ELEKTROTECHNIKA I ELEKTRONIKA W POJAZDACH SAMOCHODOWYCH - PODRĘCZNIK

ELEKTROTECHNIKA I ELEKTRONIKA W POJAZDACH SAMOCHODOWYCH

Spis treści:

Słowo wstępne 13

1. Podstawowe pojęcia z elektryczności
1.1. Budowa atomu 15
1.2. Napięcie 16
1.3. Prąd 17
1.4. Rezystancja 17
1.5. Możliwości wytworzenia napięcia 18
1.6. Skutki oddziaływania prądu elektrycznego 19
1.7. Przepisy bezpieczeństwa 20
1.7.1. Oddziaływanie prądu elektrycznego na człowieka 20
1.7.2. Pierwsza pomoc przy porażeniu prądem 21
1.8. Rodzaje napięcia 21

2. Schematy połączeń elektrycznych
2.1. Części składowe i budowa obwodu elektrycznego 24
2.2. Symbole graficzne 26
2.3. Schematy ideowe 29
2.3.1. Schemat połączeń 29
2.3.2. Schemat obwodu 30
2.4. Oznaczenia urządzeń elektrycznych 30
2.5. Oznaczenia zacisków 30
2.6. Schematy elektryczne 31
2.6.1. Przykłady schematów dla samochodu Volkswagen 31
2.6.2. Przykłady schematów dla samochodu Ford 36
2.7.Miejsce zamontowania elementów w samochodzie 41

3. Pomiary miernikiem uniwersalnym
3.1. Rodzaje mierników 44
3.2. Oznaczenia na uniwersalnych miernikach analogowych 46
3.3. Oznaczenia na uniwersalnych miernikach cyfrowych 47
3.4. Zakresy tolerancji mierników uniwersalnych 49
3.4.1. Mierniki analogowe 49
3.4.2. Uniwersalne mierniki cyfrowe 50
3.5. Poszukiwanie usterek za pomocą woltomierza 50
3.6. Poszukiwanie usterek za pomocą amperomierza 55
3.7. Poszukiwanie usterek za pomocą pomiaru rezystancji 58
3.8. Podsumowanie: pomiary napięcia, natężenia i rezystancji 64
3.9. Praca z programami do poszukiwania usterek 65
3.9.1. Poszukiwanie usterek w samochodzie Volkswagen 65
3.9.2. Poszukiwanie usterek w samochodzie Ford 69

4. Podstawy elektrotechniki
4.1. Prawo Ohma 74
4.2. Straty napięcia 75
4.2.1. Napięcie w zamkniętym obwodzie elektrycznym 75
4.2.2. Napięcie w otwartym obwodzie elektrycznym 76
4.3. Moc elektryczna 77
4.4. Rezystywność przewodnika 79
4.5. Połączenia równoległe i szeregowe 80
4.5.1. Połączenie szeregowe 80
4.5.2. Połączenie równoległe 82
4.5.3. Przegląd 84
4.6. Obwody mieszane 85
4.6.1. Rozszerzone połączenie szeregowe 85
4.6.2. Rozszerzone połączenie równoległe 87
4.7. Dzielnik napięcia, potencjometr 88
4.7.1. Nieobciążony dzielnik napięcia 88
4.7.2. Obciążony dzielnik napięcia 89
4.8. Rezystory zależne od temperatury 89
4.8.1. Rezystory PTC 89
4.8.2. Rezystory NTC 93
4.9. Kondensator 94
4.9.1. Kondensator jako magazyn ładunków elektrycznych 94
4.9.2. Kierunek przepływu prądu 94
4.9.3. Budowa 95
4.9.4. Zasada działania 95
4.9.5. Przebieg ładowania i rozładowania 96
4.9.6. Kondensator w obwodzie prądu przemiennego 98
4.9.7. Kondensator jako element przeciwzakłóceniowy w samochodzie 98
4.10. Indukcyjność 99
4.10.1. Magnetyzm 99
4.10.2. Indukcja elektromagnetyczna 103
4.10.2.1. Indukcja ruchu 103
4.10.2.2. Indukcja spoczynkowa 105
4.10.3. Cewka 106
4.10.3.1. Samoindukcja po włączeniu cewki 106
4.10.3.2. Samoindukcja po odłączeniu cewki 108
4.10.4. Silnik elektryczny i prądnica 110
4.10.4.1. Zasada działania silnika elektrycznego 110
4.10.4.2. Zasada działania prądnicy 112
4.10.5. Przekaźnik 115
4.10.5.1. Zasada działania 115
4.10.5.2. Rodzaje przekaźników 118
4.10.5.3. Budowa przekaźnika kontaktronowego 118
4.10.5.4. Przykłady zastosowań przekaźników kontaktronowych w samochodzie 119
4.10.5.5.Poszukiwanie usterki w obwodzie z przekaźnikiem 121

5. Podstawowe elementy elektroniczne
5.1. Dioda 126
5.1.1. Dioda jako zawór elektryczny 126
5.1.2. Sprawdzanie diody 126
5.1.3. Zastosowanie diody jako prostownika prądu przemiennego 128
5.1.4. Układ mostkowy w prądnicy prądu trójfazowego 129
5.1.5. Dioda do rozłączania obwodu elektrycznego 132
5.1.6. Dioda do ograniczania napięcia wzbudzenia 13
5.1.7. Oznaczanie diod 133
5.2. Dioda Zenera 133
5.2.1. Właściwości 134
5.2.2. Dioda Zenera w przekaźniku ochrony przepięciowej 134
5.2.3. Dioda Zenera jako dioda prostująca w prądnicy trójfazowej 135
5.3. Dioda świecąca (LED) 135
5.3.1. Właściwości 136
5.3.2. Budowa 137
5.3.3. Przykłady zastosowania 139
5.4. Fotodiody 142
5.4.1. Właściwości fotodiody 143
5.4.2. Przykłady zastosowania fotodiody 144
5.4.2.1. Czujnik deszczu i światła 144
5.4.2.2. Czujnik promieniowania słonecznego 146
5.4.2.3. Lusterko wewnętrzne samoczynnie reagujące na oślepianie 147
5.4.2.4. Bezdotykowy pomiar temperatury 148
5.5. Tranzystor 150
5.5.1. Tranzystor jako element sterowalny 151
5.5.2. Porównanie tranzystora z przekaźnikiem 152
5.5.3. Tranzystor jako wzmacniacz 153
5.5.4. Współczynnik trwania impulsu 155

6. Analiza systemowa i schematy przepływu sygnałów
6.1. Analiza funkcjonalna 158
6.2. Samochód jako system 159
6.3. Schemat przepływu sygnałów 160

7. Podstawy techniki cyfrowej
7.1. Sygnały analogowe i cyfrowe 162
7.2. Zasada przekazu analogowego 164
7.2.1. Problemy przekazu analogowego 165
7.2.2. Przykłady przekazu analogowego 165
7.3. Logika podstawowych połączeń cyfrowych 167
7.4. Przegląd podstawowych funkcji logicznych 170
7.5. Element logiczny przetwarzający dane 171
7.5.1. Poziom sygnału 172
7.5.2. Poziom sygnału w samochodzie 173
7.6. Podstawowe funkcje logiczne 173
7.6.1. Iloczyn logiczny 173
7.6.2. Suma logiczna 175
7.6.3. Negacja logiczna 176
7.6.4. Podsumowanie 178
7.6.5. Używane skróty 178
7.6.6. Wybrane symbole graficzne elementów logicznych 179
7.6.7. Przykład 179
7.7. Złożone elementy logiczne 181
7.8. System dwójkowy 182

8. Transmisja danych w samochodzie
8.1. Przykłady 185
8.2. Przetwarzanie informacji w urządzeniu sterującym 187
8.3. Przetwornik analogowo-cyfrowy 188
8.4. Połączenia wtykowe słabym punktem układu 190
8.5. Transmisja danych za pomocą magistrali danych 190
8.6. Samodiagnoza 191
8.6.1. Nadzorowanie czujnika (np.temperatury cieczy chłodzącej) 193
8.6.2. Nadzorowanie nastawnika (np.regulatora biegu jałowego) 194
8.7. Magistrala transmisji danych diagnostycznych 196
8.8. Pokładowa instalacja elektryczna i zarządzanie obciążeniem 203

9. Sterowanie i regulacja
9.1. Różnica pomiędzy sterowaniem i regulacją 211
9.1.1. Łańcuch sterowania 211
9.1.2. Obwód regulacji 211
9.2. Sterowanie 212
9.2.1. Definicja sterowania 212
9.2.2. Ogniwa łańcucha sterowania 212
9.2.3. Wielkości wejściowe i wyjściowe łańcucha sterowania 212
9.2.4. Rodzaje sterowania według rodzaju sygnału 214
9.2.5. Sterowanie binarne 215
9.2.6. Sterowanie analogowe 216
9.2.7. Sterowanie cyfrowe 217
9.2.8. Rodzaje sterowania według rodzaju przetwarzania sygnału 218
9.3. Regulowanie 219
9.3.1. Człowiek jako regulator w obwodzie regulacji 219
9.3.2. Definicja regulacji 220
9.3.3. Schemat blokowy obwodu regulacji 221
9.3.4. Części składowe układu regulacji 222
9.3.5. Obwód regulacji 223
9.3.6. Rodzaje regulatorów 223
9.3.7. Stany przejściowe 224
9.3.8. Regulacja prądu 225
9.3.9. Regulacja prędkości obrotowej biegu jałowego 226
9.3.10. Odpowietrzanie zbiornika paliwa 229
9.4. Adaptacyjne układy regulacji 231
9.4.1. Adaptacja na przykładzie regulacji lambda 232
9.4.2. Problemy diagnostyczne wynikające z adaptacji 234

10. Oscyloskop warsztatowy
10.1. Analogowe i cyfrowe przedstawianie sygnałów 235
10.2. Sprzężenia DC/AC 236
10.3. Oś Y 237
10.4. Oś X 237
10.5. Impuls wyzwalający 239
10.5.1. Poziom impulsu wyzwalającego 239
10.5.2. Zbocze impulsu wyzwalającego 240
10.6. Obrazy typowych sygnałów z czujników 241
10.7. Sprawdzanie prądnicy 242
10.7.1. Sygnały harmoniczne 242
10.7.2. Wpływ rodzaju sprzężenia na obraz 243
10.7.3. Przykłady usterek wykrytych podczas testu prądnicy 244

11. Systemy transmisji danych
11.1. Rozwój elektronicznych układów samochodowych 246
11.2. Konieczność stosowania sieci transmisji danych 247
11.3. Podstawowe pojęcia 249
11.3.1. Rodzaje sieci transmisji danych 250
11.3.2. Podstawy cyfrowej transmisji danych 252
11.4. Magistrala CAN 253
11.4.1. Transmisja sygnałów 253
11.4.2. Format komunikatu 257
11.4.3. Diagnostyka 260
11.5. Magistrala LIN 264
11.6. Optyczne sieci transmisji danych 268
11.6.1. Przesyłanie sygnałów światłowodami 268
11.6.2. Magistrala MOST 270
11.6.3. Diagnostyka magistrali MOST 271
11.6.4. Magistrala Byteflight 273
11.7. Sieć Bluetooth 275
11.8. Sieć Flex Ray 276
11.9. Przykłady wykorzystania sieci transmisji danych w samochodzie 278
11.10. Programowanie, kodowanie, personalizacja, indywidualizacja 283

12. Układy zapłonowe
12.1. Bezstykowe sterowanie zapłonu 289
12.1.1. Zalety 289
12.1.2. Budowa i działanie 290
12.1.3. Indukcyjne wyzwalanie sygnału w zapłonie tranzystorowym 291
12.1.4. Emitowanie sygnału przez czujnik Halla 292
12.1.5. Wykrywanie usterek zapłonu sterowanego bezstykowo 294
12.2. Zapłon elektroniczny 297
12.2.1. Schemat funkcjonalny z wejściami i wyjściami urządzenia sterującego 298
12.2.2. Najważniejsze sygnały wejściowe do obliczania KWZ 299
12.2.3. Dodatkowe sygnały wejściowe 301
12.2.4. Sygnały wyjściowe oraz wskazówki do wykrywania usterek 303
12.3. Zapłon całkowicie elektroniczny 304
12.3.1. Budowa i zalety statycznego rozdziału wysokiego napięcia 304
12.3.2. Statyczny rozdział wysokiego napięcia przez cewki dwubiegunowe 305
12.3.3. Informacja zwrotna o prądzie zapłonu w zapłonie statycznym 306
12.3.4. Wskazówki dotyczące wykrywania usterek 307

13. Układy wtryskowe
13.1. Wtrysk ciągły (układ K-Jetronic) 308
13.1.1. Opis funkcji i części składowych układu 308
13.1.2. Elementy składowe i ich funkcje 310
13.1.3. Dodatkowe, elektrycznie sterowane elementy układu 316
13.1.4. Schemat elektryczny 318
13.1.5. Układ K-Jetronic z regulacją lambda 319
13.2. Układ KE-Jetronic 320
13.2.1. Różnice w stosunku do układu K-Jetronic 321
13.2.2. Sygnały wejściowe i ich znaczenie dla sterowania elektronicznego 321
13.2.3. Regulacja dawki wtrysku przez elektrohydrauliczny nastawnik ciśnienia 324
13.3. Wtrysk przerywany (układ L-Jetronic) 325
13.3.1. Ogólny opis działania układu 325
13.3.2. Elementy składowe i ich funkcje 326
13.3.3. Funkcje urządzenia sterującego 335
13.3.4. Ogólny schemat elektryczny układu 338
13.4. Układ Mono-Jetronic 339
13.4.1. Obwód zasilania paliwem 339
13.4.2. Sygnały wejściowe do ustalenia warunków eksploatacji 342
13.4.3. Działanie urządzenia sterującego, sygnały wyjściowe 344
13.5. Regulacja lambda 346
13.5.1. Adaptacja składu mieszanki 348
13.5.2. Budowa i działanie sondy lambda 349
13.5.3. Sonda lambda z wkładem z dwutlenku tytanu 350
13.5.4. Planarna sonda lambda 352
13.5.5. Szerokopasmowa planarna sonda lambda 352
13.6. Regulowane elektronicznie układy wtryskowe w silnikach wysokoprężnych 353
13.6.1. Wiadomości ogólne, przegląd układu 353
13.6.2. Sygnały wejściowe i ich wpływ na działanie układu 354
13.6.3. Sterowanie różnymi pompami wtryskowymi i pozostałe sygnały wyjściowe 357
13.6.4. Wtrysk bezpośredni w silnikach wysokoprężnych 362
13.6.4.1. Promieniowe rozdzielaczowe pompy wtryskowe 362
13.6.4.2. Układy z pompowtryskiwaczami (UIS) i indywidualnymi pompami wtryskowymi (UPS) 366
13.6.4.3. Zasobnikowy układ wtryskowy Common Rail 366
13.6.5. Sposoby poprawy czystości spalin w samochodach z silnikami wysokoprężnymi 372

14. Zintegrowane układy wtryskowo-zapłonowe i obecne wymagania
14.1. Informacje ogólne 375
14.2. Funkcje dodatkowe w różnych rozwiązaniach Motronic 376
14.3. Cyfrowe układy sterowania silnika z wtryskiem do rury dolotowej 379
14.4. Cyfrowe układy sterowania silnika o bezpośrednim wtrysku benzyny 384
14.5. Stosowana w Europie diagnostyka pokładowa (E-OBD) 386
14.6. Gaz jako paliwo alternatywne 389
14.6.1. Wiadomości wstępne 389
14.6.2. Instalacja samochodowa na gaz ziemny 391
14.6.3. Samochodowe instalacje gazowe jako wyposażenie dodatkowe 395
14.6.4. Regulacje prawne 397

15. Układy regulacji i sterowania dynamiki jazdy
15.1. Układ przeciwblokujący (ABS) 398
15.1.1. Podstawowe funkcje i ogólna budowa układu ABS 398
15.1.2. Czujniki prędkości obrotowej kół 399
15.1.3. Układ zamknięty z zaworami elektromagnetycznymi 3/3 401
15.1.4. Układ otwarty z zaworami elektromagnetycznymi 2/2 404
15.1.5. Układ zamknięty z zaworami elektromagnetycznymi 2/2 406
15.1.6. ABS w motocyklach 409
15.2. Układ przeciwpoślizgowy (ASR) 412
15.2.1. Układ przeciwpoślizgowy z zaworami elektromagnetycznymi 3/3 413
15.2.2. Układ przeciwpoślizgowy z zaworami elektromagnetycznymi 2/2 418
15.3. Układ stabilizacji toru jazdy 422
15.3.1. Opis układu stabilizacji toru jazdy 422
15.3.2. Sygnały wejściowe i wyjściowe 425
15.4. Regulowane blokady mechanizmu różnicowego 432
15.4.1. Sygnały wejściowe i wyjściowe w urządzeniu sterującym 433
15.4.2. Blokady elektrohydrauliczna i elektromagnetyczna 435
15.4.3. Obwód elektryczny elektromagnetycznej blokady w układzie napędowym czterech kół 437
15.5. Elektroniczna regulacja amortyzatorów 439

16. Układy bezpieczeństwa biernego
16.1. Wprowadzenie 443
16.2. Budowa i działanie przednich poduszek gazowych 444
16.3. Nadzorowanie układu i przepisy bezpieczeństwa 451
16.4. Boczne poduszki gazowe 456
16.5. Kurtyny gazowe 457
16.6. Pirotechniczne napinacze pasów 459
16.7. Poduszka kompaktowa (eurobag) 463
16.8. Przykład kompletnego układu 466

17. Układy ochrony przed kradzieżą
17.1. Elektroniczne zabezpieczenie przed nieuprawnionym użyciem 467
17.1.1. Zabezpieczenie z transponderem przed uruchomieniem samochodu 468
17.1.2. Montaż immobilizera w samochodzie niezabezpieczonym fabrycznie 471
17.2. Instalacje alarmowe 472
17.2.1. Ogólny opis układu 472
17.2.2. Sygnały wejściowe i elementy składowe instalacji 474
17.2.3. Sygnały wyjściowe i schemat elektryczny instalacji alarmowej 481

18. Układy zwiększające komfort jazdy
18.1. Sterowanie ogrzewania i klimatyzacji 484
18.1.1. Opis działania i budowa układu 484
18.1.2. Zasada działania klimatyzacji 486
18.1.3. Sygnały wejściowe 488
18.1.4. Sygnały wyjściowe i sposób działania 489
18.1.5. Schemat ideowy 495
18.2. Elektroniczne sterowanie skrzynki przekładniowej 499
18.2.1. Opis układu 499
18.2.2. Sygnały wejściowe i wyjściowe 501
18.2.3. Bezstopniowa automatyczna skrzynka przekładniowa 507
18.3. Elektroniczne sterowanie sprzęgła i zautomatyzowana skrzynka przekładniowa 510
18.3.1. Elektroniczne sterowanie sprzęgła 510
18.3.2. Zautomatyzowana skrzynka przekładniowa 513
18.4. Regulacja prędkości jazdy 516
18.4.1. Opis działania układu 516
18.4.2. Elementy składowe, sygnały wejściowe i wyjściowe 517
18.4.3. Adaptacyjna regulacja prędkości jazdy 520
18.5. Elektroniczny pomiar odległości (asystent parkowania) 525
18.6. Centralne blokowanie drzwi 531
18.6.1. Centralne blokowanie drzwi z nastawnikami pneumatycznymi 531
18.6.2. Centralne blokowanie drzwi z nastawnikami elektrycznymi 536
18.6.3. Komfortowy dostęp do samochodu 542
18.7. Elektryczne sterowanie szyb 544
18.8. Elektryczne sterowanie dachu 548
18.9. Elektryczne ustawianie lusterek zewnętrznych 550
18.10. Elektryczna regulacja siedzenia 552
18.11. Elektryczna regulacja siedzenia i lusterek z pamięcią ustawienia 554
18.12. Elektryczna regulacja położenia kolumny kierownicy 557
18.13. Dodatkowe urządzenie grzewcze 559
18.13.1. Przegląd rozwiązań konstrukcyjnych 559
18.13.2. Działanie urządzenia grzewczego 561
18.13.3. Wskazówki montażowe i przepisy prawa 562
18.13.4. Diagnozowanie i schemat elektryczny ogrzewania postojowego 564

19. Zintegrowane układy informacji kierowcy
19.1. Wprowadzenie 567
19.2. Wprowadzanie poleceń i sygnały wejściowe 568
19.3. Komunikaty i odtwarzanie 572
19.4. Układy nawigacji satelitarnej 573
19.4.1. Wiadomości wstępne 573
19.4.2. Ustalenie pozycji i obliczenie marszruty 574
19.4.3. Budowa układu nawigacji GPS w samochodzie 576
19.4.4. Możliwe funkcje 579
19.4.5. Możliwe usterki i ich przyczyny 581
19.5. Telefon w samochodzie 583
19.5.1. Rozwój telefonii komórkowej 583
19.5.2. Zasady działania i stosowane technologie 583
19.5.3. Przykłady rozwiązań i etapy rozwojowe 586
19.5.3.1. Telefony montowane na stałe, koniec lat 90. XX wieku 586
19.5.3.2. Telefon komórkowy zintegrowany z samochodem 587
19.5.3.3. Zamontowanie telefonu komórkowego jako wyposażenia dodatkowego 589
19.5.3.4. Telefon zamontowany na stałe, zintegrowany z układem informacji kierowcy, stan z początku 2000 roku 591
19.5.3.5. Telefon w technologii bluetooth zintegrowany z układem informacji kierowcy 592
19.6. Telematyka 593
19.6.1. Telematyka komunikacyjna 594
19.6.2. Funkcja wywołania alarmowego 596
19.6.3. Usługi online 597
19.6.4. Funkcje telematyczne dotyczące tylko samochodu 599

20. Konstrukcje hybrydowe
20.1. Definicja 600
20.2. Wiadomości wstępne 600
20.2.1. Podział według budowy 600
20.2.1.1. Napęd hybrydowy równoległy 600
20.2.1.2. Napęd hybrydowy szeregowy 601
20.2.1.3. Napęd hybrydowy mieszany lub rozgałęziony 601
20.2.1.4. Napęd hybrydowy ładowany z sieci elektrycznej (Plug-In-Hybrid) 602
20.2.2. Podział według stopnia elektryfikacji pojazdu 602
20.2.2.1. Napęd mikrohybrydowy (Micro Hybrid) 602
20.2.2.2. Niepełny napęd hybrydowy (Mild Hybrid) 603
20.2.2.3. Pełny napęd hybrydowy (Full Hybrid) 605
20.3. Napędzanie zespołów pomocniczych w samochodach Full Hybrid 607
20.4. Zalety i wady napędu hybrydowego 608
20.4.1. Współpraca silnika benzynowego z silnikiem elektrycznym 608
20.4.2. Zalety samochodów hybrydowych 608
20.4.3. Wady samochodów hybrydowych 609
20.5. Toyota Prius przykładem seryjno-równoległego napędu hybrydowego 610
20.5.1. Podzespoły układu napędowego (rys.20.13) 610
20.5.2. Akumulatory wysokiego napięcia (HV) 611
20.5.2.1. Akumulator niklowo-wodorkowy (NiMH) 611
20.5.2.2. Akumulatory litowo-jonowe (Li-Ion) 613
20.5.3. Rozdział mocy 615
20.5.4. Budowa i działanie maszyny synchronicznej prądu przemiennego 616
20.5.5.Przetwornik (inwerter, falownik) – rysunki 20.23 i 20.25 619
20.5.6. Elektroniczne urządzenie sterujące 620
20.5.7. Układ bezpieczeństwa napędu hybrydowego Toyoty Prius 621
20.6. Samochody z samozabezpieczonymi obwodami wysokiego napięcia 623
20.6.1. Samozabezpieczenie 623
20.6.2. Zasady bezpieczeństwa samochodów z obwodami wysokiego napięcia 623
20.6.3. Techniczne warunki bezpieczeństwa obsługi układów wysokiego napięcia 624

Materiały źródłowe 626
Źródła ilustracji 628
Wykaz skrótów 631