Автомобильный справочник

Электронная архитектура в автомобилестроении

В связи с ростом требований к безопасности, комфорту, уровню развлечений и охране окружающей среды электронные системы в автомобилях получают все больше функ­ций и характеризуются высоким уровнем сложности. Для сохранения этого уровня в будущем требуются самые современные тех­нологии, методы и инструменты системной архитектуры. Вот о том, как выглядит современная электронная архитектура в автомобилестроении, мы и поговорим в этой статье.

История развития электронной архитектуры автомобиля

На протяжении многих десятилетий в исто­рии автомобилестроения использовалось со­всем небольшое количество электрических систем: зажигание, освещение, стеклоочи­стители, звуковой сигнал, датчик уровня топлива, различные индикаторы и радиопри­емник. Полупроводники — за исключением радиоприемников — изначально использо­вались только для выпрямления (генератор постоянного тока был заменен генератором переменного тока лишь в 1963 году) и затем для электронного управления (транзисторное зажигание появилось в 1965 году).

Реализовать некоторые автомобильные функции электромеханическими средствами и дискретными электронными компонентами либо не удалось вовсе, либо удалось лишь при несопоставимо высокой сложности. К примеру, первая электронная антиблокиро­вочная система (ABS) была разработана еще в 1970 году, но так и не дошла до серийного производства из-за своего размера, массы и стоимости. К середине 70-х годов развитие интегральных схем для широкого спектра областей применения дошло и до автопрома и вызвало революционные изменения в авто­мобильной электронике.

Один из первых примеров объединения элек­тронных систем в сеть появился при разра­ботке системы управления тяговым усилием (TCS). Это объединение в сеть было изна­чально реализовано чисто механическими средствами. Дроссельная заслонка в воз­духозаборной системе ДВС была оснащена устройством, которое можно было активиро­вать непосредственно через систему управ­ления тяговым усилием. Системе управления двигателем было невозможно распознать, чем вызвано перемещение дроссельной заслонки — нажатием педали газа или вме­шательством системы управления тяговым усилием.

Следующим этапом стала реализация электронного подключения к блоку управ­ления двигателем через интерфейс ШИМ (широтно-импульсной модуляции) для улуч­шения динамической реакции. Его можно было использовать для передачи сигнала на блок управления двигателем для уменьше­ния крутящего момента двигателя. Тогда оно было реализовано в виде дросселирования подачи воздуха, уменьшения впрыска или опережения момента зажигания.

Из-за постоянного ужесточения требова­ний к составу отработавших газов те воз­можности, что имелись на момент соедине­ния системы управления тяговым усилием и системы управления двигателем были уже недостаточны. Теперь требовалось сообщить системе управления двигателем, как умень­шение крутящего момента, запрашиваемое системой управления тяговым усилием, осу­ществляется в воздушном, топливном кана­лах или цепи зажигания. Поэтому было не­обходимо создать более мощный интерфейс, через который система управления тяговым усилием могла бы передать системе управ­ления двигателем запрос на необходимый крутящий момент и динамическую реакцию. I/I наоборот, фактический момент, обороты двигателя и резерв настройки тока должны были передаваться на блок управления TCS. Это оказалось сложно и дорого в плане коли­чества проводов, необходимых для передачи этих разных данных через дискретные и, к примеру, ШИМ-интерфейсы. Система шин CAN (сеть контроллеров) была представлена в 1991 году в качестве альтернативы дискрет­ным проводам. Так был заложен фундамент для современного объединения автомобиль­ных систем в сеть.

Электронная архитектура сегодня

В современных автомобилях практически все ЭБУ прямо или косвенно (например, через шлюзы) соединены друг с другом (рис. » Соединение ЭБУ между собой в современном автомобиле среднего класса» ). Объ­единение в сеть дошло до того, что 60 и более ЭБУ общаются между собой по нескольким шинам CAN и другим шинам — FlexRay, MOST (транспорт для медиа ориентированных систем) и LIN (локальная сеть взаимодействия). Так, например, блок управления системы динами­ческой стабилизации (ESP) передает в сеть информацию о скорости автомобиля. Автомо­бильный радиоприемник может использовать эту информацию, к примеру, для адаптации громкости к скорости автомобиля.

Благодаря объединению ЭБУ в мощную сеть можно реализовать множество новых функций без какого-либо дополнительного оборудова­ния, т.е. исключительно путем обмена данными и с помощью программного обеспечения. Одним из примеров служит открывание дверных окон путем более длительного нажатия кнопки на брелоке дистанционного управления. Таким об­разом, например, можно равномерно вентили­ровать салон летом, когда открываются двери. Для этого блоки стеклоподъемников и система центрального запирания обмениваются необхо­димой информацией. Программное обеспечение запускается либо на ЭБУ системы центрального запирания, либо на ЭБУ стеклоподъемников. Во многих автомобилях эти две системы имеют общий ЭБУ, в этом случае новые программные функции можно реализовать даже еще проще.

Это демонстрирует тенденцию, изначально встречавшуюся в кузовной электронике: ин­теграция отдельных ЭБУ с образованием центрального ЭБУ (рис. «Сравнение децентралихованного и централизованного управления» ). Эти центральные ЭБУ соединяются с датчиками и исполнитель­ными механизмами либо через дискретные, аналоговые провода, либо через шины. По­следние значительно уменьшают количество штырьков в разъеме ЭБУ и, соответственно, стоимость проводки. Датчики и исполнитель­ные механизмы, подключаемые через шины, также называют «интеллектуальными». Для подключения к шине они должны иметь электронную схему, которая во многих слу­чаях также включает в себя функции конди­ционирования сигнала датчика или функции драйвера исполнительного органа. Но в то же время использование электронной схемы означает рост затрат на датчики и исполни­тельные механизмы. Таким образом, мини­мизация суммарных затрат, в том числе на электронику и провода, является важной задачей при определении концепций органи­зации сети.

К примеру, логическая цепь для функции защиты пальцев у блоков стеклоподъемников во многих исполнениях расположена прямо в ЭБУ на электроприводе стеклоподъемника. Сигнал активации нормальной работы, на­пример, при упомянутом выше открывании стекол с брелока, передается по шине LIN с центрального ЭБУ кузовной электроники (ВСМ). В этом отношении речь идет о сервер­ной архитектуре.

Тенденции развития электронной архитектуры

Упомянутая выше централизация и исполь­зование интеллектуальных датчиков и испол­нительных механизмов в области кузовной электроники нашла распространение в других функциональных областях автомобиля (ин­формация для водителя, динамика движения и безопасность) и продолжит расширяться в ближайших поколениях автомобилей. В до­полнение к комбинации функций различных ЭБУ в одном центральном ЭБУ используются локальные главные компьютеры (рис. «Возможный сценарий для автомобиля представительского класса в будущем» ).

ЭБУ интеллектуальных датчиков и испол­нительных органов автомобиля зависят от этих главных компьютеров (ВСМ, IHU и т.д.). Функции, требующие высокой степени инте­грации команд управления информацией в основном воспроизводятся на этих главных компьютерах в программном обеспечении. Чтобы эти функции могли работать и на ЭБУ других платформ, требуется стандартная программная архитектура. Добиться этого можно посредством инициативы AUTOSAR (см. раздел «AUTOSAR» ниже).

Архитектура электронных систем автомобиля

С увеличением количества электроники в автомобиле растет и потребность в мощных процессах разработки и методах их описания для архитектуры электрических и электрон­ных систем.

Понятие «архитектура» обычно обо­значает искусство строительства. В строи­тельстве архитектор проектирует здание, создавая чертежи в различных проекциях, и строители-подрядчики выполняют работу в соответствии с пожеланиями заказчика и гра­ничными условиями. Проект абстрагируется от реальности в плане конкретных аспектов (например, геометрических условий или электропроводки). Здание может быть воз­ведено окончательно на основании проектов всех необходимых аспектов.

Применительно к автомобилям это назы­вается «Е/Е-архитектурой». «Е/Е» означает электрические и электронные аспекты авто­мобиля. «Проекты» Е/Е-архитектора в даль­нейшем мы будем называть общим понятием «модель».

У автопроизводителей и их поставщиков раз­ные взгляды на то, сколько и каких моделей требуется для полного описания электри­ческих и электронных систем автомобиля. Представленные ниже модели хорошо за­рекомендовали себя на практике и являются необходимой основой для описания объема Е/Е-архитектуры.

Понятие архитектуры часто используется в литературе и публикациях для обозначения самих моделей. Здесь четко различают ра­бочую операцию (разработка архитектуры) и представление результата (модель).

Модели Е/Е-архитектуры

Модели Е/Е-архитектуры отражают ре­зультаты различных аспектов интеграции электронных систем в автомобиле (рис. «Модели Е/Е-архитектуры» ). Эти аспекты обычно рассматриваются одно­временно, так, как и геометрия (структура кузова) и новые системы анализируются на этапе разработки концепции. В процессе раз­работки автомобиля может возникнуть ситуа­ция, когда электронная система в выбранной технологии не вписывается в имеющееся пространство. В этом случае нужно найти компромисс.

Функциональная сеть

Функциональные модели — предваритель­ная стадия конкретных технических систем. Они описывают элементы, необходимые для реализации необходимых характеристик, не вдаваясь в конкретную технологию. На при­мере рулевого управления с наложением это означает разбивку на такие элементы, как:

• Переменное передаточное отношение;
• Управление стабилизацией;
• Модель автомобиля;
• Исполнительный механизм;
• Автомобиль;
• Водитель.

Функциональные модели (рис. «Схема протекания сигнала со стандартными элементами на примере рулевого управления с наложением» ) обычно создаются в виде схемы прохождения сигна­лов по DIN 19226.

Сеть компонентов

Технологическая модель

Технологическая модель описывает, какая техническая реализация используется для ука­занных элементов без объединения их в мо­дули, такие как электронные блоки управления (ЭБУ). Создаются «технологические блоки».

Таким образом, фильтрацию сигналов можно реализовать с дискретными ком­понентами с помощью цифровой цепи или фильтрующего программного обеспечения в микроконтроллере. С помощью цифровой цепи или микроконтроллера можно даже реализовать функцию контроллера. Стаби­лизации напряжения можно добиться либо с помощью сглаживающего конденсатора, либо конвертера напряжения DC/DC.

На выбор технической реализации с одной стороны влияет функция, а с другой — затраты. Прежде чем сгруппировать технологические блоки в модули в виде ЭБУ, первым делом нужно попытаться найти синергизм с технологическими блоками, интегрируемыми в будущем. Создается технологическая активная цепь (рис. «Пример технологической активной цепи» ). Если, к примеру, имеется конкретная сенсорная технология для звена активной цепи, сигнал которого нужен другой активной цепи, то она тоже будет использоваться. Это происходит даже при переопределении этого датчика под дополнительного пользователя, т.е. при менее строгих требованиях, например, к дальности приема сигналов или к точности.

Вместе с тем, важно хранить исходное требование в базе данных, так как этого си­нергизма может не оказаться в другом авто­мобиле.

В автомобильной промышленности для описания оборудования обычно использу­ется номенклатура по DIN EN 60617.

Узловая модель

Звенья технологических активных цепей объединяются в группы в различных местах, называемых узлами. Здесь поддерживается строгое соблюдение оптимальных затрат на интеграцию технологических блоков. Например, делаются попытки интеграции программных частей нескольких техноло­гических активных цепей на общем микро­контроллере. Там, где это возможно, исполь­зуются сигналы датчиков и исполнительные механизма. Но история показывает, что заме­чательного синергизма можно добиться даже в области механики — например, в создании вакуума для пневматического усилителя тор­мозов через впускной трубопровод двигателя с искровым зажиганием.

Аппаратная модель ЭБУ

Эта модель описывает структуру электрон­ного оборудования ЭБУ. Она создается путем отнесения конкретных электронных компо­нентов из технологических активных цепей электронному модулю в узле. Поэтому ЭБУ, вообще говоря, является сборным пунктом электронных компонентов различных систем, «интеграционной платформой».

Программное обеспечение для управления различными системами из различных источ­ников (автопроизводителей или их постав­щиков) интегрируется в микроконтроллеры, размещенные в ЭБУ. Путем объединения ЭБУ в сеть можно реализовывать сложные рас­пределенные функции, использующие дат­чики и исполнительные механизмы из раз­личных мест установки в автомобиле.

На стадии разработки для электрических и электронных компонентов ЭБУ изначально используются традиционные электрические схемы. Затем определяется механика ЭБУ, дизайн и технология подключения. Модель на ранней стадии разработки ограничивается очень грубым представлением.

Программная модель ЭБУ

Из классической информационной технологии (для систем персональных компьютеров) име­ется несколько признанных методов разработки архитектуры программного обеспечения с соот­ветствующими моделями (например, Product Line Approach). Однако до сих пор не было разрабо­тано стандарта на разработку архитектуры про­граммного обеспечения в автомобилестроении. С появлением стандарта AUTOSAR архитектура программного обеспечения в автомобиле в на­стоящее время определяется непосредственно.

Стандарт AUTOSAR определяет структуру программного обеспечения близко к уровню аппаратной части и интерфейсы между функциями приложений (рис. «Изображение архитектуры AUTOSAR» ). Кроме того, AUTOSAR определяет стандартизированные форматы обмена, поддерживаемые популяр­ными инструментами моделирования.

Различают базовое и прикладное про­граммное обеспечение. Блоками базового программного обеспечения являются, напри­мер, драйверы устройств, программное обеспечение для связи, операционная система и аппаратная абстракция.

Сетевая модель связи

Поскольку все технологические блоки авто­мобиля на предыдущих этапах были распре­делены между ЭБУ, мы получаем сеть этих ЭБУ с их коммуникационными взаимосвя­зями. Сетевая модель связи представляет все ЭБУ в автомобиле, подключенные к шине и, соответственно, прямо или косвенно соеди­ненные друг с другом.

Каждый сигнал, передаваемый между двумя или несколькими ЭБУ, относится к подходящей шинной системе. В этом плане AUTOSAR определяет стандартизированные форматы обмена, позволяющие описать связь по шине. Формат обмена AUTOSAR, на­чиная с версии 3.0, содержит стандарт ASAM FIBEX.

Электрическая схема

Отнесение технологических блоков к ЭБУ и модулям датчиков и исполнительных ме­ханизмов также привело к появлению сети электрических нагрузок/потребителей, тре­бующей подходящего энергоснабжения. С одной стороны, важно защитить отдельные электрические цепи, чтобы короткое замы­кание не повлияло на всю сеть. С другой стороны, не на все цепи, должна подаваться электроэнергия в каждом рабочем режиме.

Для этого был введен принцип «выводов». К примеру, на вывод 15 электроэнергия по­дается только при включении зажигания.

Электрическая схема (рис. «Электрическая схема на примере автомагнитолы» ) показывает электрическое соединение и защиту предо­хранителями отдельных модулей без учета монтажного положения. Здесь можно уви­деть цвета проводов (на рисунке не показаны) и соответствие выводу или предохранителю. Выводы обозначаются по DIM 72552.

Плюс напряжения питания обычно изобра­жается в верхней половине, а минус (масса) — в нижней.

Жгут проводов и пространство установки

Эта модель группирует электрические и электронные модули в определенном месте в автомобиле (рис. «Пример двухмерной пространственной модели» ). Таким образом, провода, соединяющие между собой ЭБУ, и провода питания нагрузок/потребителей сводятся вместе на станках для скрутки жгутов. Так получаются жгуты проводов. Здесь необхо­димо соблюдать множество разных гранич­ных условий:

• Концепция изготовления (одно- или много­составный жгут проводов);
• Поперечные сечения (гибкость);
• Электромагнитная совместимость (ЕМС);
• Рассеяние тепла;
• Масса;
• Стоимость (например, меди);
• Устройство автомобильного жгута про­водов.

Структура описывает возможные пути про­кладки проводов в кузове, например, струк­тура Н, состоящая из двух основных ветвей от передней до задней части автомобиля и перекрестной ветви, идущей с левой стороны автомобиля к правой.

На стадии разработки общей концепции автомобиля обычно достаточно двухмерны моделей; подробные трехмерные модели используются на более поздних стадиях про­ектирования.

Процесс разработки Е/Е-архитектуры

Процесс разработки Е/Е-архитектуры соеди­няет между собой отдельные стадии проекти­рования на логической и временной основе и обеспечивает критерии качества в начале и в конце стадии проектирования.

Поскольку Е/Е-архитектура для автомоби­лестроения — все еще молодая дисциплина, процессы у автопроизводителей и их постав­щиков пока сильно разнятся. Это относится и к количеству, и последовательности стадий проектирования, и к критериям качества.

Управление требованиями

Требования решающим образом определяют действия Е/Е-архитектора. Рекомендуется различать функциональные и нефункцио­нальные требования. Функциональные тре­бования означают желаемые характеристики при эксплуатации автомобиля. Нефункцио­нальные требования означают техническое решение и поэтому их также называют про­ектными ограничениями.

Таким ограничением может быть, напри­мер, свободное пространство в центральной консоли для установки ЭБУ. Другим ограни­чением может быть максимально допустимое рассеяние тепла в месте, которое влияет на размещенную там силовую электронику.

Таким образом, например, аудиоусилители часто устанавливаются в багажниках, так как тепло в области панели приборов не может адекватно рассеиваться.

После подготовки документации по функ­циональным и нефункциональным требова­ниям начинается фактическая разработка Е/Е-архитектуры.

Разработка Е/Е-архитектуры

Разработка Е/Е-архитектуры может идти двумя путями: по принципу «снизу-вверх», т.е. начиная с существующих компонентов, и по принципу «сверху вниз», т.е. с реализа­цией всех ранее описанных этапов моделиро­вания, начиная с функциональных и нефунк­циональных требований.

Принцип «снизу-вверх», вовремя соз­дания Е/Е-архитектуры, начиная с функ­циональности существующих компонентов, предусматривает дополнение этих компо­нентов функционально-коммуникативными аспектами и прохождение соответствующих этапов моделирования. Этот подход обычно выбирается для создания Е/Е-архитектур по­следующих поколений существующих авто­мобильных платформ.

Принцип «сверху вниз» фокусируется на сложности функций и обычно выбирается для создания Е/Е-архитектур новых автомо­бильных платформ.

Использование Е/Е-концепций позво­ляет обмениваться данными с партнерами- разработчиками электронных компонентов и жгутов проводов.

Электрооборудование автомобиля

Совокупность систем и приборов, потребляющих электрический ток от его источников, составляют электрооборудование автомобиля. Все важные функции, такие как, запуск двигателя, поджег топлива, система сигнализации и освещения, и многие другие, осуществляются с помощью электроэнергии. Приборы присоединяются к источнику одним проводом (это — положительный полюс), а вторым заземляются на металлических частях корпуса авто (отрицательный полюс). Ток в приборах проходит под напряжением 12 вольт (для бензинового двигателя) и 24 вольта (для дизельного).

Приборы электрооборудования автомобиля

В автомобиле вырабатывают и генерируют электрический ток комплекс приборов электрооборудования. В него входят:

Генератор – состоящий из трех фаз, агрегат с электрическим активатором. Он призван перерабатывать производимую мотором механическую энергию в электрический ток. При включенном двигателе, он обеспечивает направленный ток в приборы и заряжает аккумулятор. Он состоит из:

— статора, индуктирующего на катушке ток

— ротора. Он встроен в шарикоподшипниках, которые получают вращательный импульс от коленвала, проходящий по обмотке электрический ток создает магнитную силу, индуцирующую электриеский ток на катушке статора.

Аппарат регулировки вольтности. Коленвал работает с непостоянной частотой. Чтобы напряжение не скакало, нужен стабилизатор. При скачках напряжения, якорь вибрирует, заставляя электрическую цепь прерываться, включая и выключая из нее добавочное звено, стабилизируя необходимое постоянство в цепи. Для предотвращения искрения применяют дроссель. Поддержание постоянного напряжения может осуществляться с помощью микроэлектронных регуляторов.

Итак, с помощью генератора аппарата достигается независимость постоянного напряжения от переменчивости вращения коленвала.

Батарея аккумулятора. Он питает приборы при не запущенном моторе. В ней происходит преобразование энергии химических реакций в электрическую энергию. Благодаря низкому сопротивлению, он может быстро отдавать большой силы ток в стартер, для пуска двигателя.

Одна из основных параметров аккумулятора является его ёмкость – энергию, которую он отдает в период от полной зарядки до абсолютной разрядки. С возникновением изменений в батареи (изношенности, уменьшение количества кислоты и др.), ёмкость уменьшается.

Корпус представляет собой пластмассовый короб, со встроенными последовательно соединенными электродами, разделенными изолирующими стенками. Каждая секция снабжена резьбовой воронкой, для проверки и доливания аккумуляторной жидкости. Как и любая другая батарея, имеет два противоположных полюса (+ и -).

Химически активный элемент аккумулятора (кислота) требует соблюдения правила безопасности. Запрещается близко подносить источник открытого огня. Избегайте попадания электролита на кожу и в глаза.

Основное электрооборудование в авто

Электрический автостартер

Обычно электростартер потребляет ток в 12 вольт, на мощных двигателях ставят второй аккумулятор, увеличивая напряжение вдвое. Сила пока в цепи соответственно падает (ведь оно обратно пропорционально напряжению), что уменьшает ненужный перегрев проводки.

Зажигание

Сама система состоит из:

— катушки, увеличивающей напряжение до 20 киловольт. Представляет собой, обмотанные медной проволокой, стальные пластины. Алюминиевый остов наполнен маслом, создающим защиту катушке. Снаружи присоединено сопротивление, синхронизирующее подачу тока с частотой вращения коленвала.

— распределитель, состоящий из устройства прерывания и замыкания подачи тока на цилиндры. Крайние электроды соединены со свечами, а срединный подсоединен проводами к катушке зажигания. Через центральный электрод ток поступает к ротору. Есть на каркасе распределителя конденсатор и регулятор, предназначенные для защиты от чрезмерного нагревания и увеличения показателя напряжения. Вал распределителя получает вращательные импульсы от шестерни насоса, который, в свою очередь, начинает вращаться с началом оборотов коленвала.

— датчик. По разные стороны от щели данного прибора расположены элемент и магнит, с постоянным магнитным полем, а внутри расположен замыкатель. Суть работы этой конструкции заключается в создании магнитных импульсов, которые, после подачи на коммутатор, преобразовываются в электрические.

— коммутатор. Выключает цепь при размыкании прерывателя, преобразовывает магнитные импульсы в электрические с помощью обмотки.

— свечи. Подают искру в цилиндр двигателя. Имеют маркировку. Чаще всего используют неразборную ее разновидность, отличающейся высокой степенью надежности и эксплуатационного срока.

— выключатель. Он связан с сигнализацией и препятствует случайному включению стартера при запущенном моторе.

Совокупность осветительных приборов

Основным призванием данных элементов автомобиля служит: освещение полосы дороги и прилегающего пространства ночью и в непогожие дни, ограничение и демонстрация очертаний транспортного средства, оповещение о своих намерениях (сигнальная функция).

Принято использование в освещении разных цветов света: красный — для сигнализации об опасности, желтый – предупредительный и белый – в нейтральных ситуациях. Цвет света регламентируется стандартами ООН.

Благодаря созданию технологии компьютерного контроля, разработчики имеют возможность использовать в своих моделях многообразие форм и конструкций дизайна осветительных элементов. К ним относятся: фонари и фары, приборы освещения внутри автомобиля, лампы света различных конструкций приборов, выключатели, датчики, предохранитель.

Фара – это лампа, с направленным световым пучком. Устанавливается в переднем сегменте машины для освещения пути. Обычно имеют механизм изменения направления светового пучка, необходимого для предотвращения ослепления водителя встречного транспорта. Так называемый, дальний свет переключается на ближний (световой поток направляется вниз). С появлением особых видов фар, с компьютерной регулировкой интенсивности и направления света, отпадает необходимость ручного переключения света.

Фонари габаритные. Только белого цвета. Очерчивает габариты авто и предупреждает о намерении начать движение.

Противотуманники. Его расширенный световой поток усиливает освещенность полотна дороги, особенно в затуманенных условиях, обильном дождевом потоке, обильном снегопаде. Однако, днем при плохой видимости, не рекомендуется включать основные фары. Это приводит к ослеплению, отраженным от тумана, светом. А при ясной погоде ночью, не стоит использовать его наряду с дальним светом – это уменьшат дальность освещения.

Есть еще пара видов переднего освещения – внедорожное (в быту его еще называют «люстра», устанавливают на крыше) и фара – искатель, с мощным световым потоком, запрещено использование в населенных пунктах и при встречном движении (только для ориентировки в безлюдных зонах).

К световому освещению автомобиля относятся также:

— фонари дневного света и боковые

— стоп – огни, фонарь обгона

— проблесковые маячки устанавливаются на спец технике.

Система сигнализации

Включает в себя поворотники, стоп – сигнал торможения и обратного хода, шумовые сигналы звукомчё.

Измерительно – контрольные элементы

Это лампы уровня горючего в баке, температуры антифризов, давления масла, потенциала аккумулятора, тормозной жидкости. Также, к ним относятся датчики контроля заслонки, освещения, раздаточной коробки, обогрева стекол и другие. Все они выведены на панель приборов в салоне.

Как устроен электромобиль / Архитектура электромобиля

Как работает электромобиль от А до Я? Если принцип намного проще и проще понять, чем принцип теплового двигателя, все же интересно взглянуть на метод (ы) более подробно.

Итак, начнем с базовой архитектуры.

Архитектура электромобиля

Начнем с основ, а именно с основных элементов, составляющих тяговую систему электромобиля:

Управление / модуляция электрических потоков

DC / DC преобразователь

Он используется для преобразования высокого напряжения (330 В) от ионно-литиевой батареи в служебную свинцово-кислотную батарею (12 В). Итак, 330 В >> 12 В

Бортовое зарядное устройство / выпрямитель

Он преобразует переменный ток, идущий из розетки, в постоянный ток, предназначенный для силовой батареи.

Калькулятор / инвертор / выпрямитель

Это вычислитель мощности, который управляет многими вещами … Он контролирует поток энергии благодаря множеству датчиков, которые у него есть. Например, когда я ускоряюсь, я нажимаю на датчик (педаль), называемый потенциометром (это то же самое на современных автомобилях внутреннего сгорания), компьютер затем управляет потоком энергии, который будет отправлен в двигатель в соответствии с моей «степенью ускорения. ». То же самое, когда я отпущу педаль, она будет управлять рекуперацией энергии, отправляя сок, вырабатываемый электродвигателем (следовательно, обратимый), в батарею, одновременно регулируя электрический поток.

Он может генерировать пульсации тока с помощью прерывателя (от батареи к двигателю) или даже выпрямлять ток (восстановление альтернативной энергии для батареи постоянного тока).

Подзарядить? Альтернативное и непрерывное?

Электромобили можно заряжать переменным или постоянным током.

Переменный ток (домашние и небольшие зарядные устройства)

Дома мы будем иметь дело с переменным током, который должен проходить через внутренний выпрямитель в автомобиль: AC / DC. Это то, что ограничивает емкость перезарядки, потому что этот выпрямитель не может иметь большой емкости: стоимость и объем. Тогда мы будем ограничены мощностью чуть более 20 кВт для наиболее оснащенных автомобилей, и в целом мы будем около 10 кВт, если у вас есть хорошая электрическая установка, позволяющая подняться до этого уровня. В основном классическая розетка выдает 2.7 кВт, хотя автомобиль может выдержать и больше (здесь мы ограничены тем, что электрическая розетка обеспечивает на уровне ампер).

Например, на модели 3 он будет подключен к дому с помощью разъема типа 2, так как это переменный ток. Таким образом, внутренний преобразователь позволяет поглощать перезарядки с уровнем мощности до 11 кВт. Модель S может развивать мощность до 22 кВт на версиях до 2016 года (после S и X ограничены до 16.5 кВт).

Постоянный ток: нагнетатели большой мощности

С другой стороны, нагнетатели работают на постоянном токе, и им не нужно проходить через внутренний преобразователь в автомобиле: в этом случае мощность подзарядки может быть огромной: до более 250 кВт.

Когда мы заряжаем постоянным током (высокой емкости), у нас появляется еще одна розетка на модели 3 (на модели S / X форма розетки, с другой стороны, идентична, но европейский стандарт относится к розетке CCS / Комбо)

Вот сокет под названием Combo или CCS

Хранилище энергии

аккумулятор

Это элемент, который накапливает электрическую энергию в химическом растворе. Свинцово-кислотные батареи ранее использовались в 90-х годах, что приводило к ограниченной автономности и очень большой занимаемой площади. В настоящее время используются литиевые батареи, которые работают по аналогичному принципу, но при этом более эффективны. Проще говоря, речь идет о химическом растворе, из которого мы можем извлекать электроны. После того, как все было взято из него, это решение становится стабильным: больше нет дисбаланса между клеммами 6 и +, поэтому больше не нужно брать сок. Чтобы перезарядить аккумулятор, электроны повторно вводятся на клемму -, чтобы вернуть раствор в дисбаланс и снова получить сок между клеммами — и +. Если вы хотите узнать подробнее, как работают литий-ионные аккумуляторы, загляните сюда.

Все подробности по работе литий-ионных аккумуляторов здесь.

Топливная ячейка

Топливный элемент — это разновидность аккумулятора, разница в том, что он заряжается за счет заполнения топливом, а не за счет повторной инжекции электронов (следовательно, электричества). Таким образом, это более быстрый способ заправки, гораздо больший, чем с литий-ионными аккумуляторами, несмотря на довольно эффективные станции быстрой зарядки.

Увы, а если водород — самый распространенный атом во Вселенной, то его на Земле уже не так много (солнце полно им, оно сжимает его на наших глазах) … Потому что все, что нас окружало, было на основа водорода, который был настолько сжат в звездах, что породил более тяжелые материалы: углерод, железо, воду и т. д. (совсем… абсолютно все остальное). В начале Вселенной был только водород, это самый простой атом: у него есть протон и электрон! Мы не можем сделать меньше, поэтому это самый легкий материал.

Нам удается его производить (или, точнее, извлекать из него материал), но это очень дорого с точки зрения ископаемого топлива, поэтому не идеально.

Посмотрите, как работает топливный элемент

Другой процесс?

Есть тысячи способов поиграть с электронами, теперь остается найти химический раствор, который будет мало загрязнять окружающую среду и может быстро накапливать в нем электроны. Zync был бы отличным вариантом, но я больше не знаю.

Электродвигатель

Электродвигатель работает по принципу физики. Речь идет об использовании электромагнитной силы для создания движения.

Наука действительно обнаружила, что «эпидермис» атомов состоит из электронов. Некоторые скины имеют «избыток» электронов, которые затем могут перемещаться от одного атома к другому (это проводящие материалы, и это называется электрическим током). Эти электроны можно перемещать, посылая им электромагнитные лучи (свет), но также подвергая их воздействию магнитного поля (магнита, но имейте в виду, что свет и магнитное поле связаны друг с другом).

Итак, у нас появилась идея переместить магнит рядом с металлической проволокой, и мы поняли, что это производит ток (который идет в направлении движения магнита. Последний толкает электроны к поверхности атомов). Поэтому мы быстро создали более интеллектуальные круговые сборки: мы поместили вращающийся магнит в середину медной катушки (мы также можем сделать обратное, медь посередине и магниты на периферии. То, что мы видим на электродвигателях), что дает постоянное электричество при его вращении (магнит). Поэтому мы обнаружили здесь в первую очередь обратимую сторону электродвигателя. Потому что здесь нам удается производить электричество вслед за движением, но не за движением электричества (то, что мы ищем для нашего электромобиля здесь).

Затем мы просто попытались сделать обратное: в нашей вращающейся магнитной системе мы подали электричество в катушку. И вот чудо, магнит начал вращаться….

Это очень интересная сторона электродвигателя,

он может делать две вещи одновременно

: создавать движение при получении электричества ou создать электричество, если мы приведем его в движение.

В общем, ротор является индукционным / асинхронным, то есть на нем (вместо магнита, как на схеме) есть небольшие катушки, в которых электричество (и, следовательно, намагниченность) индуцируется магнитным полем статора. Но принцип всегда один и тот же: переместите магнит перед медью, и вы будете генерировать электричество, или пошлите электричество через медь, и вы заставите магнит двигаться. Не говоря уже о том, что при передаче электричества через катушку генерируется магнит.

Поэтому необходимо понимать, что движение и передача энергии происходит без контакта между статором и ротором: это магнитная сила (сила магнита), которая заставляет вещи двигаться. Таким образом, можно не сомневаться в уровне износа.

Чтобы изменить направление работы двигателя (следовательно, переключиться на заднюю передачу), достаточно послать ток в другом направлении.

Подробнее о том, как работает электродвигатель, читайте здесь.

коробка передач

Электродвигатель, имеющий очень высокий рабочий диапазон (например, 16000 об / мин на модели S) и крутящий момент, доступный быстро (чем ниже мы находимся в оборотах, тем больше крутящий момент у нас есть), не было необходимости производить коробку передач.

Итак, у нас есть своего рода двигатель, напрямую связанный с колесами! Передаточное число не изменится на скорости 15 или 200 км / ч.

Очевидно, что ритм электродвигателя не совсем соответствует ритму колес, есть то, что называется понижающей передачей.

На Model S это примерно 10: 1, то есть колесо будет вращаться в 10 раз медленнее, чем электродвигатель. Передаточное число обычно достигается планетарной зубчатой ​​передачей, что в основном известно в автоматических коробках передач.

После этого снижения, наконец, появляется дифференциал, который позволяет колесам вращаться с разной скоростью.

Схватить ?

Нет необходимости в сцеплении или гидротрансформаторе, потому что, если тепловой двигатель должен постоянно находиться в движении, это не относится к электродвигателю. Следовательно, у него нет оборотов холостого хода и не требуется сцепление, которое соединяет колеса и двигатель: когда колеса останавливаются, не нужно отключаться.

Все комментарии и реакции

Dernier комментарий опубликован:

GED (Дата: 2021, 07:14:08)

какое поведение электромобиля зимой на снегу? при отрицательной температуре?

Il Я. 1 реакция (и) на этот комментарий:

АдминистраторАДМИНИСТРАТОР САЙТА (2021-07-15 08:26:20): Поведение на дороге или при уровне заряда батареи.

Источник https://press.ocenin.ru/elektronnaya-arhitektura-v-avtomobil/

Источник https://elm327.club/remont-i-obsluzhivanie-avto/elektrooborudovanie-avtomobilya.html

Источник https://avtotachki.com/kak-ustroen-elektromobil-arhitektura-elektromobilya/