Izvršni elementi uvod

Izvršni elementi - uvod

Na savremenim vozilima postoje brojni mehatronički sistemi koji prate informacije o trenutnom režimu rada motora obrađuju ih i deluju na izvršne organe na vozilu kako bi u svakom trenutku na najbolji način obezbedili najpovoljnije sagorevanje, najoptimalniju potrošnju goriva, stabilnost vozila, udobnost, bezbednost itd. Jedan mehatronski sistem na vozilu se sastoji od:

Senzora

• prikuplja podatke o relevantnoj fizičkoj veličini (brzina, ubrzanje, sila, pritisak, temperatura...)
• konvertuje tu fizičku veličinu u električni signal pogodan za obradu računarom

Upravljačke jedinice:
• mikrokontroler - računar
• vrši obradu ulaznih podataka na osnovu učitanog softvera i memorisanih vrednosti parametara
• šalje upravljačke signale aktuatoru za upravljanje procesima
Aktuator:
• elektromotor, solenoid...
• generiše sile /obrtne momente za pomeranje upravljanih elemenata

Aktuatori (krajnji izvršni elementi) predstavljaju vezu između elektronskih signala mikroprocesora i stvarnog procesa mehaničkog pokreta. Na njihov ulaz dovodi se signal slabe snage koji daje računar i ta vrednost nosi informaciju koja predstavlja upravljački signal na osnovu koje dobijamo odgovarajuću promenu na izlazu elementa. U samom elementu taj signal može biti pojačan određenim pojačavačem kako bi na izlazu mogli kontrolisati vrednost koja može biti električna, mehanička, tečnost ili tempreatura. Sve u svemu aktuator predstavlja element koji odrađuje neku
radnju bilo da je to otvaranje i zatvaranje odrđenog elementa, zakretanje leptira ili bacanje varnice....

Primer aktuatora može biti hidraulički razvodnik sa hidrauličnim cilindrom. Elektronski signal deluje na razvodnik koji hidraulički pritisak preusmerava sa jedne ili druge strane hidrauličnog cilindra, pretvarajući dakle, signal male energije u odgovarajući pomeraj.
Drugi primer bi bio relej sa elektromotorom.

Komponente aktuatora
Sastoji se od tri dela:

Pojačalo snage
Pogon
Izvršni član

Upravljački signal koji dolazi od upravljačke jedinice nekad nije dovoljan i treba ga pojačati. Signal deluje na pogon koji deluje na izvršni član koji ostvaruje linearno ili kružno kretanje.
Npr. Upravljački signal male energije elektromagnt u okviru hidrauličkog razvodnika vrši prespajanje određenog ulaznog i izlaznog ventila i tako usmerava tečnost pod pritiskom ka hidrauličnom cilindru, koji je ovde pogon, dok je razvodnik pojačalo snage. Izvršni član je klip, koji ostvaruje linearno pomeranje levo ili desno.

hidraulički razvodnik sa hidrauličnim cilindrom

Ceo sistem prikupljanja informacija preko davača, obrada signala u kompjuteru i izvršni organi koji deluju na raznim sistemima na vozilu može se videti na slici ispod. Ovakvi sistemi predstavljaju tzv. mehatronske sisteme.

Primeri mehatronskih sistema na vozilu

Sistemi ubrizgavanja: Sistemi sa direktnim ubrizgavanjem kod OTO motora, common rail ubrizgavanje kod dizel motora
Sistem za paljenje: Elektronski sistem paljenja, Tranzistorsko paljenje
Kočni sistem: upravljanje klizanjem točka (pogon i kočenje), stabilizacija vozila
Transmisija: upravljanje spojnicom, menjačem, raspodelom momenata (poprečno/uzdužno)...
Sistem upravljanja: prilagođavanje servo dejstva, upravljanje točkovima zadnje osovine,

prilagođavanje prenosnog odnosa, upravljanje “preko žice”, autonomno upravljanje

Sistem oslanjanja: prilagođavanje prigušenja/krutosti, regulacija nivoa, aktivni stabilizator, aktivno oslanjanje...•
Sistemi bezbednosti: aktiviranje vazdušnih jastuka, zatezači pojaseva...
Sistemi komfora: asistencija otvaranja / zatvaranja vrata, aktivna sedišta...

Primeri aktuatora u pojedinim sistemima

Sistemi ubrizgavanja

Brizgaljke

Sistemi ubrizgavanja:
1 – rezervoar za gorivo
2 – ulazni filter,
3 – napojna pumpa,
4 – filter za gorivo,
5 – vodovi NP,
6 – pumpa VP,
7 – vodovi VP,
8 – magistralna cev (Rail),
9 – Injektor,
10 – povratni vod za gorivo,
11 – elektronski upravljački uređaj

Ventili za kontrolu rada motora na praznom hodu – IAC

Ventili se takođe koriste kao izvršni elementi(aktuatori). Primer je ventil za regulisanje dodatnog vazduha u praznom hodu.
Koriste se kod single point sistema (sa jednim brizgacem) i kod multipoint (pojedinacni brizgac za svaki cilindar).
IAC ventil otvara mali by-pass kanal oko prigusnog leptira u uslovima kad je leptir zatvoren (prazan hod motora) ili je povecano opterecenje motora (ubrzavanje, vuca, ili kad su ukljuceni klima, ili alternator puni vecim naponom od dozvoljenog, ili je automatski menjac u polozaju rucnog kocenja). Povecanjem protoka vazduha koji protice by-pass kanalom povecava se brzina praznog hoda i obratno.

Sistem za kočenje

Disk kočnica sa membranskim kočionim cilindrom je izvršni element koji pod dejstvom vazduha pod pritiskom deluje na disk kočnice

Sistem za paljenje

Indukcioni kalem(bombina)
Indukcioni kalem je izvršni organ u baterijskim sistemima paljenja čiji je zadatak da obrazuje varnicu na svećici koja ima ulogu varničara.
Kod baterijskih sistema za paljenje sa sakupljanjem energije u induktivnosti indukcioni kalem ima zadatak da akumulira energiju kojan treba da se pretvori u visokonaponsku varnicu na elektrodama svećice za paljenje.
Klasičan indukcioni kalem u sklopu sa razvodnikom paljenja se sve manje koristi a zamenjuje ga elektronski potpuno kontrolisano paljenje gde se na osnovu položaja kolenastog vratila koji se meri pomoću odgovarjućih davača određuje trenutak formiranja varnice.

Sistem za recirkulaciju izduvnih gasova

Elektromagnetni ventil

Emisija azotovih oksida (NOx) može se smanjiti recirkulacijom izduvnih gasova, redukcijom NOx pomoću katalitičkog konvertora u izduvnom sistemu vozila i kombinacijom oba predhodna načina.
Emisija azotovih oksida drastično raste sa porastom temperature u cilindru. Recirkulacija izduvnih gasova zasniva se na vraćanju vazduha iz izduvnog sistema vozila, tj na vraćanju iz-duvnih gasova, u usisni kolektor što prouzrokuje smanjenje temperature u cilindru jer je manja količina kiseonika u gorivoj smeši. Sa smanjenjem temperature smanjuje se i emisija NOx.

Elektronsko upravljanje automatskom transmisijom

Elektromagnetni ventili

Automatska transmisija podrazumeva automatsko upravljanje prenošenjem snage motora na pogonske točkove isključivanjem i uključivanjem spojnice, izborom i promenom stepena prenosa. Na taj način se smanjuje angažovanje vozača, povećava bezbednost saobraćaja i poboljšava komfor. Elektronsko upravljanje automatskom transmisijom realizuje se na osnovu informacija o uslovima kretanja motornog vozila na takav način da se postigne smanjenje potrošnje goriva i/ili poboljša vozivost.
Automatsku transmisiju u osnovi sačinjavaju hidraulični/mehanički sistem za prenos pogonskog momenta motora na točkove uz promenu stepena prenosa i upravljački sistem.
Zadatak upravljačkog sistema je da izvrši izbor i upravlja promenom stepena prenosa saglasno radnim uslovima (brzini vozila i opterećenju motora) i želji vozača. Na bazi relevantnih ulaznih signala ECU aktivira elektromagnetne ventile hidrauličnog sistema isključujući i uključujući spojnicu i menjajući stepen prenosa.

Elektronski upravljano aktivno vešanje(sistem za oslanjanje)

Elektromagnetni ventili

Aktivni sistem za oslanjanje kod kojega je kombinacija amortizera sa oprugom zamenjena kombinacijom hidrauličnog aktuatora sa oprugom. Kao i kod amortizera, cilindar aktuatora vezan je za karoseriju. Unutar cilindra nalazi se klip vezan za oscilujuće rame (sponu) točka, kako je pokazano na slici 5.15. Procesor elektronske upravljačke jedinice (ECU) upravlja smerom i brzinom kretanja klipa posredstvom elektroventila sa 4 priključka. Njegov upravljački algoritam koristi više ulaznih podataka radi određivanja upravljačkog signala za aktuator na svakom točku posebno.