Состав электрооборудования
В начале 2011 года в России фирма Nissan представила новый субкомпактный кроссовер В-клас-са Nissan Juke с полным или только передним приводом.
Электрооборудование автомобиля включает в себя многочисленные электронные устройства и электропроводку, которая выполнена по однопроводной схеме, функцию второго провода выполняет кузов автомобиля.
Комплекс электрооборудования автомобиля можно разделить на несколько основных групп:
- электронная система управления двигателя (ЭСУД);
- электронная система стабилизации ходовой части;
- электронная система трансмиссии;
- электронная система безопасности движения и комфортных условий водителя и пассажиров.
Номинальное напряжение бортовой сети составляет 12,6 В, для защиты электрических цепей применяются плавкие предохранители.
С устройством и работой некоторых из вышеперечисленных систем познакомимся более подробно.
Генератор и система запуска двигателя
Генератор предназначен для питания электропотребителей автомобиля и зарядки аккумуляторной батареи (АКБ) при работающем двигателе. Конструктивно генератор выполнен по трехфазной схеме переменного тока со встроенным выпрямительным блоком на кремневых диодах и интегральным регулятором напряжения.
Реле-регулятор обеспечивает стабильное выходное напряжение независимо от изменения частоты вращения ротора. Реле-регулятор установлен непосредственно в корпусе генератора.
На рис. 1 показан внешний вид генератора, установленного на автомобиле, и его конструкция, а на рис. 2 - электрическая схема подключения к общей схеме автомобиля с бензиновым двигателем.
Рис. 1. Внешний вид генератора
Рис. 2. Электрическая схема подключения генератора к общей схеме автомобиля с бензиновым двигателем
Работоспособность генератора контролируется светодиодом, который расположен на панели приборов. Для соединения аналоговой части генератора с цифровой CAN-шиной служит электронный аналого-цифровой преобразователь (АЦП), который расположен в моторном отсеке.
Система запуска двигателя
В зависимости от комплектации коробки переключения передач (КПП) - механической (МКПП) или автоматической (АКПП) - имеется два типа устройства запуска двигателя автомобиля.
Запуск ДВС производится двумя способами: механический запуск с помощью ключа и с помощью автоматической системы "старт-стоп". Принцип данной системы заключается в выключении двигателя при остановке автомобиля и его ускоренный запуск при нажатии на педаль сцепления (МКПП) или отпускании педали тормоза (АКПП). Данная система позволяет экономить топливо, снижает шумы и вредные выбросы в атмосферу отработанных газов.
На рис. 3 показана упрощенная схема системы запуска двигателя, а на рис. 4 (см. архив в конце статьи) пример электрической схемы автоматической системы запуска бензинового двигателя.
Рис. 3. Упрощенная схема системы запуска двигателя
Стартер системы запуска двигателя представляет собой электродвигатель постоянного тока с электромагнитным тяговым реле и обгонной муфтой. В режиме запуска двигателя стартер питается непосредственно от аккумуляторной батареи.
При включении стартера подается напряжение на контакт "1" тягового реле, которое посредством тягового рычага перемещает по оси стартера муфту и, тем самым, механически соединяет шестерню стартера с маховиком. Одновременно замыкаются контакты тягового реле, при этом напряжение подается на обмотку якоря и статора стартера. На рис. 5 показана конструкция стартера.
Рис. 5. Конструкция стартера
Электронная система управления двигателем
Бензиновый двигатель автомобиля оборудован ЭСУД с распределенным впрыском топлива. Данная система реализует выполнение требований к снижению токсичности выхлопных газов при разных режимах работы двигателя. Работа ЭСУД основана на принципе работы двигателя с обратной связью, основные элементы которой - каталитический нейтрализатор отработанных газов и датчиков концентрации кислорода.
Датчики концентрации кислорода (лямбда-зонд) непосредственно оценивают содержание кислорода и формируют сигнал на вход электронного блока управления автомобиля, который корректирует соотношение "воздух/топливо".
Системой распределенного впрыска управляет электронный блок управления (ЭБУ). Он управляет подачей топлива, моментом зажигания, частотой вращения коленчатого вала в режиме холостого хода, работой системы охлаждения двигателя, муфтой компрессора кондиционера, выполняет функцию самодиагностики элементов с дальнейшим оповещением водителя о возникших неисправностях.
В состав ЭБУ входят микроконтроллеры, вычислительные возможности которых позволяют решить сложные алгоритмы управления ЭСУД. В свою очередь, микроконтроллеры оснащены встроенной Flash-памятью и ОЗУ, АЦП, различными драйверами и т. д.
В системе распределенного впрыска топлива автомобиля применяются датчики, которые регистрируют общие характеристики того или иного узла с дальнейшей подачей сформированного сигнала на определенный контакт ЭБУ.
Место расположения ЭБУ в моторном отсеке показано на рис. 6, а на рис. 7 показана блок-схема ЭСУД с распределенным впрыском автомобилей Nissan Juke.
Рис. 6.
Рис. 7. Место расположения ЭБУ в моторном отсеке
Управлениетопливоподачей реализовано на принципе "электронной педали газа - акселератора". В состав данного узла входит электронный модуль дроссельного патрубка, который предназначен для дозирования подачи воздуха, поступающего во впускную трубу двигателя. Поступлением воздуха в двигатель управляет дроссельная заслонка, которая механически связана с помощью редуктора с электродвигателем. В состав модуля также входит датчик положения дроссельной заслонки магниторезонансного типа.
Управление работой всей системы электронного модуля дроссельного патрубка выполняется с помощью педали акселератора, которая состоит из нескольких потенциометров, механически связанных с педалью газа. На рис. 8 показана блок-схема системы управления топливоподачей.
Рис. 8. Блок-схема системы управления топливоподачей
С помощью ЭСУД реализовано электронное вычисление количества топлива, подаваемого под давлением на топливную рампу и, далее, на форсунки. При вычислении ЭБУ снимает параметры с нескольких датчиков, таких как: датчика положения и частоты вращения коленчатого вала двигателя, датчика температуры во впускной трубе, датчика охлаждающей жидкости, датчика абсолютного давления во впускной трубе, датчика детонации и др. Одновременно ЭБУ определяет положение дроссельной заслонки и педали газа. После завершения вычислений по определенному алгоритму, записанному во Flash-памяти, ЭБУ управляет исполнительными механизмами ЭСУД.
Информационная связь между определенными блоками и узлами ЭСУД и автомобиля происходит как с помощью аналоговых сигналов (например, с подачей напряжения определенного уровня), так и по цифровой шине CAN, специально разработанной для автоэлектроники и промышленной автоматики. Более подробно с принципами работы шины CAN можно познакомиться, например в [1].
Примечание.CAN - от английского Controller Area Network, что переводится как Сеть Контроллеров. Стандарт CAN разработан компанией Robert Bosch GmbH в 1980-х и в настоящее время широко распространен в промышленной автоматизации, технологиях "умного дома", автомобильной промышленности и многих других областях. Непосредственно стандарт CAN от Bosch определяет передачу в отрыве от физического уровня - он может быть каким угодно, например, радиоканалом или оптоволокном. Но на практике под CAN-сетью обычно подразумевается сеть топологии "шина" с физическим уровнем в виде дифференциальной пары, определенным в стандарте ISO 11898. Передача ведется кадрами, которые принимаются всеми узлами сети.
Системы безопасности автомобиля
Активная безопасность - анти-блокировочная система тормозов ABS и система курсовой устойчивости ESP
Система ABS (Antilock Brake System) является частью рабочей тормозной системы автомобиля и предназначена для автоматического регулирования степени проскальзывания колес в направлении их вращения во время торможения за счет изменения давления тормозной жидкости в рабочих тормозных цилиндрах с целью предотвращения потери управляемости и устойчивости автомобиля и повышения эффективности торможения. Система ABS также выполняет функции распределения тормозных сил по осям автомобиля и распределения тормозных сил по бортам автомобиля при торможении в повороте.
В состав ABS входят датчики определения угловой скорости колеса электромагнитного типа, которые установлены на неподвижной части ступиц передней и задней подвесок. На подвижной части ступиц всех колес автомобиля закреплен зубчатый венец. При вращении зубчатого венца зубцы изменяют магнитное поле датчика, при этом формируется импульсное напряжение, пропорциональное угловой скорости вращения колеса.
Сигналы от датчиков подаются непосредственно на ЭБУ, где по частоте следования импульсов определяется скорость вращения того или иного колеса в момент торможения автомобиля.
Основным узлом ABS является гидромодулятор со встроенным блоком управления, который после определения угловой скорости колес включает и выключает электромагнитные клапаны,тем самым управляет давлением в тормозных цилиндрах, исключая блокировку колес, и сохраняет управляемость автомобиля на сложном участке дороги.
На рис. 9 (см. архив в конце статьи) показана принципиальная электрическая схема системы ABS автомобиля Nissan Juke.
Кроме ABS автомобили Nissan Juke оснащаются электронной системой курсоустойчивости ESP (Electronic Stability Program). Система вступает в действие, когда появляется опасность возникновения заноса (сноса) и потери контроля над автомобилем. Благодаря нескольким датчикам (скорости вращения колес, давления в тормозной системе, положения руля, угловой скорости, поперечного ускорения) система примерно за 20 мс определяет, какие колеса нужно притормозить и насколько необходимо снизить обороты двигателя для стабилизации движения автомобиля.
Система пассивной безопасности SRS
SRS (Supplementary Restraint System) повышает уровень безопасности при столкновении автомобилей путем удержания передних пассажиров на своих сиденьях при аварии.
На Nissan Juke система SRS состоит из четырех модулей с подушками безопасности, электронного блока управления SRS, датчиков лобового удара, датчиков бокового удара, контрольной лампы SRS и часовой пружины.
Подушки безопасности располагаются в центре рулевого колеса, в панели над вещевым ящиком, в спинках передних сидений и по боковым краям потолочной панели.
На рис. 10 показано расположение элементов системы пассивной безопасности на автомобиле Nissan Juke, а на рис. 11 (см. архив в конце статьи) - ее принципиальная электрическая схема.
Рис. 10. Расположение элементов системы пассивной безопасности на автомобиле
Ремень безопасности с предна-тяжителем состоит из натяжного механизма и датчика ускорений, который реагирует на усилие при ударе, на рис. 12 показано устройство преднатяжителя ремня безопасности. При возникновении аварийной ситуации и запуске системы преднатяжителя ремней безопасности требуется примерно 14 мс, чтобы устранить слабину ремня от 6 до 12 см.
Рис. 12. Устройство преднатяжителя ремня безопасности
Система комфорта автомобиля
Одним из приоритетных направлений по совершенствованию автомобиля Nissan Juke является повышение комфорта водителя и пассажиров. Система комфорта автомобиля обеспечивается с помощью различных механических и электронных устройств. В состав этой системы входят такие устройства, как центральный замок с дистанционным управлением, освещение салона, противоугонная система (иммобилайзер), обогрев зеркал и их регулировка, парктро-ник, аудиосистема, штатная навигационная система и телефония и т.д.
Автомобиль комплектуется навигационной системой Nissan
Connect, которая позволяет оптимизировать функции устройства благодаря GPS-навигатору с модулем Bluetooth, с отображением на сенсорном экране, за счет которого обеспечивается легкое и удобное управление функциями телефона, аудиосистемы и навигатора.
Производителем этой системы является фирма Bosch, поставщиком картографии - NAVTEQ, в качестве носителя карт используется карта Flash-памяти типа SD. Изначально предустановлена карта России, отдельно можно приобрести карту Европы.
На рис. 13 показано расположение антенны GPS-навигатора и основной антенны телефонии на автомобиле.
Рис. 13. Расположение антенны GPS-навигатора и основной антенны на автомобиле
В продолжение этой темы в одном из следующих номеров журнала будет опубликован материал по диагностике и устранению типовых неисправностей ЭСУД и кодам ошибок этой системы.
Все необходимые рисунки и схемы находятся здесь.
Литература
1. Электроника в автомобиле. Серия "Ремонт" № 123. Солон-Пресс, 2012.
Автор: Николай Пчелинцев (г. Тамбов)
Источник: Ремонт и сервис