi active sau pasive i au cteva roluri foarte

importante: evitarea eficient a coliziunilor; minimizarea efectelor coliziunilor i

evitarea traumatismelor, att pentru pasagerii vehiculului, ct i pentru pietonii

implicai n accident.

Sistemele de siguran active servesc la prevenirea coliziunilor i la

minimizarea efectelor acestora. Cele mai importante sunt [Continental]: Sistemul electronic de frnare (Electronic Brake System), care include:

ABS (Anti-locking Brake System) are rolul de a controla presiunea de frnare,

pentru evitarea blocrii roilor. Proceseaz informaiile de la senzorii care msoar

viteza roilor i controleaz motorul pompei hidraulice i valvele care distribuiefluidul la frne.

Brake Assist interpreteaz informaiile de la senzorii specifici i corecteaz

manevrele de frnare ale conductorului auto.

Sistemul electronic de stabilitate (ESP Electronic Stability Program), care


8/21


primul furnizor global de astfel de sisteme. ACC regleaz automat viteza vehiculului,

n funcie situaia mainilor din trafic, pentru a asigura o distan adecvat fa de

vehiculul din fa. Sistemul radar utilizeaz principiul impulsuri Doppler pentru

msurarea independent a vitezei i distanei.

Distan redus de frnare (Reduced Stopping Distance), bazat pe un sistem de

frnare automat n eventualitatea unei coliziuni;

Avertizare de distan (Distance Warning);

Stop & Go, bazat pe un sistem radar n infrarou, pentru distane mici, destinat

asistenei pentru traficul urban sau pentru situaiile de pornire i oprire;

Sprijin pentru urmrirea axului drumului (Line Keeping System), cu camer

CCD i intervenie activ asupra sistemului de direcie; implic un algoritm deprocesare a imaginilor i n cazul devierii de la axul drumului, oferul este avertizat

printr-o uoar micare a volanului, pstrnd ns supremaia n manevrarea acestuia;

Controlul global al asiului (Global Chassis Control);


9/21


Din ce n ce mai complexe i sofisticate sunt sistemele de siguran pasive,

care au rolul de a proteja pasagerii i pietonii contra accidentelor suferite n urma

coliziunilor. Ele includ o serie de sisteme de protecie: centuri de siguran, sisteme

de tensionare, mecanisme de blocare, airbag-uri frontale i laterale, protecie a

capului i genunchilor, protecie contra rsturnrii, precum i o serie de senzori i

actuatori inteligeni: senzori pentru anticiparea coliziunilor (detecia i clasificarea

pietonilor, sesizarea condiiilor premergtoare impactului pentru acionarea adecvata sistemelor de protecie), senzori pentru sesizarea i analiza impactului (direcie,

intensitate, tip, posibilitatea rsturnrii), senzori pentru detectarea i clasificarea

pasagerilor, airbag-uri inteligente, a cror expandare depinde de fora i locul de

impact, sisteme reversibile de pretensionare a centurilor de siguran, sisteme pentruoptimizarea poziiei scaunelor i nchiderea automat a uilor i trapelor pentru

minimizarea efectelor coliziunii, sisteme de protecie a pietonilor etc.

Pentru a ilustra modul n care mecatronica a revoluionat construcia

automobilului, se va prezenta, ca un ultim exemplu, modulul de comand a unei ui,


10/21


n comanda uii intervin 4 motoare: unul pentru nchiderea/deschiderea

ferestrei, unul pentru blocarea/deblocarea uii n cadrul sistemului de blocare

centralizat i alte dou pentru poziionarea, dup dou direcii (x-y), a oglinzii

retrovizoare. La acestea se adaug un sistem pentru nclzirea oglinzii retrovizoare.

Un numr de ntreruptoare permit conductorului auto s efectueze manevrele dorite

pentru acionarea celor patru motoare. Multe module de comand a uilor includ i

senzori, care sesizeaz gradul de nchidere/deschidere a ferestrelor, atingerealimitelor de sus/jos, apariia unor obstacole. Modulul de comand cuprinde:

Interfaa cu ntreruptoarele i senzorii;

Circuitele de comand pentru motoare i rezistorul de nclzire a oglinzii: puni

n H (complete) pentru fereastr i blocarea uii i semipuni pentrupoziionarea oglinzii, tranzistor de comand a rezistorului de nclzire;

Circuite de comand: microcontroller i interfa CAN-Bus;

Regulator de tensiune.

Implementarea pe scar larg a unor astfel de module, la milioane i milioane


11/21


Fig.5 - Schem de comand a uii, cu microcontroller C505 i circuite integrate

3. CAN BUS EXEMPLU DE MAGISTRAL SERIAL N

AUTOMOBIL [DUM04A]


12/21


Controller Area Network (CAN) este un protocol de comunicaie serial, care

asigur controlul distribuit, n timp real, cu un mare grad de siguran. A fost

dezvoltat iniial de firma Robert Bosch GmbH, care deine i licena CAN, n ultima

parte a anilor 1980. Este standardizat pe plan internaional de International

Standardization Organization (ISO) i de Society of Automotive Engineers (SAE).

CAN de vitez mare are la baz standardul ISO 11898 (rate de transmisie de

pn la 1 Mbit); CAN de vitez mic (rate de transmisie < 125 Kbit) se bazeaz pe ISO 11519-2;

Extensii n specificaiile 2A and 2B (datorit cerinelor productorilor de

hardware) diferite lungimi ale identificatorilor (2A cu identificatori de 11 bii; 2B

cu identificatori de 29 bii); Un alt standard este CiA DS-102: standardizez ratele de transmisie (baud-rates)

i timpii impui pentru transmiterea biilor i stabilete conductorii, conectorii i

liniile de putere.

CAN n autovehicule:


13/21


3.1.CONCEPTE DE BAZ

Structura liniilor CAN bus line i nivelele de tensiune care corespund celor

dou stri ale magistralei dominant and recesiv, sunt prezentate n figura 7.

Fig.7 - Liniile i nivelele de tensiune ale CAN Bus (ISO 11898)


14/21


Dac ea transmite un nivel recesiv i magistrala monitorizeaz un nivel

dominant, unitatea pierde arbitrarea i trebuie s se retrag, fr a mai transmite un

singur bit. Acest sistem de arbitrare, conceput special pentru autovehicule, permite

rezolvarea unor evenimente de importan mai mare n funcionarea mainii, care

necesit o decizie mai rapid, prioritar fa de evenimente pentru care deciziile mai

pot ntrzia.

Multimaster: Magistrala nu presupune o ierarhizare a nodurilor; cnd magistralaeste liber, oricare unitate poate ncepe transmiterea unui mesaj. Unitatea cu mesajul

cel mai prioritar va ctiga accesul la magistral.

Siguran: Pentru a realiza cea mai mare siguran n transferul datelor, n

fiecare nod al magistralei CAN sunt implementate mijloace puternice pentrudetectarea erorilor, semnalizarea acestora i auto-verificare.

Conexiuni: Legtura serial de comunicaie CAN este o magistral la care pot fi

conectate un anumit numr de uniti. Acest numr nu are o limit teoretic, limita

practic fiind determinat de timpii de ntrziere i/sau consumul de putere pe


15/21


Fig.8 - Exemple de implementare a CAN [Siemens]


16/21


4. NORME DE PROTECTIA A MUNCII

Prin noiunea de protecia muncii se nelege ansamblul de msuri tehnice,

sanitare, organizatorice i juridice aplicate pentru ocrotirea sntii i vieii

oamenilor ce desfoar o activitate organizatoric i face parte integrant din

procesul muncii. nclcarea dispoziiilor legale privind protecia muncii i normele

PSI atrage dup sine rspunderea disciplinar, administartiv, material sau penal,

dup caz, potrivit legii.

Electrocutrile se produc ca urmare a trecerii curentului electric prin corpul

omului i pot avea loc n diverse situaii:

atingerea unor elemente aflate sub tensiune n mod normal, atingere direct;

atingerea unor elemente aflate n mod accidental sub tensiune, datorit unor

defecte ale instalaiei sau echipamentului electric, atingere indirect;


17/21


5. BIBLIOGRAFIE

1. Demian, T., Tudor, D., Grecu, E.: Mecanisme de mecanic fin, EdituraDidactic i Pedagogic, Bucureti, 1982.2. Dolga, V., Dolga, L.: Modelling and simulation of mechatronic systems, RevistaMecatronica 1/2004, pag. 34-39.3. Dumitriu, A., Dudi, F., Ionescu, E., Diaconescu, D., Automate de control ideservire Roboi industriali,4. Dumitriu, A.: Tehnica prelucrrii informaiilor, Universitatea "Transilvania"


18/21


6. ANEXE


19/21


ANEXA 1ALTERNATORUL AUTOMOBILULUI

________________________________________________________________________________Calificarea profesionalNumele i prenumele


20/21


ANEXA 2UNITATEA DIRECIEI AUTOMOBILULUI

20Calificarea profesionalNumele i prenumele


21/21


ANEXA 3AMBREIAJ + AMPLIFICATOR DE CUPLU HIDRAULIC

(Transmisiile automobilelor - transmisii hibrid, cel mai adesea hidromecanice)

21Calificarea profesionalNumele i prenumele

automobilul modern û sistem mecatronic

Documents