Ministerul educaţiei naţionale şi cercetării ştiinţifice colegiul tehnic "tomis" constanţA Școală europeană

5.5.3.5. Semnalizator de nivel minim al lichidului de răcire
Dispozitivul din fig.5.24 semnalizează prin aprinderea becului B atunci când nivelul lichidului de răcire a scăzut sub nivelul normal.

Sesizorul de nivel este o sondă metalică montată pe partea de sus a radiatorului, izolat de acesta şi astfel încât să nu intre în contact decât cu lichidul din radiator. Această sondă poate fi realizată din sârmă de cupru neizolată, având diametrul de minimum 1 mm şi lungimea de maximum 30 mm.

Fig.5.24 Semnalizator de nivel minim al lichidului de răcire

Tranzistoarele T₁ şi T₂ formează un circuit basculant bistabiI de tip trigger Schmitt.

La conectarea tensiunii de alimentare, dacă sonda este imersată în lichid, datorită rezistenţei echivalente sondă - lichid - rezervor, tranzistorul T₁ va conduce, iar tranzistorul T₂ va fi blocat, astfel încât becul B va fi stins.

Când nivelul lichidului de răcire scade şi sonda nu mai este scufundată în lichid, tranzistorul T₁ se blochează, determinând conducţia lui T₁ şi deci aprinderea becului B.

Nivelul minim de semnalizare poate fi reglat prin modificarea lungimii sondei şi prin modul ei de montare.

5.5.3.6. Semnalizator de nivel minim al lichidului pentru spălarea parbrizului
În echipamentul automobilelor moderne este prevăzut din construcţie şi un dispozitiv electric pentru spălarea parbrizului care realizează, iniţial, stropirea acestuia (inclusiv în timpul rulării) cu un lichid special - în general un amestec de apă, detergent şi antigel.

Fig.5.25 Semnalizator de nivel minim al lichidului de spălare parbriz

Dispozitivul din fig.5.25 semnalizează scăderea nivelului acestui lichid sub o limită critică, indicând astfel necesitatea reumplerii rezervorului special respectiv (în general nemetalic).

Senzorul de nivel este format dintr-o pereche de electrozi (fâşii de tablă sau bare din alamă) care se introduc în rezervorul lichidului pentru spălare. Lungimea electrozilor este astfel aleasă încât capătul inferior al acestora să se afle la nivelul minim de semnalizat.

Întrucât lichidul respectiv este bun conducător de electricitate (datorită detergentului), atâta timp cât electrozii sunt imersaţi, bazele tranzistoarelor T₁ şi T₂ - conectate în montaj Darlington - sunt polarizate în conducţie. Drept urmare, în punctul comun de colector al tranzistoarelor, potenţialul este aproximativ nul şi becul indicator B nu se aprinde.

În momentul în care, datorită scăderii nivelului lichidului, electrozii nu mai sunt scufundaţi, bazele tranzistoarelor nu mai sunt polarizate şi tranzistoarele T_l şi T₂ se blochează. Astfel, tensiunea pozitivă ce apare în colectorul lor comun determină aprinderea becului indicator B.

Rolul diodelor D₁ şi D₂ este dublu:

- nu permit aplicarea potenţialului nul (al masei) pe colectoarele tranzistoarelor aflate în conducţie;

- căderea de tensiune pe joncţiunile lor (cca. 1,2 V) asigură o aprindere fermă a becului B.

Becul B trebuie să fie de 6 V/0,1 A - la nevoie utilizându-se combinaţii serie-paralel de alte becuri disponibile.

Cap. VI Sistemul de frânare cu ABS - mod de funcționare

    Sistemele de frânare, pe lângă o serie de condiții generale pe care trebuie să le îndeplinească (anumite decelerații impuse, frânare progresivă, fără șocuri, efort minim de acționare, fiabilitate ridicată, intrarea rapidă în funcțiune, construcție simplă și ieftină), trebuie să împiedice blocarea roților sau să mențină alunecare între anumite limite.

Foto: Testarea sistemelor de frânare
Sursa: Continental
    Realizarea funcțiilor de mai sus este legată de importanța care se acordă asigurării stabilității în timpul rulării. În aceeași măsură se urmărește minimizarea distanței de frânare și reducerea uzurii excesive a pneurilor.

6.1. De ce avem nevoie de ABS la automobile?
    În cazul blocării roților la frânarea automobilului pot să apară următoarele neajunsuri: pierderea stabilității la blocarea roților punții spate; pierderea controlului direcției când se blochează roțile din față; creșterea spațiului de frânare, deoarece coeficientul de aderență la alunecarea roții este mai redus decât cazul în care roata se rotește. Pentru a mării eficacitatea frânării și a îmbunătății stabilitatea și maniabilitatea autovehiculelor se folosesc sisteme de control automat al frânării prin care se evită blocarea roților indiferent de momentul de frânare aplicat și de coeficientul de aderență.

Foto: Dependența coeficientului de frecare de alunecarea roții unui automobil

Sursa: e-automobile.ro
φ - coeficientul de frecare dintre roată și calea de rulare
λ - alunecarea roții (dată de diferența dintre viteza roții și cea a automobilului)
    Sistemul ABS trebuie să mențină alunecarea roții în domeniul stabil pentru a utiliza coeficientul de frecare optim. În cazul în care roata se blochează, alunecarea tinde la 100% din domeniul instabil, iar distanța de frânare crește datorită unei forțe de frecare mai mici.

    La frânarea unui vehicul, centru de greutate se deplasează spre puntea din față, acestea nu preiau sarcini egale mai ales la frânări în curbă. Din acest motiv anvelopele din punte spate pot pierde aderența mult mai ușor decât cele de pe puntea din față. Dacă roțile din spate derapează, direcția în care se mișcă automobilul nu mai poate fi controlată prin sistemul de direcție.

Sistemul de control automat permite reglarea frânării în următoarele limite:

1. 
   la frânare sub limita de aderență a drumului, sistemul de control automat nu intervine, momentul de frânare menținându-se la valoarea maximă comandată de conducătorul auto;
   
2. 
   în cazul frânării la limita de aderență a drumului, sistemul de control automat sesizează tendința de blocare a roții frânate și comandă menținerea sau scăderea presiunii în sistemul de frânare, astfel încât să fie utilizată aderența maximă a drumului. La apariția tendinței de blocare a roții sistemul de control automat comandă izolarea cilindrului de frână corespunzător, de restul sistemului de frânare. În funcție de accentuarea sau dispariția tendinței de blocare a roților, se comandă reducerea sau creșterea presiunii în cilindrul de frânare, executându-se astfel o succesiune de cicluri de frânare-defrânare care vor menține roata în zona optimă de aderență;
   
3. 
   o frânare combinată are loc la parcurgerea zonelor cu aderență diferită, sistemul de control automat asigurând prevenirea blocării roților, pe porțiunile cu aderență scăzută, și frânare maximă, pe porțiunile cu aderență ridicată. De asemenea, sistemul de control automat acționează eficace și în cazul în care o parte a automobilului se află cu roțile pe porțiuni de drum cu coeficienți de frecare diferiți.
   

Foto: Prima generație de ABS de la Bosch
Sursa: Bosch

6.2. Principiul de funcționare al sistemului de frânare cu ABS pentru automobile
    De la an la an structura sistemelor hidraulice pentru ABS a evoluat. În continuare ne vom rezuma la versiunea ABS 8 realizată de compania germană Bosch.

Foto: Modul ABS 8 pentru automobile
Sursa: Bosch

Foto: Componentele sistemului de frânare cu ABS de pe automobile

Sursa: Bosch

1. 
   unitatea de control electro-hidraulică
   
2. 
   senzori de turație montați pe roțile automobilului
   

    Din cele prezentate anterior reiese că, componentele principale ale unui sistem ABS sunt: o unitatea electronică de calcul, senzori de viteză pentru fiecare roată şi modulatoare hidraulice de presiune. Partea hidraulică este alcătuită din două subsisteme simetrice, fiecare dintre ele acţionând asupra unei perechi de roți (de obicei opuse pe diagonală).

Foto: Circuitul hidraulic al unui sistem de frânare prevăzut cu ABS generația 8 de la Bosch

Sursa: e-automobile.ro

1. 
   pompă centrală
   
2. 
   cilindrul de frânare
   
3. 
   modul hidraulic
   
4. 
   supape de admisie
   
5. 
   supape de evacuare
   
6. 
   pompă de retur
   
7. 
   acumulator hidraulic
   
8. 
   electro-motor
   

SS - stânga spate

DF - dreapta față
SF - stânga faţă
DS - dreapta spate
    Cele două pompe de retur (6) sunt acționate de un singur motor electric (8). Rolul acestor pompe este de a evacua rapid lichidul de frână din cilindrii de frânare (2) înapoi în pompa centrală (1).  Pentru a preveni ca presiunea în cilindrii de frânare să depășească presiunea din pompa centrală,supapele de admisie (4) sunt prevăzute cu supape de sens.
6.3. Componentele principale ale sistemului ABS pentru automobile
    Dezvoltare electronicii a permis utilizarea pe scară largă a sistemelor de acționare electrice.  Și pentru sistemele ABS controlul presiunii hidraulice se face prin controlul curentului electric în solenoizii supapelor. În funcție de caracteristica supapei (presiune funcție de curent) aceste se clasifică în:

• 
  electro-supape proporționale: deschiderea supapelor este proporțională cu curentul electric aplicat
  
• 
  electro-supape releu: au doar două poziții, deschis sau închis
  

Foto: Componentele unui modul electro-hidraulic de control pentru ABS
Sursa: Bosch

1. 
   motor electric
   
2. 
   bloc de electro-supape
   
3. 
   electro-supape
   
4. 
   unitatea de control electronică
   
5. 
   capac de protecție
   

Componentele indispensabile sistemului de frânare cu ABS sunt senzorii de turație pentru fiecare roată. Prin compararea valorilor între cele patru roți, unitatea electronică de control determină care din roți tinde să se blocheze.

Foto: Senzori de turație roți pentru ABS (evoluție)
Sursa: Bosch

Cap. VII ESP - sistemul electronic de control al stabilității automobilului

    Siguranța automobilului devine un criteriu din ce în ce mai important în procesul de achiziție al unui automobil. Siguranța se poate clasifica în două categorii: activă și pasivă. Siguranța activă este cea care ajută la prevenirea accidentelor (ABS, ESP, direcție activă, etc.). Siguranța pasivă este aceea care minimizează efectele unui accident (centuri de siguranță, airbag-uri, caroserie, etc.).

    Sistemul ESP asigură stabilitatea automobilului și menținerea direcției dorite de rulare, în situațiile critice (pierderea aderenței), prin intervenția rapidă asupra sistemului de frânare și a cuplului generat de propulsor (motor termic, electric, etc.).

Foto: Automobil echipat cu/fără sistem ESP

Producătorii auto utilizează abrevieri diferite pentru sistemul electronic de control al stabilității automobilului. Cu toate acestea, indiferent de abrevierea utilizată, componentele și rolul sistemului sunt aproximativ aceleași.

ESP	Electronic Stability Program	Audi, Bentley, Bugatti, Chrysler, Citroen, Dodge, Daimler, Hyundai, Jeep, Kia, Lamborghini, Opel, Peugeot, Renault, Saab, Seat, Skoda, Smart, Suzuki, VW
ESC	Electronic Stability Control	Kia, Proton
DSC	Dynamic Stability Control	BMW, Ford, Jaguar, Land Rover, Mazda
VDC	Vehicle Dynamic Control	Alfa Romeo, Fiat, Infiniti, Nissan, Subaru
VSA	Vehicle Stability Assist	Acura, Honda
VSC	Vehicle Stability Control	Daihatsu, Toyota
MSP	Maserati Stability Program	Maserati
PSM	Porsche Stability Management	Porsche

Foto: Sisteme de siguranța activă integrate în ESP

Sursa: Bosch
    Un automobil echipat cu ESP integrează mai multe sisteme de control, fiecare cu funcții diferite:

Funcții de siguranță activă prezente pe automobilele echipate cu sistem ESP
BA	Brake Assist	- amplifică forța de frânare în cazul unei frânări bruște - ajută la reducerea distanței de frânare în cazurile de frânare intensă
ABS	Antilock Braking System	- previne blocarea roților în timpul frânării și prin acesta evitarea obstacolelor - ajută la menținerea controlului automobilului în timpul frânării pe un carosabil cu aderență scăzută - reduce distanța de frânare datorită evitării blocării roților
ESP	Electronic Stability Program	- menține stabilitatea automobilului în situațiile critice (evitarea obstacolelor, viraje) - intervine asupra sistemului de management al motorului (reducerea cuplului) și a sistemului de frânare pentru păstratea direcție de deplasarea dorită - reduce riscul de impact lateral al automobilului
TCS	Traction Control System	- intervenție rapidă asupra sistemului de management al motorului (reducerea cuplului) și a sistemului de frânare pentru prevenirea patinării roților motoare în timpul demarării automobilului - face posibilă rularea/demararea pe carosabil cu aderență scăzută - previne patinarea roților motoare în timpul accelerării automobilului în viraje

    Toate aceste sisteme de control utilizează aceleași componente al automobilului (sistem de frânare, senzori, etc.), dar se activează în situații diferite.

Foto: Componentele sistemului ESP

Sursa: Bosch

1. 
   bloc electrohidraulic cu modul electronic de control integrat
   
2. 
   senzori viteză roți
   
3. 
   senzor unghi volan
   
4. 
   senzor girație și accelerație transversală
   
5. 
   calculator injecție
   

    Dacă privim cele trei axe ale automobilului putem spune că sistemul ESP monitorizează și corectează momentul de girație al automobilului (rotația în jurul axei verticale).

Foto: Axele în jurul cărora se poate roti automobilul

Ruliu – rotația în jurul axei x (longitudinală)

Tangaj – rotația în jurul axei y (transversală)
Girație – rotația în jurul axei z (verticală)
    Sistemul ESP este activ odată cu pornirea motorului. Modul de funcționare este relativ simplu și se bazează pe informațiile venite de la senzori. Pe scurt, sistemul ESP compară direcția dorită de rulare a automobilului cu direcția efectivă a acestuia.

    Direcția dorită de rulare a automobilului și intenția conducătorului auto este determinată pe baza informațiilor de: poziție a volanului, viteză ale roților, poziție pedală de accelerație și presiune circuit hidraulic de frânare. O parte a acestor informații vine direct de la senzori, restul sunt primiți prin magistrala de comunicație CAN. Astfel, sistemul ESP știe încotro conducătorul auto dorește să ruleze automobilul.

    Direcția efectivă de rulare a automobilului este calculată pe baza informațiilor venite de la senzorul de girație (rotire în jurul axei verticale) și accelerație laterală.

Foto: Componentele și schimbul de informații al sistemului ESP

Sursa: Bosch

1. 
   senzor de girație (girometru) și accelerație laterală
   
2. 
   senzor poziție volan
   
3. 
   senzor presiune lichid de frână
   
4. 
   senzor viteză roți
   
5. 
   modulul electronic de control
   
6. 
   bloc hidraulic (supape)
   
7. 
   sistem frânare roți
   
8. 
   calculator injecție
   
9. 
   injector
   
10. 
    bujie
    
11. 
    clapetă obturatoare
    

    Pe baza informațiilor de la senzori, sistemul ESP identifică situațiile critice în care direcția de deplasare efectivă a automobilului nu este aceeași cu direcția dorită de conducătorul auto, impusă prin poziția volanului. Astfel, sistemul ESP intervine simultan asupra sistemului de frînare și a sistemului de management al motorului.

    Prin frânarea individuală a roților, combinată cu reducerea cuplului motor, sistemul ESP reușeste să aducă automobilul pe direcția de deplasare dorită de conducătorul auto. Intervenția sistemului ESP este foarte rapidă și are loc înainte de conștientizarea situației critice de către conducătorul auto.


Foto: Circuitul hidraulic al sistemului de frânare pentru un automobil echipat cu ESP
Sursa: Bosch
HZ – cilindru principal frână
HSV – supapă de comutare presiune înaltă
SV – supapă de comutare
PE – pompă
IV – supapă admisie
M – motor pompă

AC – rezervor de joasă presiune (acumulator)

OV – supapă refulare
RZ – piston etrier frână
HL – roată spate stânga
HR – roată spate dreapta
VL – roată față stânga
VR – roată față dreapta

    Spre deosebire de sistemul ABS, care este activ doar în momentul în care conducătorul auto apasă pedala de frână, sistemul ESP poate frâna roțile individual, indiferent dacă conducătorul auto apasă sau nu asupra pedalei de frână.

    Evitarea unui obstacol iminent în timpul rulării poate conduce la apariția supravirării. Sistemul ESP corectează efectul supravirator al automobilului prin frânarea unei roți, combinată cu reducerea cuplului motor (pentru restabilirea aderenței).

Foto: Corectarea supravirării cu ajutorul sistemului ESP

    În acest caz sistemul ESP frânează roata stângă a punții față și creează un contra-moment de girație (rotire în jurul axei verticale) care readuce automobilul pe direcția de rulare dorită.

    De asemenea, la deplasarea cu viteză în timpul virajelor, mai ales în cazul în care suprafața de rulare are aderență scăzută, automobilul poate subvirași părăsi calea de rulare.

Foto: Corectarea subvirării cu ajutorul sistemului ESP

    Pentru corectarea subvirării sistemul ESP frânează roata dreapta spate. Astfel se creează un moment de girație suplimentar, care aduce automobilul pe direcția de virare dorită.

    Prin simpla frânare individuală a roților, sistemul ESP controlează momentul de girație al automobilului și corectează stabilitatea acestuia. Prin modul de acționare, putem spune că sistemul ESP acționează ca un sistem de direcție suplimentar. În același timp, controlează cuplul motor (prin reducerea acestuia) pentru a nu perturba procesul de frânare al roților motoare și pentru îmbunătățirea aderenței laterale.

Foto: Componentele sistemului ESP

Sursa: Bosch

1. 
   bloc electrohiraulic cu modul electronic de control integrat
   
2. 
   senzor de poziție volan
   
3. 
   senzor moment de girație (girometru) și accelerație laterală
   
4. 
   senzori viteză roți
   

    Principiul de funcționare al senzorul de poziție volan (2) se bazează pe efectul Hall sau pe cel magnetorezistiv. Idiferent de tipul senzorului acesta trebuie să citească poziția volanului în orice monent și pe toată cursa acestuia.

Foto: Senzor poziție volan sistem ESP Sursa: Bosch	Foto: Senzor girație și accelerație laterală Sursa: Bosch

    Senzorul de girație și cel de accelerație laterală sunt integrați în aceeași unitate (3). Girometrul este de tip micromecanic și detectează rotirea automobilului în jurul axei verticale în condițiile pierderii stabilității. Senzorul de accelerație laterală este cu efect Hall și informează unitatea electronică de control asupra intesității accelerației laterale.

    Senzorii de viteză roți (4) sunt similari cu cei utilizați pentru un sistem de frânare cu ABS.

Foto: Componentele bloculul electrohidraulic al sistemului ESP

Sursa: Bosch

1. 
   motor electric acționare pompă
   
2. 
   bloc hidraulic
   
3. 
   solenoizi supape
   
4. 
   modul electronic de control integrat
   
5. 
   carcasă
   

    Blocul hidraulic (2) conține întregul circuit hidraulic, supapele (3) și pompa acționată electric (1). Acesta are două orificii prin care este alimentat cu lichid de frână de la pompa centrală și patru orificii prin care controlează presiune de frânare pentru fiecare roată.

    Modulul electronic de control (4) este "creierul" sistemului, primește informații de la senzori și prin magistrala CAN și acționează asupra supapelor și a pompei electrice. Sistemul ESP schimbă informații cu majoritatea calculatoarelor/modulelor conectate pe magistrala CAN. În timpul intervenției, controlează cuplul motor, prin intermediul calculatorului de injecție, și interzice cutiei de viteze (automată) să efectueze schimbării de trepte.

Foto: Modul de control electronic ESP cu senzori integrați (girometru și accelerație laterală)

Sursa: Bosch
    Sistemul ESP este activ tot timpul și monitorizează dinamica automobilului. Chiar dacă acesta nu intervine, schimbă informații cu restul modulelor în mod continuu, informând asupra vitezei automobilului, al accelerației laterale și a stării în care se află (cu/fără intervenție, stare nominală, defect, etc.).

În unele situații, mai ales pe automobilele sportive, se dorește pierderea aderenței roților, pentru a putea controla alunecarea automobilului în viraje (drift). Pentru acesta, automobilul este echipat cu un buton care dezactivează sistemul ESP. De ținut cont că nu toți producătorii auto permit dezactivarea totală a sistemului, în unele cazuri doar se limitează intervenția acestuia.

    Prezența sistemului ESP pe automobil poate determina unii conducători auto să conducă mai agresiv, la limita stabilității, bazându-se pe intervenția sistemului în situații limită. Din acest motiv, pentru a atenționa conducătorul auto de pierderea stabilității automobilului, cand sistemul ESP intervine, un martor luminos se aprinde în bordul automobilului, combinat cu o avertizare sonoră.

Foto: Martor bord intervenție sistem ESP	Foto: Buton dezactivare sistem ESP

    Aproximativ 28% din accidentele cu vătămare corporală se datorează pierderii stabilității automobilului urmată de impactul cu un alt automobil sau un corp fix. De asemenea, aproximativ 60% din accidentele care implică vatămări corporale se datorează impactului lateral al automobilului.

    Datorită modului de funcționare sistemul ESP contribuie semnificativ la reducerea numărului de accidente, mai ales a celor grave, cu vătămări corporale și deces. Acest sistem ajută decisiv la îmbunătățirea siguranței active a automobilelor și trebuie luat în considerare la achiziționarea unui automobil.

Bibliografie

1. Haldermann, D., J – Automotive Brake Systems, Prentice- Hall  Inc., New Jersey, 1996

2. Manuale de construcție și reparații. Firme constructoare.

3. Laurențiu Manea, Adriana Manea- Mecatronica automobilului modern, Ed. MATRIX,  2001

4. Notițe curs – Tehnici și echipamente de diagnosticare auto

5. http://www.automotomarket.ro

6. www.informatiiauto.ro/sistemul-esp-plus-siguranta-in-toate-anotimpurile-sid651.html

7.http://www.e-automobile.ro/categorie-dinamica/41-sistem-abs-frane-auto.html

8. http://webbut.unitbv.ro/Carti%20on-line/BSM/BSM/capitol2.pdf

9. http://www.e-automobile.ro

„Stagiul de formare profesională derulat în Portugalia a fost deosebit de interesant în plan profesional, având parte de un program bine pregătit, complex şi suficient de variat în domeniul circuitelor electronice ale automobilului. De asemenea, am exploatat bogăţia lingvistică şi culturală oferită de această oportunitate.” (Momciu Cosmin, clasa a XI-a A)

„Teoria şi practica au fost foarte bine asociate şi consider un avantaj obţinerea certificatului Europass faţă de alţi competitori pentru un eventual job. Am realizat faptul că meseria de mecatronist presupune pricepere, gândire, dexteritate în deprinderile practice specifice domeniului. Totodată, am luat contact cu o realitate vest-europeană total nouă pentru mine.” (Cerchez Francisc, clasa a XI-a A)

„Această mobilitate m-a dezvoltat în plan profesional, adăugând la portofoliul meu o experienţă de muncă, ce mă va ajuta în viitor în găsirea unui loc pe piaţa muncii, atât în ţară, cât şi în Europa. Pe lângă mândria de a fi metrolog, participarea la acest proiect m-a făcut să devin mai responsabil, să lucrez bine în echipă, să comunic în diverse situaţii utilizând cunoştinţele lingvistice învăţate.” (Logofătu Daniel, clasa a X-a A)