curs bazele sistemelor automate

0

Mihai DOGARIU

BAZELE SISTEMELOR AUTOMATE

Suport de curs

An IV AR FR, semestrul VIII

2011 2012

1

Cuprins

Introducere ............................................................................................................................ 5

Chestionar evaluare prerechizite ........................................................................................... 9

Unitatea de nvare 1 Noiuni generale din teoria sistemelor.............................................. 10

1.1. Introducere .................................................................................................... 10

1.2. Competene .................................................................................................... 10

1.3 Conceptul de sistem.......................................................................................... 11

1.4 Sisteme de comand ........................................................................................ 12

1.5 Sisteme automate ............................................................................................ 12

1.5.1. Mrimile caracteristice unui sistem automat....................................... 12

1.6. Elemente de analiza sistemelor....................................................................... 13

1.7 Modelarea matematic a sistemelor ................................................................ 14

1.8 Funcia de transfer a unui sistem fizic ............................................................. 14

1.9 Perturbaii ...................................................................................................... 15

1.10 Rspunsul indicial al sistemelor de ordinul I................................................. 16

1.11 Rspunsul indicial al sistemelor sistemelor de ordinul II............................... 16

1.12. Rezumat ....................................................................................................... 18

1.13. Test de evaluare ........................................................................................... 18

Unitatea de nvare 2 Semnale i reprezentarea lor, analiza semnalelor curent utilizate n

tehnic................................................................................................................................. 19

2.1. Introducere .................................................................................................... 19

2.2. Competene .................................................................................................... 19

2.3 Semnale, definiii, clasificri. .......................................................................... 20

2.3.1 Clasificarea semnalelor....................................................................... 20

2.3.2 Perturbaii asupra semnalelor. ............................................................ 21

2.3.3 Reprezentarea semnalelor. .................................................................. 22

2.4 Definirea unui semnal sinusoidal. ................................................................... 23

2.4 1 Definiii energetice.............................................................................. 25

2.5 Semnale tehnice. ............................................................................................. 26

2.6. Sisteme de numerotaie ponderate. ................................................................. 27

2.6.1 Transformarea bazei unui numr. ....................................................... 27

2.6.2 Sistemul binar natural......................................................................... 28

2.6.3 Conversiunea zecimal binar. ............................................................ 29

2.6.4 irul natural al numerelor binare........................................................ 29

2.7. Procesarea semnalelor................................................................................... 31

2.7.1 Modularea n amplitudine................................................................... 31

2.7.2 Modularea n frecven....................................................................... 32

2.7.3 Prelucrarea impulsurilor rectangulare. .............................................. 32

2

2.7.3.1 Modularea impulsurilor n ampltudine. .................................. 33

2.7.3.2 Modularea impulsurilor n lime (PWM)............................... 33

2.7.4 Conversia semnalelor. ................................................................................. 34

2.7.4.1 Conversia analog digital. ........................................................... 34

2.7.4.2 Teorema eantionrii....................................................................... 35

2.7.4.3 Transformata Fourier...................................................................... 37

2.7.4.4 Serii Fourier ................................................................................... 39

2.8. Rezumat ......................................................................................................... 42

2.9. Test de evaluare ............................................................................................. 42

Unitatea de nvare 3 Regulatoare automate;traductoare i actuatori utilizai pe

autovehicul. ......................................................................................................................... 44

3.1. Introducere .................................................................................................... 44

3.2. Competene .................................................................................................... 44

3.3 Regulatoare. ................................................................................................... 44

3.3.1 Legile reglrii....................................................................................... 45

3.3.2 Caracteristicile regulatorului ............................................................... 45

3.3.3 Rspunsul indicial al regulatoarelor..................................................... 46

3.4 Traductoare. ................................................................................................... 47

3.5 Principii generale din teoria msurrii ........................................................... 47

3.5.1 Cauzele apariiilor distorsiunilor ......................................................... 47

3.5.2 Deosebirile dintre senzor i un aparat de msur................................. 48

3.6 Caracteristicile principale ale traductoarelor. ................................................ 49

3.6.1 Liniaritatea. ......................................................................................... 49

3.6.2 Sensibilitatea........................................................................................ 50

3.6.3 Scala total .......................................................................................... 50

3.6.4 Scala dinamic..................................................................................... 50

3.6.5 Histerezisul. ......................................................................................... 50

3.6.6 Caracteristica de frecven................................................................... 50

3.6.7 Rspunsul n domeniul timp.................................................................. 50

3.6.8 Impedana de ieire. ............................................................................. 51

3.6.9 Sensibilitatea la influena condiiilor de mediu. .................................... 51

3.6.10 Rigiditatea.......................................................................................... 51

3.6.11 Dimensiunile de gabarit i masa senzorului........................................ 51

3.7 Elemente parametrice. .................................................................................... 51

3.7.1 Relaii fundamentale. ................................................................................... 52

3.8 Elemente sensibile de tip generator. ................................................................ 54

3.9 Traductoare digitale. ...................................................................................... 54

3.10. Rezumat ....................................................................................................... 56

3

3.11. Test de evaluare ........................................................................................... 56

Unitatea de nvare 4 Sisteme de formare a amestecului pentru motoarele cu aprindere prin

scnteie, sisteme de injecie pentru motoarele cu aprindere prin comprimare. ..................... 58

4.1. Introducere .................................................................................................... 58

4.2. Competene .................................................................................................... 58

4.3 Sisteme de management ale motoarelor cu aprindere prin scnteie................. 59

4.3.1 Sisteme de formare i control ale amestecului carburant ...................... 59

4.3.2 Managementul formrii amestecului carburant prin utilizarea

carburatoarelor............................................................................................. 61

4.3.3 Sisteme de formare a amestecului carburant prin injecie monopunct .. 61

4.3.4. Sisteme de formare a amestecului prin injecie intermitent................. 63

4.3.5 Strategii de control al formrii amestecului carburant.......................... 65

4.3.5.1 Controlul n volum al injeciei de benzin ................................ 66

4.3.5.2 Compensri aplicate duratei de injecie ................................... 67

4.3.5.3 Controlul stoichiometric al formrii amestecului ..................... 68

4.3.6 Sisteme de management integral al motorului cu aprindere

prin scnteie.................................................................................................. 69

4.3.7 Controale adiionale............................................................................. 71

4.4 Sistemul de management al motoarelor cu aprindere prin comprimare

alimentate cu pompe de injecie ........................................................................................... 73


alimentate cu pomp - injector............................................................................................. 74


alimentate cu pomp individual de injecie ........................................................................ 75


alimentate prin ramp comun ............................................................................................ 75

4.8 Rezumat .......................................................................................................... 78

4.9 Test de evaluare .............................................................................................. 79

Unitatea de nvare 5 Transmisia autovehiculului, sisteme de frnare / traciune, sisteme de

siguran activ ................................................................................................................... 80

5.1. Introducere .................................................................................................... 80

5.2. Competene .................................................................................................... 80

5.3 Sistemul de management al transmisiei. .......................................................... 81

5.3.1 Controlul electronic al ambreiajului .................................................... 81

5.3.1.1 Controlul ambreiajului convenional ....................................... 82

5.3.1.2 Ambreiajul hidraulic ............................................................... 83

5.3.1.3 Ambreiajul electric.................................................................. 84

5.3.2 Controlul transmisiei automatizate ...................................................... 84

4

5.4 Sistemul de management integral al grupului motopropulsor .......................... 86

5.5 Sisteme asistate de control al frnrii (ABS) ................................................... 88

5.6 Sisteme asistate de control al traciunii (ASR, TCS) ........................................ 90

5.7 Sisteme de siguran activ Airbag .............................................................. 91

5.8. Rezumat ......................................................................................................... 93

5.9. Test de evaluare/autoevaluare........................................................................ 93

5.9. Test de autoevaluare ..................................................................................................... 94

5.9. Test de autoevaluare rezolvat .................................................................................... 95

Bibliografie.......................................................................................................................... 96

5

Introducere

Cercetrile din ultimile decenii au condus la degajarea noiunii de sistem, noiune de o

foarte larg generalitate i aplicabilitate pe autovehicule. Marea majoritate a fabricanilor de autovehicule acord o atenie deosebit electronizrii

diverselor sisteme automate de control care intr n alctuirea unui autovehicul, atenie facilitat de disponibilitatea utilizrii microprocesoarelor, la preuri tot mai sczute i cu performane tot mai ridicate, din punct de vedere al puterii de calcul i al vitezei de lucru.

Calea cea mai economic de abordare a optimizrii proceselor de la bordul unui autovehicul este electronizarea limitat, adic introducerea gradual a sistemelor de control, cu aplicabilitate asupra agregatelor clasice ale motorului i a transmisiei, precum i asupra dinamicitii, siguranei i confortului autovehiculului.

Sistemele cu microcontrolere destinate managementului regimurilor de funcionare ale grupurilor motopropulsoare conduc, prin reglarea i optimizarea parametrilor funcionali i de proces, la economii de carburant de 15% ... 20 %.

Efecte economice importante ofer aplicarea sistemelor de comand i control complexe, multifuncionale, cu ajutorul crora se poate obine o cretere a economicitii cu aproximativ 710%, concomitent cu o reducere a concentraiilor de substane toxice din gazele de evacuare cu nc 1520%. Astfel de sisteme complexe, cuprinznd scheme integrate specializate au i funcii de ridicare a confortabilitii, putnd controla mai mult de 50 de parametri simultan, precum i funcii de diagnosticare a strii tehnice a principalelor subansambluri ale autovehiculului, cu avertizarea la bord a defeciunilor cu grad ridicat de pericol. Importana studiului sistemelor automate ale autovehiculului

Ilustrarea rolului sistemelor automate ale autovehiculului.

Asistarea electronic a sistemelor de direcie, suspensie, frnare i traciune se adaug

sistemelor de management ale grupului motopropulsor, ansamblul supunndu-se conceptului de control integrat. Una direciile principale ale dezvoltrii automobilelor este i va fi cu preponderen crearea sistemelor unificate de management a motorului i transmisiei luate ca ansamblu, corelate cu sistemele de frnare i cu celelalte sisteme ce concur la sigurana ocupanilor i a mrfurilor sau la confortul conductorului auto i a pasagerilor.

6

Datorit multiplelor posibiliti oferite de tehnica digital de calcul, este posibil a se reuni apoi aceste subsisteme sub un management integral, utiliznd posibilitile unitilor de calcul asociate subsistemelor de intercomunicare.

Regulatoarele electronice multifuncionale din componena sistemelor complexe de

management al motoarelor controleaz dozarea combustibilului pe ciclul motor, astfel nct s se asigure o caracteristic de turaie cu rezerv mare de cuplu, n vederea reducerii numrului de schimbri ale treptelor de vitez necesar acionrii unei cutii de viteze n trepte, obinndu-se un management complet al grupului motopropulsor.

Avantajele utilizrii sistemelor de control automat ale motorului rezult din urmtoarele: corelarea debitului de combustibil pe ciclul motor cu debitul de aer; corelarea raportului aer / combustibil, n cazul utilizrii unor combustibili diferii de cei

standard; corelarea raportului aer / combustibil cu altitudinea; creterea debitului de combustibil / ciclu la pornirea la rece; controlul turaiei de mers n gol la diverse sarcini impuse motorului, n special de ctre

consumatorii electrici. n ceea ce privete transmisia, electronizarea ofer avantaje eseniale n controlul

traciunii conjugat cu cel al frnrii, din care se pot remarca: schimbarea automat a treptelor de viteze, asigurndu-se o cuplare lin i fr ocuri; corelarea forei de traciune cu condiiile specifice de drum; corelarea regimului de vitez cu cel al motorului; controlul frnrii i traciunii n condiii de drum alunecos, n pante sau curbe.

Obiectivele cursului

Cursul se adreseaz studenilor care au ales specializarea Autovehicule Rutiere,

nvmnt cu Frecven Redus, dar i celorlai interesai de studiul sistemelor

automate, cu aplicaii la autovehicule.

Obiectivele urmrite sunt urmtoarele:

cunoaterea sistemelor automate;

studiul semnalelor (mecanice sau nemecanice), cu aplicaii specifice

autovehiculului;

cunoaterea regulatoarelor integrate (mecanice / electronice), parte a

sistemelor automate;

studiul senzorilor;

nsuirea cunotiinelor asupra elementelor de execuie.

Competene conferite

Dup parcurgerea materialului, studentul va fi capabil s:

explice i s dezvolte schemele bloc ale diferitelor sisteme automate

7

specifice autovehiculului;

clasifice rspunsul sistemelor, n funcie de tipul excitaiei;

clasifice semnalele tehnice;

descrie tipurile de regulatoare i a senzorilor utilizai pe autovehicul;

descrie sistemele de formare a amestecului combustibil al motoarelor cu

ardere intern;

explice funcionarea sistemelor controlate de frnare, traciune i de

siguran activ.

Resurse i mijloace de lucru

calculatoare;

videoproiector;

sisteme de achiziie de date, cu vizualizare prin mijloace video;

instrumente electronice de msurare;

soft-uri de prelucrare a datelor experimentale.

Structura cursului

Cursul este structurat pe 5 uniti de nvare, notate U1U5, dup cum

urmeaz:

U1: Introducere n teoria general a sistemelor automate: conceptul

de sistem, clasificri, condiii de existen, scheme bloc, reprezentri

grafice, elemente de analiz a sistemelor automate, funcii tipice de

excitaie, rspunsul sistemelor n timp i n frecven, distribuii, relaii

energetice;

U2: Semnale i reprezentarea lor, analiza semnalelor curent utilizate

n tehnic, sisteme de reglare i conducere: sisteme de comand, sisteme

automate de reglare, regimuri de funcionare, legi de reglare tipice,

constante de timp, timpi mori;

U3: Analiza regulatoarelor automate: caracteristicile regulatoarelor,

rspunsul regulatoarelor la funciile de excitaie, senzori i actuatori

utilizai pe autovehicul;

U4: Sisteme de formare a amestecului pentru motoarele cu

aprindere prin scnteie, sisteme de injecie pentru motoarele cu aprindere

8

prin comprimare;

U5: Transmisia autovehiculului, sisteme de frnare / traciune,

sisteme de siguran activ.

Cerine preliminare

Fizica, Matematici speciale, Dinamica Autovehiculelor, Calculul i

construcia motoarelor cu ardere intern.

Discipline deservite

Bazele ingineriei autovehiculelor, Metoda elementului finit, Sisteme

alternative de propulsie, Sisteme electrice i electronice ale autovehiculelor.

Durata medie de studiu individual

Parcurgerea de ctre studeni a fiecrei uniti de nvare a cursului de

Bazele Sistemelor Automate se poate face n aproximativ 2...3 ore.

Evaluarea La sfritul semestrului studenii vor susine un colocviu la o dat

programat de ctre conducerea departamentului DIDIFR. Fiecare student va primi

n cadrul colocviului o not pentru rspunsurile la ntrebrile puse i o not pentru

rezolvarea unui test final de autoevaluare.

Nota pentru rspuns are o pondere de 70% din nota final, nota la test de 30%.

9

Chestionar evaluare prerechizite

1. Ce nelegei prin Sistem?

2. Ce nelegei prin funcia de transfer?

3. Ce reprezint relaia intrare ieire?

4. Ce semnificaie fizic au semnalele?

5. Care sunt semnalele utilizate n tehnic, ce nseamn rspunsul indicial?

6. Ce este un regulator automat?

7. ce tipuri de senzori cunoatei?

8. Care sunt elementele de baz ale unui sistem de formare a amestecului combustibil?

9. Ce tipuri de injectoare cunoatei?

10. Ce elemente de comand conine un sistem de management al transmisiei?

10

Unitatea de nvare 1. Noiuni generale din teoria sistemelor Cuprins

1.1. Introducere 10

1.2. Competene. 10

1.3. Conceptul de sistem. 11

1.4. Sisteme de comand....12

1.5. Sisteme automate 12

1.5.1. Mrimile caracteristice unui sistem automat 12

1.6. Elemente de analiza sistemelor.. 13

1.7 Modelarea matematic a sistemelor. 13

1.8 Funcia de transfer a unui sistem fizic..................................................14

1.9 Perturbaii ............................................................................................ 15

1.10 Rspunsul indicial al sistemelor de ordinul I..................................... 16

1.11 Rspunsul indicial al sistemelor sistemelor de ordinul II...................16

1.12 Rezumat .18

1.13 Test de evaluare..18

1.1. Introducere

Introducere n teoria general a sistemelor automate: conceptul de sistem,

clasificri, condiii de existen, scheme bloc, reprezentri grafice, elemente de

analiz a sistemelor automate, funcii tipice de excitaie, rspunsul sistemelor n

timp i n frecven, distribuii, semnale i relaii energetice.

1.2. Competenele unitii de nvare

Dup parcurgerea materialului unitii de nvare U1, studenii vor fi

capabili: s cunoasc conceptul de sistem; s poat creea scheme bloc; s cunoasc semnalele utilizate n tehnic, reprezentarea i prelucrarea lor; s cunoasc locul i rolul senzorilor ntr-un sistem; s cunoasc elementele de analiz a sistemelor automate.

Durata medie de parcurgere a primei uniti de nvare este de 3 ore.

11

1.3 Conceptul de sistem Sistemul reprezint o colecie de obiecte aflate n interaciune creia i sunt specifice o

anumit organizare i un anumit scop, mai pe larg se identific existena unui sistem atunci cnd se poate evidenia o relaie ntre minim dou mrimi sau obiecte. Aceast definiie nu este unic, dar prezint un nivel ridicat de generalitate. Caracterizarea unui sistem se poate face n manier structural sau informaional.

Caracterizarea structural presupune descrierea obiectelor i interaciunilor aferente sistemului.

Caracterizarea informaional presupune descrierea mrimilor specifice sistemului. n figura 1.1 se ilustreaz sub forma unei scheme bloc un sistem, care prezint una sau mai multe mrimi de intrare x(t) i una sau mai multe mrimi de ieire y(t). Mrimea de intrare este o variabil independent, care reprezint cauza, iar mrimea de ieire este variabila dependent efectul produs de intrare. Aceste mrimi au un caracter pur informaional i nu material. Sistemul n sine este descris prin strile sale, notate (t), care iau valori n spaiul strilor , adic .

Fig. 1.1 Caracterizarea informaional a unui sistem.

Regimurile de funcionare ale unui sistem tehnic sun date de valorile deosebite ale strii unui sistem:

starea iniial, considerat la momentul iniial t = t0; starea final, sau staionar, dat de regimul permanent, considerat la =t ; regimul tranzitoriu sau dinamic, considerat din momentul ieirii dintr-un regim

permanent pn la intrarea ntr-un alt regim permanent. Clasificarea sistemelor dup caracterul funciei de stare

Sisteme liniare, care respect proprietile de omogenitate, aditivitate, invariana n timp i multiplicare cu o constant;

Sisteme neliniare, la care nu se pot aplica proprietile enunate. Un sistem liniar respect regulile enunate, care sunt reprezentate n tabelul1.1.

Tab. 1.1

12

1.4 Sisteme de comand Comanda este un ansamblu de operaii ce se efectueaz n circuit deschis i care au ca

efect stabilirea unei dependene, dup o lege prestabilit prestabilit pentru valoarea mrimii de ieire y(t), n raport cu mrimea de intrare x(t). Aceast mrime de intrare poate fi independent de procesul controlat (n cazul unei comenzi manuale), automat, secvenial sau cu program.

n figura 1.2 se exemplific printr-o schem bloc a unui sistem de comand, care se mai numete sistem cu bucl deschis, n care aciunea de comand se desfoar ntr-un singur sens, cu scopul de a controla un proces. n cazul unui autovehicul, acest proces poate fi bracarea roilor pentru a efectua un viraj, operaiunii de frnare, deschiderea unui geam etc.

Fig. 1.2 Schema bloc general a unui sistem de comand.

Un sistem de comand este supus influenei perturbaiilor. Aciunea acestora va determina abaterea rezultatelor de la obiectivele prestabilite, fr a avea posibilitatea coreciei comenzilor din partea mijlocului de conducere, ntruct acesta nu este informat, nici n legatur cu procesul, nici cu perturbaiile.

1.5 Sisteme automate Sistemul n care elaborarea comenzilor se face att pe baza obiectivelor, ct i pe baza

informaiilor referitoare la proces se numete sistem automat. Avnd o legtur informaional referitoare la efect, sistemul este cunoscut sub

denumirea de sistem cu conexiune invers, cu reacie negativ sau feedback; iar n acest caz, sistemul se numete cibernetic. n figura 1.3 se prezint schema bloc general a unui sistem de reglare automat.

Fig. 1.3 Schema bloc general a unui sistem automat. 1.5.1 Mrimile caracteristice unui sistem automat Semnificaia notaiilor din figura 1.3, vor stabili mrimile definitorii unui sistem

automat: 1. i(t) mrimea de intrare, denumit ca mrime de referin sau valoare impus; 2. e(t) mrimea de ieire, denumit ca mrime reglat sau valoare dorit; 3. r(t) mrimea de reacie;

13

4. (t) eroarea de urmrire, ri = ; 5. c mrimea de comand; 6. m mrimea de execuie; 7. Comparatorul element de comparaie, care proceseaz eroarea; 8. Regulator emite mrimea de comand c n funcie att de valoarea erorii, ct

i de integralele i derivatele acesteia n raport cu timpul; 9. Actuator reprezint blocul elementelor de execuie, care acioneaz asupra

procesului de controlat ; 10. Proces obiectul, fenomenul sau substana de controlat n mod automat; 11. Senzori blocul de urmrire prin msurare a mrimii reglate; 12. Z (de la zgomot), vzut ca o sum de perturbaii Pi.

Dac sistemul este numeric, adic proceseaz semnale digitale, semnalele variabile n timp devin semnale cu variaie discret la momentele date de perioada de eantionare, adic ele sunt de forma x(kT), unde k = 1, 2, 3,

1.6 Elemente de analiza sistemelor

Regimul dinamic al unui sistem corespunde funcionrii acestuia n situaia n care mrimea de msurat i(t) i implicit semnalul de ieire e(t) variaz n timp. Variaiile mrimii de intrare nu pot fi urmrite instantaneu la ieire, datorit ineriilor care pot fi de natur: mecanic, electromagnetic, termic etc. i care intervin sub forma unor constante de timp.

Proiectarea i analiza performanelor unui sistem automat se poate face astfel: 1. n domeniul timp prin utilizarea funciei indiciale, adic rspunsul la semnalul

treapt unitar (Heaviside) sau prin utilizarea funciei pondere, adic rspunsul la impulsul Dirac )(t . Instrumentul matematic necesar analizei n timp este oferit de transformrile Laplace.

2. n domeniul frecven pe baza rspunsului permanent armonic la variaia sinusoidal a intrrii i(t). Instrumentul matematic necesar analizei n frecven este oferit de transformrile Fourier.

3. n cazul sistemelor numerice, cu ajutorul transformatei Z, care stabilete legtura dintre domeniul timpului discret (kT T fiind perioada de eantionare) i domeniul variabilei complexe z.

1.7 Modelarea matematic a sistemelor

Modelul matematic al unui sistem este constituit n general, de un ansamblu de ecuaii algebrice i difereniale, care exprim dependena temporal a mrimii de ieire fa de cea de intrare. ntr-un final, cercetarea unui sistem automat cu ajutorul modelului matematic, va determina calitativ i cantitativ, optimizrile necesare unui prioect iniial, astfel nct sistemul realizat fizic s ofere performanele funcionale scontate.

Modelul matematic, exprimat sub forma general a unei ecuaii difereniale liniare i neomogene, care leag varibila de ieire e(t) de cea de intrare i(t) este dat de relaia (1.1):

ibdt

dib

dt

idb

dt

idbea

dt

dea

dt

eda

dt

eda

m

m

mm

m

mn

n

nn

n

n 011

1

1011

1

1 ...... ++++=++++

(1.1)

care, scris sub o form mai compact este dat de (1.2):

14

= =

=n

k

m

jj

j

jk

k

kdt

idb

dt

eda

0 0

(1.2)

Rezolvarea unei astfel de ecuaii difereniale conduce la o soluie, care cuprinde dou

componente principale, date de: partea natural a sistemului, caracteriznd funcionarea sistemului n regim

tranzitoriu; partea forat, caracteriznd funcionarea sistemului n regim staionar

(stabilizat). Astfel soluia general a ecuaiei neomogene (1.1) are forma general dat de (1.2):

e(t) = etranz(t) + est(t) (1.3)

1.8 Funcia de transfer a unui sistem fizic Pentru un sistem reprezentat prin relaia e(t) = f[i(t)], se definete ca funcie de

transfer raportul dintre transformata Laplace a mrimii de ieire E(s) i transformata Laplace a mrimii de intrare I(s), adic:

)(

)()(

sI

sEsH = (1.4)

Se reamintete c transformata Laplace stabilete o corelaie ntre domeniul timpului

continuu t i domeniul variabilei complexe s prin relaia:

=0

)()( dtetfsF st (1.5)

iar transformata invers este definit de relaia:

+

=j

j

stdsesFj

tf

)(

2

1)( (1.6)

cu observaia important, c prin transformata Laplace ecuaia diferenial (1.1) se transform ntr-o ecuaie algebric, a crei rezolvare este mult simplificat.

Pentru sistemul dinamic exprimat prin modelul matematic (1.1), funcia de transfer

este determinat prin transformarea Laplace a fiecrui termen n parte, rezultnd:

011

1

011

1

...

...

)(

)()(

asasasa

bsbsbsb

sI

sEsH

nn

nn

mm

mm

++++

++++==

(1.7)

Ecuaia caracteristic a sistemului este reprezentat de ecuaia rezultat din egalarea

numitorului expresiei (1.7) cu zero, adic:

I(s) = 0 (1.8)

15

Rezolvarea ecuaiilor algebrice rezultate din egalarea cu zero att a numitorului ct i a

numrtorului permit scrierea funciei de transfer sub o alt form, unde se vor utiliza notaiile:

m numrul de rdcini ale numrtorului, numite zerouri; n numrul de rdcini ale numitorului, numite poli; p ordinul numrtorului, care rmne dup scoaterea lui s ca numitor comun; q idem, dar pentru numitor; (m p) ordinul lui s comun tuturor termenilor numrtorului; (n q) idem, dar pentru numitor; bm-p coeficientul termenului cu cel mai mic ordin comun a lui s, pentru numrtor; an-q idem, pentru numitor; = (n - q) (m - p) ordinul polului n prigine, numit ordin de astatism al sistemului,

qn

pm

a

bK

= factorul de amplificare al sistemului.

Cu aceste notaii, ecuaia (1.7) devine:

)(

)()(

sQ

sP

s

KsH

q

p= (1.9)

Observaii:

Pentru ca sistemul s fie fizic realizabil, ordinul numitorului trebuie s fie mai mare dect cel al numitorului cu cel puin o unitate, adic n > m + 1;

Factorul de amplificare K se definete ca raportul dintre valoarile staionare ale mrimii de ieire i a celei de intrare, adic atunci cnd t , sau 0j .

1.9 Perturbaii ntr-un sistem automat, ca cel reprezentat n figura 1.3, apar n mod inerent perturbaii,

care pot influena funcionarea sistemului; acestea se pot situa n oricare din blocurile funcionale ale sistemului, dar n mod convenional se consider c ele au ponderea cea mai mare atunci cnd se aplic direct asupra procesului reglat.

Cele mai importante perturbaii, care pot influena desfurarena proceselor sunt urmtoarele:

modificri ale sarcinii de exemplu, modificarea momentului motor la apariia pe parcurs a unei pante;

modificri n caracteristicile agentului cu care se realizeaz reglarea, cum ar fi n instalaia de climatizare;

schimbri n condiiile ambientale, care pot apare la intrarea ntr-un tunel cu autovehiculul;

schimbri n caracteristicile interne ale procesului, cum ar fi modificarea raportului de comprimare al motorului, cauzat de depunerile de calamin;

modificarea mrimii de intrare (referin), care deseori se face n mod voit pentru ca ieirea s satisfac anumite cerine, cum ar fi nevoia de acceleraie la o depire.

16

1.10 Rspunsul indicial al sistemelor de ordinul I Rspunsul indicial al unui sistem este definit ca semnalul obinut la ieire, atunci cnd

la intrare se aplic un semnal treapt unitar. Sistemele de ordinul I sunt caracterizate prin ecuaii difereniale de ordinul I, descrise

prin relaii desprinse din (1.1), unde se rein termenii de ordinul I:

ibeadt

dea 001 =+ (1.10)

care capt forma:

Kiedt

de=+ (1.11)

cu urmtoarele notaii i semnificaiile lor fizice:

0

1

a

a= , constant de timp (figura 1.5);

oa

bK 0= , factorul de amplificare.

Funcia de transfer din relaia (1.7) ia forma:

1)(

+=

s

KsH

(1.12)

iar rspunsul indicial (la semnalul de tip Heaviside) este dat de expresia:

)1()( t

eKte

= (1.13)

i este reprezentat n figura 1.5.

Fig. 1.5 Rspunsul indicial al unui sistem de ordinul I.

1.11 Rspunsul indicial al sistemelor sistemelor de ordinul II Sistemele de ordinul II sunt caracterizate prin ecuaii difereniale de ordinul II:

17

ibeadt

dea

dt

eda 0012

2

2 =++ (1.14)

care capt forma:

Kiedt

de

dt

ed=++ 12

222 (1.15)

cu urmtoarele notaii i semnificaiile lor fizice:

2

0

a

an = , care se numete pulsaia natural a sistemului;

0

0

a

bK = , factorul de amplificare;

20

1

2 aa

a

= , factorul de amortizare;

212

= , constanta de timp de ordinul I;

n

1

2 = , constanta de timp de ordinul II.

Funcia de transfer din relaia (1.7) va avea urmtoarea form:

121

)(2

2

2

++=

ss

KsH

nn

n

(1.16)

Rspunsul indicial la un semnal de amplitudine i0 al sistemului de ordin II, este dat de relaia (5.17):

+

=

2

2

20

11sin(

1

11)( arctgteKite n

tn (1.17)

Reprezentarea grafic a rspunsului indicial al unui sistem de ordinul II este dat n figura 1.6, unde:

est este valoarea de regim staionar; este eroarea ; (t) este suprareglarea.

Fig.1.6 Rspunsul indicial tipic al unui sistem de ordinul II.

18

Exemple

Urmtoarele subansamble ale unui autovehicul sunt considerate Sisteme

de ordinul I:

Termostatul din sistemul de rcire;

Termometrul de exterior / interior;

Senzorul de temperatur al motorului.

Siteme de ordinul II:

Injectoarele;

Clapeta electronic de acceleraie;

Ansamblul suspensiei;

Scriei ecuaia diferenial de funcionare a termostatului.

Apelnd la cunotiinele dobndite la materia Dinamica autovehiculelor, scriei

ecuaiile de funcionare ale unei suspensii independente ale unui automobil;

Descriei funcionarea clapetei de acceleraie electronic;

S ne reamintim...

Teoria sistemelor automate abordeaz o gam larg de fenomene fizice, sau de

obiecte care aparent nu au nimic n comun; ceeace le reunete n clasa sistemelor

este relai de dependen dintre cel puin dou elemente, care pot defini un sistem.

Astfel, relaia dintre tensiune i curent definete sistemul rezisten, relaia dintre

for i acceleraie definete sistemul mas, iar suspensia este descris prin aceeai

ecuaie ca i injectorul.

Rezumat

Unitatea U1 introduce studenii n domeniul sistemelor automate, cu aplicaii

tipice unui autovehicul modern; se abordeaz diferitele subansamble prin modelarea

matematic n mod unitar a funcionrii acestora. Urmtoarele uniti de nvare vor

detalia aspectele privind fiecare din blocurile funcionale descrise, ct i elemente de

analiza semnalelor.

Test de evaluare a cunotinelor

Exemplificai un sistem de ordinul I;

Definii rspunsul indicial;

Rezolvarea ecuaiei de stare a unui sistem de ordin I;

Definii suprareglarea.

19

Unitatea de nvare 2. Semnale i reprezentarea lor, analiza semnalelor curent utilizate n tehnic

Cuprins 2. 1 Introducere .............................................................................................19 2.2 Competene..............................................................................................19 2.3 Semnale, definiii, clasificri...................................................................20

2.3.1 Clasificarea semnalelor.............................................................20 2.3.2 Perturbaii asupra semnalelor....................................................21 2.3.3 Reprezentarea semnalelor ........................................................22

2.4 Definirea unui semnal sinusoidal23 2.4 1 Definiii energetice...................................................................25

2.5 Semnale tehnice.......................................................................................26 2.6. Sisteme de numerotaie ponderate..........................................................27

2.6.1 Transformarea bazei unui numr..............................................27 2.6.2 Sistemul binar natural...............................................................28 2.6.3 Conversiunea zecimal binar...................................................29 2.6.4 irul natural al numerelor binare ..............................................29

2.7. Procesarea semnalelor......31 2.7.1 Modularea n amplitudine..31 2.7.2 Modularea n frecven..32

2.7.3 Prelucrarea impulsurilor rectangulare....32 2.7.3.1 Modularea impulsurilor n ampltudine......................33 2.7.3.2 Modularea impulsurilor n lime (PWM).................33

2.7.4 Conversia semnalelor.................................................................34 2.7.4.1 Conversia analog digital.......................................34 2.7.4.2 Teorema eantionrii.................................................35 2.7.4.3 Transformata Fourier.................................................37 2.7.4.4 Serii Fourier..............................................................39

2.8 Rezumat.....................................................................................................42 2.9.Test de evaluare.........................................................................................42

2.1. Introducere Suntem nconjurai de semnale; ntradevr, conectarea noastr la lume se face

prin intermediul unei varieti de semnale, al cror sens este dat de corespondena lor cu fenomenele fizice, de exemplu: vocea uman, sunetele naturii, lumina, cldura sau frigul etc.

Unitatea de vare U2 introduce studentul n studiul semnalelor, care pot fi de

diverse naturi (mecanice, electrice, termice etc), dar care sunt descrise i

reprezentate identic n evoluia lor temporal. Se prezint elemente de procesare

tipice, cum ar fi modulaia sau conversia analog-digital.

2.2. Competenele unitii de nvare

Dup parcurgerea materialului acestei uniti de nvare studenii vor fi

capabili: s cunoasc conceptul de semnal;

20

s cunoasc diferitele semnale i reprezentarea lor analitic sau grafic; s tie principalele moduri de prelucrare a semnalelor; s descrie principiul eantionrii; s cunoasc elementele de analiz a semnalelor.

Durata medie de parcurgere a unitii de nvare U2 este de 3 4 ore.

2.3 Semnale

Un semnal reprezint un set de una sau mai multe variabile utilizat pentru a transmite o

informaie (sau o caracteristic) proprie unui fenomen fizic. Suntem nconjurai de semnale; ntradevr, conectarea noastr la lume se face prin

intermediul unei varieti de semnale, al cror sens este dat de corespondena lor cu fenomenele fizice, de exemplu: vocea uman, sunetele naturii, lumina, cldura sau frigul etc.

Clasificarea semnalelor este bazat pe: reprezentarea lor n timp; limitele de variaie a amplitudinii acestora.

2.3.1 Clasificarea semnalelor O clasificarea temporal a semnalelor este urmtoarea:

Referitor la clasificarea temporal, se menioneaz c un semnal determinist poate fi

previzionat n evoluia sa n timp i poate fi descris matematic printr-o relaie sau un set de relaii, pe cnd un semnal aleator (ntmpltor) nu poate fi nici prezis, nici descris ntr-o form clar, dar poate fi uneori, estimat; n general, semnalele aleatoare se prelucreaz prin metode statistice. Pentru c nu li se poate prezice evoluia temporal, se spune c semnalele aleatoare sunt purttoare de informaie. De exemplu, un simplu salut ntre dou cunotiine nu conine nicio informaie, pe cnd enunarea unei nouti este purttoare de informaie, prin aceasta fiind un semnal aleator. n domeniul electric, faptul c la prizele dintr-o ncpere exist o tensiune alternativ, care are o valoare standardizat nu ofer informaie, dar la pornirea televizorului, care este alimentat din priza electric, vom avea parte de informaie, prin faptul c nu putem prezice diferitele evoluii din lumea nconjurtoare date la buletinele de tiri.

Semnalele se reprezint n funcie de evoluia lor n timp, dar atunci cnd se analizeaz prin diferite metode matematice, se prefer reprezentarea lor n funcie de frecven. O desfurare a semnalelor dup frecvene este artat n tabelul 2.1.

Semnale

Aleatoare

Deterministe

Invariabile

Variabile n timp

Neperiodice

Periodice

Sinusoidale Nesinosoidale

21

Semnale n funcie de frecvene Tab. 2.1 Domeniul de frecvene Aplicaii generale

< 20 Hz Infrasunete 20 Hz20 kHz Domeniul audio 20 kHz80 kHz Ultrasunete 120 kHz< 1 GHz Unde radio, TV, telefonie Infrarou, Spectrul vizibil, Ultraviolet, Radiaii , , etc.

2.3.2 Perturbaii asupra semnalelor n general peste evoluia n timp a semnalului se suprapun zgomote, care pot perturba

informaia purtat. Se definete raportul semnal / zgomot SNR (Signal to Noise Ratio) ca:

SNR = Informaia purtat de semnal / Informaia purtat de zgomot Pentru c domeniul de variaie a semnalelor poate fi extrem de larg, se definete raportul

semnal / zgomot ca raportul amplitudinilor semnalului i a zgomotului (2.1):

SNR = zgomot

semnal

A

A10log20 [dB] (2.1)

n figura 2.1 se prezint un semnal sinusoidal peste care se suprapune zgomot n dou cazuri cu SNR diferite.

SNR = 26 dB SNR = 14 dB

SNR = -6 dB SNR = -10 dB

Fig.2.1 Suprapunerea zgomotului peste un semnal sinusoidal pentru diferite SNR.

22

2.3.3 Reprezentarea semnalelor Atunci cnd se reprezint un semnal, n general se utilizeaz timpul ca variabil

independent, metod potrivit n studiul sistemelor automate, totui exist multe cazuri n care semnalele sunt reprezentate depinznd de alte variabile.

De exemplu, n aplicaii proprii autovehiculului, semnalul poate fi presiunea dintr-o conduct de alimentare cu combustibil n funcie de lungimea conductei, evoluia periodic a presiunii din camera de ardere n funcie de poziia arborelui cotit, fora de apsare pe pedala de frn n funcie de viteza autovehiculului etc.

Exist patru tipuri de baz ale semnalelor, ale cror evoluii n timp sunt reprezentate

n tabelul 2.2.

Tipuri de semnale Tab. 2.2

Semnal continuu variabil n timp:

Semnale analogice; Semnale generate de ctre

traductoare.

Semnal continuu variabil n timp, definit n momente discrete de timp.

Semnal care ia valori discrete n timp: Semnalul este eantionat la valori

discrete de timp, unde capt valori discrete.

Semnal cu valori discrete, n timp discret: Semnal digital.

23

O important clas a semnalelor este cea a celor periodic variabile n timp x(t), care din punct de vedere matematic respect relaia:

x(t) = x( t + nT), pentru n = 1, 2, 3, ... unde T este numit perioda semnalului x(t). n studiul sistemelor automate se vor ntlni diferite forme de semnale periodice, cele

mai des ntlnite sunt reprezentate n figura 2.2.

Fig. 2.2 Semnale tehnice uzuale; a sinusoidale, b rectangulare, c tren de impulsuri, d triunghiular, e n dinte de ferstru, f semnal aleatoriu peste care se suprapune

zgomotul.

2.4 Definirea unui semnal sinusoidal

Cel mai des ntlnit i utilizat semnal n diverse aplicaii este cel sinusoidal, care este descris prin relaia:

)sin()( += tAtx (2.2)

24

Se face observaia c, semnalul sinusoidal este important n studiul altor forme de semnale i, dup cum se va vedea mai departe, el poate fi utilizat ca esenial component a semnalelor periodice sau neperiodice.

Parametrii principali descrii de ecuaia 2.2 i reprezentai n figura 2.3 sunt urmtorii: A amplitudinea, care este exprimat n uniti de msur SI (V, A, N, Cd etc); frecvena unghiular [rad/s]; faza [rad];

Fig. 2.3 Parametrii principali ai undei sinusoidale.

De obicei, n studiul sistemelor, semnalele de orice natur sunt reprezentate n funcie

de frecvena lor f [Hz], care deriv din frecvena unghiular , adic:

f 2= [rad/s] (2.3)

Perioda semnalului T este inversul frecvenei, adic:

21

==f

T [s] (2.4)

Faza a semnalului reprezint deplasarea semnalului dintr-o poziie, considerat ca

origine la momentul t = 0, dup cum se poate observa n figura 2.4. Dac se reprezint

simultan o und sinusoidal i una cosinusoidal, atunci defazajul dintre ele va fi de 2 , sau

1800 electrice.

Fig. 2.4 Defazajul dintre dou unde sinusoidale.

25

2.4 1 Definiii energetice Valoarea efectiv, care stabilete energia trasmis de ctre semnalul sinusoidal este

definit dup formula:

dttVT

VT

ef )(1

0

2

= (2.5)

Dac se consider semnalul prezentat n figura 2.3, V(t) = Acos(t), atunci valoarea

efectiv a semnalului V(t) se calculeaz dup formula 2.5, i anume:

=T

ef dttATV

0

22 )(cos1

=

2

0

22 )(cos2

dttA

=

+

2

0

2 )2cos(2

1

2dttA

=

+

2

0

22 )2cos(

22

1dtt

AA

= 2

AA707.0 (2.6)

n figura 2.5 se ilustreaz forma sinusoidal a tensiunii de alimentare din reeaua

casnic, a crei valoare efectiv se cunoate a fi de 220 V.

Fig. 2.5 Valoarea efectiv a tensiunii de reea.

26

Valoarea medie a unui semnalui sinusoidal V(t) este definit prin relaia 2.7:

==T

med dttAdttVTV

0

2

0

)cos(2

)(1

(2.7),

unde se face urmtoarea observaie: integrala din relaia 2.7 este nul, n cazul n care semnalul sinusoidal (cosinusoidal) este axat pe valoarea 0, ca n figura 2.5; deseori semnalul este axat pe o alt valoare Vconstant, caz n care valoarea medie este chiar Vconstant.

2.5 Semnale tehnice n tiina inginereasc se ntlnesc deseori evoluii ale semnalelor cu cert semnificaie

fizic, astfel se vor prezenta dou din cel mai des utilizate semnale, numite semnale tehnice. Impuls unitar (t), numit n literatura tehnic impuls Dirac, descris prin relaiile:

>

27

Semnalul treapt unitar h(t), uneori denumit 1(t), sau treapta Heaviside, este descris prin relaiile 2.11 i este prezentat grafic n figura 2.7; acest tip de semnal reprezint o intervenie brutal n funcionarea unui sistem de exemplu, atunci cnd un autovehicul lovete cu o roat o bordur, i este curent utilizat n studiul sistemelor automate:

>

=

1500 rpm Accelerri Poziia clapetei Crete proporional Supraturaie Turaia Zero, la n>nmax

Tensiunea bateriei Tensiunea Crete cu scderea tensiunii Temperatura motorului Temperatura Crete la rece Temperatura aerului de

admisie Temperatura Corecii n plus sau n minus

Modul de funcionare al sistemului de management al formrii amestecului sub influena

factorilor enumerai poate fi sintetizat ntr-o schem general de alimentare cu combustibil, prezentat n figura 4.6.

Din punctul de vedere al formrii amestecului combustibil/aer exist dou mari categorii de sisteme: sisteme turaie-debit masic de aer, atunci cnd se msoar presiunea absolut a aerului

din colectorul de admisie; sisteme turaie-debit volumetric de aer, atunci cnd se msoar debitul aerului de

admisie.

68

Fig. 4.6 Schema bloc de alimentare cu combustibil

4.3.5.3 Controlul stoichiometric al formrii amestecului

Controlul precis al amestecului se realizeaz n jurul valorii 1 a coeficientului de exces de

aer . ECU proceseaz semnalul transmis de senzorul , care nchide bucla de reacie negativ n sistemul automat de control, cum se ilustreaz n figura 4.7 a.

Fig. 4.7 a) Controlul stoichiometric al formrii amestecului 1 - debitmetru de aer; 2 - motor; 3 - sond ; 4 - catalizator; 5 - injectoare; 6 - ECU; a - mrime de referin;

b - integrator; c - comparator; d - control adaptiv; e - reglaje speciale; f - intrare combustibil; U - tensiunea generat de sonda ; UB - tensiunea bateriei; n - turaia

motorului; TM - temperatura motorului; ti - durata impulsului de comand; tL - cantitatea de aer; Vi - cantitatea de combustibil injectat; b) Modul de variaie a tensiunii U

Corecia n bucl nchis a raportului aer / combustibil este necesar n cazul utilizrii unui catalizator plasat pe colectorul de evacuare, pentru ca acesta s lucreze cu eficien maxim, cu scopul reducerii semnificative a emisiilor de noxe.

Pentru aceasta, raportul aer / combustibil este pstrat la valoarea constant de 14.7:1, ceea ce corespunde unei valori =1.

69

Se deosebesc trei cazuri tipice de funcionare: amestec prea bogat, caz n care se aplic un coeficient de corecie n domeniul =0.81,

reducndu-se durata de injecie; amestec prea srac, caz n care se aplic o corecie n domeniul =11,2, mrindu-se

durata de injecie; nu se aplic aceste corecii n cazurile urmtoare:

la pornirea motorului; la mbogirea poststart; la mbogirea n faza de nclzire; la decelerri i n plin sarcin, atunci cnd clapeta de acceleraie este nchis sau

deschis complet. n timpul funcionrii motorului, calitatea amestecului oscileaz ntre bogat i srac,

cum se ilustreaz n figura 4.6 b, sistemul considernd amestecul stoichiometric ca medie a valorilor rapoartelor aer / combustibil corespunztoare.

Exist dou tipuri de senzori ai excesului de oxigen din produsul arderii, ambele furniznd un semnal utilizabil n jurul valorii = 0,991,1. O dezvoltare a senzorului convenional nclzit cu zirconiu o reprezint senzorul universal UEGO (Universal Exhaust Gas Oxigen-senzor), capabil s detecteze punctul stoichiometric, care poate msura raportul aer / combustibil ntr-o gam larg de valori, de la cele foarte bogate (10:1), la cele foarte srace (35:1).

4.3.6 Sisteme de management integral al motorului cu aprindere prin scnteie Cele mai evoluate sisteme de management al motorului combin avantajele oferite de

controlul formrii amestecului i controlul pe cale electronic a aprinderii, cele dou subsisteme avnd fiecare separat, o mare flexibilitate n funcionare.

Se prezint n figura 4.8 sistemul MOTRONIC dezvoltat de firma Bosch, care poate fi implementat pe versiunile de formare a amestecului, anume: KE, injecie continu; MONO, injecie intermitent; LH, injecie secvenial.

Sistemul prezentat n figura 4.8 monitorizeaz datele reale de funcionare a motorului, culese de senzori, pe care le compar cu cele nscrise ntr-o mulime de cartograme n memoria de lucru, fiind capabil de a lua decizii de optimizare a performanelor, mai ales n blocurile care cuprind controlul emisiilor poluante i n cele de funcionare pe curbele de economicitate maxim.

70

Fig. 4.8 Sistemul de management MOTRONIC 1 - canistra carbon; 2 - electrovalva de aduciune aer; 3 - purjare canistra; 4 - regulator de

presiune combustibil; 5 - injector; 6 - controler de presiune; 7 - corpul bobin-bujie; 8 - senzorul camei; 9 - pompa de injecie aer secundar; 10 - electrovalva aerului secundar; 11 - debitmetru masic de aer de admisie; 12 - ECU; 13 - poziia clapetei de acceleraie;

14 - by-pass-ul aerului adiional; 15 - senzorul temperaturii aerului; 16 - electrovalva EGR; 17 - filtru de combustibil; 18 - senzor de detonaie; 19 - senzorul turaiei motorului; 20 - temperatura motorului; 21 - senzor ; 22 - bateria; 23 - interfaa de diagnoz;

24 - lampa martor autodiagnosticare; 25 - senzor diferenial al presiunii atmosferice; 26 - pompa electric de alimentare

De asemenea, implementarea unei strategii adaptive de control, care cuprinde numeroase circuite n bucl nchis, face posibil managementul unor funcii adiionale, ce au devenit n ultimii ani standarde, dup cum urmeaz: controlul proceselor de ardere din motor, prin:

controlul n bucl nchis al factorului , utiliznd doi senzori de oxigen; controlul individual al injeciei de combustibil; controlul sarcinii motorului, prin msurarea debitului de aer; reglarea adaptiv a avansului la aprindere, urmrind arderea detonant pe fiecare

cilindru; regimul de aprindere multiscnteie, cu urmrirea curenilor primar i secundar; distribuia variabil; raport de compresie variabil.

controlul mersului n gol, urmrindu-se o turaie ct mai joas i stabil; controlul recirculrii gazelor arse i al degazrii rezervorului de combustibil; controlul regimului de funcionare al catalizatorului; controlul momentului motor i a poziiei clapetei de acceleraie, la funcionarea cu o

transmisie automat. sistem de autodiagnosticare, cu memorarea i semnalizarea defeciunilor.

71

4.3.7 Controale adiionale

Controlul recirculrii gazelor arse; Sistemul de recirculare al gazelor arse, denumit EGR (Exhaust Gas Recirculation), conduce n principal, la reducerea emisiilor de NOx cu pn la 60%, cu limitarea acestui avantaj la o cretere a emisiilor de hidrocarburi i a consumului de combustibil. n figura 4.9 se prezint un sistem EGR, care echipeaz motoare cu aprindere prin scnteie. Funcionarea sistemului este comandat de ctre ECU pe baza informaiilor primite de la senzorii de turaie i de temperatur ai motorului n i T, de la senzorii de debit masic sau presiune ai aerului de admisie P. Sistemul este oprit n perioadele de mers n gol a motorului, fiind activat n special la regimuri de puteri pariale, date de senzorul de deplasare a pedalei de acceleraie.

Fig. 4.9 Sistemul EGR 1 - conduct EGR; 2 - convertor electropneumatic; 3 - electrovalv EGR; 4 - debitmetru

masic de aer.

Implementarea fizic a unui sistem integrat de management electronic al unui motor cu aprindere prin scnteie se poate analiza n figura 4.10, unde se poate observa rolul i locul diferiilor senzori, care ofer date care trebuie analizate n timp real, pe baza crora sistemul automat decide regimul optim de funcionare al motorului.

n figura 4.10, care este de fapt o schem electric ce reprezint modul de cuplare a mai multor senzori, care msoar urmtoarele mrimi:

Presiunea atmosferic, cea care ofer informaii asupra altitudinii; Presiunea n colectorul de admisie (MAP); Temperatura aerului de admisie; Temperatura motorului; Coninutul de oxigen rmas nears din gazele de evacuare; Apariia detonaiilor; Turaia motorului i poziia instantanee a arborelui cotit, care ofer informaia

important privind plasarea punctului mort superior; Poziia arborelui cu came, n cazul unei distribuii variabile; Poziia clapetei de acceleraie; Poziia robinetului de reglare a aerului adiional.

72

Fig. 4.10 Sistemul integrat de control al motorului

73

4.4 Sistemul de management al motoarelor cu aprindere prin comprimare alimentate cu pompe de injecie

Managementul unor astfel de motoare se refer la echiprile cu pompe de injecie n linie,

respectiv cu pompe de injecie rotative, nc larg folosite n echiparea autovehiculelor i utilizeaz resursele electronice i mecatronice, o schem bloc a controlului pompei de injecie fiind ilustrat n figura 4.11.

Fig. 4.11 Controlul electronic al pompei de injecie 1 - senzor temperatur combustibil; 2 - electrovalv de stop; 3 - electrovalv pentru

recircularea gazelor arse EGR; 4 - injector dotat cu senzor de curs a acului; 5 - senzor temperatur lichid de rcire; 6 - senzor turaie motor; 7 - senzor presiune atmosferic;

8 - senzor temperatur aer admisie; 9 - debitmetru de aer; 10 - senzor de vitez

Funcionarea acestui sistem, echipat cu pomp rotativ de injecie cu cam spaial, denumit VE (Ventil Electronik), se bazeaz pe realizarea unui control cu reacie negativ a manonului de reglare a debitului de combustibil injectat. Elementul de execuie este un motor pas cu pas, iar bucla de reacie se nchide prin senzorul poziiei manonului.

Injectorul 4 al cilindrului de referin al motorului este echipat cu un traductor inductiv de deplasare al acului injectorului, care genereaz un semnal electric, ce va fi prelucrat de microprocesor i va fi considerat ca semnal de start al injeciei, cu ajutorul cruia sistemul verific avansul la injecie calculat.

Elementul de execuie al reglrii avansului l constituie o electrovalv activat cu un tren de impulsuri de ctre microprocesor, care va modula o presiune de comand a statorului camei spaiale. Elementul de comand a debitului pompei de injecie este pedala electronic de acceleraie, a crei funcionare se bazeaz pe existena unui ansamblu traductor poteniometric al poziiei pedalei-servomotor de acionare.

Sistemul se adapteaz la diferitele regimuri de funcionare, apelnd la o memorie de tip ROM, n care se afl nscris o baz de date ce conine evoluia diferiilor parametri: sarcina motorului, turaia, temperaturi, etc.

74

Sistemele cu pompe de injecie n linie sunt similare celor expuse, diferena fiind dat de existena cremalierei de comand, a crei acionare se face cu un element de execuie liniar.


alimentate cu pomp - injector Aceste sisteme sunt echipate cu injectoare acionate direct de ctre o cam, dup cum se

arat n figura 4.13 i prezint o serie de avantaje fa de sistemele clasice, cum ar fi: simplificarea soluiilor constructive, prin reducerea numrului de repere; eliminarea pompelor tradiionale de injecie, care necesit construcii laborioase i reglaje

dificile; eliminarea conductelor de nalt presiune, deci i a fenomenelor hidrodinamice

nefavorabile care au loc n ele; reducerea nivelului de zgomot, indus de pompa de injecie clasic; reducerea nivelului emisiilor poluante, prin posibilitatea activrii secveniale, pe cale

electronic, a injectoarelor; controlul electronic precis al avansului i a duratei de injecie, prin utilizarea tehnicii

digitale de calcul; creterea presiunii de injecie la 150180 MPa, cu influene favorabile asupra

pulverizrii, deci i asupra arderii; controlul electronic al puterii dezvoltate de motor, n funcie de influena factorilor

ambientali i climatici, prin coreciile exercitate de microprocesor asupra avansului i duratei de injecie;

posibilitatea reglrii vitezei de croazier a autovehiculului de ctre sistemul electronic de management global al traciunii;

posibilitatea de a suspenda grupe de cilindri, la funcionarea motorului la sarcini pariale; suspendarea complet a injeciei de combustibil n regim de frn de motor.

Fig. 4.13 Pompa injector 1 - arc de rapel; 2 corp principali; 3 - plunger; 4 - chiulas motor; 5, 6 - elemente de montaj a pulverizatorului; 7...14 elemente ale sistemului electric de comand; 15, 16 -

alimentare i retur combustibil; 17...20 elemente ale pulverizatorului

75

4.6 Sistemul de management al motoarelor cu aprindere prin comprimare alimentate cu pomp individual de injecie

Acest mod de injecie presupune o construcie modular, n care fiecare cilindru este

echipat cu o pereche pomp-injector, cu acionare prin intermediul arborelui cu came, alctuit din urmtoarele componente principale, cum se ilustreaz n figura 4.14: pompa de nalt presiune 6, acionat de cama 7; solenoidul de nalt vitez 4, de tip 2/2; linia de nalt presiune; ansamblul injector.

Unitatea electronic de control acordeaz acionarea pe cale mecanic de la arborele cu came a pompei de nalt presiune (circa 180 MPa), cu realizarea timpilor de nceput de injecie i a reglarea precis a duratelor de injecie.

Fig. 4.14Pompa individual de injecie 1 - prinderea injectorului pe motor; 2 - chiulas motor; 3 - pulverizatorul injectorului;

4 - electrovalv de comand; 5 - intrare combustibil; 6 - pomp de nalt presiune; 7 - cam


alimentate prin ramp comun

Este un sistem dezvoltat de firma Fiat, mpreun cu filiala sa Magnetti Marelli, care transpune pe motoarele cu aprindere prin comprimare principiile injeciei electronice de benzin. n locul unei refulri mecanice a combustibilului ctre fiecare cilindru, ca n cazul unui MAC clasic, se utilizeaz o pomp care ridic presiunea combustibilului la o valoare ridicat, de pn la 1.800 bar ntr-o conduct unic, denumit Common Rail, ce deine i rolul de acumulator de presiune. Injectoarele electromagnetice sunt activate n momentul n care primesc semnalele de la ECU, pentru a permite accesul combustibilului n cilindru.

Injecia direct de tip Common Rail se desfoar n dou etape, cum se ilustreaz n figura 4.15: Preinjecia, care dureaz n jur de 190 microsecunde, timp n care se introduce n camera

de ardere circa 1 mm3 de combustibil, etap care are rolul de a amorsa combustia;

76

Injecia principal, care dureaz circa 1.000-1.200 microsecunde la regimul nominal de putere.

Fig. 4.15 Etapele injeciei directe de tip Common Rail

Datorit presiunii ridicate de injecie, ce asigur o pulverizare extrem de fin, o dozare precis i o turbulen ridicat n camera de ardere, dar i a organizrii injeciei, se obine o bun combustie, cu un gradient moderat de cretere a presiunii de ardere, reducndu-se semnificativ zgomotul specific, precum i consumul de combustibil, cu pn la 20%, dar mai ales emisiile poluante, cu aproximativ 25% mai puin dect n cazul unui MAC clasic. De asemenea s-a constat o cretere cu 5% a puterii i cu 30% a cuplului maxim dezvoltat de un motor cu injecie direct de tip Common Rail fa de un motor similar, care utilizeaz procedee de injecie clasice.

Unul dintre cele mai evoluate sisteme de management al injeciei directe, dezvoltat de firma BMW este prezentat n figura 4.16.

77

Fig. 4.16 Managementul sistemului de injecie Common Rail 1 - pomp de nalt presiune; 2 - regulator de presiune; 3 - rampa comun; 4 - senzor al presiunii din ramp; 5 - injector electromagnetic; 6 - regulator diferenial de presiune;

7 - electroventil acionat prin element bimetalic; 8 - senzor de presiune al circuitului primar de alimentare; 9 - filtru de combustibil; 10 - pomp primar de alimentare; 11 - radiator de

rcire al combustibilului; 12 - circuit de strangulare; 13 - rezervor de combustibil cu controlul electronic al emisiilor vaporizante; 14 - pedal electronic de acceleraie; 15 - senzor incremental al turaiei motorului; 16 senzor al temperaturii motorului;

17 - senzor de poziie al axei cu came; 18 senzor al presiunii din colectorul de admisie; 19 debitmetru al aerului de admisie; 20 - senzor manometric al suprapresiunii de alimentare cu aer; 21 electrovalv EGR; 22 - canistra carbon i electrovalva EGR;

23 - distribuitor EGR

Exemple Un factor important n controlul formrii amestecului la motoarele cu

aprindere prin scnteie este raportul aer / combustibil, denumit , care trebuie s

fie unitar.

Trebuie distinse principalele faze de funcionare ale unui motor termic: de

pornire la rece, de nclzire, de regim nominal, supraturaie, limite.

Pentru diminuarea emisiilor se utilizeaz sistemul de recirculare a gazelor.

78

Dup parcurgerea unitii de nvare U4, studentul trebuie s:

explice funcionarea unui sistem evoluat de management al unui

motor cu ardere intern;

n legtur cu acesta, trebuie s defineasc componentele acestui

sistem;

explice rolul senzorilor, mai ales a celor legai de diminuarea

emisiilor poluante (senzorul );

explice rolul i importana actuatorilor (injectoare, EGR, clapeta

de admisie, aer adiional, E-gas).

S ne reamintim...

Cele mai evoluate sisteme de management al motorului combin avantajele

oferite de controlul formrii amestecului i controlul pe cale electronic a aprinderii,

cele dou subsisteme avnd fiecare separat, o mare flexibilitate n funcionare.

Sistemele automate dedicate acetor scopuri proceseaz n timp real semnalele

furnizate de senzori, care msoar diferii parametri, cum ar fi temperaturi, presiuni,

debite, turaii, concentraii de oxigen etc.

Pe baza acestor mrimi msurate, sistemele iau automat decizii de intervenii,

care se efectueaz prin intermediul actuatorilor.

Rezumat Un motor termic modern va trebui s aib o economicitate maxim, n

condiiile n care emisiile de noxe vor trebui s se apropie de zero (ZEV), cerine

care nu sunt posibile fr aportul sistemelor automate de management ale motoarelor

termice. Acestea prelucreaz n timp real datele culese de senzori, privind mediul

ambient n care funcioneaz motorul, condiiile de ncrcare privind momentul

dezvoltat la turaia instantanee, cantitaile de emisii nocive.

79

Test de evaluare a cunotinelor

Considerai c un motor cu aprindere prin scnteie este alimentat

cu benzina cu CO 78. Cum reacioneaz sistemul de management al

combustiei?

Care este rolul sondei ?

Explicai necesitatea utilizrii debitmetrului de aer.

Care este nivelul presiunii de combustibil la un motor cu aprindere

prin comprimare de nalt presiune?

80

Unitatea de nvare 5. Transmisia autovehiculului, sisteme de frnare / traciune, sisteme de siguran activ

Cuprins

5.1 Introducere..................................................................................................... 80

5.2 Competene..................................................................................................... 80

5.3 Sistemul de management al transmisiei. 81

5.3.1 Controlul electronic al ambreiajului 81

5.3.1.1 Controlul ambreiajului convenional................................. 82

5.3.1.2 Ambreiajul hidraulic.......................................................... 83

5.3.1.3 Ambreiajul electric............................................................ 84

5.3.2 Controlul transmisiei automatizate. 84

5.4 Sistemul de management integral al grupului motopropulsor 86

5.5 Sisteme asistate de control al frnrii (ABS).................................................. 88

5.6 Sisteme asistate de control al traciunii (ASR, TCS)...................................... 90

5.7 Sisteme de siguran activ Airbag.............................................................. 91

5.8 Rezumat.......................................................................................................... 93

5.9 Test de evaluare.............................................................................................. 93

5.1 Introducere

Unitatea de nvare U5 este destinat studiului sistemelor automate care

concur la un management optim al transmisiei autovehiculului; se evideniaz

conexiunile motor sisteme asistate de frnare / traciune sau sisteme de control al

stabilitii vehiculului pe drum. Sunt abordate chestiuni legate de sigurana activ a

pasagerilor, declanare timpi disponibili.

5.2 Competenele unitii de nvare

Unitatea de nvare U5 va permite studentului s:

explice funcionarea sistemelor de management integral al motorului i

transmisiei;

descrie prile componente ale sistemelor de frnare / traciune ale

autovehiculului;

explice funcionarea sistemelor de siguran activ a pasagerilor unui

autovehicul;

explice rolul senzorilor n cadrul sistemelor prezentate.

81

Durata medie de parcurgere a unitii de nvare U5 este de 2,5 ore.

5.3 Sistemul de management al transmisiei Obiectivele principale ale utilizrii sistemelor electronice de control al transmisiei sunt:

adaptarea optim a motorului la rezistenele de naintare ale autovehiculului; reducerea solicitrilor dinamice din transmisie; creterea puterii de traciune la roat, prin cuplarea treptei optime de vitez, n funcie de

drum i n condiiile creterii economicitii motorului i reducerii nivelului de emisii poluante;

asigurarea unei traciuni i a unei frnri sigure n condiii dificile de condus; creterea confortului conductorului, prin reducerea efortului depus la conducere.

O cale necesar a fi ndeplinit pentru realizarea acestor obiective este aceea de nlocuire a legturii mecanice dintre pedala de acceleraie i elementul de comand asupra motorului cu una electric, denumit E-Gas (Electronik Gas-Pedal) dup cum se ilustreaz n figura 5.1.

Fig. 5.1 Managementul pedalei electronice de acceleraie 1 pedal de acceleraie; 2 - bloc electronic de poziionare i reacie negativ; 3 - bloc electronic de condiionare semnal 3a i de interconectare cu sistemele conexe 3b; 4 - bloc

electronic de comand al motorului

5.3.1 Controlul electronic al ambreiajului Obiectivele principale ale utilizrii controlului electronic al ambreiajului sunt

urmtoarele: controlul precis al timpilor de cuplare / decuplare, de ordinul a 0,150,3 s; asigurarea unei cuplri line, fr ocuri dinamice n transmisie; asigurarea momentului optim de cuplare la schimbarea vitezelor.

82

O posibil clasificare a ambreiajelor cu acionare automat, dup modul lor de acionare se prezint cum urmeaz: convenionale

cu comand hidraulic; cu comand electropneumatic; cu comand electric.

electrice cu pulberi magnetice; cu lichide electroreologice.

hidraulice (hidrodinamice).

5.3.1.1 Controlul ambreiajului convenional Ambreiajul convenional, de regul de tip cu arc diafragm, se utilizeaz la cuplarea

cutiilor de viteze n trepte automatizate sau cutiilor de viteze continue. Un ambreiaj cu friciune de ultim generaie este acela cu autoreglare, denumit SAC (Self

Adjusting Clutch), prezentat n figura 5.2 a, care este controlat printr-un senzor 1, care comand jocul la decuplare necesar la acionarea arcului diafragm 3, autoreglabil n 12 pai.

Elementul de acionare poate fi constituit din: un cilindru hidraulic cu acionare electric, cum ar fi sistemul ACTS, dezvoltat de AP

Borg&Beck; un servomotor electric, cum este sistemul TEE 2000 dezvoltat de Valeo, ce poate realiza

timpi de decuplare mai mici de 0,2 secunde, care se prezint n figura 5.2 b; pentru reducerea puterii necesare activrii servomotorului, acesta este prevzut cu un resort comprimat mpotriva diafragmei ambreiajului;

electrovalv, ce deschide un circuit pneumatic sau hidraulic, cum ar fi sistemul Ecomatic, dezvoltat de VW.

Fig. 5.2 a) Ambreiajul SAC 1 - arc senzor; 2 - dispozitiv de reglare n 12 pai; 3 - arc diafragm. b) Acionarea electric a ambreiajului 1 - electromotor; 2 - arc de repoziionare;

3 - disc de friciune

83

Un sistem modern de acionare a ambreiajului a fost realizat de firma BMW i este destinat echiprii transmisiilor secveniale de tip SGM II. Acesta const dintr-un piston acionat hidraulic 1, care nglobeaz i senzorul de poziie 2, care este un senzor inductiv de deplasare liniar, dup cum se ilustreaz n figura 5.3.

Dezavantajele ce decurg din utilizarea sistemelor cu friciune uscat sunt: la cuplarea de la mic la mare este necesar un timp de patinare, rezultnd o energie

disipat mare n elementele de cuplare, ceea ce duce la o fiabilitate sczut; la cuplarea de la mare la mic apar sarcini dinamice mari pn la atingerea turaiilor de

sincronism, ceea ce duce la un confort redus.

Fig. 5.3 Elementul de execuie al ambreiajului 1 - piston hidraulic; 2 - senzor de poziie

Durata de via a unui sistem convenional de cuplare este de circa 180.000200.000 km parcuri.

5.3.1.2 Ambreiajul hidraulic Acest tip de ambreiaj, denumit i hidroambreiaj, prezentat n figura 5.4 se poate utiliza

att n combinaie cu transmisii neautomate, ct i cu cele automate sau semiautomate. Constructiv, se deosebesc trei tipuri de ambreiaje hidraulice: cu tor interior; cu prag circular; cu elementele pompei i turbinei asimetrice.

Fig. 5.4 Ambreiajul hidraulic i caracteristica sa de funcionare 1 - turbin; 2 - pomp; 3 - moment de trre; 4 - turaia de mers n gol

84

Avantajele oferite de acest tip de ambreiaj sunt: pornirea lin de pe loc a autovehiculului, datorit alunecrii dintre pomp i turbin; protejarea transmisiei de sarcini dinamice mari date de pornirea de pe loc, frnarea

brusc, oscilaiile de torsiune ale arborelui cotit; protejarea motorului la suprasarcini, mai ales n cazul autovehiculelor grele; reducerea efortului de conducere, dar i simplificarea manevrelor de conducere.

5.3.1.3 Ambreiajul electric

Acest sistem utilizeaz pulberi metalice sau lichide electroreologice, care sub influena

unui cmp magnetic trec n stare solid (ER Fluid Development). Un ambreiaj cu pulberi metalice (Jaeger, Subaru) este prezentat n figura 5.5, mpreun

cu principalele sale caracteristici de control.

Fig. 5.5 Ambreiajul electric cu pulberi metalice 1 - element condus; 2 - miez magnetic; 3 - bobin de comand; 4 - element conductor; 5 - ntrefier cu pulberi; 6 - element condus

Ambreiajul cu pulberi are o comportare dinamic similar celui hidraulic. Funcionarea sa se bazeaz pe apariia unor eforturi tangeniale n ntrefierul umplut cu pulberi 5, sub aciunea cmpului magnetic, generat de bobina de comand 3.

Bobina de comand 3 este activat direct de sistemul electronic de control al transmisiei, printr-un etaj de putere, iar prin magnetizarea pulberii se realizeaz transferul de cuplu de la motor la transmisie ntr-o manier lin, fr ocuri. Datorit faptului c pulberea se magnetizeaz, n perioadele de timp n care se schimb vitezele transmindu-se un cuplu rezidual la deconectare, pentru demagnetizarea pulberii se energizeaz bobina cu un curent invers.

5.3.2 Controlul transmisiei automatizate Prin utilizarea controlului electronic asupra transmisiilor n trepte, devine posibil

comutarea treptelor de vitez fr acionarea ambreiajului de ctre conductor. Aceast comutare se poate face pentru toate treptele n totalitate, sau pentru grupe de trepte (cazul transmisiei cu ambreiaj dublu).

85

Pentru ilustrarea funcionrii unui astfel de sistem, se prezint n figura 5.6 schema bloc a transmisiei ACTS (Automatic Clutch and Throttle System), dezvoltat de firma AP Borg & Beck.

Grila de selectare a treptelor de vitez este clasic, n H, ns sistemul utilizeaz controlul automat al ambreiajului i al turaiei motorului, asigurnd comutarea fr ocuri a treptelor de vitez. Levierul este prevzut cu un comutator-senzor al presiunii minii conductorului, determinndu-se astfel intenia de schimbare a treptei de vitez. Odat schimbat treapta, senzorul de poziie 8 transmite un cod digital, semnificnd selectarea reuit a pinionului respectiv, iar modulul electronic decide o eventual reangajare a ambreiajului, acionnd asupra cilindrului de presiune 6.

Fig. 5.6 Transmisia semiautomat ACTS 1 - rezervor de ulei; 2 - pomp hidraulic, cu electrovalv de control al presiunii; 3 - servomotorul clapetei de acceleraie, cu senzor de deplasare; 4 - senzor turaie motor; 5 - senzor turaie arbore primar al cutiei de viteze; 6 - cilindru de decuplare a ambreiajului, cu senzor de deplasare; 7 - releu de aprindere; 8 - senzor poziie treapt de vitez; 9 - arbore selector de viteze; 10 - modul electronic de

control; 11 - manet schimbtor de viteze; 12 - pedal electronic de acceleraie

Modul de funcionare a sistemului este prezentat n continuare. Pornirea motorului nu se

poate face dect cu levierul de comand n poziia NEUTRU, n care se nchide un comutator de inhibare, care transmite un semnal de validare ctre blocul electronic de calcul. Dup pornirea motorului, senzorul de poziie a tijei cilindrului de comand a ambreiajului 6, transmite un semnal de poziie de repaus, pentru compensarea uzurii elementelor de friciune ctre modulul electronic, astfel stabilindu-se turaia de mers n gol.

La poziionarea levierului n prima treapt de vitez, modulul acioneaz asupra ambreiajului, care va decupla motorul de transmisie, poziie n care va rmne pn la apsarea pedalei de acceleraie, cnd va ncepe recuplarea lin, prin controlul patinrii ambreiajului. n perioada de cuplare, modulul electronic modific poziia clapetei de acceleraie cu ajutorul servomotorului 3, meninnd turaia prescris de conductor prin poziia pedalei de acceleraie 12.

Dac se va selecta o treapt nepotrivit, microprocesorul va ateniona sonor conductorul, iar cuplarea ambreiajului va fi inhibat pn la gsirea treptei potrivite.

86

5.4 Sistemul de management integral al grupului motopropulsor Conlucrnd cu unitatea electronic a motorului printr-o reea de transmisiune de date

serial, de tip CAN (Conected Area Network), transmisia automat selecteaz raportul de transmitere optim, innd cont de turaia motorului, de rezistenele la naintare i de viteza vehiculului, fr intervenia conductorului, singura aciune a acestuia fiind aceea de selectare a regimului dorit de funcionare a transmisiei. Pentru o cutie de viteze n trepte, aceste regimuri sunt notate P R N D, care se pot selecta n diferite moduri, dup cum se arat n figura 5.7, n care se exemplific manevrele de comand ale unui sistem Steptronic, incluznd i varianta sportiv a acestuia.

Fig. 5.7 Comenzile de selectare 1 - levier de schimbare n regim manual; 2 - P (Park) transmisia este n punctul neutru, dar

arborele de ieire este blocat de sistemul de siguran; 3 - R (Reverse) este selectat o singur treapt de mers napoi, iar motorul este n priz de putere; 4 - N (Neutral) la fel cu poziia P, doar c arborele de ieire nu este blocat; 5 - D (Drive) poziia normal pentru mers nainte; 6, 8 - comutare treapt n jos, respectiv n sus; 7 - selectare regim Economic,

respectiv Sportiv, ambele n dou trepte

O transmisie automat, a crei schem bloc funcional este ilustrat n figura 5.8 este reprezentativ pentru noile modele, managementul electronic fiind bazat pe corelarea mulimii de date de intrare, culese de diferii senzori, cu cele nscrise n memoria de lucru a calculatorului, de tip EEPROM, cu posibilitatea ajustrii n timp a datelor iniiale cu alte cuvinte, managementul transmisiei este unul de tip adaptiv.

Mrimile de intrare n sistemul automat sunt urmtoarele: sensul de rotaie, detectat de un senzor incremental magnetic, la ieirea din

hidroconvertizor; viteza de deplasare, detectat de un senzor magnetic de turaie, plasat pe arborele

secundar al cutiei de viteze i de sistemele adiionale ABS/ASR/ACC; momentul dezvoltat de motor, sesizat indirect prin poziia clapetei de acceleraie, iar

mersul n gol al motorului, de comutatorul acesteia; semnalul de inhibare, detecteaz poziia manetei selectorului de regim de lucru ntr-o alt

poziie dect P sau N; memorarea treptei de vitez, se face prin apsarea unui comutator situat n maneta selectorului;

semnalizarea frnrii, cu scopul eliberrii hidroconvertizorului blocat n timpul frnrii, pentru a se obine decelerri line;

87

controlul automat al vitezei, mpreun cu semnalul de inhibare O/D previne alunecarea transmisiei n treapta a IV-a (supraturare), dac viteza vehiculului este cu mai mult de 8 km/h sub viteza de croazier selectat;

temperatura aerului de admisie, semnal trimis de senzorul de temperatur din debitmetrul de aer al motorului, utilizat pentru a modifica presiunea de linie, n concordan cu vscozitatea uleiului din transmisie;

turaia motorului, preluat de la sistemul de aprindere, sau cu ajutorul senzorilor inductivi;

presiunea atmosferic, sistemul A5S440Z avnd implementat n memorie pragul de presiune atmosferic de 1500 m altitudine, peste care se schimb treapta de vitez n sensul creterii traciunii. Mrimile de ieire ale sistemului activeaz urmtoarele elemente de execuie:

tensiunea de activare ON/OFF a electrovalvei de schimbare I-II, respectiv III-IV; tensiunea de activare ON/OFF a electrovalvei de selectare; tensiunea de activare ON/OFF a electrovalvei de blocare a hidroconvertizorului; tensiunea de activare a electrovalvei pentru controlul alunecrii ambreiajului. Aceast

electrovalv lucreaz n mod ciclic, fiind alimentat cu o tensiune pulsatorie cu o frecven de pn la 30 Hz, continuu modificabil pentru meninerea unei valori prestabilite a alunecrii;

tensiunea de activare a electrovalvei regulatoare a presiunii de linie, alimentat la 30 Hz, frecven modificabil proporional cu unghiul de deschidere al clapetei de acceleraie.

Fig. 5.8 Sistemul automat A5S440Z 1 - durat injecie; 2 - turaie motor; 3 - deplasare unghiular a clapetei de acceleraie; 4 - temperatur motor; 5 - intervenie la motor, cu reducerea avansului la aprindere timp de cca 200 ms; 6 - treapta de vitez; 7 - schimbare treapt n sus; 8 - comutator de poziie KD; 9 - comutarea programului de schimbare; 10 - turaie ieire motor; 11 - temperatura aerului de

admisie; 12 - turaie turbin ambreiaj; 13 - semnal comutare electroventile; 14 - electroventile de acionare; 15 - turaie ieire arbore secundar;

16 - temperatura uleiului din cutie

88

Posibilitile oferite de astfel de sisteme conduc la creterea performanelor privind: confortul sporit n conducere; accesul ergonomic al manevrelor; nalt siguran n funcionare la schimbarea treptelor; economicitate ridicat asigurat de dou programe specifice de funcionare Economic i

Extraeconomic; nivel sczut al zgomotului; alegerea unui program adaptiv de funcionare n regim de iarn, utiliznd facilitile

controlului automat al traciunii; controlul automat al vitezei de croazier, ACC (Automatic Cruise Control); sistem anticoliziune controlat prin radar; program adaptiv, cu recunoaterea stilului de conducere oferit de programul Sportiv i

Extrasportiv.

5.5 Sisteme asistate de control al frnrii (ABS)

Sistemele de frnare asistate denumite ABS (Anti Blockier System) au fost inventate

din anii 1934 de ctre cunoscuta firm Bosch. Ele au rolul de a ajuta conductorul auto n

efectuarea manevrelor de frnare n condiii de drum dificile, cum ar fi iarna, cnd deseori

carosabilul este umed sau ngheat pe partea de lng carosament, iar centrul drumului este

uscat. n aceste condiii, la o frnare puternic, roile cu aderen sczut, adic cele care sunt

n contact cu suprafaa alunecoas, tind s se blocheze, ceeace duce la pierderea controlului

direciei de deplasare a autovehiculului.

Sistemul ABS previne acest fenomen nedorit prin relaxarea presiunii de acionare a

dispozitivelor de frnare, astfel nct s se permit mai ales rularea roilor conductoare,

pstrnd controlul direciei, aciune care se desfoar cu frecvena de 16 Hz.

Pentru realizarea acestui deziderat, computerul care controleaz sistemul i procesul de

frnare monitorizeaz turaia fiecrei roi i sesizeaz blocarea uneia, cu ajutorul unor senzori

inductivi de rotaie, iar procesul este activ la viteze ale autovehiculului de peste 15 km / h.

Fig. 5.9 Amplasarea senzorului de rotaie al roii

89

Practic, se utilizeaz urmtoarele tipuri de traductoare de turaie: inductive, cu reluctan magnetic variabil; cu efect Hall. Optice.

Ansamblul disc danturat-senzor, ilustrat n figura 5.10, furnizeaz 60 de impulsuri la o rotaie a roii (sau a arborelui motor), inclusiv un impuls de marcare a punctului mort superior al motorului generat de lipsa a unui dinte, care folosete ca impuls de strobare a proceselor de calcul.

Fig. 5.10 n stnga traductorul inductiv de turaie; 1 magnet permanent, 2 conector electric, 3 suport metalic, 4 pies polar, 5 bobinaj electric, 6 disc danturat; n dreapta ansamblul traductor de turaie; 1 senzor, 2 disc danturat, 3 marcajul de

strobare prin lipsa unui dinte.

Efectul Hall este de natur galvanometric i const n modificarea liniilor de cmp ale densitii curentului de comand Iv, care duce la modificri ale intensitii cmpului electric dintr-o plac semiconductoare plasat transversal ntr-un cmp magnetic B, produs de un magnet permanent, ilustrarea fenomenului fizic fiind prezentat n figura 5.11.

Tensiunea Hall UH, este dat de relaia:

UH=RHBiv/d (5.1)

unde RH este constanta Hall, care este o caracteristic de material.

Fig. 5.11 Senzorul de tip Hall; B cmp magnetic, IH curent Hall, IV curentul de

alimentare, UH tensiunea Hall, d grosimea semiconductorului.

90

Diferenierea ntre modurile de funcionare ale celor dou tipuri de senzori se poate analiza n figura 5.12, unde n a se prezint vizualizarea semnalului generat de un senzor inductiv, cu marcarea PMS, cu precizarea c la turaii joase amplitudinea semnalului, aproximativ sinusoidal, poate scdea pn l

curs bazele sistemelor automate

Documents