Mecanica automobilelor

Prin acest referat doresc să scot în evidenţă unele aspecte mai semnificative, legate de: sistemul mecanic şi/sau optic, pe care se bazează întreaga funcţionare a sistemului; componentele electrice şi electronice (senzori, actuatori, circuite de putere), care servesc la achiziţionarea de informaţii din proces şi la comanda adecvată a unor mişcări ale elementelor sistemului mecanic/optic; sistemul de comandă centralizat/descentralizat, care asigură coordonarea întregului ansamblu şi conferă gradul mai înalt sau mai scăzut de inteligenţă al sistemului mecatronic respective, se va sublinia, si modul în care anumite funcţiuni mecanice sunt preluate de către electronică şi software, simplificând foarte mult structura mecanică, modul în care construcţiile rigide, la care precizia este realizată prin toleranţe foarte strânse, pot fi înlocuite cu construcţii elastice şi uşoare, la care precizia este realizată prin măsurare şi bucle de reacţie, modul în care problemele de cablare, inerente unor sisteme cu atât de multe componente electrice şi electronice, sunt rezolvate prin utilizarea unor magistrale şi protocoale de comunicaţie adecvate (de exemplu, CAN Bus).

1. Automobilul modern:

Apărut în a doua jumătate a secolului al 19-lea, automobilul a revoluţionat transporturile şi a concentrat cele mai semnificative eforturi ştiinţifice şi inginereşti, pentru continua perfecţionare a performanţelor sale. Până în jurul anilor 1970-1980 componentele mecanice, multe dintre ele adevărate „bijuterii” tehnice, reprezentau o pondere covârşitoare în ansamblul unui automobil, partea electricăşi electronică rezumându-se la un număr restrâns de motoare (demaror, alternator, ştergătoare de parbriz), senzori (pentru temperatura uleiului şi antigelului, presiunea uleiului, nivelul carburantului), relee (pentru semnalizare, aprindere) şi becuri

Dezvoltarea microelectronicii, materializată în circuite integrate logice şi analogice, circuite integrate de putere, procesoare numerice (microprocesoare, microcontrollere, DSP-uri), realizarea unor sisteme de acţionare, convenţionale şi neconvenţionale,

performante, a unor tipuri noi de senzori etc., au deschis perspective largi pentru rezolvarea unor cerinţe care se impuneau tot mai acut, legate de:

- Siguranţa în trafic;

- Economicitate;

- Fiabilitate;

- Confort;

- Protecţia mediului.

Fig. 1 Componente electrice şi electronice într-un automobil

Un automobil modern, dintr-o clasă medie, cuprinde circa 60-70 de motoare şi un număr asemănător de senzori şi sisteme senzoriale (fig.2.1). Un exemplu elocvent îl constituie diferenţele majore dintre „broscuţa” de mare succes a firmei Volkswagen, din anii 1960: 136 W – putere maximă consumată, 150 m de cabluri electrice şi circa

80 de contacte electrice şi urmaşul acesteia din 2001, maşina „New Beetle”, cu un consum de 2050 W, 1500 m de cabluri şi 1200 contacte electrice.

În construcţia automobilelor moderne şi-au câştigat locul tot mai multe sisteme mecatronice (pentru managementul motorului, ABS, ESP, suspensie activă etc.), pentru ca, în final, întreg automobilul să se transforme într-unul dintre cele mai reprezentative sisteme mecatronice (prin interconectarea subsistemelor cu magistrale adecvate – de exemplu, CAN-Bus, sisteme de navigaţie, X-by Wire, telematică etc.).

Creşterea ponderii componentelor electrice şi electronice în construcţia automobilului a facilitat introducerea unor sisteme noi, permiţând creşterea performanţelor şi simplificarea componentelor mecanice. Un exemplu este prezentat în figura 2.2, respectiv un ventil cu acţionare electromagnetică (Electromagnetic Valve Train – EVT) – un rezonator resort/masă, care înlocuieşte clasicul ax cu came destinat acţionării ventilelor în sincronism cu mişcarea arborelui motor, şi asigură sistemului de management al motorului posibilitatea comenzii libere a ventilelor, în funcţie de algoritmul de optimizare impus.

Principalele efecte: îmbunătăţirea raportului moment motor/turaţia motorului, reducerea cu până la 20% a consumului de carburant,

Fig.2 Ventil cu acţionare electromagnetică

O altă tendinţă importantă în construcţia autovehiculelor constă în îmbunătăţirea permanentă a performanţelor sistemelor existente. În figura 3, este prezentat un Injection), în care o pompă alimentează cu motorină o rampă comună, numită „common rail”, la presiuni de până la 1500 bari. Distribuţia carburantului din această rampă se realizează cu actuatori piezoelectrici.