Rys historyczny
Historia seryjnej produkcji samochodów rozpoczęła się 2 lipca 1917 roku, gdy taśmę produkcyjną opuścił pierwszy Ford TT. Poniżej jego wersja Truck z 1919 roku, której wygląd uzmysławia nam, co się od tego czasu wydarzyło w technice motoryzacyjnej, jeżeli porównamy ją z najnowszym modelem pikapa F150/2009.
Musiało upłynąć aż 35 lat, aby w samochodach pojawiły się pierwsze urządzenia elektroniczne. Firma General Motors zaprezentowała w 1952 roku automatyczny zmieniacz świateł drogowych w samochodach Cadillac i Oldsmobile, oparty na lampach elektronowych. Jego tranzystorową wersję montowano w 1960 roku w samochodach Buick. Seryjną produkcję alternatorów z prostownikiem diodowym rozpoczęto w roku 1958. W latach 1963 i 1964 pojawiły się pierwsze obrotomierze oraz tranzystorowe układy zapłonowe – najpierw sterowane przerywaczem, później bezstykowe. W roku 1967 pojawił się układ zapłonowy zwany tyrystorowym lub kondensatorowym. W tym samym czasie firma Volkswagen rozpoczęła produkcję samochodu VW1600, z silnikiem wyposażonym w elektronicznie sterowany układ wtrysku paliwa autorstwa firmy Bosch. Począwszy od 1970 roku daje się zaobserwować intensywny rozwój systemów elektronicznych montowanych w samochodach oraz współpracujących z nimi urządzeń zewnętrznych.
Coraz większe skażenie środowiska naturalnego oraz wzrost liczby wypadków spowodowały wprowadzenie w USA dwóch fundamentalnych dla rozwoju światowej motoryzacji ustaw: o ochronie atmosfery ziemskiej (Federal Clean Air Act) oraz bezpieczeństwie pasażerów (Federal Motor Vehicle Safety Standard 121). Ich konsekwencją było wymuszenie prac nad kompleksowym rozwiązaniem problemu bezpieczeństwa pasażerów oraz zmniejszeniem toksyczności spalin. Obie ustawy doprowadziły do masowego stosowania jak najnowocześniejszych rozwiązań technicznych (w tym oczywiście elektronicznych) – producenci musieli sprostać ostrym wymaganiom określonym w przepisach szczegółowych do ustaw.
Dlaczego uważam, że wspomniane ustawy są takie ważne? O tym, że USA są najbardziej zmotoryzowanym krajem świata, nie muszę chyba nikogo przekonywać. Trudno się też spodziewać, aby największy i najbardziej zaawansowany technologicznie rynek motoryzacyjny (chociaż przy tempie rozwoju Chin niebawem może się to zmienić) nie odgrywał czołowej roli we wdrażaniu standardów bezpieczeństwa i ochrony środowiska. Raz rozpoczętego procesu wprowadzania elektroniki do samochodu nie da się powstrzymać. Wprawdzie zdania na ten temat są podzielone, ale postęp technologiczny stopniowo odbiera argumenty przeciwnikom, dostarczając ich zwolennikom. O co chodzi?
Problemy
Nie da się zaprzeczyć, że samochód traktowany jako pewne środowisko wyjątkowo nie sprzyja stosowaniu w nim elektroniki. Wstrząsy, wilgoć, agresywne czynniki wywołujące korozję, duży zakres temperatur pracy oraz jednocześnie wymagana duża niezawodność działania wysoko stawiają poprzeczkę przed inżynierami projektującymi elektroniczne układy i urządzenia wspomagające prowadzenie samochodu. Dlatego dopiero wraz z pojawieniem się specjalizowanych układów scalonych oraz opartych na nich niezawodnych rozwiązań hybrydowych, a także odpowiednich, trwałych czujników elektronika zaczęła coraz śmielej wkraczać do samochodu. Trudno jest zmienić sposób myślenia i postrzegania spraw technicznych u człowieka, który jest specjalistą w jednej dziedzinie, a w drugiej czuje się niepewnie, chociaż musi brać obie pod uwagę w swojej pracy zawodowej. Mam na myśli konflikt pomiędzy mechanikami a elektronikami. Inżynierowie obu specjalności znajdują mnóstwo argumentów, aby w nowo projektowanym samochodzie było jak najwięcej rozwiązań ich autorstwa. Oczywiście, pewnych zespołów typowo mechanicznych z samochodu wyeliminować się nie da, ale już ich sterowanie jest polem ostrej walki. Powstaje przez to pewnego rodzaju błędne koło: mechanicy niechętnie widzą wszelkie innowacje elektroniczne, uważając je za mało efektywne, zawodne i kosztowne. Elektronicy zaś narzekają na brak możliwości wykazania wyższości rozwiązań elektronicznych – co wynika z ich ograniczonego zastosowania – na skutek niechęci mechaników do ich wdrażania. Jednak ostatnie lata wykazują, że postępu technicznego w branży motoryzacyjnej zahamować się nie da, i rozwiązania oparte na elektronice powoli stają się standardem we współczesnych samochodach. Jednak zanim przesiądziemy się do samochodu napędzanego silnikiem elektrycznym oraz wyposażonego w pełną automatykę opartą na elektronice, upłynie jeszcze sporo czasu. Ale kiedyś to nastąpi.
Elektronika we współczesnym samochodzie
Pierwotnie miałem zamiar poświęcić sporo miejsca opisowi podstawowych elementów samochodu, które wspomagane są elektronicznie: od akumulatora, prądnicy i alternatora poprzez silnik, skrzynię biegów i układ hamulcowy po różnego rodzaju użyteczne gadżety, jak: GPS, automatyczne wycieraczki, autoalarm, immobilizer, system automatycznego parkowania.
Spowodowałoby to jednak tak znaczny wzrost objętości artykułu, że bez wątpienia byłby on nudny dla Czytelników tego portalu. W końcu jego motywem przewodnim są komputery, a nie motoryzacja. Przyjmujemy więc, że standardem są wszelkiego rodzaju regulatory zapewniające stabilne napięcie zasilające instalację elektryczną i elementy elektroniczne w samochodzie oraz rozwiązania ułatwiające prowadzenie samochodu i zwiększające bezpieczeństwo. Dlatego skoncentrowałem się na najczęściej spotykanych tajemniczych skrótach, które niewiele mówią niezorientowanemu w tematyce potencjalnemu nabywcy samochodu, a jednak są istotne z punktu widzenia bezpieczeństwa, kosztów eksploatacji i wygody. Najbardziej znanym i rozpoznawanym przez znakomitą większość kierowców jest układ ABS.
ABS (niem. Antiblockiersystem; ang. Anti-Lock Braking System) to układ stosowany w pojazdach mechanicznych w celu zapobiegania blokowaniu się kół podczas hamowania, jako element układu hamulcowego.
Typowy system ABS jest zbudowany z układów kontrolujących prędkość obrotową każdego z kół oraz zaworów (układów) zmniejszających ciśnienie oddzielnie w każdym obwodzie hamowania, a w rozbudowanych układach – indywidualnie na każdym kole. Działanie zaworów jest sterowane przez system komputerowy na podstawie obrotów kół.
Podstawowe elementy układu ABS (czteroobwodowego)
- Czujniki prędkości obrotowej kół jezdnych (działające na zasadzie indukcji magnetycznej, bez zużywających się elementów mechanicznych).
- Elektrozawory regulujące ciśnienie w obwodzie każdego koła (elektrozawory z wyłączonym zasilaniem nie wpływają na pracę układu hamulcowego).
- Centrala sterująca.
Algorytm działania układu ABS
ABS mierzy prędkość obrotową wszystkich kół i nie ingeruje w działanie układu hamulcowego, dopóki nie dostanie sygnału, że hamulec został uruchomiony przez kierowcę. W fazie pracy hamulca ABS wykrywa poślizg dowolnego koła (lub kilku kół) i elektrozaworami moduluje ciśnienie w obwodzie tego koła. Poślizg jest wykrywany na dwa sposoby:
- Koło gwałtownie przestało się kręcić – poślizg.
- Koło zaczyna kręcić się wolniej niż pozostałe koła. Takie koło rozpoczyna poślizg i za chwilę się zatrzyma. ABS musi tu uwzględniać to, że różnica prędkości na zakręcie jest zjawiskiem normalnym. ABS nie ma informacji o położeniu kierownicy, więc różnice w obrotach muszą być na tyle duże, aby ABS miał pewność, że wynikają one z poślizgu. W przeciwnym razie odpuszczałby na zakręcie kołom jadącym po wewnętrznej.
W przypadku wykrycia poślizgu ABS zmniejsza ciśnienie w obwodzie koła dopóty, dopóki koło nie odzyska właściwej prędkości. Siła hamowania tego koła zmniejsza się, ale cały czas jest ono hamowane (tylko słabiej). Po odzyskaniu obrotów przez koło ABS przywraca ciśnienie w jego obwodzie. Ciśnienie to jest zależne od siły nacisku na pedał hamulca.
Cykle modulacji ciśnienia w obwodach kół są powtarzane przez ABS, przy czym w miarę trwania hamowania mogą one być coraz precyzyjniej obliczane. W początkowej fazie hamowania czas chwilowego poślizgu może być większy niż w fazie końcowej. Jak łatwo można się domyślić, podstawowym problemem w początkowym okresie wprowadzania układu ABS do samochodów było wyprodukowanie zaworów hydraulicznych zdolnych do efektywnej pracy z częstotliwością kilkudziesięciu herców. Obecnie problem ten nie istnieje. Poniższe obrazki przedstawiają współczesne elementy układu ABS.
Bardzo użyteczny i coraz powszechniej stosowany w samochodach jest system kontroli trakcji ASR.
System kontroli trakcji – zaliczany do grupy systemów Advanced Vehicle Control Systems
W zależności od producenta samochodu system taki może mieć różne nazwy. W Polsce jednym z popularniejszych określeń jest ASR (niem. Antriebsschlupfregelung lub ang. Acceleration Slip Regulation). Nazwa ASR jest wykorzystywana w pojazdach produkowanych m.in przez koncerny: Mercedes-Benz, Volkswagen, Fiat, Rover. Ford, Saab oraz Chevrolet (Daewoo) stosują nazwę TCS (ang. Traction Control System). Firma BMW stosuje oznaczenie ASC (ang. Automatic Stability Control) lub ASC+T. Stosowane są również oznaczenia TC (ang. Traction Control) i inne.
W momencie rozpoznania przez jednostkę sterującą poślizgu któregoś z kół lub osi następuje zmniejszenie ich prędkości na jeden z kilku sposobów:
- Wykorzystanie hamulców do przyhamowania kół znajdujących się w poślizgu. Zapewnia szybki czas reakcji systemu, jednak pogarsza komfort podróży.
- Opóźnienie zapłonu lub całkowite jego odłączenie przy jednoczesnym odcięciu wtrysku.
- Przymknięcie przepustnicy. W rozwiązaniach, w których przepustnica jest sterowana elektronicznie by wire, jest ona przymykana wbrew woli kierowcy. W rozwiązaniach tradycyjnych występuje dodatkowa przepustnica. To rozwiązanie najbardziej komfortowe, ale o najdłuższym czasie reakcji.
W zależności od szczegółowych rozwiązań wykorzystywany jest tylko jeden sposób sterowania, dwa lub wszystkie.
W pojeździe bez systemu kontroli trakcji po najechaniu na śliską powierzchnię przez jedno z kół napędowych spadnie opór stawiany układowi napędowemu przez to koło, które zacznie się obracać szybciej, niż wynikałoby z prędkości jego toczenia się, w wyniku czego będą wzrastały obroty układu napędowego. Na skutek (efekt uboczny) działania mechanizmu różnicowego, który powoduje, że moment obrotowy jest taki sam na wszystkich kołach napędzanych, drugie koło napędowe, toczące się z odpowiednią prędkością, nie będzie wykorzystywać swej przyczepności. Zjawisko utrudnia ruszenie, gdy jedno z kół jest na śliskiej nawierzchni, utrudnia też jazdę po śliskiej nawierzchni, szczególnie na zakręcie. Zjawisko to występuje też w wyniku najechania na kałużę. Wówczas silnik, który utracił obciążenie, gwałtownie zwiększa obroty, a po odzyskaniu przyczepności układ napędowy musi wytracić obroty do prędkości wynikającej z prędkości jazdy, co wywołuje szarpnięcie pojazdem i zmianę warunków decydujących o przyczepności kół, a to jest bardzo niebezpieczne na zakrętach.
W samochodzie wyposażonym w system kontroli trakcji system wykrywa taki stan. Gdy na śliskiej powierzchni kręci się tylko jedno z kół napędowych, system kontroli trakcji ogranicza moc silnika, a następnie włącza częściowo hamulec ślizgającego się koła tak, aby układ różnicowy mimo wszystko przeniósł moment napędowy również na drugie koło. W ten sposób na śliskiej powierzchni optymalnie napędzane są wszystkie koła napędowe. Należy zauważyć, że w tym przypadku system kontroli trakcji działa jako elektroniczna blokada mechanizmu różnicowego.
Pasjonaci motoryzacji, a zwłaszcza F1, zapewne pamiętają, że w sezonie 2008 bolidy jeździły bez kontroli trakcji. Wbrew obawom nie zwiększyło to liczby kolizji podczas wyścigów. Wniosek? Kto umie jeździć, ten da sobie radę bez ASR. Co nie oznacza, że układ jest nieprzydatny. Wprost przeciwnie!
Nieco bardziej wyrafinowanym systemem jest układ stabilizujący tor jazdy samochodu podczas pokonywania zakrętu – ESP.
ESP (ang. Electronic Stability Program, elektroniczny program stabilizacji) to układ elektroniczny stabilizujący tor jazdy samochodu podczas pokonywania zakrętu, przejmujący kontrolę nad połączonymi układami ABS i ASR. System ten uaktywnia się samoczynnie, przyhamowując jedno lub kilka kół z chwilą, gdy odpowiedni czujnik wykryje tendencję do „wyślizgiwania” się samochodu z zakrętu. Niektórzy producenci nazywają go inaczej, np. VSC lub DSTC.
System ten działa na bardzo prostej zasadzie: zablokowane koło można poruszyć w każdą stronę (czyli także na boki), używając podobnej siły. W efekcie na zakręcie koło jest wynoszone tam, gdzie działa siła odśrodkowa, czyli na zewnątrz zakrętu. Tak więc gdy przód pojazdu traci przyczepność (zachodzi podsterowność), to blokowane są koła tylne, aby pozwoliły na obrót pojazdu wokół własnej osi w celu skierowania przodu we właściwą stronę. Gdy mamy do czynienia z nadsterownością, kiedy to pojazd zbyt szybko obraca się wokół własnej osi (szybciej, niż pokonuje zakręt), blokowane są koła przednie, by spowolnić ten ruch przez wytworzenie niwelującej go podsterowności. Wszystkie te korekty zachodzą wielokrotnie w ciągu sekundy i w rzeczywistości powodują kontrolowany uślizg wszystkich czterech kół.
Wielu kierowców uważa, że system ESP pozwala na przejechanie dowolnego zakrętu z nieograniczoną prędkością. Jest to oczywiście błędne stwierdzenie. Stabilizacja toru jazdy faktycznie w pewnym stopniu zwiększa dopuszczalną prędkość początkową podczas wejścia w zakręt, bo umożliwia optymalne wykorzystanie przyczepności wszystkich kół, a ponieważ do korygowania toru jazdy używane są hamulce, spowalnia pojazd w trakcie pokonywania zakrętu, jednak nie zwiększa przyczepności kół do podłoża, a więc wypadnięcie z zakrętu jest jak najbardziej możliwe.
Stabilizacja toru jazdy okazuje się bardzo pomocna w tzw. teście łosia, polegającym na ominięciu nagle pojawiającej się przeszkody i błyskawicznym powrocie na własny pas. W samochodach pozbawionych kontroli trakcji slalom składający się z trzech nagłych skrętów zazwyczaj powoduje nagłą nadsterowność, która może spowodować ponowne wyrzucenie pojazdu na przeciwny pas. Rzadziej zdarza się tutaj zaobserwować podsterowność, która jest mniej groźna i powoduje tylko wydłużenie promieni skrętów. ESP umożliwia wykonanie trzech w miarę ciasnych skrętów i szybką stabilizację pojazdu po powrocie na własny pas.
System ESP został stworzony przez firmę Bosch i po raz pierwszy zastosowany w 1995 roku w Mercedesie Klasy S. Skrót ESP jest zarejestrowaną nazwą handlową firmy Daimler AG. Dlatego też inni producenci pojazdów nazywają ten system własnymi skrótami, np. STC, DSTC, PSM, VSC, CDC, ASMS, DSA, ICM, IVD, VDC. W kręgach fachowych przyjął się „neutralny” skrót ESC (ang. Electronic Stability Control).
Są to podstawowe systemy zwiększające bezpieczeństwo jazdy, coraz powszechniej stosowane w samochodach. W ostatnim okresie pojawiają się nowe, mniej znane układy, zwiększające bezpieczeństwo i pełniące różne inne funkcje, np. wyręczające kierowcę w wykonywaniu kłopotliwych manewrów. Wymienię kilka najbardziej znanych:
PCSS (ang. Pre Crash Safety System) – natychmiast po wykryciu, że wypadek jest nieuchronny, automatycznie napina pasy i wysuwa zagłówek do przodu tak, aby przylegał ścisle do głowy kierowcy, zapobiegając uszkodzeniu kręgów szyjnych.
ACC (ang. Adaptive Cruise Control) – gdy samochody są zbyt blisko siebie, automatycznie zwalnia, ale gdy droga staje się wolna, powraca do poprzedniej prędkości.
VSC+ (ang. Vehicle Stability Control +) – jego rolą jest dbanie o to, aby kierowca nie opuścił wybranego pasa drogi. Jeśli tak się dzieje, kierownica zaczyna mocno drgać.
ASF (ang. Adaptative Sensor Fleet) – automatycznie dostosowuje oświetlenie do sytuacji na drodze: światło reflektorów podąża za każdym ruchem kierownicy, a czujnik deszczu automatycznie uruchamia wycieraczki.
IDS (ang. Interactive Driving System) – jest jedną z większych nowości w samochodach nowej generacji. Obejmuje on z reguły tylną oś wielowahaczową, elektro-hydrauliczny układ kierowniczy oraz komponenty aluminiowe zmniejszające ciężar nieuresorowany. IDS zapewnia znacznie łatwiejszą obsługę auta i dużo większy komfort jazdy.
PLA (asystent parkowania) – automatycznie znajdzie miejsce do parkowania i wykona ten manewr tyłem. W system ten jest wyposażona dostępna w Polsce Skoda Superb.
Trzeba też wspomnieć, że nowoczesne silniki, sterowane mikroprocesorami i współpracujące z automatycznymi skrzyniami biegów, „uczą” się stylu jazdy kierowcy, co daje optymalne możliwości przyśpieszania i hamowania pojazdu. Wpływ tego elementu na bezpieczeństwo nie jest bardzo znaczący, ale nie można go pominąć. Działa tu znana zasada „ziarnko do ziarnka...”. Bezpieczeństwa nigdy za wiele.
Gdzie te komputery?!
To pytanie zadają sobie niewątpliwie bardziej niecierpliwi Czytelnicy. Komputery w samochodzie są, ale niezbyt widoczne – schowane i usytuowane tak, aby jak najmniej były narażone na wstrząsy, temperaturę i korozję. Obsługują one każdy z zastosowanych w samochodzie systemów poprawiających parametry trakcyjne i bezpieczeństwo pasażerów. Oczywiście, nie są to komputery, do jakich widoku jesteśmy wszyscy przyzwyczajeni. Z reguły są wykonane w technice hybrydowej ze względu na konieczność sterowania prądami o sporej wartości. Coraz powszechniejsze jest też odchodzenie od tradycyjnych wiązek przewodów i zastępowanie ich tzw. liniami sygnałowymi. Stosowanie mikroprocesorów do sterowania pracą silnika, skrzyni biegów, zawieszenia, sprzęgła itd. wymusiło używanie multipleksowania przesyłanych sygnałów sterujących. Bez tej technologii samochód byłby istnym kłębowiskiem przewodów.
Natomiast prawdziwymi wielofunkcyjnymi komputerami są urządzenia diagnostyczne. Stacja obsługi samochodów nie ma szans funkcjonować, jeżeli nie jest wyposażona chociażby w ich najskromniejszą wersję. Współczesny samochód jest wyposażony w taką liczbę różnych czujników, przetworników i siłowników, że bez elektronicznego urządzenia diagnostycznego znalezienie przyczyny pozornie błahej usterki i jej usunięcie staje się bardzo trudne, albo wręcz niemożliwe. Niektóre samochody (i jest ich coraz więcej) mają specjalizowane łącza, przystosowane do tylko jednego typu urządzenia diagnozującego. Są to praktyki monopolistyczne, ale trudno jest się przed nimi bronić, jeżeli ręka w rękę współpracują ze sobą producent samochodu i urządzeń diagnostycznych. Wprawdzie urządzenia diagnostyczne są specjalizowanymi komputerami, ale chyba Czytelnicy nie spodziewają się znaleźć ich schematów w tym artykule. Są to pilnie strzeżone sekrety producentów, niejednokrotnie obwarowane patentami. Podobnie jest w przypadku autoalarmów, immobilizerów i innych urządzeń utrudniających złodziejom sięganie po cudzą własność.
Dla przykładu prezentuję interfejs diagnostyczny do Mercedesów z lat 1988–2004 z multiplekserem i kablami z wtykiem: MB 38 pin, MB OBD2, MB Sprinter 14 pin, służący do diagnostyki samochodu poprzez złącze diagnostyczne. Umożliwia diagnostykę wszystkich modeli Mercedesa z lat 1988–2004: W124/ W126/ W202/ W140/ R129/ W210/ W208/ R170/ W209–W203/ W211/ W163/ W168/ W220/ W215/ R230/ G461/ G463 – Vito/ V-Class/ Sprinter/ Viano/ Vaneo. Interfejs obsługuje wszystkie systemy wspomagane elektronicznie, które występują w samochodzie, współpracując z oprogramowaniem Carsoft MB 7.4
Przyszłość samochodu
To zagadnienie ma dwa aspekty: sposób sterowania i paliwo. Od lat prowadzone są próby skonstruowania samochodu, który nie potrzebowałby kierowcy. Takie rozwiązanie, pozornie sprzeczne z zasadą używania samochodu, byłoby nieocenione w zastosowaniach transportowych. Po elektronicznej autostradzie jadą samochody dostawcze. Utrzymują przepisową prędkość, zmieniają pas jazdy i skręcają zgodnie z programem, dostarczając towar do odbiorcy o ściśle określonej godzinie. Fantazja, utopia? Chwilowo tak, ale to tylko kwestia czasu. Może niezbyt odległa przyszłość. Coraz bliższe jest wynalezienie taniego i jednocześnie niezanieczyszczającego środowiska nośnika energii. Da się tu zauważyć dwa kierunki działań: silnik zasilany wodorem lub energią elektryczną. Zaletą pierwszego rozwiązania jest czystość spalin, które zawierają wyłącznie wodę, oraz praktycznie nieograniczony dostęp do wodoru, który jest w wodzie. Podstawowym problemem jest konieczność budowy stacji pobierania paliwa spełniających bardzo ostre warunki bezpieczeństwa ze względu na łatwość wybuchu mieszanki wodór-powietrze. To samo dotyczy instalacji w samochodzie. Problemem w pojeździe z napędem elektrycznym jest skonstruowanie lekkich i pojemnych energetycznie akumulatorów. Duże nadzieje wiąże się z ogniwami paliwowymi, których kolejne generacje powoli zbliżają się do pożądanych parametrów. W wersji finalnej przewiduje się uzupełnianie energii przez zwykłe włożenie wtyczki do kontaktu – parę godzin, i samochód jest gotowy do przejechania 150 km. W mieście – aż nadto. Bezsprzeczną zaletą samochodu z napędem elektrycznym jest znaczne uproszczenie układu przeniesienia napędu oraz łatwość regulowania prędkości pojazdu. Warto też wspomnieć o szeregu konstrukcji hybrydowych, zawierających napęd elektryczny i benzynowy lub gazowy, obecnie łączących motoryzacyjną przeszłość z przyszłością.
Na poboczu
Natura ludzka jest ułomna, a administracyjnymi zakazami nikt złodziejstwa nie zwalczył. Dlatego też samochody coraz częściej są fabrycznie wyposażane w autoalarm oraz różnego rodzaju immobilizery i blokady. Brutalna prawda jest taka, że dla „fachowca” obejście najwymyślniejszego autoalarmu i sforsowanie zamka, nawet elektronicznego, w zasadzie nie stanowi większego problemu. W ostateczności „zamówiony” samochód pakuje się na lawetę, i szukaj wiatru w polu... za wschodnią granicą. Natomiast dla różnego rodzaju domorosłych amatorów darmowych wycieczek samochodem takie urządzenia praktycznie są przeszkodą nie do pokonania. Po co się męczyć, skoro obok stoi samochód bez autoalarmu?! Warto też wspomnieć o tzw. antyradarach. W Polsce ich posiadanie nie jest zabronione, ale używanie – tak! Ostatnio coraz częściej policja do kontroli szybkości pojazdów używa laserów. Ponieważ każda akcja rodzi reakcję, pojawiły się już urządzenia sygnalizujące kierowcy, że gdzieś niedaleko „pracuje” laser. Jeżeli czyjaś praca polega na częstym i szybkim podróżowaniu, to wprawdzie nie wolno, ale...
Coś dla majsterkowiczów
Przy obecnym poziomie wyposażenia samochodów w różne wymyślne gadżety elektroniczne, jak GPS, trudno jest znaleźć jakiś użyteczny układ do samodzielnego wykonania. Praktycznie wszystko można kupić, ale są ludzie czerpiący przyjemność z wykonania czegoś własnoręcznie. Również ja zaliczam się do tego grona. Wprawdzie wykonane modyfikacje i urządzenia pamiętają czasy, gdy na polskich drogach królował PF 126p, ale kilka z nich może się przydać i dzisiaj. Zwłaszcza że są proste, niezawodne i łatwe do wykonania.
Wskaźnik stanu naładowania akumulatora
Wprawdzie współczesne akumulatory kwasowo-ołowiowe, wspomagane przez alternator sterowany elektronicznym regulatorem napięcia, są o wiele trwalsze niż kilkanaście lat temu, ale zasada ich działania pozostała niezmieniona. Podobnie jak przedziały napięcia, które charakteryzują ich stan energetyczny. Dla akumulatora 12 V przedstawiają się one następująco:
1. 11,0 do <12,4 V – akumulator częściowo rozładowany.
2. 12,4 do 14,8 V – akumulator odpowiednio naładowany.
3. >14,8 V – akumulator przeładowany.
Urządzenie, które kiedyś wykonałem, jest przedstawione na schemacie poniżej. Pozwala łatwo kontrolować stan naładowania akumulatora i podjąć we właściwym momencie decyzję o jego doładowaniu, poza samochodem.
Jest to prosty, nieliniowy układ mostkowy. Dioda D3 świeci po włączeniu wyłącznika zapłonu, niezależnie od stanu naładowania akumulatora. Dioda D1 świeci, dopóki napięcie w instalacji jest mniejsze od napięcia przebicia obu diod Zenera (2*6,2 = 12,4 V). Wzrost napięcia powoduje przepływ prądu przez diody Zenera, mostek jest w przybliżeniu zrównoważony i diody elektroluminescencyjne D1 i D2 nie świecą. Dalszy wzrost napięcia powoduje niezrównoważenie mostka i dioda D2, sygnalizująca przeładowanie akumulatora, zaczyna świecić. Diody D4 i D7 określają szerokość zakresu sygnalizacji stanu właściwego naładowania. Dla podanych w powyższych tabelkach wartości elementów przy włączonych obydwu diodach D4 i D7 zakres ten wynosiłby tylko 1,6 V, czyli za mało. W układzie zastosowanym w praktyce jedną z nich zastępujemy mostkiem zwierającym, co spowoduje rozszerzenie zakresu sygnalizowanego jako właściwy do 2,4 V, czyli dokładnie tylu, ile jest potrzebne. Wykonanie niewielkiej płytki z obwodem drukowanym i zamknięcie jej w stosownej obudowie jest banalnie łatwe. Stan naładowania sprawdzamy przy wyłączonym silniku i włączonych światłach. Przeładowanie akumulatora zdarza się rzadko, ale jest możliwe, zwłaszcza w starszych samochodach z mechaniczno-elektrycznym regulatorem napięcia alternatora lub prądnicy.
Prostownik tyrystorowy
Znający się na elektrotechnice samochodowej wiedzą, że akumulatora nie można ładować dowolnym prądem i przez dowolnie długi czas, bo grozi to jego uszkodzeniem. Aby uwolnić się od konieczności regulowania prądu ładowania oraz jego wyłączenia we właściwym czasie, dawno temu wykonałem prosty tyrystorowy prostownik 12 V z samoczynnym odłączaniem prądu ładowania, przedstawiony na schemacie poniżej.
Bramka tyrystora jest podłączona do dzielnika pomiarowego złożonego z opornika 47(?)/ 6 W i diody Zenera BZP 620-C15, za pośrednictwem diody BAP 720. Przy tak dobranych elementach napięcie na bramce tyrystora pojawia się jedynie wtedy, gdy napięcie akumulatora jest niższe od napięcia przebicia diody Zenera. Przy wzroście napięcia akumulatora stopniowo zmniejsza się kąt przepływu prądu przez tyrystor, aż całkowicie zaniknie. Obecny na schemacie dławik 8 mH/ 10 A oraz dioda BYP 660/100R zabezpieczają tyrystor przed przebiciem. Część transformatorową prostownika można oczywiście wykonać w układzie Graetza. Jedynym warunkiem jest dostarczenie przez prostownik prądu rzędu 6–10 A i dobranie do niego tyrystora, zależnie od potrzeb użytkownika. Niezbędne jest umieszczenie diod i tyrystora na niewielkich radiatorach. Urządzenie działało znakomicie. Niestety, miałem włamanie do garażu... Zaraz potem zmieniłem samochód. Nowy wóz nie wymagał takiej troski o stan naładowania akumulatora, ponieważ był wyposażony w alternator z elektronicznym regulatorem napięcia, i jakoś nie starczyło mi chęci na powtórne wykonanie opisanego prostownika. Potrzebującym – polecam!
Zapłon tyrystorowy z wydłużonym czasem trwania iskry i obrotomierz okienkowy
Oba te urządzenia wykonałem i działały doskonale. Jednak ze względu na zapewne minimalną liczbę zainteresowanych publikowanie ich schematów i opisów nie ma większego sensu. Wspomniany zapłon tyrystorowy nadaje się do zastosowania w samochodach bez zaawansowanego technicznie układu zapłonowego, np. PF 126p lub Tico. Obrotomierz okienkowy zapaleniem się lampki sygnalizuje opuszczenie przez silnik zakresu optymalnych obrotów, czyli przedziału pomiędzy obrotami maksymalnego momentu obrotowego a obrotami maksymalnej mocy silnika. W przedziale tych obrotów zazwyczaj znajduje się minimum jednostkowego zużycia paliwa. Jest to bardzo wygodny analogowy wskaźnik, ułatwiający ekonomiczną jazdę i niewymagający kontrolowania położenia wskazówki obrotomierza lub – co jest jeszcze bardziej uciążliwe – odczytywania wyświetlaczy cyfrowych. Bez przeróbek można go zastosować w każdym samochodzie z przerywaczem stykowym. Zainteresowanym Czytelnikom schematy obu urządzeń mogę udostępnić mailem, pod adresem uran46@op.pl.
Zakończenie
O samochodach, podobnie jak o sporcie i kobietach, można rozprawiać godzinami. A także o elektronice, w którą są wyposażone. Zwłaszcza przy piwie... bezalkoholowym! Jako podsumowanie całości opowiem krótką, autentyczną historię związaną z tematem „samochód i elektronika”.
Mój kolega prowadzi warsztat samochodowy, specjalizujący się w naprawie samochodów pewnego producenta. Nie powiem jakiego, bo nie chcę mieć procesu o pomówienie. Któregoś dnia przyciągnięto mu do warsztatu samochód, który nagle postanowił się nie uruchamiać. Po sprawdzeniu wszystkiego, co tylko rozum i doświadczenie nakazywały, nie znalazł przyczyny. Samochód dalej nie był łaskaw się uruchomić. W porozumieniu z klientem wezwał lawetę, wciągnięto na nią samochód, i wtedy próba uruchomienia udała się. Ściągnięto go więc z lawety i... znów nie chciał się uruchomić. Ponownie na lawetę – uruchamia się. Klient pojechał do serwisu fabrycznego. Na lawecie „odpalił”, zjechał i...koniec pracy silnika! W serwisie fabrycznym samochód przebywał trzy tygodnie. Urządzenie diagnozujące za każdym włączeniem pokazywało inną przyczynę awarii. Metodą prób i błędów wymieniano, co tylko przyszło panom mechanikom do głowy. Kosztowało to klienta kilka tysięcy złotych. W końcu samochód jeździ, uruchamia się, ale nikt nie wie, dlaczego tak się zachowywał. Pouczające! Wniosek z tej historii jest jeden: samochód to piękna i użyteczna rzecz, zwłaszcza gdy jest sprawny! Dlatego też w moim citroenie AX najbardziej podoba mi się „wyszukana” elektronika, sygnalizująca przy opuszczaniu pojazdu, że znów zostawiłem zapalone światła. Nie żebym był przeciwny „elektronizacji” samochodów. Ale nadmiar czujników, siłowników i pomocniczych komputerów, obsługujących co tylko się da, jest przyczyną znakomitej większości awarii współczesnych samochodów. To kwestia niezawodności podzespołów, których ciągle rosnąca liczba zwiększa prawdopodobieństwo, że któryś z nich się zepsuje. Jestem zadowolony, że w swoim samochodzie nie zobaczę na wyświetlaczu np. takiego komunikatu: „Error nr 547. Natychmiast wyłącz silnik i wezwij serwis”. Dlaczego? Bo nie mam wyświetlacza! Kilka klasycznych lampek kontrolnych sygnalizujących wadliwe działanie głównych podzespołów poinformuje mnie równie skutecznie, co się stało. Wciąż jednak chętnie zostałbym właścicielem nieco nowocześniejszego modelu samochodu tej samej firmy! I jeszcze jedna ogólna uwaga: nie istnieje system elektroniczny, który mógłby zastąpić zdrowy rozsądek i umiejętność przewidywania rozwoju sytuacji na drodze. Warto o tym pamiętać, zwłaszcza siadając za kierownicą auta mocno nafaszerowanego elektroniką. Nadmierna pewność siebie, niedostosowanie prędkości do warunków atmosferycznych i wiara w nieograniczone możliwości trakcyjne samochodu są przyczyną 95 proc. wypadków. Na pozostałe 5 proc. przypadają awarie podzespołów samochodu. Wszystkim kierowcom tradycyjnie życzę szerokiej drogi!
Literatura:
1. Wikipedia
2. Marian Konopiński, Elektronika w technice motoryzacyjnej, WKiŁ 1977
3. Tyrystorowy układ zapłonowy z długim czasem trwania iskry, „Radioelektronik”, nr 2/1987