automobilul modern

Colegiul Tehnic Traian Vuia Galai

PROIECT DE SPECIALITATE PENTRU

CERTIFICAREA COMPETENELOR PROFESIONALE

Nivel 4

TEMA: CARACTERISTICILE AUTOMOBILULI

MODERN SISTEM MECATRONIC

CALIFICARE: TEHNICIAN MECATRONIST

NDRUMATOR: ABSOLVENT: ING. OPREA IOANA NEAGU MIHAI GEORGIAN

CLASA A XII-A D

AN COLAR: 2014 2015


2

CUPRINS

Cap. I. .................................................................................................................................................. 6

AUTOMOBILUL MODERN - SISTEM MECATRONIC ............................................................ 6 1.1. Aspecte generale ....................................................................................................................... 6 1.2. Creterea performanelor i simplificarea componentelor mecanice ........................................ 7

Cap. II. .............................................................................................................................................. 12 SISTEMUL DE ANTIBLOCARE A ROTILOR (ABS) .............................................................. 12

2.1. ISTORIC ................................................................................................................................. 12

2.2. FUNCTIONARE .................................................................................................................... 12 2.3. EFICIENTA ............................................................................................................................ 13

2.4. CONTROLUL TRACTIUNII................................................................................................. 14

Cap. III. ............................................................................................................................................. 15 CONTROLUL ELECTRONIC AL STABILITATII (ESP/ESC) ............................................... 15

3.1. ISTORIC ................................................................................................................................. 16

3.2. IMPLEMENTARE ................................................................................................................. 16 3.3. EFICIENTA ............................................................................ Error! Bookmark not defined.

3.4. PROIECTARE SI COMPONENTTE ..................................................................................... 17

Cap. IV. ............................................................................................................................................. 19

GLOBAL POSITIONING SYSTEM (GPS).................................................................................. 19 4.1. FUNTIONARE ....................................................................................................................... 19

4.2. ALTE SISTEME GPS ............................................................................................................ 20


3

ARGUMENT

Acest proiect ii propune s prezinte cteva dintre cele mai reprezentative sisteme

mecatronice, cu argumente, pentru fiecare caz n parte, legate de includerea n marea familie a

sistemelor mecatronice (integrare spaial i funcional, flexibilitate, inteligen).

Prin acest proiect doresc s scot n eviden unele aspecte mai semnificative, legate de: sistemul

mecanic i/sau optic, pe care se bazeaz ntreaga funcionare a sistemului; componentele electrice i

electronice (senzori, actuatori, circuite de putere), care servesc la achiziionarea de informaii din

proces i la comanda adecvat a unor micri ale elementelor sistemului mecanic/optic; sistemul de

comand centralizat/descentralizat, care asigur coordonarea ntregului ansamblu i confer gradul

mai nalt sau mai sczut de inteligen al sistemului mecatronic respective, se va sublinia, si modul n

care anumite funciuni mecanice sunt preluate de ctre electronic i software, simplificnd foarte

mult structura mecanic, modul n care construciile rigide, la care precizia este realizat prin

tolerane foarte strnse, pot fi nlocuite cu construcii elastice i uoare, la care precizia este realizat

prin msurare i bucle de reacie, modul n care problemele de cablare, inerente unor sisteme cu att

de multe componente electrice i electronice, sunt rezolvate prin utilizarea unor magistrale i

protocoale de comunicaie adecvate.

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


4

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.

MECANICA - ELECTRONICA - INFORMATICA

Termenul mecatronic (MECAnic + elecTRONIC) a fost conceput n 1969 de un inginer

al firmei japoneze Yaskawa Electric i protejat pn n 1982 ca marc a acestei firme. Se referea

iniial la complectarea structurilor mecanice din construcia aparatelor cu componente electronice. n

prezent termenul definete o tiin inginereasc interdisciplinar, care, bazndu-se pe mbinarea

armonioas a elementelor din construcia de maini, electrotehnic i informatic, i propune s

mbunteasc performanele i funcionalitatea sistemelor tehnice.

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:

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

este rezultatul evoluiei fireti n dezvoltarea tehnologic. Tehnologia electronic a stimulat aceast

evoluie. Dezvoltarea microelectronicii a permis integrarea electromecanic. n urmatoarea etap, prin

integrarea microprocesoarelor n structurile electromecanice, acestea devin inteligente i astfel s-a

ajuns la mecatronic.

Tehnologia mecatronic aduce n centrul ateniei problema informaiei care, este componenta

datatoare de ton n raport cu materialul i energia. Aceast poziie a informaiei este motivat de ctre

japonezi prin urmtoarele argumente:

informaia asigur satisfacerea nevoilor spirituale ale omului;

numai informaia crete valoarea nou adugat a tuturor lucrurilor;

informaia nseamn cultur.

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.


5

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 materializarea principiilor:

educaie prin practic, educaie prin cercetare.

Aflat la intersecia unor domenii ale tiinei cu performane de vrf n implementarea noilor

tehnologii, mecatronica abordeaz concepte i sisteme noi n ingineria micro i nano senzorilor i

sistemelor de acionare, materiale i compozite pretabile pentru implementri la scar celular sau

atomic, structuri celulare i reele neuronale, sisteme ce prefigureaz conceptele de nanoelectronic

capabile s produc viitoarele nano-procesoare, noi concepte ale inteligenei artificiale privind

adaptibilitatea, capacitatea de a raiona, capacitatea de instruire, noi sisteme de conducere axndu-se

n special pe controlul robust, tolerant la defecte, adaptiv, inteligent, sisteme expert i neuro-fuzzy

etc.

Foarte curnd mecatronica a devenit filosofie. Pentru practica inginereasc filosofia mecatronic a

marcat saltul de la ingineria tradiional, secvenial, la ingineria simultan sau concurent.


6

Cap. I.

AUTOMOBILUL MODERN - SISTEM MECATRONIC

1.1. Aspecte generale

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 neconvenionale, performante, a unor tipuri noi de senzori

etc., au deschis perspective largi pentru rezolvarea unor cerine care se impuneau tot mai acut, legate

de:

sigurana n trafic

economicitate

fiabilitate

confort

protecia mediului.

n construcia automobilelor moderne i-au ctigat locul tot mai multe sisteme mecatronice

(pentru managementul motorului, ABS, ESP, suspensie activ etc.), pentru ca, n final, ntreg

automobilul s se transforme ntr-unul dintre cele mai reprezentative sisteme mecatronice (prin

interconectarea subsistemelor cu magistrale adecvate de exemplu, CAN-Bus, sisteme de navigaie,

X-by Wire, telematic etc.).

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


7

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.

Creterea ponderii componentelor electrice i electronice n construcia automobilului a

facilitat introducerea unor sisteme noi, permind creterea performanelor i simplificarea

componentelor mecanice.

1.2. CRESTEREA PERFORMANTELOR SI SIMPLIFICAREA

COMPONENTELOR MECANICE

Un exemplu este prezentat n figura 2, respectiv un ventil cu acionare electromagnetic

(Electromagnetic Valve Train EVT) un rezonator resort/mas, care nlocuiete clasicul ax cu

came destinat acionrii ventilelor n sincronism cu micarea arborelui motor, i asigur sistemului de

management al motorului posibilitatea comenzii libere a ventilelor, n funcie de algoritmul de

optimizare impus. Principalele efecte: mbuntirea raportului moment motor/turaia motorului,

reducerea cu pn la 20% a consumului de carburant, reducerea volumului gazelor de eapament.

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 Diesel Injection), 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.


8

Actuatorii piezoelectrici sunt utilizai n multe produse mecatronice, datorit unor

caracteristici remarcabile, cum ar fi fore de acionare mari (de ordinul miilor de N), acceleraii de

ordinul a 2000g, rezoluii n domeniul nanometrilor etc.

Fig.3 - Sistem de injecie cu actuator piezoelectric

Foarte multe eforturi ale proiectanilor i constructorilor de vehicule sunt dirijate n scopul

creterii siguranei i confortului pasagerilor i implic subsisteme mecatronice sofisticate.

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:

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 distribuie fluidul 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 evalueaz n

permanen datele msurate de un mare numr de senzori i compar aciunile oferului cu

comportarea vehiculului la momentul respectiv. Dac intervine o situaie de instabilitate, cum ar fi

cea determinat de o virare brusc, sistemul reacioneaz n fraciuni de secund, prin intermediul

electronicii motorului i a sistemului electronic de frnare i ajut la stabilizarea vehiculului. Sistemul

ESP include mai multe subsisteme complexe:

ABS (Anti-locking Brake System);

EBD (Electronic Force Brake Distribution);

TCS (Traction Control System);


9

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

distane mari. ncepnd cu anul 1999, firma Continental Automotive Systems [Continental] a introdus

sistemele ACC n producia de serie, devenind 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.

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 de procesare 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);

Reacie haptic de pericol la nivelul pedalei de acceleraie (Haptic Danger Feedback) etc.

Sistemele senzoriale i de acionare care asigur managementul motorului, asistena la frnare

i controlul stabilitii, permit, prin extinderi adecvate, n special n domeniul software-ului, realizarea

altor aciuni, importante pentru sigurana i confortul conductorului auto. De exemplu, momente

foarte dificile apar, n special pentru oferii mai puin experimentai, n cazul pornirii pe pante

nclinate, a opririlor/pornirilor la semafoare sau n parcri.

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 adecvat a 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 pentru optimizarea poziiei scaunelor i nchiderea automat a uilor i trapelor

pentru minimizarea efectelor coliziunii, sisteme de protecie a pietonilor etc.


10

Pentru a ilustra modul n care mecatronica a revoluionat construcia automobilului, se va

prezenta, ca un ultim exemplu, modulul de comand a unei ui, care este att de complex, nct

necesit un microcontroller propriu (fig.4) [INFINEON].

Fig.4 - Modul de comand a uii din fa (CP = circuite de putere)

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, atingerea limitelor 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 pentru poziionarea 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 de vehicule, a

impus proiectarea i producerea de circuite integrate specifice diferitelor funcii. n figura 5 este

prezentat o schem din documentaia firmei INFINEON, n care fiecare funcie detaliat mai sus este

realizat cu cte un circuit integrat dedicat.


11

Comanda este asigurat de un microcontroller de 8 bii, C505, dotat cu interfa CAN. n

schem nu sunt detaliate semnalele de la microntreruptoare, dar semnalul de la un senzor de curent

din circuitul de putere al motorului pentru nchiderea/deschiderea ferestrei (linia A/D) poate fi utilizat

pentru a sesiza eventuale obstacole n calea ferestrei sau limitele de nchidere/deschidere,

materializate prin creterea curentului n nfurarea motorului.

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


12

Cap. II.

SISTEMUL DE ANTIBLOCARE A ROTILOR (ABS)

Sistemul ABS (englez anti-lock braking system sau german Antiblockiersystem) este un

sistem pentru vehicule motorizate ce previne blocarea roilor n timpul frnrii. Aceasta prezint dou

avantaje: permite oferului s pstreze controlul direciei n timpul frnrii i scurteaz distana de

frnare.

2.1. ISTORIC

Compania german Robert Bosch GmbH (cunoscut, mai popular, drept Bosch) dezvolt

tehnologia ABS din anii 1930, dar primele automobile de serie care s foloseasc sistemul electronic

Bosch au fost disponibile n 1978. Au aprut prima dat pentru camioane i limuzine germane

Mercedes-Benz. Ulterior sistemele au fost portate i pentru motociclete.

Iniial, sistemele ABS au fost dezvoltate pentru aeronave. Unul din primele sisteme a fost

Maxaret al companiei Dunlop, prezentat n anii 1950, i nc n uz pe unele modele de aeronave.

Acesta a fost un sistem complet mecanic. A fost utilizat i pe automobile n anii 1960 (maina de

curse Ferguson P99, Jensen FF i maina experimental Ford Zodiac cu traciune integral) dar pentru

automobile s-a dovedit scump i nu a fost n totalitate de ncredere. Un sistem complet mecanic,

cosntruit i vndut de Lucas Girling, a fost echipat din fabric pe Ford Fiesta generaia a 3-a. S-a

numit Stop Control System (sistemul de control al opririi).

2.2. FUNCTIONARE

Un sistem ABS tipic e compus dintr-o unitate central electronic, patru traductoare de vitez

(unul pentru fiecare roat) i dou sau mai multe valve hidraulice pe circuitul de frnare. Unitatea

electronic monitorizeaz constant viteza de rotaie a fiecrei roi. Cnd detecteaz c una din roi se

rotete mai ncet dect celelalte (o condiie ce o va aduce n starea de blocare), mic valvele pentru a

scdea presiunea n circuitul de frnare, reducnd fora de frnare pe roata respectiv.

Acest proces se realizeaz foarte rapid, de mai multe ori pe secund (se poate ajunge pn la

40 de cicluri pe secund), i se traduce printr-o pulsaie a pedalei de frn. Atta timp ct sistemul

poate elibera presiunea, trebuie s fie n egal msur capabil s furnizeze alta prin intermediul

pompei electrice din componena sa. n ultimii ani, senzorii inductivi (alctuii dintr-un magnet

permanent i o bobin) au fost nlocuii cu senzori activi, iar n locul butucului crenelat se folosesc


13

inele magnetice integrate n rulmenii roilor. Senzorii activi sunt alctuii din placute

semiconductoare care, atunci cnd sunt parcurse de curent, genereaz o tensiune Hall (de aceea

senzorii activi se mai numesc i senzori Hall). Aceast soluie prezint avantajul de a citi viteze

mici (senzorii inductivi nu pot funciona la viteze mai mici de 2.5 km/h) i are o mai mic

sensibilitate la cmpurile magnetice externe. Un alt element component al unui sistem ABS este

ntreruptorul de frn. Acesta se gsete la blocul pedalier. El lucreaz ca un contact normal

deschis, funcia principal fiind aprinderea lmpilor de frn. Funcionarea este folosit n acelai

timp i pentru transmiterea semnalului la calculatorul ABS. Fr aceste semnale, poate fi posibil, de

exemplu, ca unitatea de control s interpreteze deceleraia unei roi, ca urmare a unei denivelri a

drumului, drept o manevr de frnare.

Fig.6 Sistemul ABS

2.3. EFICIENTA

Pe suprafetele cu aderen mare, uscate sau ude, majoritatea mainilor echipate cu ABS obin

distane de frnare mai bune (mai scurte) dect cele fr ABS. Un ofer cu abiliti medii pe o main

fr ABS ar putea, printr-o frnare cadenat, s ating performanele unui ofer nceptor pe o

main cu ABS. Totui, pentru un numr semnificativ de oferi, ABS mbuntete distanele de

frnare n varii condiii. Tehnica recomandat pentru oferi ntr-o main echipat cu ABS, ntr-o

situaie de urgen, este s se apese pedala de frn pn la fund i s se ocoleasc eventualele

obstacole. n asemenea situaii, ABS va reduce semnificativ ansele unui derapaj i pierderea

controlului, mai ales cu mainile grele.


14

Pe zpad i macadam, ABS-ul mrete distanele de frnare. Pe aceste suprafee, roile

blocate s-ar adnci i ar opri automobilul mai repede, dar ABS-ul previne acest lucru. Unele modele

de ABS reduc acest efect mrind timpul de ciclare, lsnd astfel roile s se blocheze n mod repetat,

pentru perioade scurte de timp. Avantajul ABS-ului pe aceste suprafee este mbuntirea controlului

mainii, i nu frnarea, dei pierderea controlului pe astfel de suprafee rmne totui posibil.

Odat activat, ABS-ul va face ca pedala s pulseze. Unii oferi, simind acest efect, reduc

apsarea pe pedal i astfel mresc distana de frnare. Aceasta contribuie la mrirea numrului de

accidente. Din acest motiv unii constructori au implementat sisteme de asisten la frnare ce menin

fora de frnare n situaii de urgen.

2.4. CONTROLUL TRACTIUNII

Echipamentul ABS poate fi folosit i pentru a implementa controlul traciunii la accelerarea

unui autovehicul. Dac, la accelerare, cauciucul pierde aderena solului, ABS-ul poate detecta situaia

i poate aplica frnele pentru a reduce accelerarea pentru recptarea aderenei.

Constructorii vnd de obicei aceasta ca pe o opiune separat, chiar dac infrastructura

controlului traciunii este n mare parte mprit cu cea a ABS-ului. Versiuni mai sofisticate pot

controla acceleraia i frna simultan, rezultnd ceea ce Continental Teves i Bosch numesc

Electronic Stability Control, respectiv Electronic Stability Program...


15

Cap. III.

CONTROLUL ELECTRONIC AL STABILITATII (ESP/ESC)

Controlul electronic al stabilitii (en Electronic Stability Control - ESC; Electronic Stability

Programme - ESP) este unul din sistemele de siguran activ pentru automobile. ESC este o tehnic

computerizat de control i reglare a stabilitii dinamice (n mers) a vehiculelor, care asigur

mbuntirea ei prin detectarea i minimizarea derapajelor i patinajelor. ESC-ul intervine atunci

cnd detecteaz o pierdere a controlului asupra autovehiculului acionnd sistemul de frnare astfel

nct oferul recapt controlul asupra autovehiculului. Frnarea survenit este o aciune automat,

ntreprins selectiv i independent pe oricare dintre roi (de ex., pe roata exterioar din fa pentru

contracararea supravirrii sau pe roata interioar din spate pentru contracararea subvirrii). Unele

sisteme ESC reduc i puterea motorului pn cnd oferul recpt controlul asupra autovehiculului.

Poate fi redus acceleraia mainii prin oprirea alimentrii cu carburant a motorului, oferul sesiznd

c pedala de acceleraie nu mai funcioneaz. ESC-ul nu mbuntete performana n virare, ci

previne pierderea controlului. Sistemul ESC se bazeaz pe mai muli senzori care detecteaz

diferenele de vitez de rotaie ntre roile fa i spate precum i deplasarea asiului n lateral fa de

traiectoria impus de sistemul de direcie. Reacia ESP este foarte prompt, de ordinul milisecundelor.

Organizaia american non-profit IIHS (Insurance Institute for Highway Safety) estimeaz c prin

folosirea acestei tehnologii pe toate autoturismele o treime din numrul accidentelor fatale ar fi

prevenite.

Fig.7 Sistemul ESC


16

3.1. ISTORIC

n anul 1987, pionierii ESC-ului, constructorii Mercedes-Benz, BMW i Toyota au introdus

primul sistem de control al traciunii (en Traction Control System - TCS). Controlul traciunii

acioneaz frnarea individual a roilor i acceleraia pentru a menine traciunea n timpul

acceleraiei, dar spre deosebire de ESC nu mbuntete direcia.

n anul 1990, constructorul Mitsubishi a lansat autoturismul Mitsubishi Diamante n Japonia.

Era primul autoturism care integra controlul electronic activ al traiectoriei i controlul traciunii ntr-

un singur sistem: TCL. Sistemul a fost dezvoltat pentru a ajuta oferul s menin traiectoria dorit n

viraje: puterea motorului i frnarea sunt reglate automat pentru a sigura traiectoria adecvat n viraj

i pentru a oferi un nivel suficient al traciunii n diverse condiii de carosabil.

BMW, colabornd cu Robert Bosch GmbH i cu Continental Automotive Systems, a dezvoltat

un sistem de reducere a cupului motor pentru a preveni pierderea controlului i l-a aplicat ntregii linii

de autoturisme n anul 1992.

ntre 1987 i 1992 Mercedes i Robert Bosch GmbH au dezvoltat n parteneriat sistemul

numit ESP (Electronic Stability Programme) sitem de control al derapajului lateral, adic controlul

electronic al stabilitii.

3.2. IMPLEMENTARE

n anul 1995, constructorii de automobile au introdus sistemele de control al stabilitii.

Mercedes-Benz, avnd drept furnizor Bosch, a fost primul constructor auto ce a introdus ESC-ul prin

modelul S-Class W140. n acelai an, BMW, avndu-i ca furnizori pe Bosch i ITT Automotive

(ulterior Continental), i Volvo au nceput s ofere ESC-ul pentru o parte din modelele produse. n

acelai timp Toyota a lansat propriul sistem VSC (Vehicle Stability Control) pe modelul Crown

Majesta. ntre timp, ali constructori au nceput cercetrile pentru dezvoltarea propriilor sisteme.

n timpul testului elanului (evitarea brusc unui obstacol) un jurnalist suedez a rsturnat

autoturismul Mercedes A-Class (fr ESC) la viteza de 37 km/h. Drept urmare, prestigiosul

constructor auto german a rechemat 130000 de maini A-Class i le-a echipat cu ESC pentru a-i

apra reputaia privind sigurana. n ziua de astzi toi constructorii de autovehicule premium au

implementat ESC-ul ca standard, iar numrul de modele echipate cu ESC continu s creasc.

Ford i Toyota au anunat c toate vehiculele vndute n America de Nord vor fi echipate cu

ESC n standard pn la sfritul anului 2009. General Motors a fcut un anun similar avnd ca

termen sfritul lui 2010.


17

Agenia guvernamental american pentru sigurana traficului (NHTSA - National Highway

Traffic Safety Administration) impune ca toate autovehiculele pentru pasageri s fie echipate cu ESC

pn n 2011 i estimeaz c acest msur va preveni anual ntre 5300-9600 de decese.

3.3. PROIECTARE SI COMPONENTTE

ESC-ul ncorporeaz rotaia n jurul axei verticale (de exemplu, rotirea ctre dreapta sau

stnga) n sistemul de frnare anti-blocare (ABS). Frnele anti-blocare permit ESC-ului s frneze

roile individual. Multe sisteme ESC ncorporeaz un sistem de control al traciunii (TCS sau ASR),

sistem care detecteaz nvrtirea roilor n gol i frneaz individual roata / roile sau/i reduce

excesul de putere dat de motor pn la recptarea controlului. Cu toate acestea, ESC-ul are alt rol

dect ABS sau Controlul Traciunii (TCS, ASR).

ESC-ul utilizeaz o serie de senzori pentru a determina directia pe care oferul dorete s o

urmeze (intrri). O parte din senzori indic starea actual a autovehiculului (rspunsul). Algoritmul de

control compar intrrile date de ofer cu rspunsul autoturismului i decide, atunci cnd este necesar,

activeaz frnele i/sau reduce acceleraia conform calculelor fcute n spaiul strilor (set de ecuaii

folosite pentru modelarea dinamicii vehiculului). Controlerul ESC poate primi i trimite informaii i

de la / ctre alte controlere ale vehiculului: sistemul de direcie, sistemul activ de suspensie pentru a

mbuntii stabilitatea i manevrabilitatea. Senzorii ESC-ului trebuie s trimit date continuu, fr

ntrerupere, pentru a detecta posibilele abateri imediat. Senzorii trebuie s fie funcioneze independent

de interferene (ploaie, gropi, etc.).

Cei mai importani senzori ai sistemului ESC sunt:

senzor pentru unghiul de virare: determin intenia de virare a oferului; (senzori

magnetoretistivi)

senzor de viraj unghilar n jurul axei verticale: msoar ct de mult vireaz

autoturismul; datele de la senzorul pentru rotaia mainii sunt comparate cu datele de

la senzorul pentru unghiul de virare i se determin mrimea de comand pentru

reglare

senzor pentru acceleraia lateral: este bazat tehnologic de obicei pe efectul Hall;

msoar acceleraia lateral a vehiculului

senzorpentru msurarea vitezii roilor

Ali senzori pot fi:

o senzori pentru acceleraia longitudinal; constructiv similari senzorilor pentru

acceleraia lateral, dar pot oferi i informaii referitoare la tipul de asfalt de pe drum i

pot oferi deasemenea informaii referitoare la vitez i acceleraie


18

o senzor de rotaie: constructiv similar celui de viraj unghilar n jurul axei verticale, dar

mbuntete precizia modelului de controler al vehiculului i corecteaz erorile care

pot aprea de la estimrile date de ceilali senzori

ESC folosete un modulator hidraulic pentru a asigura c fiecare roat primete fora de

frnare corect. Un modulator similar este folosit la ABS. ESC-ul, spre deosebire de ABS care trebuie

doar s reduc presiunea din timpul frnrii, trebuie ca n plus s mreasc presiunea n anumite

situaii i pentru acesta, pe lng pompele hidraulice, se poate utiliza o un amplificator cu vacuum de

fnare pentru a ndeplini aceste criterii de presiune ridicat.

Partea central a ESC-ului este Unitatea Electronic de Control (ECU Electronic Control

Unit), tehnologic un microprocesor electronic. ECU ncorporeaz diferite tehnici de control. Adesea,

acelai ECU este utilizat pentru mai multe sisteme n acelai timp (ABS, Controlul Traciunii,

controlul climei, etc.). Semnalele de intrare sunt transmise prin intermediul circuitului de intrare ctre


19

Cap. IV.

GLOBAL POSITIONING SYSTEM (GPS)

Global Positioning System (rom. sistem de poziionare global; prescurtat GPS, care se citete

gi-pi-es) este un sistem global de navigaie prin satelit i unde radio. Principalul sistem de poziionare

prin satelit de tip GPS este sistemul militar american numit "Navigational Satellite Timing and

Ranging" (NAVSTAR). Acest sistem, iniiat i realizat de ctre Ministerul Aprrii al Statelor Unite

ale Americii (DOD), poate calcula poziia exact = coordonatele geografice exacte ale unui obiect pe

suprafaa Pmntului, cu condiia ca acesta s fie echipat cu dispozitivul necesar - un receptor GPS.

Obiectul poate fi i o persoan, care poate astfel s se orienteze pe pmnt, pe ap, n aer sau i n

spaiu (n apropierea Pmntului). NAVSTAR utilizeaz sistemul geodezic WGS84, la care se refer

toate coordonatele geografice calculate de sistem.

Fig.8 Sistemul GPS

4.1. FUNTIONARE

Principiul de funcionare al GPS-ului este folosirea ctorva satelii din spaiu ca puncte de

referin pentru localizarea la sol. Sistemul NAVSTAR dispune la ora actual (2010) n total de 24

satelii, care se afla la o nlime de 20.183 km de suprafaa Pmntului. Printr-o msurare foarte

exact a distanei n linie dreapt dintre receptor i cel puin 4 satelii se poate determina poziia

oricrui punct de pe Pmnt (latitudine, longitudine, altitudine), aceasta numindu-se "poziia


20

calculat" (position fix n englez), n contrast cu "localizarea", termen dedicat poziiei reale a

receptorului. n mod normal pentru determinarea poziiei n 3D a unui punct de pe suprafaa terestr

cu ajutorul poziiei sateliilor ar fi nevoie de doar trei distane (trei satelii), deoarece metoda care se

utilizeaz este cea a triangulaiei. Totui la GPS este nevoie i de a patra distan, pentru minimizarea

erorilor de poziionare datorate ceasurilor din receptoare, care nu sunt suficient de exacte n

comparaie cu ceasurile atomice din sateliii utilizai. Distana dintre satelit i receptor se calculeaz

prin cronometrarea timpului de care are nevoie semnalul radio s ajung de la satelit la receptor.

tiind c semnalul radio se deplaseaz cu 300.000 km/s (viteza luminii), dac cronometrm timpul lui

de propagare de la satelit la receptor putem s deducem distana dintre acetia. Fiecare satelit are

semnalul propriu (Pseudo Random Code), astfel nct receptorul tie exact despre ce satelii este

vorba.

Recepionarea semnalelor emise de satelii i calculul poziiei se poate face n dou moduri:

modul absolut i modul diferenial.

o Modul absolut folosete un singur receptor GPS, iar precizia de poziionare este de

circa 10 15 m.

o Modul diferenial presupune folosirea a dou receptoare, dintre care unul are rolul de

staie de baz, fiind instalat ntr-un punct fix cu coordonate cunoscute. Se msoar

diferena dintre coordonatele punctului cunoscut i cele rezultate pentru acelai punct

din analiza semnalelor GPS. Aceste diferenele se folosesc pentru corectarea

coordonatelor determinate cu un receptor mobil n alte puncte din zona respectiv.

Acest mod de lucru este foarte precis (1 5 cm), dar distana dintre receptorul mobil i

staia de baz fix nu are voie s depeasc 30 km.

n general sistemul militar american NAVSTAR este foarte precis; totui, pentru folosirea sa

de ctre alte organizaii sau state, de obicei numai pentru scopuri civile (navigaie rutier .a.),

NAVSTAR pune la dispoziie doar o exactitate redus. De asemenea, SUA i rezerv dreptul de a nu

mai pune deloc la dispoziie sistemul, de exemplu n cazul unor conflicte militare .a.

4.2. ALTE SISTEME GPS

Sisteme de tip GPS sunt n curs de realizare i n alte pri ale lumii: n UE (sistemul

GALILEO cu punere n funciune n anul 2012), Rusia (sistemul GLONASS - 2010), China (sistemul

BEIDOU - 2015, Compass- 2011), Japonia, India .a.


21

NORME DE SANATATEA SI SECURITATEA 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;

atingere simultan a dou punte de pe sol, care se afl la poteniale diferite (tensiune de pas), ca

urmare a scurgerii unor cureni electrici.

Pentru evitarea accidentelor se vor respecta urmtoarele:

nainte de nceperea montajului se verific absena tensiunii n zona de lucru;

se va intercala un ntreruptor manual pentru conectarea montajului sub tensiune;

legtura la bornele aparatelor, motoarelor, instalaiilor se va realiza cu conductoare izolate, de

seciune potrivit;

se verific ca bornele, piuliele s fie strnse n mod corespunztor;

carcasele metalice ale aparatelor se vor lega la pmnt;

la arderea (decuplarea) siguranelor se deconecteaz ntreruptorul manual de alimentare a

instalaiei i se verific montajul realizat;

nainte de punerea sub tensiune a montajului se verific domeniile de msur a aparatelor, poziia

cursoarelor rezistoarelor, autotransformatoarelor.

Echipamentul individual de protecie reprezint mijloacele cu care este dotat fiecare

participant n procesul de munc i constituie un element important mpotriva factorilor de risc.

Alegerea echipamentului individual de protecie se face n funcie de riscuri, alegndu-se

tipul, aplicndu-se anumite standarde i folosind marcaje.

Prevenirea accidentelor de munc i a bolilor profesionale se face prin introducerea pe pia

doar a acelor echipamente individuale de protecie care menin sntatea i care asigur securitatea

utilizatorilor, fr a aduce atingere sntii sau securitii altor persoane, animale domestice ori

bunuri, atunci cnd sunt ntreinute adecvat i utilizate conform scopului urmrit.


22

BIBLIOGRAFIE

1. Demian, T., Tudor, D., Grecu, E.: Mecanisme de mecanic fin, Editura Didactic i Pedagogic, Bucureti, 1982.

2. Dolga, V., Dolga, L.: Modelling and simulation of mechatronic systems, Revista Mecatronica 1/2004, pag. 34-39.

3. Dumitriu, A., Dudi, F., Ionescu, E., Diaconescu, D., Automate de control i deservire Roboi industriali,

4. Dumitriu, A.: Tehnica prelucrrii informaiilor, Universitatea "Transilvania" Braov, 1996, curs, ediia II.

5. Dumitriu, A., Morar, A., Mecatronic. Universitatea Petru Maior, Trgu-Mure, 2003.

6. Mtie, V., Mndru, D., Blan, R., Ttar, D., Rusu, C.,Tehnologie i educaie n mecatronic, Editura TODESCO, Cluj-Napoca, 2001.

7. Dolga V. , Teoria sistemelor automate, Facultatea de Mecanic, Universitatea Politehnic Timioara

automobilul modern

Documents