Графическое изображение логических и функциональных взаимосвязей и соединений различных устройств автомобильного бортового оборудования выполняется в виде схем трех типов:
- структурные
- функциональные
- принципиальные электрические схемы
В настоящей главе все три типа схем рассматриваются на примерах бортового оборудования немецких автомобилей.
Структурные схемы
Структурная схема сложного технического устройства составляется как самая обобщенная графическая модель. Такую модель иногда называют канонической и изображают в виде блок-схемы, на которой указываются системообразующие (структурно-логические) взаимосвязи.
Структурная схема (каноническая модель) электронной системы автоматического управления двигателем (ЭСАУ-Д), в которой двигатель является объектом автоматического управления. Структурная схема «описывает» совокупность ЭСАУ-Д и двигателя как единую и достаточно сложную информационно-энергетическую систему по самым общим внешним признакам ее функционирования. Такими признаками являются: входные потоки (А), выходные потоки (Б), потоки случайных внешних воздействий (В) и потоки бесполезных (чаще всего вредных) отходов (Г). Можно показать, что все эти внешние потоки состоят из материи трех видов: энергии, различных веществ (материалов) и информации*.
Внешние материальные потоки как признаки функционирования технической системы проявляют себя по-разному. Например, техническое состояние двигателя может быть оценено по таким показателям бесполезных отходов, как акустические шумы (АШ) и химический состав выпускных отработавших газов (ВОГ). Это та информация, которая используется при проведении инструментальной технической диагностики ДВС. Механическая энергия газового потока выхлопных отработавших газов (ВОГ) используется на некоторых автомобилях для вращения турбины в подсистеме турбонаддува, а тепло ВОГ — для подогрева кузова. Таким образом, поток бесполезных отходов может стать частично полезным. Наличие веществ в бесполезных отходах очевидно — это все загрязнители, которые попадают в окружающую среду при работе ДВС.
• Опуская рассмотрение всех остальных внешних признаков функционирования технической системы, заметим, что каноническая модель, составленная как описание внешних материальных потоков, — это первый уровень моделирования сложной технической системы.
Второй уровень — это подробное описание всех периферийных материальных потоков и устройств системы. Покажем это на примере входных датчиков и потоков для ЭСАУ-Д. Входными материалами (веществами) для этой системы являются бензин (Б) из топливного бака (ББ), атмосферный воздух (В) в воздушном канале (АВ), охлаждающая жидкость (ОЖ) и моторное масло (ММ) в двигателе (ДВС). Энергетический поток ЭЭ поступает к электростартеру во время запуска ДВС от бортовой аккумуляторной батареи (АКБ). После запуска двигателя входным энергетическим потоком становится бензин, который выжигается в цилиндрах. Первичный (входной) информационный поток для ЭСАУ-Д — это сигналы от водительской педали газа (ПГ) и от колесных датчиков (КД) системы АБС, которая по отношению к двигателю выполняет функции электронной системы управления при неравномерном вращении ведущих колес во время страгивания автомобиля с места (функции системы ASR).
Описать компоненты можно и для случайных и для выходных потоков.
Третий уровень моделирования с помощью структурных блок-схем включает в себя конкретизацию компонентов внутри технической системы на уровне их главных исполнительных функций .
• Ценность канонической модели и построенных на ее основе структурных блок-схем состоит в том, что с их помощью можно легко и просто представить полный состав материальных потоков и технических устройств, которые принимают участие в работе данной сложной технической системы. При этом подробное схемотехническое решение системы не рассматривается.
Таким образом, канонические модели и структурные схемы являются инструментами системотехнического (структурно-логического), а не схемотехнического (предметного) моделирования.
Функциональные схемы
Функциональные схемы применяются на начальном этапе схемотехнических разработок для новой технической системы или при изучении уже разработанных и поступивших в эксплуатацию систем. Таким образом, функиональные схемы являются связующим звеном между более общим (структурные схемы) и конкретным частным (принципиальные схемы).
Функциональная схема отображает логическую взаимосвязь технических устройств внутри замкнутой системы с указанием ее рабочих входов и полезных выходов и составляется для каждой подсистемы бортового оборудования в отдельности. Полные функциональные схемы (сразу на все бортовое оборудование автомобиля) не составляются.
Функциональная схема может быть обобщенной, когда на одном чертеже изображаются устройства с различными принципами действия (механические, гидравлические, электрические, электронные и прочие). Такие схемы наиболее ярко отображают логику построения сложной системы в целом. В качестве примера можно рассмотреть обобщенную функциональную схему системы впрыска бензина «L-Jetronic».
Разобраться в устройстве и в принципе действия системы «L-Jetronic» по полной функциональной схеме достаточно просто.
В некоторых случаях составляют упрощенную функциональную схему. Это когда на чертеже изображаются взаимосвязи только одной физической (например, электрической или гидравлической) природы.
Для практического применения в условиях эксплуатации упрощенные функциональные схемы часто делают предметными, то есть вместо условных обозначений отдельных компонентов в виде «черных блоков» (квадраты, треугольники и т.п.) изображают их натуральный внешний вид. Такая функциональная схема для комплексной системы «Motronic МЗ/2». Главное преимущество предметной функциональной схемы — ее наглядность, благодаря чему значительно проще отыскать ту или иную деталь на автомобиле во время его ремонта. Но самой полной и наиболее полезной для поиска неисправностей является принципиальная электрическая схема.
Принципиальные электрические схемы
Классическая принципиальная электрическая схема — это развернутое и абсолютно подробное графическое изображение токопроводных соединений на уровне мельчайших неразборных деталей данного блока или устройства. Такими деталями долгоа время являлись резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, полупроводниковые приборы, реле, коммутационные элеманты и соединительные провода между ними (печатные плеты).
С появлением микросхем неразборными деталями устройства стали целые электронные блоки с заданными функциональными свойствами, и теперь принципиальные схемы стали составляться на уровне микро-элактронных блоков. Внутреннее содержание отдельного неразборного блока, выполненного на микросхеме, никого не интерасует, так как такой блок не ремонтируется.
При еще более глубокой интеграции электрических схем на одном полупроводниковом монокристалле могут создаваться не только функциональные блоки электронных устройств, но и сами эти устройства в полностью зааершанном виде, например микропроцессоры. Такие устройстве не принципиальной схеме изображаются в виде «черных ящиков» с множеством пронумерованных выходов и входое.
Микропроцессоры оснащаются блоками электронной памяти, е также внутренней периферией, е которую входят входные преобрезователи аналоговых сигналов в цифровые коды, выходные усилители, внутренний интерфейс. Получается функционально завершенный электронный блок упревления (ЗБ?), который применительно к автомобилю часто называется контроллером или авторегулятором.
Принципиальная схеме цифрового контроллере, входящая в соствв микропроцессорной системы зажигания и составленная из неразборных стандартных блоков (микросхем). Эта схеме больше напоминает функциональную, так как на ней нет конкретных электрических соединений. Но это только не первый взгляд. Не самом деле соединения между микросхемами внутри контроллера тек же, как и семи микросхемы, — нерезборны и не схеме обозначены как интерфейсы.
В условиях автотранспортных предприятий (ДТП) или станций технического обслуживания (СТО) контроллеры, как и любые бортовые 3BY, не ремонтируются, тек как для обнаружения неисправных микросхем требуется специальное фирменное диагностическое оборудование и высококвалифицированный персонал.
Электрическая схема борт сети автомобиля
Принципиальная электрическая схеме всех токопроводных соединений не борту автомобиля называется схемой электрооборудования.
Электрооборудование современного легкового автомобиля — это сложный комплекс электрических машин и апперетое, электронных блоков упревления контрольно-измерительных и световых приборов, различных реле, исполнительных электромегнитов е автотронных системах, выключателей, предохранителай и соединительных проводов. Все это объединяется в общую электрическую однопроводную бортсеть с использованием металлических деталей двигателя и кузова в качестве второго (отрицательного) провода — «мессы». Проводная часть бортсети — это е основном жгуты электропрсводое, несущие и разводящие по потребителям положительный потенциал от системы электроснабжения. Все соединения подтоком более одного ампера (кроме стартерных цепей) защищены предохранителями. Провода
обеспечивают также информационную электросвязь между компонентами бортового оборудования. Часть таких проводов экранирована. От надежности электрооборудования и токопроводных соединений в значительной степени зависит эффективность эксплуатации автомобиля — расход топлива, загрязнение окружающей среды, комфортность и безопасность движения и т.д.
Номенклатура и число изделий электрооборудования на автомобилях, а также выполняемые ими функции постоянно расширяются. В настоящее время применяются новые, более сложные по конструкции и схемным решениям изделия и системы не безе электронной и микропроцессорной техники. Создаются автотронные системы управления. Электрооборудование соаременного евтомобиля включает в себя более двухсот изделий, свыше 1,5 тыс. контактов и около 1,5 км соединительных проводов. Его стоимость постоянно растет и в настоящее время состевляет 25…30% от стоимости автомобиля. Усложнение электрооборудования и широкое применение электроники имеют и отрицательную сторону. Значительно возросла сложность технического обслуживания и ремонта бортового оборудования, что привело к необходимости привлечения высококвалифицированного персонала не ДТП и СТО, е также к использованию специального дорогостоящего диагностического оборудования и фирменного ремонтного инструменте.
На современном автомобиле выделяют группы устройств, образующих самостоятельные системы с определенными функциями в общей схеме электрооборудования автомобиля. К ним относятся: системы электроснабжения, пуска, управления двигателем (впрыском топлива и зажиганием), автотронная система антиблокировки тормозов(ABS), системы контрольно-измерительных приборов, освещения, световой и звуковой сигнализации; подсистемы управления стеклоочистителем и стеклоомывателем, управления автоматической коробкой передач, блокировки дверей; радиооборудование и многое другое. Каждая группа устройств включает в свой состав коммутационную аппаратуру (реле, выключатели, переключатели), предохренители, провода, соединительные колодки и штекеры.
Наглядность, полнота и простота принципиальной схемы обуславливают ее применение в процессе диагностирования и ремонта электрооборудования автомобилей для обнаружения неисправностей как отдельных элементов, так и блоков в целом, а также для поиска повреждений в соединительных проводах и разъемах.
• Отдельно следует сказать о перспективе совершенствования электрооборудования в части электрической проводки на борту автомобиля. \же в ближайшие годы предполагается заменить дорогостоящие и сложные жгуты медных проводов на одну общую для всех электропотребителей токопроводную шину. По такой шине будет разводиться положительный потенциал от системы электроснабжения аналогично тому, как разводится отрицательный потенциал по «массе» автомобиля. При этом включение и выключение каждого потребителя будет осуществляться от соответствующей клавиши на водительском пульте управления, который подключается к общему для всех потребителей и разветвленному в нужных местах световолоконному кабелю. Возможен вариант управления, при котором сигнальным проводом будет сама токопроводная шина (с использованием высокочастотной селекции в потоке управляющих радиосигналов).
Подсистема электропроводки с общей токовой шиной и с единым интерфейсным каналом управления получила название «мультиплексная проводка». В мультиплексной проводке водительский пульт управления содержит источник безэнтропийной энергии (свет или радиочастоту) и шифратор сигналов управления, а каждый потребитель — избирательный дешифратор, выделяющий «свой» сигнал из общего потока. Подсистема мультиплексной проводки значительно надежнее, проще при поиске неисправностей, легко может быть оборудована электронными схемами самодиагностики, и главное, исключает использование дорогостоящей меди. Ясно, что принципиальная схема электрооборудования с мультиплексной проводкой также значительно упростится, так как в ней исчезнет электропроводная деталировка.
