Применение систем круиз-контроль и ГЛОНАСС в современных автомобилях

МИНЕСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФГБОУ ВПО «ПЕНЗЕНСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ                УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра «Электротехника и транспортное электрооборудование»

 

 

 

Реферат

По дисциплине «Введение в специальность» на тему

 «Применение систем круиз-контроль и ГЛОНАСС в     современных автомобилях»

 

 

 

 

 

Выполнил: ст. гр. 08МЭ-1

.

Руководитель:.

 

 

 

 

Пенза 2011

       

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

          Введение 
          Круиз-контроль - встроенная в автомобиль система, позволяющая автоматически удерживать скорость движения автомобиля на постоянном уровне, а иногда - даже автоматически ее изменять, исходя из конкретной ситуации и своих способностей.

          Круиз-контроль гораздо более распространен на американских автомобилях, в отличие от европейских, поскольку расстояния в Америке гораздо больше. Из-за того, что трафик постоянно растет, основные функции круиз-контроля становятся менее полезным, но вместо устаревших систем первого поколения, на смену приходят системы адаптационного круиз-контроля, которые позволят машине следовать за автомобилем впереди, и постоянно регулировать скорость для поддержания безопасной дистанции.

         Первые системы контроля скорости появились еще в начале XX века. Первооткрыватель в этой области, компания Peerless, заявляла, что их система способна держать постоянную скорость «в независимости от крутости подъема или спуска». Работала эта система от центробежного регулятора, связанного с тягой дроссельной заслонки. В зависимости от наклона, регулятор открывал заслонку больше либо меньше. Но то были лишь первые попытки соорудить нечто, стабилизирующее скорость автомобиля [9].

Глобальная навигационная  спутниковая система (ГЛОНАСС) - советская  и российская спутниковая система  навигации, разработана по заказу Министерства обороны СССР. Одна из двух функционирующих  на сегодня систем глобальной спутниковой  навигации [1].

ГЛОНАСС предназначена для  оперативного навигационно-временного обеспечения неограниченного числа  пользователей наземного, морского, воздушного и космического базирования.

 

         1.Круиз-контроль в современных автомобилях

1.1 История создания системы круиз-контроль

        Cлепого инженера Титора настолько раздражала манера езды своего правозащитника, норовившего газануть при любой возможности, что он понял: если человек не в состоянии держать постоянную скорость, это должна делать сама машина. Результатом стал выпуск компанией Chrysler своего флагмана Imperial образца 1958 года. Система, примененная на этой модели и запатентованная «Крайслером» под именем «cruise control», считывала скорость вращения карданного вала и посредством соленоида контролировала подачу топлива таким образом, чтобы вал вращался с постоянной скоростью [10].

          Технология, примененная тогда «Крайслером», используется и в наши дни, но, помимо нее, в автомобильном мире появились и другие вариации круиз-контроля. Так, некоторые системы считывают показания спидометра, другие обращаются к скорости вращения колес, а третьим хватает уровня оборотов двигателя.

         1.2 Адаптивный круиз-контроль (ACC - Adaptive Cruise Control)

          Адаптивный круиз-контроль представляет собой продвинутую версию пассивного круиз-контроля. ACC не позволяет приближаться к впереди идущему автомобилю на заданном расстоянии. Если впереди идущий автомобиль снижает скорость, АСС включает тормозную систему. Работа ACC похожа на работу системы  City Safety, с той лишь разницей, что City Safety работает на скорости до 30 км/ч.

В отличие от пассивного, адаптивный круиз контроль зависит  от работы тормозных систем безопасности ABS и ESP. Если какая-либо из этих систем неисправна - АСС отключается, предупреждая водителя сигналом на дисплее.

  Существует два вида адаптивного круиз контроля - лазерные и радарные. Лазерные наиболее доступные по цене, но имеют существенный недостаток: лазер теряет свои свойства в плохую погоду и плохо "видит" грязный автомобиль. Радарный тип ACC гораздо дороже и соответственно намного эффективнее, поэтому устанавливается он пока только на автомобили представительского класса и дорогие спортивные.

Известными системами  адаптивного круиз-контроля являются:

- Preview Distance Control от Mitsubishi;  
          - Radar Cruise Control от Toyota;  
          - Distronic (Distronic Plus) от Mercedes-Benz;  
          - Active Cruise Control от BMW;  
          - Adaptive Cruise Control от Volkswagen, Audi, Honda.

Система адаптивного круиз-контроля имеет следующее общее  устройство 
          - датчик расстояния;  
          - блок управления;  
          - исполнительные устройства.

Датчик расстояния служит для измерения скорости и расстояния до впереди идущего автомобиля. В  качестве датчика расстояния используются радары или лидары. Радар (Radar, Radio Detection and Ranging) излучает электромагнитные волны на объект и получает обратный сигнал – эхо. Скорость впереди идущего автомобиля оценивается по изменению частоты отраженной волны, а расстояние до машины - по времени возвращения сигнала. Установленные параметры преобразуются в электрические сигналы и передаются в блок управления.

 Лидар (Lidar, Liht Detecting and Ranging) использует инфракрасный лазерный луч. Принцип действия лидара аналогичен радару. Лазерные датчики дешевле радаров, но подвержены влиянию погодных условий, поэтому на автомобилях премиум-класса в системе адаптивного круиз-контроля используются, в основном, радары [7].

Датчик расстояния устанавливается  на переднем бампере или решетке  радиатора автомобиля. Радиус действия датчика составляет порядка 150 м. В последних разработках адаптивного круиз-контроля используется датчики расстояния короткого и длинного диапазонов. Датчик короткого диапазона обеспечивает замедление автомобиля до полной остановки. Датчик длинного диапазона – до 30 км/ч. Это расширяет функциональные возможности системы и позволяет ее использовать при движении автомобиля с малой скоростью на небольшой дистанции (например, при движении в "пробках"). К примеру, в системе Distronic Plus используется три датчика – один дальнего и два ближнего действия.

Электронный блок управления принимает сигналы от датчиков расстояния, а также входную информацию от других систем, с помощью которых определяется:

           - скорость и дистанция до впереди идущего автомобиля;  
           - скорость управляемого автомобиля;  
           - угол поворота рулевого колеса;  
           - боковое ускорение;  
           - радиус кривой.

           Программное обеспечение, установленное в блоке, сравнивает фактические параметры движения с заданными, на основании которого формируются управляющие воздействия по изменению скорости движения. Своих исполнительных устройств система АСС не имеет, а используют другие электронные системы автомобиля, с которыми связывается через блоки управления:

- система курсовой устойчивости;  
- дроссельная заслонка с электрическим приводом;  
- автоматическая коробка передач.

1.3 Принцип работы адаптивного круиз-контроля

Работа системы адаптивного  круиз-контроля осуществляется в диапазоне  скоростей от 30 до 180 км/ч. Современные  системы АСС поддерживают скоростной режим от 0 до 200 км/ч, а также режим торможения и старта в условиях плотного движения (функция Stop and Go).

 Адаптивный круиз-контроль обеспечивает движение автомобиля в следующих режимах:

- постоянной скорости;  
- ускорения;  
- замедления.

 При отсутствии на дороге других автомобилей, система поддерживает заданную водителем скорость.  
           При ускорении или перестроении впереди идущего автомобиля происходит ускорение автомобиля до заданной водителем скорости.

При замедлении или перестроении из соседнего ряда впереди идущего  автомобиля происходит замедление автомобиля до заданной водителем дистанции. На низкой скорости замедление достигается  за счёт работы тормозной системы (увеличения давления тормозной жидкости в системе), на высокой скорости - за счет снижения мощности двигателя (уменьшения подачи воздуха через дроссельную заслонку) и, при необходимости, работы тормозной  системы.

С целью повышения безопасности автомобиля отдельные конструкции  адаптивного круиз-контроля могут  включать следующие системы:

- систему превентивной безопасности;  
- систему экстренного торможения;  
- систему GPS-навигации.

Адаптивный круиз контроль служит технической основой разрабатываемых  систем автоматического управления автомобилем.

1.4 Пассивный Круиз-контроль (PCC)

Пассивный Круиз-контроль поддерживает постоянную скорость движения автомобиля (заданную водителем). Заданная скорость остаётся неизменной, пока водитель не меняет её сам, нажимая на тормоз или педаль газа (например, при обгоне другого автомобиля или при вынужденном торможении). В этом случае круиз-контроль отключается, но как только водитель отпускает педаль тормоза или газа, опять устанавливает заданную скорость и поддерживает её до следующего "вмешательства" водителя. Менять настройки круиз-контроля можно и во время движения.

1.5 Ускорения и замедления с помощью системы круиз-контроля

Система контролирует скорость автомобиля так же, как и человек - с помощью регулировки дросселя. Но круиз-контроль контролирует дроссельный клапан с помощью пневмопривода, а не нажатием на педаль. Дроссельный клапан регулирует мощность и скорость двигателя, ограничивая количество воздуха, поступающего в двигатель. На рисунке 1.1 изображены два тросика подключенных к шарниру перемещающему дроссельную заслонку. Один тросик идет к педали газа, и один к пневмоприводу. Если круиз-контроль включен, пневмопривод перемещает кабель подключенный к стержню, который регулирует дроссель; но также он тянет тросик, подключенный к педали газа - поэтому педаль перемещается вверх и вниз, когда круиз-контроль работает [6].

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1.1- Тросики подключенные к шарниру

           Во многих автомобилях используются пневмоприводы (см. рисунок 1.2), в которых вакуум нагнетается двигателем. Эти системы используют небольшой, электронно-контролируемый клапан для регулирования вакуума в диафрагме. Практически так же, как и усилитель тормозов, который обеспечивает мощность тормозной системы.

 

 

 

 

 

Рисунок 1.2 - Пневмопривод

 

1.6 Управление системой круиз-контроль

Мозг круиз-контроля представляет собой небольшой компьютер, который  находится как правило, под капотом  или за приборной панелью. Он подключается к дроссельному контролю и к нескольким датчикам. На рисунке 3 показаны входы и выходы типичной системы круиз-контроля. Хорошая система круиз-контроля быстро ускоряет машину до желаемой скорости, без ее превышения, а затем поддерживает с небольшим отклонением, независимо от того насколько загружен автомобиль, или насколько крутой склон встретился на пути. Контроль скорости осуществляется классическим применением теории системы управления. В круиз-контроле система контроля скорости автомобиля регулирует позицию дросселя, поэтому она нуждается в датчиках, которые сообщают ему скорость машины и положение дроссельной заслонки. Она также должна отслеживать нажатие кнопок и педалей управления, чтобы получать данные о том, какая требуемая скорость и когда отключаться. Наиболее важным фактором является скорость сигнала, ведь круиз-контролю надо успеть сделать с этим сигналом многое. Далее будет рассмотрена одна из основных систем контроля - пропорциональный контроль.

   При пропорциональной системе контроля, круиз-контроль регулирует дроссель пропорционально ошибке, ошибке в разнице между желаемой скоростью и фактической скоростью. Таким образом, если круиз-контроль установлен на уровне 60 км/ч, а автомобиль двигается со скоростью 50 км/ч, дроссель будет открыт довольно широко. Когда автомобиль достигнет 55 км/ч, дроссельная заслонка будет открыта гораздо меньше, чем раньше. Результатом является то, что чем ближе автомобиль к требуемой скорости, тем медленнее он разгоняется. Кроме того, на достаточно крутом холме, автомобиль может вообще не разгоняться.

Большинство систем круиз-контроль используют системы управления, называющиеся пропорционально-интегрально-производными (Proportional-Integral-Derivative - PID).

PID система контроля использует три коэффициента - пропорциональный, интегральный и производный, рассчитывает каждый по отдельности и складывает их, чтобы получить положение дроссельной заслонки.

Интегральный коэффициент  основан на временном интеграле  от ошибки скорости транспортного средства. То есть разница между расстоянием, которое автомобиль действительно прошел, и расстоянием, которое он мог бы пройти, если бы движение происходило с требуемой скоростью, рассчитанная за определенный период времени. Этот коэффициент отвечает за ускорение автомобиля в гору, а также помогает ему достичь необходимой скорости, и остаться на ней. Рассмотрим случай когда автомобиль начинает подниматься на холм, и замедляется. Пропорциональная система приоткрывает дроссельную заслонку немного больше, но автомобиль все еще может замедляться. Через некоторое время, интегральный контроль начнет открывать дроссельную заслонку, все больше и больше, потому что чем дольше машина двигается медленнее требуемой скорости, тем большую ошибку расстояния получает система [8].

Производный коэффициент. Как известно производная от скорости - это ускорение. Этот коэффициент помогает круиз-контролю быстро реагировать на изменения дорожной обстановки, как например холмы. Если автомобиль начинает замедляться, круиз-контроль видит это ускорение  и до того, как скорость может сильно измениться, реагирует открытием дроссельной заслонки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
Рисунок 1.3 – Входы и выходы системы круиз-контроль

1.7 Конструкция системы круиз-контроль

Далее будет рассмотрена  конструкция системы круиз-контроля, которая предлагается для установки на отечественные автомобили. В конструкцию входят электронный блок управления, датчики, исполнительный механизм и пульт управления. Как и в других электронных системах, руководит ее работой электронный блок управления (ЭБУ). Включив систему, водитель задает требуемые параметры движения автомобиля и далее уже компьютер осуществляет анализ информации, которая непрерывно поступает от датчика скорости движения или частоты вращения коленчатого вала двигателя. После обработки полученной информации «центр управления» выдает команды исполнительному механизму, назначение которого  - управлять дроссельной заслонкой, т.е. устанавливать необходимые обороты двигателя.