Сфера застосування електронних приладів і систем в легкових і вантажних автомобілях постійно розширюється. Вартість електронного обладнання вже зараз перевищує третину вартості легкового автомобіля, і процес «Електронізації» автомобілів триває. Він торкнеться практично всі електронні системи управління, пристрої підвищення ступеня безпеки, призведе до збільшення кількості та функціональної насиченості пристроїв керування двигуном і різних інтелектуальних пристроїв. Вплив на ринок зробило і поява електроі гібридних автомобілів [43].

На сьогоднішній день підприємства автомобільної галузі активно застосовують або планують почати застосовувати в найближчому майбутньому різноманітні електронні системи.

Склад базових електронних систем варіюється для різних типів машин (автомашини, трактори, комбайни, навантажувачі і т.д.). Проте з усіх типів систем до числа обов’язкових можна віднести наступні основні електронні (мехатронні) системи:

– Системи управління електрообладнанням;

– Системи управління двигуна;

– Системи управління трансмісії;

– Системи активної безпеки;

– Електронні системи управління підвіскою;

– Інформаційно-діагностичні електронні системи;

– Сервісні електронні системи.

Кожна з цих систем може мати різні конфігурації в залежності від типу автотранспортних засобів. Так, наприклад, в великовантажних шосейних автомобілях (фурах) використовуються наступні електронні системи:

• активна система бортового контролю та діагностики;

• пасивна система бортового контролю і сигналізації;

• система забезпечення комфорту і мікроклімату;

• система управління режимами роботи двигуна;

• система управління коробкою передач і зчепленням;

• система управління гальмами і стабільністю руху;

• система регулювання тягового зусилля;

• система управління підвіскою тягача;

• система управління гальмами причіпної ланки;

• система управління підвіскою причіпної ланки;

• система забезпечення та обліку вантажопасажирських перевезень, безпечного транспортного коридору і гнучкого ТО;

електронні пристрої забезпечення комп’ютерної діагностики.

У спеціальних вантажних автомобілях підвищеної вантажопідйомності (кар’єрні самоскиди) використовують такі види електронних систем:

• система управління тяговим електроприводом;

• уніфікований дисплейний модуль для інформаційної панелі;

• система управління гальмами і стабільністю руху;

• автоматична система управління ГМП;

• контрольні системи завантаження, витрати палива і забезпечення безпеки;

• система відеоогляду.

Для автомобілів-тягачів з гідромеханічною коробкою передач (ГМП) застосовують наступний комплекс взаємопов’язаних електронних систем управління:

• електронні системи управління ГМП;

• електронні системи управління кліматичною установкою;

• електронна система центральної накачування шин;

• система контролю проколу шин;

• активна система запобігання аварійних ситуацій;

• активна система бортового контролю та діагностики;

• система управління двигуном Євро-4;

• система забезпечення та обліку вантажоперевезень (навігація, контроль витрати палива, мобільний зв’язок);

• система управління гальмами і стабільністю руху;

• система управління підвіскою тягача;

• електронний щиток приладів;

• система датчиків з CAN-виходами;

• електронна система забезпечення комп’ютерної діагностики. Сучасні моделі сільгосптехніки, особливо колісні трактори, за рівнем використання електронних систем управління вже перевищили автомобільний транспорт. Так, сучасний колісний енергонасичених трактор «Беларус» вже містить кілька десятків таких систем, у тому числі:

• електронну систему управління двигуном;

• електронні системи управління коробками передач (управління коробками передач з гідроподвіжнимі фрикційними муфтами і гідрооб’ємними трансмісіями);

• електронні системи управління агрегатами трактора (переднім ведучим мостом, блокуванням диференціалу, валами відбору потужності і т.д.);

• електронні системи управління гідравлічними регуляторами навісної системи (навісні пристрої, регулятори потоку для виносних споживачів);

• електронні системи управління сільгоспзнарядь (обприскувачі, сівалки, плуги і т.д.);

• електронні системи навігації та глобального позиціонування (спільне проведення робіт з сільгоспзнарядь для внесення добрив);

• електронні системи кондиціонування;

• електронні інформаційні системи;

• електронні системи управління активною підвіскою кабіни і переднього ведучого моста;

• датчики тиску, рівня палива, температури, частоти, кута повороту, положення з електронним виходом;

виконавчі пристрої: електрогідравлічні регулятори, електрогідравлічні пропорційні розподільники потоку, електрогідравлічні пропорційні редукційні клапани;

• органи управління: джойстики, високонадійні перемикачі підвищеної герметичності та поліпшеного дизайну;

• електронні блоки, що дозволяють проводити обмін інформацією по каналу зв’язку CAN BUS;

• сучасні пристрої відображення.

Багато хто з електронних блоків управління є критично важливими елементами, оскільки вони управляють гальмами, кермом, подушками безпеки. Вони по суті повинні забезпечити 100% надійність і задовольняти вимогам, як майже до військової та космічної техніки, але при цьому відповідати цінам на побутову електроніку. Все це повною мірою відноситься до напівпровідникових приладів і інтегральних мікросхем (ІМС). Напівпровідники (дискретні прилади і ІМС) та електронні блоки повинні відповідати численним стандартам, в тому числі найбільш відомим ISO 9001, ISO / TS 6949, ISO 16949, AECQ100.

Склад базових електронних систем варіюється для різних типів машин. Проте з усіх типів систем до числа обов’язкових можна віднести електронні системи управління двигуном, активної безпеки, управління трансмісією, інформаційно-діагностичні системи в різних конфігураціях і умовно розділити на групи (рис. 3.88) [43, 44, 49, 50]. Для більш детального розгляду в цьому розділі обмежимося тільки основними і розглянемо наступні:

– Систему управління двигуном внутрішнього згоряння;

– Систему електроживлення (акумулятор, генераторна установка з регулятором);

– Систему внутрішнього і зовнішнього освітлення (фари, покажчики поворотів, стоп-сигнал, освітлення салону автомобіля);

– Систему управління трансмісією і ходовою частиною (управління підвіскою, кермом, коробкою передач, АБС та ін.);

– Систему управління салоном і кузовом (клімат-контроль, панель приладів, блокування замків, інформаційна система, навігаційна система, склоочисник, подушки безпеки та ін.).

У кожній з перерахованих систем в тій чи іншій мірі присутні елементи силової електроніки. По суті, в автомобілі присутні всі типи ІМС і напівпровідникових приладів силової електроніки, розглянуті нами раніше.

Слід зазначити, що умови роботи електронних блоків автомобіля є досить несприятливими для силових мікросхем:

– Зміна температури в широких межах (від -60 ° С до +150 ° С), при високій відносної вологості повітря (до 80%);

– Значні вібрації і прискорення (до 50 g);

– Імпульси напруги до 400 В, електромагнітні перешкоди, зміна – напруги живлення від 8 до 15,5 В при 12 В джерелі електроенергії;

– Висока ймовірність потрапляння на корпус і провідники води, бруду та ін.

Систему електроживлення і систему управління двигуном внутрішнього згоряння ми розглянемо трохи докладніше, а в інших системах перерахуємо силові ІМС, які в них застосовуються.

Особливу увагу розробники електронних систем автомобілів повинні приділяти методам захисту від перешкод в електрообладнанні автомобіля. Насамперед це виникають «кидки» напруги, імпульси при відключенні индуктивностей навантаження, відключенні активного навантаження, імпульси пускового режиму (включення стартера), імпульс розмикання акумулятора, відключення катуш-

ки запалювання та ін. Є спеціальні стандарти з випробувань на всі види кондуктивних перешкод електронного обладнання автомобіля, і при створенні електронних систем управління необхідно забезпечити їх безумовне виконання.

Рис. 3.88. ІМС для автомобільної електроніки

Система управління салоном і кузовом. Дана система включає в себе клімат-контроль, іммобілізатор (охоронний пристрій), склоочисник, інформаційну та навігаційну системи та ін.

Застосовуються ІМС управління електродвигунами (наприклад, відкриття – закриття стекол дверей, управління електромагнітами блокування замків дверей, управління реле двигуна – склоочисника та ін.)

Схема управління склоочисником виконує не дуже складну, але надзвичайно важливу функцію, оскільки, створює хорошу видимість з автомобіля в дощову погоду, забезпечуючи безпеку руху [52].

Мікросхеми IL33197AN і IL33197AD виконують функції таймера склоочисника для бортових систем автомобілів, формують функцію переривчастою очищення з можливістю регулювання часового інтервалу очищення від 0,5 с до 30 с, функцію очищення після включення омивача, функцію безперервної очищення і застосовуються для безпосереднього управління реле двигуна склоочисника. Мікросхеми можуть застосовуватися в склоочисниках переднього і заднього скла.

Для розширення області застосування в ІМС IL33197AN-01, IL33197AD-01 за вимогами споживачів для захисту від сплесків напруги при виключенні реле двигуна склоочисника по виходу вбудований ЗОВ шунтирующий діод Зенера (при 20 В діоді Зенера у IL33197AN і IL33197AD).

ІМС чотириканального драйвера з діодами IL293 зі струмом навантаження ± 600 мА застосовується в автомобільній електроніці в контролерах системи автоматичного управління обігрівачем і в системах автоматичного управління комфортом.

Система внутрішнього і зовнішнього освітлення. Система освітлення включає в себе зовнішнє освітлення (фари, габаритні вогні, покажчики повороту, стоп-сигнал) і внутрішнє освітлення (освітлення салону і приладової панелі).

В системі освітлення застосовуються ІМС управління покажчиком поворотів, управління підсвічуванням шкали приладів, інтелектуальні ключі, схема автоматичного включення фар при малій зовнішньої освітленості (наприклад, при в’їзді в тунель, ввечері) та ін.

Вітчизняна промисловість випускає мікросхеми управління реле покажчика поворотів IL33193N, IL33193D і мікросхеми для підсвічування панелі приладів автомобіля IL6083N, IL6083AN.

Мікросхеми управління реле покажчика поворотів крім основної функції (подачі сигналів на реле поворотів) визначають перегорання однієї з ламп, коротке замикання в навантаженні. У режимі очікування споживають дуже малий струм. На вході детектора несправності ламп (висновок 7) реалізований високочастотний фільтр для усунення електромагнітних завад. Частота миготіння визначається зовнішніми R, З елементами. При несправності однієї з ламп детектується зміна струму навантаження на шунт, і частота миготіння збільшується в 2,2 рази.

За пропозиціями споживачів розроблені і виготовляються модифікації IL33193N-01, IL33193D-01, IL33193N-02, IL33193D-02, IL33193N-03, IL33193D-03, IL33193N-04, IL33193D-04 мікросхеми управління реле поворотів, які мають наступні відмінності:

– Відсутня вивід 6 «Вхід дозволу», всередині ІМС реалізується функція постійного дозволу;

– Пороговий рівень детектора несправної лампи становить 85 ± 10 мВ (при 51 ± 5 мВ у мікросхем IL33193N, IL33193D, опір шунта 20 мОм), що дозволяє працювати з шунтом 30 мОм;

– При несправності однієї з ламп частота збільшується в 2,5 рази;

Мікросхеми IL33193Ν-03, IL33193D-03 мають у своєму складі детектор короткого замикання.

В іншому ці мікросхеми з функціонування та схемою застосування ідентичні IL33193N, IL33193D.

Для підсвічування шкали приладів автомобіля призначена мікросхема ШІМ-контролера IL6083N, який управляє зовнішнім потужним MOSFET транзистором, використовуваним як ключа для підключення навантаження до джерела напруги. Мікросхема використовується для управління яскравістю світіння ламп освітлення за рахунок широтно-імпульсної модуляції з частотою до 2 кГц і коефіцієнтом заповнення від 18 до 100%. Мікросхема має захист від короткого замикання, підвищеної напруги живлення і напруги живлення зворотної полярності, захист від обриву землі. Розроблено модифікацію мікросхеми 1L6083AN з коефіцієнтом заповнення від 10 до 100% для підприємств, що виробляють автомобільну електроніку в Росії.

Система управління трансмісією і ходовою частиною. Дана система включає в себе управління підвіскою, кермом, коробкою передач, АБС та ін.

У системі застосовуються потужні MOSFET, ІМС управління потужними MOSFET, інтелектуальні ключі та ін.

Мікросхеми IL33091AN, IL33091AD є драйверами управління високовольтним потужним МОП транзистором. Вони працюють при наявності високовольтних перешкод по шині живлення, що виникають внаслідок швидкої комутації навантажень. Мікросхема забезпечує допомогою вихідний ємності накачування заряду на виведенні Gate управління затвором силового МОП транзистора. Управління накачуванням заряду (включення / вимикання) здійснюється входом Input, сумісним з логічними рівнями КМОП мікросхем.

Важливою особливістю ІМС IL33091N, IL33091D є наявність блоку квадратірованія струму (I2), За допомогою якого контролюється потужність, що виділяється на зовнішньому потужному МОП транзисторі. Зовнішні ємність і резистор визначають час, який може знаходитися потужний МОП транзистор при даному рівні перевищенні допустимої потужності. Цей спосіб є дуже ефективним для захисту потужного МОП транзистора.

Серія інтелектуальних стабілізаторів напруги ILE42XX з низьким залишковим напругою спеціалізована для застосування в автомобільній електроніці і висвітлена в літературі [47, 50]. Дана серія застосовується в багатьох системах автомобіля.

Джерело: Білоус О.І., Єфименко С.А., Турцевич А.С., Напівпровідникова силова електроніка, Москва: Техносфера, 2013. – 216 с. + 12 с. кол. вкл.