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.

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.

Виды

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.

ЭЛЕКТРОННЫЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ АВТОМОБИЛЯ

Применение электронных систем и устройств для управ­ления и регулирования различных процессов в авто­мобиле позволяет упростить его обслуживание, улуч­шить рабочие характеристики его механизмов, повысить надежность работы и безопасность езды, разгрузить во­дителя и предоставить ему нужную информацию в на­глядной форме.

Ниже приведены описания электронных устройств, которые могут быть установлены на автомобиле.

Автомобильный индикатор напряжения

Предлагаемое устройство позволяет с достаточной точностью определить напряжение в бортовой сети автомобиля и может быть использовано при зарядке аккумуляторных батарей. В качестве индикатора при­менен один светодиод зеленого свечения, характер све­чения определяет три уровня напряжения сети: менее 12 В — ниже нормы — прерывистые редкие вспыхивания светодиода, 12…14 В — нормальное напряжение — по­стоянное свечение, более 14 В — выше нормы — преры­вистые частые вспыхивания. Такой информации доста­точно для объективной оценки состояния бортовой сети.

Наличие одного элемента индикации выгодно отли­чает данное устройство от описанных ранее [Челебаев Н. Трехуровневый индикатор напряжения, — Радио, 1977, № 2, с. 29.] и про­мышленных индикаторов типа «Светлячок», «Тиса» и других, где применяется две — четыре информационные лампы.

Индикатор крепится на устройстве или может быть выносным и устанавливаться отдельно на приборном щитке. Принципиальная схема приведена на рис. 1.

Рис. 1. Автомобильный индикатор напряжения

Устройство состоит из генератора импульсов на элемен­тах DD2.1, DD2.2, логических элементов DD1, порогового устройства на стабилитронах VD1 и VD3, определяющих контролируемые уровни напряжения, выходного транзи­стора VT1 со светодиодом VD7 и параметрического ста­билизатора напряжения на элементах VD4, R6, С1 для питания микросхем и схемы индикации. Индикатор ра­ботает следующим образом.

При подаче напряжения генератор, частота импуль­сов выходного напряжения которого задается элемента­ми Rll, R12, R13 и С2, через инвертор DD2.3 переклю­чает транзистор VT1, в коллекторную цепь которого включен светодиод VD7. Когда напряжение в бортовой сети меньше 12 В, вспышки светодиода будут редкими с частотой около 1 Гц, стабилитроны VD1 и VD3 за­крыты и входы элементов DD1.1 и DD1.2 подключены через малое сопротивление резисторов Rl, R2 и R4, R5 в общей шине питания. На выходе этих элементов уста­навливается логическая 1, а на выходе DD1.3 — логи­ческий 0. :

Диоды VD5 и VD6 закрыты.

При увеличении напряжения сети до уровня стаби­лизации стабилитрона VD3 (более 12 В) последний открывается и подаёт высокий логический уровень на вход элемента DD1.2. Элементы DD1.2, DD1.3 переклю­чаются и высоким логическим уровнем с выхода DD1.3 через цепь VD5, R8 открывается транзистор VT1 — све-тодиод излучает постоянный свет.

При дальнейшем повышении напряжения (более 14 В) открывается стабилитрон VD1 и переключает элемент DD1.1, с выхода которого логический 0 подает запрет на DD1.2, открывает диод VD6 и через резис­тор R9 частично шунтирует частотно-задающую цепь ге­нератора, увеличивая его частоту. Переключившиеся элементы DD1.2, DD1.3 снимают с базы транзистора вы­сокий уровень от DD1.3 и импульсы генератора через ин­вертор DD2.3 переключают его с повышенной (3 Гц) частотой.

При снижении напряжения процесс переключения режима индикации происходит в обратном порядке.

Уровни индицируемых напряжений устанавливаются переменными резисторами R1 в пределах 13,5…15 В и R4 — 11.5…13В.

Настройка индикатора сводится к подбору резисто­ров R9, R13 в пределах от 150 до 400 Ом и от 500 Ом до 2 кОм соответственно для получения наглядного соот­ношения между малой и большой частотой переключе­пия светодиода.

Ток, потребляемый индикатором при напряжении 15 В, равен 70 мА.

В устройстве можно применить микросхемы серии К133 и К155, использовав элементы ЛАЗ, ЛА4, ЛА8, но в этом случае потребуется изменение номиналов частотно-задающих элементов генератора.

Опорные стабилитроны VD1 и VD3 можно заменить на КС210Б, КС213Б или Д811, Д813. Применение по­следних потребует дополнительной температурной компенсации напряжений стабилизации.

Все резисторы МЛТ, переменные — СПЗ-22а, конден­саторы К50-6.

Сигнализатор ручного тормоза

Оповещение водителя о нарушении герметичности гидросистемы тормозных механизмов колес и включении ручного тормоза автомобиля «Москвич-2140» произво­дится с помощью одной сигнальной лампы, установлен­ной на панели приборов. При включении ручного тормоза лампа загорается постоянным светом, что не всегда привлекает внимание водителя в отличие от мигающего, и зачастую даже опытные водители забывают выключить ручной тормоз при трогании и движении автомобиля. Это вызывает повышенный износ тормозных накладок, дополнительную нагрузку на двигатель и нарушение ре-гуларовки системы привода ручного тормоза.

Предлагаемое устройство предназначено для подачи прерывистого звукового и светового сигнала водителю при трогании автомобиля с включенным ручным тор­мозом. Схема его подключения показана на примере автомобиля «Москвич-2140», но может быть выполнена на других моделях автомашин.

Устройство, схема которого показана на рис. 2, со­стоит из звукового генератора, собранного на транзи­сторах VT1, VT2, мультивибратора на транзисторах VT3, VT4 (обмотка реле К1 включена в цепь коллекто­ра VT3); дополнительного выключателя SB2 и штат­ных элементов электрооборудования — ключа зажига­ния SA1, датчика SP герметичности гидропривода тормо­зов, выключателя SB1 сигнальной лампы ручного тормо­за и сигнальной лампы HL.

Рис. 2. Сигнализатор ручного тормоза

Выключатель SB2 установлен под педалью сцепле­ния по аналогии с выключателем стоп-сигнала педали ножного тормоза. При нажатии на педаль сцепления контакты выключателя SB2 замыкаются, при отпуска­нии — размыкаются.

Работает устройство следующим образом. При вклю­ченном замке зажигания SA1 напряжение питания + 12 В подается на лампу HL и клемму 5 устройства. Замыканием контактов выключателя SB1 (ручной тор­моз включен) мультивибратор и сигнальная лампа под­ключаются к отрицательной шине питания по цепи: — 12 В, замкнутые контакты выключателя SB1, клем­ма 4 устройства, нормально замкнутые контакты К.1-1, выключатель SB2 и через диод VDl m лампу HL. Муль­тивибратор начинает работать.

Включаясь с частотой 1…2 Гц, реле К) своим нор­мально замкнутым контактом К1-1 коммутирует цепь пи­тания лампы, а при замкнутых контактах выключате­ля SB2 (педаль сцепления нажата) — и цепь питания звукового генератора.

Лампа и генератор «выдают» прерывистый световой и звуковой сигнал соответственно. При размыкании кон­тактов выключателя SB1 (ручной тормоз выключен) лампа и мультивибратор обесточиваются.

При срабатывании выключателя SP (нарушена гер­метичность гидропривода) сигнальная ламяа будет излучать постоянный свет как и обычно при данной не­исправности. Индикация же включенного состояния руч­ного тормоза при нажатой педали сцепления будет прежней — прерывистый звуковой сигнал. Это достига­ется разделением цепи выключателя SP и отрицатель­ной шины питания устройства встречно включенным дио­дом VD1, т. е. — 12 В может подводиться к устройству только через клемму 4 и замыкание контактов выклю­чателя SP не влияет на работу устройства.

В табл. 1 показаны состояния индикаторов при дейст­виях водителя ручным тормозом (переключатель SB1) и педалью сцепления (переключатель SB2) при трога-нии и движении автомобиля с нормальной и нарушен­ной герметичностью гидропривода тормозов.

Устройство подключается клеммами 1, 2 к выключа­телю SB2 педали сцепления, клеммой 3 — к освободив­шемуся . от проводника (а) контакту выключателя SP (см. рис. 2). Отключенный проводник (а) выключате­ля SB1 подсоединяется к клемме 4, клемма 5 — к шине питания — Н2 В.

1 Питание отключено

Нормальная герметичность гидропри­вода тормозов

2 Ручной тормоз включен, стоянка авто­мобиля .

3 Трогание и движение автомобиля с вы­ключенным ручным тормозом

4 Трогание автомобиля с включенным ручным тормозом .

5 Движение автомобиля с включенным ручным тормозом

Нарушение герметичности гидроприво­да тормоза

6 Ручной, тормоз включен (выключен), стоянка автомобиля

7 Трогание и движение автомобиля с вы­ключенным ручным тормозом

8 Трогание автомобиля с включенным ручным тормозом

9 Движение автомобиля с включенным ручным тормозом

Примечание: 0 — индикация отсутствует; Х — индикация пре­рывистая; + — : индикация постоянная.

В устройстве использованы транзисторы МП25 со статическим коэффициентом передачи тока 20…35, конденсаторы — Cl, C2 — МБМ, СЗ — К50-6, резисто­ры МЛТ, реле РЭС-15 (паспорт РС4.591.003.П2), звуко­вой излучатель — капсуль ДЭМШ-1А, выключа­тель SB2 — микропереключатель МП-1 с соответствую­щими элементами крепления.

Вместо указанных можно применить транзисто­ры МП26, МП39, МП40 с коэффициентом передачи тока не менее 20, диоды Д7А, Д226 и Д220, Д9Ж, Е, реле лю­бого типа на ток срабатывания не более 30…50 мА и напряжение питания 12 В.

Правильно собранное и подключенное устройство в настройке не, нуждается. Все его элементы расположены на печатной плате и помещены в металлический корпус. –

Монтаж и взаимное расположение полупроводниковых элементов некритичны. Габариты зависят в основном от типа применяемого реле и звукового излучателя.

Длительная эксплуатация устройства показала его надежность, удобство и необходимость.

Регулятор тактов стеклоочистителя

Современные автомобили оборудованы стеклоочисти­телем, который может работать в непрерывном и пульси­рующем режиме движения щеток. Второй режим очень удобен при моросящем дожде и слабом снеге, но авто­мобили ранних выпусков и некоторые современные мо­дели, например «Москвич-2140», не имеют пульсирующе­го режима, что создает определенные неудобства при их эксплуатации.

Предлагаемое устройство позволяет получить регули­руемый пульсирующий режим работы стеклоочистителя. В отличие от ранее опубликованных устройств, приме­няющих дополнительные выключатели и электромагнит­ные реле, этот регулятор рассчитан на использование штатного переключателя режимов работы стеклоочисти­теля и является бесконтактным. Подключение схемы к переключателю не изменяет существующих режимов ра­боты щеток (быстрый, медленный), а только задает паузу между тактами этих режимов. Пауза задается переменным резистором, ручка которого выведена на лицевую панель приборов.

Устройство, схема которого приведена на рис. 3, со­стоит из тиристорного ключа VS1, генератора импульсов на однопереходном транзисторе VT2 с элементами С2, R5 — R8, блока первоначального включения тиристо­ра — VT1, С1, УД2, Rl — R4, элементов защиты схемы от ЭДС самоиндукции — диода VD1 и конденсатора СЗ.

Работает устройство следующим образом. В исход­ном состоянии переключатель SA1 выключен, прибор обесточен, контакт SF1 разомкнут, конденсатор С1 за­ряжен до напряжения бортовой сети, цепь зарядки С1 следующая: +12 В, обмотка возбуждения (ОВ), С1, VD2, R1, общая шина.

Рис. 3. Регулятор тактов стеклоочистителя

При включении переключателя SA1 замыкаются его контакты 1, 3, подавая напряжение питания и одновре­менно подключая заряженный конденсатор С1 к переходу база — эмиттер транзистора VT1, который откры­вается на время разрядки этого конденсатора и вклю­чает тиристор VS1. Электродвигатель стеклоочистителя включается, замыкает свой контакт SF1, механически связанный с ним, и одновременно шунтирует цепь пита­ния генератора и тиристор, последний закрывается, а двигатель остается включенным с помощью контак­та SF1.

После двойного хода щеток контакт SF1 размыкается и двигатель отключается. С этого момента устройство вновь получает питание через обмотку двигателя и об­мотку возбуждения. Конденсатор С2 генератора начи­нает заряжаться через резисторы R7 и R8, а конденса­тор С1 и его цепь зарядки с диодом VR2 зашунтированы контактами 1, 3 переключателя, транзистор VT1 закрыт. При достижении порогового напряжения на конденса­торе С2 транзистор VT2 открывается, открывает тири­стор, и цикл повторяется. Время зарядки конденсато­ра С2 в основном определяется сопротивлением перемен­ного резистора R7. Когда сопротивление резистора R7 минимально, то время зарядки мало — стеклоочиститель работает непрерывно. При максимальном сопротивлении резистора время зарядки конденсатора С2 максималь­но — стеклоочиститель совершает цикл за 15 с. Измене­нием сопротивления резистора R7 устанавливают желае­мый режим работы стеклоочистителя в интервале 0… 15 с.

После выключения переключателя SA1 размыкаются контакты 1, 3 и конденсатор С1 заряжается до напряже­ния бортовой сети, при повторном включении переклю­чателя транзистор VT1 вновь включит тиристор.

Таким образам, первый такт работы щеток всегда будет происходить сразу же после включения переклю­чателя, второй и последующие — будут повторяться в зависимости от положения движка переменного резисто­ра R7 на данный момент. Введение в схему транзисто­ра VT1 с перечисленными выше элементами позволило однократно включать тиристор независимо от положения движка переменного резистора R7 при каждом очеред­ном включении переключателя режима. При включении переключателя SA1 во второе положение (контакты 2, 3 замкнуты) — режим быстрого движения щеток — все процессы включения двигателя, формирования паузы и его отключения аналогичны описанным.

Подключение схемы — четырехпроводное. Клеммы 3, 4 устройства подключаются в разрыв общего прово­да (а) переключателя (см. схему), клемма 2 — вывод конденсатора С1 — к контакту 1 переключателя — малая скорость электродвигателя, клемма 1 — к шине питания + 12 В.

Все элементы размещены на печатной плате, поме­щены в пластмассовый корпус и закреплены на пере­менном резисторе R7, являющемся одновременно эле­ментом крепления устройства на приборном щитке.

В устройстве применены резисторы МЛТ, перемен­ный резистор СП-1, конденсаторы: С2, СЗ — К50-6, С1 — МБМ; диоды — VD1 — Д223, VD2 — КДШ5Б.

Установка тиристора на радиатор не обязательна. Устройство некритично к замене полупроводниковых элементов.