Электрооборудование автомобиля

Надежность системы пуска  и срок службы стартера можно повысить за счет автоматизации отключения стартера после пуска двигателя и блокировки его включения при работе двигателя.  

Электронное устройство 2612.3747 (рис. 26) автоматического отключения и блокировки включения стартера содержит блок управления и датчик частоты вращения коленчатого вала. Блок управления настроен на частоту  вращения, при которой стартер  должен отключаться. Частота эта  должна быть больше максимально возможной  пусковой частоты вращения коленчатого  вала электростартером и меньше минимальной  частоты вращения коленвала в режиме прогрева двигателя после пуска.

При пуске двигателя выключатель  приборов и стартера переводится  в положение «стартер», транзистор VT5 открывается (первое устойчивое состояние  триггера на транзисторах VT4 и VT5) и подключает к аккумуляторной батарее вспомогательное  реле, которое включает стартер. При  вращении коленчатого вала двигателя  через вход 4 штекерного разъема  на электронное устройство подается синусоидальное напряжение от фазы генератора, которое транзистором VT1 преобразуется  в прямоугольные импульсы нормированной  амплитуды. С помощью резисторов R1, R2, R3 и конденсатора С1 ограничивается входное напряжение и отфильтровываются импульсные помехи во входных цепях. 

Прямоугольные импульсы заряжают конденсатор С3 преобразователя  частота-напряжение. Чем больше частота  входного сигнала (частота вращения коленчатого вала двигателя), тем  меньше промежутки времени между  импульсами и разряд конденсатора С2. При определенной частоте вращения коленчатого вала напряжение на конденсаторе С3 превышает опорное напряжение на резисторе R10÷R15, транзисторы VT2 и VT3 открываются и триггер переводится во второе устойчивое состояние, когда транзистор VT4 открыт, а транзистор VT5 закрыт. Вспомогательное реле обесточивается и отключает стартер. Диоды VD10, VD13 и конденсаторы С5, С6 обеспечивают надежное закрытие транзисторов VT5 и VT4. 

Терморезистор R11 изменяет частоту  вращения вала двигателя, при которой стартер должен отключаться, в соответствии с изменением температуры окружающего воздуха. Повторное включение стартера после первой неудачной попытки пуска возможно только после предварительного перевода ключа выключателя зажигания в положение «Выключено».

3. Измерительные  устройства автомобиля

3.1 Измерители уровня топлива

Измерение уровня топлива  сегодня возможно весьма широким  спектром различных способов. Многообразие имеющихся датчиков от классики в  виде поплавковых до датчиков ультразвуковых. Различие определяется по имеющейся  конструкции датчика, типу выходного  сигнала и принципу работы. Выходной сигнал бывает трех типов: цифровой, аналоговый и частотный.

Большинство стандартных  поплавковых датчиков уровня топлива  осуществляют подачу на выходе аналогово сигнала, который производит кодирование значений уровня топлива значениями другой физической величины. В основном – это величины напряжения или силы тока. Если даны следующие показатели, которые датчик может выдавать на выходе аналогового сигнала: от ноля до десяти вольт. На нормальном языке – это пишется так: значение пустого бака будет считаться, как ноль вольт, а полный бак – это десять вольт. Любые другие промежуточные значения напряжения будут соответствовать измерениям значений уровня топлива от пустого бака до полного, все эти измерения уровня должны быть отмечены.

К примеру, значение в шесть  вольт, что соответствует шестидесяти  процентам наличия топлива в  баке. На этом и заканчиваются простота подачи и преимущества аналогового сигнала. Причины находятся в плоскости точности измерений выдаваемых показателей.

Эти получаемые погрешности  и дают наглядное представление  о том, что полученные параметры  измерения весьма далеки от реальных значений.

А если говорить совсем простым  языком, то это грубые ошибки в оценке наличия определенного количества топлива в баке.

Погрешность бывает относительной  и абсолютной.

Абсолютная погрешность  выражается в натуральных числах, то есть, мы получили сигнал о наличии  двадцати литров, а фактически имеем  в наличии двадцать четыре литра. Наша абсолютная погрешность в конкретном случае составит четыре литра. Имея такую  величину погрешности, нельзя сказать  точно, что это большая погрешность  или маленькая. Для контроля над  баком легкового автомобиля емкость  в сорок литров – то много, а  для четырехсот литров грузового  автомобиля такая величина погрешности  будет из области фантастики.

Относительная погрешность  выражена в процентных величинах  от диапазона измерения. Или, если выразиться проще, мы получим абсолютную величину ошибки, выраженную в процентах. Те же пресловутые четыре литра топлива  для сорокалитрового бака составят десять процентов. И это будет  большая погрешность. Для бака в  четыреста литров погрешность получится  – 0. 01 %. Такую величину могут просто не заметить.

Для использования датчика  с аналоговым выходным сигналом необходимо знать:

1. Иметь четкое представление  о получаемой погрешности и  ее абсолютных величин.

2. Учитывать погрешности  тарировки и других преобразований.

3. Учитывать при учете  величины погрешности, включая  значения температуры, самого  датчика и измерителя.

4. Учитывать несоответствия  входного и выходного диапазонов. Знать величину, на которую диапазоны  сузятся при обрезке датчиков.

0pt;">Слабая помехозащищенность  аналогового выходного сигнала  – еще один минус в работе  подобных датчиков. Появление цифровых  и частотных способов передачи  выходного сигнала снимает проблемы  учета погрешностей в получаемой  информации имеющихся датчиков. Измерение топлива в баке может  быть неточным ввиду небольших  изменений в составе самого  топлива.

Частотный выходной сигнал являет собой возможности передач  информации способом промежуточным  между цифровым и аналоговым сигналами. Кодировка выходного значения происходит при помощи частоты импульсов в линии связи. Основным достоинством подобного способа является сохранение универсальности выходного сигнала и полное отсутствие самой погрешности измерителя. Но непосредственная погрешность датчика остается. Указанную истину необходимо уточнить, что погрешность существует во всех возможных способах подачи выходного сигнала. Главный недостаток такой передачи – это его медленность самой передачи сигнала. Точная передача выходного сигнала требует увеличения частоты, а это является повышением требований к источнику. Увеличение времени передачи приводит к запаздыванию в обработке данных в системе. Справедливости ради надо уточнить, что в некоторых случаях – это просто невозможно. Указанные недостатки не дали возможности частотному способу передачи выходного сигнала стать стандартом и получить возможность широкого распространения. Этот последний недостаток не дал возможности перейти на цифровой способ передачи значений выходного сигнала.

;">С появлением образцов  микропроцессорной техники стало  возможным использование цифрового  выхода датчиков. В моделях современных  датчиков стоит и производит  считывание, пересчет, выравнивая первичные  измерения и делая анализ по  всем линиям измерений. Сам  микропроцессор предоставил возможность  снижения основной относительной  и дополнительной погрешностей  самого датчика. Большим плюсом стала появившаяся цифровая обработка всех значений в микропроцессоре. Смысла преобразования цифрового сигнала обратно в аналоговый сигнал нет. Передача по проводу и последующая оцифровка полученных данных на приемнике приведет к потере точности и увеличит количество помех. Но на подобные компромиссы идут ради того, чтобы обеспечить совмещение различных приемных датчиков и устройств, ибо утверждение о том, что аналоговый сигнал универсален, пока никто не опротестовал.

Если произвести согласование входа приемника и выхода датчика  данных на уровне интерфейса и протокола, то это позволит вам вести передачу полученных измерений в цифровом виде, что в первую очередь обеспечивает точность и максимальный уровень  помехозащищенности. Основным плюсом цифровых выходов является то, что  источником погрешности в канале измерения остается только один первичный  измеритель. Для этого производится учет основной приведенной и дополнительной погрешности, но при этом не надо производить  согласование выходного и входного диапазонов, отсутствуют погрешности  влияния помех и вторичного измерения.

Поэтому цифровые выходы являются сегодня лидерами, получая при  этом еще большее прогрессирующее  развитие и популярность.

3.2 Измерители заряда автомобильных АКБ

Автомобильные аккумуляторные батареи нередко заряжают устройствами, не имеющими стабилизатора тока. Предлагаемое в этой статье устройство позволяет  и в этом случае объективно определить момент окончания зарядки батареи. Более того, оно выполнит это при  произвольных форме и среднем значении зарядного тока.

Окончание зарядки аккумулятора стабильным током обычно определяют по истечению известного временного отрезка (так называемая зарядка  по времени). Однако в действительности зарядный ток изменяется из-за действия различных дестабилизирующих факторов. Поскольку внутреннее сопротивление  аккумуляторов очень мало, даже небольшое  изменение зарядного напряжения способно вызвать значительное изменение  тока.

С другой стороны, введение в зарядное устройство стабилизатора  тока значительно усложняет конструкцию  аппарата и снижает коэффициент  полезного действия. Так или иначе, автомобильные зарядные устройства промышленного изготовления, как  правило, не обеспечивают стабилизации зарядного тока.

Известно, что для полной зарядки аккумулятора ему необходимо сообщить определенный электрический  заряд (количество электричества), равный произведению времени зарядки на средний ток. Иными словами, момент окончания зарядки можно определять значением сообщенного аккумулятору заряда. При этом изменения тока в процессе зарядки не повлияют на заряд, а лишь приведут к увеличению или уменьшению времени зарядки.

Необходимость измерения  заряда возникает и в других случаях. Например, при проведении тренировочной  зарядки аккумулятора всегда требуется  узнать емкость, которая будет им отдана при разрядке до минимально допустимого напряжения. При выполнении различных электрохимических процессов (например, гальванопластики) также  бывает полезно измерить количество электричества, прошедшего через раствор.

Для измерения заряда, пропущенного через измерительную цепь, в условиях нестабильного тока было разработано  описываемое ниже устройство. Его  принципиальная схема показана на рис.1. Основа устройства - преобразователь  напряжения в частоту, выполненный  на микросхеме DA1. Напряжение на его  вход, пропорциональное току зарядки, поступает с токоизмерительных резисторов R1, R2 (либо с одного, либо с обоих, в зависимости от выбранного тумблером SA1 предела измерения). Поскольку функция преобразования линейна, частота на выходе микросхемы DA1 прямо пропорциональна току зарядки. Работа интегрального преобразователя КР1008ПП1 подробно описана в литературе [1, 2], поэтому здесь опущена.

Выходное импульсное напряжение преобразователя поступает на вход делителя частоты DD1. Частоту входных  импульсов он уменьшает в 32768*60 = 1 966 080 раз. Коэффициент преобразования и коэффициент деления частоты  выбраны такими, что при напряжении на входе преобразователя 1 В импульсы на выходе счетчика следуют с интервалом в 0,1 ч (или в 360 с). Иначе говоря, один импульс на выходе счетчика соответствует прошедшему через измерительную цепь электрическому заряду 0,1 А*ч, когда контакты тумблера SA1 разомкнуты, или 1 А*ч, когда замкнуты.

Несложный расчет позволяет  определить требуемый коэффициент  преобразования: 1966080/360=5461 Гц/В. Поскольку эта частота значительно (более чем в 50 раз) превышает 100 Гц, погрешность преобразования при измерении заряда, переносимого пульсирующим (после двуполупериодного выпрямления) током, должна быть незначительной, что и было подтверждено экспериментально.

Двуразрядный двоично-десятичный счетчик импульсов, выполненный на двух счетчиках по модулю 10 DD2, DD3 с цифровыми индикаторами HG1, HG2, подсчитывает число ампер-часов или их десятых долей. Децимальная точка индикатора HG1 включена в режиме "10 А*ч", децимальная точка индикатора HG2 мигает при протекании зарядного тока в цепи нагрузки и тем чаще, чем больше ток.

Для установки момента  отключения источника зарядного  тока после протекания заданного  заряда в устройстве предусмотрен установочный блок, состоящий из двух десятичных счетчиков-дешифраторов DD4, DD5, переключателей SA3, SA4 и логического узла на элементах DD6.1, DD6.2.

Изменение состояния счетчиков DD2-DD5 происходит по спаду входных  импульсов, а установка в исходное состояние - подачей напряжения высокого уровня на вход R.

В режиме измерения заряда переключателями SA3 и SA4 устанавливают  требуемое значение заряда, тумблером SA1 выбирают емкость счетчика "10 А*ч" или "100 А*ч" (цена деления младшего разряда счетчика 0,1 или 1 А*ч соответственно). Вход прибора включают в разрыв цепи нагрузки в соответствии со схемой, представленной на рис.2, а, подают на прибор напряжение сети и замыкают контакты тумблера SA2 "Пуск".