Самые полезные технологии в современных автомобилях

Электрооборудование автомобиля. Устройство и работа. Особенности

Электрооборудование автомобиля представляет весь перечень устройств, которые вырабатывают, передают, а также потребляют электрическую энергию в машине. В целом это сложный комплекс систем, устройств и приборов, которые обеспечивают функционирование всех частей автомобиля, автоматизацию процессов, а также создают уют, комфорт и безопасность для людей.

Электрооборудование автомобиля

Все главные узлы и агрегаты электрического оборудования взаимосвязаны между собой с помощью проводов. Они выступают в качестве своеобразной нервной и кровеносной системы. В одном случае по ним передается сигнал для запуска того или иного устройства, в другом случае они передают электроэнергию для питания приборов. Обрывы проводов могут привести к воспламенению или невозможности работы конкретного устройства в машине. А поломка какого-либо электрооборудования может привести к аварии, невозможности запуска автомобиля или его эксплуатации.

В качестве источников электротока выступают устройства, которые преобразуют электроэнергию. Это генератор и аккумулятор, где генератор преобразует механическую энергию в электрическую, а аккумулятор — химическую в электрическую. В качестве потребителей электрической электроэнергии выступает устройство, преобразует электроэнергию в другие виды, к примеру, движения, света, тепла. К ним можно отнести систему запуска движка, лампочки, измерительные устройства, электроприборы в виде стеклоочистителей, печки, прикуривателя, радио, кондиционера и тому подобное.

Аккумулятор используется для питания потребителей электротоком во время запуска движка, во время его низких оборотов, либо в момент, когда он отключен. Генератор питает электротоком все электрические устройства, в том числе заряжает аккумулятор. Мощность и емкость данных устройств должна отвечать аналогичным параметрам потребителей при различных режимах работы машины.

Электрооборудование автомобиля в виде потребителей энергии классифицируются на 3 составляющие:

1. Кратковременного действия.
2. Длительного действия.
3. Основного действия.

К устройствам основного действия относятся устройства, которые нужны для поддержки работоспособности машины. Это устройства впрыска, запуска, управления движком, система подачи топлива, АКП, электрический усилитель и так далее.

К устройствам длительного действия относятся устройства в виде кондиционеров, освещения, безопасности, навигационной аппаратуры, противоугонных устройств, печки и тому подобное.

К устройствам кратковременного действия относятся устройства в виде систем запуска, прикуривателя, подачи сигнала, свечей накаливания и так далее.

В качестве устройств управления выступают предохранительные щитки, блоки управления и реле. Они согласуют функционирование источников и потребителей энергии. При помощи блоков управления обеспечивается контролирование потребления электроэнергии, напряжения и нагрузок на устройствах, управление обогревателями, очистителями стекол, системой освещения и так далее. Кроме проводки в бортовой системе применяются шины данных, при помощи которых соединяются электронные блоки управления.

Устройство

Аккумулятор является одним из важнейших элементов электрооборудования автомобиля. Он представляет химический источник электротока, который работает при помощи накопления и последующей отдачи энергии. Накопление и передача заряда обеспечивается переходом ряда элементов из одного состояния в другое. Главными характеристиками аккумуляторной батареи является емкость и напряжение. Его корпус выполнен из пластика, стойкой к кислоте. В нем имеется 6 секций, в которых находятся элементы, выполненные из пластин и сепараторов. Эти элементы соединяются с помощью мостиков, а корпус закрывается пластмассовой крышкой. На батарее имеются два выхода, к которым подсоединяются клеммы проводов. Аккумулятор находится в подкапотном отсеке машины.

Электрический генератор — это устройство, которое смахивает на электрический двигатель, но имеет принципиальное от него отличие. Данный элемент создает электроэнергию благодаря вращению его якоря посредством ременной передачи, получающее вращательное движение от ДВС. Генератор имеет 2 обмотки, благодаря чему обеспечивается стабилизация напряжения, которое он вырабатывает. Принцип его работы базируется на эффекте самоиндукции.

Далее необходимо выделить элементы, которые обеспечивают запуск и последующую работу ДВС, а значит и непосредственное перемещение машины.

Стартер – это своего рода электродвигатель, который совершает вращение благодаря энергии аккумуляторной батареи. Его главная цель кроется в начальном старте. Затем появляется электрическая икра, вследствие чего происходит воспламенение топлива. В результате двигатель начинает работать. Чтобы создать такую искру, используется повышающая катушка, свечи, а также распределитель искры.

Повышающая катушка выполнена из ферромагнитного сердечника с 2-мя обмотками. На одной из обмоток находится меньшее число витков, благодаря чему создается магнитное поле. Это поле создает магнитное поле на второй обмотке, но уже с более высоким напряжением. В результате при подаче напряжения на свечи создается искра.

Электрическая свеча представляет элемент, который создает искру непосредственно в цилиндре ДВС. У нее есть контакт, к которому подходит провод с высоким напряжением. На цилиндрах имеются электроды с наименьшим зазором, в которых и происходит создание искры. Между свечами и катушкой располагается распределитель, который и передает высокое напряжение непосредственно на свечу, которая должна в необходимый момент времени подать искру на цилиндр.

Система освещения используется при перемещении машины при недостаточной освещенности окружающей среды. В данную систему включены фары, задние фонари, лампочка освещения номера, лампочки освещения в салоне, отделения багажа, отсека мотора, зоны педалей и так далее.

Световая сигнализация используется с целью предупреждения других участников движения о маневрах, поворотах, заднем ходе, то есть о смене направления перемещения машины. Данная система имеет передние сигнальные лампочки, задние фонари, боковые повторители поворотов, лампы на панели приборов, выключатели, стоп-сигналы и другое электрооборудование автомобиля.

Фары необходимы для освещения окружающего пространства. В первую очередь они необходимы для освещения дороги, чтобы водитель имел представление об окружающей обстановке. Каждая машина имеет фары, которые расположены симметрично. Передние фары в большинстве случаев выполнены в одном корпусе. В нем могут находиться ряд элементов: дальний, а также ближний свет, ходовые и габаритные огни. Иногда в них даже размещаются поворотники.

Ближний свет необходим в случаях, когда наблюдается поток встречного транспорта. Его главная особенность заключается в том, что он не слепит водителей встречного транспорта, при этом хорошо освещает правую сторону дороги. Дальний свет также используется с целью освещения, но только в том случае, когда нет встречного потока. Его главная особенность в том, что этот свет выделяется своей мощностью и интенсивностью, благодаря чему он освещает пространство на довольно большое расстояние, которое находится впереди машины.

При помощи габаритных огней и поворотников водитель дает важную информацию всем участникам движения о габаритах своего автомобиля, а также планируемых остановках и изменениях направления движения. Также в машине имеется прикуриватель, могут быть розетки usb и так далее.

В зависимости от текущей комплектации машины в ней могут иметься или отсутствовать следующее электрооборудование автомобиля: системы безопасности, которые включают в себя электронатяжители ремней, автоматическую коробку с управляющей электроникой, электронные элементы помощи водителю, маршрутный компьютер, помощь при подъеме в гору, подушки безопасности и так далее.

Применение

Электрооборудование автомобиля включает множество элементов, включая различные системы, проводку, элементы питания и так далее. В первую очередь оно предназначено для производства электрической энергии и ее доставки потребителям электроэнергии. Сегодня количество элементов, которые потребляют электрическую энергию, в том числе проводов, которые необходимы для доставки, распределения и управления, возросло в разы. Общая длина проводов и их толщина могут иметь суммарную массу более 50 кг. Это очень много, учитывая то, что количество электрических устройств все время увеличивается. Имеется большая вероятность, что к 2025 году сеть проводов в машинах может достичь почти 100 кг.

Для снижения веса электрических проводов сегодня широко применяются шины, которые предают цифровые сигналы. С помощью такой архитектуры можно существенно снизить вес и количество применяемых проводов. Это приводит к тому, что удается избавиться от сотен метров проводки, в том числе снизить стоимость затрат, ведь применяемая в проводах медь стоит довольно дорого.

В будущем проводка и электрооборудование автомобиля станет еще меньше, ведь будет применяться схема с одним центральным процессором. Именно сюда будет стекаться вся информация, процессор будет контролировать все системы электрооборудования машины. Все функции будут выполняться операционной системой. Исчезнет порядка 75 управляющих блоков, которые сегодня имеют собственные программы и алгоритмы действия.

Естественно, что благодаря уменьшению управляющих блоков и числа проводов. Электрооборудование автомобиля станет на порядок легче и компактнее. Это прибавит стабильности, ведь меньшее число компонентов обеспечивает меньшее количество сбоев. Автомобиль станет подобен компьютерному устройству. К нему можно будет с легкостью подключать новые девайсы и изменять параметры существующих. В большей части случаев можно будет поменять программу, то есть загрузить обновление, чтобы убрать ошибку.

Самые полезные технологии в современных автомобилях

Технологии, которые делают современные автомобили потрясающими

Современные автомобили доказали свою способность к эволюционному развитию. Ежегодно в автомобильном мире появляются новые технологии, которые переворачивают представление о транспортных средствах, как таковых. Постепенно спускаясь в бюджетные или среднеценовые сегменты, они входят в массы, после чего автомобилисты просто не понимают, как можно было жить без этих удобных и таких необходимых «мелочей». Гидроусилитель руля, вакуумный усилитель тормозов, стеклоочистители, подогрев сидений… можете себе представить, что когда-то этого не было на машинах? Мы с трудом способны это вообразить… уверен, не только мы.

Но у медали есть и другая сторона. Из-за «бума» электроники, место водителя постепенно занимается электроникой. Электронные помощники страхуют человека за рулем, а в последние несколько лет даже начинают замещать Человека разумного по части управления автомобилем. Такие технические функции препятствуют возникновения феномена «удовольствия от вождения». Когда водитель, являясь частью автомобиля, становится его продолжением. В эти моменты между ним и дорогой установлен минимальный барьер. Электроника, безусловно, препятствует возникновению этого симбиоза.

Идеальным, на наш взгляд, является использование второстепенных вспомогательных функций, которые в большей степени нацелены на обслуживание комфортного пребывания в автомобиле, которые действительно делают рутину лучше.

Подборка 13-ти таких вещей как раз и отражает лучшие технические решения в автомобильной промышленности.

Камеры внешнего обзора

Камеры заднего обзора с 1 мая текущего года стали обязательным атрибутом всех легковых автомобилей, продаваемых в США. Минимум одна камера должна устанавливаться на самую дешевую комплектацию автомобиля. В более дорогих комплектациях камер может быть несколько, что позволит наблюдать на центральном экране за автомобилем сверху.

Эта функция делает парковку автомобиля намного проще, а маневрировать в труднодоступных местах будет безопаснее и удобнее.

Радиолокационный Круиз-контроль

Обычный круиз-контроль – неплохая штука, но адаптивные системы сделанные на основе радара – действительно гениальная вещь.

Благодаря работе системы, машина автоматически подстраивается под скорость движения впередиидущего транспорта и регулирует дистанцию на безопасном расстоянии. С ее помощью можно немного расслабиться и не напрягаться на шоссе в пробке. Железный конь сделает часть работы за вас.

Подвеска «Magnetic Ride Control»

Магнитная адаптивная подвеска также входит в топ приспособлений для повышения удобства и управляемости автомобиля. Используя специальную жидкость, амортизаторы могут за доли секунды становиться жесткими как на спорткаре или податливыми, словно вы едите на лимузине. Все будет зависеть от цели, скоростного режима и поверхности под колесами. Суть работы технологии основывается на подачи электричества к аноду, который изменяет физические свойства амортизационной жидкости.

Технология чрезвычайно популярна среди производителей спорткаров, ее используют все – от Корвета до Феррари.

Подвеска Multimatic DSSV

Пассивные регулируемые амортизаторы. Еще один тип подвески, без которого невозможно представить себе современный внедорожник. Компания Multimatic изобрела регулируемые амортизаторы DSSV (dynamic suspension spool valve), усилия на которых на сжатие и отбой можно настраивать в больших пределах. Но при этом с очень большой точностью.

Используется на всех видах гоночных автомобилей и внедорожниках, таких как Ford GT, Camaro Z/28 и Colorado ZR2.

Передача с двойным сцеплением

Мы знаем, что ничто не может сравниться с чувством управления механической коробкой передач. Но если у вас установлена автоматическая трансмиссия, вы не ошибетесь с выбором, если предпочтете двойное сцепление. Переключения будут плавными и молниеносными, что поднимает комфорт поездки на новый уровень, а время отклика КПП вряд ли сможет быть выше.

Электронный самоблокирующийся дифференциал

Механические самоблокирующиеся дифференциалы отлично зарекомендовали себя в 90-е годы. Но прогресс не стоит на месте. Если вам хочется прочувствовать на что способен автомобиль с передовыми технологиями на борту, вы должны выбрать электронную систему.

В зависимости от того, в какой поворот вы входите, они могут заблокировать/разблокировать нужную сторону и отправить мощность на требуемое колесо, которое нуждается в крутящем моменте больше всего.

Векторизация крутящего момента / торможения

Эта система работает путем торможения внутреннего колеса во время прохождения поворота, что имитирует работу самоблокирующегося дифференциала.

Она позволяет лучше распределить вращающий момент на колеса, и дать больше сцепления шинам.

В основном функция работает без проблем, то есть вы не почувствуете, что она вообще есть. Вы просто увидите результат.

Контроль «мертвых» зон

Еще одна крайне важная и удобная система безопасности. Всем известно, что у длинных и габаритных автомобилей в зеркалах есть так называемые «мёртвые» зоны, в которых может потеряться даже «КАМАЗ». Чтобы не допустить этого, автопроизводители условились устанавливать на внешних зеркалах специальные индикаторы, управляемые при помощи компьютера и камер. Если на соседней полосе есть автомобиля и перестраиваться нельзя – машина сама подскажет об этом.

Система предупреждения о возможности столкновения

Мы не видим недостатка в том, чтобы избежать аварии, когда это возможно. Системы предотвращения столкновений, такие как Subaru Vision могут предупредить вас, о возможном столкновении и даже экстренно применить тормоза за вас, если реакции не последует.

Сиденья с обогревом и вентиляцией

Нет лучшего ощущения, чем прыгать в проветриваемое сиденье в жаркий день. То же самое касается теплого чувства зимним днем, которое дарит сиденье с подогревом. Если у вас был автомобиль с обогревом сидений, а еще лучше – с вентиляцией, трудной вернуться к обычным сидушкам из «Жигулей».

Массаж

Пока малораспространенная функция, которая в будущем может стать крайне популярной у всех без исключения водителей. Все 33 удовольствия, о которых никто не мог мечтать даже 10 лет назад.

Обогрев рулевого колеса

Подогрев сидений – вещь хорошая, но не менее приятно чувствовать тепло, греющее вам руки в холодный день. Для этого придумали обогреваемое рулевое колесо.

Нет нужды надевать перчатки, когда вы едете утром на работу зимой. Автомобиль уже позаботился о вашем комфорте.

Head-up Display

Ничто не должно отвлекать водителя от ситуации, происходящей на дороге. К сожалению, в реальной жизни этот сценарий не выполняется практически никогда. То трек нужно сменить на центральном дисплее, то посмотреть сколько осталось топлива в баке, то пиктограмма какая-то вспыхнула на приборной панели. Чтоб информация всегда была перед глазами и придумали Head-up дисплей.

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.

Источник https://electrosam.ru/glavnaja/slabotochnye-seti/oborudovanie/elektrooborudovanie-avtomobilia/

Источник https://1gai.ru/publ/520788-samye-poleznye-tehnologii-v-sovremennyh-avtomobilyah.html

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