Устройство автомобиля

Несмотря на огромное число моделей и брендов, при детальном рассмотрении оказывается, все легковые транспортные средства устроены одинаково.

Основные части любого автомобиля:

1. Двигатель (мотор). Устройство трансформирует тепловую энергию в механическую, что необходимо для передачи крутящего момента к колесам. Другими словами, благодаря ему машина едет;
2. Трансмиссия (силовая передача). Отвечает за тот самый крутящий момент, который стимулируется источником энергии от мотора. В данный узел входят следующие агрегаты: коробка передач, сцепление, карданная передача, ведущий мост;
3. Ходовая часть (в простонародье – «ходовка»). Механическая основа движения автомобиля. Конструкция включает переднюю и заднюю подвески, колеса, ведущие мосты;
4. Системы управления. Собственно говоря, это рулевая система (чтобы ехать) и тормозная (чтобы останавливаться);
5. Электрооборудование. Сюда входят аккумулятор, проводка, генератор. Словом – источники и потребители тока.

Все перечисленные элементы крепятся к несущей конструкции – кузову автомобиля. Последний состоит из днища, передних и задних лонжеронов (силовые детали каркаса, делающие его прочным и устойчивым), моторного отсека, крыши и навесных элементов (двери, капот, крышка багажника, бампер, крылья).

Данный перечень — лишь «верхушка айсберга», но ее вполне достаточно, чтобы начать понимать базовый принцип устройства автомобиля.

Если вы ищете учебник или пособие, в котором легко и доступно, «для чайников», расписано устройство автомобиля, рекомендуем обратить внимание на книгу Бескаравайного М.И. «Устройство автомобиля просто и понятно для всех». Пособие легко скачать в Интернете из любой онлайн-библиотеки.

Краткий обзор важных систем и агрегатов устройства авто

Итак, согласно схеме общего устройства машины, она работает следующим образом.

Благодаря кузову все узлы устройства собраны вместе. Системы работают синхронно и слаженно. За запуск двигателя отвечает аккумулятор. Последний выдает искру, из-за которой воспламеняется бензин в камере сгорания. Детонация запускает движение поршней в моторе. Двигатель, с помощью трансмиссии (если максимально просто, это сила, которая крутит колеса) передает энергию на колеса. За плавность и исправность хода отвечает ходовка. Машина едет или останавливается. Эти процессы контролируются педалями «газ» и «тормоз». В автомобилях с механической коробкой передач есть еще педаль «сцепление» (об этом чуть ниже). Чтобы работали все лампочки и датчики, а также исправно функционировал бортовой компьютер, генератор вырабатывает ток.

Водитель, сидя за рулем в комфортабельном салоне, не видит и не ощущает всю сложность технического устройства автомобиля. Он лишь поворачивает ключ в замке, переключает рычаг коробки, давит педали, крутит руль, да жмет кнопочки на панели. Ну, и контролирует уровень топлива в баке. Сказка, да и только!

Однако, все же, если он хочет понимать устройство автомобиля, хотя бы на уровне «для начинающих», должен разбираться еще в некоторых механизмах.

• Важным элементом схемы и устройства автомобиля является движок (или мотор). Они бывают внутреннего сгорания (на бензине или газе) и электрические. Первые подразделяются еще на десяток подвидов, но мы туда углубляться не станем.

• Не менее значимой частью управления считается тормозная система. Она бывает стояночная (чтобы фиксировать авто на неровной поверхности) и рабочая (предназначена для временной или полной остановки, а также для снижения скорости движения);

• Коробка передач. Речь идет о знакомых каждому водителю терминах «механика» или «автомат», если грамотно – МКПП и АКПП. Еще бывает роботизированная коробка (некий микс первых двух), но она не получила широкого распространения. Автоматом управлять проще, поскольку он сам контролирует скорость и нагрузку на машину, в такой машине нет педали сцепления. В случае же с механикой, водитель, с помощью последнего, самостоятельно переключает скорости, следя за нагрузкой на авто.

Что такое сцепление? Как работает данный элемент устройства? Вы когда-нибудь задумывались, почему, когда мы заводим тачку, она сразу не едет. Почему при заведенном двигателе она стоит на месте, пока мы не переключим скорость и не нажмем на педаль газа (тормоза и сцепления, потом газа при МКПП)? Сейчас попробуем объяснить:

1. Силовой агрегат (движок) авто оснащен маховиком и коленвалом. На самом деле, там внутри сложная система шестеренок, валов и зубьев, но чтобы углубиться в детали этой конструкции, нужно обладать хотя бы минимальным запасом специальных знаний. А потому, мы стараемся объяснять проще.
2. Со стороны маховика к мотору прикреплена коробка передач со сцеплением.
3. Завод автомобиля происходит на «нейтралке» (нейтральная передача), при которой зубья коленчатого вала выведены из зацепления. Другими словами, вал коробки вращается вхолостую, крутящая сила, пока, не передается на колеса.
4. Чтобы начать двигаться, нужно выжать сцепление. Оно спровоцирует плавное сочленение шестеренок маховика с трансмиссией. Далее, следует включить первую скорость. Начнется движение всего механизма, можно жать педаль газа. В автомобилях с АКПП весь этот процесс выполняется автоматически, без участия водителя.

Ну что же, мы разобрали базовые элементы конструкции и устройства современного автомобиля, постарались объяснить все максимально доступно и просто. Теперь вы понимаете, каким образом тачка едет, почему работает двигатель, за что отвечает тот или иной агрегат.

Мало кто поспорит, управлять современной машиной, да еще с АКПП – одно удовольствие. Но это – только если соблюдать рекомендации по уходу, относиться к авто бережно, вовремя проходить ТО и реагировать на малейшие неисправности.

Электрооборудование и системы помощи водителю

Многое в машине контролируется электрикой. Она довольно сложная, но значительно облегчает процесс вождения и делает пребывание в салоне максимально комфортным. Именно она запускает двигатель, поддерживая его в рабочем состоянии. Блок управления, аккумулятор, генератор, распределитель, искрообразующие свечи, — всё это отдельные части автомобиля, без которых невозможно представить его нормальное функционирование.

Второстепенными элементами автоэлектрики являются источники освещения: фонари, габаритные огни, поворотники, подсветка салона и т. д. Сюда же относится звуковой сигнал, всевозможные датчики и регуляторы.

К электрооборудованию можно причислять и системы, призванные улучшать курсовую устойчивость и управляемость автомобиля.

Тормозная система

Позволяет замедлять движение машины, вплоть до её полной остановки. Незаменима система во время экстренных ситуаций, а также когда автомобиль надо удерживать от самопроизвольного движения вниз. Автомобильные тормоза включают несколько подсистем: ручную, запасную, вспомогательную, антиблокировочную. Их совокупность называется тормозным управлением.

Задача основной тормозной системы — регулировать скорость движения машины, останавливать транспортное средство в случае необходимости. Состоит она из привода и исполнительных механизмов (барабан, диск). На современных легковых авто чаще используется гидропривод, реже — электрический, пневмо или комбинированный варианты. В некоторых случаях для повышения давления жидкости и эффективности торможения применяются вакуумный усилитель и регулятор.

При отказе или неисправности главного тормоза (разгерметизация одного из контуров и понижение уровня жидкости до критического) задействуется резервная тормозная система. Работает она как самостоятельный узел или вкупе с ручником.

Ручной или стояночный тормоз, оснащённый механическим приводом, предназначен для:

• удержания машины на спусках;
• аварийного торможения в чрезвычайных случаях.

Коэффициенты эффективности замедления автомобиля, движущегося со скоростью 80 км/ч при усилии на педаль до 50 кг основной системы и подсистем:

• главный тормоз — не меньше 5,8 м/с2;
• аварийный и ручной — 2,75 м/с2.

Принцип функционирования тормозов прост. После нажатия на педаль тормозное усилие передаётся на колёсные механизмы. Последние прижимают к дискам колодки, тем самым останавливая вращение.

Устройство шасси автомобиля

Шасси автомобиля состоит из множества механизмов, передающих крутящийся момент от двигателя к колесам, передвигающих автомобиль и управляющих им: трансмиссии, механизма управления автомобилем и ходовой части.

Сцепление автомобиля

Сцепление служит для того, чтобы передавать крутящий момент двигателя к коробке передач и плавно соединять или разъединять двигатель с механизмами трансмиссии. От педали сцепления идет трос, приводящий в действие механизм сцепления. Сцепление служит для предохранения деталей двигателя и трансмиссии от перегрузки и повреждения при резком включении передачи или торможении.

Механизм управления автомобиля

Механизм управления автомобиля – это руль и тормоза (дисковые и барабанные). Руль позволяет вам менять направление движения автомобиля, а тормоза регулируют его скорость, останавливают автомобиль и удерживают его на месте.

Устройство современного автомобиля

Автомобильная промышленность не стоит на месте, и все время совершенствуется, в связи с этим происходит постоянная смена составляющих автотранспорта, тем не менее базовые узлы и агрегаты остаются неизменными:

• Двигатель внутреннего сгорания;
• Трансмиссия;
• Кузов;
• Салон с различными функциями и опциями.

Двигатели разделяют на несколько видов, это разделение производится по виду топлива используемого при работе. Двигатели бывают дизельные, бензиновые, газовые и комбинированные. Состав всех двигателей практически одинаковый, он состоит из следующих узлов:

• Блока цилиндров.
• Головки блока цилиндров, в которую входят распределительный вал и клапана.
• Кривошипно-шатунного механизма, в который входят коленчатый вал, поршень и шатун.
• Система охлаждения, включающая в себя водяной насос, радиатор, вентилятор, датчик температуры, расширительный бачок, термостат и патрубки системы.
• Система смазки, состоящая из масляного насоса, масляного заборника, фильтрующего элемента и датчика аварийного давления, датчик уровня масла.
• Система питания частично относится к двигателю, состоит из топливного насоса, топливных форсунок или карбюратора, дроссельного узла.
• Электронное управление, включает в себя блок управления двигателем и разнообразный комплект датчиков, отвечающих за работу двигателя внутреннего сгорания.

Принцип работы превратить тепловую энергию в механическую энергию. Топливовоздушная смесь попадает в камеру сгорания через впускной клапан, путем разряжения, созданного поршнем в цилиндр. Затем происходит сжатие смеси за счет движения поршня вверх при закрытых клапанов.

В момент критического сжатия подается искра, которая воспламеняет смесь и заставляет поршень двигаться вниз, затем происходит открытие выпускного клапана и выхлопные газы попадают в выпускной коллектор. Работа дизельного двигателя немного отличается, там воспламенения происходит при сильном сжатии без подачи искры.

Также в последнее время все чаще встречаются гибридные двигатели и электрические двигатели. В гибридном исполнении используется двигатель внутреннего сгорания для вращения генератора, а колеса приводятся в движение электромотором. Основным отличием является наличие аккумуляторных батарей. Электромобили приводятся в движение электромотором, а энергия поступает от аккумуляторов.

Трансмиссия также имеет несколько вариантов исполнения в зависимости от привода автомашины.

В состав трансмиссии авто с передним приводом входит коробка перемены передач и привода с шарнирами равных угловых скоростей.

Коробка передач тоже имеет варианты исполнения такие, как:

• Автоматическая;
• Вариатор;
• Механическая;
• Робот.

В состав трансмиссии заднеприводной машины дополнительно включены карданная передача и задний мост или редуктор. В мосту реализация передачи крутящего момента организована полуосями, а в редукторных версиях, также шарнирами равных угловых скоростей.

Трансмиссия полноприводного автомобиля также имеет варианты исполнения:

1. Коробка перемены передач, карданные передачи, раздаточная коробка передач и передний и задний мосты автомобиля.
2. Коробка перемены передач, карданные передачи, угловой редуктор, редуктор задней оси, и шарниры равных угловых скоростей.

Надо отметить, что также встречаются смешанные варианты реализации полного привода.

Трансмиссия обеспечивает передачу крутящего момента от двигателя внутреннего сгорания к колесам автомобиля.

Имеет множество вариаций:

• Седан;
• Купе;
• Универсал;
• Хэтчбек;
• Лифтбек;
• Кабриолет;

И еще множество различных вариаций без учета коммерческого транспорта. Кузов авто играет одну из самых важных ролей в безопасности водителя и пассажиров, а также важной составляющей кузова являются, его аэродинамические свойства, что позволяет уменьшить расход топлива и увеличить скоростные показатели. В состав кузова входят такие детали, как: двери, крышка багажника, капот, бампера, стекла, уплотнители, основа кузова с боковыми панелями, крыльями и крышей.

Салон современного автомобиля обладает высоким уровнем комфорта, за счет множества систем автомобиля. Устройство кондиционирования обеспечивает создание комфортного микроклимата в салоне автомобиля в независимости от погоды на улице. На некоторых моделях автотранспорта установлен многозонный климат контроль, который организовывает микроклимат для каждого отдельного пассажира.

Сиденья автомобиля стало иметь множество регулировок, так что любой водитель или пассажир может настроить сиденья под себя для комфортной посадки. А также в сиденьях имеются функции подогрева, охлаждения и даже массажа. Многие автомобили на данный момент оборудуются датчиками света и дождя, что, несомненно, создает комфорт водителю.

И не стоит забывать о вспомогательных системах: парковочный радар, обзорные камеры по периметру автомобиля, помощник при парковке. Мультимедийные устройства позволяют не только прослушивать аудио-файлы, но и также просматривать видео и имеют выход в интернет, во многих системах установлен bluetooth, что позволяет производить общение по телефону с помощью мультимедиа, не отвлекаясь от управления транспортным средством.

Современные автомобили полностью окутаны электроникой начиная от блока управления двигателем, заканчивая датчиками давления в колесах. Управления двигателем и другими функциями осуществляется программным способом по средствам ЭБУ (электронного блока управления).

Управления тормозной системой производится по средствам датчиков и блока управления ABS. А также по средствам электроники производится управление антипробуксовочной функцией. На современном автомобиле практически 90% элементов имеют связь с электроникой.

Задняя подвеска автомобиля разделяется на зависимую подвеску и независимую. Зависимая подвеска реализована балкой, амортизаторами, пружинами. Встречаются варианты рессор вместо пружин или пневмобалонов. Независимая подвеска состоит из полурамника с рычагами, такая подвеска более мягкая и комфортная в отличие от зависимой подвески.

Передняя подвеска также имеет рычаги, поворотные кулаки, стабилизатора, амортизаторы и пружины или варианты. На внедорожниках можно встретить торсионную подвеску. Отличие такой подвески в использовании торсиона вместо пружин.

Рулевое управление состоит из реечного механизма, соединенного с рулевым колесом по средствам рулевых карданных передач, усилителя руля (гидропривод или электропривод). Гидроусилитель работает за счет гидравлического масла, нагнетаемого насосом в рулевую рейку, электроусилитель организован электромотором, установленным непосредственно на рулевом механизме.

Эти системы различают по принципу работы гидравлическая и воздушная тормозные системы. Воздушная система в большинстве случаев реализована на грузовых транспортных средствах и работает за счет давления воздуха, накачиваемого в баллоны компрессором.

Гидравлическая тормозная система состоит из главного тормозного цилиндра с вакуумным усилителем, рабочих тормозных цилиндров, тормозных дисков или барабанов, тормозных колодок, стояночной тормозной системы. Работа данной системы заключается в передачи порции тормозной жидкости к рабочим тормозным цилиндрам, в результате происходит воздействие на тормозные колодки, которые останавливают диск, а соответственно и транспортное средство.

Это лишь основные системы автомобиля и не стоит забывать, что любой вид транспорта является технически сложной конструкцией, состоящей из множества систем, взаимодействующих между собой.

Датчики систем управления двигателем

Датчиковая аппаратура – важная и неотъемлемая часть системы управления двигателем. Прежде чем начинать подробный разговор обо всем многообразии датчиков и методиках их диагностики, нужно ввести несколько фундаментальных понятий.

Что такое датчик, зачем он нужен, какую функцию выполняет?

Основным элементом системы управления двигателем является электронный блок управления (ЭБУ). Он способен воспринимать информацию только в виде электрических сигналов, характеризующихся тем или иным значением напряжения, частоты, скважности и т.п. Но параметры работы двигателя носят чисто физические характеристики. Чтобы сообщить их блоку управления, необходимо преобразовать физическую величину в величину электрическую, пригодную для обработки в блоке управления в соответствии с заложенной в него программой. Итак,

Датчик – это элемент системы управления двигателем, задача которого состоит в преобразовании физических величин, характеризующих работу двигателя, в электрические величины, пригодные для обработки электронным блоком управления.

Перечислим физические величины и явления, информация о которых необходима блоку управления:

• температура;
• давление;
• частота вращения;
• концентрация;
• количество воздуха;
• пространственное положение;
• вибрация.

Перечисленную совокупность датчики преобразуют в электрические параметры:

• напряжение;
• ток;
• частота.

Принцип диагностики датчиковой аппаратуры

Диагностика любого датчика ЭСУД сводится к проверке адекватности преобразования физического параметра в электрический параметр.

Необходимо установить заведомо известное значение параметра на входе датчика и проконтролировать его выходной сигнал при помощи мотортестера или сканера.

Простой пример: датчик абсолютного давления во впускном коллекторе. В качестве эталона можно использовать атмосферное давление, которое будет присутствовать во впускном коллекторе заглушенного двигателя. Проконтролировав отображаемое датчиком в этом состоянии давление при помощи сканера, можно сделать вывод о достоверности его показаний.

Приведенный пример весьма примитивен, он призван лишь продемонстрировать общий принцип диагностики датчиковой аппаратуры. В обучающем курсе «Диагностика датчиковой аппаратуры» методики проверки каждого типа датчиков описаны очень подробно.

Предположим, есть некий датчик, подключенный к ЭБУ, и есть необходимость оценить его работоспособность (см. рисунок). Рассмотрим классическую схему подключения датчиков к блоку.

С блока управления на датчик подается питающее напряжение 5 В и масса. Сигнал с датчика поступает в блок и обрабатывается им.

Для проверки исправности датчиков применяются два основных диагностических прибора: сканер и мотортестер.

Подключив сканер, диагност получает возможность «увидеть» сигнал датчика «глазами» блока управления. Для того чтобы оценить выходной сигнал датчика при помощи мотортестера, необходимо подключить его щупы к цепи датчика, как показано на рисунке: один к массе, другой к сигнальному проводу.

Работа сканером более проста и удобна, но не следует забывать, что обмен информацией между ЭБУ и сканером происходит отнюдь не мгновенно, и какие-то интересные моменты сигнала можно попросту не обнаружить. Помимо этого, сканер невозможно использовать на достаточно старых автомобилях, примерно до середины девяностых годов, вследствие низкого уровня интеллекта и быстродействия тогдашних блоков управления.

Напротив, мотортестер позволяет оценить сигнал датчика очень качественно и подробно, не пропустив ни малейшей детали, хотя трудоемкость его применения выше, чем у сканера. Обратите внимание на то, что щупы мотортестера правильнее всего подключать непосредственно к разъему датчика. Особенно это касается щупа массы: не следует присоединять его к первой попавшейся точке массы двигателя.

Краткие итоги

Датчик представляет собой преобразователь физического параметра в параметр электрический, пригодный для обработки в ЭБУ. Физическими параметрами можно назвать температуру, давление, концентрацию, пространственное положение, количество воздуха, вибрацию. Электрические параметры, с которыми оперируют датчики, это напряжение, ток, частота. Проверку датчиков можно выполнить двумя приборами: сканером, подключив его к ЭБУ, и мотортестером, подключив его щупы непосредственно к сигнальному и массовому выводам датчика.

Особенности электрического подключения датчиков к цепям ЭСУД

Каким образом датчики подключаются к блоку управления?

Схема подключения датчиков представляет собой очень важный момент. Обратимся к рисунку.

Существует так называемая «масса», или общий провод электропроводки автомобиля. Она объединяет металлические части кузова и двигателя и подключается к минусовой клемме аккумулятора. Большинству датчиков требуется подключение к массе в силу особенностей их работы. ЭБУ также подключается к массе, на рисунке это точка 1.

Рассмотрим, каким образом подключается масса датчиков. На первый взгляд, массу можно подключить к датчику в любой ближайшей точке двигателя или кузова (точка 2), а сигнальный вывод датчика подключить к одному из контактов в разъеме блока. Посмотрим на полученную схему критически.

Что получается?

А получается, что цепь датчика включает в себя участок кузова или двигателя автомобиля между точками 2 и 1. Одновременно с этим по кузову идут токи мощных нагрузок вроде ламп головного света, вентиляторов, электродвигателей стеклоочистителя и т.п. Получается, что по одному и тому же пути идут слабые токи датчика, содержащие полезную информацию, и большие токи мощных нагрузок. В итоге в цепи датчика возникают сильные помехи от электроприборов автомобиля и системы зажигания.

Такая ситуация совершенно недопустима, и подобное подключение массы датчиков (за редчайшим исключением) нигде не используется.

Куда же подключается масса датчиков? Она подключается непосредственно к блоку управления.

В такой ситуации цепь датчика оказывается не привязанной к цепи протекания токов нагрузок и сигнал датчика без помех и искажений поступает в ЭБУ. Сам блок, конечно же, подключен к массе автомобиля. Внутренняя структура ЭБУ, его характерные дефекты и методики ремонта изложены в обучающем курсе «Ремонт электронных блоков управления».

Если открыть любую базу данных и посмотреть назначение выводов ЭБУ, то можно увидеть назначение выводов вроде «Масса датчика положения дроссельной заслонки», «Масса датчика абсолютного давления» и т.п. Отдельным выводом выполнена «Масса электронного блока управления». Вот это и есть точка подключения массы ЭБУ, а массы всех датчиков подключаются к ЭБУ отдельно, внутри него они соединяются вместе и подключаются к массе блока.

Убедиться в сказанном достаточно просто с помощью тестера: достаточно прозвонить цепь массы любого датчика на минусовую клемму аккумулятора, а затем, сняв разъем с ЭБУ, убедиться, что цепь разорвалась.

В качестве примера приведем часть схемы ЭСУД с блоком управления MR-140.

Несложно убедиться в том, что массы датчика температуры охлаждающей жидкости (Engine Coolant Temperature, ECT Sensor), датчика положения дроссельной заслонки (Throttle Position, TP Sensor), датчика температуры воздуха (Intake Air Temperature, IAT Sensor) объединены сборкой S101 и подключены к выводу М64 блока управления, обозначенному как вывод массы. В эту же точку подключены выводы массы и экранирующей оплетки датчика детонации (Knock Sensor). Массы датчиков давления в системе кондиционирования воздуха (Air Condition Pressure, ACP Sensor) и датчика неровной дороги (Rough Road Sensor) также объединены и подключены к выводу К34 электронного блока.

Есть два исключения из этого правила: резонансный датчик детонации конструкции GM, который применялся на первых системах управления ВАЗ, и однопроводной датчик концентрации кислорода. Но это исключения, а отнюдь не правило.

К сожалению, многолетняя практика диагностики двигателей дает право констатировать, что вышеизложенные факты понимают далеко не все специалисты автосервиса.

Приходилось видеть двигатели, в электропроводку которых было произведено вмешательство с целью создать более надежный контакт массы датчика расхода воздуха. При этом провод массы подсоединялся непосредственно к выводу датчика и к минусовой клемме аккумулятора. Такое решение совершенно недопустимо. Оно приводит к значительному повышению уровня помех в цепи датчика вследствие образования контура и даже может при определенных обстоятельствах вызвать выход ЭБУ из строя. Никакое изменение схемы подключения датчиков, никакое привнесение лишних проводов в ЭСУД недопустимо.

Существуют датчики, информацию с которых необходимо донести до ЭБУ максимально качественно, без помех. Примером может служить датчик положения коленчатого вала. В таком случае провода от датчика до ЭБУ заключают в экран, представляющий собой гибкую оплетку из алюминиевой фольги либо тонкого провода. Назначение экрана – защита цепи датчика от внешних электромагнитных помех. Сам экран также подключается к массовому проводу системы и обозначается на электрической схеме в виде пунктирного контура вокруг проводов. Примером такого подключения служит датчик детонации на рисунке выше.

Разновидности датчиков. Принцип работы и методики проверки

Если изучать датчиковую аппаратуру, опираясь на существующие руководства по ремонту той или иной марки автомобилей, то можно обнаружить, что в каждом руководстве используется один и тот же подход. Перечисляются датчики, входящие в состав описываемой системы управления, и озвучивается их назначение. Для другого двигателя и другой системы опять-таки перечисляются датчики и т.д.

В некоторых книгах датчики ЭСУД и контрольные датчики, необходимые, например, для работы панели приборов (датчик давления масла, уровня охлаждающей жидкости и т.п.) вообще свалены в одну кучу. Такой подход представляется неконструктивным и не отображающим истинной картины.

Рассматривая датчиковую аппаратуру, мы будем применять другой метод подачи информации. Все датчики будут рассматриваться не по признаку наличия их на той или иной ЭСУД, а по принципу действия, по физическому явлению, лежащему в основе их функционирования.

Такой подход видится гораздо более правильным и доступным для понимания. Датчики одного и того же принципа действия используются в абсолютно разных узлах автомобиля, и для диагноста, усвоившего принцип их работы и методику диагностики, не составит труда проверить работоспособность любого из них.

Например, датчик уровня топлива, датчик расхода воздуха флюгерного типа, датчик положения клапана рециркуляции отработанных газов и датчик положения педали акселератора, несмотря на кажущуюся несхожесть, диагностируются абсолютно одинаково, по одному и тому же принципу.

Поэтому будем рассматривать не наборы датчиков для той или иной системы управления, а их типы, исходя из физического принципа функционирования. Для примера разберем датчики потенциометрического типа.

Датчики потенциометрического типа

Это один из самых несложных в понимании принципов действия и диагностики типов датчиков.

Что такое потенциометр?

Его смысл зашифрован в самом названии: это измеритель электрического потенциала. В электрических схемах потенциометр обозначается следующим образом: стандартное обозначение резистора, но со стрелкой, символизирующий подвижный контакт.

Если на верхний вывод потенциометра подать напряжение, скажем, 12 В, а нижний соединить с массой, то при перемещении полозка потенциометра напряжение между массой и сигнальным выводом будет изменяться от нуля до 12 В. Это в идеальном случае, в реальности же напряжение не будет доходить до нуля и до 12 В. Конструктивно датчик представляет собой резистивную дорожку в форме дуги или подковы, по которой перемещается ползунок. Один конец резистивной дорожки подключается к массе, на другой подается питающее напряжение. С ползунка снимается выходной сигнал.

Такой потенциометр использовался когда-то давно на радиоэлектронной аппаратуре для регулировки громкости звука: на него подавалось напряжение звуковой частоты, а с полозка оно снималось и шло на усилитель. В итоге, вращая ручку регулятора, можно было установить желаемый уровень громкости.

Где такой датчик можно применять в автомобиле?

Совершенно очевидно, его можно использовать там, где необходимо измерить пространственное положение какого-либо узла. Не важно, какого именно. Если узел подвижный, если он перемещается и занимает различные положения, а нам необходимо это положение определить, то практически повсеместно для этого используются датчики потенциометрического типа.

Классический пример датчика положения – указатель уровня топлива в баке. Поплавок с рычагом, установленный на шарнир и имеющий возможность перемещаться в одной плоскости. Рычаг соединен с полозком потенциометрического датчика. Напряжение с полозка подается на панель приборов и отклоняет стрелку указателя. Нужно отметить, что такая схема работы указателя уровня топлива уже весьма устарела и на большинстве современных автомобилей, оснащенных электронной панелью приборов, не применяется.

Где датчики такого типа используются на двигателе? Перечислим основные области применения:

• датчик положения дроссельной заслонки (ДПДЗ);
• датчик положения педали акселератора (ДППА);
• датчик положения клапана рециркуляции отработанных газов;
• датчик объемного расхода воздуха флюгерного типа;
• датчик положения заслонок впускного коллектора.

Перечислено далеко не все. Одним словом, везде, где нужно иметь информацию о пространственном положении узла, применяются датчики потенциометрического типа.

Методы диагностики таких датчиков рассмотрим на примере датчика положения дроссельной заслонки. Он устанавливается на дроссельном узле и преобразует в напряжение текущее положение дроссельной заслонки. На датчик подается напряжение 5 В с ЭБУ, но конструктивно датчик выполнен таким образом, что напряжение на нем никогда не будет равно 0 или 5 В. Это сделано для того, чтобы ЭБУ мог контролировать цепь датчика и различать нулевое положение и короткое замыкание сигнальной цепи на массу либо напротив, положение максимального открытия дросселя и замыкание на питающее напряжение 5 В. Поэтому в реальности напряжение на датчике изменяется не от 0 до 5 В, а от 0.3..0.5 В до 4.5..4.7 В.

Проверить работоспособность датчика можно двумя способами:

1. Сканером. Для выполнения проверки нужно подключить сканер, войти в режим «Поток данных» и найти в списке напряжение на датчике. Затем, медленно поворачивая дроссельную заслонку от закрытого до полностью открытого состояния, контролировать численное значение напряжения. Оно должно нарастать плавно, без падений до нуля или бросков до максимального значения. Как вариант, можно оценивать не напряжение, а рассчитанное блоком положение заслонки в процентах. Опять-таки, количество процентов должно расти плавно, без хаотических появлений 0% и 100%. Следует отметить, что вследствие конечной скорости обмена между ЭБУ и сканером при такой методике проверки возможен пропуск дефектного места на резистивной дорожке датчика.
2. Мотортестером. Измерение выполняется в режиме самописца. Щупы мотортестера необходимо подключить к массе и сигнальному выводу датчика. Включить зажигание. Плавно перемещая дроссельную заслонку, наблюдать за осциллограммой. Проверка мотортестером является наиболее достоверной, позволяет обнаружить малейшие нарушения резистивного слоя, и для полноценной диагностики датчика необходимо отдавать предпочтение именно ей.

Рассмотрим несколько примеров осциллограмм исправных и неисправных датчиков потенциометрического типа.

Осциллограмма исправного датчика. Напряжение нарастает плавно, без скачков и провалов.

Датчик неисправен. Имеется износ резистивного слоя, приводящий к небольшим скачкам напряжения.

Сильный износ резистивного слоя. Броски напряжения достигают максимально возможного.

Рассказать о диагностике всех типов датчиков в рамках одной статьи невозможно. Все тонкости и нюансы диагностики датчиков термоанемометрического, терморезистивного, пьезоэлектрического и других подробно рассмотрены в обучающем курсе «Диагностика датчиковой аппаратуры»

Первая в России серийная система управления двухтопливным двигателем с функциональным разделением контроллеров

Если выразиться проще, то главным условием для лучшей работы двигателя, является точное дозирование топливовоздушной смеси, в зависимости от условий работы двигателя. То есть, в нужный момент времени при работе двигателя, необходимо подать точное количество топлива вместе с воздухом и в нужный момент воспламенить его, для получения хороших показателей мощности, топливной экономичности и норм токсичности. Этот момент, является основополагающим при совершенствовании систем управления двигателем.

В прошлом веке, автопроизводители в основном совершенствовали эти системы механическим путем. Пытались модернизировать систему зажигания, поплавковыми камерами карбюраторов регулировали подачу топлива, но все эти попытки оказались тщетны.

Единственно правильным путем оптимизации работы двигателя было создание электронной системы управления двигателем (ЭСУД). Эту систему сейчас используют абсолютно на всех современных автомобилях.

ЭСУД состоит из датчиков, электронного блока управления (ЭБУ), и исполнительных механизмов. То есть ЭСУД нельзя назвать просто компьютером или как его еще называют “инжектором”, так как это в первую очередь система, в которой каждый участник выполняет свою определенную роль.

ЭСУД на разных автомобилях могут отличаться друг от друга, по типу работы датчиков, либо исполнительных механизмов. Но суть всегда остается одной, ЭБУ собирает информацию со всех датчиков о текущем состоянии работы двигателя(положение коленчатого вала, положение и скорость открытия дроссельной заслонки и т.д.), в том числе о намерениях водителя, после чего на основе своего программного обеспечения создает управляющий сигнал на исполнительные механизмы (на топливные форсунки, электробензонасос (ЭБН), регулятор холостого хода (РХХ) и т.д.).

Неисправности впускного коллектора

Общие проблемы с впускным коллектором включают в себя:

• подсос воздуха;
• утечки охлаждающей жидкости или масла;
• снижение потока из-за накопления углерода;
• проблемы с впускными регулирующими заслонками.

В некоторых двигателях впускной коллектор может корродировать или растрескиваться, вызывая утечку вакуума или охлаждающей жидкости. Треснувший коллектор должен быть заменен, если его нельзя безопасно отремонтировать.

Утечки охлаждающей жидкости

В некоторых автомобилях во впускном коллекторе имеются каналы для охлаждающей жидкости, которые могут протекать из-за плохих прокладок или повреждений. Например, эта проблема была довольно распространенной в старых двигателях GM V6.

Если коллектор не поврежден и сопрягаемые поверхности находятся в хорошем состоянии, для решения проблемы обычно достаточно замены прокладок или повторного уплотнения коллектора. Если коллектор поврежден — его необходимо заменить.

Подсос воздуха

Изношенные прокладки впускного коллектора (на фото) часто вызывают утечки вакуума. Это может привести к неровному холостому ходу, остановке, а также к включению индикатора Check Engine. При этом на более высоких оборотах двигатель может работать нормально.

Например, коды неисправностей OBD-II P0171 и P0174 часто вызваны утечками во впускном коллекторе. Если подсос вызван плохими прокладками, ремонт включает снятие впускного коллектора, проверку и очистку монтажных поверхностей и замену прокладок. Посмотрите, например, это видео замене прокладок впускного коллектора на Рено Меган:

Часто источником подсоса воздуха может быть треснувший вакуумный шланг или патрубок, соединяющий впускной коллектор. В этом случае сломанный вакуумный шланг или патрубок необходимо заменить.

Иногда впускной коллектор может деформироваться, вызывая неправильное уплотнение прокладок. Деформированный впускной коллектор необходимо заменить. В некоторых автомобилях утечку вакуума можно определить по шипящему звуку из-под капота.

Отложения углерода

В некоторых двигателях, например, Volkswagen TDI Diesel, отложения углерода внутри впускного коллектора могут вызвать недостаток мощности, пропуски зажигания, дым и увеличение расхода топлива.

Проблемы с отложением углерода чаще встречаются в двигателях с турбонаддувом. Одним из основных симптомов является отсутствие тяги. Забитый впускной коллектор может потребоваться снять и почистить вручную.

В некоторых случаях замена впускного коллектора может оказаться более разумным решением, чем его очистка. Есть много скрытых областей внутри коллектора, которые не могут быть очищены.

Проблемы с заслонками изменения геометрии впуска

Регулирующие заслонки обычно приводятся в действие электрическими или вакуумными исполнительными механизмами. Часто резиновая диафрагма внутри вакуумного привода начинает протекать, и привод перестает работать.

Вакуумный исполнительный механизм легко проверить с помощью ручного вакуумного насоса. Если вакуумный привод пропускает, его необходимо заменить. Вместо насоса можно использовать медицинский шприц.

Блок управления двигателя (ЭБУ) запускает вакуумные приводы, включая и выключая небольшие электромагнитные клапаны контроля вакуума. Эти соленоиды также часто выходят из строя. Соленоиды тоже легко проверить с помощью ручного вакуумного насоса.

Другой распространенной проблемой является случай, когда клапан изменения геометрии впуска залипает из-за накопления углерода или когда клапан деформирован. В этом случае коллектор необходимо заменить.

Например, проблемы с впускным коллектором (регулирующим клапаном) часто встречаются в некоторых двигателях VW / Audi. Volkswagen продлил гарантию на впускной коллектор для определенных автомобилей Audi / Volkswagen 2008-2011 модельного года с двигателями 2.0 TFSI с кодами двигателей CBFA и CCTA.

Во многих автомобилях BMW неисправный клапан DISA, установленный во впускном коллекторе, также является общей проблемой. Посмотрите это видео о проверке клапана DISA в BMW:

ЭСУД что такое, расшифровка

ЭСУД – электронная система управления двигателем. Представляет собой комплект электронно-вычислительного оборудования, отвечающего за работу только двигателя или двигателя вместе с другими системами легковой машины. По сути это автомобильный бортовой компьютер.

Виды систем

ЭСУД делятся на два типа, имеющие свои преимущества и недостатки:

1. В первом случае, который часто называют английской аббревиатурой ECM (Engine Control Module), компьютер управляет только мотором.
2. Во втором, ECU (Electronic Control Unit), он отвечает за все системы машины: двигатель, подвеску и т. д.

ВАЖНО! Общий для всех систем блок применяется чаще, поскольку это упрощает внутреннее устройство автомобиля с конструктивной точки зрения и удешевляет сборку. То есть, проще провести все провода от всех датчиков в одно место, чем устанавливать их в разные места.

С другой стороны, единый блок – менее безопасный вариант, чем «раздельные зоны ответственности» для разных систем. Его неисправность отразится на работе всех механизмов машины в то время как отдельные блоки работают независимо друг от друга. Например, тормозная система может сработать корректно при неисправности управления или двигателя.

Единый блок управления состоит из следующих элементов:

• Моторно-трансмиссионный блок.
• Блок контроля тормозной системы.
• Центральный блок управления.
• Синхронизационный блок.
• Блок контроля кузова.
• Блок контроля подвески.

Описание сорта

Своим названием груша Бергамот обязана итальянскому городу Бергамо, где были выведены большинство таких сортов. В последующем уже российские селекционеры выводили различные виды и разновидности, которые были районированы для выращивания в условиях средней полосы, юга и Кавказа.

Сегодня сорт груши Бергамот получил широкое распространение в странах Западной Европы, в Китае и России. Холодостойкие сорта пользуются большой популярностью в России. Тогда как теплолюбивые Бергамоты, которые отличаются великолепной урожайностью, получили распространение в Европе, где отмечается мягкий климат.

Бергамот — это такие груши с высотой деревьев средних размеров, однако встречаются как настоящие великаны, высотой в 10 метров и более, так и низкорослые разновидности.

Урожайность у таких груш чрезвычайно высокая и ежегодная. Особенностью всех сортов Бергамот является форма плода, которая имеет приплюснутую сферическую форму. Большинство груш этого сорта имеют вес не более 120 грамм.

В созревших фруктах содержится большое количество хлорогеновой кислоты и арбутина. Прием в пищу таких фруктов улучшает работу желчного пузыря, печени и выводит из организма шлаки и соли.

Где находится ЭСУД

В подавляющем большинстве случаев ЭСУД, точнее – ЭБУ (электронный блок управления), находится под приборной панелью. В разных моделях автомобилей он может находиться по центру или в районе руля. Как правило, добраться до него достаточно просто с помощью обычной отвертки. Такое расположение сделано для облегчения доступа. Визуально как отечественный, так и зарубежный ЭБУ представляет собой небольшой (обычно размером примерно с две ладони) плоский ящик с гнездами для проводов.

Устройство ЭСУД

Поскольку электронная система управления двигателем это, по сути, компьютер, технически она устроена примерно так же, как стандартный ПК. Система помнит базовые установки, заложенные производителем и следит за соблюдением этих параметров в процессе работы двигателя.

На техническом уровне блок состоит из:

• Постоянного запоминающего устройства (ППЗУ). Это память, которая содержит базовый алгоритм управления мотором. Его можно изменить вручную. При отключении двигателя установки не удаляются.
• Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ). Память, которая обрабатывает оперативные данные, поступающие от систем: соответствие заданным в ППЗУ параметрам, ошибки и т.п. Устройство имеет дополнительный источник питания – от аккумулятора, поэтому оно может сохранять данные, даже если прерывать питание.
• Электрически программируемое запоминающее устройство (ЭРПЗУ). Память, где хранятся коды противоугонной системы. Также отвечает за функционирование иммобилайзера.

Схемы включения транзистора

Для включения в схему транзистор должен иметь четыре вывода — два входных и два выходных. Но транзисторы почти всех разновидностей имеют только три вывода. Для включения трёхвыводного прибора необходимо один из выводов назначить общим, и, поскольку таких комбинаций может быть только три, то существуют три основные схемы включения транзистора:

Схемы включения биполярного транзистора

• с общим эмиттером (ОЭ) — осуществляет усиление как по току, так и по напряжению — наиболее часто применяемая схема;
• с общим коллектором (ОК) — осуществляет усиление только по току — применяется для согласования высокоимпедансных источников сигнала с низкоомными сопротивлениями нагрузок;
• с общей базой (ОБ) — усиление только по напряжению, в силу своих недостатков в однотранзисторных каскадах усиления применяется редко (в основном в усилителях СВЧ), обычно в составных схемах (например, каскодных).

Схемы включения полевого транзистора

Полевые транзисторы, как с p-n переходом (канальные), так и МОП (МДП) имеют следующие схемы включения:

• с общим истоком (ОИ) — аналог ОЭ биполярного транзистора;
• с общим стоком (ОС) — аналог ОК биполярного транзистора;
• с общим затвором (ОЗ) — аналог ОБ биполярного транзистора.

Схемы с открытым коллектором (стоком)

«Открытым коллектором (стоком)» называют включение транзистора по схеме с общим эмиттером (истоком) в составе электронного модуля или микросхемы, когда коллекторный (стоковый) вывод не соединяется с другими элементами модуля (микросхемы), а непосредственно выводится наружу (на разъем модуля или вывод микросхемы). Выбор нагрузки транзистора и тока коллектора (стока) при этом оставляется за разработчиком конечной схемы, в составе которой применяются модуль или микросхема. В частности, нагрузка такого транзистора может быть подключена к источнику питания с более высоким или низким напряжением, чем напряжение питания модуля/микросхемы. Такой подход значительно расширяет рамки применимости модуля или микросхемы за счет небольшого усложнения конечной схемы. Транзисторы с открытым коллектором (стоком) применяются в , микросхемах с мощными выходными каскадами, преобразователях уровней, шинных формирователях (драйверах) и т. п.

Статья с подробным описанием принципа (в англоязычном разделе).

Реже применяется обратное включение — с открытым эмиттером (истоком). Оно также позволяет выбирать нагрузку транзистора изменением внешних компонентов, подавать на эмиттер/сток напряжение полярности, противоположной напряжению питания основной схемы (например, отрицательное напряжение для схем с биполярными транзисторами n-p-n или N-канальными полевыми), и т. п.

Устройство ЭСУД

В этом разделе мы рассмотрим то, что входит в состав контроллера, как он работает и за счет чего происходит контроль над мотором и прочими элементами. Если же брать как пример электронных систем максимально простой автомобиль, те же самые первые инжекторные автомобили ВАЗ, где компьютер управляет только мотором, то здесь все остальные элементы машины чисто механические. А блок выглядит чуть больше коммутатора от бесконтактного зажигания.

Устройство контроллера

Электронная система управления двигателем включает в себя массу различных элементов, главным из которых, конечно же, является бортовой компьютер. Представляет он из себя микропроцессорное устройство имеющие специальное назначение. Внутри располагается почти то же самое, что и у обычного настольного компьютера: оперативное запоминающие устройство (ОЗУ) и программируемое постоянное устройство запоминания (ППЗУ). ОЗУ необходимо компьютеру, чтобы хранить постоянно изменяющуюся информацию, например, характер работы двигателя в определенный момент. Здесь же храниться и все ошибки, что возникают в процессе работы машины, отсюда берутся эти показания и высвечиваются на приборной панели водителя в виде специальных ламп, или же, при наличии экрана, пишется непосредственно кода ошибки. При отключении питания все, что было записано в ОЗУ стирается.

Постоянная память хранит в себе заложенную программу по управлению двигателем на все случаи жизни. Это программа представляет собой алгоритм команд для правильно работы мотора, все калибровочные настройки. Это своеобразный жесткий диск компьютера, который независимо от наличия питания хранит всю заложенную информацию в себе. К слову, неоднозначный чип-тюнинг занимается именно изменением программы машины на более комфортабельную. Так, в зависимости от пожеланий клиента может быть установлена программа, которая бы увеличивала мощность мотора, но при этом повышался бы расход. С другой стороны, посредство замены программы можно добиться повышения экономичности автомобиля, но упадет тяга. Это очень удобно: можно подкорректировать работу мотора в зависимости от насущных потребностей.

Принцип работы

В свое работе компьютер использует показания с датчиков, основываясь на них, формируется задача для всех исполнительных устройств. В их число входят такие элементы, как топливный насос, форсунки в головке блока, система зажигания и прочее. К тому же. В задачи контроллера входит и диагностика правильности работы всех систем машины. Так называемая система самодиагностики. Если же находится какая-то неисправность, то загорается соответствующая лампа на приборной панели, или же просто запоминается код ошибки.

Говоря о контроле над мотором, то здесь главной задачей является непосредственно управление впрыском топлива. Происходить это должно в точный момент и в определённой последовательности, в зависимости от порядка работы двигателя и от нагрузки на двигатель в этот момент. Среди датчиков можно обнаружить такие: датчик положения распределительного и коленчатого вала, датчик массового расхода воздуха, датчик положения педали акселератора, датчик положения дроссельной заслонки, и масса прочих. Все они вкладывают свою лепту в процесс смесеобразования и момента впрыска топлива в цилиндры. К слову, консистенция топлива также регулируется компьютером. Топливно-воздушная смесь образовывается во впускном коллекторе, и она всегда готова к впрыску. Впрыск происходит посредством форсунок. Система зажигания также контролируется блоком управления, искра подается точно в момент, когда поршень находится в верхней мертвой точке, топливо уже впрыснуто, а все клапана закрыты.

За счет чего он работает?

Инжекторные двигатели работают тактами; каждый такт обеспечивает операцию:

1. Заполнение горючим цилиндров.
2. Сжатие его поршнем для сгорания.
3. Рабочий ход — получение механической энергии путем детонации горючего вещества.
4. Вывод переработанного сырья в атмосферу.

Наиболее востребованными автопромом являются 4-х тактные ДВС на бензиновой тяге.На их примере изучим принцип работы инжекторного двигателя.

При первом такте поршень максимально опускается вниз — через клапан подается перемешанный с воздухом бензин. Далее, поршень поднимается до упора, закрывая клапан и сжимая смесь. После этого свеча отсекает искру — она запускает детонацию сдавленного вещества.

Повышение температуры в камере и образование газов продвигают поршень вперед, а коленвал за счет инерции возвращает его на верхнюю позицию. При высокой скорости оборотов давление нагнетается еще больше, открывается выходной клапан. Продукты переработки бензина устремляются к нему.

Для более рационального функционирования используется комплекс датчиков, которые определяют получаемую на механизмы нагрузку, рассчитывают порции компонентов детонирующей смеси для обеспечения движения с циклом, равным такту.

Программная «начинка» их устроена так, что каждый срабатывает параллельно режимам мотора, отслеживает изменения в циклах и подстраивается под них. Такая функциональность позволяет подстраивать расход горючего под индивидуальный стиль вождения, повысить КПД.

Диагностика

Помимо автоматической проверки корректности функционирования ЭСУД, специалисты рекомендуют проводить регулярное диагностирование системы. В среднем обслуживание стоит делать каждые 15 тыс км пробега. Диагностика ЭСУД проводится с помощью специального тестера, подключаемого в специальный разъем. Иногда используется беспроводной адаптер, использующий специальный протокол.

ВАЖНО! Лучше всего, если показатели будут расшифровываться специалистом, который на основании полученных данных может сделать вывод – какой конкретно элемент ЭСУД барахлит. После предварительных выводов, проводится более точная проверка вызывающего подозрения элемента.

Перед проведением тестов с помощью сканера, надо проверить питание системы и ее отдельных фрагментов. Причиной неисправности может быть поврежденная электропроводка, короткие замыкания, коррозия, различные помехи.

Системы передачи данных

Современное автомобилестроение интенсивно внедряет инновационные технологии в системах управления. Общая тенденция в области автоматизации автомобилей состоит в замене традиционной централизованной системы управления распределенной системой управления путем соединения блоков управления интеллектуальных датчиков и исполнительных механизмов. Это вызвано ростом числа проводов связи, увеличением количества соединений, сложностью диагностирования автомобилей и снижением надежности. Увеличивающееся применение электронных систем управления автомобилей с обратной и без обратной связи требует, чтобы индивидуальные ЭБУ работали в сети друг с другом. Такие системы управления включают:

• управление коробкой передач;
• электронное управление двигателем или регулирование подачи топлива;
• антиблокировочную систему тормозов (ABS);
• противобуксовочную электронную систему (TCS);
• электронную систему курсовой устойчивости (ESP);
• систему управления тормозным моментом (MSR);
• электронный иммобилайзер (EWS);
• бортовой компьютер и т.д.

Обмен информацией между системами уменьшает общее количество необходимых датчиков и улучшает управление отдельными системами. Интерфейсы систем передачи информации, проектируемые для применения в автомобилях, могут быть подразделены на четыре категории:

1. обычная передача данных;
2. последовательная цифровая передача данных, т.е. сеть контроллеров (CAN);
3. широкополосные шины передачи данных с временным разделением каналов (шина FlexRay);
4. оптическая передача данных (шина типа МОSТ).

Обычная передача данных в автомобиле (рис. 4) характеризуется тем, что каждый сигнал имеет свой собственный канал связи (провод). При этом с каждой дополнительной информацией возрастает также число проводов и количество контактов на блоке управления, поэтому подобный тип передачи информации оправдывает себя только в случае ограниченного объема передаваемых данных.

Рис. 4. Схема обычной передачи данных

Увеличение обмена данными между электрическими компонентами автомобиля уже достигли таких объемов, что дальнейшие попытки управления через обычные интерфейсы уже не удовлетворяют современные системы управления, поэтому стали применяться шины передачи данных.

В связи с возросшими требованиями передачи информации в автомобильных системах управления, вместо обычной электропроводки в современных автомобилях используется последовательная цифровая передача данных. Все более широкое распространение находят электронные цифровые шины данных CAN (Controller Area Network). Цифровая передача данных значительно надежнее обычной аналоговой, так как шина лучше защищена от помех, контакты надежно изолированы от внешних воздействий.

Шина данных CAN является открытой системой, к которой могут быть подключены как медные провода, так и стекловолоконные проводники. CAN-шина облегчает диагностику и ремонт вышедших из строя компонентов системы управления автомобилем. Универсальная проводка подходит и для разных комплектаций одного автомобиля — дополнительные устройства просто подключаются к нужным разъемам.

В зависимости от приоритетов и требований к скорости передачи данных шина CAN может быть одноили двухпроводной.

Если для работы систем достаточно низкой скорости передачи данных, то используются шины с одним проводом связи, если скорость передачи должна быть высокой — шины с двумя проводами связи. Второй провод используется для проверки правильности переданной модулем управления информации и для самоконтроля модуля. Данные передаются по обоим проводам одновременно. Сигнал на первом проводе представляет собой перевернутое повторение сигнала, передаваемого по второму проводу.

Все связанные через шину CAN блоки управления подключаются к ней параллельно. Один из проводов шины CAN называется верхним — CAN H (High), другой — нижним — CAN L (Low). Два невзаимозаменяемых скрученных провода (рис. 5) образуют пару (Twisted Pair).

Рис. 5. Шина CAN

Скручивание проводов производится для того, чтобы ослабить помехи электромагнитного характера, а также излучающие помехи. Скручивание позволяет также устранить излучение шины, способное создать помехи в работе других устройств.

По проводу CAN H информация передается в виде электрических сигналов напряжением от 2,5 до 3,5 В, а по проводу CAN L — от 1,5 до 2,5 В (рис. 6). Разность напряжений, равная нулю, дает уровень логического нуля, а разность напряжений 2,0 В — уровень логической единицы.

Рис. 6. Передача информации по шине CAN: а — напряжение; б — разность напряжений; А, С — логический уровень равен 0; B — логический уровень равен 1

CAN — мультимастерная шина, т.е. без центрального управляющего устройства. Все подключаемые к центральному или центральным блокам электронные блоки разных систем (или контроллеры) равноправны — любой имеет доступ к передаваемым данным и может сам их передавать.

CAN-шина относится к типу последовательных; передача данных в шине выполняется по протоколу в виде обмена сообщениями между блоками управления через очень короткие промежутки времени. Протокол состоит из последовательности бит* информации, передающихся друг за другом. Число бит в протоколе передачи данных зависит от размера поля данных.

* Бит — базовая единица измерения количества информации, равная количеству информации, содержащемуся в опыте, имеющем два равно вероятных исхода (да или нет).

Данные передаются бит за битом и в такой же последовательности принимаются. Биты составляют отдельные поля (рис. 7), из них складываются так называемые кадры — основные информационные единицы.

Начало кадра обозначает начало протокола передачи данных.

Арбитражное поле используется для обозначения приоритета протокола передачи данных. Например, если двум блокам управления требуется отправить сообщения одновременно, то первым отправляет сообщение в блок управления с более высоким приоритетом. Кроме того, арбитражное поле используется для определения содержания сообщения (например, частоты вращения коленчатого вала двигателя).

Рис. 7. Кадр передачи данных: 1 — начало кадра (1 бит); 2 — арбитражное поле (11 бит); 3 — неиспользуемое (запасное) поле (1 бит); 4 — поле управления (6 бит); 5 — поле данных (64 бита); 6 — поле обнаружения ошибок CRC (16 бит); 7 — поле сигнала приемника передатчику ACK (2 бита); 8 — конец кадра (7 бит)

В поле управления (контрольное поле) в виде кода записывается количество элементов информации в поле данных. Этим обеспечивается возможность для каждого приемника проверить, были ли получены все необходимые данные.

В поле данных передаются элементы данных, являющиеся важными для других блоков управления. Оно содержит больше всего информации: от 0 до 64 бит (от 0 до 8 байт).

Поле CRC используется для обнаружения ошибок в процессе передачи данных.

Поле ACK содержит сигнал приемника передатчику о том, что протокол данных был успешно выполнен. В случае обнаружения ошибки информация об этом немедленно поступает в передатчик и отправка сообщения повторяется.

Конец кадра предназначен для проверки передатчиком протокола данных и отправки приемнику подтверждения о его безошибочном выполнении. В случае обнаружения ошибки передача данных немедленно прекращается, а затем выполняется повторно. После этого протокол передачи данных считается выполненным.

Один кадр может включать несколько параметров, например, кадр, выдаваемый ЭБУ системы впрыска топлива, может состоять из следующих параметров:

• частота вращения коленчатого вала двигателя;
• средний эффективный крутящий момент двигателя;
• заданная водителем скорость движения;
• состояние системы круиз-контроля (включена или не включена);
• разрешение на включение компрессора кондиционера;
• величина крутящего момента двигателя без учета воздействия автоматической коробки передач.

Рис. 8. Структура послания, передаваемого через шину CAN: 1 — идентификационный код послания (11 бит); 2 — содержание послания (до 8 × 8 бит); 3 — контрольная сумма (16 бит); 4 — подтверждение приема послания (2 бит)

Некоторые кадры выдаются периодически (например, кадр системы впрыска топлива — через каждые 10 с), другие — при наступлении какого-либо события (например, кадр, генерируемый ЭБУ подушек безопасности, выдается в случае удара, при этом выключается топливный насос, происходит разблокировка замков дверей и запрещается блокировка рулевой колонки).

Обмениваемая информация состоит из отдельных посланий, которые могут быть отправлены и получены каждым из блоков управления. Каждое из посланий (рис. 8), составленное согласно протоколу, содержит данные о каком-либо физическом параметре, например, о частоте вращения коленчатого вала.

Примером идентификационного кода послания может быть: двигатель, частота вращения коленчатого вала двигателя. В этом же послании могут содержаться и другие данные (например, указания о холостом ходе, передаче крутящего момента и других режимах работы двигателя). При этом величина частоты вращения представляется в двоичной форме, т.е. как последовательность нулей и единиц или бит (рис. 9). Например, значение частоты вращения двигателя 1800 об/мин может быть представлено как двоичное число 00010101.

Рис. 9. Передача электрических сигналов по времени

Пример упрощенной передачи данных на примере угла положения дроссельной заслонки, который показывает, как строится информация, дан в табл. 1. Положение дроссельной заслонки от 0° до 102° передается с шагом 0,4° 8 битами, таким образом возможно 256 вариантов комбинаций битов.

Таблица 1. Зависимость изменения данных в шине от положения (угла) дроссельной заслонки

Биты	Угол дроссельной заслонки
0000 0000	000,0°
0000 0001	000,4°
0000 0010	000,8°
……
0101 0101	034,0°
…….
1111 1111	102,0°

В современных автомобилях, как правило, применяются три вида шин, работающие с разными скоростями (рис. 10). Наиболее важные устройства и системы (антиблокировочная система тормозов, система курсовой устойчивости и др.) подключаются к скоростной магистрали с пропускной способностью 500…1000 Кб/с, практически обеспечивающей работу системы в реальном времени. Менее быстрые и важные приборы — система «Комфорт» или информационно-командная система (радио, монитор на центральной консоли, система навигации и кондиционирования) — завязаны на вторую шину со скоростью 95,2…100,0 Кб/с. Для остальных «медленных» устройств — система «Комфорт» (дверных замков, систем освещения, стеклоподъемников) — служит третья шина со скоростью 33,3…100,0 Кб/с.

Рис. 10. Система шин CAN (на примере автомобиля Polo модели 2002 г.): 1 — шина наиболее важных устройств; 2 — шина информационно-командной системы; 3 — шина системы комфорта; БУ — блок управления; ЗУ — запоминающее устройство

Вместо ключа зажигания в автомобилях, оборудованных CAN-шинами, используют электронный брелок, который взаимодействует с блоком управления двигателем через цифровую шину. Возросшие требования к скорости передачи и безопасности данных требуют применения широкополосных шин передачи данных с временным разделением (временным управлением) каналов (для сравнения: CAN представляет собой событийно-управляемую шину данных).

Шина FlexRay — это последовательная, детерминистическая и устойчивая к сбоям шина передачи данных для применения в автомобиле; скорость передачи данных составляет 10 Мб/с, что в 20 раз превышает скорость передачи по высокоскоростной шине CAN (500 Кб/с).

Важной особенностью FlexRay является также гарантированное время реакции или латентный период реагирования, т.е. время, которое требуется на прохождение сообщения от отправителя до получателя. В связи с этим говорят также о детерминистической (предопределенной, регламентированной) передаче. Это означает, что данные поступают к адресату или адресатам в строго определенный или предварительно заданный момент времени (возможно применение в режиме реального времени).

Шина FlexRay двухпроводная: плюсовой провод обозначают красным цветом, минусовой — синим. Уровень напряжения на обоих проводах колеблется (рис. 11) от минимума (2,2 В) до максимума (2,8 В) (для сравнения в высокоскоростной шине CAN 1,5…3,0 В). Уровень разностного напряжения составляет не менее 600 мВ (в высокоскоростной шине CAN 2 В).

Рис. 11. Передача информации по шине FlexRay

FlexRay работает с тремя состояниями сигнала:

• холостой сигнал — уровень напряжения обоих проводов шины составляет 2,5 В (режим холостого хода). Рецессивный сигнал означает, что уровень напряжения может быть превышен (перезаписан) другим блоком управления;
• 1 — плюсовой провод имеет высокий, а минусовой — низкий доминирующий уровень напряжения;
• 0 — плюсовой провод имеет низкий, а минусовой — высокий доминирующий уровень напряжения.

Доминирующий сигнал означает, что этот уровень напряжения не может быть превышен (перезаписан) другими блоками управления.

При таких параметрах уровня напряжения время передачи 1 бит составляет 100 нс (наносекунд) (для сравнения в высокоскоростной шине 2000 нс).

Центральный блок информационно-командной системы может соединяться с процессором навигационной и других систем посредством оптического кабеля — шины типа МОSТ (Media Oriented Systems Transport). Это необходимо для защиты линии передачи данных от помех. Для передачи данных через оптический кабель следует преобразовать аналоговую информацию в серии световых импульсов, которые затем могут распространяться по стеклянным волокнам кабеля. Длина световых волн меньше длины радиоволны, поэтому они не создают электромагнитных помех и сами являются невосприимчивыми к таковым.

Вокруг любого проводника, по которому проходит электрический ток (рис. 12), возникают поля, поэтому проложенные параллельно или перекрещивающиеся проводники тока создают взаимные помехи. Помехи создаются также электромагнитными волнами, генерируемыми, например, мобильным телефоном. При использовании волоконно-оптической связи такие помехи отсутствуют.

Рис. 12. Передача тока по волоконно-оптическому (а) и металлическому (б) проводникам: 1 — цифровая информация; 2 — оптический кабель; 3 — аналоговая или цифровая информация; 4 — металлический проводник; 5 — электромагнитное поле проводника

Преимуществом современных волокно-оптических систем, кроме отсутствия помех, является также скорость передачи данных, достигающая 21,2 Мб/с, что позволяет передавать информацию в виде цифрового сигнала. Такая связь применяется при приеме аудио- и видеопередач, что требует скорости передачи данных порядка 6 Мб/с и больше, в то время как шина CAN при большом количестве жил в жгуте проводов может передавать данные со скоростью не более 1 Мб/с.

Светодиод — один из основных компонентов волокно-оптической системы (рис. 13) предназначен для преобразования сигнала по напряжению в световой сигнал. Длина волны выработанных световых сигналов около 650 нм и их видно как красный свет. Световод предназначен для отправки световых волн, вырабатываемых в передатчике одного блока управления, на приемник другого блока управления. Фотодиод предназначен для преобразования световых волн в сигналы по напряжению.

Рис. 13. Основные компоненты волокно-оптической системы: 1 — световод; 2 — фотодиод; 3 — светодиод; 4 — трансивер

Недостатком волокно-оптической системы является требование плавных изгибов; радиус изгиба световода не должен превышать 25 мм.

Шина типа MOST представляет шину последовательной передачи данных (аудио- и видеосигналов, голосовых сигналов) по оптическому кабелю (рис. 14). С точки зрения физического исполнения в случае шины MOST речь идет о кольцевой структуре (топологии) сети. Шина типа MOST может включать до 64 устройств.

Рис. 14. Шина типа MOST (на примере Touareg 2011 Volkswagen): 1 — ЭБУ в комбинации приборов; 2 — диагностический интерфейс шин данных; 3 — ЭБУ информационной электронной системы; 4 — ТВ-тюнер; 5 — DVD-чейнджер; 6 — головное устройство аудиосистемы; 7 — ЭБУ цифровой аудиосистемы

Таблица масс ЭСУД в различных автомобилях

Массой в ЭСУД обычно выступает корпус машины. Если какой-то из контактов с массой теряет надежность, электросхема нарушается, качество работы системы падает. Например, двигатель начинает произвольно менять режим работы, набирая или сбрасывая обороты без участия водителя. Чтобы справиться с такой проблемой, надо знать места заземления ЭСУД.

Источник https://zsd-kabinet.ru/uchebnik-po-ustrojstvu-avtomobilya-ustrojstvo-avtomobilya

Источник https://pakhomov-school.ru/articles/diagnostika/datchiki-sistem-upravleniya-dvigatelem/

Источник https://avtostandart-m24.ru/avtomobili-drugoe/sistema-upravleniya-dvigatelem.html

Источник