X. Сига, С. Мидзутани

ВВЕДЕНИЕ
автомобильную
ЭЛЕКТРОНИКУ

ИЗДАТЕЛЬСТВО «МИР»
мни*->ч-х

%*

SANKA1DO
Х.Сига, С Мидзутани

ВВЕДЕНИЕ
в автомобильную
ЭЛЕКТРОНИКУ

Перевод с японского
Л. А. Богданова, С. В. Богдасарова
и Л. В. Поспелова
под редакцией
канд. техн, наук А. Б. Брюханова

Москва «Мир» 1989
ББК 32.85

С34

УДК 621.38

Сига X., Мидзутани С.

С34 Введение в автомобильную электронику: Пер. с
японск. — М.: Мир, 1989. — 232 с., ил.

ISBN 5-03-000367-3

Книга японских специалистов освещает широкий круг вопросов,
связанных с применением электронного оборудования для управления
различными узлами автомобилей. Рассматриваются функциональные и
электрические схемы аппаратуры управления конкретными системами
автомобиля. Описывается перспективная навигационная система авто-
мобиля. Значительное внимание уделяется технологии производства по-
лупроводниковых приборов и электронных блоков, предназначенных для
установки в узлы автомобиля. Книга написана без сложного математи-
ческого аппарата и содержит описание значительного числа практиче-
ских электронных схем.

Для инженеров и техников по электронному оборудованию и сис-
темам управления автомобилей, студентов вузов и техникумов соответ-
ствующих специальностей.

„ 2302000000—364

С---------------116—89

041(01)—89

ББК 32.85

Редакция литературы по электронике

ISBN 5-03-000367-3 (русск.) © Хирому Сига, Сюдзи Мидзутани. Sankaido
Publishers, Tokyo, 1986

ISBN 4-381-10011-5 (японск.) © перевод на русский язык, «Мир>, 1989
Предисловие редактора перевода

В последние годы быстрыми темпами развиваются электрон-
ные системы (ЭС), устанавливаемые на автомобиле.

Применение ЭС привело к возникновению новой области
техники — автомобильной электроники. В иностранной литера-
туре в качестве синонима автомобильной электроники исполь-
зуются также термины «мехатроника» (объединение слов «ме-
ханика» и «электроника») или «автоника» (объединение слов
«автомобильная электроника»).

Понятие «автомобильная электроника» широко распростра-
нено в современной технической литературе, но его общепри-
нятое определение отсутствует. По нашему мнению, под авто-
мобильной электроникой следует понимать комплексное науч-
но-техническое направление, связанное с проектированием,
производством и эксплуатацией автомобильных ЭС.

Внимание, уделяемое автомобильной электронике, постоян-
но растет. За 10 лет, с 1974 по 1983 г., общая стоимость всех
ЭС возросла в США в 11 раз, а в Японии — в 56,9 раза. При
этом средняя стоимость ЭС одного автомобиля в США увели-
чилась за это время в 17 раз, и в 33 раза в Японии.

Высокие темпы развития автомобильной электроники со-
хранятся и в будущем. Стоимость ЭС американского легкового
автомобиля среднего класса в 1990 г. будет составлять 12%,
в 1995 г.— 17% от его полной цены. Если в 1982 г. мировой
объем продажи автомобильных ЭС (без стоимости развлека-
тельной аппаратуры) превысил 3 млрд, долл., то в 1985 г. он
увеличился до 8,4 млрд, долл., а на 1990 г. прогнозируется объ-
ем сбыта 14,4 млрд. долл. Для сравнения укажем, что в
1987 г. объем сбыта всех изделий промышленной электроники
(предназначенных для управления производственными процес-
сами, автоматизации производства и испытаний и т. п.) состав-
ляет 10 млрд. долл. Ожидается, что стоимость ЭС одного
американского автомобиля к 2000 г. достигнет двух тысяч
долларов.

Основные причины ускоренного развития автомобильных
ЭС можно разделить на субъективные и объективные. К субъ-
ективным причинам относятся распространенность средств вы-
числительной техники в современном обществе, стремление
придать автомобилю черты индивидуальности и законодатель-
ные меры. Рассмотрим их подробнее.
Большие возможности вычислительной техники и умение их
использовать широкими кругами населения привели к тому,
что во многих странах автомобиль без ЭС стал неконкуренто-
способным. Потребителю он кажется архаичным, не соответст-
вующим современному развитию техники. Поэтому требова-
ние использования ЭС можно рассматривать не как преходя-
щую моду, а как постоянно наблюдаемое следствие научно-
технического прогресса.

Внешний вид автомобилей одного класса становится все
более сходным в связи со стремлением уменьшить сопротивле-
ние воздуха, тогда как ЭС весьма разнообразны. Это позволя-
ет, устанавливая на различные модели неодинаковые ЭС,
делать автомобили оригинальными. В особой мере такими до-
стоинствами должны обладать ЭС, с которыми контактируют
водители, пассажиры (ЭС на панели приборов, ЭС повышения
комфортабельности автомобиля и т. д.).

Развитию ЭС способствовало и появление во многих стра-
нах нормативных документов, в которых регламентированы
предельно допустимые технико-экономические показатели ав-
томобилей. Некоторые из таких нормативов не могут быть
соблюдены без применения ЭС. Например, во многих странах
ограничивается токсичность отработавших газов (ОГ) и мак-
симальный расход топлива. Нарушение норм максимальной
токсичности ОГ, как правило, не допускается, а топливной
экономичности — влечет значительный штраф. Так, годовой
штраф фирмы «Дженерал моторе» за превышение расхода
топлива может достигать 0,5 млрд. долл. Покупатели автомо-
билей с повышенным расходом топлива в США платят допол-
нительный налог от 500 до 3850 долл.

Введение подобных нормативных документов содействовало
ускоренному развитию автомобильной электроники. Датой
рождения автомобильной электроники принято считать 1973 г.,
когда в США был принят закон об обязательном применении
ремней безопасности. Для соблюдения этого закона было вы-
пущено несколько миллионов ЭС, блокирующих пуск двигателя
при неправильном применении ремней безопасности.

Таковы субъективные причины развития автомобильных
ЭС. Думается, что их отсутствие не затормозило бы широкого
распространения ЭС. Это объясняется тем, что применение ЭС
позволяет добиться значительного улучшения эксплуатацион-
ных свойств автомобиля: снижения токсичности отработавших
газов и обеспечения бесшумности, повышения топливной эконо-
мичности, безопасности движения, комфортабельности, прохо
димости, простоты технического обслуживания, улучшения
тягово-скоростных и тормозных свойств, управляемости и ус-
тойчивости, удобства посадки и высадки, легкости управления
автомобилем, маневренности, видимости автомобиля и из ав-
томобиля, защищенности от неправильных и недопустимых
действий водителя, злоумышленников и т. д.

Улучшение эксплуатационных свойств автомобиля достига-
ется реализацией ЭС следующих функций: управления работой
узлов, агрегатов автомобиля; отображения информации водите-
лю, пассажирам, пешеходам, водителям других автомобилей;
хранения информации; приема информации в автомобиль; пе-
редачи информации из автомобиля.

Наибольшее распространение получили функции управле-
ния и отображения информации. ЭС управляют работой дви-
гателя, трансмиссии, ходовой части, рулевого управления, тор-
мозной системы, кузова, систем электропитания и коммуника-
ций.

Все более популярными становятся ЭС для отображения
информации. Визуальные индикаторы показывают цифровые
значения множества разнообразных параметров: от традици-
онных (например, скорость движения и частота вращения ко-
ленчатого вала) до не применявшихся ранее (например, на
автомобилях фирмы «Форд» индицируется момент воспламене-
ния смеси в каждом цилиндре). Величина параметров кодиру-
ется яркостью, длиной и шириной линий и т. п. После сообще-
ния о наступлении событий (например, неисправном техничес-
ком состоянии), ЭС «рекомендует» водителю целесообразные
действия. Широко используются текстовые сообщения, отоб-
ражение схематического характера (например, автомобиль в
плане с указанием неисправного узла). Учитывая загружен-
ность зрительных анализаторов водителя, на многих автомоби-
лях применяют акустические индикаторы, подающие в случае
необходимости звуковой сигнал. Получили распространение
синтезаторы речи, вырабатывающие речевые сообщения, напри-
мер об открытой двери, превышении допустимой температуры
охлаждающей жидкости. Пользуются популярностью у пасса-
жиров развлекательные ЭС, дающие возможность играть в
различные игры, и, конечно, радиоприемники, телевизоры, маг-
нитофоны.

ЭС хранят необходимую информацию в полупроводниковых
запоминающих устройствах, на магнитных лентах и дисках.
Водитель и пассажиры имеют возможность записать на ма-
шинные носители информации, как в записную книжку, сведе-
ния о будущем маршруте движения, расположение автозапра-
вочных станций, список необходимых дел. Эти сведения выво-
дятся на экран дисплея по команде водителя или при наступ-
лении заданных водителем событий (момента времени, преодо-
лении автомобилем определенного расстояния). Для выявления
причин дорожно-транспортных происшествий в ЭС хранится
информация о предшествующих аварии режиме движения,
действиях водителя, техническом состоянии автомобиля.
ЭС передают информацию из автомобиля в АСУ дорожным
движением для организации оптимального управления свето-
форами, дорожными знаками (оперативно изменяется допусти-
мая скорость, запрещается или разрешается проезд по некото-
рым улицам и т. п.). С помощью передающих устройств из
автомобиля по желанию водителя и пассажиров можно выз-
вать скорую помощь, пожарных, полицейских, вести телефон-
ные переговоры.

Рассмотрению конкретных примеров выполнения некоторых
из этих функций ЭС (в книге это ЭБУ — электронный блок уп-
равления) и посвящена в основном данная книга. Ее главным
достоинством является описание принципов работы значительно-
го количества ЭС: от простейших до самых сложных. Рассмот-
рение каждой ЭС иллюстрировано фотографиями и схемами,
что выгодно отличает ее от других изданий. Особенностью
книги является описание не только электронных устройств уп-
равления, но и датчиков, исполнительных устройств. Это поз-
воляет читателю получить более полное представление об ЭС.
Описывается также устройство некоторых микроэлектронных
изделий и технология их производства. Такая информация
весьма важна, так как она практически отсутствует в отечест-
венных изданиях по автомобильной электронике. Целесообраз-
ность издания книги в переводе на русский язык обусловлена
еще и другим ее достоинством — рассмотрением ЭС, описания
которых нет в отечественной литературе.

Учитывая, что некоторые важные темы освещены в книге
не полностью или слишком кратко, читателю рекомендуется
ознакомиться с отечественной литературой по автомобильной
электронике, список которой помещен в конце книги.

Главы 1 и 3 переведены канд. техн, наук Л. А. Богдано-
вым, главы 4—6 и раздел 9.2 главы 9 — канд. техн, наук
Л. В. Поспеловым, главы 2, 7, 8 и раздел 9.1 главы 9 —
С. В. Богдасаровым.

Книга рассчитана в основном на лиц, не имеющих специ-
альной подготовки по электронике. Она доступна широкому
кругу читателей, но представляет интерес и для специалистов
по проектированию и производству ЭС.

А. Брюханов
Предисловие

В 1986 г. исполнилось 100 лет со времени изобретения ав-
томобиля, ставшего теперь неотъемлемой частью нашей жизни.

По крайней мере до середины нынешнего века невозможно
было даже представить, что автомобиль, созданный для пере-
возки людей и грузов, настолько изменит нашу жизнь и внесет
такой вклад в технический прогресс.

Благодаря электронике в последние годы не только резко
совершенствуется выполнение традиционных функций автомо-
биля, но и становится возможной реализация совершенно но-
вых функций. В результате автомобиль превращается из про-
стого средства передвижения в источник удовольствия.

Естественно, автомобиль не может двигаться только бла-
годаря электронике, но в настоящее время он и не может быть
создан без электроники. Образно говоря, современный автомо-
биль есть транспортное средство нового поколения, рожденное
в результате слияния механической основы прежнего автомо-
биля с электроникой.

Чтобы облегчить усвоение содержания книги широким кру-
гом читателей, описание современных систем управления при-
ведено по возможности в простой форме.

Глава 1 знакомит с историей электронизации автомобиля.
В главе 2 дается представление об элементной базе для авто-
мобильной электроники. Главы 3—5 знакомят с современным
состоянием автомобильной электроники на примерах основных
систем управления. Поэтому, если читатель хочет сразу позна-
комиться с современным состоянием автомобильной электрони-
ки, можно начать чтение с главы 3.

Далее в главах 6 и 7 рассказывается об устройстве различ-
ных электронных блоков управления и дается их оценка. Гла-
ва 8 посвящена перспективным направлениям развития элект-
ронного оборудования автомобиля. Она, возможно, покажется
несколько фантастичной, но поможет читателю представить
образ автомобиля будущего.

В последние годы в автомобильной электронике произошли
два крупных события.

Первое — введение ограничений на состав отработавших га-
зов для предупреждения загрязнения атмосферы, а также на
расход горючего, что вызвано нефтяным кризисом. Попытки
удовлетворить этим требованиям применением механических
систем управления неизбежно привели бы к ухудшению пара-
метров автомобиля. Темные тучи на небосклоне прогресса ав-
томобилестроения были развеяны достижениями новой техни-
ки, и прежде всего электроники. Эти обстоятельства тесно свя-
зали автомобиль и электронику.

Другое событие — изобретение микроЭВМ. Возможность
установки ЭВМ в автомобиль принесла революционные изме-
нения в системы управления агрегатами автомобиля. При этом
не только существенно усложнились функции управления,
в первую очередь управления двигателем, но и появились одна
за другой несколько новых систем. С этого момента начался,
образно говоря, медовый месяц автомобиля и электроники.

Наши требования к автомобилю весьма разнообразны. Бо-
лее того, каждый водитель обладает собственной манерой вож-
дения автомобиля. И это естественно для нынешней эпохи мно-
гообразия. Задача удовлетворения такого многообразия требо-
ваний возложена на электронику. Различные устройства и
системы, призванные сделать вождение автомобиля более при-
ятным и безопасным, уже известны и применяются на практи-
ке. В дальнейшем с развитием электроники можно ожидать
реализации многих новых функций. Примером одной из них
может служить обеспечение связи с внешними по отношению
к автомобилю системами с помощью новой техники связи. Дав-
нишней мечтой была возможность точного определения место-
нахождения автомобиля, являющегося движущимся объектом.
Думается, что недалек тот день, когда появятся глобальные
системы местоопределения автомобиля с использованием ис-
кусственных спутников Земли.

Новая эра автомобильной электроники только начинается.
Несомненно, мы будем свидетелями ее развития. Авторы бу-
дут очень рады, если эта книга вызовет оживленные дискуссии
читателей о развитии автомобильной электроники.

Многочисленные публикации, использованные нами, собра-
ны в конце книги. Мы сердечно благодарны всем, кто причас-
тен к этим публикациям, а также тем, кто содействовал напи-
санию книги.

X. Сига
С. Мудзутани
Январь 1986 г.
Глава 1. ВВЕДЕНИЕ
В АВТОМОБИЛЬНУЮ ЭЛЕКТРОНИКУ

1.1.	История применения электроники в автомобилях

В первых автомобилях все электрооборудование состояло
из системы зажигания. Например, в автомобиле Карла Бенца
(рис. 1.1) в качестве системы зажигания использовалось элек-
трическое зажигание, основанное на применении батарей и
индукционной катушки. Потом появились такие усовершенство-
вания как фары, стартер и другое электрооборудование. При-
менение в автомобиле собственно электроники началось, не-
видимому, в 30-х гг. с ламповых автомобильных радиоприем-
ников.

Однако электронные лампы плохо переносили вибрацию,
требовали много места и электроэнергии и, будучи по сущест-
ву непригодными для таких применений, не нашли широкого
распространения в автомобилях.

В 1948 г. был изобретен транзистор, а в 1958 г. появились
интегральные схемы (ИС), однако по сравнению с другими
областями их применение в автомобилях задержалось и нача-
лось только в 1960 г.

Первыми полупроводниковыми приборами, нашедшими при-
менение в автомобильной технике, были кремниевые диоды,
используемые в качестве выпрямителей напряжения генерато-
ров переменного тока. Затем в регуляторе напряжения и сис-
теме зажигания вместо электрических контактов стали приме-
нять мощные транзисторы (рис. 1.2). Это дало значительное
улучшение параметров и надежности автомобиля.

Рис. 1.1, Первый автомобиль («Бенц»), Рис. 1.2. Транзисторный регулятор
напряжения («Крайслер»).
После 1967 г. в автомобилях стали применяться ИС. Быст-
рыми темпами пошла электронизация электрооборудования
двигателя, появились регуляторы напряжения на ИС (рис. 1.3),
системы зажигания на ИС и т. д. Примерно в то же время на
рынке появились устройства управления трансмиссией
(рис. 1.4), впрыском топлива (рис. 1.5), тормозами, а также
устройства поддержания заданной скорости автомобиля и дру-
гие, в которых использовались аналоговые схемы. В автомо-
били стали устанавливать электронные блоки управления
(ЭБУ), однако из-за высокой стоимости они не нашли широ-
кого распространения. В 70-х гг. благодаря трем важным за-
конодательным актам, которые впервые были приняты в США,
электронизация автомобиля ускорилась. Сначала в соответст-
вии с правилами обеспечения безопасности стала обязательной
система, препятствующая запуску двигателя, если на водителе

Рис. 1.3. Генератор переменного
тока с регулятором напряжения
на ИС («Бош»).

Рис. 1.4. Основные блоки первых уст-
ройств управления трансмиссией (сле-
ва— позиционный выключатель, спра-
ва— электронный блок управления).

и пассажирах не пристегнуты ремни безопасности. Поскольку
при реализации этой функции для питания электронной систе-
мы необходима энергия и при выключенном зажигании возник-
ла задача снижения потребляемого тока аккумуляторной ба-
тареи, которая была решена путем применения КМОП (ком-
племенарных металл-окисел-полупроводник) логических ИС.

МикроЭВМ была изобретена в 1972 г., но только в 1976 г.
она была впервые применена в автомобиле для управления уг-
лом опережения зажигания («Дженерал моторе» разработала
систему, называемую «Мисар»), Благодаря высокой точности
управления стало возможным значительное улучшение показа-
телей двигателя.

Использование микроЭВМ в управлении резко увеличилось
в связи с введением сс второй половины 70-х и в 80-х гг. ог-
раничений на состав отработавших газов и расход горючего.
В начале попытки очищать отработавшие газы привели к уве-
личению расхода горючего и ухудшению характеристик двига-
теля. Удовлетворить же обоим требованиям одновременно ока-
залось труднейшей задачей.

Для того чтобы совместить экономичность и низкое содер-
жание вредных примесей в отработавших газах, необходимо
кроме совершенствования конструкции двигателя обеспечить
управление углом опережения зажигания, соотношения воздуха
и горючего в горючей смеси, автоматически поддерживать низ-
кую частоту вращения коленчатого вала двигателя на холос-
том ходу и т. д. Это стало возможным с введением комплекс-
ной цифровой системы управления двигателем, в которой эти
функции одновременно осуществляет микроЭВМ (рис. 1.6).

Рис. 1.5. Аналоговое устройство Рис. 1.6. Цифровой электронный блок
управления впрыском топлива («Той- управления двигателем («Тойота»).

ота>).

Далее, с наступлением 80-х гг. во всем мире четко обозна-
чилась общая тенденция применения новейшей технологии и
роста многообразия требований пользователя. В связи с этим
появилась необходимость повышения потребительской ценности
автомобиля, и, как результат, стали появляться автомобили,
в которых применялись микроЭВМ. и связанные с ними элект-
ронные приборные панели (рис. 1.7) системы управления под-
веской, автоматические кондиционеры воздуха, радиоприемни-
ки с электронной настройкой, многофункциональные информа-
ционные системы с дисплеями на электронно-лучевых трубках
и т. д. В конце главы приведена табл. 1.1, иллюстрирующая
историю применения электроники.

1.2.	Современное состояние автомобильной электроники

В результате быстрого совершенствования параметров по-
лупроводниковых устройств, являющихся составными частями
Таблица 1.1. Хронология развития автомобильной электроники

Годы		Управление двигателем и трансмиссией		Управление ходовой частью		Управление оборудованием салона	
События	Развитие техники и технологии	В Японии	За рубежом	В Японяи	За рубежом	В Японии	За рубежом
1950	Изобретение транзистора (1948)						
1-я Японская автомобильная выставка (1954)  I960 		Начало произ- водства транзи- сторов в Япо- нии (1952)  Транзисторные радиоприемни- ки (1954)  Патенты на ИС (1959)		Устройство управ- ления впрыском на электронных лам- пах («Крайслер», 1957)			Транзисторный ра- диоприемник («Тойота», 1959)	Транзисторный ра- диоприемник («Дженерал мо- торе», 1955)
Завершение строительства автострады На- гоя—Кобе (1964)	МОП-транзис- торы (1961)	Выпрямительные диоды («Ниссан», 1961)  Управление уско- ряющей передачей («Тойота», 1962)	Выпрямительные диоды («Крайс- лер», 1960) Контактно-тран- зисторное зажига- ние («Дженерал моторе», 1962)  Полностью тран- зисторное зажига- ние («Дженерал моторе», 1964)			Приемник с авто- матической	на-  стройкой («Тойо- та», 1962) Электро люм нне- сцентное освеще- ние («Тойота», 1964)  Автоматические замки дверей (Тойота, 1964)	
1 Уии  Принятие стан- дартных норм безопасности в США (1965)  Посадка на Лу- ну «Апполо- на-11» (1969)	МОП ИС (1965)  МОП БИС (1968)	Контактно-тран- зисторное зажига- ние	(«Тойота»,  1967)	Регулятор напря- жения на гибрид- ных ИС («Джене- рал моторе», 1966) Транзисторное уп- равление впрыском топлива («Фолькс- ваген», 1967) Транзисторное уп- равление трансмис- сией («Рено», 1968)	Стабилизация за- данной скорости («Тойота», 1967)	Разблокирование колес («Форд», 1968)	Приемник с авто- матической	на-  стройкой («Нис- сан», 1965)	Приемник с авто- матической наст- ройкой («Джене- рал моторе», 1965)

1970	Годы		Управление двигателем и трансмиссией	
	События	Развитие техники и технологии	В Японии	За рубежом
	Законопроект Маски о вых- лопных газах (США, 1970)		Управление впрыс- ком (D-моднфика- ция) («Исудзу», 1970)	
				
	Экспо-70 (Оса- ка, 1970)		Регулятор напря- жения на гибрид- ных ИС («Нис- сан», 1970)  Управление транс- миссией («Тойота», 1970)	
1975	Ограничения на состав отрабо- тавших газов (1973)  Первый нефтя- ной	кризис  (1973)	4-разрядная микроЭВМ «Интел-4004» (1971)  8-разрядное ЦПУ «Интел- 8008» (1973)	Управление впрыс- ком	(«Тойота»,  «Ниссан», 1971)  Полностью тран- зисторный комму- татор системы за- жигания («Тойо- та», 1974)	Коммутатор систе- мы зажигания на монолитных ИС («Дженерал мо- торе», 1972)  Управление впрыс- ком («Фольксва- ген», 1973) Коммутатор систе- мы зажигания с высокой энергией («Дженерал мо- торе», 1973)
	Ограничения на потребление го- рючего (1976)	8-разрядная микроЭВМ «Интел-8048» на одном кри- сталле	Управление впрыс- ком (L-модифика- ция) («Тойота», «Ниссан»)	Аналоговая систе- ма управления мо- ментом зажигания («Крайслер»)
				
1976				
		СБИС ЗУПВ  16 кбит	Регулятор напря- жения на ИС («Тойота»)	Микропроцессор- ная система управ- ления моментом зажигания MISAR («Дженерал мо- торе»)
Управление ходовой частью		Управление оборудованием салона	
В Японии	За рубежом	В Японии	За рубежом
Разблокирование колес («Тойота», «Ниссан», 1971)  Автоматизация ру- левого управления («Тойота», 1974)	Разблокирование четырех	колес  («Крайслер», 1971)	Автоматический кондиционер («Тойота», «Нис- сан», 1971)  Контроль ремней безопасности («Мазда», 1973)  Световой индика- тор предупрежде- ний («Тойота», 1973)  Цифровые часы («Ниссан», 1974)	Контроль ремней безопасности («Фольксваген» и др., 1973)  Кварцевые часы («Крайслер», 1973) Управление надув- ной подушкой бе- зопасности («Дже- нерал	моторе»,  1974)
			
		Транзисторное уп- равление указате- лями	поворота  («Тойота»)	

Годы		Управление двигателем и трансмиссией		Управление ходовой частью		Управление оборудованием салона	
События	Развитие техники и технологии	В Японии	За рубежом	В Японии	За рубежом	В Японии	За рубежом
1У / /  Ограничения на состав отрабо- тавших газов (1978)		Управление впрыс- ком с датчиком кислорода в сис- теме обратной свя- зи	(«Тойота»,  «Ниссан»)	Комплексная сис- тема управления двигателем ЕЕС-1 («Форд»). Конт- роль детонации («Дженерал мо- торе»)		Управление кли- ренсом («Джене- рал моторе»)		Бортовая инфор- мационно-вычис- лительная система («Дженерал мо- торе»)
19/8  Ограничения на потребление го- рючего штата Калифорния, США (1978— 1983)  Правила США на экономию горючего	СБИС ЗУПВ 64 кбит	Управление карбю- ратором («Нис- сан»)	Комплексная сис- тема управления двигателем ЕЕС-11 («Форд»)		Разблокирование 4-х колес («Бош»)		Система доступа в автомобиль без ключей («Форд»)
Второй нефтя- ной кризис	16-разрядный центральный процессор иа СБИС «Интел- 8086»	Комплексная сис- тема управления двигателем EECS («Ниссан»)	Комплексная сис- тема управления двигателем EEC-Ill («Форд») Комплексная сис- тема управления карбюраторным двигателем С4 («Дженерал мо- торе»)  Управление цент- ральным впрыском («Дженерал мо- торе», «Форд»)				
1980	i	Комплексная сис- тема управления двигателем TCCS («Тойота») Контроль детона- ции	(«Ниссан»,  «Тойота»)  Управление впрыс- ком с датчиком расхода воздуха оптического типа ECI («Мицубиси»)	Отключение ци- линдров («Джене- рал моторе»).  Комплексная сис- тема управления двигателем СЗ («Дженерал мо- торе»)	Управление кли- ренсом («Ниссан»)		Система звукового предупреждения столкновения («Тойота») Навигационная система («Мицуби- си»)	

Годы		Управление двигателем и трансмиссией	
События  1QQ 1	Развитие техники и технологии	В Японии	За рубежом
Стабилизация снабжении нефтью Самоограниче- ние экспорта Японии в США		Управление впрыс- ком с анемометри- ческим датчиком 1-ТЕС («Исудзу»). Управление транс- миссией (микро- ЭВМ) («Тойота») Эконометр ERS («Тойота»)	1  i
1Уо2		Переключение ци- линдров двигателя («Мицубиси») Система управле- ния	впрыском  PGM-EI («Хонда») Система управле- ния	дизелем  («Тойота», «Исуд- зу»)  Управление крутя- щим моментом на колесах с предо- твращением про- скальзывания («Мицубиси»)	Комплексная сис' тема управления двигателем	< j  16-разрядным центральным npo-j цессором EEC-IV («Форд»)
1983  Достижение в Японии объема производства ИС в I млрд чен	СБИС ЗУПВ 256 кбит 16-разрядная микроЭВМ «Иител-8096» на одном кри- сталле	Управление турбо- наддувом («Исуд- зу»)  Комплексная сис гема управления двигателем	и  трансмиссией («Тойота»)	Комплексная сис- тема управление двигателем	я  трансмиссией «Мороник» («БМВ»)
Управление ходовой частью		Управление оборудованием салона	
В Япония	За рубежом	В Японии	За рубежом
Стабилизация за- данной скорости (микроЭВМ («Той- ота»)  Управление под- веской («Тойота», «Ниссан») Разблокирование 1-х колес («Хон- да»)		Электронная па- нель	приборов  («Тойота») Навигационнаи си- стема («Тойота», «Ниссан», «Хон- да»)  Кондиционер на микроЭВМ (Тойо- та») Многоканальная связь (световодная линия связи) («Ниссан»)	Надувная подушка безопасности (Бепц)
Управление под- веской («Мазда»)		Многоканальная связь (световод- ная линия связи) («Тойота») Обнаружение пре- пятствий	сзади  (задний	сонар)  («Тойота») Управление изме- нением положения сиденнй	(«Нис-  сан») Панель приборов на жидких кри- сталлах («Мицу- биси») Распознавание уст- ных команд води- теля («Ниссан»)	
Комплексное уп- равление подвес- кой («Мицубиси»)	Управление под- веской («Форд»)	Автоматический стеклоочиститель, чувствительный к осадкам	(«Нис-  сан»)	
		Система доступа в автомобиль без ключей («Ниссан») Система дорожной информации («Ниссан»)	

Продолжение таблицы 1.1

Годы		Управление двигателем и трансмиссией		Управление ходовой частью		Управление оборудованием салона	
События 1004 			Развитие техники и технологии	В Японии	За рубежом	В Японии	За рубежом	В Японии	За рубежом
1985	32-разрядный центральный процессор на КМОП СБИС MC68020 («Мо- торола»)	Управление сгора- нием обедненной топливной смеси T-LCS («Тойота») Управление време- нем	искрового  разряда (плазмен- ное зажигание) («Ниссан»)  Система управле- ния трансмиссией NAVI-5 («Исуд- зу»)	Система управле- ния зажиганием С31 («Дженерал моторе»)	Управление под- веской («Ниссан»)		Цветная прибор- ная панель на жидких кристал- лах («Тойота»)	Бортоваи ЭВМ («Дженерал мо торс»)
Всемирная на- учно-техниче- ская выставка (Цукуба)	СБИС ЗУПВ 1 Мбит	Система управле- ния зажиганием («Тойота»)  Система управле- ния зажиганием («Ниссан»)  Система управле- ния	наддувом  Super	charger  («Тойота»)  Система управле- ния дизелем с об- ратной связью по воспламенению («Тойота»)  Система управле- ния впрыском с датчиком расхода воздуха оптическо- го типа («Тойота»)		Система	управле- ния	поворотом  задних	колес  HICAS	(«Нис-  сан»)	Система управле- ния крутящим мо- ментом на 4-х ве- дущих	колесах  («Порше»)	Полноцветный дис- плей на ЭЛТ («Тойота»)  Рулегое управле- ние с заданными характеристиками («Тойота»)	

микроЭВМ, стали вполне достижимыми высокая надежность,
низкая себестоимость и малые размеры системы автомобиль-
ной электроники. Сегодня электроника в автомобиле играет
роль одного из главных элементов системы управления.

В этом разделе мы расскажем о современном состоянии
автомобильной электроники в Японии и за рубежом. Она под-
разделяется на три части: на систему управления двигателем
и трансмиссией, систему управления ходовой частью и систему
управления оборудованием салона (рис. 1.8).

(1) Управление двигателем и трансмиссией

Управление двигателем и трансмиссией объединяет в себе
управление системой впрыска топлива или карбюратором,
углом опережения зажигания, частотой холостого хода, конт-
роль детонации и управление прочими системами, двигателя, а
также трансмиссией (системой передачи энергии).

Комплексная система управления бензиновым двигателем,
пример которой приведен на рис. 1.9, обеспечивает оптималь-

ную работу двигателя путем управления впрыском топлива,
углом опережения зажигания, частотой вращения коленчатого
вала двигателя на холостом ходу и проведением диагностики.
На рисунке показана система распределенного впрыска, в ко-
торой форсунки установлены непосредственно перед каждым
цилиндром.

Управление карбюратором сводится к прецизионному регу-
лированию состава горючей смеси. В результате повышается
мощность, становятся чище отработавшие газы, улучшаются
другие характеристики двигателя.

Рис. 1.7. Электронная приборная панель («Тойота»): / — двухфункциональ-
ный указатель ежедневного пробега; 2 — указатель включенной передачи; 3 —
контрольный переключатель указатели ежедневного пробега; 4—индикатор
включения ускоряющей передачи; 5 — цифровой люминесцентный индикатор
спидометра; 6 — индикатор TEMS; 7 — индикатор ECT-S pattern; 3 — конт-
рольные индикаторы; 9 — люминесцентный указатель количества топлива в
баке зонного типа; 10— тахометр с полосковым указателем; 11 — контроль-
ные индикаторы; 12— люминесцентный указатель температуры охлаждающей
жидкости зонного типа.

В Японии на многих автомобилях с двигателем рабочим
объемом более 2 л, а также в мощных автомобилях применя-
ется комплексная электронная система управления двигателем
с впрыском топлива. Кроме того, многие автомобили с двига-
телем меньшего объема имеют электронную систему управле-
ния карбюратором.

В США широко распространена комплексная система уп-
равления, в которой за основу принят метод центрального
впрыска топлива, используемый, в частности, в моделях СЗ
фирмы «Дженерал моторе» и EEC—IV фирмы «Форд». По-
скольку в Европе требования на экономичность и чистоту от-
работавших газов не так жестки, как в Японии или США,
комплексная система управления не получила широкого рас-
пространения. Однако ожидается, что по мере ужесточения
этих требований, электронное управление будет развиваться и
здесь.

Электронные системы управления дизельными двигателями
развивались медленнее, чем бензиновыми, так как по сравне-

ние. 1.8. Классификация автомобильных электронных систем.

I — управление силоиым агрегатом

•	управление двигателем

•	управление трансмиссией

II — управление ходовой частью

•	управление подвеской

•	стабилизация заданной скорости движения

•	регулирование рулевого управления

•	блокирование колес при торможении

III — управление оборудованием салона

•	кондиционер воздуха

•	электронная панель приборов

•	многофункциональная информационная система

•	навигационная система и т. д.

нию с традиционной системой управления (где использовался
механический центробежный регулятор) необходимость приме-
нения датчиков и исполнительных устройств сложной конст-
рукции значительно удорожала всю систему.

Однако после энергетического кризиса увеличился спрос на
дизельные двигатели. В Японии стали применяться главным
образом дизельные двигатели, параметры которых (дымность
отработавших газов, шумность и уровень вибрации и т. п.)
были существенно улучшены благодаря электронному управле-
нию. Но все же, поскольку впоследствии цены на топливо ста-
билизировались и по другим причинам, степень электрониза-
ции дизельных двигателей осталась ниже, чем у бензиновых,
а в Европе по-прежнему в основном используются механичес-
кие системы управления дизельными двигателями.

Система электронного управления дизельным двигателем
контролирует количество впрыскиваемого горючего, момент

Рис. 1.9. Комплексная электронная система управления бензиновым двигате-
лем: 1 — воздух; 2 — датчик расхода воздуха; 3— исполнительное устройство
управления частотой вращения коленчатого вала на холостом ходу; 4— топ-
ливо; 5 — форсунки впрыска топлива; 6 — двигатель; 7 — свечи зажигания;
8 — частота вращения коленчатого вала двигателя; 9 — ЭБУ; 10 — распреде-
литель зажигания; 11 — выходной сигнал; 12— катушка зажигания; 13— от-
работавшие газы; 14 — датчик кислорода.

начала впрыска, ток факельной свечи и т. п. На рис. 1.10
представлена система управления топливным насосом высокого
давления, переделанная из механической в электронную.
На этом примере видно, что, поскольку насос работает на
принципах механики, эта система существенно отличается от
электронной системы впрыска бензинового двигателя.

В электронной системе управления трансмиссией объектом
регулирования является главным образом автоматическая
трансмиссия. При этом микроЭВМ на основании сигналов
датчиков угла открытия дроссельной заслонки и скорости ав-
томобиля выбирает оптимальное передаточное число передачи
и время включения сцепления. Кроме того, система, посылая в
ЭБУ двигателя необходимые сигналы, может обеспечивать
смягчение ударов и толчков,
возникающих при переключе-
нии передач и срабатывании
сцепления. На рис. 1.11 пред-
ставлен пример такой си-
стемы.

Электронная система уп-
равления трансмиссией по
сравнению с применявшейся
ранее гидромеханической сис-
темой повышает точность ре-
гулирования передаточного
числа, дает большие возмож-
ности при проектировании, а
также позволяет упростить
механизм управления, повы-
сить экономичность, управляе-
мость и другие параметры ав-
томобиля. Поэтому ЭБУ
трансмиссией начинают при-
меняться не только в автомо-
билях высшего класса, но и в
серийных моделях. Комплекс-

ю

Рис. 1.10. Комплексная электронная
система управления дизельным дви-
гателем: / — воздух; 2 — датчик от-
крытия дроссельной заслонки; 3 —
степень открытия дроссельной заслон-
ки; 4 — ЭБУ; 5—исполнительное уст-
ройство; 6 — топливный насос высо-
кого давления; 7 — форсунки впрыска
топлива; 8 — двигатель; 9 — частота
вращения коленчатого вала двигате-
ля; 10 — топливо.

ные системы, которые управляют как двигателем, так и транс-
миссией, сейчас распространены и в Японии, и в Европе.

(2)	Управление ходовой частью

Под управлением ходовой частью понимается управление
процессами движения, изменения траектории и торможения
автомобиля. Электронные системы управления ходовой частью
улучшают управляемость, устойчивость и комфортабельность
автомобиля. Они выполняют управление подвеской, колесами,
тормозами, поддержание заданной скорости движения и т. п.

Управление подвеской обеспечивает ее оптимальную работу
при различных скорости и массе груза автомобиля. Электрон-
ные системы управляют высотой кузова относительно дороги,
упругими элементами и демпфированием амортизаторов.

Управление высотой кузова относительно дороги обеспечи-
вает постоянство этого параметра независимо от загрузки ав-
томобиля. Уменьшение высоты кузова при движении с высокой
скоростью приводит к снижению аэродинамических потерь и
повышению устойчивости автомобиля на дороге. Системы с
ручным заданием высоты применялись и ранее на автомоби-
лях «Ситроен» и других. Использование электронной системы
управления автоматически обеспечивает оптимальную высоту
кузова над дорогой. Сигналы от датчиков высоты кузова и
скорости поступают на вход ЭБУ, выходной сигнал из которо-
го подается в исполнительный механизм, который обычно пред-
ставляет собой диафрагму, перемещающуюся под действием
сжатого воздуха, подаваемого насосом.

Управление упругими элементами подвески и демпфирова-
нием амортизаторов повышает устойчивость автомобиля и пре-
пятствует изменениям положения кузова при резких поворо-
тах, ускорениях и торможениях. С одной стороны, для повыше-
ния комфортабельности движения подвеска должна быть
мягкой, но, с другой стороны, для лучшей устойчивости она,
напротив, должна быть достаточно жесткой. Поэтому ЭБУ, по-
лучая на вход сигналы от датчиков скорости, угла поворота

7	2	3	4

8

Рис. 1.11. Пример системы управления трансмиссией: / — сцепление; 2— диски
сцепления; 3 — механизм ускоряющей передачи; 4 — механизм изменения пе-
редаточного числа; 5 — выходной вал; 6 — датчик скорости автомобиля; 7 —
ЭБУ; 8 — угол открытия дроссельной заслонки; 9 — электромагнитный клапан
изменения передаточного числа; 10 — гидравлическая система; 11— электро-
магнитный клапан сцепления; 12— маховик двигателя.

рулевого колеса, угла открытия дроссельной заслонки, а так-
же от концевого переключателя педали тормоза, управляет ис-
полнительными устройствами, которые соответственно изменя-
ют параметры упругих элементов подвески и амортизаторов
каждого из колес. Обычно это осуществляется с помощью
электромагнитных клапанов или малогабаритных электродви-
гателей, которые изменяют сечения отверстий в пневматичес-
ких упругих элементах, изменяя тем самым их упругость, или
в гидравлических амортизаторах, варьируя их демпфирование.
На рис. 1.12 показана схема такой системы.

Системы управления подвеской в Японии начали особенно
широко применяться в 80-е гг., в США несколько позже и толь-
ко частью компаний, в Европе же такие системы пока почти
не применяются.

ЭБУ в рулевом управлении регулирует усилие на рулевом
колесе (при наличии гидроусилителя) или поворот четырех ко-
лес и т. п. Управление усилием на рулевом колесе сводится к
его уменьшению, когда автомобиль стоит или движется с ма-
лой скоростью и, наоборот, к его увеличению при больших
скоростях, что обеспечивает курсовую устойчивость и управля-
емость. Возможно также изменять усилие на руле по желанию
водителя.

Поэтому с начала 80-х гг. автомобильные компании Япо-
нии стали применять системы управления, состоящие из
ЭБУ, датчиков скорости и угла поворота рулевого колеса, пе-
реключателя режимов работы рулевого управления, а также
гидроцилиндра с электромагнитным клапаном, используемого
в качестве исполнительного устройства.

Рис. 1.12. Система управления демпфированием амортизаторов: 1 — индика-
торная лампа, управляемая сигналом с датчика скорости; 2 — датчик включе-
ния стоп-сигнала; 3 — датчик угла поворота рулевого колеса; 4 — исполни-
тельные устройства амортизаторов передних колес; 5 — датчик угла открытия
дроссельной заслонки; 6—переключатель коробки передач; 7—переключа-
тель режимов работы подвески; S —ЭБУ; 9— исполнительные устройства
амортизаторов задних колес.

Система управления тормозами главным образом предот-
вращает блокирование колес при торможении, тем самым обес-
печивая повышение устойчивости автомобиля при торможении.
Такая система называется антиблокировочной. Состояние бло-
кирования колеса можно определить, сравнивая поступатель-
ную скорость автомобиля и угловую скорость колеса. Но так
как скорость автомобиля определить весьма трудно из-за про-
скользывания колес, вместо нее в качестве базовой обычно
используется расчетная средняя скорость колес.

На основании сигналов датчиков скорости вращения колес
ЭБУ выявляет состояние блокирования какого-либо колеса и
посылает сигнал исполнительному устройству, которое снижает
давление тормозной жидкости в тормозном цилиндре данного
Рис. 1.13. Пример ЭБУ антиблокировочной
системы («Тойота»).

колеса. Как только ско-
рость колеса увеличит-
ся, давление тормозной
жидкости снова возраста-
ет и процесс повторя-
ется.

Контроль проскаль-
зывания колес при тор-
можении	применяется

сравнительно давно. На-
чиная с автомобилей
Форда в 1968 г. эти си-

стемы нашли распрост-
ранение в Японии, США
и Европе. Вначале пред-
отвращалось блокирова-

ние только двух задних
колес автомобиля, но в последние годы в связи с использовани-
ем микроЭВМ в основном применяются системы управления
тормозами всех четырех колес. При этом, поскольку предотвра-
щается блокирование и передних (управляемых) колес, обеспе-
чивается повышение не только устойчивости к заносам, но и
управляемости автомобиля (рис. 1.13).

Еще одним преимуществом системы управления тормозами
является наличие устройства, поддерживающего постоянным
давление тормозной жидкости при торможении, после оста-
новки (до начала движения), что удобно на уклонах и т. п.

Система поддержания заданной скорости движения управ-
ляет дроссельной заслонкой, обрабатывая сигналы датчика
скорости, выключателя и указателя режима, управляет испол-
нительным устройством, связанным с дроссельной заслонкой.
В исполнительных устройствах используются вакуумный при-
вод, малогабаритные электродвигатели и т. п.

(3)	Управление оборудованием салона и кузова

Системы управления оборудованием салона и кузова при-
званы повысить комфортабельность и потребительскую цен-
ность автомобиля. В зависимости от класса автомобиля ис-
пользуются такие устройства с электронным управлением, как
кондиционер воздуха, панель приборов, мультифункциональная
информационная система на базе электронно-лучевой трубки
(ЭЛТ), компас, фары, стеклоочиститель с прерывистым режи-
мом работы, индикатор перегоревших ламп, устройство обна-
ружения препятствий при движении задним ходом, противо-
угонные устройства, аппаратура связи, централизованная бло-
кировка замков дверей, стеклоподъемники, сиденья с изменяе-
мым положением, ремни безопасности и т. д.
Эти устройства обеспечивают автоматизацию работы води-
теля, повышая удобство автомобиля, а также уменьшая труд-
ности управления им. Они используются главным образом в
автомобилях высшего класса. На рис. 1.14 показана электрон-
ная панель приборов с дисплеем на ЭЛТ.

В дальнейшем по мере снижения себестоимости ожидается
быстрое развитие разновидностей систем управления оборудо-
вания салона и кузова, разработка изделий с новыми функ-
циями и высокой потребительской ценностью.

Рис. 1.14. Электронная панель приборов с дисплеем на ЭЛТ («Тойота»): 1 —
спидометр; 2 — указатель количества топлива в баке; 3 — указатель темпера-
туры охлаждающей жидкости; 4 — дисплей на ЭЛТ; 5 — указатель пробега;
6 — сигнальные лампы предупреждений; 7 — указатель ежедневного пробега.

1.3.	Основные направления развития автомобильной
электроники

История автомобильной электроники показывает, что пе-
риод от момента изобретения какого-либо нового полупровод-
никового устройства до его использования в автомобиле посте-
пенно сокращается (см. таблицу в конце главы). Можно ска-
зать, что благодаря существенному прогрессу электронной
техники в сравнительно короткий срок полупроводниковые ком-
поненты стали пригодными для применения в сверхтяжелых
условиях эксплуатации на автомобиле. Здесь мы хотели бы
рассказать о путях развития автомобильной электроники.

(1)	Внедрение новых изделий электронной техники

С каждым годом требования к компактности, весу и малому
потреблению электроэнергии ЭБУ возрастают. Для удовлетво-
рения этих требований можно увеличивать число слоев в струк-
турах больших интегральных схем (БИС), переводить БИС
на КМОП-технологию, использовать в качестве выходных уп-
Рис. 1.15. Многослойная структура
БИС: 1 — оптоэлектронный преобра-
зователь; 2— линии передачи сигна-
лов; 3 — запоминающее устройство;
4 — процессор; 5 — питание; 6 —
кремниевая подложка.

равляющих устройств мощ-
ные полевые транзисторы и
г. п. (рис. 1.15).

(2)	Объединение ЭБУ в сеть

Объединение в сеть мно-
жества ЭБУ, установленных в
автомобиле, дает возмож-
ность общего использования
информации, взаимной диаг-
ностики, выполнения функ-
ций вышедшего из строя
ЭБУ (или их части) другим
ЭБУ.

Кроме того, используя для внешней связи телефон, уста-
новленный в автомобиле, можно получить на дисплее инфор-
мацию о дороге, дополнительные услуги и т. д. Рассматрива-
ется также система воздействия извне на устройства автомо-
биля. Более того, перестает быть мечтой навигационная сис-
тема, которая, принимая сигналы искусственного спутника
Земли глобальной системы местоопределения (GPS), опреде-

Рис. 1.16, Пример системы внешней связи автомобиля: 1 — жилой дом; 2 —
охраино-сигиальиая система; 3— домашняя ЭВМ; 4 — кондиционер; 5 — спут-
ник глобальной системы местоопределения; 6 — служба сети; 7 — дорожная
информация; 8 — ЭЛТ; 9 — ЭБУ дисплея на ЭЛТ; 10 — ЭБУ радиотелефона;
П — ЭБУ глобальной системы местоопределения; 12 — ЭБУ навигационной
системы; 13 — ЭБУ диагностики; 14 — виутреиияя сеть автомобиля; 15 — пер-
сональная ЭВМ; 16 — служба автоматизироваииой диагностики.
ляет координаты автомобиля. На рис. 1.16 показаны примеры
использования системы внешней связи автомобиля.

(3)	Введение в новую теорию управления

В поисках увеличения полезных функций автомобиля ис-
пользуются различные теории управления. Взамен прежней
теории ПИД (пропорциональное, интегральное, дифференци-
альное управляющие действия) по мере роста возможностей
микроЭВМ стали использоваться современные динамические
модели автомобиля, описывающие все его параметры, включая
расход топлива, условия движения и т. п., теория Фази, от-
вечающая неоднозначности, свойственной человеку и др.

Теория управления ПИД

На рис. А показана схема типичной системы пропорционального управ-
ления. Основой его является формирование управляющего воздействия и,
пропорционального отклонению регулируемой величины х от заданного
значения Хо:

U=kp(x — Х0),

где kp — коэффициент пропорциональности. В данном случае регулируемая
переменная х изменяется, как показано на рис. В. Однако состояние, когда
х=х0, не наступает, и возникает постоянное отклонение, которое называет-
ся статической ошибкой. Эффективным способом ликвидации статической
ошибки является интегральное управление. Особенно эффективной системой
управления является система ПИД, в которой управляющее воздействие и
ошибка имеют следующую связь:

M = fepf(x—Хо)+	f (X—Xo)dt + TD-^-

l	Ti j	at

Статическая

Время

Рис. А. Система автоматическо-
го управления автомобилем:
и — управляющий сигнал; х —
регулируемая переменная; х0—
заданное значение регулируе-
мой переменной; х—хо— откло-
нение регулируемой перемен-
ной.

Рис. В. Изменение регулируемой перемен-
ной во времени.
где kp — тот же коэффициент пропорциональности, что и в случае пропор-
ционального управления, Ti — постоянная времени интегрирования, То —
постоянная времени дифференцирования, t — время.

Теория ПИД сейчас наиболее широко используется в системах управ-
ления.

(4)	Развитие вычислительной техники

Можно предполагать, что недалек тот день, когда на основе
реализации искусственного интеллекта можно будет сконцент-
рировать знания экспертов и разработать, например, систему,
которая сможет легко проводить периодические проверки ра-
ботоспособности автомобиля и его диагностику перед началом
работы.

Расскажем коротко о будущем автомобильной электрони-
ки, исходя из экспонатов Токийской автомобильной выставки
1985 г.

1.	Управление двигателем и трансмиссией. Объединение
электронных систем управления двигателем и бесступенчатой
передачей обеспечивает оптимальные в текущих условиях дви-
жения передаточное число трансмиссии и мощность двигателя.
Это улучшает одновременно тягово-скоростные и экономичные
свойства автомобиля.

2.	Управление ходовой частью. Электронное управление мо-
ментом и поворотом каждого из четырех колес. Первая функ-
ция обеспечивает автоматическое управление распределением
крутящего момента между передними и задними колесами в
зависимости от состояния дорожного покрытия и условий дви-
жения автомобиля; вторая функция заключается в согласован-
ном повороте задних колес в соответствии с углом поворота
передних колес и поворотом рулевого колеса в зависимости от
условий движения. Реализация этих функций повышает устой-
чивость и управляемость автомобиля.

3.	Управление оборудованием салона автомобиля. Расши-
рение функций информационной системы на базе ЭЛТ, введе-
ние навигационных систем на базе искусственных спутников
Земли глобальной системы местоопределения, систем информа-
ционных сетей с применением автомобильного радиотелефона.
Предусматривается также быстрое развитие систем, выполня-
ющих функции технического обслуживания и диагностики ав-
томобиля.
Глава 2. СХЕМЫ ЭЛЕКТРОННОГО
УПРАВЛЕНИЯ

Для современного этапа развития автомобилестроения ха-
рактерна стремительная электронизация автомобильных систем.
В связи с этим особую важность приобретает знание основ
электроники, позволяющее расширить представление об этих
системах. В данной главе рассмотрены базовые элементы элек-
тронных схем и сами электронные схемы, используемые в ав-
томобильной аппаратуре.

Рис. 2.1. Электронный блок управления двигателем («Тойота»).

2.1.	Элементы электронных схем

На рис. 2.1 показан пример электронного блока управления
автомобильным двигателем. Этот блок содержит практически
все основные элементы, используемые в электронных схемах,—
резисторы, конденсаторы, а также полупроводниковые прибо-
ры: диоды, транзисторы, интегральные схемы (ИС) и микро-
ЭВМ.

Диоды и транзисторы используются для выпрямления или
усиления сигналов. Поэтому их принято называть активными
элементами. В отличие от них резисторы и конденсаторы слу-
жат только для передачи сигналов. В этой связи их принято
называть пассивными элементами.
2.1.1.	Резисторы

Сопротивление резистора определяется из соотношения, из-
вестного как закон Ома:

ток 7 = напряжение V/сопротивление R

На рис. 2.2 показано используемое далее условное обозначение
резисторов* и их внешний вид. Как видно из закона Ома, резис-
тор выполняет функцию ограничителя тока вследствие падения
напряжения на нем. Мощность, потребляемую резистором,
можно вычислить по формуле

W = 12R=V2/R

При выборе резистора необходимо обращать внимание на то,
чтобы его номинальная мощность рассеяния была больше по-
требляемой.

Рис. 2.2. Резисторы и их условное обозначение.

В настоящее время выпускаются самые разнообразные ре-
зисторы — углеродистые, полупроводниковые, металлооксид-
ные, в бескорпусном исполнении, в виде резистивных цепей.
Выбор их определяется назначением и условиями применения.
В частности, в автомобильной аппаратуре в маломощных це-
пях (до 0,5 Вт) следует использовать постоянные углеродистые
резисторы, а при большей мощности — металлооксидные. Кро-
ме того, в целях миниатюризации электронных блоков управ-
ления используются бескорпусные резисторы и резистивные
цепи. Резисторы объединяются в серии, различающиеся допус-
ками номинальных сопротивлений. Примером тому является
серия Е24 (стандарт Международной электротехнической ко-

* В отечественной литературе используется другое условное обозначе-
ние резисторов. — Прим, перев.
миссии, МЭК) с допуском ±5%, которую целесообразно ис-
пользовать в автомобильной аппаратуре.

Обычно резисторы имеют цветную маркировку, по которой
можно определить их номинальное сопротивление. На рис. 2.3
показана таблица цветовых кодов для определения номиналов
резисторов.

Пояса 12 3 4

Рис. 2.3. Цветовые коды резисторов.

Таблица цветовых кодов для определения номиналов
резисторов (единица измерения Ом)

Цвет	Первый пояс	Второй пояс	Третий пояс	Четвертый пояс
	Первая	Вторая	Миожитель	Допуск от но-
	цифра	цифра		мииального зна- чения
Черный	0	0	10°		
Светло-коричневый	1	1	101	± 1%
Красный	2	2	ю2	± 2%
Оранжевый	3	3	103	—
Желтый	4	4	ю4	—
Зеленый	5	5	10s	± 0,5%
Синий	6	6	10е	—
Фиолетовый	7	7	ю7		
Серый	8	8	10’	—
Белый	9	9	10»	
Золотистый	—	—	10-1	± 5%
Серебристый	—	—	10"2	± 10%
Без окраски	—	—•	—	± 20%

2.1.2.	Конденсаторы

Условное обозначение и внешний вид некоторых образцов
конденсаторов показаны на рис. 2.4. Этот элемент способен
накапливать электрический заряд на двух проводящих обклад-
ках (электродах), пространство между которыми заполнено
диэлектриком. Если обозначить электрическую емкость кон-
денсатора как С, прикладываемое напряжение—V, накапли-
ваемый заряд—Q, а энергию, запасаемую конденсатором,—
W, то справедливы следующие соотношения:

Q (кулон, Кл)=С-У; W (джоуль, Дж) = (1/2) С- V2.

Нужно отметить, что конденсатор как элемент электронных
схем кроме способности запасать электроэнергию обладает еще
и таким важным свойством, как зависимость его полного со-
противления (импеданса) от частоты.
Рассмотрим последовательное включение конденсатора в
цепь (рис. 2.5), на вход которой подается сигнал постоянного
тока, содержащий переменную составляющую. На выходе этой
цепи остается только переменная составляющая сигнала, по-
скольку для постоянной составляющей конденсатор означает
как бы разрыв в цепи. Напротив, при параллельном включе-
нии конденсатора в цепь (рис. 2.6) и подаче аналогичного сиг-

Рис. 2.4. Конденсаторы и их условное обозначение.

Рис. 2.6. Цепь фильтрации.

Рис. 2.5. Цепь связи.

нала переменная составляющая проходит через конденсатор,
вследствие чего на выходе остается только постоянная состав-
ляющая. Если в последней цепи несколько уменьшить емкость
конденсатора и понизить частоту переменной составляющей, то
она будет частично пропускаться на выход цепи. Следователь-
но, на низких частотах для получения эффекта фильтрации не-
обходимо выбирать конденсатор с большой электрической ем-
костью, а с повышением частоты переменной составляющей
емкость конденсатора можно уменьшить. Первая цепь назы-
вается цепью связи, а вторая — фильтрующей цепью.

На практике помимо величины электрической емкости кон-
денсаторы следует выбирать с учетом таких показателей, как
напряжение пробоя, ток утечки (коэффициент потерь в ди-
электрике на высоких частотах) и т. п. В частности, в автомо-
бильной аппаратуре, исходя из этих показателей, используют-
ся электролитические, керамические, пленочные и другие типы
конденсаторов. Изготовить электролитический конденсатор
большой емкости, как правило, несложно, однако такие кон-
денсаторы обладают низким напряжением пробоя и, кроме
того, при использовании требуют соблюдения полярности при-
кладываемого напряжения. В отличие от резисторов номинал
конденсатора часто указывается цифрами на его корпусе.

2.1.3.	Диоды

Диодом называется полупроводниковый прибор, способный
пропускать электрический ток только в одном направлении,
которое называется прямым. Условное обозначение и внешний
вид некоторых образцов диодов показаны на рис. 2.7. Ток в

Рис. 2.7. Диоды и их условное обозначение.

прямом направлении (прямой ток) протекает через диод в том
случае, если приложенное напряжение имеет определенную
полярность (прямое смещение) и величину, превышающую не-
который пороговый уровень. Это пороговое напряжение еще
называется падением напряжения в прямом направлении (для
кремниевых диодов оно составляет порядка 0,7 В). В обратном
направлении ток через диод почти не течет. На рис. 2.8 по-
казана вольт-амперная характеристика (ВАХ) диода, иллюст-
рирующая зависимость тока от напряжения. Наиболее харак-
терной диодной схемой является так называемый выпрямитель
(рис. 2.9). Если к точкам А и В схемы, показанной на рис. 2.9,
прикладывается переменное напряжение (рис. 2.10, а), то во
временных интервалах а-b и c-d к диоду приложено прямое на-
пряжение,а в интервале Ь-с — обратное. Поэтому в резисторе
R ток протекает только в первую половину периода (рис.
2.10,6)*.

* Поэтому такие схемы называют еще однополупериодными выпрями-
телями. — Прим, перев.
Рис. 2.9. Схема диодного выпрями-
теля.

Рис. 2.10. Иллюстрация выпрямляю-
щего действия диодного выпрямите-
ля: v — входное напряжение перемен-
ного тока; i — выходной ток.

+ о

Открыт

Закрыт

Обмотка
реле

Рис. 2.11. Схема устранения бросков
обратного напряжения.

Схема, показанная на рис. 2.11, широко используется для
работы с индуктивной нагрузкой, например обмоткой реле.
В момент запирания транзистора в обмотке возникает противо-
ЭДС, вызывающая в цепи эмиттер-коллектор бросок напряже-
ния, приводящий к пробою транзистора. Диод, включенный,
как показано на этом рисунке, устраняет броски напряжения
и исключает опасность пробоя транзистора.

Диоды различаются в зависимости от величины допустимо-
го тока и других параметров.
2.1.4.	Стабилитроны (диоды Зенера)

Существуют диоды, у которых в случае подачи на них об-
ратного напряжения, превышающего некоторую величину, рез-
ко возрастает выходной ток. Такие диоды называются стаби-
литронами или зенеровскими диодами, причем, как правило,
используют обратную ветвь их ВАХ. Условно обозначение ста-
билитрона показано на рис. 2.12, а его ВАХ — иа рис. 2.13.
Стабилитроны используются в различных схемах. Рассмотрим

Рис. 2.12. Условное обозначение стабилитрона.

У,В -5

Обратное
направление

Прямое
направление

Рис. 2.13. ВАХ стабилитрона (напряжение стабилизации 5 В).

Рис. 2.14. Схема стабилизации напряжения.

их применение в схеме стабилизации напряжения, которая
поддерживает постоянным выходное напряжение, несмотря на
изменения входного напряжения или величины нагрузки. При-
мер такой схемы показан на рис. 2.14. В случае изменения
входного напряжения V, изменяется ток i, протекающий в ре-
зисторе но ток нагрузки (в данном примере ток (г, проте-
кающий в резисторе 7?l) остается постоянным. Это обусловле-
но свойством стабилизации напряжения стабилитроном, кото-
рый компенсирует все изменения входного тока и поддержива-
ет постоянным выходное напряжение.

Здесь следует обратить внимание на тот факт, что вы-
ходное напряжение Vo, которое поддерживается равным номи-
нальному напряжению стабилизации Vz, должно быть меньше
величины, определяемой входным напряжением Vt и сопротив-
лениями нагрузки RL и последовательно включенного резисто-
ра Rs, а именно

Vo = Vz<Vf

Rl

Rl + Rs

При подаче прямого напряжения, как видно из рис. 2.13,
стабилитрон работает как обычный диод.

В автомобильной аппаратуре стабилитроны — необходимые
элементы стабилизаторов напряжения аккумуляторной бата-
реи.

2.1.5.	Транзисторы

Общепринятое условное обозначение и внешний вид неко-
торых образцов транзисторов показаны на рис. 2.15. Из ри-
сунка видно, что этот элемент имеет три вывода: эмиттер (Е),

ПрП - пип

рпр-тип

Рис. 2.15. Транзисторы и их условные обозначения.

базу (В) п коллектор (С) и что существуют транзисторы двух
типов структуры: прп. и рпр. Стрелка в обозначении транзисто-
ров указывает направление протекания тока. В схеме подклю-
чения транзистора (см. рис. 2.16) из трех выводов два обычно
используются в качестве входных, а третий и один из двух
первых являются выходными.

На рис. 2.16 показан прп-транзистор, включенный по схеме
с заземленным (общим) эмиттером. Зависимость между током
базы 1В и током коллектора 1с для данной схемы выражается
следующей формулой:

1с = Ь-ге’1в,
где Л г; — коэффициент усиления тока транзистора.

Если спряжение, приложенное между базой и эмиттером,
обозначить как VBE, то ток базы 7в=(К—Vbe)IR. Напряжение
Усе, приложенное между коллектором и эмиттером, определя-
ется из соотношения Усе=Ус—IcRc. Кроме того, ток эмиттера
1Е~ Iв + Лл

Транзисторные схемы по своему назначению разделяются
на переключающие и усилительные. В переключающих схемах,
управляя током базы, можно, подобно ключу, отпирать и запи-
рать коллекторный выход. В открытом состоянии транзистора
ток коллектора большой и транзистор работает в режиме на-
сыщения (рис. 2.17); в закрытом состоянии ток коллектора

Рис. 2.17. Семейство выходных статиче-
ских характеристик транзистора.

Рис. 2.16. Схема с заземленным
(общим) эмиттером.

практически отсутствует — при этом говорят, что транзистор
работает в режиме отсечки. В усилительных же схемах ис-
пользуется активная область характеристики транзистора.
При этом с коллекторного выхода снимается усиленный вход-
ной сигнал.

Пример схемы усилителя на транзисторе показан на
рис. 2.18. Когда между базой и эмиттером транзистора при-
кладывается входное напряжение, начинают протекать не-
большой ток базы и ток коллектора. Но, если приложенное
напряжение не превышает некоторой величины Ео (рис. 2.19),
коллекторный ток отсутствует. В схемах усиления ток базы
определенной величины, называемый током смещения, вызыва-
ет протекание начального коллекторного тока. Режим подби-
рается так, чтобы форма усиленного коллекторного тока была
идентична форме тока входного сигнала. В схеме, показанной
на рис. 2.18, напряжение смещения задается резистором
Яь
Рис. 2.18. Схема транзисторного уси-
лителя.

о

о Выход

Выходной
сигнал

о О В (масса)

Рис. 2.19. Принцип усиления сигнала
транзистором: /с — ток коллектора;

Уве— напряжение эмиттер — база.

В электронных схемах современных автомобилей транзис-
торные усилители практически не используются (за исключе-
нием аппаратуры связи), ио широко применяются переключа-
ющие схемы на транзисторах.

2.1.6.	Интегральные схемы (ИС)

Интегральной называют схему, которая на одной подложке
(обычно из монокристаллического кремния) содержит два и
более рассмотренных выше элементов — диодов, транзисторов,
резисторов и конденсаторов. В настоящее время выпускается
множество разнообразных ИС, классификация которых по ти-
пу используемых сигналов, технологии изготовления и степени
интеграции показана на рис. 2.20.

(1)	Аналоговые ИС

Все электрические сигналы можно разделить на аналоговые
и цифровые. Аналоговые сигналы, как показано иа рис. 2.21,
изменяются непрерывно во времени. Схемы, обрабатывающие
аналоговые сигналы, называются аналоговыми. Обычно на
вход аналоговой схемы подают определенный сигнал, который
она усиливает и выдает на выход сигнал большей величины.
Примером такой схемы является операционный усилитель.
Аналоговые схемы, используемые для линейного изменения
выходного сигнала по отношению к входному, называются ли-
нейными ИС.

а.	Операционный усилитель (ОУ)

ОУ широко используются в электронных блоках управления
автомобилей. Обычно они выполнены в виде отдельной ИС,
либо в виде элемента ИС. Ниже для простоты изучения этого
Классификация ИС по виду обрабатываемого сигнала

Монолитные			Гибридные	
Биполярные	МОП	Биполяр- ные/МОП	Толстопленоч- ные	Тонкопленочные
Аналоговые  Аналого-циф- ровые Цифровые	Цифровые	Аналого-цифро- вые	Аналоговые  Цифровые	Аналоговые  Цифровые

Классификация ИС по степени интеграции (по числу элементов
на кристалле)

МИС (малые интегральные схемы)

СИС (средние интегральные схемы)
БИС (большие интегральные схемы)
СБИС (сверхбольшие интегральные схемы)

до 100

от 100 до 1000

от 1000 до 100 000

свыше 100 000

Рис. 2.20. Интегральные схемы и их классификация.

класса аналоговых схем используются следующие характерис-
тики, свойственные только идеальным ОУ:

1)	бесконечно большой коэффициент усиления;

2)	бесконечно большое входное сопротивление;

3)	выходное сопротивление равно нулю;

4)	усиление сигналов любой частоты (от постоянного тока
до бесконечно большой частоты);

5)	при входном сигнале, равном нулю, на выходе устанав-
ливается нулевой сигнал.

В дополнение к перечисленным еще одним важным допуще-
нием является отсутствие тока на входе идеального ОУ. Кро-
ме того, предполагается, что напряжения, прикладываемые ко
входам ОУ, одинаковы. Это также весьма существенный фак-
тор, который нельзя упускать при анализе работы схем ОУ.
Исходя из перечисленных предположений, рассмотрим ос-
новные схемы ОУ.

б.	Неинвертирующий усилитель

На рис. 2.22 показана схема неинвертирующего усилителя.
Треугольником в этой схеме обозначен ОУ, знаки «+» и «—»
соответствуют его входам*, а вершина треугольника — выходу
ОУ. Поскольку ток через инвертирующий вход не протекает,
то напряжение на выводе Ео определяется входным напряже-
нием Ei и сопротивлениями Ео и Ei. Кроме того, на основании

Рис. 2.21. Форма аналогового сигнала.

Рис. 2.22. Неинвертирующий усили- Рис. 2.23. Инвертирующий усилитель,
тель.

условия равенства напряжений на входах ОУ получаем следу-
ющую формулу:

р — ^«+^1 р
°

В данном случае коэффициент усиления равен (7?o+#i)/#i.
Таким образом, подбором сопротивлений Ео и Ei можно уста-
новить требуемый коэффициент усиления.

в.	Инвертирующий усилитель

Схема инвертирующего усилителя показана на рис. 2.23.
Поскольку в идеальном ОУ ток через вход не течет, в резисто-
рах Ео и Ei протекает одинаковый ток. Кроме того, потенциалы

* Знаком «+» отмечен неинвертиру.ощий вход, при подаче сигнала на
который полярность сигнала на выходе сохраняется, а знаком «—»— ин-
вертирующий вход, при использовании которого выходной сигнал имеет
полярность, противоположную входному. — Прим. ред.
инвертирующего и неинвертирующего входов одинаковы, по-
этому выполняется условие

Ei/Ri+Eo/Ro—0,
из которого получаем

E0=—^-Et.

Таким образом, выходное напряжение имеет противополож-
ную полярность по отношению ко входному и больше его в
Л?о/Л раз.

г.	Повторитель напряжения

Повторителем напряжения называют неинвертирующий уси-
литель, коэффициент усиления которого Л = 1. Схема такого
усилителя показана на рис. 2.24. Напряжение на неинвертиру-

Рис. 2.24. Повторитель напряжения.

Рнс. 2.25. Повторитель напряжения
с резистором, включенным в цепь ОС.

ющем входе ОУ равно £>, а напряжение на инвертирующем
входе равно выходному напряжению Ео. Поскольку потенциа-
лы этих входов должны быть одинаковыми, то Ei=E0. В цепь
обратной связи может быть включено любое сопротивление
Ео (рис. 2.25). Коэффициент А схемы от этого не изменится,
поскольку (как было оговорено выше) входное сопротивление
является бесконечно большой величиной, вследствие чего ток
в цепи обратной связи отсутствует.

Повторители напряжения используют для понижения со-
противлений выходных каскадов схем с сохранением фазы
входного напряжения.

д.	Компаратор

Операционные усилители, используемые для сравнения на-
пряжений, подаваемых на их входы, называются компаратора-
ми. Если напряжение на неинвертирующем входе такого ОУ
больше, чем на инвертирующем, его выходное напряжение ус-
танавливается равным максимальному значению, т. е. напря-
жению питания. В случае когда больше напряжение на инвер-
тирующем входе, выходное напряжение равно минимальному
значению. На рис. 2.26 показана основная схема компарато-
ра, который называют еще неинвертирующим компаратором с
гистерезисной характеристикой (приведенной в правой части
рис. 2.26). Если на входе такого компаратора напряжение от-
сутствует (Vm = 0), то на выходе устанавливается низкий уро-
вень напряжения L (порядка О В). При постепенном увеличе-
нии входного напряжения в случае выполнения неравенства

Рнс. 2.26. Компаратор.

где Vref — определенное опорное напряжение, на выходе уста-
навливается высокий уровень напряжения Н (близкий к на-
пряжению питания Vc). При уменьшении входного напряже-
ния так, чтобы выполнялось неравенство

К1У0Я< + ЯгУ in

VrEF>

#1 + ^2

напряжение на выходе компаратора вновь равно L. В схеме,
показанной на рис. 2.26, гистерезис имеет место только при
RiVoutlRz.

(2)	Цифровые ИС

Сигналы, дискретно изменяющиеся во времени (рис. 2.27),
называются цифровыми. В цифровых схемах обычно использу-
ются сигналы, имеющие два значения. Высокому и низкому
уровням напряжения ставятся в соответствие цифровые пере-
менные 1 и 0 (или Н и L, происходящие от первых букв ан-
глийских слов high, что означает «высокий» и low — «низ-
кий»), Следовательно, как бы не изменялся цифровой сигнал,
он принимает только два значения: 1 и 0. Поэтому цифровые
схемы обладают большей ус- 'I
тойчивостью к шумам, чем
аналоговые.

Элемент цифровой схемы, 0

у которого каждой комбина- Рнс- 2-27- Цифровой сигнал,
ции входных переменных соот-
ветствует вполне определенное выходное значение, называется
логическим элементом (или логическим вентилем). Ниже рас-
смотрены основные логические элементы.

а.	Вентиль И

Вентилем И называется схема, на выходе которой устанав-
ливается 1 только в том случае, если на обоих входах его А и
В имеются 1. На рис. 2.28 показана эквивалентная схема вен-

Переключатель^ Переключатель В

Источник
напряжения

Рис. 2.28. Эквивалентная схема вентиля И.

Лампа

Q=AB

Рис. 2.29. Условное обозна-
чение вентиля И.

тиля И, из которой видно, что лампа Q загорается только в
том случае, когда оба переключателя А и В замкнуты. Услов-
ное обозначение вентиля И показано на рис. 2.29*.

Существуют специальные таблицы, в которых указывается
связь между выходными и входными сигналами для всех ком-
бинаций сигналов на входе. Такие таблицы называются табли-
цами истинности. Таблица истинности для вентиля И приведе-
на в табл. 2.1.

Таблица 2.1. Таблица истинности
вентиля И

А	в	<2
0 0  1 1	0  1  0  1	0 0  0 1

* В отечественной литературе используются другие условные обозна -
чення вентилей И, ИЛИ, ИЛИ-HE и др. — Прим, перев.
б.	Вентиль ИЛИ

Вентилем ИЛИ называется схема, на выходе которой уста-
навливается 1, когда на один из его входов А или В, или на
оба одновременно подается сигнал 1. На рис. 2.30 показано ус-

Рис. 2.30. Условное обозначение вен-
тиля ИЛИ.

Таблица 2.2. Таблица истинности
вентиля ИЛИ

А	в	Q
0 0  1 1	0  1  0  1	0  1 1  1

ловное обозначение вентиля ИЛИ, а в табл. 2.2 — его таблица
истинности.

в. Вентиль НЕ (инвертор)

Вентилем НЕ называется схема, на выходе которой уста-
навливается 1, если входной сигнал равен 0, и на выходе уста-
навливается 0, если входной сигнал равен 1 (т. е. эта схема
инвертирует входной сигнал и поэтому называется инверто-
ром). Его условное обозначение показано на рис. 2.31, а таб-

Таблица 2.3. Таблица истинности
инвертора

Рис. 2.31. Условное обозначение ин-
вертора.

A	Q

о
1

1
о

лица истинности — в табл. 2.3.

г. Вентиль И-НЕ

Вентиль И-НЕ, как показано на рис. 2.32, представляет со-
бой комбинацию вентилей И и НЕ. Поскольку вентиль НЕ
инвертирует входной сигнал, то вентиль И-НЕ — это схема,
инвертирующая выходной сигнал вентиля И. Его условное обо-
значение показано на рис. 2.33, а таблица истинности — в
табл. 2.4.
Q

Рис. 2.32, 2.33. Условное обозначение
вентиля И-НЕ.

Таблица 2.4. Таблица истинности
вентиля И-НЕ

А	в	Q
0 0  1 1	0  1  0  1	1 1 1 0

д. Вентиль ИЛИ-НЕ

Вентиль ИЛИ-HE аналогично вентилю И-НЕ представляет
собой комбинацию вентилей ИЛИ и НЕ. Его условное обозна-
чение показано на рис. 2.34, а таблица истинности в табл. 2.5.

Рис. 2.34. Условное обозначение вен-
тиля ИЛИ-НЕ.

Таблица 2.5. Таблица истинности
вентиля ИЛИ-НЕ

А	в	Q
0 0  1 1	0 1 0  1	1 0  0 0

е. Вентиль Исключающее ИЛИ

Вентилем Исключающее ИЛИ называется схема, у которой
при совпадении входных напряжений на выходе устанавливает-
ся 0, а в случае несовпадения—1. Его условное обозначение
показано на рис. 2.35, а таблица истинности — в табл. 2.6.

(3)	Биполярные и МОП ИС

Цифровые ИС в зависимости от технологии изготовления
транзисторов, которые являются их базовыми элементами, раз-
деляются на биполярные и МОП (металл-окисел-полупровод-
ник) ИС. В отличие от биполярных транзисторов, принцип
действия которых основан на переносе зарядов частицами
двух типов — электронами и дырками, в МОП-транзисторах
заряды переносятся либо электронами, либо дырками, поэтому
их еще называют униполярными транзисторами. Кроме того,
если биполярные транзисторы управляются током, то МОП-
транзисторы управляются напряжением. В этой связи сущест-
вует еще одно их название — полевые транзисторы (ПТ).

На рис. 2.36 изображены полупроводниковые структуры би-
полярного и МОП-транзисторов. Из сравнения структур видно,
что МОП-транзистор имеет более простую структуру. Следова-
тельно, МОП-транзисторы целесообразно использовать для
повышения степени интеграции. Этим объясняется тот факт,
что большие интегральные схемы (БИС) выполняются на ос-
нове МОП-технологии. Кроме того, МОП-транзисторы бывают
трех типов — р-канальные (или р-МОП-транзисторы), «-ка-
нальные (n-МОП-транзисторы) и комплементарные (КМОП-
транзисторы). Среди них р-канальные транзисторы благодаря
своей более простой структуре быстрее остальных типов полу-
чили практическое применение, но из-за низкого быстродейст-
вия и большой потребляемой мощности были заменены на п-
МОП-транзисторы (в частности, в микроЭВМ, важным требо-

Рнс. 2.35. Условное обозначение вен-
тиля Исключающее ИЛИ.

Таблица 2.6. Таблица истинности
вентиля Исключающее ИЛИ

А	в	Q
0 0  1 1	0 1 0  1	0 1  1 0

ванием для которых является высокое быстродействие).
КМОП-транзисторы имеют сравнительно высокое быстродей-
ствие, отличаются малой потребляемой мощностью и высокой
устойчивостью к внешним воздействиям (отклонению питающе-
го напряжения, изменениям температуры, электрическим поме-
хам и т. п.). Условия применения ИС в автомобильной аппа-
ратуре гораздо жестче, чем в изделиях другого назначения, по-
этому они должны обладать высокой надежностью. Обычно
с повышением степени интеграции внутренняя структура ИС
усложняется, ослабляется устойчивость к внешним воздейст-
виям, и в результате снижается их надежность. Кроме того, по
мере оснащения автомобиля различными системами электрон-
ного управления обостряются проблемы, связанные с их энер-
гопотреблением. В настощее время в автомобильной аппара-
туре используются «-МОП и КМОП-схемы, однако в будущем
по указанным причинам, вероятно, произойдет замена «-МОП
на КМОП-элементы.

Наиболее распространенными среди биполярных ИС явля-
ются ТТЛ (транзисторно-транзисторная логика)-схемы. Би-
полярные схемы обладают более высоким быстродействием,
чем МОП-схемы, но их существенный недостаток — большая
потребляемая мощность. Тем не менее благодаря развитию
технологии, в частности разработке маломощных и быстродей-
ствующих ТТЛ ИС с диодами Шотки (ТТЛШ ИС), удалось
значительно улучшить характеристики и ТТЛ-схем. Следует
отметить также разработку быстродействующих схем И2Л (ин-
тегрально-инжекционная логика), которые по потребляемой
мощности находятся на уровне МОП-схем. Это еще один путь
к созданию БИС.

Переход металл-
полупроводник
Диэлектрик \
(эд---------te

Подложка

Биполярный
прп - транзистор

Изолирующая
область
(рп - переход или
окисел)

D G S

МОП-транзистор
(п-канольныи)

Рис. 2.36. Поперечный разрез структур биполярного н МОП-транзнсторов и нх
условные обозначения: С— коллектор; В — база; Е — эмиттер; G — затвор;
D — сток; S — исток.

(4)	Гибридные ИС

Рассмотренные в предыдущем разделе ИС относятся к ка-
тегории монолитных ИС, все элементы которых (диоды, тран-
зисторы, резисторы, конденсаторы и т. п.) сформированы на
одной подложке из монокристалла кремния. Однако кроме них
существуют еще гибридные ИС, названные так потому, что
помимо элементов, которые формируются по тонкопленочной
или толстопленочной технологии на поверхности керамической
или стеклянной подложки, они включают и монолитные ИС.
На рис. 2.37 показана структура и внешний вид гибридной
ИС. Несмотря на то что из общего количества выпускаемых
ИС на долю гибридных схем приходится лишь несколько про-
центов, они довольно часто используются в электронных бло-
ках управления автомобилей. Причиной тому является требо-
вание миниатюризации бортовой аппаратуры (из-за ограни-
ценного пространства) при ее постоянном функциональном
усложнении. Необходимо также иметь сжатые сроки проекти-
рования автомобиля при широкой номенклатуре выпускаемых
моделей, отличающихся устанавливаемой на них электронной
аппаратурой. И здесь на помощь приходят гибридные ИС.
Другими словами, гибридные ИС позволяют сократить сроки
разработки систем управления по сравнению с системами на
монолитных ИС. Они способны обрабатывать входные сигналы
более высокого напряжения, обладают лучшим быстродействи-
ем и позволяют получить мощные выходные сигналы. Благода-
ря этим качествам на гибридных ИС легко собирать блоки,
состоящие из множества отдельных ячеек или так называемых

Рис. 2.37. Структура гибридной ИС (в поперечном разрезе) и ее внешний вид:
1 — припой; 2— вывод; 3 — резистор; 4 — стекло; 5 — кристалл (монолитная
ИС); 6 — проводник; 7 — конденсатор; 8 — подложка.

дискретных схем. На рис. 2.38 показан пример электронного
блока управления (ЭБУ) двигателем, собранного на гибрид-
ных ИС.

2.1.7. МикроЭВМ

Основной частью ЭБУ, показанного на рис. 2.1, является
микроЭВМ. Заметим, что современный автомобиль может
быть оснащен более чем десятью подобными блоками.

Применение электронной техники в автомобилях началось
с появлением транзисторов. Однако мы не ошибемся, если
скажем, что в действительности эра автомобильной электрони-
ки наступила только с изобретением микроЭВМ. Структура
микроЭВМ показана на рис. 2.39. В се состав входят централь-
ный процессор (ЦП), осуществляющий выборку команд и об-
работку данных; память, в которой хранятся программы и дан-
ные; ввод-вывод, управляющий приемом данных от датчиков и
передачей данных на исполнительные механизмы.

Эти составляющие микроЭВМ соединены между собой на-
бором линий передачи информации, называемых шинами. Ши-
ны по своему назначению делятся на шины данных, по кото-
рым осуществляется обмен данными, шины адреса, по кото-
рым передается адрес ячейки памяти или устройств ввода-вы-
вода, и шины управления, по которым передаются сигналы уп-
равления работой системы. Общая шина, объединяющая эти
три типа шин, называется системной. Допустим, в ЦП нужно
принять данные из памяти или ввода-вывода. Тогда в одно из
этих устройств (памяти или ввода-вывода) по шине управле-
ния передается соответствующий управляющий сигнал. Затем
по адресной шине передается адрес местоположения нужной
информации. Эта информация по шине данных поступает в
ЦП. Такая последовательность действий реализуется микро-
ЭВМ по программе.

Память

Рис. 2.38. ЭБУ на гибридных ИС.

Рис. 2.39. Структура микроЭВМ.

(1)	Центральный процессор

ЦП, как показано на рис. 2.40, состоит из арифметико-логи-
ческого устройства (АЛУ), используемого для выполнения
арифметических и логических операций с данными, регистров
для временного хранения данных и блока управления различ-
ными действиями, например считыванием команд программы
и т. п. Эти составляющие ЦП обычно выполнены в виде одной
БИС, называемой микропроцессором.

(2)	Память

Память обычно состоит из двух устройств — постоянного
запоминающего устройства (ПЗУ) и оперативного запоминаю-
щего устройства (ОЗУ). ПЗУ предназначено только для считы-
вания из него информации, т. е. записанные в ПЗУ данные
изменить невозможно. Оно способно хранить информацию даже
при отключении питания, поэтому его используют для хране-
ния программ и фиксированных данных.

ОЗУ служит как для считывания, так и для записи данных
по любому указанному адресу. Однако при отключении пита-
ния хранимая в ОЗУ информация разрушается, поэтому ОЗУ
используют для временного хранения данных.

(3)	Ввод-вывод

Вводом-выводом (или портом ввода-вывода) называется
схема, управляющая приемом-передачей данных от датчиков
и исполнительных механизмов по командам ЦП.

МикроЭВМ, все перечисленные составляющие которой вы-
полнены в виде одной БИС (или на одном кристалле), назы-
вается однокристальной микроЭВМ. Если эти составляющие
выполнены на нескольких кристаллах, то она называется мно-
гокристальной микроЭВМ. Кроме того, микроЭВМ можно
классифицировать по количеству разрядов в ячейке ОЗУ. На
современном этапе наибольшее распространение получили од-
но-, четырех-, восьми- и шестнадцатиразрядные микроЭВМ.

Существуют еще 32-разрядные микроЭВМ, однако в авто-
мобильной аппаратуре они пока не используются. Как прави-
ло, 1- и 4-разрядные микроЭВМ представляют собой однокри-
стальные устройства, большинство 16- и более разрядных мик-
роЭВМ реализуются на нескольких БИС, т. е. относятся к
многокристальным. 8-разрядные микроЭВМ бывают как од-
нокристальными, так и многокристальными.

(4)	Программы

МикроЭВМ состоит из логических элементов, оперирующих
двоичными числами, поэтому программа, определяющая поря-
док действий микроЭВМ, также должна представлять набор
двоичных чисел. Язык двоичных чисел, понятный ЭВМ, назы-
вается машинным языком. Однако человеку пользоваться та-
ким языком, естественно, крайне неудобно. Допустим, к при-
меру, что команда сложения в 8-разрядных машинных словах
имеет вид «10001011». Тогда при составлении программы каж-
дый раз, когда встречается эта команда, нужно будет пользо-
ваться этим представлением. Но если эту же команду записать
как ADD (аббревиатура от английского слова addition—сложе-
ние), процесс составления программы существенно упростит-
ся, и она будет более удобна для восприятия. Такой способ
представления команд называется мнемоническим. Однако по-
вторяем, компьютеру понятен только машинный язык, поэтому
программу, написанную в мнемоническом коде (или на языке
ассемблера), необходимо преобразовать в машинный язык.
Программа, осуществляющая
это преобразование, называет-
ся ассемблером. Мнемоничес-
кий код и машинный язык
должны иметь полное соот-
ветствие, поэтому в отдельных
моделях микроЭВМ использу-
ют специализированный ас-
семблер, учитывающий осо-
бенности используемых аппа-
ратных средств. Программу
можно написать и на языке
более высокого уровня, напри-
мер Си, Бейсике или Фортра-
не. Однако использование

Сигналы

Рис. 2.40. Структура центрального
процессора (ЦП).

компилятора (программы, преобразующей язык высокого
уровня в машинный язык) требует большого объема памяти
ЭБУ. Поэтому в изделиях с жесткими требованиями, предъяв-
ляемыми к объему программ и быстродействию (а таковыми
являются автомобильные электронные системы управления)
составление программ на языках высокого уровня обычно не
используется. Для современных ЭБУ программы почти всегда
разрабатываются в мнемоническом коде.

2.2.	Разработка системы на основе микроЭВМ

2.2.1.	Выбор микроЭВМ

Важным моментом при разработке автомобильной элект-
ронной системы на основе микроЭВМ является выбор микро-
ЭВМ. Для этого необходимо иметь краткую спецификацию
системы, где описаны функции, которые она должна выпол-
нять, ее структура, типы входных и выходных устройств (дат-
чиков и исполнительных механизмов), функции схем управле-
ния и последовательность действий. На основании этой специ-
фикации проводится детальное изучение проекта, в том числе
обращается внимание на сроки разработки, затраты на нее,
размеры ЭБУ и т. п. и принимается решение о целесообраз-
ности использования микроЭВМ. После этого отбирается не-
сколько типов микроЭВМ, пригодных для данной системы, и
на них проводится предварительное проектирование схемы уп-
равления.

На этапе предварительного проектирования анализируются
способы управления вводом-выводом, требуемый объем ПЗУ
и ОЗУ и составляется блок-схема, дающая представление о
функциях управления в целом. Поскольку выбор микроЭВМ в
конечном итоге определяет характеристики системы, необходи-
мы тщательный анализ схем управления, выполненных на базе
той или иной микроЭВМ, и на его основе выбор оптимального
варианта. Кроме того, при анализе следует обращать внима-
ние на такие моменты, как совместимость программного обес-
печения при переходе от устаревшей модели на новую модель
микроЭВМ, а также требующуюся при этом доработку системы
и дополнительные расходы (на разработку программ, средств
отладки и т. п.).

2.2.2.	Особенности микроЭВМ

МикроЭВМ, как было сказано выше, можно классифициро-
вать по разрядности, количеству используемых кристаллов и
технологии изготовления. По количеству разрядов ячейки ОЗУ
микроЭВМ делятся на 1-, 4-, 8- и 16-разрядные модели. 16-
разрядные микроЭВМ нечасто используются для управления
двигателем, причем сейчас практически все эти модели можно
заменить на высокоразвитые 8-разрядные микроЭВМ. Одно-
разрядные микроЭВМ — это весьма специфичные устройства,
которые совершенно не годятся для численных операций и ис-
пользуются лишь для логической обработки и выполнения
функций таймера. Однако для решения данных задач их с
большой эффективностью можно использовать в автомобиль-
ной аппаратуре. Наибольшее распространение в автомобильной
электронике получили 4- и 8-разрядные микроЭВМ. Если
сравнить эти два класса, то следует отметить что 4-разрядные
микроЭВМ обладают явным преимуществом при выполнении
логических операций, для чего они оснащены большим набором
команд. Восьмиразрядные микроЭВМ уступают им по количе-
ству команд логической обработки и эффективность их в этом
смысле ниже. Однако, что касается арифметических операций,
то здесь ситуация меняется на противоположную, поскольку
набор команд в 4-разрядных микроЭВМ для этой цели недо-
статочен. Кроме того, по точности вычислений они в 16 раз
уступают 8-разрядным микроЭВМ. Поэтому в системах, вы-
полняющих с высокой скоростью высокоточные вычисления,
следует применять 8-разрядные микроЭВМ.

По технологии изготовления все микроЭВМ можно разде-
лить на п-МОП и КМОП. Существуют еще р-МОП-микроЭВМ,
однако в настоящее время они практически не используются.
В последние годы значительный прогресс наметился в КМОП-
технологии, в частности, появились модели, которые по скорос-
ти вычислений не уступают, а то и превосходят п-МОП-микро-
ЭВМ, что не так давно было трудноосуществимой задачей.
Достоинством КМОП-микроЭВМ является малая мощность
потребления. Это преимущество становится заметным, на-
пример, при остановке двигателя, когда аккумуляторная ба-
тарея (источник питания автомобиля) не заряжается. При
использовании n-МОП-микроЭВМ, потребляемый ток которых
больше 100 мА, батарея быстро разряжается. В то же время
величина потребляемого тока КМОП-микроЭВМ составляет
около 10 мА, что считается вполне приемлемым для этого
режима. Следовательно, в тех системах, которые должны
функционировать при выключенном зажигании (например, вы-
полняющих функцию часов), следует применять КМОП-микро-
ЭВМ.

Итак, из изложенного ясно, что существуют самые разнооб-
разные микроЭВМ, вследствие чего выбор микроЭВМ и проек-
тирование системы должны осуществляться на основе иссле-
дования их характеристик.

2.2.3.	Методика разработки программ

После выбора микроЭВМ на основании предварительного
проектирования схемы управления составляется подробная
спецификация (техническое задание). Подробная специфика-
ция является основой для разработки программ.

Существуют различные методики разработки программ.
Здесь рассматривается только наиболее распространенная ме-
тодика и требуемое обеспечение. На рис. 2.41 показана блок-
схема последовательности разработки программы.

Сначала составляется общая блок-схема, описывающая
работу системы управления, а также синхронизацию и после-
довательность выполнения ее операций. Затем для каждой
операции составляется подробная частная блок-схема, с по-
мощью которой подтверждается ее соответствие спецификации
и отсутствие ошибок в последовательности работы системы.

Далее в соответствии с блок-схемой на каком-либо языке
программирования (обычно это язык ассемблера) составляет-
ся программа. Процесс составления программы на языке про-
граммирования называется программированием. Трансляция
программы с языка ассемблера на машинный язык осуществ-
ляется другой (не проектируемой) высокопроизводительной
ЭВМ (например, большой ЭВМ, мини-ЭВМ, персональным ком-
пьютером, системой обеспечения разработки микроЭВМ типа
MDS фирмы Intel и т. п.). В данном случае ЭВМ, осуществля-
ющую трансляцию программы, называют главным компьюте-
ром, а микроЭВМ, для которой разрабатывается программа —
целевым компьютером. Итак, главный компьютер транслирует
программу целевого компьютера, написанную на языке ассем-
блера, в машинные слова целевого компьютера. Такая транс-
[Начала

( Блок-схема I
управления |

^Кодирование j

Исходная I
программа |

| Редактирог>а-\ - --

Ассемблирова-
ние

Редактор

Кроссассемблер

/ровер-

Объектная
программа

| Моделирово - |'

Оценочный
комплект
Эмулятор

проверь

| Запись вСППЭУ^

~ I

| Отладка на кокк-1
lpe/пнсм автомобиле^ ~~

Рис. 2.41. Блок-схема процесса разработ-
ки программы.

-Программатор ППЗУ

исследуемое СППЗУ
'ЦП со штекером для
внешнего СППЗУ

Масочное ПЗУ

лирующая программа носит
название кроссассемблера.

Составить программу,
соответствующую специфи-
кации, редко когда удает-
ся сразу. Обычно она со-
держит много синтакси-
ческих и логических оши-
бок. Ошибки, касающиеся
языка, например синтакси-
ческие ошибки, обнаружи-
ваются ассемблером, поэто-
му их можно увидеть в вы-
ходном сообщении главного
компьютера об ошибках.
Логические ошибки обна-
руживаются при моделиро-
вании выполнения програм-
мы и отладки ее на ре-
альном автомобиле. При
обнаружении ошибки осу-
ществляется коррекция
программы и повторное
ассемблирование (трансля-
ция программы с помощью
ассемблера). Коррекция
программы обычно произ-
водится главным компью-
тером, выполняющим ее ас-
семблирование. В процессе
коррекции программы час-
то возникает необходимость
ввести какие-то дополните-

льные команды, удалить ненужные команды или произвести их
замену. Для этого используется специальная программа, называ-
емая редактором. После коррекции программы и повторного
ассемблирования проводится моделирование. На этом этапе про-
грамма фактически выполняется разрабатываемыми аппаратны-
ми средствами в целях подтверждения нормальной работоспособ-
ности системы. Поскольку и на этом этапе довольно сложно обна-
ружить программные ошибки, то на аппаратуре обеспечения
разработки осуществляется отладка программы. В процессе
отладки выполнение программы можно остановить на произволь-
ном шаге, вывести на экран текущее содержимое регистров ЦП
и ОЗУ и внести соответствующие изменения. Кроме того, суще-
ствует функция трассировки, которая позволяет отслеживать
выполнение программы. К средствам обеспечения разработки
программ относятся автономный оценочный комплект и эмулято-
ры* (например, модель ICE фирмы Intel), подключаемые к ап-
паратуре обеспечения разработки микроЭВМ. Случается, что при
моделировании не удается создать условия, идентичные реаль-
ным; тогда отладка программы производится на реальном авто-
мобиле.

Для отладки на реальном автомобиле объектную програм-
му после ассемблирования необходимо записать в программи-
руемое ПЗУ (ППЗУ). Используемое для записи устройство на-
зывается программатором ППЗУ. Большинство серийно выпус-
каемых однокристальных микроЭВМ содержит встроенное сти-
раемое программируемое ПЗУ (СППЗУ) или внешнее СППЗУ,
которое устанавливается в штекер на корпусе микроЭВМ. Та-
ким образом, на заключительном этапе проверка программы
осуществляется на реальном автомобиле и здесь необходимо
крайне тщательно проверить и оценить программу.

Если результаты отладки на реальном автомобиле соответ-
ствуют спецификации, процесс отладки считается завершен-
ным, и выдается заказ на изготовление масочных ПЗУ**.

2.3.	Пример схемы электронного управления

(управление кондиционером автомобиля]

В разд. 2.1 были рассмотрены элементы электронных схем,
а в данном разделе на примере электронной схемы управления
кондиционером автомобиля изучается функционирование каж-
дого из этих элементов. На рис. 2.42 приведена электронная схе-
ма управления кондиционированием воздуха. В ее функции вхо-
дит контроль частоты вращения коленчатого вала двигателя
(в данном случае выделяется диапазон 950 до 1750 мин-1) и тем-
пературы в салоне автомобиля.

(1)	Схема преобразования частота-напряжение

Фактически это схема цифроаналогового преобразователя.
Он используется для преобразования цифровых сигналов из
системы зажигания, частота которых пропорциональна скорос-
ти вращения коленчатого вала двигателя, в аналоговые сигна-
лы напряжения. Вход преобразователя — клемма 1 (см. рис.
2.43), выход — точка Р.

Если остановить двигатель и перевести ключ зажигания в
положение «включено», транзистор Q2 запирается и напряже-

* Эмулятором называется виртуальная вычислительная машина, которая
в отличие от реальной реализуется с помощью микропрограмм. — Прим,
перев.

** То есть серийное изготовление так называемых «зашитых» про-
грамм. — Прим, перев.
ТЕРМОПЕРЕКЛЮЧА ТЕЛЬ

Рис. 2.42. Схема управления автомобильным кондиционером: HCi — компа-
ратор; М — магнитная муфта сцепления (для включения компрессора холо-
дильной установки); VSV — электромагнитный клапан; VR— потенциометр
регулирования температуры в салоне; Rth— термистор контроля температуры
в салоне.

нис в точке Р будет определяться сопротивлениями R6 и R?.
Если после этого запустить двигатель, то:

— при 0 входного сигнала (отсутствии напряжения из систе-
мы зажигания) транзистор Qi отпирается. Поэтому на пра-
вой обкладке конденсатора С] появляется отрицательный
потенциал, вследствие чего отпирается транзистор Q2 и через
конденсатор С2 по цепи Q2—С\—Rs—Qi начинает течь ток
(конденсатор С2 при этом немного заряжается). В результа-
те конденсатор Ct разряжается, транзистор Q2 запира-
ется и С2 медленно заряжается через резистор Re, пока сигнал
из системы зажигания не примет состояние 1;

— при 1 входного сигнала (наличии напряжения из системы
зажигания) транзистор Q[ запирается, через резистор Т?4 на-
чинает течь ток заряда и конденсатор С\ повторно заряжает-
ся; в свою очередь С2 медленно разряжается через Re.

Поскольку этот процесс периодически повторяется, то с
увеличением скорости вращения коленчатого вала двигателя
увеличивается частота зарядки конденсатора С2. В результате
напряжение на его обкладках увеличивается, а напряжение в
точке Р падает.
Рис. 2.43. Работа схемы преобразования частота — напряжение при выклю-
ченном (слева) и включенном (справа) устройстве зажигания.

(2)	Схема контроля частоты 950 мин-1

Эта схема выполнена на компараторе 1Сь Компаратор
сравнивает по величине входное и опорное напряжения и, как
показано на рис. 2.44, если входное напряжение КР становится
равным опорному выходной сигнал инвертируется.

Если частота вращения коленчатого вала двигателя пре-
вышает 950 мин-1, то, как видно из рис. 2.45, напряжение в
точке Р становится меньше опорного напряжения Vt компара-
тора 1СЬ На выходе Q компаратора напряжение переходит с
высокого уровня на низкое, в результате чего запирается тран-
зистор Q3 (если при этом транзистор Qs в схеме контроля тем-
пературы также находится в закрытом состоянии, то транзис-
тор Q4 отпирается, замыкается реле, срабатывает магнитная
муфта привода компрессора холодильной установки и начина-
ется охлаждение воздуха).

Кроме того, в результате положительной обратной связи,
которая осуществляется через резистор Rl2, увеличивается
опорное напряжение V'i. Поэтому образуется петля гистерези-
са, и пока частота вращения не станет меньше 650 мин-1, ин-
вертирование сигнала на выходе Q не происходит.

(3)	Схема контроля частоты 1750 мин-1

Эта схема выполнена на компараторе 1Сг. Принцип работы
се аналогичен схеме с компаратором ICi (рис. 2.45). Если час-
тота вращения превышает 1750 мин-1, напряжение в точке Р
становится меньше опорного напряжения У2 компаратора 1Со,
уровень напряжения на выходе R изменяется с низкого на вы-
сокий, транзистор Qio отпирается, Qu — запирается. В резуль-
тате выключается электромагнитный клапан VSV и частота
холостого хода снижается до 950 мин-1.
Входное
напряжение

УР о—
Опорное
напряжение

Рис. 2.44. Принцип действия компа- Рис. 2.45. Зависимость напряжения
ратора: если VP>Vi, то на выходе Q в точке Р и состояния выходов R
присутствует сигнал, а на выходе и Q от частоты вращения колеичато-
Q'— отсутствует; если Vp<Vi, то иа	го вала двигателя.

выходе Q сигнал отсутствует, а иа

выходе Q' — присутствует. Напряже-

ние У1 усиливается по цепи положи-
тельной ОС.

Гистерезисная характеристика компаратора 1С2 использу-
ется аналогично схеме 1СЬ т. е. несмотря на повышение опор-
ного напряжения уровень напряжения на выходе 7? не меняет-
ся, пока частота вращения не станет меньше 1500 мин-1.

(4)	Схема контроля температуры (см. рис. 2.42)

Напряжение в точке Е изменяется в соответствии с темпе-
ратурой окружающего воздуха. Транзистор Qe используется
для температурной коррекции. Напряжение в точке Е устанав-
ливается на пороге срабатывания транзистора Qs.

Напряжение в точке В устанавливается делителем напря-
жения на резисторах 7?2е и R21. Оно падает либо с уменьшени-
ем сопротивления VR (переменного резистора, используемого
для установки желаемой температуры в салоне), либо с умень-
шением сопротивления Ятн (сопротивления термистора, ис-
пользуемого в качестве датчика температуры). Таким образом,
когда напряжение в точке В становится меньше напряжения в
точке Е, транзисторы Q<$ и Q7 отпираются, а транзисторы Qg и
Q9 запираются (если при этом заперт транзистор Q3, то отпи-
рается транзистор Q4, срабатывает муфта сцепления и включа-
ется кондиционер. Если же в это время транзистор Qio заперт,
то транзистор Qu отпирается, включается клапан VSV и час-
тота холостого хода увеличивается).

При отпирании транзистора Q?, напряжение в точке В еще
больше понижается из-за включенного параллельно термисто-
РУ Rth резистора Т?34. Следовательно, пока сопротивление
Rth еще не увеличится (температура упадет еще ниже), тран-
зистор Q6 не закроется. Это означает, что схема контроля тем-
пературы обладает гистерезисной характеристикой, предотвра-
щающей частое переключение. Ее чувствительность обычно со-
ставляет 3°С: если сопротивление переменного резистора VR
установлено равным нулю (для получения наиболее низкой
температуры), то муфта сцепления отпускается при отклоне-
нии температуры в 3°С и включается при 6 °C.
Глава 3. УПРАВЛЕНИЕ ДВИГАТЕЛЕМ
И ТРАНСМИССИЕЙ

3.1.	Управление бензиновым двигателем

Управление бензиновым двигателем представляет собой
базирующуюся на микроЭВМ систему комплексного регулиро-
вания впрыска топлива, угла опережения зажигания, детона-
ции, частоты вращения коленчатого вала на холостом ходу.
Эта система выполняет также функции диагностики и обеспе-
чивает оптимальные условия работы двигателя, улучшает его
рабочие характеристики, повышает чистоту отработавших га-
зов, экономичность и другие параметры.

На рис. 3.1 показан пример электронной системы управле-
ния двигателем. Центральной частью этой системы является
электронный блок управления (ЭБУ). Его внешний вид пред-
ставлен на рис. 3.2, а блок-схема — на рис. 3.3. Ниже мы бо-
лее подробно опишем работу этой системы.

3.1.1.	Управление впрыском топлива

С целью улучшения рабочих характеристик двигателя, по-
вышения чистоты отработавших газов, экономичности, мощнос-
ти система управления впрыском топлива рассчитывает на ос-
новании сигналов датчиков количество впрыскиваемого топли-
ва для получения оптимального соотношения топлива и
воздуха в горючей смеси.

Количество впрыскиваемого топлива определяется временем
открытия электромагнитного клапана форсунки.

(1) Параметры

На практике в большинстве случаев впрыск топлива осуще-
ствляется синхронно: на один оборот коленчатого вала двига-
теля выполняется один впрыск. Но во время ускорения авто-
мобиля для повышения мощности двигателя наряду с синхрон-
ным осуществляется асинхронный впрыск. Время синхронного
впрыска определяется формулой (З.Г):

Продолжительность синхронного впрыска =
= основное (базовое) время впрысках ко-
эффициент коррекции-)-поправка времени (3. ]>
впрыска на изменение напряжения пита-
ния.
Рис. 3.1. Пример электронной системы управления двигателем («Тойота»): 1 —
ключ зажигания; 2—разъем для подключения внешних средств диагностики;
3— сигнал включения нейтральной передачи; 4 — сигнал включения конди-
ционера; 5— сигнал скорости автомобиля; 6—реле включения; 7 — распре-
делитель зажигания; 8— катушка зажигания; 9 — датчик аварийного па-
дения давления масла; 10 — реле; 11— ЭБУ; 12 — шаговый двигатель систе-
мы управления частотой вращения коленчатого вала на холостом ходу; 13—
датчик расхода воздуха; 14 — датчик температуры поступающего в двигатель
воздуха; 15— регулятор давления; 16 — датчик угла открытия дроссельной
заслонки; 17—клапан холостого хода; 18— форсунка холодного пуска; 19—
редукционный клапан; 20 — форсунка; 21 — таймер прогрева; 22 — датчик
температуры охлаждающей жидкости; 23 — датчик детонации; 24 — топлив-
ный фильтр; 25 — топливный насос; 26 — бак для топлива; 27 — датчик кис-
лорода.

1)	Основное время впрыска — это время, соответствующее
(как показано в разд. (2)) количеству топлива, требуемому
для создания теоретически необходимого коэффициента избыт-
ка воздуха (соотношения воздух — топливо). При этом массо-
вый заряд воздуха, поступающий в цилиндр за цикл, рассчи-
тывается по данным датчика расхода воздуха и частоты вра-
щения коленчатого вала двигателя. Эти соотношения представ-
лены формулой (3.2):

Основное время впрыска = К (коэффици-

ент) X расход воздуха/частота вращения (3.2)
коленчатого вала двигателя.
Рис. 3.2. Пример ЭБУ двигателя («Тойота»).

Рис. 3.3. Блок-схема ЭБУ.

2)	Поправка времени впрыска на изменение напряжения
питания

Поскольку время срабатывания электромагнитной форсун-
ки изменяется в зависимости от напряжения питания, необхо-
димо введение соответствующей корректировки. Величина по-
правки в функции напряжения питания представлена на
рис. 3.4.
3)	Коррекция количества впрыскиваемого горючего

С целью улучшения характеристик двигателя во время его
прогрева (стабильности работы, приемистости, состава отрабо-
тавших газов и т. п.) выполняются разного рода коррекции
количества впрыскиваемого топлива относительно основного
времени впрыска. Ниже приводятся примеры такой коррекции.

а.	Коррекция на время прогрева

Для улучшения работы холодного двигателя в зимнее вре-
мя на основании сигналов датчика температуры охлаждающей
жидкости количество впрыскиваемого горючего увеличивается.
После завершения прогрева введение данной коррекции пре-
кращается. Изменение коррекции показано на рис. 3.5.

Рис. 3.4. Коррекции впрыска по на-
пряжению питания.

Рис. 3.5. Коррекция впрыска при про-
греве двигателя.

б.	Коррекция после пуска двигателя

Благодаря этой коррекции стабилизируется частота враще-
ния коленчатого вала двигателя непосредственно после пуска.
Зависимость коррекции от температуры охлаждающей жид-
кости обеспечивается в соответствии с графиком, показанным
на рис. 3.6. Она прекращается через определенное время после
пуска.

в.	Коррекция для увеличения приемистости двигателя во
время прогрева

Для увеличения приемистости двигателя во время его про-
грева обеспечивается зависимость коэффициента коррекции от
температуры охлаждающей жидкости, показанная на рис. 3.7.
г.	Коррекция для предотвращения перегрева

Во избежание перегрева двигателя, нейтрализатора и дру-
гих деталей автомобиля при движении в режиме максималь-
ной мощности необходимо обогащение топливной смеси. Для
этого вводится специальная коррекция времени впрыска в за-
висимости от сигналов датчиков расхода воздуха, частоты вра-
щения коленчатого вала и др.

д.	Коррекция с учетом температуры всасываемого воздуха

Поскольку плотность воздуха изменяется с изменением его
температуры, проводится коррекция, показанная на рис. 3.8.

е.	Коррекция соотношения воздух — топливо методом обрат-
ной связи

На рис. 3.9 показана зависимость выброса компонентов от-
работавших газов от коэффициента избытка воздуха X, харак-
теризующего состав горючей смеси.

Рис. 3.6. Коррекция впрыска после
запуска двигателя.

Рис. 3.7. Коррекция впрыска для
увеличения приемистости двигателя
при его прогреве.

Рис. 3.8. Коррекция впрыска по
температуре поступающего в дви-
гатель воздуха.

Рис. 3.9. Зависимость выброса вредных
веществ с отработавшими газами от со-
става горючей смеси.
Для того чтобы с помощью трехкомпонентного нейтрализа-
тора достигнуть одновременно высокой степени очистки отра-
ботавших газов по компонентам СО, НС и NOx, необходима
при различных условиях работы двигателя точная регулировка
коэффициента избытка воздуха таким образом, чтобы состав
смеси был максимально близок к стехиометрическому. С этой
целью с помощью датчика, установленного в выпускной систе-
ме, измеряется концентрация кислорода в отработавших газах.
Таким образом организуется обратная связь в системе автома-
тической стабилизации стехиометрического состава горючей
смеси.

Выходные,
сигналы

Состав
топливном
смеси

Богатая

Стек иометр,
состав смеси
Бедная

Датчик

Ог

Высокий

Стандарты,
уровень
напряжения

НИЗКИЙ

1В

0,455

05

Рис. 3.10. Система управления составом горючей смеси с обратной связью.
Форма выходного сшнала датчика кислорода: 1— воздух; 2 — топливо; 3 —
датчик частоты вращения коленчатого вала; 4— датчик расхода воздуха; 5 —
частота вращения; 6—расход воздуха; 7 — сигналы от датчика температуры
охлаждающей жидкости и других датчиков; 8 — двигатель; 9 — форсунки;
J0 — количество впрыскиваемого горючего; 11— ЭБУ; 12 — трехкомпонеитный
нейтрализатор; 13— датчик кислорода.

На рис. 3.10 показаны схема системы управления соотно-
шением воздух — топливо с обратной связью от датчика кис-
лорода и форма выходного сигнала датчика кислорода.

Однако датчик кислорода не работает, пока его температу-
ра низка. Поэтому до окончания прогрева реально имеющее
место соотношение воздух — топливо определяется ЭБУ без
использования датчика кислорода.
4)	Прекращение подачи топлива

а.	Прекращение подачи топлива при снижении скорости.

Производится для повышения топливной экономичности за
счет прекращения впрыска топлива на принудительном холос-
том ходу, когда при высокой частоте вращения двигателя пол-
ностью закрывается дроссельная заслонка. Когда частота вра-
щения коленчатого вала двигателя падает ниже заданной ве-
личины, подача топлива возобновляется. На рис. 3.11 показан
реализуемый закон управления прекращением подачи топлива.

Рис. 3.11. Характеристика прекраще-
ния подачи топлива: сплошная ли-
ния— прекращение подачи топлива;
прерывистая — начало подачи топ-
лива.

-20	20	60

Температура охлаждающей
жидкости, °с

Рис. 3.12. Время впрыска при пуске
двигателя.

б.	Прекращение подачи топлива при высокой частоте вра-
щения

Для предотвращения повреждения двигателя из-за превы-
шения частоты вращения коленчатого вала, впрыск топлива
прекращается, как только частота вращения превысит задан-
ную величину.

5)	Характеристики впрыска при пуске двигателя

При пуске двигателя задается количество впрыскиваемого
топлива (время впрыска), определяемое температурой охлаж-
дающей жидкости (рис. 3.12). После того как частота враще-
ния двигателя превысит заданную величину, продолжитель-
ность синхронного впрыска возвращается к прежнему значе-
нию.
6)	Система впрыска горючего

В многоцилиндровых автомобильных двигателях в основ-
ном используется система синхронного впрыска, в которой для
всех цилиндров за один оборот коленчатого вала производится
одна подача топлива. На рис. 3.13 показана фазовая диаграм-
ма впрыска 6-цилиндрового двигателя. Кроме того, сущест-
вуют системы независимого впрыска для каждого цилиндра
или групп из двух-трех цилиндров.

7)	Асинхронный впрыск

Обычный (синхронный) впрыск используется при пуске
двигателя, когда благодаря обогащению смеси сразу после
включения стартера улучшаются пусковые характеристики дви-

Синхронный

Номер Всасывание впрыск
цилиндра 0° СА \	180°	\ 360'

Синхронный
впрыск
540°	720'

5 _

3

2 _!

4~\

Рис. 3.13. Фазовая диаграмма впрыска: СА—угол поворота коленчатого ва-
ла, град.

гателя. В системе, изображенной на рис. 3.1, для этого приме-
нен специальный электромагнитный клапан (форсунка холод-
ного пуска).

При ускорениях автомобиля впрыск задается в зависимос-
ти от величины ускорения с учетом сигналов с датчиков. Та-
ким образом, улучшаются динамические характеристики авто-
мобиля.

(2)	Датчики

1)	Расходомер воздуха

Количество расходуемого воздуха определяется из соотно-
шения напряжений на клеммах потенциометра. Конструкция
расходомера показана на рис. 3.14, схема и характеристика —
на рис. 3.15. Воздух, проходящий в двигатель через воздушный
фильтр, изменяет угол поворота подвижной заслонки, на кото-
рую кроме скоростного напора воздуха действует тарированная
пружина. При этом величина расхода воздуха преобразуется в
Рис. 3.14. Конструкция датчика расхода воздуха: 1 — возвратная тарирован-
ная пружина; 2 — контакты выключателя топливного насоса; 3— датчик тем-
пературы поступающего в двигатель воздуха; 4 — поток воздуха; 5 — потен-
циометр; 6 — впускной трубопровод; 7 — регулировочный винт; 8 — подвижная
заслонка.

соотношение напряжений потенциометра, который непосредст-
венно соединен с осью заслонки.

Расход воздуха = Vs/Vc

2)	Датчик угла поворота коленчатого вала

Обычно датчик угла поворота коленчатого вала конструк-
тивно размещается в корпусе распределителя зажигания и сос-
тоит из двух катушек и двух роторов из магнитного материала.
Одна пара катушка — ротор выдает сигнал угла поворота ко-
ленчатого вала G, другая — сигнал скорости вращения колен-
чатого вала двигателя Ne.

Выключатель
топливного
НА СОСА

Рис. 3.15. Схема н характеристика датчика расхода воздуха.

На рис. 3.16 показан пример конструкции датчика-распре-
делителя, на рис. 3.17 — устройство каждой из пар, а на рис.
3.18 — формы их выходных сигналов.
Рис. 3.16. Внешний вид и разрез датчика-распределителя.

С-гатушлгй

Рис. 3.17. Датчики сигналов G (слева) и Ne (справа).

2 импульса на 1 оборот
бала распределителя

О	180	360

Угол поворота вала
распределителя, град

Рис. 3.18. Форма сигналов 0 и Nt.

В приведенном примере G-ротор имеет два выступа с уг-
ловым промежутком 180 °C, а Л^-ротор — 24 выступа с проме-
жутком 15°, и оба насажены на вал распределителя, за один
оборот которого на выходе датчика появляются два импульса
сигнала G и 24 импульса сигнала Ne.

В ЭБУ скорость вращения коленчатого вала определяется
из измерений промежутка времени между импульсами сигнала
м.
3)	Датчик температуры охлаждающей жидкости

Обычно датчик температуры устанавливается поблизости
от термостата, и в качестве чувствительного элемента в нем
используется материал, сопротивление которого существенно
зависит от температуры. Конструкция и характеристика дат-
чика температуры охлаждающей жидкости показаны на
рис. 3.19.

О 40 80
Температура.
охлаждающей
жидкости^ °с

Рис. 3.19. Конструкция и характеристика датчика температуры охлаждающей
жидкости.

4)	Датчик температуры воздуха

Датчик температуры имеет термочувствительный элемент с
характеристикой, аналогичной термометру датчика темпера-
туры охлаждающей жидкости. Он входит обычно в конструк-
цию датчика расхода воздуха (см. рис. 3.14).

5)	Датчик угла открытия дроссельной заслонки

Датчик размещается около дроссельной заслонки. Данные
об угле открытия дроссельной заслонки выдаются в виде на-
пряжения с потенциометра, связанного с заслонкой. На
рис. 3.20 показаны конструкция и схема датчика.

Рис. 3.20, Конструкция (поперечное сечение) и схема датчика угла открытия
дроссельной заслонки.
6)	Датчик кислорода

Датчик устанавливается в выпускной системе. Он выдает
данные о концентрации кислорода в отработавших газах, реа-
гируя на отклонение от стехиометрического состава горючей
смеси, попадающей в цилиндры.

На рис. 3.21 показан внешний вид датчика кислорода, а на
рис. 3.22 — его конструкция и характеристика.

Рис. 3.21. Внешний вид датчика кислорода.

Рис. 3.22. Конструкция (поперечное сечение) и характеристика датчика кис
лорода: X — коэффициент избытка воздуха в топливной смеси.

Датчик кислорода представляет собой элемент из порошка
двуокиси циркония, спеченного в форме пробирки, наружная и
внутренняя стороны которой покрыты пористой платиной.

Наружная поверхность элемента подвергается воздействию
отработавших газов. Используется сильная зависимость ЭДС
твердотельного гальванического элемента на двуокиси цирко-
ния от концентрации кислорода.

(3)	Исполнительные устройства

1)	Форсунка

На рис. 3.23 показана конструкция форсунки. Сигнал на
начало впрыска с выхода ЭБУ подается на катушку, смонти-
рованную в металлическом корпусе. Катушка притягивает
якорь, и игольчатый клапан (запорная игла), прикрепленный
к якорю, открывается. При этом происходит впрыск горючего,
так как давление горючего, создаваемое топливным насосом
при работающем двигателе, составляет обычно около 2 атм
(2,026-104 5 Па).

Поскольку величина подъема игольчатого клапана задана,
количество впрыскиваемого топлива пропорционально времени
открытия клапана. Таким образом, количеством впрыскиваемо-
го топлив,а можно управлять, изменяя длительность сигнала,
подаваемого от ЭБУ на обмотку форсунки.

Рис. 3.23. Конструкция (поперечное
сечеиие) форсунки; 1 — топливо; 2 —
обмотка; 3 — якорь; 4 — игольчатый
клапан.

Рис. 3.24. Схема подключения рези-
стора ограничения тока: 1 — аккуму-
ляторная батарея; 2—резистор; 3—
форсунка; 4— обмотка.

В связи с тем, что обмотка форсунки обладает индуктив-
ностью, может возникнуть задержка закрытия клапана после
прекращения сигнала. Для повышения быстродействия сраба-
тывания форсунки необходимо уменьшить число витков обмот-
ки и ее индуктивность. Однако при этом уменьшается и сопро-
тивление обмотки и ток становится слишком большим. Поэто-
му последовательно с обмоткой включается резистор, который
ограничивает величину тока (рис. 3.24).

(4) Датчики расхода воздуха

Для управления впрыском топлива чрезвычайно важно
измерение расхода воздуха с высокой точностью, так как из-
меренная величина используется в качестве базы для управ-
ления соотношением воздух — топливо.

В разд. (2) рассказывалось о потенциометрическом датчике
расхода воздуха. Существуют и другие принципы работы рас-
ходомеров, например принцип перепада давления во впускном
трубопроводе, завихрений Кармана, нагретой проволоки и др.

1)	Принцип перепада давления во впускном трубопроводе

Разрежение во впускном трубопроводе за дроссельной за-
слонкой измеряется датчиком давления. Эти данные и данные
о частоте вращения коленчатого вала двигателя обрабатыва-
ются в ЭБУ. Таким образом косвенно рассчитывается расход
воздуха. Этот метод называется также методом потребления
или методом «скорость — плотность».

Полупрободн икобый
Пьезоэлектрический
преоВразобл тел ь

Фильтр

Трубопровод

Рис. 3.25. Конструкция (поперечное сечение) и выходная характеристика дат-
чика давления.

На рис. 3.25 показаны конструкция и характеристика полу-
проводникового датчика давления. В преобразователе давления
на кремниевом кристалле используется пьезорезистивный эф-
фект. На поверхности кристалла сформирован мостик сопротив-
лений, ток через которые изменяется под действием деформа-
ции. Этот ток усиливается и вводится температурная компенса-
ция. Таким образом формируется выходной сигнал.

2)	Датчик Кармана

Пример такого датчика показан на рис. 3.26, а его характе-
ристика — на рис. 3.27. Если в поток потребляемого двигателем
воздуха поместить генератор вихрей (завихритель), то за ним
образуются несимметричные упорядоченные вихри, которые на-
зываются рядом Кармана. Число вихрей почти пропорциональ-
но расходу всасываемого воздуха. В примере, показанном на
рисунке, ультразвуковые волны генерируют вихри, количество
которых преобразуется в выходные электрические сигналы (им-
пульсы) датчика.
ЗозЗух

ЗоэЗух

Пластины
успокоителя Генератор
вихрей	----

Стержень
генератора
вихрей

/ёнерация ।
ультразвука |

Казана / I Золны уплотнения |
- Р—j/7/wwar III lillllll I Illi-1 I

К двигателю

Усилитель

Обводный

I канал

Рис. 3.26. Пример датчика расхода воздуха, работающего иа принципе вихрей
Кармаиа («Мицубиси»): количество волн соответствует числу вихрей.

Рис. 3.27. Характеристика датчика Рис. 3.28. Конструкция термоаиемо-
Кармаиа.	метрического датчика расхода возду-

ха: 1 — защитная сетка; 2 — измери-
тельная камера; 3—проволока; 4 —
датчик температуры воздуха; 5 — по-
ток воздуха; 6 — электронная схема;

7— штекер разъема.

3)	Термоанемометрический датчик

На рис. 3.28 показана конструкция такого датчика.

Основой его конструкции является помещенная в поток по-
ступающего в двигатель воздуха платиновая проволока, на-
греваемая электрическим током. Проволока охлаждается в за-
висимости от расхода воздуха, и ее сопротивление изменяется.
Таким образом, расход воздуха можно определять по величине
тока. Нагреваемая проволока, представляющая собой одно пле-
чо измерительного мостика, обладает малой теплоемкостью и,
следовательно, малой тепловой инерционностью. Другим важ-
ным преимуществом термоанемометра является возможность
измерять массовый расход воздуха. Недостатком же является
оседание на проволоке взвешенной в воздухе пыли, что снижает
точность измерения, а также возможность сжигания проволоки
при вспышках горючей смеси во впускной системе двигателя.

3.1.2. Управление углом опережения зажигания

Прежде управление углом опережения зажигания осуще-
ствлялось центробежным регулятором (в зависимости от часто-
ты вращения коленчатого вала двигателя) и вакуумным регуля-
тором (в зависимости от нагрузки на двигатель). Эти устрой-
ства, будучи механическими, не обеспечивают высокую точность
управления из-за зазоров, износа, трения и т. п.

Электронизация и оптимизация управления улучшают харак-
теристики двигателя и повышают его надежность благодаря
уменьшению количества механических деталей. Электронная
система управления обеспечивает хранение в ЭБУ значения оп-
тимального угла опережения зажигания в зависимости от со-
стояния двигателя. Этот угол реализуется ЭБУ в процессе
эксплуатации автомобиля с учетом сигналов от датчиков.

(1)	Функции

Определяется состояние двигателя на основании данных
о частоте вращения коленчатого вала и сигналов ряда датчи-
ков. Вычисляется оптимальный угол опережения зажигания.
Выдается сигнал на катушку зажигания.

Угол опережения зажигания определяется по формуле (3.3):

Угол опережения зажигания =

= Базовый угол опережения зажигания +	(3.3)

+ поправка угла опережения зажигания

1)	Базовый угол опережения зажигания

Зависимость базового угла опережения зажигания на холо-
стом ходу от частоты вращения коленчатого вала двигателя по-
казана на рис. 3.29. Для обеспечения устойчивости работы этот
угол при определенной частоте постоянен. При движении опти-
мальный угол опережения зажигания в зависимости от частоты
вращения двигателя и количества потребляемого воздуха опре-
деляется, как показано на рис. 3.30. При механическом управ-
лении такую зависимость угла опережения реализовать чрезвы-
чайно трудно.
Рис. 3.29. Характеристика угла опе-
режения зажигания на холостом хо-
ду: СА — угол поворота коленчатого
вала, град.

Частота
вращения-1000, мн''

Рис. 3.30. Характеристики угла опе-
режения зажигания при движении:
СА — угол поворота коленчатого ва-
ла, град.

Рис. 3.31. Коррекция угла опереже-
ния зажигания при холодном двига-
теле: СА — угол поворота коленчато-
го вала, град.

ё* Температура оплат дающей
жидкости, °C

Рис. 3.32. Коррекция угла опереже-
ния зажигания при высоких темпера-
турах.

2)	Поправка угла опережения зажигания

а.	Поправка угла опережения зажигания при холодном дви-
гателе

После пуска, пока двигатель не прогрелся, для улучшения
его тяговых свойств угол опережения зажигания должен изме-
няться, как показано на рис. 3.31.

б.	Поправка угла опережения зажигания при высоких тем-
пературах

Если температура двигателя слишком велика, зажигание
делается более поздним, как показано на рис. 3.32.

3)	Сигнал управления коммутатором зажигания

Для того чтобы обеспечить зажигание в момент, рассчитан-
ный ЭБУ, в коммутатор системы зажигания подаются управляю-
щие сигналы начала и конца пропускания тока через катушку
зажигания, как показано на рис. 3.33.

Зажигание	Зажигание

Рис. 3.33. Форма сигнала управления коммутатором зажигания.

(2)	Датчики

В системе управления зажиганием (как и в описанной
в разд. 3.1.1 системе управления впрыском) используются сле-
дующие датчики:

датчик угла поворота коленчатого вала;

датчик расхода воздуха;

датчик температуры охлаждающей жидкости;

датчик угла открытия дроссельной заслонки.

(3)	Исполнительные устройства

1) Блок зажигания

По сигналу зажигания от ЭБУ выходной транзистор комму-
татора зажигания включает и выключает ток, протекающий
в первичной обмотке катушки зажигания, что приводит к воз-
никновению высокого напряжения во вторичной обмотке.

На рис. 3.34 показан внешний вид, а на рис. 3.35 — блок-
схема системы зажигания, включающего катушку зажигания,
коммутатор и т. д.

В коммутаторе зажигания есть схема, которая задает время
открытия выходного транзистора в зависимости от сигнала уп-
равления, подаваемого на вход. Кроме того, схема диагностики,
фиксируя противоЭДС, возникающую при включениях и выклю-

Рис. 3.34. Внешний вид блока зажигания
зажиганием

Рис. 3.35. Блок-схема системы зажигания.

Сигнал
детонации

Рис. 3.36. Пример блок-схемы системы контроля детонации.

чениях тока первичной обмотки катушки зажигания, информи-
рует ЭБУ двигателя о нормальной работе системы зажигания.
При нарушениях работы коммутатора зажигания ЭБУ, во избе-
жание перегрева нейтрализатора, прекращает впрыск топлива.

З./.З. Контроль детонации

Контроль детонации сводится к управлению, обеспечиваю-
щему угол опережения зажигания, очень близкий к предельно-
му, за которым происходит детонация. При этом повышается
КПД двигателя, его мощность и экономичность, а также появ-
ляется возможность применения топлива с различным октано-
вым числом.

Способ управления состоит в том, что установленный на бло-
ке цилиндров датчик детонации распознает колебания, возни-
кающие при детонации, и посылает соответствующие сигналы
на вход ЭБУ. В ЭБУ после их обработки в зависимости от сте-
пени детонации вырабатываются команды на изменение угла
опережения зажигания.
(1)	Функции

Обычно управление производится по схеме, показанной на
рис. 3.36. Подробнее мы расскажем об этом ниже.

1)	Схема фильтра

При детонации в специ-
фическом спектре частот по-
является составляющая с
необычно высокой амплиту-
дой. Выделяя эту частотную
область с помощью полосо-
вого фильтра, можно полу-
чить сигнал для распозна-
вания детонации. На рис.
3.37 показан пример выход-
ного сигнала датчика дето-
нации.

Рис. 3.37. Характеристика датчика дето-
нации (при постоянной частоте враще-
ния двигателя).

2)	Распознавание детонации

Распознавание детонации производится путем сравнения
(вычитания) текущего сигнала и средней величины амплитуды
сигнала датчика при отсутствии детонации, регистрируемого
в течение определенного времени после поступления сигнала
зажигания. Степень детонации определяется подсчетом числа
амплитуд в сигнале датчика, величина которых превышает
стандартную величину, характерную для начала детонации. На
рис. 3.38 представлены зависимости во времени, иллюстрирую-
щие работу системы контроля детонации.

Зажигание

Зажигание

Сигнал
зажигания

Обнаружение
детонации

Выходной сигнал	.

детонации

Интенсивность

Интервал распознавания
детонации

Стандартный уровень амплитуд
для обнаружения

Рис. 3.38. Временная диаграмма контроля детонации.

3) Контроль детонации и управление зажиганием

Управление осуществляется в зависимости от информации
о степени детонации, полученной в результате процесса распоз-
навания детонации.

Сразу после распознавания детонации в зависимости от
ее степени производится уменьшение угла опережения зажига-
ния. Если после этого детонация отсутствует, угол опережения
зажигания шаг за шагом увеличивается, т. е. управление углом
опережения зажигания производится таким образом, чтобы он
был близок к детонационному пределу. На рис. 3.39 показано
изменение угла опережения зажигания.

Рис. 3.39. Временная диаграмма контроля детонации и управления углом опе-
режения зажигания.

Рис. 3.40. Конструкция (попе- Рис. 3.41. Характеристика датчика дето-
речиое сечение) датчика дето-	нации.

нации: 1 — пластина; 2 — пье-
зоэлемент.

(2)	Датчики

1)	Датчик детонации

Датчик детонации представляет собой пьезоэлемент, нахо-
дящийся в жестком корпусе (рис. 3.40). При возникновении
детонации частота колебаний блока цилиндров совпадает с соб-
ственной частотой дискообразного пьезоэлемента, на обкладках
которого при резонансе появляется напряжение. На рис. 3.41
показана характеристика датчика детонации.

В двигателях с широкой полосой частот детонационных ко-
лебаний могут использоваться датчики детонации нерезонанс-
ного типа.
Рис. 3.42. Пример системы управления частотой вращения на холостом ходу
(«Тойота»): ISCV — клапан управления частотой вращения на холостом хо-
ду; 1 — скорость автомобиля; 2 — сигнал давлении масла; 3 — сигнал наличия
холостого хода; 4— сигнал включения кондиционера воздуха; 5 — сигнал
включения нейтральной передачи; 6 — датчик температуры охлаждающей
жидкости; 7 — частота вращения коленчатого вала двигателя.

3.1.4. Управление частотой вращения на холостом ходу

Задача управления состоит в поддержании в различных ус-
ловиях оптимальной частоты вращения коленчатого вала двига-
теля на холостом ходу. При этом возрастает экономия топлива,
корректируются изменения частоты, вызванные колебаниями
нагрузки двигателя. Например, частота вращения автоматиче-
ски повышается при включении кондиционера воздуха.

(1)	Функции

Управление обеспечивает оптимальную частоту вращения на
холостом ходу при различных состояниях двигателя, выявляе-
мых на основании сигналов нескольких датчиков. С помощью
клапана управления частотой холостого хода регулируется ко-
личество воздуха, проходящего по обводному каналу мимо
дроссельной заслонки, как показано на рис. 3.42.

На представленном примере для привода клапана использо-
ван шаговый двигатель.

1)	Управление при пуске двигателя

Пусковые характеристики двигателя улучшаются, когда по-
ступление воздуха через обводной канал максимально. После
пуска расход воздуха через сбводной канал регулируется в за-
висимости от температуры охлаждающей жидкости, как пока-
зано на рис. 3.43.

2)	Управление при прогреве двигателя

После окончания режима управления частотой при пуске
двигателя начинается режим прогрева. В зависимости от темпе-
ратуры охлаждающей жидкости постепенно изменяется расход
воздуха для достижения оптимальной частоты вращения колен-
чатого вала на холостом ходу на каждом этапе прогрева. При-
мер характеристики работы клапана для этого режима показан
на рис. 3.44.

Рис. 3.43. Характеристика клапана
управления частотой холостого хода
при пуске двигателя.

Рис. 3.44. Характеристика клапана
управления частотой холостого хода
при прогреве двигателя.

3)	Управление после прогрева двигателя

После прогрева определяется нагрузка на двигатель. Для
этого анализируются условия работы автоматической трансмис-
сии, включение кондиционера воздуха и т. п. На основании этих
данных ЭБУ рассчитывается требуемая частота холостого хода.
Для достижения этой частоты осуществляется управление с об-
ратной связью, заключающееся в уменьшении разницы между
расчетной и действительной частотами. Для предотвращения
резкого снижения частоты и даже остановки двигателя при
быстрых изменениях нагрузки на холостом ходу (при измене-
нии режима работы автоматической трансмиссии, включении
кондиционера и т. п.) действие клапана управления частотой
холостого хода начинается сразу же после получения ЭБУ
сигналов об этих изменениях, до того как существенно возрас-
тет нагрузка на двигатель. Тем самым обеспечивается стабиль-
ность частоты вращения коленчатого вала на холостом ходу.
На рис. 3.45 показано изменение во времени управляемых па-
раметров.
Сигнал
включения
кондиционера

Частота
вращения

Степень
открытия
клапана

Рис. 3.46. Конструкция
(поперечное сечение)
клапана управления ча-
стотой холостого хода:
1 — седло клапана; 2 —
стержень клапана; 3 —
обмотка статора; 4—
подшипник; 5 — ротор;

6 — клапан.

йкл.

Выкл. |

Требуемая

Рис. 3.45. Временная диаграмма работы клапана
управления частотой холостого хода при включе-
нии кондиционера воздуха.

(2)	Исполнительное устройство

1)	Клапан управления частотой холостого хода

На рис. 3.46 показана конструкция клапана, управляемого
шаговым двигателем. Регулирование расхода воздуха осущест-
вляется изменением площади расходного отверстия осевым пе-
ремещением клапана. Это изменение выполняется винтовым
механизмом, приводимым в движение ротором шагового двигате-
ля, который поворачивается в соответствии с числом импуль-
сов, поступающих в двигатель из ЭБУ.

3.1.5.	Диагностика

Под диагностикой понимается возможность ЭБУ выявлять,
запоминать и отображать на дисплее отклонения от нормы,
возникающие в элементах системы управления двигателем
(в датчиках, исполнительных устройствах и электропроводке)
во время движения автомобиля. Выполнение этих действий об-
легчает диагностику повреждений и дефектов в автомобиле.

В случаях когда величина сигнала, поступающего в ЭБУ от
какого-либо датчика, или совокупность сигналов от различных
датчиков отличается от требуемых значений, микроЭВМ анали-
зирует эту ситуацию. В результате выявляются дефекты датчи-
ков и исполнительных устройств, обрывы и короткие замыка-
ния в электропроводке. Эти данные записываются в память и
одновременно включаются соответствующие индикаторы, пре-
дупреждающие водителя. Кроме того, эта информация для дол-
говременного хранения может быть записана в память с собст-
венным источником питания, которая затем будет выведена на
дисплей на станции технического обслуживания.

(1) Функции

Результаты контроля работоспособности в виде диагности-
ческого кода поступают на индикаторы. В качестве диагности-
ческого кода в большинстве систем используется двухразряд-
ный десятичный код. Например, если повреждение датчика кис-
лорода отображается кодом «21», то лампа предупреждения
загорается, согласно коду, показанному на рис. 3.47. После ис-
правления повреждения, отключения аккумуляторной батареи
и т. п., диагностический код повреждения стирается, и появля-
ется код работоспособного состояния (рис. 3.48).

Код код

второго первого
разряда”?" разряда’’!"

Рис. 3.47. Пример выходного сигнала
кода повреждения «21» в виде со-
стояний лампы аварийного предуп-
реждения «Вкл» и «Выкл».

2лллш1г

Рис. 3.48. Пример выходного сигнала
кода нормального состояния: «Вкл»
и «Выкл» — состояния лампы ава-
рийного предупреждения.

3.1.6.	Электронный блок управления

Рассмотрим работу ЭБУ, схема которого показана на
рис. 3.3. Аналоговые сигналы преобразуются в цифровые с по-
мощью АЦП (аналого-цифрового преобразователя). Цифровые
сигналы проходят через схему обработки входных сигналов,
после которой так же, как и после АЦП, они поступают на вход
микроЭВМ. Сигнал датчика детонации обрабатывается спе-
циальной 4-разрядной микроЭВМ и затем подается в главную
(8-разрядную) микроЭВМ. На основе входных сигналов эта
микроЭВМ рассчитывает для данного состояния двигателя оп-
тимальные количества впрыскиваемого топлива, угол опереже-
ния зажигания, частоту вращения коленчатого вала на холо-
стом ходу и другие параметры. Затем управляющие сигналы,
пройдя схему обработки выходных сигналов, воздействуют на
форсунки, коммутатор зажигания, клапан управления частотой
холостого хода и т. д.

(1) Схема обработки входных сигналов

Формы входных сигналов с датчиков системы управления
двигателем представлены на рис. 3.49.
В 5.СТ.
g.

§ Вык.1.

время

Рис. 3.49. Виды входных сигналов: а — аналоговый сигнал; б — цифровой сиг-
нал («включено — выключено»); в — цифровой сигнал (непрерывные им-
пульсы).

Сигналы датчиков расхода поступающего в двигатель воз-
духа и температуры охлаждающей жидкости являются аналого-
выми типа изображенного на рис. 3.49, а. Сигналы включения
стартера и концевых выключателей являются двухуровневыми
цифровыми сигналами «Включено — Выключено» типа изобра-
женного на рис. 3.49, б. Сигналы датчиков угла поворота колен-
чатого вала и скорости автомобиля относятся к цифровым. Они
представляют непрерывную последовательность импульсов, по-
казанную на рис. 3.49, в.

1)	Входная обработка аналоговых сигналов

Поскольку микроЭВМ воспринимает только цифровые сиг-
налы, аналоговые сигналы проходят обработку, превращаясь
в цифровые с помощью аналого-цифрового преобразователя.

Возьмем в качестве примера сигнал датчика расхода возду-
ха и рассмотрим, как он преобразуется в цифровой. На рис. 3.50
показана схема обработки. Сигнал расхода воздуха в виде на-
пряжения Vs и опорное напряжение подаются в АЦП. Сигнал

Рис. 3.50. Схема входной обработки аналоговых сигналов.
Рис. 3.51. Временная диаграмма аналого-цифрового преобразования: величи-
на, подлежащая аналого-цифровому преобразованию (11 бит) равна
(У5/Ус)-2Л.

г

Рис. 3.52. Входная обработка цифровых сигналов: а — скачок напряжения;
б — знакопеременное напряжение; в — наличие помех; г — выбросы напря-
жения.

расхода воздуха является основным при управлении впрыском
горючего, и необходима высокая разрешающая способность и
точность его измерения. Поэтому для обработки используется,
например, ll-разрядный АЦП. Кроме того, продолжительность
аналого-цифрового преобразования должна быть достаточно
малой, чтобы успевать за быстрыми изменениями входного сиг-
нала (порядка 4 мс). На рис. 3.51 представлена временная
диаграмма аналого-цифрового преобразования.
2)	Входная обработка циф-
ровых сигналов

Хотя микроЭВМ и воспри-
нимает цифровые сигналы, но
их нельзя вводить в том виде,
как они поступают. МикроЭВМ
работает от стабилизирован-
ного источника напряжения
питания +5 В, входящего в
состав ЭБУ. Между тем сиг-

Рис. 3.53. Структура микроЭВМ.

налы от датчиков и переклю-

чателей, поступающие на вход ЭБУ, бывают такими, как изо-
бражены на рис. 3.52, а именно превышающими допустимое на-
пряжение (а); переменной полярности (б); содержащими по-
мехи и шумы (в); содержащими пики напряжения (г) и т. д.

Эти сигналы, пройдя схему входной обработки, преобразуют-
ся в сигналы, которые могут быть введены в микроЭВМ.

(2)	МикроЭВМ

Основная часть ЭБУ — микроЭВМ. Она имеет структуру,
показанную на рис. 3.53. Ее содержание аналогично схеме на
рис. 2.39 гл. 2, но для наглядности мы приводим ее здесь по-
вторно. Раньше центральный процессор (ЦП), оперативное
(ОЗУ) и постоянное (ПЗУ) запоминающие устройства, и другие
блоки входили в состав такой схемы как отдельные ИС. В по-
следние годы в связи с ростом уровня интеграции, достигаемого
на основе прогресса в полупроводниковой технологии, эта схема
выполняется на одном кристалле и называется однокристаль-
ной микроЭВМ.

Однокристальная микроЭВМ по сравнению с прежней мно-
гокристальной конструкцией позволила уменьшить размеры, по-
высить быстродействие, надежность, снизить себестоимость си-
стемы.

Данные, используемые в комплексной системе управления
двигателем, должны представляться с высокой разрешающей
способностью (например, 0,01% в системе управления впрыс-
ком топлива).

Необходимо при этом, чтобы ЦП мог обрабатывать данные
от 0 до 65535, для чего требуется достаточно большая разряд-
ность— 16 бит. Однако обычно достаточно обрабатывать 8-раз-
рядные данные (0—255). Поэтому в настоящее время по срав-
нению с 16-разрядными ЦП более выгодными с точки зрения
соотношения себестоимость — характеристики являются 8-раз-
рядные ЦП, способные обрабатывать и 16-разрядные данные.
Рис. 3.54. Пример структуры заказной схемы микроЭВМ.

Кроме того, входные и выходные сигналы, обрабатываемые
в комплексной системе управления двигателем, имеют самую
разнообразную форму. Это входные сигналы, изменяющие уро-
вень при включении и выключении различных переключателей,
сигналы, в которых нужно измерять промежутки между им-
пульсами (например, от датчика угла поворота коленчатого ва-
ла), выходные сигналы впрыска и зажигания в виде импульсов
и т. д.

Построить оптимальную систему для обработки этих сигна-
лов на основе микроЭВМ общего применения, не обладаю-
щей достаточным набором функций, очень сложно. Кроме того,
во многих случаях это приводит к созданию неоправданно боль-
шой системы, что оказывается невыгодным с точки зрения га-
баритных размеров и себестоимости. Были разработаны не-
сколько типов специальных однокристальных 8-разрядных
микроЭВМ с необходимыми входными и выходными функция-
ми, предназначенные для применения в системах управления
автомобилем. В качестве одного из таких примеров на рис. 3.54
показана блок-схема микроЭВМ, используемой в автомобилях.

(3)	Программа управления

В комплексной системе управления двигателем одновремен-
но с обработкой входных сигналов (такой, как обработка вход-
ных сигналов выключателей, аналого-цифровое преобразование
Рис. 3.55. Укрупненная блок-схема программы управления: ISCV — клапан
управления частотой холостого хода.

сигналов датчиков, измерение периодов импульсных сигналов)
проводится расчет количества впрыскиваемого топлива, угла
опережения зажигания, степени открытия клапана управления
частотой холостого хода, и в заданное время направляются сиг-
налы в соответствующие исполнительные устройства. Последо-
вательность этих действий записывается в ПЗУ микроЭВМ, от-
куда команды поочередно передаются и выполняются в ЦП.

На рис. 3.55 представлена укрупненная блок-схема програм-
мы управления. В действительности выходные сигналы времени
впрыска топлива и угла опережения зажигания выдаются в оп-
в

Фаза /

Фаза 2

ФазаЗ

Фаз а 4

Выгл.

в/С/1.

Выгл.

Вел.
Вьигл.
Вкл.
Выкл.
Вгл.

Выкл. 
Вгл.

Вы/сл. •

Рис. 3.56. Формы выходных сигналов.

а

б

тимальной временной последо-
вательности за счет смешан-
ной обработки. Например,
если во время расчета коррек-
ции впрыска необходимо вы-
дать выходной сигнал об угле
опережения зажигания, то,
приостановив расчет коррек-
ции впрыска, приоритет отда-
ется программе выходной об-
работки сигнала зажигания,
после окончания которой про-
должается расчет коррекции

впрыска. Такая последовательность работы и называется сме-
шанной обработкой.

(4)	Схема выходной обработки

Формы выходных сигналов микроЭВМ представляют собой,
как показано на рис. 3.56, сигналы уровня, необходимые, напри-
мер, для включения и выключения лампочки (а), импульсные
сигналы рассчитанной длительности с заданной периодичностью
типа выходных сигналов впрыска топлива (б), последователь-
ность определенного количества импульсов с постоянным перио-
дом и изменяющейся фазой типа сигналов, подаваемых на ша-
говый двигатель клапана управления частотой холостого
хода (в).

Поскольку большинство исполнительных устройств исполь-
зуют в качестве источника питания напряжение аккумулятор-
ной батареи автомобиля, они не могут срабатывать непосред-
ственно от воздействия выходных сигналов микроЭВМ, рабо-
тающей от источника питания +5 В. Поэтому для приведения
в действие исполнительных устройств предусмотрена схема вы-
ходной обработки, срабатывающая от выходных сигналов мик-
роЭВМ. На рис. 3.57 показан пример схемы выходной обработ-

Рис. 3.57. Схема управления работой форсунки: справа внизу изображен сиг-
нал напряжения, подаваемый на форсунку.
ки сигналов, подаваемых на
форсунку системы управле-
ния впрыском топлива.

(5)	Схема источника пита-
ния

Поскольку микроЭВМ и
периферийные устройства
имеют напряжение питания
+5 В, в ЭБУ имеется ис-

Рис. 3.58. Изменение напряжения в бор-
товой сети при пуске двигателя.

точник этого напряжения.

При этом внешним источником питания является автомобиль-
ная аккумуляторная батарея.

Напряжение бортовой сети, как показано на рис. 3.58, зна-
чительно колеблется, например при пуске двигателя. Поэтому
схема конструируется так, чтобы и при этих условиях обеспечи-
вать стабильное напряжение питания +5 В.

Кроме того, для того чтобы после контроля работоспособ-
ности датчиков, исполнительных устройств и т. д. информация
о выявленных повреждениях хранилась и при выключенном
ключе зажигания, в память микроЭВМ поступает обычно на-
пряжение питания +5 В. Однако, поскольку в этом случае раз-
ряд происходит постоянно, во избежание чрезмерной разрядки
аккумуляторной батареи при проектировании схемы особое
внимание следует уделять потребляемому ею току.

3.2. Управление карбюратором и центральный впрыск

Электронные системы управления бензиновым двигателем
развивались не только в направлении регулирования впрыска
топлива. Так как система впрыска существенно дороже карбю-
ратора, разрабатываются и выпускаются системы управления
карбюратором, позволяющие выполнить требования к составу
отработавших газов и, расходу топлива.

Обычно управление карбюратором заключается в регулиро-
вании соотношения воздух — топливо с помощью топливных
или воздушных жиклеров.

Кроме того, имеется система, занимающая промежуточное
положение между управлением карбюратором и рассмотренным
выше впрыском топлива с точки зрения соотношения между
достигнутыми параметрами двигателя и себестоимостью систе-
мы. Это система впрыска топлива через единственную форсун-
ку, расположенную в корпусе карбюратора, называемая цент-
ральным впрыском.

7—747
Рис. 3.59. Пример системы управле-
ния карбюратором («Дженерал мо-
торе») : 1 — электромагнитный клапан
управления составом горючей смеси;
2 — поплавковая камера; 3 — пружи-
на; 4 — регулируемый жиклер соста-
ва топливной смеси (регулируется на
заводе — изготовителе карбюратора);
5 — жиклер тонкой регулировки со-
става топливной смеси (регулируется
на заводе — изготовителе карбюрато-
ра); 6 — главный жиклер; 7 — диф-
фузор; 8 — средняя; 9 — малая; 10 —
большая трубка Вентури; 11— глав-
ный канал; 12 — дроссельная заслон-
ка.

3.2.1. Управление
карбюратором

Управление карбюратором
аналогично управлению с об-
ратной связью коэффициен-
том избытка воздуха в систе-
мах впрыска топлива. Оно
обеспечивает чистоту отрабо-
тавших газов с помощью трех-
компонентного нейтрализато-
ра. На основании данных дат-
чика кислорода обеспечивает-
ся стехиометрический состав
горючей смеси. Однако при уп-
равлении карбюратором в
принципе нельзя достигнуть
результатов управления впрыс-
ком топлива, так как реали-
зуемое соотношение воздух —
топливо сильно колеблется,
особенно на переходных режи-
мах.

(1) Функции

В качестве примера управ-
ления карбюратором на рис. 3.59 представлена система управ-
ления главным жиклером с помощью электромагнитного кла-
пана. Электромагнитный клапан управляет сечением калибро-
ванного отверстия жиклера. При пропускании тока через об-
мотку клапана отверстие жиклера закрывается, а при отклю-
чении тока — открывается. Таким образом, по сигналам ЭБУ
регулируется соотношение воздух — топливо.

Другим методом управления составом горючей смеси
является управление расходом воздуха через воздушный
жиклер.

3.2.2. Центральный впрыск

В основном управление центральным впрыском аналогично
описанному в разд. 3.1.1. управлению распределенным впрыс-
ком топлива. Отличие состоит в том, что в описанной выше си-
стеме форсунки устанавливаются во впускном канале в непо-
средственной близости от впускных клапанов каждого цилинд-
ра. В случае центрального впрыска единственная форсунка
установлена в дроссельной камере, т. е. карбюратор как бы
выполняет роль форсунки.
Поскольку в центральном впрыске используется всего одна
форсунка, этот метод дешевле распределенного впрыска. В то же
время по сравнению с обычным карбюратором он обеспечивает
более высокое качество управления подачей топлива. Вместе
с тем распределение топливной смеси по цилиндрам, как и при
использовании карбюратора, существенно зависит от формы
впускного трубопровода. Кроме того, топливо после форсунки
конденсируется и движется по стенкам трубопровода. Поэтому
при центральном впрыске быстродействие управления на пере-
ходных режимах в принципе ниже, чем при распределенном
впрыске.

4 6	5

3	10	9

Рис. 3.60. Пример системы централь-
ного впрыска: 1— регулятор давле-
ния; 2— датчик угла открытия дрос-
сельной заслонки; 3 — ЭБУ; 4 — фор-
сунка; 5 — топливный фильтр; 6 —
пусковая форсунка; 7 — воздушный
клапан; 8 — двигатель; 9— датчик
кислорода; 10 — датчик давления;
11— распределитель зажигания; 12 —
датчик температуры охлаждающей
жидкости; 13 — топливный насос;

14 — реле включения.

Рис. 3.61. Конструкция системы цент-
рального впрыска: 1 — воздушный
клапан; 2 — дроссельная заслонка;
3 — регулятор давления; 4—в бак с
топливом; 5 — от воздушного филь-
тра; 6 — форсунка; 7 — от топливно-
го насоса; 8 — регулировочный винт
дроссельной заслонки; 9 — в двига-
тель.

(1)	Функции

На рис. 3.60 представлен пример системы центрального
впрыска. Функционально эта система аналогична описанной
в разд. 3.11. системе управления впрыском топлива.

(2)	Исполнительное устройство

В системе центрального впрыска, как показано на рис. 3.61,
в дроссельной камере в виде единой конструкции размещены
форсунка, регулятор давления, датчик открытия дроссельной
заслонки и т. п. Единственная форсунка установлена над дрос-
сельной заслонкой, и впрыскиваемое топливо самостоятельно
распределяется по цилиндрам. Необходимо, чтобы одна фор-
сунка обеспечивала работу двигателя во всем диапазоне его
режимов. Поэтому конструкция форсунки имеет требуемые ха-
рактеристики в более широком динамическом диапазоне, чем
форсунки распределенного впрыска. Для удовлетворения этого
требования в некоторых системах имеются не одна, а две фор-
сунки.

3.3.	Управление дизельным двигателем

Управление дизельным двигателем предназначено для
уменьшения количества вредных примесей в отработавших га-
зах и особенно для решения таких свойственных дизелям про-
блем, как уменьшение дымности, вибрации и уровня шума, оп-
тимизации и стабилизации частоты вращения на холостом ходу
и т. д.

Метод управления состоит в обработке в ЭБУ информации
о состоянии двигателя, поступающей в виде сигналов различ-
ных датчиков, и выдаче электронным блоком управления топ-
ливному насосу управляющих сигналов, обеспечивающих опти-
мальное количество топлива и момент впрыска.

(1)	Функции

На рис. 3.62 представлен пример системы управления ди-
зельным двигателем. В ней используется топливный насос вы-
сокого давления.

1)	Управление количеством впрыскиваемого горючего

ЭБУ на основании данных о частоте вращения коленчатого
вала двигателя и положении педали акселератора определяет
основное количество впрыскиваемого топлива, затем рассчиты-
вает поправку к этой величине на основании сигналов датчиков
температуры и давления поступающего в двигатель воздуха,
температуры охлаждающей жидкости и т. д. Таким образом
находится оптимальное количество впрыскиваемого топлива.

2)	Управление моментом начала впрыска топлива

Обычно используется вычисление оптимального момента на-
чала впрыска на основании сигналов датчиков угла поворота
педали акселератора, давления поступающего в двигатель воз-
духа и т. п. Но в данном примере на основании сигналов датчи-
ка воспламенения, установленного в камере сгорания, ЭБУ
обеспечивает совпадение зарегистрированного момента воспла-
менения с расчетным. Управление моментом начала впрыска
топлива производится специальным клапаном управления.

3)	Управление воздушной заслонкой

В воздушном канале впускного трубопровода установлена
заслонка, подобная дроссельной заслонке бензинового двигате-
ля. Благодаря управлению воздушной заслонкой, осуществляе-
мому ЭБУ, уменьшаются вибрации на холостом ходу и устра-
няются вибрации при остановке двигателя. Кроме того, при

Рис. 3.62. Пример системы управления дизельным двигателем («Тойота»): 1 —
специальный клапан управления; 2 — датчик угла поворота коленчатого вала;
3— вход топлива; 4 — корректирующее сопротивление; 5 — выход топлива;
6 — электромагнитный перепускной клапан; 7—электромагнитный клапан;
8 — датчик температуры поступающего в двигатель вооздуха; 9— воздушные
заслонки; 10 — VSV; 11 — ЭБУ; 12 — сигнал открытия педали акселератора;
13—датчик давления поступающего в двигатель воздуха; 14 — система тур-
бонаддува; 15 — клапан; 16 — датчик воспламенения; 17—датчик температу-
ры охлаждающей жидкости; 18— датчик частоты вращения коленчатого вала.

отказах системы управления автоматически выполняется откры-
тие заслонки наполовину, что предотвращает чрезмерный раз-
гон двигателя.

4)	Управление частотой вращения холостого хода

ЭБУ на основании сигналов различных датчиков определяет
требуемую частоту вращения коленчатого вала на холостом
ходу. Затем ЭБУ обеспечивает управление (с обратной связью)
количеством впрыскиваемого топлива таким образом, чтобы
обеспечить достижение этой расчетной частоты.
5)	Управление свечой накаливания

При пуске дизельного двигателя в зависимости от темпера-
туры охлаждающей жидкости и других факторов управляется
ток свечей накаливания. Применение свечей накаливания со-
кращает время пуска и подогрева после пуска. Кроме того, бла-
годаря поддержанию температуры рабочей поверхности свечи
накаливания постоянной обеспечивается стабильность частоты
вращения коленчатого вала и уменьшение дымности.

(2)	Датчики

1) Датчик воспламенения

Датчик, чувствительный к излучениям, возникающим при
сгорании топлива в цилиндре, состоит из световода из кварце-
вого стекла, стойкого к высокой температуре, и фототранзисто-

Рис. 3.63. Конструкция датчика вос-
пламенения: 1 — стеклянный свето-
вод; 2 — фототранзистор.

Рис. 3.64. Конструкция электромаг-
нитного игольчатого клапана: 1—об-
мотка; 2— возвратный канал; 3 —
возврат топлива; 4 — распределитель-
ная головка; 5 — плунжер; 6 — к фор-
сунке; 7 — перепускной клапан; 8 —
плунжерная камера.

ра, преобразующего свет в электрический сигнал. Конструкция
датчика представлена на рис. 3.63.

(3)	Исполнительные устройства

1)	Электромагнитный игольчатый клапан

Этот клапан устанавливается на распределительной головке
топливного насоса высокого давления. Он управляет впрыском,
закрывая и открывая по сигналам ЭБУ возвратный канал топ-
лива, отходящего из плунжерной камеры. Конструкция клапана
показана на рис. 3.64. Управление количеством впрыскиваемого
топлива достигается изменением интервала времени от подня-
тия плунжера, когда впрыск начинается, до открытия возврат-
ного канала.

(4)	Электронный блок управления

Внешний вид ЭБУ показан на рис. 3.65, а его блок-схема —
на рис. 3.66.

Рис. 3.65. Пример электронного блока управления дизельным двигателем
(«Тойота»).

3.4.	Управление трансмиссией

3.4.1.	Управление автоматической трансмиссией

Развитие электронных систем управления двигателем приве-
ло к повышению топливной экономичности, чистоты отработав-
ших газов, мощности, приемистости и других эксплуатационных
свойств автомобиля. Для достижения этих же целей разработа-
ны и внедрены электронные системы управления трансмиссией.
В данном разделе речь пойдет об электронных системах управ-
ления автоматической трансмиссией, а также сцеплением.

Задача управления трансмиссией состоит в передаче мощ-
ности двигателя на ведущие колеса с учетом условий движения
автомобиля таким образом, чтобы достичь одновременно умень-
шения потребления топлива и повышения тягово-скоростных
свойств автомобиля.

Для этого на основании сигналов датчиков скорости автомо-
биля, угла открытия дроссельной заслонки и различных выклю-
чателей электронный блок управления определяет состояние
•Аналоговые входы

'Угол открытия-
акселератора
' Температура
охл жидкости
‘Температура поступ 
в двигатель воздуха
•Давление поступ. 8
двигатель воздуха

АЦП

&-разрядная.|

однокристальная

микро ЭЬМ

ЦП

й!
*
S
£
<s

Топл. насос высс- I
кого давленый
• алектпромсин. ]
Игольчат клапан
'Спец, клапан
управления
'Клапан пре-
кращения по-
дачи топлива

Цифровые входы

•Датчик воспламе-

•Датчик угла побо-
рота коленч. вала
•Частота вращения
коленчатого вала
• Скорость
автомобиля.

•Сигнал включения'
Кондиционера

•Сигнал вкл нейт-
ральной передачи
. Сигнал включение
Стартера

•	Сигнал из системы
Зажигания

•	Переключатели

•Сигнал равоты
на холост, ходи
• Разъем для подклм
средств диагност.

Аккумуляторная
оатпарея

А Воздушная
v заслонка

и.

$ is

<ь (s

1

1

ОЗУ

ПЗУ

Схема
управле-
ния. —
свечой
накали-
вания

Источник
питания

+5В

+ 5 В (резерв)

Индикатор-
ные лампы
диагностики

Свеча,
накаливание

Реле







Рис. 3.66. Блок-схема электронного блока управления дизельным двигате-
лем.

автомобиля и рассчитывает моменты переключения передач,
включения и выключения сцепления и выдает сигналы на пере-
ключение электромагнитных клапанов гидравлической системы.

(1) Функции

На рис. 3.67 показан пример электронной системы управле-
ния трансмиссией. Ниже следует описание этой системы.

1)	Управление сцеплением

На основании сигналов датчиков ЭБУ вырабатывает коман-
ды на включение и выключение сцепления. Эти команды пода-
ются на электромагнитный клапан, который осуществляет
включение и выключение сцепления.

2)	Управление переключением передач

Для переключения передач используются два электромаг-
нитных клапана. Сочетанием состояний «Открыт-Закрыт» этих
Индикатор включения
ускоряющей передачи

Рис. 3.67. Система управления трансмиссией: О:—датчик температуры охлаж-
дающей жидкости; Z)2 — датчик скорости автомобиля, установленный в спи-
дометре; Оз— датчик скорости автомобиля, установленный в автоматической
трансмиссии.

двух клапанов гидравлическая система задает четыре положе-
ния передач (1, 2, 3 и повышающая передача).

3)	Управление в момент переключения передач

При переключении передач сцепление выключается, исклю-
чая тем самым последствия изменения момента, связанного
с переключением передач. На рис. 3.68 показана временная
диаграмма управления переключением передач.

Электромагнит -
ный клапан пере-
ключения передач

ta

Выкл.

Электромагнит-
ный клапан вклю-
чения сцепления

Вкл.

Выкл.

Момент ---------»- Время

переключения

передач

Рис. 3.68. Временная диаграмма управления переключением передач.
4)	Законы управления переключением передач

Законы управления (программы) переключения передач
в автоматической трансмиссии обеспечивают оптимальную пере-
дачу энергии двигателя колесам автомобиля с учетом требуе-
мых тягово-скоростных свойств и экономии топлива. При этом
программы достижения оптимальных тягово-скоростных свойств
и минимального расхода топлива отличаются друг от друга, так
как одновременное достижение этих целей не всегда возможно.
Поэтому в зависимости от условий движения и желания води-
теля можно выбрать с помощью специального переключателя
программу «экономия» для уменьшения расхода топлива, про-
грамму «мощность» — для улучшения тягово-скоростных
свойств или программу «ручное», чтобы перейти на переключе-
ние передач водителем.

5)	Управление при трогании с места

При начале движения происходит обязательное включение
первой передачи. Благодаря этому устраняется резкое измене-
ние момента, уменьшаются «приседание» автомобиля и шум-
ность.

Рис. 3.69. Конструкция датчика ско- Рис. 3.70. Конструкция (поперечное
рости автомобиля: 1 — магнит; 2—	сечение) электромагнитного клапана:

датчик скорости; 3 — геркон (герме-	/—обмотка; 2 — якорь; 3 — седло;

тичный контакт); 4 — корпус коробки	4 — отверстие для масла,

передач; 5 — выходной вал для при-

вода гибкого валика спидометра.

(2) Датчики

1)	Датчик угла открытия дроссельной заслонки

В данном примере используется тот же датчик, что и в си-
стеме управления двигателем. Сигналы датчика преобразуются
в цифровую форму АЦП ЭБУ управления двигателем, после
чего данные об угле открытия дроссельной заслонки в виде
8-уровневого кода поступают в ЭБУ управления трансмиссией.

2)	Датчик скорости
автомобиля

Используется отлич-
ное от датчика скорости
спидометра устройство на
герконе, которое на один
оборот выходного вала
генерирует один импульс.
На рис. 3.69 показана
конструкция датчика.

Рис. 3.71. Электронный блок управления
трансмиссией («Тойота»).

(3	) Исполнительные
устройства

1)	Электромагнитные клапаны широко используются для
выработки сигналов регулирования гидравлическими элемента-
ми систем управления переключением передач и сцеплением.
На рис. 3.70 показана конструкция такого клапана. В состав
системы, изображенной на рис. 3.67, входят два электромагнит-
ных клапана для переключения передач, один клапан — для
обеспечения работы сцепления и три клапана — для измерений.

(4	) Электронный блок управления

Внешний вид ЭБУ показан на рис. 3.71.

ЭБУ рассчитывает момент переключения передач и включе-
ния сцепления, изменяет время срабатывания сцепления с уче-
том переходных процессов, возникающих при переключении пе-
редач, и выдает сигналы на электромагнитные клапаны. Кроме
того, на основании анализа входных и выходных сигналов ЭБУ
выявляет отказы электромагнитных клапанов. При наличии от-
каза ЭБУ поддерживает работоспособность системы для дости-
жения ближайшего места ремонта.

3.4.2.	Управление другими типами трансмиссий

(I)	Система автоматического управления автомобилем

К традиционной трансмиссии добавляются устройства для
управления двигателем, сцеплением, переключением передач и
тормозами, которые вместо водителя производят по командам
ЭБУ необходимые действия. Такой автомобиль является своего
рода роботизированной системой. В этой системе управление
переключением передач производится воздействием на механиз-
мы включения сцепления и переключения передач, на дроссель-

Рис. 3.72. Система автоматического управления трансмиссией («Исудзу»),

ную заслонку и т. п. соответственно электромагнитной муфтой,
гидравлическим исполнительным устройством трансмиссии и
шаговым двигателем. На рис. 3.73 показана блок-схема систе-
мы, а на рис. 3.72 — блок-схема ее ЭБУ.

(2)	Бесступенчатая трансмиссия

Ряд фирм проводит разработки трансмиссий с непрерывно
изменяемым передаточным отношением, обеспечивающим как
троганье, так и изменение скорости движения от минимальной
до максимальной. Основные элементы системы (электромагнит-
ная муфта и клиноременный вариатор с использованием сталь-
ных ремней) управляются по сигналам ЭБУ. Они обеспечивают
плавное изменение передаточного отношения при малых поте-
рях, отсутствии толчков и ударов. Распространение таких си-
стем, позволяющих одновременно достичь хороших тягово-ско-
ростных свойств автомобиля и высокой топливной экономично-
сти, ожидается в ближайшие годы.
Рис. 3.73. Схема ЭБУ системы автоматического управления автомобиля
(«Исудзу»),

1	Датчик включенной передачи

2	Датчик частоты вращения коленчатого вала двигателя

3	Датчик частоты вращения выходного вала

4	Датчик положения педали акселератора

5	Датчик включения сцепления

6	Датчик температуры охлаждающей жидкости

7	Положение шестерен

8	Рычаг селектора

9	Концевой выключатель дроссельной заслонки

10	Концевой выключатель педали акселератора

11	Выключатель кондиционера воздуха

12	Концевой выключатель тормоза

13	Выключатель режима движения с заданной скоростью

14	Выключатель освещения

15	Шаговый двигатель управления положением дроссельной заслонки

16	Сцепление

17	Коробка передач

18	HSA (устройство для движения на крутых уклонах)

19	Форсунки

20	Реле блокировки
Глава 4. УПРАВЛЕНИЕ ХОДОВОЙ
ЧАСТЬЮ

4.1.	Управление подвеской

Подвеска, рассматриваемая в настоящем разделе, — это со-
вокупность узлов, которые размещаются между рамой или кузо-
вом автомобиля и мостами. Подвеска содержит рессоры, амор-
тизаторы, стабилизаторы и т. п. Они предназначены для умень-
шения колебаний кузова из-за неровностей на поверхности
дороги, повышения комфортабельности и обеспечения безопасно-
сти движения. Вообще говоря, свойства комфортабельности и
безопасности взаимосвязаны. Например, мягкие рессоры повы-
шают комфортабельность, но из-за увеличения возможного сме-
щения центра тяжести автомобиля снижают безопасность дви-
жения. С другой стороны, жесткие рессоры повышают безопас-
ность, но снижают комфортабельность, передавая даже самые
незначительные неровности дороги.

При проектировании подвески учитывают оба этих свойства
и в зависимости от характера транспортного средства осущест-
вляют их согласование. Более того, используя электронную тех-
нику, предусматривают управление параметрами подвески в со-
ответствии с условиями движения. Проектирование такой под-
вески начинают с разработки системы управления высотой
кузова автомобиля относительно поверхности дороги, затем
разрабатывают систему управления сопротивлением амортиза-
торов и, наконец, систему управления жесткостью подвески.
В последней системе используют одновременно узлы регулиро-
вания высоты и узлы изменения сопротивления. Поэтому ее на-
зывают комплексной системой управления подвеской. В систе-
мах повышенной комфортабельности предусматривают управле-
ние опорами двигателя по аналогии с управлением подвеской.
Масса двигателя составляет существенную долю в общей массе
автомобиля. Для того чтобы колебания и вибрации двигателя
не передавались на шасси автомобиля используют противовиб-
рационную резину и амортизаторы. При управлении опорами
двигателя с помощью электроники регулируют их характерис-
тики (сопротивление и т. п.) в соответствии с положением ав-
томобиля, обеспечивая тем самым еще больший эффект управ-
ления. В основном принципы управления опорой двигателя сов-
падают с принципами управления подвеской.

4.1.1.	Управление сопротивлением амортизаторов

При движении автомобиль испытывает толчки от поверхно-
сти дороги. Эти толчки гасятся рессорами и из-за отдачи воз-
110
Рис. 4.1. Колебания кузова без амор-
тизаторов (сплошная линия) и с амор-
тизаторами (прерывистая линия).

Рис. 4.2. Зависимость силы сопротив-
ления амортизаторов от скорости
поршня для трех режимов работы:
А — большое сопротивление, Б —
среднее сопротивление; В — малое со-
противление.

никают продолжительные колебания, которые, как показано на
рис. 4.1, демпфируются амортизаторами. Амортизатор состоит
из цилиндра со специальной жидкостью, поршня и отверстия.
Во время сжатия, вызванного наездом на препятствие и колеба-
ниями кузова автомобиля, за счет поглощения энергии жид-
костью, проникающей через отверстие, возникает усилие сопро-
тивления. Если диаметр отверстия амортизатора достаточно
мал, т. е. при большом сопротивлении продолжительность демп-
фирования будет невелика, но толчки будут поглощаться слабо,
что ухудшит комфортабельность. С другой стороны, при боль-
шом диаметре отверстия (малом сопротивлении), колебания
будут более продолжительными, но сцепление шин с дорогой
ухудшится.

Характерной особенностью
амортизаторов является увели-
чение сопротивления с ростом
скорости движения поршня.
Скорость поршня составляет
примерно 0,08 м/с при переме-
щении по хорошей асфальто-
вой дороге и 0,2—0,3 м/с — по
грубой мостовой, т. е. с ухуд-
шением дорожного покрытия
скорость поршня увеличивает-
ся. При проектировании амор-
тизаторов сначала целесооб-
разно определить с помощью
различных оценок и испыта-
ний в разнообразных дорож-
ных условиях желаемые зна-
чения силы сопротивления.
Для плохих дорог следует от-
давать предпочтение комфор-
табельности, снижая сопро-
тивление, а для хороших —
безопасности движения. Ре-
шить задачу совмещения двух
свойств с использованием
обычной подвески, имеющей
только один режим работы,
довольно трудно. В связи с
этим вводится управление си-
лой сопротивления — ее многоступенчатое изменение в соответ-
ствии с условиями движения. На рис. 4.2 показана характерис-
тика амортизатора с непрерывным управлением силой сопротив-
ления и тремя режимами ее работы. Обладая такой характерис-
тикой, даже при небольшой скорости поршня за счет увеличения
демпфирующей силы можно предотвратить подъем, «оседание»
задней части и крен кузова, возникающие при торможении, уско-
рении и на поворотах. Это позволяет уменьшить изменение по-
ложения кузова автомобиля и повысить безопасность движения.

(1)	Функции и структура системы

В настоящее время известно несколько различных систем
управления силой сопротивления. Рассмотрим наиболее типич-
ные функции управления и структуру системы.

1)	Управление, противодействующее оседанию-—это управ-
ление, которое увеличением силы сопротивления амортизаторов
сохраняет горизонтальное положение автомобиля при резких
ускорениях и уменьшает оседание задней части.

Рис. 4.3. Пример системы управления силой сопротивления («Тойота»): D1 —
датчик угла открытия дроссельной заслонки; S1 — переключатель режимов
работы подвески; D2 — датчик положения рулевого колеса; D3 — датчик тор-
можения (выключатель лампы стоп-сигнала); D4 — датчик скорости; D5 —
датчик включения нейтральной ступени; LI, L2, L3 — степень открытия дрос-
сельной заслонки.

2)	Управление, противодействующее оседанию при переклю-
чениях ступеней коробки передач, — это управление, которое
путем увеличения силы сопротивления гасит толчки, возникаю-
щие при переключениях рычага селектора в автомобилях с авто-
матической коробкой передач, и уменьшает появляющиеся при
этом нагрузки на заднюю или переднюю часть автомобиля.

3)	Управление, противодействующее «нырянию» — это
управление, которое увеличением силы сопротивления при рез-
ком торможении на высокой скорости сохраняет горизонтальное
положение кузова автомобиля.

4)	Управление, противодействующее крену, — это управле-
ние, которое при резких поворотах, увеличивая силу сопротив-
ления, уменьшает крен кузова автомобиля.
5)	Управление сцеплением — это управление, которое путем
увеличения силы сопротивления на высоких скоростях повыша-
ет сцепление шин с дорогой и безопасность движения.

Система управления с описанными выше возможностями со-
стоит, как показано на рис. 4.3, из 5 датчиков для определения
состояния автомобиля (датчик скорости, датчик положения ру-
левого колеса, датчик торможения, датчик положения селек-
тора автоматической коробки передач и датчик угла открытия
дроссельной заслонки), исполнительных механизмов переключе-
ния режимов работы амортизаторов, индикатора режима, по-
казывающего уровень силы сопротивления, переключателя ре-
жимов для изменения сопротивления и электронного блока уп-
равления (ЭБУ).

(2)	Приводы и амортизаторы

Привод устанавливается на амортизаторе и приводит в дей-
ствие управляющий стержень, который составляет единое целое
с клапаном, изменяющим силу сопротивления амортизатора.

Рис. 4.4. Исполнительный механизм: общий вид (справа) и в разрезе (слева);
1 — электродвигатель; 2 — ведущее зубчатое колесо; 3 — зубчатый сегмент;

4 — соленоид; 5 — стопор; 6 — управляющий стержень.

Привод состоит из двигателя постоянного тока, зубчатой пере-
дачи и соленоида (рис. 4.4). Изменением токов, проходящих
через двигатель и соленоид, осуществляется 3-ступенчатое пере-
ключение силы сопротивления. Ток пропускается в течение
150 мс только при переключении. Если ток протекает только
через двигатель, то зубчатый сегмент в соответствии с поляр-
ностью тока двигается влево или вправо, а если ток проходит и
через двигатель, и через соленоид, то зубчатый сегмент зани-
мает промежуточное положение.

В амортизаторе, как показано на рис. 4.5, поворотный золот-
ник имеет три отверстия, а стержень поршня — два пропуск-
ных отверстия. Привод, вращая поворотный золотник, открыва-
ет или закрывает отверстие, т. е. уменьшает или увеличивает
площадь сечения перепускного канала. В результате обеспечи-
Отверстие В

Управляющий
стержень

поворотный
золотник

Поворотный
золотник

гв

-Стержень
поршня

I Стержень
поршня

проходное
отверстие

Отверстие С

Сечение а- а	Сечение В-В

Рис. 4.5. Конструкция амортизатора.

вается переключение на один из трех режимов работы подвес-
ки (малая, средняя или большая сила сопротивления). При ма-
лой силе отверстия А и С поворотного золотника открыты, при
средней — открыто отверстие В, а при большой — закрыты все
отверстия. Такая конструкция работает как невозвратный
клапан.

(3)	Датчик положения рулевого колеса

Датчик положения рулевого колеса вырабатывает сигналы,
пропорциональные углу и направлению поворота рулевого коле-
са. Хотя существуют различные аналоговые датчики, ниже мы
опишем датчик цифрового типа, использующий так называемый
фотопрерыватель.

Фотопрерыватель представляет собой полупроводниковый
прибор, содержащий пару из светоизлучающего диода и фото-
транзистора. В зависимости от наличия или отсутствия излуче-
ния светодиода фототранзистор открыт или закрыт.

Датчик положения рулевого колеса содержит, как показано
на рис. 4.6, фотопрерыватель и диск с прорезями, который по-
мещается между светодиодом и фототранзистором фотопреры-
вателя. Фотопрерыватель устанавливается на рулевой колонке,
а диск — на валу рулевого колеса. При повороте рулевого ко-
леса диск вращается, и фототранзистор попеременно открывает-
ся и закрывается (переходит в состояние пропускания тока или
отсечки). В результате появляется цифровой сигнал, содержа-
щий информацию об угле поворота рулевого колеса. Однако при
использовании только одного фотопрерывателя сигналы поворо-
та влево и вправо оказываются одинаковыми, поэтому для обна-
ружения направления необходимы два фотопрерывателя. На-
правление определяется при этом по разности фаз сигналов фо-
топрерывателей. На рис. 4.7 показаны электрическая схема дат-
Рис. 4.6. Датчик положения рулевого колеса: 1 — диск рулевого управления;

2 — корпус датчика; 3 — фотопрерыватель; 4 — прорези.

Рис. 4.7. Схема датчика положения рулевого колеса и его сигналы.

чика и формы сигналов на выводах Si и $2 схемы. Описанный
датчик имеет 20 прорезей, что соответствует углу в 18°.

(4)	Электронный блок управления

Электронный блок управления силой сопротивления амор-
тизаторов выполнен на цифровых схемах. Его структура пред-
ставлена на рис. 4.8. Все входные сигналы являются цифровы-
ми и поступают в микроЭВМ через схемы входной обработки,
предназначенные для формирования сигналов. Выходные сигна-
лы ЭБУ подаются на исполнительные механизмы управления
режимами работы амортизаторов и на индикаторы, показываю-
Рис. 4.8. Структура электронного блока управления силой сопротивления,
щие уровень силы сопротивления. Эти сигналы поступают через
схемы выходной обработки от микроЭВМ.

В схемах управления исполнительными механизмами преду-
сматриваются средства обеспечения работоспособности при
появлении ошибок от выбросов напряжения и устройства пред-
отвращения перегрузок по току.

Источник питания преобразует напряжение аккумуляторной
батареи в напряжение 4-5 В, необходимое для работы инте-
гральных схем (микроЭВМ и т. п.). Схема установки в началь-
ное состояние включает в себя сторожевой таймер, который
используется для контроля работоспособности микроЭВМ.
Используется 8-разрядная однокристальная n-МОП микроЭВМ.
Рис. 4.9. Блок-схема программы управления.

Блок-схема программы управления показана на рис. 4.9.
Инициализирующая обработка — это программа, которая вы-
полняется только один раз после включения источника питания
и предназначена для очистки и проверки ОЗУ, проверки ПЗУ,
установления в начальное состояние портов ввода/вывода и
указателей стеков.

Выполнение основной программы занимает примерно 4 мс,
и за это время она обрабатывает входные сигналы от датчиков
и генерирует выходные сигналы для исполнительных механиз-
мов, для чего производит различные вычисления. Чем короче
время выполнения основной программы, тем выше быстродей-
ствие ЭБУ. Однако если это время слишком мало, то микроЭВМ
может не успеть произвести все необходимые вычисления. Сиг-
нал от датчика скорости обрабатывается по прерыванию. По-
вторная установка указателей стеков и портов ввода/вывода
введена для того, чтобы обеспечить их правильное функциони-
рование даже при отсутствии инициализации и защитить систе-
му в случае различных ошибок в работе.

ЭБУ производит регулирование силы сопротивления в зави-
симости от различных входных воздействий. Здесь же мы опи-
шем его работу главным образом при управлении, противодей-
ствующем оседанию.

1)	Управление, противодействующее оседанию

Амортизаторы имеют три режима работы (малая, средняя и
большая сила сопротивления). При нормальных условиях дви-
жения водитель может выбрать режим малой или средней силы
сопротивления. Если возникает необходимость перейти в режим
большого сопротивления, как, например, при резком трогании
с места, то автоматически происходит увеличение силы сопро-
тивления, и затем после исчезновения условий, вызвавших это
переключение, она принимает прежнее значение. Поскольку
управление, устраняющее оседание, противодействует измене-
нию положения задней части автомобиля, которое возникает
при резком трогании с места, для его реализации необходим
датчик, который бы предсказывал это изменение. Такой датчик
должен обнаруживать признаки будущего оседания еще до
того, как кузов начал смещаться, и выдавать сигнал на схему
управления. В качестве предвестников оседания можно рас-
сматривать ускорение G и степень открытия дроссельной за-
слонки. Поскольку время вычисления G при обработке сигнала
с датчика скорости не удовлетворяет требованию окончания
обработки до начала смещения кузова, используется сигнал,
характеризующий степень открытия дроссельной заслонки. Вре-
мя от начала нажатия педали акселератора до начала смеще-
ния управляющего стержня амортизатора составляет 150 мс.
За это время можно произвести необходимые вычисления и
привести в действие исполнительные механизмы. Сигнал, соот-
ветствующий степени открытия дроссельной заслонки, поступа-
ет от ЭБУ двигателем по трем линиям (что соответствует вы-
явлению восьми ступеней открытия).

2)	Закон управления, уменьшающий оседание

Оседание возникает на низкой скорости в результате резкого
нажатия педали акселератора, поэтому управление амортиза-
торами осуществляется в зависимости от скорости нажатия
педали и ее перемещения. В связи с тем что временные соот-
ношения, характеризующие появление «оседания», могут быть
различными в зависимости от характеристик автомобиля, закон
управления устанавливается на основании экспериментальных
данных. Рассмотрим следующий пример (соответствие степени
открытия дроссельной заслонки 6Л и сигналов Ц, L2, L3, посту-
пающих в ЭБУ для данного примера, показано на рис. 4.10).

а.	Условия переключения на режим большой силы сопротив-
ления:

•	скорость автомобиля не достигла 20 км/ч, степень откры-
тия дроссельной заслонки за определенное время изменилась от
значения, меньшего 0], до значения, большего Оз;

•	скорость автомобиля не достигла 20 км/ч, степень откры-
тия дроссельной заслонки больше Об.

б.	Условие уменьшения силы сопротивления до прежнего
значения:

• после переключения на большую силу сопротивления про-
шло более 2 с или скорость автомобиля превысила 30 км/ч.

НАЛЫ  Q		^2	
ва	—	—	—
е,	—	—	о
	—	О	о
	—	о	—
е.	о	о	—
	о	о	о
	о	—	о
0;	о	—	—

Рис. 4.10. Степень открытия дроссельной заслонки (8 ступеней): 0 — степень
открытия дроссельной заслонки.

3) Выходные схемы противодействия «оседанию»

Если в соответствии с законом управления результат обра-
ботки микроЭВМ входных сигналов указывает на необходи-
мость изменения силы сопротивления, то приводятся в действие
исполнительные механизмы амортизаторов. Как ранее было
сказано, исполнительный механизм состоит из двигателя по-
стоянного тока и соленоида. В зависимости от требуемой вели-
чины силы сопротивления включается либо двигатель, либо и то
и другое. Для того чтобы обеспечить установку большой и ма-
лой силы сопротивления, предусмотрена возможность вращения
двигателя в противоположных направлениях, для чего ток про-
текает в прямом и обратном направлениях. На рис. 4.11 пока-
зана принципиальная схема управления двигателем. Изменение
направления вращения осуществляется изменением напряже-
ния, подаваемого на выводы I и 2: если к выводу 1 подклю-
чается напряжение 4-5 В, а к выводу 2 — масса, то ток проте-
кает от Л44- к М—; при противоположном подключении ток
протекает от М— к AT-J-; если на выводы подается одинаковое
напряжение, то ток отсутствует. Кроме того, поскольку через
двигатель и соленоид протекают достаточно большие токи,
в схему часто вводят цепи обнаружения короткого замыкания
и ограничения тока как средства защиты схемы от выхода из
строя. Цепь обнаружения короткого замыкания выявляет со-
стояние нагрузки (в данном случае двигателя и соленоида)
и в случае ее повреждения прекращает подачу тока. Для этого
применяют один из двух способов, показанных на рис. 4.12.
В способе обнаружения по току анализируют напряжение на
выводах резистора, изменяющееся из-за различия величин то-
ков в случаях исправной и короткозамкнутой нагрузки. Во вто-
Напряжение

Рис. 4.11. Схема управления двигателем.

ром способе используют тот факт, что на выводах исправной
нагрузки всегда имеется определенное напряжение, а при ко-
ротком замыкании напряжение отсутствует. В схеме ограниче-
ния тока, показанной на рис. 4.13, при увеличении тока раз-
ность напряжений между базой и эмиттером транзистора Т\
становится выше установленной величины и транзистор Т2 за-
крывается.

4.1.2. Управление высотой кузова автомобиля

При изменении числа пассажиров и массы груза изменяется
расстояние между кузовом и поверхностью дороги (клиренс).
Управление высотой кузова позволяет стабилизировать это рас-
стояние, что повышает безопасность движения. Поддержание
высоты постоянной дает возможность также уменьшить измене-
ние положения оптической оси светового пучка фар. Более того,
сохраняется неизменным ход рессор и предотвращается касание
элементов кузова о грунт при движении по плохой дороге.
Рис. 4.12. Способы обнаружения корот- Рис. 4.13. Схема ограничения тока,
кого замыкания.

Рис. 4.14. Пример системы управления высотой автомобиля («Тойота»): 1 —
реле; 2 — двигатель компрессора; 3—индикаторная лампа; 4 — фильтр-водо-
отделитель; 5 — компрессор; 6 — датчик высоты; 7—амортизатор; 8 — ЭБУ.

Уменьшая на высокой скорости высоту, можно повысить без-
опасность движения и уменьшить сопротивление воздуха.

Управление высотой производится обычно с помощью пнев-
матических упругих элементов.

(1)	Структура системы

Управление высотой может осуществляться на всех четырех
колесах или только на двух задних. На рис. 4.14 показан при-
мер системы управления двумя колесами. Сигнал от датчика
высоты поступает в ЭБУ. При отличии текущей высоты от но-
минальной ЭБУ, управляя компрессором или выпускным клапа-
ном, регулирует давление в упругих элементах и поддерживает
высоту постоянной. Компрессор работает от малогабаритного
двигателя, источником напряжения для которого служит акку-
муляторная батарея. При необходимости увеличения высоты
компрессор по сигналу от ЭБУ посылает сжатый воздух
в фильтр-водоотделитель. Фильтр представляет небольшую ка-
меру, наполненную силикагелем, и предназначен для удаления
влаги из проходящего воздуха. Кроме того, в камере имеется
клапан для выпуска воздуха из системы при уменьшении высо-
ты. Это позволяет одновременно с выпуском воздуха удалить
и влагу, поглощенную силикагелем. Упругие элементы состав-
ляют с амортизаторами единую конструкцию, в которой изме-
нение давления воздуха в упругих элементах приводит к изме-
нению высоты амортизаторов.

В системе, показанной на рисунке, применены гидравличе-
ские амортизаторы и упругие элементы.

Рис. 4.15. Положение рычага датчика высоты при высоком (слева) и низком
(справа) положениях кузова.

(2)	Датчик высоты

Датчик высоты устанавливается на шасси автомобиля и
имеет шарнирно закрепленный рычаг, который соединен с рыча-
гом заднего амортизатора. При изменении высоты рычаг дат-
чика, как показано на рис. 4.15, перемещается вверх или вниз.
Датчик содержит два фотопрерывателя, аналогичные тем, кото-
рые использованы в датчике положения рулевого колеса
(см. рис. 4.6), причем фотопрерыватели смещены относительно
друг друга по периметру диска, соосного с рычагом датчика.
Комбинация сигналов двух фотопрерывателей позволяет опре-
делить четыре состояния высоты автомобиля. На рис. 4.16 отра-
жена связь положения диска с состояниями фотопрерывателей.
Такой датчик очень удобен для цифровых схем, поскольку
выдает импульсные сигналы и в отличие от аналоговых не тре-
бует преобразователя.

(3)	Электронный блок управления

Датчик высоты в соответствии с взаимным положением ры-
чага амортизатора и шасси вырабатывает сигнал. Поскольку
рычаг постоянно перемещается вверх и вниз по отношению
А	В	Положение кузова

О	0	Очень низкое

О	1__низкое__________

1	j__высокое________

1	О	очень высокое

Рис. 4.16. Схема датчика высоты и его сигналы: ON — свет попадает в про-
резь, OFF — свет не попадает в прорезь.

к шасси, гася во время движения толчки от дороги, выходной
сигнал датчика, пропорциональный высоте, постоянно изменяет-
ся. В связи с этим сигнал датчика вводится в ЭБУ через каж-
дые несколько миллисекунд. ЭБУ в течение определенного вре-
мени подсчитывает число тех или иных состояний высоты и по
частоте состояний (их процентному соотношению) делает вывод
о текущем значении высоты. В зависимости от положения две-
рей (закрыты или открыты) ЭБУ определяет, происходит по-
садка или движение. В первом случае высота определяется
в течение короткого интервала времени (2,5 с), во втором—
для исключения влияния колебаний более длительное время
(20 с). Например, если во время движения сигнал высоты в те-
чение 20 с находится в области «очень высокое положение ку-
зова» в 80% случаев и более, то приводится в действие выпуск-
ной клапан и амортизатор снижается. Если же в течение 20 с
сигнал высоты оказывается в области «очень низко» или «низ-
кое положение кузова» более чем в 10% случаев, то снижение
амортизатора прекращается. Подъем амортизатора и управле-
ние высотой при посадке осуществляется аналогичным образом.
Управление амортизатором показано на рис. 4.17, а на рис. 4.18
представлена структура ЭБУ, выполняющего вышеописанные
действия. Использована 4-разрядная однокристальная мик-
роЭВМ.

Во время остановки двигателя управление высотой отклю-
чается, поскольку прекращается заряд аккумуляторной бата-
реи. Обнаружение останова двигателя осуществляется ЭБУ
Рис. 4.17. Регулирование высоты кузова: опускание (слева) и подъем (справа).

Рис. 4.18. Структура ЭБУ высотой автомобиля («Тойота»),

по сигналу с контакта L регулятора напряжения (контакт
включения лампы индикации разрядки аккумуляторной бата-
реи).

4.1.3. Комплексное управление подвеской

Выше были описаны системы управления силой сопротивле-
ния амортизаторов и высотой автомобиля. Кроме этого, нахо-
дят применение системы управления жесткостью подвески,
в качестве которой обычно используют пневматическую или
гидропневматическую подвеску. Чем меньше жесткость подвес-
ки, тем меньше колебания кузова и выше комфортабельность.
Жесткость пневматической подвески можно сделать достаточно
Рис. 4.19. Пример системы управления жесткостью подвески (показано управ-
ление только передними колесами) («Мицубиси»),

1	Передний датчик высоты

2	Переключатель режимов «автоматический/ручной»

3	Датчик высоты

4	Датчик положения рулевого колеса

5	Датчик ускорения G

6	Датчик степени открытия дроссельной заслонки

7	Сигналы для внешних средств диагностики

8	Индикаторная лампа режима

малой, однако это повлечет за собой появление крена и про-
дольных колебаний. По этой причине управление жесткостью
подвески в большинстве случаев комбинируют с управлением
высотой кузова и силой сопротивления амортизаторов.

(1) Структура системы

На рис. 4.19 показан пример системы управления силой со-
противления и жесткостью подвески. Принцип и функции
управления в основном такие же, как при управлении силой
сопротивления.

Сигналы от датчиков скорости автомобиля, угла поворота
рулевого колеса, ускорения, угла открытия дроссельной заслон-
ки поступают в ЭБУ, который одновременно регулирует жест-
кость подвески и силу сопротивления. Управление жесткостью
осуществляется изменением эффективного объема за счет от-
крывания или закрывания клапана, установленного между
вспомогательной и основной камерами пневматической подвес-
ки; управление силой сопротивления производится, как в слу-
чае, показанном на рис. 4.5, изменением площади сечения от-
верстия.

Одновременность переключения достигается тем, что управ-
ляющий стержень, проходящий через амортизатор, поворачи-
вается исполнительным механизмом, управляемым электромаг-
нитным клапаном.

4.2.	Управление для движения с постоянной скоростью

Система управления для движения с постоянной скоростью —
это система замкнутого регулирования, позволяющая водителю,
установив желаемую скорость, двигаться с постоянной скоро-
стью без нажатия на педаль акселератора. Использование этой
системы в течение длительного времени при движении по ско-
ростной магистрали снижает утомляемость водителя.

Корпус
карбюратора

Рис. 4.20. Система управления для движения с постоянной скоростью.

Системы замкнутого управления в автомобильной технике
с самого начала создавались на основе электроники. Первые
системы были выполнены на аналоговых схемах, однако в на-
стоящее время применяют главным образом цифровые схемы,
поэтому ниже мы рассмотрим только цифровую систему управ-
ления.

4.2.1.	Структура системы

Блок-схема системы показана на рис. 4.20. Задатчик ско-
рости предназначен для установки водителем желаемой скоро-
сти движения и включения источника питания системы. Если
выбран режим управления с постоянной скоростью, то ЭБУ по
сигналам датчика скорости вычисляет текущую скорость движе-
ния и приводит в действие исполнительный механизм, управ-
ляющий положением дроссельной заслонки. Отключение систе-
мы движения с постоянной скоростью осуществляется по сигна-
лам отмены (поступающим от выключателей, связанных
с педалями тормоза, сцепления и стояночным тормозом).

4.2.2.	Исполнительный механизм

Исполнительные механизмы, используемые для замкнутого
управления, могут быть двух типов — с электродвигателем и
вакуумные. Конструкция вакуумного механизма показана на
рис. 4.21. Если через электромагнит пропускается электрический

Рис. 4.21. Вакуумный исполнительный механизм: 1 — отверстие разрежения
регулирующего клапана; 2 — входное отверстие регулирующего клапана; 3 —
регулирующий клапан; 4 — атмосферный воздух; 5 — фильтр; 6 — входное от-
верстие спускного клапана; 7 — источник разрежения; 8 — мембрана; 9 —
пружина.

ток, то отверстие разрежения, связывающее полость механизма
с впускным трубопроводом двигателя, открыто, а выходное от-
верстие закрыто. В результате в полости исполнительного ме-
ханизма создается разрежение и мембрана втягивается. При
отсутствии тока через электромагнит отверстие разрежения ре-
гулирующего клапана закрыто, а выходное отверстие открыто.
Поэтому в полости механизма устанавливается атмосферное
давление и мембрана под действием пружины возвращается.
Изменяя соотношение времени пропускания и времени отсутст-
вия тока через электромагнит (скважность сигнала), можно из-
менять давление воздуха в полости исполнительного механизма
и управлять положением мембраны, что в конечном счете обес-
печивает управление степенью открытия дроссельной заслонки.

В описываемом механизме имеется спускной клапан, через
который вводится атмосферный воздух при отмене режима дви-
жения с постоянной скоростью. Это обеспечивает безопасность
даже в том случае, если входное отверстие регулирующего кла-
пана оказывается по каким-либо причинам в закрытом со-
стоянии.

Таким образом, в режиме движения с постоянной скоростью
через электромагнит пропускается электрический ток и входное
отверстие закрыто. При отмене режима — ток отсутствует и
в механизм поступает атмосферный воздух.

L.

Рис. 4.22. Структурная схема ЭБУ движением с постоянной скоростью.

4.2.3.	Электронный блок управления

Структурная схема ЭБУ показана на рис. 4.22. Использует-
ся 4-разрядная однокристальная микроЭВМ, которая выполня-
ет обработку в соответствии с временной диаграммой, изобра-
женной на рис. 4.23. Период временной диаграммы составляет
примерно 50 мс, что соответствует частоте приведения в дейст-
вие исполнительного механизма.
(1)	Вычисление скорости

Датчик скорости устанавливается в спидометре и приводится
в действие тросиком спидометра, который при движении со ско-
ростью 60 км/ч совершает 637 оборотов в минуту. Магнитный
поток 4-полюсного постоянного магнита, приводимого в движе-
ние этим тросиком, преобразуется чувствительным элементом
в сигналы скорости (одному обороту соответствуют 4 импуль-
са). Сигнал скорости через схему входной обработки поступает
на вывод прерывания микроЭВМ. Прерывание возникает по
заднему фронту импульса скорости. В этот момент происходит
запуск внутреннего таймера микроЭВМ. Таким образом изме-
ряется время от заднего фронта одного импульса скорости до
заднего фронта другого, т. е. по содержанию таймера опреде-
ляется период. МикроЭВМ запоминает значения периодов че-
тырех последних импульсов, при каждом прерывании записывая
новые величины. Таймер имеет 8 разрядов. Его разрешающая

О

~50мс.

Рис. 4.23. Временная диаграмма.

способность зависит от основной частоты микроЭВМ, которая
в данной системе составляет 100 мкс. Вычисление скорости осу-
ществляется по четырем периодам Tit Т2, Тз, 7\ следующим
образом:

скорость v = kfT,

где k — постоянная величина; Т= Т^+Т’г+Т’з+Л.

В связи с тем что датчик за один оборот вырабатывает че-
тыре импульса, такой подсчет скорости позволяет компенсиро-
вать смещение импульсов, вызванное неравномерностью враще-
ния. Более того, даже если в сигнале датчика присутствует со-
ставляющая помехи, ее влияние будет незначительно — ско-
рость, вычисленная за один оборот, осредняется.

(2)	Вычисление скважности

После вычисления текущей скорости происходит ее сравне-
ние со скоростью, хранящейся в памяти. Управление исполни-
тельным механизмом (и дроссельной заслонкой) осуществляет-
ся таким образом, чтобы устранить полученную разность. На до-
роге с уклоном невозможно добиться постоянства скорости при
такой же степени открытия дроссельной заслонки, как при дви-
жении по ровной дороге. Поэтому в данной системе управление
степенью открытия дроссельной заслонки осуществляется изме-
нением скважности сигналов, приводящих в действие исполни-
тельный механизм. Принцип выбора скважности показан на
рис. 4.24. Если при установке скорости на значении v0 скваж-
ность составляет Do, то на идеально ровной дороге сохране-
ние Do обеспечивает движение с постоянной скоростью. Однако
на подъеме при той же скважности скорость падает до значе-
ния vi. Для того чтобы увеличить скорость до t»o, нужно изме-

ности.	дорог с подъемами и спусками:

сплошной линией — скважность, соот-
ветствующая заданной скорости, пре-
рывистой — скважность с учетом по-
правки.

нить скважность. В соответствии с законом управления скваж-
ность становится равной Da, а значение скорости — Va. При-
менение такого закона управления связано с необходимостью
обеспечения устойчивости движения (исключения колебаний
скорости и т. п.). Это вызывает небольшое отклонение скорости
от заданной, т. е. появляется ошибка управления. Закон управ-
ления описывается линейным уравнением и представляет со-
бой зависимость скважности D от скорости S.

D = Do+k (So — S),

где k — постоянная, Do — скважность при движении с заданной
скоростью, So — заданная скорость движения.

Вычисления, связанные с этим выражением, выполняются
в ЭБУ. Следует отметить, однако, что определенное влияние
на качество регулирования оказывает время запаздывания сра-
батывания исполнительного механизма, так как для установле-
ния требуемой скорости на подъемах и спусках необходимо за-
тратить какое-то время. Поэтому часто вводят поправку, ис-
пользуя до достижения требуемой скорости некоторую
скорость, отличающуюся от заданной. В частности, управление
осуществляют таким образом, чтобы при движении дроссельной
заслонки в направлении открытия скважность была больше
вычисленной для заданной скорости, а при движении заслонки
в направлении закрытия — меньше вычисленной (рис. 4.25).

4.3.	Рулевое управление с усилителем

Рулевое управление с усилителем представляет собой
устройство, предназначенное для уменьшения усилия, необходи-
мого для поворота рулевого колеса. В настоящее время систе-
мы рулевого управления с усилителем используются очень ши-
роко. Вместе с тем в системах с постоянным коэффициентом
усиления при установке небольшого рулевого усилия управле-
ние будет слишком чувствительным для движения на высокой
скорости, а при установке большого усилия в расчете на высо-

4

Рис. 4.26. Пример системы рулевого управления с усилителем (<Тойота>):
1 — насос; 2— датчик скорости; 3 — ЭБУ; 4 — электромагнитный клапан; 5 —
рулевой механизм.

кую скорость движения рулевое управление становится слиш-
ком тяжелым для водителя при движении на низких скоро-
стях. Разработки с целью повышения эффективности рулевого
управления базируются на прогрессе в области электронной
техники и имеют два направления — управление, реагирующее
на скорость движения автомобиля, и управление, реагирующее
на частоту вращения коленчатого вала двигателя.

В первом случае коэффициент усиления изменяется в соот-
ветствии со скоростью автомобиля, во втором — с частотой
вращения коленчатого вала двигателя. В обоих случаях цель
изменения состоит в том, чтобы сделать более легким управле-
ние на низкой скорости и менее чувствительным — на высокой.
Рис, 4.27. Гидравлическая схема рулево-
го управления с усилителем.

Существуют также системы,
которые с помощью мик-
роЭВМ позволяют управ-
лять рулевым усилием по
угловой скорости поворота
рулевого колеса либо уста-
навливать его по желанию
водителя.

4.3.1.	Структура системы

Система, которая управ-
ляет рулевым усилием в со-
ответствии со скоростью ав-
томобиля, состоит, как по-
казано на рис. 4.26, из дат-
чика скорости, электромаг-
нитных клапанов, насоса и

электронного блока управления. Существует несколько типов
рулевого управления с усилителем. Однако в основном
в них применяется циркуляция рабочей жидкости под давле-
нием (развиваемым насосом, который приводится в действие
двигателем) по путям Р-А-Т, Р-В-Т, показанным на рис. 4.27.
Клапаны Vt, V4 и Е2> V3 образуют пары, в каждой из которых
клапаны открываются и закрываются одновременно, причем
пары работают в противофазе. Если рулевое колесо находится

в среднем положении, то давление жидкости справа и слева
одинаково. При повороте рулевого колеса изменяется степень
открытия клапанов в соответствии с величиной усилия. Равен-
ство давлений с двух сторон поршня нарушается, и за счет воз-
никающей при этом силы он смещается, поворачивая сектор,
связанный с управляемыми колесами. В распространенных си-

стемах рулевого управления с усилителем степень открытия
клапанов определяется непосредственно рулевым усилием.
Однако управление этим усилием целесообразно осуществлять,
соединяя, как показано на рис. 4.26, обе камеры цилиндров А
и В рулевого механизма обходным каналом, сечение которого
регулируется электромагнитным клапаном.

Описанный выше способ реализуется в виде достаточно про-
стой системы. Вместе с тем его недостаток состоит в том, что
из-за ограничений в регулировании потока диапазон изменения
рулевого усилия нельзя сделать достаточно большим. Для прео-
доления этого недостатка систему усложняют, используя способ
гидравлического противодействия, позволяющий добиться боль-
шей разницы рулевых усилий.
4.3.2.	ЭБУ

На рис. 4.28 приведена структура ЭБУ рулевого управления
с усилением по скорости автомобиля. ЭБУ выполнен в виде
аналоговой схемы. На вход схемы поступает сигнал от датчика
скорости, аналогичного описанному в разд. 4.2 «Управление
при движении с постоянной скоростью». Датчик совершает
637 оборотов в минуту при скорости 60 км/ч и вырабатывает за
один оборот четыре импульса. Выходным сигналом ЭБУ являет-
ся сигнал переменной скважности, приводящий в движение
электромагнит следящего действия. Этот электромагнит отли-
чается от обычного тем, что может фиксировать клапан в про-
извольном положении, пропорциональном среднему току. Вмес-

Усилитель

для измерения тока

Рис. 4.28. Структура ЭБУ рулевого управления с усилителем.

те с тем для обеспечения устойчивости положения он требует
большего тока питания. Кроме того, ток через электромагнит
изменяется из-за отклонения сопротивления обмотки при ее
самонагреве. Необходимо также обратить внимание на то, что
из-за фрикционного и магнитного гистерезисов при постоянном
токе характеристика электромагнита нелинейна. В данной схе-
ме введена цепь измерения тока электромагнита. Управление
электромагнитом осуществляется сигналом с изменяющейся
скважностью. Сигнал от датчика скорости с помощью преобра-
зователя частоты в напряжение (/—V) преобразуется в напря-
жение, пропорциональное скорости, которое легко обрабатыва-
ется аналоговой схемой. На высокой скорости для увеличения
рулевого усилия ток электромагнита должен расти. Но, для
того чтобы не допустить чрезмерного увеличения рулевого уси-
лия на больших скоростях, значение тока остается неизменным
при скорости выше 120 км/ч. Для этого вводится схема обна-
ружения скорости 120 км/ч. Напряжение V, полученное в ре-
зультате преобразования сигнала датчика скорости, и напря-
жение ei, пропорциональное падению напряжения (образуемому
током /о через электромагнит) на резисторе для измерения
тока, сравниваются в усилителе сигнала рассогласования. Уси-
литель, содержащий интегрирующую схему на операционном
усилителе, вырабатывает сигнал, скорректированный таким об-
разом, что при наличии рассогласования через электромагнит
всегда протекает ток, пропорциональный скорости (в сигнале
рассогласования учитываются также изменения сопротивления
электромагнита и напряжения аккумуляторной батареи). Схема
сравнения в результате обработки скорректированного сигнала
и сигналов треугольной формы во генератора вырабатывает им-
пульсы, скважность которых пропорциональна скорости
(рис. 4.29). Этот сигнал через транзистор поступает на электро-
магнит. На рис. 4.30 показана зависимость тока электромагнита

Срёднеё

ЗНАЧЕНИЕ ТОКА

0N

Скважность -►

Рис. 4.29. Сигналы управления электромагнитом и его внешний вид: ON —
электромагнит включен, OFF — выключен.

от скорости автомобиля. С увеличением тока степень открытия
электромагнитного клапана и рулевое усилие возрастают.

4.4.	Управление при скольжении автомобиля

На скользких дорогах, например мокрых или покрытых
льдом, при резком торможении шины легко блокируются. Если
в этом случае происходит блокирование задних колес, то дейст-
вие боковых сил приводит к боковому скольжению. При блоки-
ровании передних колес управление рулевым колесом становит-
ся невозможным. Устройство, которое обеспечивает безопас-
ность движения и быструю остановку автомобиля при резком
торможении, называют антиблокировочной системой. Увеличи-
вая и уменьшая давление тормозной жидкости так, чтобы не
было блокирования колес, она поддерживает оптимальное зна-
чение коэффициента сцепления шин с дорожным покрытием.
Известны 2 типа систем: с управлением четырьмя колесами (уп-
равление как задними, так и передними колесами) и с управ-
лением двумя задними колесами. Управление двумя колесами,
предотвращая блокирование задних колес, повышает безопас-
ность движения и сокращает тормозной путь.

Управление четырьмя колесами позволяет, кроме того,
предотвратить блокирование и передних колес, поэтому оно га-
рантирует соответствие траектории поворота рулевого колеса и
при резком торможении позволяет избежать столкновения с пре-
пятствием*. Ниже рассматривается система управления четырь-
мя колесами.

ОПтиМАЛЬНЫЙ

коэффициент скольжения

Рис. 4.30. Зависимость тока от скоростиРис. 4.31. График зависимости коэф-
автомобиля.	фициента сцепления у от коэффици-

ента продольного скольжения S:
сплошной линией изображена зависи-
мость коэффициента продольного
сцепления, прерывистой — коэффи-
циента поперечного сцепления.

Коэффициент сцепления колеса с дорогой зависит от состоя-
ния дороги, типа и состояния шин. На сухой дороге он боль-
ше, на влажной меньше.

Как показано на рис. 4.31, до той области, где коэффициент
продольного сцепления ц становится максимальным, он увели-
чивается в зависимости от коэффициента продольного сколь-
жения почти линейно, однако затем он, наоборот, несколько
падает. Коэффициент бокового сцепления (характеризует силу
сопротивления боковому скольжению) также зависит от коэф-
фициента продольного скольжения; при коэффициенте, равном

* Указанные достоинства антиблокировочных систем проявляются ие
во всех дорожных условиях. — Прим. ред.
100% (состояние блокирования колес), этот коэффициент равен
нулю. Как можно понять из графика, обеспечить одновременно
оптимальные значения коэффициентов продольного и бокового
сцепления невозможно. Однако если управление производить
таким образом, чтобы коэффициент продольного скольжения
находился в области максимального коэффициента трения, то
можно получить хотя и не максимальное, но оптимальное зна-
чение силы сопротивления боковому скольжению и обеспечить
эффективное торможение.

Управление при скольжении производится таким образом,
чтобы коэффициент продольного скольжения в случае резкого
торможения был равен 15—20%. Вместе с тем осуществить уп-
равление на основе непосредственного вычисления коэффициен-
та продольного скольжения не представляется возможным.

ГЛАВНЫЙ
ТОРМОЗНОМ
цилиндр

Тормозной
цилиндр
колеса

Тормозной
цилиндр
КОЛЕСА

Трансмиссия

Дифференциал

ВЗ

Основное р&ле

35У

Тормозной
цилиндр
колеса

Тормозной
цилиндр
КОЛЕСА

К ЛЕВОМУ ПЕРЕДНЕ-
МУ КОЛЕСУ

Насос
рулевого—
УПРАЕЛЕНнЯ
С УСИЛИТЕ-
ЛЕМ

В2

Рис. 4.32. Пример системы управления при скольжении («Тойота»): D1 и D2 —
датчики угловой скорости правого и левого передних колес; D3 — датчик уг-
ловой скорости задних колес; L — лампа индикации торможения.

При непосредственном увеличении давления тормозной жид-
кости скорость вращения колес в той области, где коэффициент
продольного сцепления не достигает максимального значения,
будет быстро падать. Учитывая это обстоятельство, управление
давлением осуществляется, исходя из некоторых предположе-
ний относительно окрестности максимального значения коэффи-
циента сцепления, основанных на величине падения скорости и
замедлении. Такое управление позволяет получить коэффициент
продольного скольжения в пределах 15—20%, предотвратить
блокирование колес при торможении и не утратить курсовую
устойчивость движения автомобиля. При этом также обеспечи-
вается остановка автомобиля с минимальным тормозным путем.
4.4.1.	Структура антиблокировочной системы

На рис. 4.32 в качестве примера показана структура анти-
блокировочной системы управления четырьмя колесами. Систе-
ма содержит следующие основные устройства — ЭБУ, датчик
угловой скорости колес и исполнительный механизм*.

Датчики угловой скорости колес устанавливаются по одно-
му на правое и левое передние колеса. Один общий датчик
угловой скорости правого и левого задних колес расположен
в трансмиссии. Эти датчики вырабатывают сигналы скорости,
на основании которых ЭБУ посылает сигнал на исполнительные
механизмы для управления в соответствии со скоростью и со-
стоянием дороги. Исполнительный механизм по сигналу ЭБУ
регулирует давление тормозной жидкости в цилиндре каждого
колеса.

4.4.2.	Датчик угловой скорости колес

Датчик скорости передних колес состоит из чувствительного
элемента, содержащего постоянный магнит и обмотку, и зубча-
того колеса с 72 зубьями. Конструкция датчика показана на
рис. 4.33.

Рис. 4.33. Датчик угловой
скорости передних колес:
1 — втулка; 2 — тормоз-
ной диск; 3 — шарнир;
4 — датчик; 5 — зубча-
тое колесо; 6 — зубья
(72 шт.); 7 — обмотка
чувствительного элемен-
та; 8 — сердечник; 9 —
постоянный магнит.

В отечественной литературе называется модулятором. — Прим. ред.
Обмотка чувствительного элемента крепится на шарнире
рулевого управления. Зубчатое колесо устанавливается на сту-
пице и вращается синхронно с колесом автомобиля. При вра-
щении зубчатого колеса воздушный зазор между ним и об-
моткой чувствительного элемента изменяется, что приводит
к изменению магнитного потока и появлению на обмотке пере-
менного напряжения. Поскольку частота переменного напряже-
ния пропорциональна скорости вращения зубчатого колеса,
определить скорость вращения не представляет особого труда.
Датчик угловой скорости колес, предназначенный для антибло-

Рис. 4.34. Выходной сигнал датчика угловой скорости колес при высокой
(сплошная линия) и низкой (прерывистая линия) скорости.

Рис. 4.35. Датчик угловой скорости задних колес: / — картер коробки передач;
2 — ведомое зубчатое колесо датчика скорости; 3 — датчик скорости задних
колес.

рость автомобиля. Поэтому он должен иметь более высокие
точность и быстродействие по сравнению с датчиком скорости,
предназначенным для использования в системах управления
для движения с постоянной скоростью и рулевого управления.
На рис. 4.34 показан выходной сигнал датчика. Принцип рабо-
ты датчика угловой скорости задних колес полностью анало-
гичен. Датчик устанавливается в отверстии в картере коробки
передач (рис. 4.35). Зубчатое колесо в отличие от датчика пе-
редних колес имеет 60 зубьев. Оно вращается вместе с троси-
ком измерителя скорости. На выходе датчика появляется сиг-
нал, пропорциональный средней скорости вращения левого и
правого задних колес.
Рис. 4.36. Гидравлическая схема исполнительного механизма (показан только
фрагмент для передних колес): 1—насос рулевого управления с усилителем;
2— ЭБУ; 3— основное реле; 4— вспомогательный электромагнитный клапан;
5 — отверстие В; 6 — рулевой механизм; 7 — электромагнитный узел; 8 — ос-
новной электромагнитный клапан, выше расположено отверстие А; 9 — отвер-
стие С; 10 — редукционный поршень; 11 — исполнительный механизм; 12—
обводной поршень; 13 — редукционный узел; 14 — главный тормозной ци-
линдр; 15 — узел регулирования; 16 — поршень регулятора; 17 — обводной
узел; 18— клапан отсечки В; 19— клапан отсечки А; 20— тормозной цилиндр
колеса; 21 — датчик угловой скорости колес.

4.4.3.	Исполнительный механизм

Исполнительный механизм представляет собой узел, регу-
лирующий давление в тормозных цилиндрах колес по сигна-
лам, поступающим от ЭБУ. Гидравлическая схема механизма
показана на рис. 4.36. В качестве источника энергии для испол-
нительного механизма этой системы используется система ру-
левого управления с усилителем. Исполнительный механизм
функционально можно разделить на четыре узла;

1)	редукционный узел для повышения и понижения давле-
ния в тормозных цилиндрах колес;

2)	узел регулятора, регулирующий давление в системе ру-
левого управления в соответствии с давлением в главном тор-
мозном цилиндре;

3)	обводной узел, который в случае возникновения аномаль-
ного давления в рулевом управлении приостанавливает управ-
ление от антиблокировочной системы, и тормозная система ра-
ботает в обычном режиме;
Таблица 4.1. Состояние клапанов при управлении давлением
в системе передних колес

Изменение давления	Давление в цилиндре переднего колеса	Состояние электро- магнитных клапанов  вспомога-  основного	тельного
1.	Медленное понижение давления  2.	Быстрое понижение давления  3.	Медленное повыше- ние давления  4.	Быстрое повышение давления	Давление медленно сни- жается  Давление быстро сбра- сывается  Давление медленно на- растает  Давление быстро увели- чивается	Открыт	Закрыт  Открыт	Открыт  Закрыт	Закрыт  Закрыт	Открыт

Таблица 4.2. Состояние клапанов при управлении давлением
в системе задних колес

Изменение давления	Давление в цилиндрах колес	Состояние основного электромагнитного кла- пана
1.	Понижение давления  2.	Повышение давления	Давление снижается  Давление повышается	Открыт  Закрыт

4)	электромагнитный узел, который по сигналам ЭБУ пере-
ключает гидравлические цепи.

Учитывая необходимость управления с особенно высокой
точностью, в электромагнитный узел исполнительного механиз-
ма системы передних колес вводят два электромагнитных кла-
пана— основной и вспомогательный. Управление давлением
в цилиндрах передних колес осуществляется, как показано
в табл. 4.1, в соответствии с комбинацией их состояний. Испол-
нительный механизм задних колес содержит только основной
электромагнит. Управление давлением в цилиндрах этих колес
осуществляется в соответствии с табл. 4.2.

4.4.4.	Электронный блок управления

(1)	Структура ЭБУ

Структура ЭБУ приведена на рис. 4.37. Данная система
выполнена в виде цифровой электронной схемы, основу которой
составляет 8-разрядная микроЭВМ. Поскольку сигнал угловой
скорости колес представляет собой переменное напряжение, его
нельзя сразу подавать на микроЭВМ. В предлагаемой схеме
С 7 ОЯНОЧН02О rOf>MOJ<X

Рис. 4.37. Структура ЭБУ.
этот сигнал с помощью схемы формирования и выпрямления
преобразуется в цифровой (импульсный) сигнал и поступает на
вход прерывания микроЭВМ. Для предотвращения блокирова-
ния колес ЭБУ оценивает по сигналу скорости колес условия
торможения и выдает сигнал на схему питания электромагни-
тов исполнительного механизма. Напряжение питания на элек-
тромагниты поступает через контакты основного реле. В связи
с тем что для управления электромагнитами требуется большой
ток, сигналы микроЭВМ, проходя через выходную схему обра-
ботки, усиливаются и поступают в схему питания электромаг-
нитов.

Эталонная
скорость
управления
Эталонная
скорость ,
быстрого '
понижения
давления

Основной элек-
тромагнит-
ный клапан
вспомогате-
льный элект-
ромагнит-
ный клапан

Давление
в тормоз-
ном приводе

Замедлен
ние _ 4 “2

время

Рис. 4.38. Характеристика управления при скольжении.

(2)	Закон управления

Управление в системе происходит таким образом, чтобы
угловая скорость колес соответствовала коэффициенту про-
дольного скольжения, при котором коэффициент сцепления был
бы максимально возможным для каждого состояния дорожного
покрытия. Это достигается тем, что при блокировании колес их
линейная скорость резко падает по сравнению со скоростью
кузова автомобиля. Характеристика управления при скольже-
нии изображена на рис. 4.38.
Заключение о наличии блокирования колес делается в ре-
зультате анализа разницы скоростей колес и кузова. По скоро-
сти колес вычисляется, по существу, гипотетическая скорость
кузова. Эталонная скорость управления (скорость, при которой
начинается управление) устанавливается на Aui меньше гипо-
тетической скорости, а эталонная скорость быстрого снижения
давления (скорость, при которой происходит скольжение) — на
Ди2 ниже гипотетической. В начале торможения давление в ци-
линдрах колес повышается в соответствии с усилием на тормоз-
ную педаль и скорость колес снижается. Если скорость колес
оказывается меньше эталонной скорости управления, а замед-
ление становится выше Gi, то выдается сигнал на понижение
тормозного давления и скольжение прекращается. В случае
когда даже при наличии сигнала на понижение давления ско-
рость колес продолжает падать и оказывается меньше эталон-
ной скорости быстрого снижения давления, выдается сигнал на
быстрое снижение давления. Скорость колес восстанавливается
и приближается к скорости кузова, ускорение становится выше
G2, давление медленно возрастает и, как только ускорение пре-
высит G3, выдается сигнал на быстрое увеличение давления.
Таким образом, управление давлением в тормозном приводе и
предотвращение скольжения осуществляются в результате обра-
ботки сигналов о скорости колес и ускорении. Кроме того,
управление зависит от состояния дороги. Например, на дороге
с небольшим коэффициентом сцепления р. (обледенелой и т. п.)
уменьшение скорости колес при торможении происходит очень
быстро, а восстановление скорости при уменьшении тормозного
давления запаздывает. В этом случае запаздывают и управляю-
щие воздействия. В связи с этим по снижению скорости колес
определяется состояние дороги и вносится поправка к управле-
нию давлением в тормозном приводе.

(3)	Способ вычисления скорости колес

Наиболее ответственной операцией при управлении является
вычисление скорости колес, причем точность и время вычисле-
ний имеют существенное значение. Известны два принципиально
различных способа вычисления скорости колес — подсчет числа
импульсов, поступивших за определенный отрезок времени, и
вычисление периода времени поступления заданного числа им-
пульсов. Первый способ будем называть частотным способом
измерения, второй — способом измерения по периоду. Каждый
способ имеет свои достоинства и недостатки, поэтому в процес-
се управления при скольжении вычисление производится ком-
бинированным способом. Предварительно рассмотрим особенно-
сти обоих способов (рис. 4.39).
Как следует из рис. 4.39, в способе, основанном на подсчете
числа импульсов п за определенный отрезок времени Тс, возни-
кает ошибка, равная Тг. Точность измерения, следовательно, за-
висит от скорости колес — при низкой скорости точность умень-
шается. На высокой скорости период импульсов сокращается,
Тг уменьшается и по сравнению с Тс не оказывает на результат
заметного влияния. Однако на низкой скорости Те возрастает
и начинает существенно влиять на точность измерений.

В противоположность этому в способе, основанном на вы-
числении периода времени поступления заданного числа им-
пульсов, ошибка определяется только периодом тактовых им-
пульсов, используемых для измерения временных интервалов.
Поэтому и точность измерения ухудшается с повышением ско-
рости. Если период тактовых импульсов достаточно мал по
сравнению с периодом импульсов с датчика скорости, то проб-
лема точности отсутствует. Кроме того, в связи с зависимостью
времени вычисления от скорости управление усложняется и вре-
мя реакции в некоторых ситуациях ухудшается.

Рис. 4.39. Частотный способ измерения (а) и способ измерения по периоду (б):
Ki и Кг — постоянные.

Способ вычисления скорости, используемый в антиблоки-
ровочной системе, основан на измерении времени Т до поступ-
ления первого импульса после заданного отрезка времени Та
и подсчете числа импульсов (рис. 4.40). Хотя время вычисления
в этом случае и зависит от скорости колес, разброс его в худ-
шем случае не превышает одного периода и в среднем меньше,
чем в способе измерения по периоду.

Ошибка, как и при измерении по периоду, определяется
только периодом тактовых импульсов. Таким образом, способ
измерения с усреднением объединяет достоинства описанных
выше способов — ошибка почти так же мала, как в способе
измерения по периоду, а точность неизменна. Кроме того, вре-
мя вычисления скорости, как и в частотном способе, постоянно.

В качестве способов приема импульсов скорости колес
в микроЭВМ можно использовать обработку по прерыванию
или периодическое чтение данных с порта. Однако способ
приема информации с порта непригоден для измерения времен-
ных интервалов (в частности, периода) в условиях, когда точ-
ность зависит от периода тактовых импульсов. Дело в том, что
микроЭВМ. не только осущест-
вляет входную обработку, но
и выполняет ряд других опе-
раций и просто не справится
с возложенными на нее зада-
чами. Вместе с тем при реали-
зации обработки по прерыва-
нию структура аппаратных и
программных средств весьма

Рис. 4.40. Способ измерения скорости
с усреднением: Кз— постоянная.

Проста.

При выполнении обработки по прерыванию точность опре-
деляется частотой тактового генератора микроЭВМ (в данной
системе период тактовых импульсов составляет 1 мкс). Число
входов прерывания и функционально им эквивалентных в мик-
роЭВМ ограничено, поэтому при необходимости большого чис-
ла входов прерывания требуется введение специальных схем и
усложнение программного обеспечения.

Невысокая точность вычисления скорости колес в процессе
управления при скольжении влечет за собой блокирование ко-
лес и увеличение тормозного пути. Применение для вычисления
скорости способа измерения с усреднением позволяет получить
точность в пределах 1 % при периоде тактовых импульсов 1 мкс.
Глава 5. СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
КУЗОВА

5.1.	Автомобильные кондиционеры

Автомобильные кондиционеры предназначены для создания
комфортных условий в салоне автомобиля в течение всех четы-
рех сезонов года. Это достигается путем подогрева и охлажде-
ния воздуха, удаления из него влаги за счет переключения
воздушного потока, проходящего через теплообменники нагре-
вателей и охладителей, размещенных в едином корпусе. Есте-
ственно, что для этого требуется более высокий уровень управ-
ления, чем в системах с независимым подогревом и охлажде-
нием.

Появились кондиционеры, которые автоматически поддер-
живают заданную температуру в салоне. Они регулируют тем-
пературу и воздухообмен на основе данных о внешней темпера-
туре, интенсивности солнечного излучения и температуре воз-
духа в салоне. Сложность системы управления в таких конди-
ционерах гораздо выше, чем в бытовых.

5.1.1.	Структура системы

Существует много различных типов автомобильных конди-
ционеров, однако здесь мы рассмотрим лишь автоматическую
систему кондиционирования, структура которой показана на
рис. 5.1. При включении режима стабилизации температуры
с помощью выключателя установки температуры в ЭБУ посту-
пают сигналы от датчиков температуры воздуха в салоне, внеш-
ней температуры, интенсивности солнечного излучения и темпе-
ратуры охлаждающей жидкости двигателя. На основе этих дан-
ных ЭБУ вычисляет необходимую температуру выпускаемого
воздуха и управляет степенью открытия заслонки воздушного
смесителя и водяного клапана, а также подключением впускно-
го и выпускного отверстий. Это позволяет поддерживать задан-
ную температуру салона.

Регулирование температуры осуществляется следующим об-
разом. Прежде всего происходит переключение впускного отвер-
стия на поступление воздуха из атмосферы или из салона, за-
тем одновременно с охлаждением этого воздуха в теплообмен-
нике при помощи охладителя (испарителя) происходит конден-
сация и удаление из него влаги. Охлажденный и обезвоженный
воздух частично (в зависимости от степени открытия заслонки
воздушного смесителя) вновь нагревается, проходя через нагре-
146
Заслонка впускного
отверстия

Рис. 5.1. Система автоматического кондиционирования: D1—датчик темпе-
ратуры воздуха в салоне; D2— датчик интенсивности солнечного излучения;
D3 — датчик температуры охлаждающей жидкости двигателя; D4 — датчик
температуры воздуха вне салона; D5 — датчик температуры испарителя; S1 —
выключатель установки температуры; S2 — переключатель режима.

ватель, а частично в охлажденном виде, минуя нагреватель,
поступает в камеру смесителя. Подогретый и охлажденный по-
токи, смешиваясь в камере смесителя, приобретают соответст-
вующую температуру и поступают через выпускное отверстие
в салон, устанавливая заданную температуру.

Обычно в автоматических кондиционерах применяют сле-
дующие виды управления в зависимости от условий внутри и
вне автомобиля:

1)	регулирование температуры воздуха на выпуске — изме-
нением степени открытия заслонки воздушного смесителя;

2)	регулирование интенсивности потока воздуха — измене-
нием частоты вращения вала двигателя вентилятора;

3)	управление впускным и выпускным отверстиями — пере-
ключение выпускных отверстий охладителя и нагревателя, пере-
ключение поступления воздуха из атмосферы или салона.

4)	управление компрессором — включение и выключение
электромагнитной муфты компрессора.

5.1.2.	Датчики температуры

В кондиционерах применяют несколько датчиков темпера-
туры — датчики внутренней и наружной температуры воздуха,
датчик температуры испарителя и датчик температуры охлаж-
дающей жидкости двигателя. Во всех датчиках используются
термисторы, причем термисторы датчиков внутренней и наруж-
ной температуры и температуры испарителя имеют одинаковые
характеристики (рис. 5.2). Характеристика датчика температу-
ры охлаждающей жидкости показана на рис. 5.3.

Рис. 5.2. Слева и в центре — внешний вид датчиков температуры воздуха
в салоне и снаружи, справа — характеристика этих датчиков, а также датчика
испарителя.

Температура, °C

Датчик температуры воздуха в салоне содержит малогаба-
ритный вентилятор, чтобы, пропуская через себя воздух сало-
на, показывать его среднюю температуру. Внешняя часть дат-
чика температуры воздуха вне салона изготавливается из смо-
лы с высокой теплоемкостью, поэтому датчик не реагирует на
резкие изменения температуры (например, из-за поступления
отработавших газов от впереди идущего автомобиля) и пока-
зывает среднюю наружную температуру. Датчик испарителя
устанавливается на выходном отверстии испарителя (в котором
происходит испарение сжатого хладоагента) и показывает тем-
пературу охлажденного воздуха, т. е. дает информацию о мак-
симально достижимой степени охлаждения. Датчик температу-
ры охлаждающей жидкости расположен на выходе из системы
охлаждения двигателя и показывает се температуру. Он ис-
пользуется для установления наибольшей охлаждающей спо-
собности и включения в случае необходимости схемы подо-
грева.

Рис. 5.3. Характеристика датчика тем-
пературы охлаждающей жидкости.

5.1.3.	Датчик интенсивности
солнечного излучения

Датчик устанавливается
над щитком приборов так,
чтобы он воспринимал солнеч-
ные лучи. С помощью этого
датчика определяется интен-
сивность солнечного излучения
и учитывается изменение тем-
пературы салона, вызванное
солнечными лучами. Датчики могут быть двух видов — с тер-
мистором и с фотодиодом. Конструкция датчика с фотодиодом
показана на рис. 5.4. Фотодиод подбирается таким образом,
чтобы он не реагировал на температуру окружающего воздуха,
но обладал высокой чувствительностью к солнечным лучам.
Характеристика датчика показана на рис. 5.5.

Рис. 5.4. Конструкция датчика интенсивности солнечного излучения: сечение
(слева), эквивалентная схема (в центре) и внешний вид (справа).

Рис. 5.5. Характеристика датчика ин-
тенсивности солнечного излучения.

5.1.4.	Электронный блок управления

(1)	Структура ЭБУ

Структура ЭБУ автоматического кондиционера представлена
на рис. 5.6. В системе используются фактически два ЭБУ —
ЭБУ индикацией и ЭБУ, выполняющий регулирование. Оба
ЭБУ выполнены на основе однокристальных микроЭВМ и осу-
ществляют управление путем обмена между собой выходными
и входными сигналами. ЭБУ индикацией производит входную
обработку сигналов от различных переключателей заслонок и
обеспечивает индикацию заданной температуры. ЭБУ, выпол-
няющий регулирование, с помощью аналого-цифрового преоб-
разователя преобразует аналоговые сигналы различных датчи-
ков температуры, установленных внутри и снаружи автомобиля,
ЭБУ индикацией

Рис. 5.6. Структура ЭБУ автоматического кондиционера: D1—датчик темпе-
ратуры воздуха в салоне; D2 — датчик наружной температуры; £)3 — датчик
интенсивности солнечного излучения; D4—датчик испарителя; D5—датчик
температуры охлаждающей жидкости.

в цифровые сигналы; с помощью микроЭВМ. вычисляет необхо-
димую температуру воздуха на выпуске и в соответствии с ус-
ловиями внутри и снаружи автомобиля вырабатывает сигналы
для различных исполнительных механизмов.

(2)	Закон управления

Укрупненная блок-схема алгоритма управления показана па
рис. 5.7.

1)	Требуемая температура выпуска

Для поддержания определенного теплового баланса в салон
подается воздух с температурой ТА0, вычисленной по следую-
щей формуле:
/Начало

Начален. установка
значении перемени

| Ввод параметров |

ввод показаний
датчиков

Вычисление требу-
емок температуры вы-
пуска ТА0

Выбор режима при
автомат, действии

Рис. 5.8. Закон управления смесителем:
сплошная линия — при выключенном
компрессоре, прерывистая — при вклю-
ченном.

Ввод сигналов о
положении перек-
лючателей

Выбор режима регу-
лирования

Вычисление расхода
воздуха

Вычисление степени
открытия заслонки
воздушн. смесителя

Улравл. заслонкой
доздуган. смесителя

Максимально
горячий

t ZZ

[ Вывод на индикацию |

Вывод на исполнит.

.Максимально
колодный

Рис. 5.7. Блок-схема
алгоритма управле-
ния.

। ।____|_____» । —

-4-3	0	3 4 ’С

Рис. 5.9. Коррекция положения заслон-
ки воздушного смесителя.

Тао = К.гТт — КамТам — KsSr — С,

где Тг — температура воздуха внутри салона; ТАм— температу-
ра воздуха снаружи салона; St—интенсивность солнечного из-
лучения; Кг, Кам, Ks, С — постоянные коэффициенты.

Для того чтобы температура в салоне была равна заданной,
микроЭВМ. вычисляет температурную поправку по формуле

Tao = KsetTset — KrTr — КамТам — KsSt— С,

где Tset — заданная температура, Kset— постоянный коэффи-
циент.

Степень открытия заслонки воздушного смесителя устанав-
ливается на основании графика, изображенного на рис. 5.8.
По нему определяется степень открытия, соответствующая вы-
численной температуре воздуха на выпуске ТАо. Регулирование
температуры воздуха (от холодного до теплого) осуществляется
изменением состава смеси из охлажденного и нагретого потоков
воздуха. Положение заслонки воздушного смесителя плавно
регулируется от полностью открытого состояния до полностью
закрытого мембраной сервомеханизма, приводимой в действие
разрежением. Сервомеханизм связан с потенциометром, сигнал
которого пропорционален степени открытия заслонки. В резуль-
тате образуется сигнал обратной связи, позволяющий сделать
близкими реальную и вычисленную степени открытия заслонки
(рис. 5.9).

(3)	Аналого-цифровой преобразователь

ЭБУ автоматического кондиционера принимает сигналы от
большого числа различных датчиков, в том числе датчиков тем-
пературы. Сигналы температурных датчиков представляют
обычно аналоговые величины, поэтому для обработки в цифро-
вых схемах они преобразуются в дискретные величины с

Рис. 5.10. Аналого-цифровой преоб-
разователь на основе микроЭВМ.

помощью аналого-цифровых
преобразователей (АЦП).
АЦП может быть выполнен
в виде одной БИС или в виде
схемы, использующей мик-
роЭВМ.. Здесь мы рассмотрим
АЦП, выполненный на мик-
роЭВМ и цифроаналоговом
преобразователе (ЦАП)
(рис. 5.10). АЦП содержит
сдвиговый регистр для преоб-
разования последовательных
данных в параллельные, ЦАП
для преобразования парал-
лельных данных в аналоговый
сигнал и компаратор, который
сравнивает выходной сигнал
ЦАП с сигналом датчика.

Если разрешающая способность АЦП соответствует 8 раз-
рядам, то разрядность параллельных данных будет также рав-
на 8 и на выходе регистра сдвига появляется одно из 256 (28)
значений от (0000 0000) 2 до (1111 1111)2. Напряжение, выраба-
тываемое вышеописанным ЦАП и пропорциональное определен-

ному состоянию регистра, сравнивается в компараторе с на-
пряжением, поступившим от датчика. Состояние регистра сдви-
га, при котором на выходе компаратора имеется низкий уровень
напряжения «L», соответствует цифровому представлению сиг-

нала датчика.

В способе преобразования, описанном выше, можно осу-
ществить обработку сигнала только одного датчика. Для анало-
го-цифрового преобразования сигналов от нескольких датчиков
следует использовать мультиплексорные устройства.

Известно несколько способов построения ЦАП. Рассмотрим принцип дей-
ствия ЦАП типа R-2R, схема которого приведена на рис. 5.11. Как можно
понять из схемы, сопротивление* в точке F с учетом левого и верхнего ре-
зисторов равно R. Сопротивление в точке Е с учетом левых и верхних ре-
зисторов также равно R. Таким образом, сопротивление влево от точки А
будет равно 2R, а влево и вниз — R. В результате, если выключатель Ss
подключен к уровню Уяел а остальные — к массе, то потенциал Кд точки А
будет равен 1/3 Vref, поскольку эталонное напряжение делится на резисто-
рах 2R и R.

Потенциал Ув точки В в результате деления потенциала Уд точки А
на резисторах R и R оказывается равным

Рис. 5.11. Схема цифроаналогового преобразователя типа R-2R.

Аналогично для потенциала Ус точки С
у_______________________1 у______I2 . 1 у

С~ 2 В“ 2	3 REF'

В общем случае, обозначая состояние переключателей

через Si, запишем

Другими словами, заменяя переключатели в этой схеме на сдвиговый
регистр, показанный на рис. 5.10, получим аналоговый сигнал, величина ко-
торого пропорциональна состоянию сдвигового регистра.

5.2.	Электронное измерительное устройство

Электронное измерительное устройство (цифровой измери-
тель) с помощью микроЭВМ осуществляет вычисления и обра-
ботку информации о скорости движения автомобиля, скорости
вращения коленчатого вала двигателя, расходе топлива и т. п.

* Далее рассматривается сопротивление между какой-либо точкой и
массой. — Прим. ред.
Оно отображает эту информацию для водителя в цифровом ви-
де, используя люминесцентные индикаторы, светодиоды и инди-
каторы на жидких кристаллах. Прежде для этих целей исполь-
зовались стрелочные приборы.

Измерители служат для информирования водителя о состоя-
нии автомобиля. Поэтому они должны давать только достовер-
ную информацию и в кратчайшие сроки. Цифровые измерители
более удобны для водителя, чем стрелочные приборы, посколь-
ку их показания легче считываются. Они обладают меньшей по-
грешностью и снижают вероятность ошибки при приеме инфор-
мации водителем. К этому следует добавить, что имеется неко-
торая свобода в выборе формы индикатора.

5.2.1.	Структура измерительного устройства

Электронное измерительное устройство объединяет в себе
спидометр, тахометр и топливный расходомер. На рис. 5.12
показана структурная схема устройства. На вход системы по-

Рис. 5.12. Электронное измерительное устройство.

ступает сигнал датчика скорости автомобиля, сигнал из систе-
мы зажигания, соответствующий скорости вращения коленчато-
го вала двигателя, сигналы топливного расходомера и датчика
температуры охлаждающей жидкости двигателя.

5.2.2.	Устройства индикации

Устройства индикации непосредственно передают водителю
информацию об автомобиле и поэтому являются наиболее важ-
ными элементами измерителя. В настоящее время в качестве
индикаторов для электронных измерительных устройств при-
меняют светодиоды, люминесцентные приборы, устройства ото-
бражения на жидких кристаллах и электронно-лучевые трубки.
Каждый из этих индикаторов имеет свои достоинства и недо-
статки. В основном сейчас используют люминесцентные и жид-
кокристаллические индикаторы. Рассмотрим характерные осо-
бенности устройств индикации.

(1)	Светоизлучающий диод

Светодиод — это полупроводниковый прибор, который при
протекании тока в прямом направлении преобразует электриче-
ский ток в видимое или инфракрасное излучение. Обычно в све-
тодиодах используется химически связанный полупроводник
(типа GaP). Применение светодиодов не ограничивается только
индикацией, их используют в оптической связи, выбирая полу-
проводник, испускающий невидимые глазу инфракрасные лучи
(GaAs).

Основу светодиода составляет рп-переход полупроводниково-
го кристалла. Варьируя материал полупроводника, можно из-
менять длину волны излучения, т. е. получать различные цвета
излучения (чаще всего зеленый и красный). Кроме того, све-
тодиоды обладают высокой надежностью и большим сроком
службы.

Вместе с тем в связи с большим током потребления и направ-
ленностью излучения необходимы различные технические прие-
мы, улучшающие эффективность светоиспускания, и специаль-
ный подбор формы линзы.

Разрабатываются светодиоды различной формы, однако ча-
ще всего используют светодиоды типа сигнальной лампы и
7-сегментные светодиоды для цифровой индикации.

Индикация скорости вращения коленчатого вала двигателя
осуществляется, как правило, в виде шкалы, имеющей большое
число светодиодов. В этом случае важен подбор яркости све-
чения нескольких светодиодов.

(2)	Люминесцентные индикаторы

Люминесцентный индикатор представляет собой разновид-
ность вакуумной лампы, в которой используется свечение люми-
нофора под действием потока электронов. На рис. 5.13 показан
пример конструкции такого прибора. При приложении напряже-
ния к нити накала (катоду) происходит ее нагревание и испус-
кание тепловых электронов. Сетка (обычно металлическая), на
которую подается положительное напряжение, управляет
скоростью электронов, испускаемых нитью накала, и равномер-
но рассеивает их по индикаторным сегментам. Сегменты покры-
ваются люминофором, поэтому при приложении к ним положи-
тельного напряжения электроны, ударяясь о поверхность люми-
нофора, вызывают светоизлучение. Люминесцентный индикатор
по сравнению с другими устройствами отображения информации
обладает определенными преимуществами — высокой надежно-
стью, стойкостью к дестабилизирующим факторам окружающей
среды, а также требует сравнительно низкого рабочего напря-
жения и позволяет реализовать цветную индикацию.

(3)	Жидкокристаллические индикаторы

В жидкокристаллическом индикаторе (ЖКИ) используется
изменение специфического расположения молекул жидкого кри-
сталла под действием напряжения и сопутствующее этому варь-
ирование оптических свойств. В настоящее время применяют, в
основном, твистированные нематические кристаллы (TN) и кри-
сталлы типа «гость-хозяин» (GH). Принцип действия TN ЖКИ
показан на рис. 5.14.

Рис. 5.13. Конструкция люминесцентного индикатора: защитное стекло сплав-
ляется с подложкой по всему периметру: / — защитное стекло; 2 — выпускная
трубка; 3 — сетка; 4 — нить накала; 5 — анод (сегмент); 6 — стеклянная под-
ложка; 7— контакт нити накала.

В TN ЖКИ жидкокристаллический слой располагается меж-
ду двумя поляризаторами. При отсутствии напряжения длинные
оси молекул жидкого кристалла плавно поворачиваются на 90°,
так что оси поляризации правой и левой плоскостей кристалла
оказываются расположенными под прямым углом. В этом слу-
чае свет, проходящий через поляризатор, падает на жидкокри-
сталлический слой и, поворачиваясь на 90° за счет расположе-
ния молекул жидкого кристалла, достигает второго поляриза-
тора. Таким образом, оба поляризатора оказываются
прозрачными для падающего света. Если к кристаллу прикла-
дывается напряжение, то молекулы жидкого кристалла зани-
мают одинаковые положения, свет на кристалле не меняет
своей поляризации и не проникает через поляризатор.
Жидкокристаллический дисплей в отличие от светодиода и
люминесцентного индикатора не является прибором с самоис-
пусканием света, он только принимает падающий свет. Поэтому
при большей освещенности видимость индикации улучшается.
Из-за ухудшения видимости при плохой освещенности жидко-
кристаллические дисплеи в автомобилях обычно подсвечивают
с тыльной стороны лампой накаливания или газоразрядным при-
бором с холодным катодом. Преимущества жидкокристалличе-
ских дисплеев перед другими средствами отображения инфор-
мации заключаются в малой потребляемой мощности и низком
рабочем напряжении, а недостаток их состоит в уменьшении
быстродействия при низкой температуре. Для устранения ука-
занных недостатков ведутся работы. Для того чтобы ЖКИ
можно было использовать на автомобилях уже в настоящее

о : Молекула жк

Поляризатор TN ЖК Поляризатор Поляризатор TN жк Поляризатор

Рис. 5.14. Принцип действия жидкокристаллического индикатора типа TN при
отсутствии (слева) и при приложении (справа) напряжения.

время при широком диапазоне температур, используют цепи
подогрева, которые периодически подогревая прибор, создают
требуемые для ЖКИ температурные условия.

5.2.3.	Спидометр

Спидометр производит вычисление скорости автомобиля на
основе сигналов датчика скорости и отображение се значения
на индикаторе. Для вычисления скорости используется один из
двух способов — подсчет числа импульсов, поступивших за оп-
ределенный интервал времени, и измерение периода импульсов
скорости. Структурная схема спидометра, реализованного по
первому способу, показана на рис. 5.15.

Схема синхронизации выявляет передний фронт импульса
в сигнале датчика скорости и открывает логический вентиль.
Импульсы сигнала скорости поступают на счетчик, который
производит их суммирование. По истечении заранее установ-
ленного времени схема синхронизации закрывает логический
вентиль и суммирование прекращается. Затем данные счетчика
и запоминающей схемы сравниваются и только в том случае,
когда разность превышает 1 км/ч, содержание счетчика переда-
ется на индикацию. Кроме того, эти данные заносятся в запоми-
нающую схему. Затем счетчик сбрасывается в нулевое состояние
схемой синхронизации и вышеописанные действия повторяются.
При малом интервале времени измерения, например 0,3 с, число
импульсов с датчика скорости невелико, и погрешность измере-
ния существенна. В связи с этим используется датчик, выраба-
тывающий 20 импульсов за один оборот, что обеспечивает раз-
решающую способность индикации, равную 1 км/ч. При скоро-
сти, превышающей 100 км/ч, схема фиксации скорости выдает
сигнал предупреждения. В других электронных системах управ-
ления автомобиля обычно пет необходимости в столь высокой

управления

Рис. 5.15. Структурная схема спидометра.

точности измерения скорости, т. е. иметь 20 импульсов за один
оборот. Поэтому передача сигналов скорости в другие системы
управления осуществляется после их деления на коэффициент 5.

(1) Датчик скорости

Датчики скорости, применяемые в электронных измеритель-
ных устройствах, могут быть двух типов — оптоэлектронными
(в которых вращение вала коробки передач передается троси-
ком спидометра и преобразуется с помощью фотопрерывателя
в импульсы скорости) и безтросовыми (содержащими магни-
торезистивный элемент (МРЭ), который устанавливается в
трансмиссии). В оптоэлектронном датчике металлический трос
приводится от ведомого вала коробки передач. Конструкция
такого датчика показана на рис. 5.16. Импульсные сигналы,
частота которых пропорциональна скорости, вырабатываются
с помощью фотопрерывателя и диска с прорезями, приводимого
в движение тросиком спидометра.
Конструкция датчика на основе МРЭ показана на рис. 5.17.
При вращении приводной оси, связанной с ведомым валом
коробки передач шестерней, вращается и кольцевой многопо-
люсный магнит. В результате возникающих при этом измене-
ний магнитного потока, меняется сопротивление МРЭ, располо-
женного в ИС. Эти изменения сопротивления обнаруживаются

Рис. 5.16. Конструкция оптоэлектронного датчика скорости: 1 — тросик спи-
дометра; 2— фотопрерыватель; 3— диск; 4 — светодиод; 5 — фототранзистор;
6— выход датчика; 7 — масса.

Рис. 5.17. Датчик скорости с магни-
торезистивным элементом («Тойота»):
1 — ИС, содержащая МРЭ; 2 — мас-
ло и уплотнение; 3 — приводная ось;
4 — монтажные провода; 5 — кольце-
вой многополюсный магнит; 6 — под-
шипник.

Рис. 5.18. Схема датчика скорости с
магниторезистивным элементом: 1 —
магниторезистивпый элемент; 2 —
ключ зажигания; 3 — кольцевой мно-
гополюсный магнит; 4 — компаратор;
5 — выход датчика.

мостовой схемой, показанной на рис. 5.18, и преобразуются в
20 импульсов за один оборот. На рис. 5.19 показан принцип
действия МРЭ. Основное свойство МРЭ заключается в том, что
при совпадении направления протекания тока с направлением
магнитных силовых линий сопротивление МРЭ максимально, а
при перпендикулярности направлений — минимально.
Магнитные силовые
линии (вертикальные}

А А Д

Магнитные силовые
линии (горизонтальные)

Рис. 5.19. Принцип действия магииторезистивного элемента (МРЭ).

Магнитные силовые
линии(перпендикулярны
плоскости чертежа)

0000000

Оба типа датчиков скорости совершают 637 оборотов в
минуту на скорости 60 км/ч и вырабатывают 20 импульсов за
один оборот.

5.2.4.	Тахометр

Тахометр используется для индикации частоты вращения
коленчатого вала двигателя. Существует большое число тахо-
метров, имеющих шкалу, выполненную на основе светодиодов,
люминесцентных или жидкокристаллических индикаторов. Для
измерения частоты вращения коленчатого вала двигателя ис-
пользуется импульсный сигнал с первичной обмотки катушки
зажигания. Величина, обратная временному интервалу между
импульсами, пропорциональна частоте вращения коленчатого
вала двигателя. Импульсные сигналы с катушки зажигания
поступают на вход прерывания микроЭВМ, которая измеряет
период каждого импульса (рис. 5.20), находит средний период
за 4 импульса и вычисляет частоту вращения коленчатого вала

Сигналы с
катушки
зажигания

R-K±

Рис. 5.20. Способ вычисления частоты вращения коленчатого вала двигателя:
R — частота вращения коленчатого вала двигателя; Т — временной интервал
сигналов с катушки зажигания; К—постоянный коэффициент.


двигателя. Новое измерение частоты осуществляется через один
оборот коленчатого вала двигателя, т. е. для 4-цилиндрового
двигателя через каждые два импульса. Для индикации вновь
найденного значения частоты микроЭВМ пересылает новые
данные на схему индикации. Время обновления данных зависит
от временного интервала между импульсами и сокращается с
ростом скорости. Это очень хорошо согласуется с особенностями
восприятия информации человеком. Структура электронной схе-
мы тахометра представлена на рис. 5.21.

I____________________________________________________________________________________________________________I

Рис. 5.21. Структурная схема тахометра.

5.2.5.	Топливный расходомер

Топливный расходомер — это устройство, которое принимает
сигналы датчика уровня топлива и отображает на шкальном
индикаторе количество оставшегося топлива. Особенностью
электронного расходомера топлива является то, что он обеспе-
чивает точную индикацию и при небольших остатках топлива.

(1)	Датчик уровня топлива

Широко распространенные датчики уровня топлива выполне-
ны в виде давно известной конструкции, которая, как показано
на рис. 5.22, содержит поплавок, перемещающийся в соответствии
с уровнем топлива, корпус с закрепленным на нем переменным
резистором, и рычаг, соединяющий поплавок и корпус. Корпус
устанавливается на стенке топливного бака. При изменении
уровня топлива в баке поплавок изменяет положение, вызывая
перемещение контактной пластины по поверхности резистора,
что приводит к варьированию сопротивления. Таким образом,
уровень топлива можно определить по падению напряжения на
Рис. 5.22. Датчик уровня топлива: 1 — контактнаи пластина; 2 — резистор;

3 — корпус; 4 — рычаг поплавка; 5 — поплавок.

резисторе. Однако если напряжение питания не остается посто-
янным, то возможно появление ошибки в измерении уровня
топлива.

(2)	Работа системы

На датчик уровня топлива от ЭБУ поступает постоянное
напряжение 5 В. Выходное напряжение датчика подвергается
аналого-цифровому преобразованию и через каждые 0,1 с посту-
пает в микроЭВМ. МикроЭВМ осредняет цифровые данные, по-
ступившие за определенный интервал времени, и отображает
вычисленный уровень топлива на индикаторных сегментах, обра-
зующих шкалу. Для ускорения индикации при включении
зажигания значения, полученные после преобразования, осред-
няются на интервале около 0,4 с. При нормальной работе для
исключения мерцания индикатора при резких поворотах автомо-
биля осреднение производится в течение 26 с. Поскольку для
исключения мерцания обычно недостаточно только осреднения,
изменение показаний индикатора производится только для од-
ного сегмента или показания обновляются только в том случае,
если они повторились заданное число раз. Структура топливного
расходомера показана на рис. 5.23.

Рис. 5.23. Структурная схема топливного расходомера.
Телевизионные антенны

Левая Y Лрабая
QI О .	-

|@ ©|----

Видеоадаптер

Датчик

Телебизиои -
нота тюнер

Зву- >
новой \Йспол ннтёлън.

сигнал

орган a/сустц
ческой
системы

J ХСагтсал.

\рйзодралсения

Видеоконт-
роллер

Ригнальт основу
ных цветов к

— Рл1

бягкал топливного расходомера ^иг„ам, ОС,/0!Н1>,Г
-	111 _ " I	.. JJ. — ,.ЯатлЯ

уровня топлива. |-

цветов

Датчик частоты кодек. вала ►
Выключатель управ подвеской »•

Выклюй уттравл трансмиссией
Вьткл. для двипс. с пост, скор.
Выкл. стояночного тормоза
Выев, нейтральной передачи

индикатор

Контроллер
дисплея на
ЭЛТ

| Левый и пра-
вый передние
I громкоеово-
1 ригели

-f ттт Органы
"nil управления
_ -рр телевизором

Дисплей
на ЭЛТ

ЭБУ двигателя

Реостат

освещения
сз о а Выключатели

ЭБУ трансмиссии

ЭБУ подвески

tA6C___________

ГЭБУ движения________

с постоянней скоростью

1/2г<?,Л'/?^»<*Л7/У/лН г-*сИ

Рнс. 5.24. Пример информационной системы («Тойота»): Рл1—реле управле-
ния освещением в салоне.

5.3.	Информационная система

Информационная система предназначена для отображения
большого числа данных на едином устройстве индикации. Обыч-
но для этих целей используются электронно-лучевые трубки

ЭЛТ, называемые также трубками Брауна, широко использу-
ются в бытовых телевизорах и дисплеях ЭВМ. Совсем недавно
их стали применять и на автомобилях. К числу достоинств
ЭЛТ следует отнести возможность цветной индикации произ-
вольных образов, быстроту изменений показаний, высокую
контрастность изображения и широкий диапазон рабочих тем-
ператур. Вместе с тем им присущи и некоторые недостатки —
большая длина, сложность способов управления и высокое ра-
бочее напряжение. Однако, поскольку необходимость индикации
данных большого объема неуклонно растет, работы по совер-
шенствованию ЭЛТ продолжаются. Успехи в области полупро-
водниковой технологии уже позволяют реализовывать схемы
управления ЭЛТ в виде БИС.

5.3.1.	Функции и структура системы

Установка в приборную панель цветной ЭЛТ позволяет в
процессе движения отображать различную информацию о дви-
жении автомобиля, а во время стоянки принимать телепрограм-
мы. Кроме того, обеспечивая связь с другими электронными
системами управления, можно получить новые функции, напри-
мер отображение предостерегающей и диагностической инфор-
мации от различных ЭБУ.

На рис. 5.24 показан пример такой системы, а на рис. 5.25 —
основной принцип ее работы. Она выполняет следующие функ-
ции:

1)	Ведущий монитор: отображает информацию о частоте
вращения коленчатого вала двигателя и информацию, относя-
щуюся к коробке передач, состоянию ходовой части.

2)	Монитор расхода топлива: отображает путевой расход
топлива (км/л) и расход топлива (л).

Рекомендации
по техническ.
обслуживанию

Управляющий
монитор

предупреждение
о начале во болт
двигателя

Монитор
расхода
топлива

Vnредосте- rd

СЛрежение

I--------- А

Рекомендации

ТВ-зкран

по техчическ
обслуживан.

Диагнос-
тика

Рис. 5.25. Принцип работы информационной системы: светлые стрелки — авто-
матический обмен информацией, черные1—полуавтоматический.

3)	Рекомендации по техническому обслуживанию: вычисля-
ет и отображает момент технического обслуживания (замена
шин, масла и т. п.), вычитая пройденное расстояние из задан-
ных величин.

5.3.2.	Электронно-лучевая трубка

Конструкция ЭЛТ, как показано на рис. 5.26, содержит
воронкообразную стеклянную трубку, в которой располагаются
электронные пушки, теневая маска и люминесцентный экран.
Стеклянная трубка состоит из горловины и конуса; дно конуса
покрыто тремя видами люминофоров для трех цветов в виде
регулярного рисунка. В горловине размещаются три электрон-
ных пушки для трех цветов — красного, зеленого и синего, при-
чем три электронных луча фокусируются в небольшое пятно на
люминесцирующем экране. Перед экраном располагается
теневая маска, на которой регулярно размещены многочислен-
ные небольшие отверстия. Как показано на рис. 5.27, каждому
отверстию соответствует группа люминофоров на экране, состоя-
щая из люминофоров красного, зеленого и синего цветов.

Три электронных луча, испускаемые электронными пушка-
ми, управляются с помощью отклоняющей системы и сканируют
поверхность люминесцирующего экрана. Проходя через отвер-
стие теневой маски, электронный луч попадает на тот люмино-
фор, цвет которого соответствует электронной пушке. Благода-
ря тому что интенсивности электронных лучей регулируются в

Рис. 5.26. Конструкция электронно-
лучевой трубки: 1 — электронная
пушка; 2 — цоколь; 3 — горловина;
4 — отклоняющая катушка; 5 — ко-
нус; 6 — электронный луч; 7 — экран-
ное стекло; 8 — теневая маска; 9 —
люминесцирующий экран.

Рис. 5.27. Теневая маска цветной ЭЛТ.

соответствии с сигналами цветности, изменяя пропорции свето-
излучения красного, зеленого и синего люминофоров, можно
воспроизвести любой цвет.

5.4.	Навигационная система

Навигационные системы весьма разнообразны. В наиболее
общем виде — это устройство, которое для заданного водителем
пункта назначения показывает направление движения автомо-
биля, расположение пункта назначения и его достижимость,
используя для этой цели датчик азимута и датчик пройденного
пути.
Индикатор
азимута моста
назначения

Устройство
Цифровой
индикации

Индикокт/р
абсолштиого
азимута

NAVI СОМ

Функциональные клавиши

Геомагнитный
датчик азимута

Индикаторы:
указателе местоположения f
указатель нсстоположения 2

Индикаторы

Аккумуляторная

Предохранители
ламп, располо'
женных в салоне

Индикатор доспи-
мимос/пи мес/яа
нозначения

го хода

Предохранитель
прикуривателя

батарея

Рис. 5.28. Пример навигационной системы («Тойота»).

н

5.4.1.	Функции и структура системы

Пример навигационной системы представлен на рис. 5.28.
Она состоит из устройств управления, индикации, датчиков и
схемного узла. В схемном узле используются 8- и 4-разрядные
однокристальные микроЭВМ. Четырехразрядная микроЭВМ
предназначена в основном для индикации, а 8-разрядная — для
вычисления расстояний и азимута. Навигационная система
осуществляет индикацию оставшегося расстояния (линейного
расстояния) до пункта назначения, азимута пункта назначения
и достижимости. Индикация азимута производится с использо-
ванием 16 румбов по отношению к курсу движения автомобиля.
На основе курса движения, который определяется датчиком
геомагнитного азимута, и азимута пункта назначения, устанав-
ливаемого водителем, вычисляется относительный азимут (рис.
5.29), который и отображается как азимут пункта назначения.

5.4.2.	Датчик азимута

Датчик азимута использует магнитное поле Земли и кон-
структивно представляет собой кольцевой магнитный сердеч-
ник с высокой магнитной проницаемостью, на который наматы-
ваются обмотка возбуждения и перпендикулярно друг другу две
выходные обмотки (рис. 5.30).
Рис. 5.29. Способ вычисления азимута пункта
назначения: а — курс движения автомобиля
относительно севера; — курс на пункт назна-
чения относительно севера; 7 — относительный
азимут (азимут пункта назначения).

Рис. 5.30. I еомагнитный датчик азимута.

Если к обмотке возбуждения приложить переменное напря-
жение, то магнитный поток будет изменяться и за счет электро-
магнитной индукции на выходных обмотках появится наведен-
ное напряжение. Но при отсутствии внешнего магнитного поля
напряжение на выходных обмотках будет отсутствовать, пос-
кольку изменение магнитного потока в этом случае вызывает,
как показано на рис. 5.31, появление в точках Si и S2 магнита
напряжений противоположной полярности, которые компенси-
руют друг друга.

Если перпендикулярно выходной обмотке X прикладывается
внешнее магнитное поле Н, то оно складывается с магнитным
полем тока возбуждения и изменения магнитного потока ста-
новятся асимметричными (рис. 5.32). В результате появляется
выходное напряжение, пропорциональное производной разно-
сти магнитных потоков.

Рис. 5.31. Принцип работы геомагнитного датчика азимута.
Если внешнее магнитное поле Н прикладывается под углом
0, то на выходных обмотках X и Y появляются напряжения,
равные соответственно

Ух = КЯсоз0, Vy = KHsin0.

Магнитное

При воздей-
ствии внеш-
него магнит-
ного поля Н

Рис, 5.32. Форма выходного напряжения геомагнитного датчика азимута.

Следовательно, угол 0 можно определить на основании Vx
и Vy по формуле

0 = arctg(Vy/Vx)

и установить, таким образом, курс движения автомобиля.

5.5.	Схема обнаружения обрыва нитей ламп

Схема обнаружения обрыва нитей ламп постоянно контро-
лирует состояние ламп задних и передних габаритных огней,
ламп стоп-сигнала и в случае их перегорания извещает водите-
ля, включая контрольные лампы.

На рис. 5.33 показана зависимость между током, протекаю-
щим через параллельно соединенные лампы, и напряжением.
Естественно, что при одном и том же напряжении ток в случае
перегорания лампы уменьшается. В схеме обнаружения последо-
вательно с лампами включается резистор обнаружения тока R
и используется различие в падении напряжения на этом резисто-
ре в случаях перегорания лампы и ее нормальной работы.
С этой целью в схему вводится эталонное напряжение, соответ-
ствующее промежуточному уровню между этими двумя напря-
жениями. Основная схема показана на рис. 5.34.

Компаратор ICi представляет собой заказную специализиро-
ванную ИС для обнаружения обрыва цепи и выполнен таким
образом, что в точку С подается эталонное напряжение. При
нормальной работе ток, протекающий по резистору обнаружения
Ri, больше тока, который возникает от эталонного напряжения.
Поэтому напряжение в точке А ниже эталонного напряжения,
и на выходе компаратора ICi имеется низкий уровень «Е».
Транзистор находится в закрытом состоянии, и контрольная
лампа не горит.
В случае перегорания лампы ток резистора Ri уменьшается,
потенциал точки А возрастает и превышает эталонное напряже-
ние. На выходе компаратора появляется высокий уровень напря-
жения «Н», транзистор открывается и загорается контрольная
лампа.

5.6.	Управление стеклоочистителем

Схема управления стеклоочистителем выполняет не очень
сложную, но чрезвычайно важную функцию, поскольку, созда-
вая хорошую видимость из автомобиля в дождливую погоду,
обеспечивает безопасность движения. Эта схема предназначена

Рнс. 5.33. Вольт-амперная ха-
рактеристика ламп: а—при
включении всех ламп; Ь — при
перегорании одной лампы; с —
эталонная характеристика.

Рис. 5.34. Пример схемы обнаружения об-
рыва нити ламп: В — аккумуляторная ба-
тарея; Li — контрольная лампа; Si — выклю-
чатель лампы стоп-снгнала; Ri — резистор
обнаружения; L2 — лампа стоп-сигнала.

для создания двух режимов работы (высокая и низкая скорос-
ти) и прерывистого действия. Известны также системы, в кото-
рых схема работает в комбинации с омывателем стекла и из-
меняет продолжительность паузы между ходами щеток в зави-
симости от скорости автомобиля и количества осадков. На рис.
5.35 показан пример схемы, связанной с омывателем.

5.6.1.	Прерывистое действие

Если переключатель стеклоочистителя находится в положе-
нии «Прерывистая работа», то контакт 6 подключается к массе
и транзистор Ts открывается. В результате по обмотке реле Ц
протекает ток, реле включается, контакты реле Гъ и гс соединя-
ются, и электродвигатель ЛГ2 начинает вращаться. В электродви-
Рис. 5.35. Пример схемы управления стеклоочистителем: М\ — электродвига-
тель омывателя; Si — переключатель режима работы стеклоочистителя; М2 —
электродвигатель стеклоочистителя; S2 — поворотный ползунковый выключа-
тель; В — аккумуляторная батарея.

гателе размещен поворотный ползунковый выключатель, пока-
занный на рис. 5.36. Если двигатель начинает вращаться, то
контакт с переключается с контакта а на контакт Ь, конденса-
тор Ci заряжается и потенциал его правой обкладки нарастает.
После одного оборота вала электродвигателя М2 контакт с
переключается с b на а и контакт 2 подключается к массе. Так
как левая обкладка конденсатора Ct имеет отрицательный по-
тенциал, транзистор Т3 закрывается и вращение вала двигателя
прекращается. Затем конденсатор Ci заряжается и, как только'
потенциал базы транзистора Т3 станет достаточно высоким,
транзистор откроется. Время заряда конденсатора определяет
время паузы между ходами щеток. Как только транзистор Т3
откроется, электродвигатель Af2 начинает вращаться и цикл
повторяется аналогичным образом.

5.6.2.	Работа с омывателем

При нажатии выключателя омывателя контакт 4 подключа-
ется к массе и насос омывателя начинает вращаться, подавая
на передние стекла омывающую жидкость. Однако транзистор Ti
до заряда конденсатора С2 остается закрытым. Если выключа-
тель омывателя продолжает оставаться нажатым, то конденса-
тор С2 заряжается и транзистор Т\
переходит в открытое состояние.
От времени заряда конденсатора С2
зависит время задержки.

Если транзистор Т{ открыт, то
конденсатор С3 заряжается, откры-
вает транзистор Т2 и вал электро-
двигателя начинает вращаться до
разряда конденсатора С3. Если
разряд конденсатора С3 произойдет
в промежуточном положении стек-
лоочистителя, двигатель будет про-
должать работать до тех пор, пока
контакт не установится в точке а,
т. е. пока щетка стеклоочистителя не
ние.

Рис. 5.36. Поворотный ползун-
ковый выключатель в электро-
двигателе стеклоочистителя:
в положении а контакт с под-
ключен к массе, в положении
b — к ключу зажигания.

примет исходное положе-

5.7.	Управление освещением

Устройство управления освещением автоматически включает
и выключает лампы задних и передних огней в соответствии с
окружающими условиями. Оно предназначено для повышения
удобства управления световыми приборами и безопасности
движения. Датчик устройства воспринимает изменение осве-
щенности и в сумерках включает сначала габаритные огни, а
с наступлением темноты автоматически включаются фары.
Световые приборы автоматически включаются также при въез-
де в тоннель.

В первое время в качестве датчиков использовали фоторези-
стор (полупроводник CdS), однако в настоящее время приме-
няют в основном фотодиоды, имеющие миниатюрное исполнение.
Ток, протекающий через фотодиод, пропорционален энергии
падающего света (рис. 5.37). Таким образом, по току фотодио-
да можно определить освещенность. В фотодиодах использует-
ся свойство протекания обратного тока при наличии света.
Обратный ток можно преобразовать в напряжение с помощью

Рис. 5.37. Характеристика фотодиода.
схемы, показанной на рис. 5.37. Если ток фотодиода равен IR,
то выходное напряжение Ко становится равным V0 = Ir-R, т. е.
схема вырабатывает напряжение, пропорциональное току.

На рис. 5.38 представлена система управления освещением.
Напряжение, величина которого пропорциональна освещенно-
сти, сравнивается в схемах выявления сумерек и ночи с заранее
установленным напряжением. Например, при наступлении суме-
рек, когда освещенность становится меньше уровня транзис-
тор Т\ открывается и включает задние огни. Выключение этих

Реле ламп
задних огней

Реле лампы
Открытия дверей

Ключ
зажигания

Рис. 5.38. Внешний вид и структура устройства управления освещением: Л\ —
лампа, установленная в салоне; Лг— контрольная лампа открытия дверей;
Si—переключатель внутреннего освещения; So— выключатель световых при-
боров; Л3—Л5— лампы передних и задних огней; S3 — переключатель ближ-
него света.

огней не произойдет до тех пор, пока освещенность не умень-
шится до уровня Л2, что достигается введением гистерезисной
схемы. Регистрация ночи (включение передних огней) происхо-
дит аналогичным образом. Необходимость введения гистерезис-
ных схем объясняется тем, что при освещенности, близкой к
заданному уровню, из-за непостоянства освещенности происхо-
дит чередование включения и выключения ламп. Кроме того, в
устройстве имеется времязадающая схема, которая препятст-
вует отключению ламп в местах с быстрой сменой освещенно-
сти (например, из-за уличных фонарей). Поэтому при измене-
нии освещенности за определенный интервал времени отключение
огней не происходит.

Для того чтобы аккумуляторная батарея не разряжалась
из-за фар, оставленных по забывчивости включенными, в схеме
используются сигналы от ключа зажигания и датчиков положе-
ния дверей. Если ключ зажигания занимает любое положение,
кроме определенного, и двери открыты, то фары принудительно
выключаются и звуковой сигнал извещает водителя о том, что
он забыл их выключить.

5.8.	Управление блокированием дверей

Управление блокированием дверей заключается в том, что
при превышении определенной скорости одновременно приво-
дятся в действие электромагниты и двери блокируются (не мо-
гут быть открыты водителем и пассажирами). Та же самая
функция выполняется и в том случае, когда двери забывают
заблокировать при начале движения. Разумеется, с помощью
ручного переключателя или ключа двери водителя можно бло-
кировать и разблокировать все двери. Кроме того, в функции
системы входит автоматическое разблокирование дверей, если
ключ вставлен в замок зажигания, а дверь водителя открыта.
Пример системы блокирования дверей, выполняющей эту функ-
цию, показан на рис. 5.39.

Если переключатель находится в положении, соответствую-

Схвми

В

Рис. 5.39. Пример системы блокирования дверей («Тойота»): — лампа, уста-
новленная в салоне; £>i — датчик скорости; Si — выключатель внутреннего
освещения; S2— кнопочный переключатель; S3 — выключатель блокирования
дверей с места водителя; S4 — выключатели блокирования дверей с других
мест; S5—выключатель разблокирования дверей с места водителя; Se — авто-
матический выключатель.
щем режиму блокирования, контакт 6 подключается к массе, и
на логический вентиль ИЛИ (А) через инвертор подается сиг-
нал. С выхода вентиля А на таймер блокирования поступает
высокий уровень напряжения «Н». Таймеры блокирования и
разблокирования предназначены для предотвращения перегрева
электромагнитов: если на таймер поступает уровень «Н», на его
выходе появляется импульсный сигнал, показанный на рис. 5.40.
Используются поляризованные электромагниты с штоком, со-
стоящие из катушки и постоянного магнита. Изменение направ-
ления тока в катушке обеспечивает двунаправленное двухпози-
ционное перемещение штока, соответствующее блокированию и
разблокированию дверей. Если по каким-либо причинам шток
не удается переместить или когда в случае его перемещения
контакты выключателей дверей не размыкаются, ток через
электромагнит протекает длительное время, и существует опас-

Рис. 5.40. Исполнительный механизм блокирования дверей и сигналы, приводя-
щие его в действие: Л— пауза; Т2—время пропускания тока через исполни-
тельный механизм.

ность его перегрева. Для того чтобы предотвратить перегрев
электромагнита, на него подается импульсное напряжение по
сигналу «Н» с таймеров блокирования и разблокирования.
В цепь питания устройства управления блокированием дверей
включен автоматический выключатель, управляемый другим
ЭБУ. Он временно разрывает цепь питания при протекании
чрезмерного тока из-за различных неисправностей (например,
отказ реле и. т. п.). Схема автоблокировки выдает сигнал вы-
сокого уровня «Я», когда скорость автомобиля превышает уста-
новленную. На выходе схемы контроля ключа появляется сиг-
нал «Н» только при установке водителем переключателя в
положение блокирования при условии, что ключ вставлен в за-
мок зажигания, а дверь водителя открыта.

Если переключатель находится в положении, соответствую-
щем режиму блокирования, включается таймер блокирования,
а таймер разблокирования выключается. Поэтому транзистор
Т1 оказывается открытым на время, когда импульсный сигнал
на выходе таймера имеет значение «Я» и срабатывает реле
RLi. При этом контакт 10 подключается к аккумуляторной ба-
тарее, а контакт 11 продолжает оставаться подключенным к
массе, поскольку реле RL2 отключено. Через электромагнит от
контакта 10 к контакту 11 протекает ток и происходит блоки-
ровка. И, наоборот, если переключатель находится в положении,
соответствующем режиму разблокирования, контакт 7 подклю-
чается к массе, на выходе логического вентиля ИЛИ-HE появ-
ляется уровень «Н» и срабатывает таймер разблокирования.
Если в этом положении скорость автомобиля не превышает
установленную, таймер блокирования не срабатывает, реле RL\
продолжает оставаться в выключенном состоянии, а контакт 10
подключенным к массе. Реле RL2 из-за срабатывания таймера
разблокирования включается и контакт 11 подключается к ак-
кумуляторной батарее. В результате ток через электромагнит
течет в направлении от контакта 11 к контакту 10 и двери раз-
блокируются.

5.9.	Обнаружение препятствий сзади автомобиля

Система обнаружения препятствий сзади предназначена для
распознавания препятствий, находящихся сзади автомобиля, при
движении назад и оповещения водителя о расстоянии до пре-
пятствия и примерном его расположении. Для обнаружения
препятствия можно использовать ультразвуковые, электромаг-
нитные или световые волны. Ниже мы рассмотрим ультразву-
ковую систему обнаружения препятствий сзади.

5.9.1.	Структура системы и ее функции

На рис. 5.41 показан принцип действия системы. При излу-
чении ультразвуковых волн препятствие, если таковое имеется
сзади автомобиля, отражает их и волны возвращаются обратно.

| Посылаемый |

I сигнал I

Принимаемый
сигнал

Время

Т 	Измерение расстояния

Рнс. 5.41. Принцип действия системы обнаружения препятствий сзади авто-
мобиля.
Измеряя временной интервал Т, можно определить расстояние
D до препятствия:

D — CT/2, С=331 + 0,6/,

где t — температура воздуха, С — скорость распространения
ультразвука.

Ультразвуковые волны отличаются от звуковых более высо-
кой частотой и возможностью получения узкой диаграммы на-
правленности. Поэтому их можно использовать для обнаружения
объектов, находящихся сзади автомобиля.

В качестве примера рассмотрим систему, показанную на
рис. 5.42, в которой используются ультразвуковые волны с ча-

Рис. 5.42. Пример системы обнаружения и внешний вид передатчика и прием-
ника («Тойота»): 1 — выключатель; 2 — дисплей; 3—ЭБУ; 4 — передатчик;

5 — приемник.

стотой около 40 кГц. Два приемных и два передающих ультра-
звуковых датчика располагаются с чередованием на бампере
автомобиля и образуют 3 пары. Благодаря этому область обна-
ружения препятствия делится по ширине автомобиля на 3 зоны
(рис. 5.43).

Рис. 5.43. Зоны обнаружения препятствия: показана ситуация, когда обна-
руживается препятствие, находящееся на расстоянии от 0,5 до 1 м в задней
правой зоне.
5.9.2.	Ультразвуковой датчик

Ультразвуковой датчик — это ультразвуковой микрофон, в
котором используется пьезоэлектрический элемент (пьезоэлект-
рический преобразователь на основе цирконата-титаната свин-
ца). Приемники и передатчики по конструкции совершенно оди-
наковы и различаются только характеристиками.

Если ультразвук излучает передатчик то в зону приема
попадает только приемник что позволяет обнаружить пре-
пятствие слева от автомобиля. По истечении примерно 64 мс
ультразвуковые волны излучает передатчик и с помощью
приемника /?1 можно обнаружить препятствие в средней зоне.
Еще через 64 мс сигнал вновь вырабатывает передатчик Л и по
приемнику /?2 обнаруживается препятствие справа от автомоби-
ля. Эта процедура составляет один цикл обнаружения, затем все
повторяется аналогичным образом.

Расстояние определяется по интервалу времени от момента
излучения сигнала передатчиком до момента возвращения.
Расстояние делится на три зоны (в примере, приведенном на
рисунке, — до 0,5 м, от 0,5 до 1 м и от 1 до 2 м). Ультразвук
частотой 40 кГц излучается передатчиком в течение 1,2 мс через
каждые 64 мс. Одновременно с этим в ЭБУ формируются стан-
дартные импульсы, соответствующие каждой зоне, и в зависимо-
сти от временных соотношений между моментом передачи и
приема определяется зона, а в зависимости от того, какому
стандартному импульсу соответствует отраженный импульс, оп-
ределяется расстояние.

Временная диаграмма определения расстояния показана на
рис. 5.44. Поскольку ультразвук при распространении затухает,
приемный датчик не выявляет сигналы, возвратившиеся по
истечении 64 мс.

Передаваемый
Сигнал г

Принимае-
мый сигнал

64мс

Исследуемый
сигнал --------------

Стандартный импульс
0,5 и I---------------1

1^ 4,4 мс 1 >1

Стандартный импульс

1м |

 '<	7,2мс'

Стандартный импульс
Zm __Г-Г~ ‘

Рис. 5.44. Временная диаграмма: светятся индикаторные лампы, соответст-
вующие 1 и 2 м,
5.10.	Однопроводнвя мультиплексная системе связи

Однопроводная мультиплексная система связи в автомобиле
используется для передачи нескольких сигналов по одному
сигнальному проводу. Эта система наряду с уменьшением объе-
ма жгутов проводов делает более простым совместное исполь-
зование датчиков и т. п. Сокращение числа жгутов не только
снижает массу соединительных проводов, но и позволяет су-
щественно упростить конструкцию монтажа каналов в кузове и
узлов соединения дверей с кузовом.

В настоящее время датчики и исполнительные устройства
систем управления подключаются к ЭБУ с помощью жгутов
проводов. Однако с увеличением числа электронных систем
управления возрастает и количество датчиков и исполнительных
механизмов. Соответственно растет и число соединительных

Рис. 5.45. Традиционная и мультиплексная система связи: S — выключатель.

{Электра- I
I магнит |

проводов, что помимо всего прочего увеличивает массу автомо-
биля. Эффективным средством сокращения числа жгутов и сни-
жения массы является мультиплексная связь.

Как показано на рис. 5.45, сигналы, которые управляют
исполнительными устройствами (электродвигателями, лампами
и т. п.) и прежде передавались по многочисленным проводам,
обрабатываются мультиплексором (устройством, которое объе-
диняет несколько сигналов) и передаются к исполнительным
устройствам по одному сигнальному проводу. На приемной
стороне сигналы преобразуются с помощью демультиплексора
и поступают на исполнительные устройства.
Контрольная лампа дверей
Подсветка салона. *“
под передн. панелью
Освещение гнезда ~
ключа зажигания?

Передняя
левая дверь

(Зыключа-
тели

Электроддил. для ддремещ.
акеннога стекла С> =

Хкузоба

Электродбиг. для /“\-
юворота стекла 'ч-/’
Электромагниты

Передн.
левый
ЭВУ

<J-AV*ripUHIVCnt4 >ОС	~

блокировки и разблокировки

I	q—J

Хрсдещ. пепельницы

Задняя левая дверь

Выключа-
тели

ЗлекноздЗиг. для перемсщ.
оконного стекла
Электродбиг дляг^
повара та стекла рб
Олег: трау.агь и гы

Задний
левый
ЭбУ

-**• /(основному монитору

I*-К ЭВМ улравл скоростью

Передн.
правый
ЗбУ

ЭВУ

Передняя
правая дверь

Выклюиа-

^Оодетц. пепельницы

н Ч 1
ч
„ш
S irS-?

. $

*ih

S’

Элек тродвиг для перемещ
стекла
	рСЭлектродвиг для
	'\Э поворота стекла

	  О Электромагниты

блокировки и разблокировки

ОсВещ. пепельницы J
______Задняя правая дверь

Выключа

7 ели

убвегоВоды
11/инЬ источ-
ника питания /

Оптический
приемонередо -
юирти элемент

Задний'
правый ;

ЭВУ :

Электродвие. для перемети,
-----—С}скониаго стекла

•^хЭлектродвиг. для
поворота стокла
Электромагниты

-j—j	мектроматити

блокировки и разблокировки

ОсЗещ. пепельницы

1

Рис. 5.46. Пример мультиплексной системы («Тойота»).

5.10.1.	Функции и структура системы

Пример мультиплексной системы связи приведен на рис. 5.46.
В этой системе выключатели систем управления концентриру-
ются на дверях, а связь с ЭБУ, расположенными в дверях в ку-
зове, осуществляется с помощью световодов. ЭБУ системы
выполняют следующие функции:

1)	управление блокировкой и разблокировкой дверей;

2)	управление поворотом окна;

3)	управление положением стекла в окнах;

4)	управление регулируемым сиденьем;

5)	управление подогревателем сиденья;

6)	управление подсветкой пепельницы и выключателей;
7)	управление освещением под передней панелью и освеще-
нием гнезда ключа зажигания.

Передача данных между ЭБУ осуществляется стартстопным
способом. В этом способе в начале и в конце данных добавляют-
ся сигналы (так называемые стартовый бит и бит останова),
которые синхронизируют работу приемных и передающих уст-
ройств. Скорость передачи данных при таком способе невысока.
Тем не менее стартстопный способ получил наиболее широкое
распространение, поскольку он обеспечивает достаточно надеж-
ную синхронизацию данных. Скорость передачи данных состав-
ляет 2000 бит/с. Формат данных представлен на рис. 5.47. Тип

|<------------ 32 бит (1G нс)

Старт. Управ- Биты
бит ляющий данных
нов (8 Вит)
(kBum)

—Оиты останова

Бит проверки

на четность

Рис. 5.47. Формат данных.



Старт,
бит

сигнала указывается в зоне управляющего кода, а содержание
обработки и состояние выключателей — в зоне данных. ЭБУ
передней правой двери является ведущим элементом мульти-
плексной связи. Он генерирует 32-битовые последовательности
управляющих импульсов (первичные сигналы), которые через
ЭБУ кузова передаются на ЭБУ остальных дверей. ЭБУ запи-
сывают в зоне данных этих сигналов состояния выключателей
и затем передают сигналы в ЭБУ кузова, который производит
соответствующую обработку и передает выходные сигналы на
исполнительные устройства кузова.

Система оптической связи, как показано на рис. 5.48, состоит
из оптических передатчиков и приемников, а также световодов.
В оптическом передатчике используется светодиод, преобразую-
щий электрические сигналы в световые. В оптическом приемни-
ке фотодиод преобразует световой сигнал, переданный по свето-
воду, в электрический. Приемник и передатчик выполнены в
единой конструкции в виде так называемого модуля связи.
Злекгпригес-
кий сигнал

ЛереДающий канал
Драенный канал

Оптический

соединитель

Питии приемник
(опгпич. передатчик)

Uri тип передатчик
(оптич приемник)

Электричес-
кий сигнал

J

Световод

(Селение)

Рис. 5.48. Система оптической связи.

Рис. 5.49. Световод: / — сердцевина (пластмасса); 2 —оболочка; 3 —первое
покрытие (усиливает сердцевину и оболочку); 4 — армирующий материал
(предохраняет световод от растяжения); 5 — второе покрытие (защищает от
внешних воздействий).

Световоды можно разделить на два типа — стеклянные и
пластмассовые. В данной системе применяются пластмассовые
световоды, которым свойственны большие потери и худшие
характеристики передачи, чем стеклянным. Но пластмассовые
световоды почти не ломаются при изгибах, дешевы и обеспечи-
вают простоту соединения. Конструкция световода показана на
рис. 5.49. Распространение света достигается использованием
материалов с различными коэффициентами преломления. Коэф-
фициент преломления сердцевины немного выше, чем
оболочки. Свет полностью отражается на границе «оболочка —•
сердцевина» и распространяется вдоль волокна (рис. 5.50).
Глава 6. МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ ЭБУ

6.1.	Условия эксплуатации автомобиля

Электронное оборудование автомобиля (ЭБУ) с самого на-
чала его внедрения стремились разместить в местах, наиболее
благоприятных с точки зрения условий эксплуатации. Однако
даже в этом случае оказалось, что по сравнению с другими
изделиями электронной техники ЭБУ находятся в необычайно
суровых для них условиях окружающей среды. Особенно это
относится к температуре, влажности, вибрациям, изменениям
напряжения. Автомобиль является источником тепла — при
включенном двигателе температура в моторном отделении по-
вышается до 100 °C. Кроме того, температура зависит и от ат-
мосферных условий, например при стоянке автомобиля в жар-
кую погоду передний щиток нагревается до 90 °C, а температура
в багажном отделении достигает 65°C. Максимальная темпера-
тура различных узлов автомобиля приведена в табл. 6.1.

Помимо перепадов температуры от высокой (днем) к низкой
(ночью) существует резкое увеличение температуры при вклю-
чении двигателя.

Влияние влажности заключается в том, что она вызывает
коррозию и росу, появляющуюся из-за резких изменений тем-
пературы. В последнее время изготавливается много автомоби-
лей, оборудованных кондиционерами. Поэтому в условиях высо-
кой влажности на охлажденных приборах конденсируется влага.

При движении автомобиль постоянно подвергается вибраци-
ям, которые в зависимости от условий движения и дорожного
покрытия могут достигать 20 g.

К аккумуляторной батарее в автомобиле подключаются
многочисленные потребители энергии. Их включение —выклю-
чение вызывает достаточно большие изменения напряжения
питания. В частности, при пуске двигателя номинальное напря-
жение 12 В может упасть в самом неблагоприятном случае до
8 В. В карбюраторных двигателях на свечах зажигания возни-
кает искровой разряд, который воспламеняет топливо-воздуш-
ную смесь. При этом напряжение на вторичной обмотке катушки
зажигания достигает 20 кВ и является источником наведенных
помех в жгутах проводов и электронном оборудовании.

При включении электродвигателей, электромагнитов, реле
и других исполнительных устройств возникают электромагнит-
ные и электростатические поля, вследствие чего в приборах и
проводах появляются наведенные помехи. Помимо этого воз-
можно появление помех и другого вида, например импульсов
большой энергии из-за ослабления зажимов выводных штырей
аккумуляторной батареи при движении и изменения потенциала
при объединении различных нагрузок.
Таблица 6.1. Максимальная температура различных узлов автомобиля

	Узлы автомобиля	Максималь- ная темпе- ратура, °C
Шасси	В среднем  Вблизи теплоизлучающих узлов  Масло	85  121  175
Наружные детали кузова		121
Моторное отделение	Панель между салоном и моторным отделением  Поверхность двигателя  Поверхность карбюратора  Трос, расположенный около выхлоп- ной трубы  Выпускной трубопровод	140  150  205  205  650
Салон	Пол  Задняя часть (вверху)  Приборная панель (вверху)  Приборная панель (в среднем)	85 107 113  85
Багажное отделение		85

Все вышесказанное свидетельствует о том, что окружающая
среда, в которой находятся автомобильные ЭБУ, создает чрез-
вычайно суровые условия. Более того, учитывая, что системы
электронного управления расширяются, а пространство, в кото-
ром должны располагаться ЭБУ, весьма ограниченно, электрон-
ное оборудование приходится размещать в самых неблагоприят-
ных условиях, например даже в моторном отделении.

6.2.	Испытания компонентов

Изделия электронной техники используются в автомобиле
для самых различных целей, однако все они перед установкой
в автомобиль и выпуском на рынок подвергаются всевозможным
испытаниям и оценкам. Хотя в настоящее время методы испы-
таний регламентируются стандартами JIS, JASO, SAE, многие
изготовители автомобилей и компонентов устанавливают свои
собственные жесткие нормы, действующие внутри фирмы.

В стандарте JASO методы испытаний базируются на основе
«Правил проведения климатических испытаний автомобильных
электронных приборов». Объектами этих испытаний являются
Таблица 6.2. Выдержка из стандарта JASO

Характеристика	Вид испытаний	Пункт стан- дарта
Работа при нормальном напряжении источника питания	Проверка при нормальном напряже- нии источника питания  Проверка при напряжении источника питания во время пуска	6.1  6.2
Устойчивость к аномаль- ному напряжению источ- ника питания	Проверка при подключении источни- ка питания обратной полярностью  Проверка при повышенном напря- жении (метод А)	6.3  6.4
	Проверка при повышенном напряже- нии (метод В)	6.5
Устойчивость по отноше- нию к импульсам напря- жения	Проверка характеристик при им- пульсах напряжения  Проверка на устойчивость к им- пульсам напряжения	6.6  6.7
Электромагнитная совме- стимость	Проверка на устойчивость к электро- магнитным волнам	6.8
	Проверка на излучение электромаг- нитных волн	6.9
Теплостойкость н холо- достойкость	Проверка температурной характери- стики	6.10
	Проверка иа сохранность при низкой температуре	6.11
	Проверка работоспособности при низкой температуре	6.12
	Проверка на сохранность при высо- кой температуре	6.13
	Проверка работоспособности при вы- сокой температуре	6.14
	Проверка при термоциклах	6.15
	Проверка на термоудар	6.16
Продолжение таблицы 6.2

Характеристика	Вид испытаний	Пункт стан- дарта
Влагостойкость	Проверка при термовлагоциклах  Проверка при постоянной влажности	6.17  6.18
Вибростойкость	Виброиспытания	6.19
Ударная стойкость	Испытания на удар	6.20
Водостойкость	Испытания на стойкость к воде	6.21
Стойкость по отношению к соленой воде	Испытания в среде распыленной со- леной воды	6.22
Пылестойкость	Испытания на пыль	6.23
Маслостойкость	Испытания на стойкость к маслу	6.24

такие компоненты автомобильного оборудования, как электри-
ческие и электронные датчики, блоки управления (в том числе
ЭВМ), дисплеи и акустические сигнальные устройства. В табл.
6.2 перечислены некоторые методы испытаний.

Термоиспытания электронного оборудования автомобиля
являются наиболее важными испытаниями. Поскольку темпера-
турные условия существенно зависят от места расположения
оборудования в автомобиле, методы испытаний различны. На-
пример, приборы, размещаемые в салоне, нецелесообразно под-
вергать испытаниям, принятым для приборов, размещаемых в
моторном отделении. Работоспособность полупроводниковых
элементов, из которых построены электронные приборы, суще-
ственно зависит от температурных условий. Однако чрезвычай-
но жесткие условия эксплуатации и проверка выполнения нор-
мы при испытаниях увеличивают стоимость приборов, что отри-
цательно сказывается на их конкурентоспособности. Учитывая
это, электронные приборы в стандарте JASO делят на 4 класса
в зависимости от мест расположения в автомобиле:

1.	Приборы, размещаемые в салоне и багажнике (кроме
приборов класса 4).

2.	Приборы, размещаемые снаружи кузова (кроме приборов
класса 4).

3.	Приборы, размещаемые в моторном отделении (кроме
приборов класса 4).

4.	Приборы, размещаемые в высокотемпературных теплоиз-
лучающих узлах или вблизи них, а также в других осо-
бых местах.
При проведении термоиспытаний необходимо различать тем-
пературу, гарантирующую выполнение технических характери-
стик, рабочую температуру и температуру хранения.

Температура, гарантирующая выполнение технических ха-
рактеристик, показывает реальные возможности прибора и
определяется путем измерения характеристик ЭБУ в диапазоне
температур — комнатной, пониженной (например, —20 °C) и
повышенной (например, +65°С).

Диапазон рабочих температур характеризуется граничными
значениями, при которых ЭБУ должен нормально функциониро-
вать. Испытания проводятся путем оценки работоспособности
на верхней и нижней границах.

Температурный диапазон хранения — это диапазон темпера-
тур (более широкий, чем диапазон рабочих температур), в кото-
ром гарантируется качество прибора после хранения. Испыта-
ния проводятся без приложения напряжения и заключаются в
измерении характеристик прибора после пребывания его в ус-
ловиях верхней и нижней температурных границ хранения.

К оценочным испытаниям относятся проверка температурной
характеристики, работоспособности при повышенной температу-
ре, сохранности при повышенной температуре, работоспособно-
сти при пониженной температуре, сохранности при пониженной
температуре, на термоциклах и на термоудар. При испытаниях
на электрические помехи ЭБУ, установленных на автомобилях
с карбюраторными двигателями, генерируются импульсы четы-
рех типов:

1)	импульсы напряжения, возникающие при изменении на-
грузки (рис. 6.1);

2)	импульсы напряжения, возникающие при выключении за-
жигания (рис. 6.2);

Рис. 6.1. Импульсы напряжения, воз-
никающие во время изменения на-
грузки: Vp—амплитуда импульса на-
пряжения (время достижения значе-
ния Vp от 0 В составляет менее
1 мкс); т — постоянная времени зату-
хания (время уменьшения напряже-
ния до 36,8% от максимального); f —
частота импульсов; возможные значе-
ния: Ир=70 В; т=200 мс; f=30 Гц.

Рис. 6.2. Импульс напряжения при
никающие во время изменения на-
Vp— амплитуда импульса напряже-
ния (время достижения значения Vp
от О В составляет менее 1 мкс); т —
постоянная времени затухания (вре-
мя уменьшения напряжения до 36,8%
от максимального); f — частота им-
пульсов; возможные значения: Vp=
=70 В; т=200 мс; f=30 Гц.
3)	импульсы напряжения, возникающие при выключении
различных индуктивных нагрузок, например реле, электромаг-
нитов (рис. 6.2);

4)	импульсы напряжения, возникающие из-за наводки при
работе различного электрооборудования (системы зажигания
и т. п.).

Импульсы, возникающие при изменениях нагрузки (тип 1),
имеют положительную полярность. Они появляются из-за рез-
кого уменьшения нагрузки генератора переменного тока, напри-
мер при отключении аккумуляторной батареи. Импульсы
типов 2 и 3 являются, наоборот, выбросами отрицательной по-
лярности, возникающими в том случае, когда при разрыве цепи
расходуется энергия, запасенная в индуктивной нагрузке. По-
скольку частота появления импульсов первого типа в реальных
условиях эксплуатации автомобиля невелика, при испытаниях
обычно ограничиваются проверкой при 10 импульсах. В то же
время импульсы типов 2 и 3 появляются каждый раз при вклю-
чении зажигания. Поэтому число этих импульсов при испытани-
ях достигает 10000.

Расположены параллельно в
непосредственной близости

Объект
испыто-
нии

к Игольча-
тый разряд-
к—0^-1

Линии, являющаяся источником
помех или антенной

резистор 2Ом
или диод

Рис. 6.3. Испытания иа воздействие индуктивных помех: примерные условия
испытаний: Е — напряжение источника питания, 15—20 В; f~ частота им-
пульсов, 30 Гц; 1/2 L? — первичнаи энергия, 60—80 мДж; Zi~1m; Za~2 м;

«50 мм; зазор в разряднике около 6 мм.

Индуктивные помехи* появляются при изменении тока в
элементах системы зажигания, различных электродвигателях,
электромагнитах, реле и т. п. Их влияние на ЭБУ в значитель-
ной степени определяется взаимным расположением жгутов про-
водов. Испытания на воздействие таких типов импульсов про-
водятся обычно по схеме, в которой линия, являющаяся источ-
ником помех, и линия ЭБУ прокладываются параллельно друг
другу (рис. 6.3).

Испытания, которые обычно проводятся для оценки работо-
способности приборов по напряжению источника питания, вклю-

* Импульсы типа 4. — Прим. ред.
Рис. 6.4. Пример изменения напряже-
ния источника питания при запуске:
Vi — минимальное напряжение (обыч-
но 6 В); V2 — максимальное напря-
жение (обычно 8 В); f — частота
(1-5 Гц).

чают в себя проверку на влия-
ние быстрых изменений напря-
жений, появляющихся в пер-
вую очередь при пуске двига-
теля стартером (рис. 6.4), воз-
действие импульсов напряже-
ния, генерируемых из-за неис-
правностей регулятора (18—
20 В), и проверку на устойчи-
вость к включению источника
питания с обратной поляр-
ностью.

Кроме этого на ЭБУ дейст-

вуют электромагнитные поме-
хи. Как показано на рис. 6.5, мощные электромагнитные волны,
излучаемые радио- и телевизионными станциями или другими
электронными устройствами, расположенными вне автомобиля,
могут приводить к сбоям в работе ЭБУ. Оценка влияния этих
видов помех на ЭБУ заключается в измерении уровня электро-
магнитной совместимости при испытании в электромагнитной
камере (рис. 6.6) и испытаний на воздействие передатчика.

В свою очередь ЭБУ, содержащие цифровые схемы и мик-
роЭВМ, излучая электромагнитные волны, оказывают влияние
на другие электронные приборы. В качестве примера можно
привести действие помех на радиоприемник. Эффективным сред-
ством борьбы с такими помехами является снижение частоты
синхронизации и сглаживание передних и задних фронтов
импульсов синхронизации.

Рис. 6.5. Электромагнитная обстанов-
ка вокруг автомобиля: 1 — линии
электропередачи; 2 — отраженная
волна; 3 — автомобильный приемопе-
редатчик; 4 — вещательная станция.

Рис. 6.6. Испытания в электромагнит-
ной камере: 1 — эквивалент нагруз-
ки; 2—испытуемый прибор (ЭБУ);
3—испытательный стенд; 4 — элект-
ромагнитная камера; 5 — генератор.
6.3. Испытания ЭБУ в автомобилях

К узлам автомобиля предъявляются требования высокой
надежности в чрезвычайно жестких окружающих условиях:
в первую очередь устойчивость к воздействию температуры, за-
тем влажности, вибраций, пыли и электрических помех. Столь
высокие требования по надежности приводят к необходимости
использовать технологию и технические средства самого высоко-
го уровня при проведении заключительных испытаний.

В настоящее время электронная техника чрезвычайно ши-
роко используется в наиболее ответственных узлах автомоби-
ля, например в системах управления двигателя и тормозов.
Поэтому качество электронных приборов должно быть очень
высоким и они должны подвергаться заключительным испыта-
ниям на автомобиле. Другими словами, необходимы испытания
в составе автомобиля с имитацией всех условий окружающей

Рис. 6.7. Испытательный трек.

среды, в которых может оказаться автомобиль. Для этих целей
используют испытательный трек и всевозможные климатиче-
ские испытательные камеры, в которых проводят испытания,
достаточно точно имитирующие условия окружающей среды.

На рис. 6.7 приведена фотография высокоскоростной коль-
цевой дороги испытательного трека. На этой дороге оборуду-
ются участки с грязным и неровным покрытием, которые позво-
ляют проверить при различных условиях движения комфорта-
бельность, безопасность управления, устойчивость к вибрациям,
прочность, уровень шума, а также измерить различные харак-
теристики ЭБУ и систем.

На рис. 6.8 представлена фотография безэховой камеры с
электромагнитным экраном, а на рис. 6.9 — фотография обыч-
Рис. 6.8. Безэховая камера с
электромагнитным экраном.

Рис. 6.9. Безэховая камера.

Рис. 6.10. Камера для испытаний при
повышенной температуре.

Рис. 6.11. Камера для испытаний при
пониженной температуре.

ной безэховой камеры. Испытания в этих камерах проводятся
в условиях отсутствия внешних электромагнитных и звуковых
волн и полного поглощения (без отражений) таких волн, возни-
кающих при испытаниях.

На рис. 6.10 показана камера для испытаний при повышен-
ной температуре, а на рис. 6.11—камера для испытаний при
пониженной температуре. В них проводятся испытания не толь-
ко неподвижного автомобиля, но и при различных режимах
движения, соответствующих условиям эксплуатации в любой
точке земного шара.

Для испытания изделий, представляющих собой целые си-
стемы, подобное сложное оборудование просто необходимо.
Глава 7. ПОЛУПРОВОДНИКОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
И ПРОЦЕСС ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭБУ

Требования, предъявляемые к ЭБУ, используемым в авто-
мобильной аппаратуре, весьма жесткие и, кроме того, разно-
образные.

Во-первых, это рассмотренная в гл. 6 устойчивость к внеш-
ним воздействиям, в частности к изменениям температуры,
влажности, отклонениям напряжения, электромагнитным поме-
хам, вибрации и т. п.

Во-вторых, это требования минимизации габаритов и массы.
Чтобы выполнить эти требования, необходимо повысить степень
интеграции используемых элементов и плотность монтажа пе-
чатных плат. Примером тому является использование гибрид-
ных ИС и приборов, монтируемых на поверхности кристалла.

В-третьих, это требования, обусловленные мелкосерийным
производством широкого ассортимента изделий. Из-за многооб-
разия пожеланий, предъявляемых потребителями, одной из при-
чин которого является использование автомобилей в различ-
ных странах мира, необычайно разнообразными становятся и
спецификации на автомобильную электронику. В такой ситуа-
ции чрезвычайно трудно развивать массовое производство ЭБУ,
так как число моделей ЭБУ возрастает во много раз'

В-четвертых, немаловажную роль играют цена и качество
аппаратуры. Обычно полупроводниковые изделия разделяются
на две большие категории — бытового и промышленного назна-
чения. Автомобиль, исходя из своего назначения, по цене при-
равнивается к бытовой технике, но по качеству, продиктован-
ному жесткими требованиями эксплуатации, он приравнивается
к промышленной технике. Поэтому, по всей видимости, эти
требования распространяются и на автомобильную электронику.

7.1, Полупроводниковая технология

Рассмотрим технологию изготовления полупроводниковых
устройств, используемых в жестких условиях окружающей сре-
ды, на примере БИС (в частности КМОП ИС).

На рис. 7.1 показана схема операций технологического про-
цесса изготовления БИС. Полный цикл производства БИС, на-
чиная с этапа проектирования и кончая получением готового
изделия с контролем его работоспособности, описан с помощью
рис. 7.2 и 7.3.
1) Проектирование (операции 1—3)*

Проектирование начинается с созревания самой идеи проек-
та. Обычно основные работы на этом этапе проводятся новей-
шими мощными компьютерами и системами автоматизирован-
ного проектирования (САПР), а опытные проектировщики и
операторы лишь уточняют детали. По завершении проектирова-
ния магнитная лента с топологическими данными передается
на участок изготовления фотошаблонов.

Рис. 7.1. Технологический процесс изготовления БИС.

1 — Полупроводниковая пластина n-типа (удельное объемное сопротивление
р=1—5 Ом-см, диаметр 100—125 мм, толщина 450—600 мкм). Кремниевый
монокристалл /г-типа, легированный фосфором, нарезается на тонкие пласти-
ны круглой формы, которые полируются до получения зеркальной поверхно-
сти, затем пластины окисляются в газовой среде при высокой температуре
(1100 °C) и на их поверхности выращивается оксидная пленка толщиной око-
ло 800 нм.

2 — Вскрытие окон под карманы p-типа. Методом фотолитографии (с исполь-
зованием фоторезиста) в оксидной пленке формируется рисунок карманов
p-типа. Затем выполняется травление оксидной пленки (вскрытие окон) с по-
следующим удалением фоторезиста.

3 — Диффузия для формирования карманов p-типа. Через окна в оксидной
пленке осуществляется термодиффузия бора при температуре около 1200 °C.

* Номера операций в пунктах 1—5 приведены в соответствии с
рис. 7.3. — Прим. ред.
После формирования карманов p-типа на этих участках снова выращивается
оксидная пленка. Для формирования карманов можно использовать также
метод ионной имплантации. В другие участки пластины ионы бора не прони-
кают, поскольку они защищены оксидной пленкой.

4	— Вскрытие окон под р+-слой. Осуществляется методом, аналогичным
вскрытию окон под карманы p-типа, путем удаления оксидной пленки с уча-
стков под р+-слой.

5	— Диффузия р+-примеси (для формирования р+-слоя). Через окна, вскрытые
в оксидной пленке, осуществляется термодиффузия бора (температура около
1000 °C). После формирования р+-слоя (областей истока и стока р-канального
транзистора) на этих участках снова выращивается оксидная пленка. По-
скольку другие участки пластины были защищены оксидной пленкой, ионы
бора в них не проникают.

6—Вскрытие окон под п+-слой. Осуществляется тем же методом, что и вскры-
тие окон под карманы p-типа путем удаления оксидной пленки (вскрытие
окон) с участков под п+-слой.

7 — Диффузия п+-примеси. Через окна в оксидной пленке осуществляется
термодиффузия фосфора (температура около 1000°C). После формирования
и+-слоя (области стока и истока n-каналыюго транзистора) на этих участках
снова выращиваетси оксидная пленка. В другие участки пластины ионы фос-
фора не проникают, поскольку они защищены оксидной пленкой.

8—Вскрытие окон для формирования подзатворного окисла и контактов.
Осуществляется тем же методом, что и вскрытие окон под карманы р-типа,
в результате с участков затвора и контактных окон удаляется оксидная
пленка.

9	— Окисление для формирования подзатворного оксида кремния. Осущест-
вляется при высокой температуре (1000 °C) в окислительной среде, в резуль-
тате чего вторично выращивается пленка оксида кремния толщиной до 100 нм.

10	— Формирование рисунка контактов (вскрытие окон). Осуществляется тем
же методом, что и вскрытие окоп под карманы p-типа. В результате с участ-
ков под контакты удаляется оксидная пленка.

11	— Формирование межсоединений. На всей поверхности пластины методом
вакуумного распыления осаждается алюминиевая пленка. Затем с помощью
фоторезиста на поверхности пластины формируется рисунок межсоединений
и ненужные участки алюминиевой пленки удаляются. Следующими этапами
являются удаление фоторезиста и спекание алюминия с кремнием путем повы-
шения температуры примерно на 500 °C. На этом процесс изготовления пла-
стины завершается. За ним следуют операции монтажа кристалла на носитель,
присоединении выводов и корпусирование.

2)	Изготовление фотошаблонов (операция 4)

На основании данных, записанных на магнитной ленте, с
помощью электронно-лучевой установки изготавливают преци-
зионные хромированные фотошаблоны. Пучок электронов,
сфокусированный магнитными катушками, способен формиро-
вать рисунок слоев ИС и БИС с высокой точностью и, кроме то-
го, абсолютно без ошибок.

3)	Изготовление пластины (операции 5—7)

Качество готовой ИС в значительной степени определяется
качеством кремниевого монокристалла, который является ис-
ходным материалом для изготовления полупроводникового из-
делия.
4)	Изготовление кристалла ИС (операции 8—16)

Чтобы получить высококачественную ИС или БИС, пласти-
ны подвергаются промывке, микрообработке и контролю опыт-
ными специалистами. В процессе изготовления они неоднократно
проходят операции ионной имплантации, нанесения фоторези-
ста, экспонирования и травления, в результате которых на
кремниевых пластинах формируется сложная полупроводнико-
вая структура. В заключение па пластины напыляется алюми-
ниевая пленка, из которой выполняются межсоединения.

5)	Сборка (операции 17—19)

На установках автоматической сборки последовательно про-
водятся операции присоединения кристаллов, присоединения
выводов и формовки корпусов. Обрезка и загибание выводов

$ Резка монокрис

§ § та л ла на пласт и-

§ I ны

§ Полирование
пластин

Сборка

Окисление

Нанесение
фоторезиста

Совмещение с
фотошаолоном

Экспонирование
травление
Диффузия
примеси

Ионная
имплантация
Химической осажНе 
чие из газовой фазы
▼
вакщмное
напыление
v

Контроль пластин

Резка пластин
ни кристаллы

Рис. 7.2. Схема процесса изготовления БИС.

Кристаллы
ИС

Монтаж кристал-
лов ни носитель
Рис. 7.3.1. Логическое проектирование: система, удовлетворяющая заданной
спецификации, строится в виде логических схем (вентилей И, ИЛИ и т. п.).

1. Дребобидяая логика

2. Тактируемый инбертор

Рис. 7.3.2. Проектирование электрической схемы: каждая логическая схема
преобразуется в соответствующую электрическую схему.

/ Древовидная логика

Тактируемый инвертор

4О-ТООГ Р-jJJTO офоо

Рис. 7.3.3. Проектирование топологии: размещение элементов на ограниченной
площади и разводка их межсоединений в соответствии с каждой технологиче-
ской операцией.

Рис. 7.3.4. Изготовление фотошаблонов: данные топологического чертежа за-
писываются на мигнитную ленту и с помощью электронно-лучевой установки
или генератора изображений изготавливаются фотошаблоны.
Нпсреватель.

Затравочныи
монокристам Si

Монокристалл

Расплавленный

' Si

с

•_ Кварцевый

/пиосль

Рис. 7.3.5. Вытягивание: поликристаллический кремний вместе с легирующей
примесью расплавляют в кварцевом тигеле, затем медленно вытягивают моно-
кристаллический слиток нужного диаметра (например, 125 мм), вращая поме-
щенный в тигель стержень затравочного монокристалла.

Лиек с алмазной
рсяи/щей
кромкой —

Кремниевый моно -
кристалл 5i

Рис. 7.3.6. Резка: слиток разрезается диском с алмазной режущей кромкой на
пластины определенной толщины (около 500 мкм).

Рис. 7.3.7. Полирование: пластины полируются до получения зеркальной по-
верхности.
Рис. 7.3.8. Окисление: пластины помещаются в диффузионную печь (темпера-
тура 900—1100 °C) с окислительной газовой средой, в результате на поверх-
ности пластин образуется оксидная пленка.

\ О&ьектив

Свсточувстви -
у? тельный емй
 у' * • - । пластина
.. . ? _--1 Совмещение

Рис. 7.3.9. Формирование рисунка: на поверхность пластины наносится свето-
чувствительный материал (фоторезист), который экспонируется через фото-
шаблон и проявляется.

Пластины

Отраоотанный
газ

селективно удаляется оксидная пленка.

Рис. 7.3.10. Травление: травлением

Рис. 7.3.11. Диффузия примеси: пластины помещаются в высокотемператур-
ную диффузионную печь и на тех участках, с поверхности которых удалена
оксидная пленка, методом термодиффузии формируется примесный слой (бора
или фосфора). Повторяя процесс от операции окисления до операции диффу-
зии примеси, получают нужную полупроводниковую структуру, например
транзистор.
Рис. 7.3.12. Ионная имплантация: ионизированные атомы примеси разгоняют-
ся в вакууме в электромагнитном поле и внедряются в заданные участки
пластины. Этот процесс позволяет регулировать электрические параметры
элементов.

Источник ионов

Ускоряющий
электрод

Отклоняющий
магнит

Отклоняющий Пластина
электрод

Реактор Пластина

, „Лодочки

Кварце -

|	| воя труда

Рис. 7.3.13. Химическое осаждение из газовой фазы: газовая смесь на основе
силана и кислорода пропускается по трубчатому реактору при температуре
порядка 510 °C. В результате окислительно-восстановительной реакции на пла-
стины осаждается оксид кремния и формируется оксидная пленка.

Инертный
газ

Алюминий

Высокое
напряжение

’ I г

Выпуск

Рис. 7.3.14. Формирование электродов: в среде инертного газа с низким давле-
нием к пластине металла, используемого для формирования электродов, при-
кладывается высокое напряжение, в результате на пластину напыляется ме-
таллическая пленка, из которой методом фотолитографии получают нужную
конфигурацию электродов.
Тестер

Рис. 7.3.15. Контроль пластины: проверяется каждый кристалл пластины и
принимается решение о его пригодности, на дефектных кристаллах ставятся
метки.

Рис. 7.3.16, Резка: пластина с помощью диска с алмазной режущей кромкой
разделяется на кристаллы, из которых отбираются только годные.

Рис. 7.3.17. Монтаж: кристалл крепится на определенном участке выводной
рамки.

Рис. 7.3.18. Присоединение: выводы рамки и контактные площадки кристалла
соединяются тонкой золотой проволокой диаметром около 25 мкм.
Рис. 7.3.19. Формовка: кристалл герметизируется в корпусе из керамики или
пластмассы.

Контроль надежности: проводятся испытания на устойчивость к изменению
условий окружающей среды, долговечность и т. п.

Контроль качества: проверяются электрические параметры, внешний вид и т. п,
с отбраковкой дефектных изделий.

осуществляются одновременно. После маркировки готовые
микросхемы передаются на контроль.

6)	Контроль

ИС и БИС, прошедшие контроль на каждой технологической
операции, подвергаются заключительным испытаниям, с помо-
щью которых проверяются их работоспособность и степень на-
дежности.

Полупроводниковые изделия для автомобильной аппаратуры
подвергаются специальному контролю с тщательным анализом
дефектов. Кроме испытаний, рекомендованных стандартами JIS
и MIL, сюда входят и более жесткие испытания с выполнением
специальных тестов.

Однако для новых полупроводниковых изделий, используе-
мых в ЭБУ, предусмотрены ограничения на проведение этих ис-
пытаний. Если они не отвечают даже менее жестким требова-
ниям, изготовитель вправе не применять их в своей аппаратуре.

Дефектные изделия, выявленные в процессе изготовления
ЭБУ и возвращенные торгующими фирмами, подвергаются
тщательному анализу. Это означает, что изготовители полупро-
Рис. 7.4. ЭБУ для автомобиля («Тойота»),

Рис. 7.5. Схема процесса изго-
товления ЭБУ.

водниковой техники и изготовители ЭБУ прикладывают немало
усилий, чтобы повысить качество своей продукции. Методы
анализа дефектов — это «ноу-хау» фирм-изготовителей.

Как видим, полупроводниковые изделия проходят довольно
сложный процесс, прежде чем подтвердится их пригодность для
применения в автомобильной аппаратуре.

Рис. 7.6. Входной контроль (контроль полупроводниковых приборов): посту-
пающие полупроводниковые компоненты подвергаются испытаниям на стой-
кость к условиям эксплуатации, например испытаниям при повышенной тем-
пературе, термоциклированию и т. п. Испытательные установки размещаются
в кондиционируемых помещениях.
7.2.	Технология изготовления ЭБУ

Рассмотрим процесс изготовления автомобильных ЭБУ, от-
вечающих перечисленным выше требованиям.

На рис. 7.4 показан внешний вид такого ЭБУ. Это ЭБУ для
управления двигателем. Он состоит примерно из 150 компонен-
тов, в число которых входят микроЭВМ, ИС, транзисторы, рези-
сторы, конденсаторы, разъемы, печатная плата, корпус, крышка
и т. п.

На рис. 7.5 приведена схема процесса изготовления ЭБУ,
а ниже описаны технологические операции этого процесса.

1)	Входной контроль (рис. 7.6)

На этом этапе проверяется внешний вид всех применяемых
изделий и их соответствие техническим условиям. Кроме полу-
проводниковых компонентов (ИС, транзисторов, диодов и т. п.)
и электрических компонентов (резисторов, конденсаторов, разъ-
емов, печатных плат и др.) входной контроль проходят корпуса

Рис. 7.7. Автоматическая сборка (на примере ИС): автоматическая (управ-
ляемая ЭВМ) сборка на печатной плате ИС, конденсаторов, резисторов,
диодов и разъемов, подсоединение потенциометров.

и бирки с наименованием ЭБУ. Контроль полупроводниковых
приборов полностью автоматизирован и осуществляется в кон-
диционируемых помещениях с использованием специальных
установок для испытаний БИС, транзисторов и других компо-
нентов. Изделия подвергают испытаниям на воздействие повы-
шенной температуры, термоциклированию и др. в соответствии
с условиями эксплуатации автомобилей.

2)	Автоматическая сборка компонентов (рис. 7.7)

Большая часть компонентов, таких, как ИС, конденсаторы,
резисторы, диоды, монтируются на печатную плату установкой
для автоматической сборки, управляемой ЭВМ.
3)	Сборка компонентов (рис. 7.8, 7.9)

Некоторые компоненты, для которых невозможно примене-
ние установки для автоматической сборки (например, разъемы,
гибридные ИС и т. п.) монтируются роботами. После того как
все компоненты смонтированы, печатная плата подается кон-
вейером в ванну с припоем, где проводится пайка компонентов
волной припоя. Во избежание последующего влияния малейших

Рис. 7.8. Монтаж компонентов роботами: компоненты, которые по своей фор-
ме не подходят для монтажа с помощью установки автоматической сборки
(например, разъемы, гибридные ИС), монтируются роботами.

Рис. 7.9. Монтаж компонентов (автоматическая установка для пайки волной
припоя и различные сборочные установки).

изменений условий окружающей среды качество паяных соеди-
нений тщательно проверяется. После этого печатная плата мон-
тируется в корпус.

4)	Регулировка схемы и контроль ее параметров (рис. 7.10)

Работоспособность схемы проверяется по контрольным
точкам, выведенным на лицевую поверхность печатной платы.
Эта операция обычно осуществляется автоматической регули-
ровочной установкой (тестером). Как правило, групповая по-
грешность нескольких компонентов устраняется одним регули-
ровочным элементом. Поэтому при необходимости регулировки
на индикаторе тестера индицируется, например, значение сопро-
тивления, по которому оператор производит регулировку соот-
ветствующего потенциометра. Метод регулировки с помощью
потенциометров самый простой. Однако к нему надо относиться
с большой осторожностью, когда речь идет об автомобильной
аппаратуре, которая должна отвечать требованиям вибростой-
кости.

5)	Сборка в корпус (рис. 7.11)

Корпус с печатной платой закрывается крышкой, после чего
на нем приклеивается бирка с заводским номером и краткими

Рис. 7.10. Регулировка схемы и контроль ее параметров: выполняется регули-
ровка электрических параметров; оператор выставляет нужное значение со-
противления потенциометра по показаниям на индикаторе автоматической
регулировочной установки.

Рис. 7.11. Сборка в корпус: печатная плата устанавливается в корпус и закры
вается крышкой.

ТУ. Эти операции выполняются полностью автоматически. На
этом сборка завершается.
6)	Контрольные испытания (рис. 7.12)

Полупроводниковые изделия имеют свойство так называе-
мых ранних отказов. Естественно и ЭБУ, выполненные на них,
также характеризуются этим свойством. Поэтому ЭБУ подвер-
гают испытанию на продолжительность функционирования при
повышенной температуре с целью отбраковки. Для ЭБУ, исполь-
зуемых в автомобилях, это соответствует крайне жестким усло-
виям по сравнению с нормальными условиями эксплуатации.
В ходе испытаний контролируются отдельные параметры и при-
нимается решение о пригодности ЭБУ. Однако в большинстве
случаев при проведении испытаний на продолжительность функ-
ционирования при повышенной температуре окончательное ре-
шение о пригодности ЭБУ не принимается.

Рис. 7.12. Контрольные испытания: во избежание проявления ранних отказов
изделия проходят контрольные испытания.

7)	Заключительные испытания (рис. 7.13)

Для проверки характеристик ЭБУ проводятся испытания на
циклическое воздействие смены температуры, принимающей по-
ниженное, нормальное и повышенное значения. Для проведения

Рис. 7.13. Заключительные испытания: производится 100%-ный контроль па-
раметров готовых изделий и их внешнего вида. В целях повышения эффектив-
ности контроля уровень температур трехкратно изменяется (испытания про-
водятся при пониженной, повышенной и нормальной температуре).
их используются автоматические установки, выявляющие отка-
зы. Изделие, выдержавшее испытания, считается пригодным к
реализации.

8)	Крепление на консоли и проверка внешнего вида

При необходимости осуществляется крепление ЭБУ на кон-
соли, чтобы облегчить его установку в автомобиле, и одновре-
менно проверяется его внешний вид. На этом процесс изготов-
ления ЭБУ заканчивается.

Итак, каждая технологическая операция сопровождается
тщательным контролем качества изделия, что гарантирует его
высокую надежность. Чтобы удовлетворить требования миними-
зации габаритов и массы, о которых до сих пор не упоминалось
в процессе описания технологии изготовления ЭБУ, используют
новую технику (типа приборов, монтируемых на поверхность
кристалла), которая отличается высокой плотностью монтажа,
односторонней пайкой и т. п.

Требования к усложнению функций, увеличению разнооб-
разия ЭБУ при мелкосерийном производстве выполняются бла-
годаря внедрению гибких производственных линий с управлени-
ем ЭВМ. Тем самым достигается автоматизация, полная загру-
женность оборудования и работа в реальном времени. При
этом органично соединяются процессы проектирования изделия,
управления производством, контроля качества изделий и техно-
логических операций. В результате образуется единая система
управления качеством, объемом выпуска и стоимостью с обрат-
ной связью в каждой операции.
Глава 8. БУДУЩЕЕ АВТОМОБИЛЬНОЙ
ЭЛЕКТРОНИКИ

В предыдущих главах было показано, какими электронными
устройствами оснащен автомобиль и какие функции они выпол-
няют. Кроме того, была рассмотрена среда, в которой «рожда-
ется» автомобильная электроника.

Безусловно, электроника занимает сейчас столь важное ме-
сто в техническом прогрессе, что ею нельзя пренебрегать при
создании автомобиля. В наши дни заметно расширилась об-
ласть применения автомобильной электроники, которая до сих
пор считалась привилегией легковых автомобилей; теперь ею
оснащают автобусы, тракторы, строительные и сельскохозяйст-
венные транспортные средства.

С тех пор, как Даймлер и Бенц почти одновременно построи-
ли первый в мире автомобиль, явившийся прототипом современ-
ных, прошло немногим более века. За этот период автомобиль
изменился неузнаваемо. Не вызывает сомнений тот факт, что и
в будущем продолжится его усовершенствование с целью созда-
ния более комфортабельных и удобных в эксплуатации моделей.

И, конечно, один из ключевых моментов, определяющих,
каким быть автомобилю будущего, связан с применением
электроники. Поэтому, чтобы существенно расширить функции
автомобиля, предстоит решить серьезную задачу — выявить
все возможности, которыми обладает электроника, и умело вос-
пользоваться ими.

8.1.	Перспективы развития электроники

Возможно, в 90-е г. произойдет еще больший скачок в раз-
витии электроники. Рассмотрим в этой связи два направления
научно-технического прогресса, которые по всей видимости кос-
нутся и автомобилестроения.

1)	Создание высокоэффективных полупроводниковых при-
боров

Больше половины используемых в настоящее время полупро-
водниковых приборов изготовлены из кремниевого монокристал-
ла. Однако для увеличения их быстродействия и повышения
степени интеграции нельзя беспредельно уменьшать длину кана-
ла*, поскольку при значениях ее меньше 1 мкм (так называемый

* Имеется в виду канал МОП-транзистора, являющегося базовым эле-
ментом ИС. — Прим, перев.
субмикронный уровень) возникают проблемы, связанные с теп-
ловыделением и стойкостью к перенапряжениям. Для решения
этих проблем можно использовать другие полупроводниковые
материалы, например арсенид галлия, элементы, работающие
на основе эффекта Джозефсона, элементы с высокой подвиж-
ностью электронов и др. Их характеристики приведены в табл.
8.1. Общее название для полупроводниковых приборов, изготов-

Таблица 8.1. Характеристики некремниевых приборов

Характеристики	GaAs-элементы	Элементы ва ос- нове эффекта Джозефсона	Элементы с высокой подвижностью элект- ронов
Рабочая температура	Нормальная	—269 °C (тем- пература жид- кого гелия)	—196 °C	(температу-  ра жидкого азота)
Быстродействие (от- носительно кремние- вых приборов)	Выше в 5— 6 раз	Выше в 20— 50 раз	Выше в 10—20 раз
Потребляемая мощ- ность (относительно кремниевых приборов)	1/2—1/5	Меиее 1/1000	1/10—1/20
Материал	Ga As	Pb, Nb	На GaAs-подложке формируется структу- ра со слоем GaAlAs
Используемый прин- цип действия	Высокая по- движность электронов	Явление сверх- проводимости	Высокая	подвиж-  ность электронов на границе раздела сло- ев GaAs и GaAlAs

ленных иа основе этих элементов — некремниевые приборы.
К сожалению, пока все эти приборы являются дорогостоящими.
Кроме того, элементы на основе эффекта Джозефсона и элемен-
ты с высокой подвижностью электронов способны работать толь-
ко при сверхнизких температурах. Поэтому их удается исполь-
зовать только в стационарных ЭВМ, а применение в автомо-
бильной аппаратуре остается делом далекого будущего.

Существует также способ увеличения степени интеграции
обычных кремниевых приборов, не приводящий к снижению их
быстродействия. Этот способ заключается в создании так на-
зываемых трехмерных ИС, структура которых показана на
рис. 8.1. В отличие от двумерного расположения элементов,
характерного для современных ИС, кристалл такой ИС имеет
трехмерное расположение элементов, что позволяет не только
уменьшить его размеры, но и сохранить или даже увеличить
быстродействие ИС.
Арсенид галлия можно использовать не только для получе-
ния сверхскоростных электронных приборов, но и оптических
устройств. Если использовать арсенид галлия в оптической
связи, учитывая его свойство излучать свет инфракрасного диа-
пазона, то уже непосредственно на кристалле имеется возмож-
ность реализовать оптоэлектронный преобразователь. В этом
случае станет практически осуществимой система световодной
связи, которая является дорогостоящей для применения в сов-
ременных автомобилях.

2)	Компьютеры пятого поколения

Все современные ЭВМ (называемые также машинами фон-
неймановского типа) выполняют пошаговые операции согласно
программе, хранимой в их памяти. Компьютеры, которые прин-

Рис. 8.1. Сравнение структур современной двумерной ИС (слева) и трехмерной
ИС (справа): 1 — кремниевая подложка; 2 — слой кремния; 3 — сквозное от-
верстие для соединения слоев; 4 — изолирующие слои.

ципиалыю отличаются от них аппаратным и программным
обеспечением, способные «думать» и решать поставленные зада-
чи при помощи базы накопленных знаний, относятся к ЭВМ
пятого поколения. Они могут понимать слова, произносимые
человеком (естественный язык), чертежи, рисунки, делать логи-
ческие выводы и самообучаться. Концепция компьютеров пятого
поколения пояснена с помощью рис. 8.2. Разумеется пока не-
возможно создать такую ЭВМ, ведь по своим способностям она
близка к человеческому разуму. Другими словами, ЭВМ пятого
поколения обладают искусственным интеллектом, и использо-
вание их в автомобилях весьма заманчивая перспектива.

8.2.	Автомобиль будущего с позиции автомобильной
электроники

Каким быть автомобилю будущего и что следует предпри-
нять для его создания? Рассмотрим эти проблемы с точки зре-
ния автомобильной электроники.
Система программного
обеспечения

человеЛ'

Анализронинание и синте
речи, изображений

Понима-
ние задачи
и синтез
ответа

Знания из облас
ги реигаеммх
задач

Система аппаратных
средств

Система логических выводов
и решения задач

лект. программированы

Знания о
SJbtKax
И изобра

Система инте/Г*

Решение

за^аи и । символьнь
вылолне- обработка
иинлп^ии ^~Т\ ,.,	_ :

символ* ной

нме логич.

J&M для

выводов

/вазы
знаний

научн.-техн.
расчетов

*
*
г

цмя. прог
раммы

Интерфейс ЭЗМ
пятого поколения

Система и и телле к. трального
и нтер^реаса

Система баз
знаний

^яамия о механ. системах
И представления знаний

к



ж
&

<535/4/ вляУю-

Рис. 8.2. Концепция ЭВМ пятого поколения.
1)	Автомобили ближайшего будущего

Предполагается, что автомобили, которые появятся в бли-
жайшие 5—6 лет, по своей форме мало чем будут отличаться
от своих современных собратьев, однако потребуются определен-
ные усилия, чтобы расширить их возможности, сделать их более
комфортабельными и удобными в эксплуатации.

Чтобы ЭБУ в конструктивном отношении были более ком-
пактными, чем существующие, целесообразно использовать раз-
личные малогабаритные приборы и в первую очередь ИС, т. е.
воспользоваться преимуществами интегральной технологии.
Поэтому применение теплостойких, вибростойких и влагостой-
ких элементов, пригодных для жестких условий эксплуатации
автомобиля, позволит объединить в единую конструкцию ЭБУ
и датчик, либо ЭБУ и исполнительный механизм и устанавли-
вать их в непосредственной близости от наблюдаемого или
управляемого объекта, например на двигателе (см. рис. 8.3).

Рис. 8.3. ЭБУ и датчик расхода воздуха (фирма «Бош»).

Уменьшение пространства, занимаемого ЭБУ, увеличивает по-
лезное пространство (салон) автомобиля и уменьшает его мас-
су. То же самое можно сказать и о проводной связи. В настоя-
щее время системы световодной связи существенно дороже
традиционных систем проводной связи, и в основном это связано
с высокой стоимостью преобразователей световых сигналов в
электрические. Но эту проблему можно решить, если восполь-
зоваться упомянутыми выше новыми полупроводниковыми мате-
риалами, в частности арсенидом галлия, и построить внутри-
кристальный оптоэлектронный преобразователь. Построив в
автомобиле разветвленную многоканальную сеть оптической
связи, удастся значительно увеличить объем передаваемой ин-
формации и устранить ряд проблем, характерных для проводной
связи (в первую очередь — влияние электромагнитных помех
на передаваемые сигналы). Кроме того, это позволит уменьшить
пространство, занимаемое блоками связи, и массу автомобиля.

Принцип действия большинства современных датчиков ос-
нован на обнаружении изменения какого-либо параметра (на-
пример, температуры) контролируемого объекта и передаче со-
ответствующего электрического сигнала в ЭБУ. Исполнительные
механизмы принимают сигналы от ЭБУ и на основании содер-
жащейся в них информации воздействуют на объект управле-
ния. Это традиционный способ взаимодействия данных уст-
ройств. Если уменьшить габариты ЭБУ и пойти по пути объе-
динения их с датчиками и исполнительными механизмами в
единый узел, можно существенно расширить их функциональ-
ные возможности. Устройства такого типа называют еще интел-
лектуальными датчиками и интеллектуальными исполнительны-
ми механизмами.

Например, если оснастить датчик микроЭВМ, появляется
возможность обрабатывать контролируемый параметр, преобра-
зовывать сигналы в форму, удобную для обработки в ЭБУ (на-
пример, в цифровые коды). Кроме того, в случае повреждения
чувствительного элемента датчика можно прогнозировать со-
стояние, в котором находится контролируемый объект (на ос-
новании сигналов, переданных в ЭБУ ранее и хранящихся в
в микроЭВМ). Это позволяет сохранить работоспособность
системы управления.

Безусловно, главным условием для улучшения эксплуатаци-
онных свойств автомобиля является высокая надежность элек-
тронных схем. Сейчас, когда автомобильная электроника вы-
держала довольно длительное испытание временем, можно
сказать, что надежность ее вполне отвечает требованиям. Одна-
ко, чтобы еще больше повысить ее, необходимо использовать
диагностические средства.

Современные диагностические средства касаются в основном
датчиков и исполнительных механизмов. ЭБУ на основании
предварительно записанной информации диагностирует их со-
стояния и в случае отказа, в том числе из-за внешнего повреж-
дения, вырабатывает псевдосигналы, поддерживающие работо-
способность автомобиля.

До сих пор рассматривалось внутреннее устройство автомо-
биля, а теперь посмотрим на него «снаружи». Большей частью
автомобили представляют собой изолированные объекты. Такая
изолированность обусловлена невозможностью (почти для всех
автомобилей) взаимного обмена информацией. Первым шагом
на пути решения этой проблемы стал телефон. Однако пока эф-
фективность его использования невысока и в будущем с
организацией сети соответствующих служб предполагается рас-
ширить распространение телефонной связи.

Водителю автомобиля необходима информация о текущем
местоположении. В настоящее время существуют навигационные
системы на основе магнитных компасов и гироскопов. Появи-
лись системы, способные принимать радиосигналы от несколь-
ких искусственных спутников и определять текущее местополо-
жение по разности во времени прохождения этих сигналов (так
называемые глобальные спутниковые системы радиоопределе-
ния), и в будущем ожидается их широкое применение.

Кроме того, автоматически принимаются автомобилем и
сообщаются водителю в звуковой или визуальной форме различ-
ные сигналы и предупредительная информация. Связь автомоби-
лей с различными автоматизированными системами управления
движением повышает безопасность водителей, пассажиров, пе-
шеходов.

Автомобильный телефон, навигационные системы и т. п.
обеспечивают связь автомобиля с внешним миром при помощи
радиоволн. Кроме них существуют еще свет и звук, но для под-

Телвфонная сеть

Рис. 8.4. Зональная телефонная сеть: CCS — система управления.

вижных объектов радиоволны — наиболее эффективный носи-
тель информации. Тем не менее возможности радиоволн огра-
ниченны. Поэтому приходится искать пути их эффективного
использования. Примером тому является система разделения на
зоны действия автомобильного телефона (рис. 8.4). В такой
системе радиостанции, расположенные в соседних зонах, имеют
различные диапазоны частот, а в несоприкасающихся зонах
диапазон частот совпадает.

2)	Автомобили далекого будущего

Автомобили, которые появятся в ближайшем будущем, пред-
ставить сравнительно просто. Попытаемся теперь, немного по-
фантазировав, показать автомобиль далекого будущего.

В будущем, как и сейчас, людям нужно будет передвигаться
на большие расстояния. Поэтому мы вправе предположить, что
многие из наших потомков будут пользоваться автомобилями.
Очевидно, в то время автомобиль наконец станет полностью
соответствовать своему названию, т. е. быть «самодвижущимся»,
в отличие от современных автомобилей, управляемых челове-
ком.

Итак, все современные автомобили управляются водителем
(опытным или начинающим), т. е. движутся так, как захотел
человек.

Для того чтобы самолет летал, необходим пилот. Однако уже
в наши дни почти все самолеты имеют средства автоматическо-
го управления, которые либо по внешним сигналам, либо путем
собственной оценки окружающей обстановки способны призем-
лить самолет точно в заданном месте. Естественно, такое стало
возможным благодаря появлению систем управления полетом с
помощью радиоволн. Таким образом самолет в отличие от авто-
мобиля имеет «глаза», «уши» и «рот». С помощью телефона
автомобиль удалось наделить «органами слуха и речи», но его
зрение — это по-прежнему глаза человека.

Если удастся дать автомобилю хорошее зрение и сделать
так, чтобы полученная информация поступала непосредственно
на различные системы управления, которыми оснащен автомо-
биль, то он станет очень удобным и высококомфортабельпым
средством передвижения.

«Слух» и «речь» необходимы автомобилю для общения с
внешним миром, но для этого понадобится и служба систем свя-
зи, аналогичная системам управления полетом самолетов.

Еще одна очень важная задача — наделить автомобиль «моз-
гом». Эту задачу можно выполнить, если оснастить автомобиль
компьютером пятого поколения, который, как уже говорилось
выше, помимо сверхвысокого быстродействия, обладает способ-
ностью мышления. В настоящее время идут самые активные
работы в области построения архитектуры и программного обес-
печения этих ЭВМ, и если в будущем их удастся сделать недо-
рогими и малогабаритными, то эта задача станет вполне реаль-
ной. И если к моменту создания таких компьютеров уже будут
функционировать системы навигации, обрабатывающие инфор-
мацию, поступающую от «органов зрения и слуха» автомобиля,
то можно будет построить действительно «самоуправляемый»
автомобиль.
9.1.	Термины, применяемые для описания ИС

1)	Термины, применяемые для описания МОП-технологии

Биполярная МОП-структура. На одном кристалле формиру-
ются биполярные и МОП-транзисторы. Это позволяет построить
аналоговые и цифровые схемы на одном кристалле. Использу-
ется при создании аналого-цифрового интерфейса. Перспектив-
ное направление развития ИС.

КМОП-структура. Комплементарная (взаимно дополняю-
щая) МОП-структура. Базовым элементом является пара МОП-
транзисторов, один из которых р-канальный, а другой «-каналь-
ный. Особенности — низкая потребляемая мощность, широкий
диапазон питающих напряжений, возможность функционирова-
ния в широком температурном диапазоне, высокая помехоустой-
чивость. Так же, как и ТТЛ-структура, широко используется для
создания логических элементов — вентилей И, ИЛИ и др.

и-МОП-структура. n-канальная МОП-структура. На подлож-
ке p-типа между областями стока и истока МОП-транзистора
формируется диффузионный слой n-типа (канал). Среди прочих
МОП-структур имеет самое высокое быстродействие. Широко
используется для изготовления микроЭВМ и ЗУ.

р-МОП-структура. р-канальная МОП-структура. На подлож-
ке n-типа между областями стока и истока МОП-транзистора
формируется диффузионный слой p-типа (канал). Характеризу-
ется наиболее простым среди МОП-структур технологическим
процессом. Первые МОП-приборы имели р-канальную структу-
ру, но из-за низкого быстродействия и большой потребляемой
мощности они были вытеснены пдМОП и КМОП-структурами.
Для изготовления БИС практически не используются.

МОП-транзистор. Другое название — полевой транзистор
(ПТ). Формируется на кремниевой подложке путем диффузии
областей стока и истока, между которыми изготавливается за-
твор, изолированный оксидной пленкой. МОП-транзистор явля-
ется базовым элементом БИС. Управляется напряжением в
отличие от биполярного транзистора, управляемого током.

К НС-структура. Структура кремний-на-сапфире. На изоли-
рующей подложке из сапфира выращивается эпитаксиальный
слой кремния, на котором формируются транзисторы в форме
«островков». Это перспективная технология, которая наряду с
арсенидгаллиевой может быть использована для создания быст-
родействующих маломощных ИС.
2)	Термины, применяемые для описания устройств памяти

СППЗУ. Стираемое программируемое ПЗУ (другое назва-
ние репрограммируемое ПЗУ, РПЗУ). Наиболее распростра-
ненный тип ПЗУ с возможностью многократной перезаписи со-
держимого памяти после стирания ультрафиолетовыми лучами.
Кроме этого типа существуют также электрически стираемые
программируемые ПЗУ (ЭСППЗУ).

Статические ЗУПВ. Запоминающей ячейкой является триг-
гер. Из-за большого числа элементов, входящих в триггеры,
статические ЗУПВ уступают динамическим по емкости памяти,
но они более удобны в применении, поскольку не требуют реге-
нерации*.

Динамические ЗУПВ. Ячейка памяти состоит из МОП-тран-
зисторов и МОП-конденсатора. Благодаря более простой струк-
туре можно создать память значительной емкости. Недоста-
ток— необходимость регенерации из-за разряда конденсатора
(используемого для хранения информации) с течением времени.

ЗУПВ. ЗУ с произвольной выборкой. Предназначено для за-
писи и считывания информации из ячейки с указанным адресом.
ЗУПВ разделяются на статические и динамические.

ПЗУ. Постоянное запоминающее устройство (ЗУ для чте-
ния). Возможно только считывание содержимого запоминающей
ячейки по указанному адресу. Содержимое памяти сохраняется
даже при отключении питания, поэтому такие ЗУ называют
еще энергонезависимыми. ПЗУ, запись информации в которые
производится изготовителем, называют масочными ПЗУ, а ПЗУ,
содержимое которых можно записать после их изготовления
при помощи специального устройства — программатора, — на-
зываются программируемыми ПЗУ (ППЗУ).

3)	Термины, применяемые для описания микропроцессорной
техники

ЦП. Центральный процессор (центральное устройство обра-
ботки данных). Главный узел ЭВМ, который управляет памятью
и портами ввода-вывода. БИС центрального процессора называ-
ется микропроцессором, хотя последний не всегда используется
в качестве ЦП.

Однокристальная микроЭВМ. На одном кристалле БИС со-
держится ЦП, ПЗУ, ОЗУ и порты ввода-вывода. В настоящее
время выпускается множество 4- и 8-разрядных однокристаль-
ных микроЭВМ.

* Регенерация — процесс периодической (через несколько миллисекунд)
подачи импульсов в динамическое ЗУПВ для сохранения его содержимо-
го. — Прим. ред.
МикроЭВМ. Сверхмалая ЭВМ., состоящая из тех же функци-
ональных узлов, что и обычная ЭВМ — ЦП, ОЗУ, ПЗУ и портов
ввода-вывода. МикроЭВМ, реализованная в виде одной БИС,
называется однокристальной, а на нескольких БИС — многокри-
стальной микроЭВМ.

Прерывание. Способ приостановки выполнения ЦП текущей
работы с целью обработки данных устройства, запросившего
прерывание. Запрос на прерывание вводится через специальный
контакт порта ввода-вывода, либо генерируется внутренним
таймером ЦП.

4)	Термины, применяемые для описания биполярной
технологии

И ИЛ (часто вместо ИИЛ пишут И2Л). Интегральная инжек-
ционная логика. Полупроводниковая структура, включающая
рпр-транзистор и прп-транзистор. Благодаря отсутствию слоя
разделительной изоляции, удается повысить степень интеграции
до уровня МОП-схем при довольно высоком быстродействии.
На одном кристалле можно изготавливать биполярные линей-
ные элементы ИИЛ.

ТТЛ. Транзисторно-транзисторная логика. Типичный пред-
ставитель биполярных ИС, широко используемый для изготовле-
ния ИС стандартной логики. Имеет высокое быстродействие при
большой потребляемой мощности. Однако в последнее время
стали выпускаться маломощные ТТЛ-схемы со структурами
Шотки (ТТЛШ), которые отличаются высоким быстродействием
и низкой потребляемой мощностью.

Биполярный транзистор. Наиболее распространенный тип
транзистора, принцип действия которого основан на переносе
биполярных зарядов электронами и дырками. Состоит из трех
областей (эмиттера, коллектора и базы), отличающихся коэф-
фициентом проводимости. Существуют два типа биполярных
транзисторов— рпр и прп.

5)	Общие термины

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП). ИС, используе-
мая для преобразования аналоговых сигналов в цифровые. На-
пример сигналы от датчика преобразовываются с помощью
АЦП в цифровые сигналы, предназначенные для цифрового
блока управления. ИС, выполняющая обратную функцию, назы-
вается цифроаналоговым преобразователем (ЦАП).

БИС. ИС, на кремниевом кристалле которой содержится
свыше 1000 элементов типа транзисторов. ИС классифицируют-
ся по степени интеграции на одном кристалле следующим обра-
зом: МИС (малые ИС) —до 100 элементов, СИС (средние
15—747
ИС) —от 100 до 1000 элементов, БИС (большие ИС) —от 1000
до 100000 элементов и СБИС (сверхбольшие БИС)—свыше
100 000 элементов.

Операционный усилитель (ОУ). Наиболее распространенный
тип линейных ИС, используемый для усиления сигналов. ОУ,
сравнивающий напряжения двух входных сигналов и выраба-
тывающий в зависимости от результата сравнения высокий или
низкий уровень выходного напряжения, называется компарато-
ром.

Вентильная матрица. Заказная ИС с матричным расположе-
нием транзисторов. Другое название-—матричная БИС. По
сравнению с другими типами заказных ИС требует более низких
затрат на разработку и коротких сроков разработки.

Цифровая ИС. Схема, работающая с цифровыми сигналами,
уровень напряжения которых принимает два значения — высо-
кий (Н) и низкий (L), соответствующие «1» и «0» двоичного
разряда. Существуют цифровые ИС памяти и логические.

DIP-корпус. Корпус ИС с двухрядным расположением вы-
водов. Изготавливается из керамики или пластмассы. Расстоя-
ние между выводами обычно равно 2,54 мм, но существуют
корпуса с расстоянием 1,78 мм. Кроме этого типа выпускается
много других корпусов — с однорядным расположением выво-
дов, безвыводные и т. п.

Гибридная ИС. ИС, па керамической или стеклянной под-
ложке которой содержатся сформированные по толстопленоч-
ной или тонкопленочной технологии резисторы, а также пред-
варительно изготовленные дискретные диоды, транзисторы, ИС
и конденсаторы*. Можно использовать для построения самых
разнообразных электронных схем с различными характеристи-
ками, в частности для миниатюризации схем ввода-вывода, ра-
ботающих с большими токами и высокими напряжениями.
В отличие от монолитных ИС имеют короткие сроки разработки.

Триггер (двухстабильный мультивибратор). Схема, имею-
щая два устойчивых состояния в зависимости от входного сиг-
нала. Благодаря способности хранить 1 бит информации широ-
ко используется в качестве базового элемента статических
ЗУПВ, счетчиков и т. п. Существует несколько разновидностей
триггеров — Т-триггер, JK-триггер и т. п.

Бит. Основная единица информации. В двоичной системе
счисления биту соответствует два значения переменной: едини-
ца и нуль. 8 бит составляют 1 байт.

Монолитные ИС. Интегральная схема, все элементы которой
сформированы на одном кремниевом кристалле. Обычно когда
говорят «интегральная схема», то подразумевают именно этот
класс ИС. Кроме монолитных существуют еще гибридные ИС.

* Дискретные элементы в основном бескорпусные.—Прим. ред.
Линейные ИС. Это аналоговые ИС, используемые для уси-
ления или модуляции аналоговых сигналов. Почти все аналого-
вые ИС изготавливаются по биполярной технологии. Типичные
их представители — ОУ и компараторы.

9.2.	Термины, применяемые для описания электронного
оборудования автомобилей*

1)	Термины, применяемые для описания систем управления
силовым агрегатом

Впрыск простой (SPI). Система с одной или двумя форсун-
ками для впрыска топлива, размещенными вблизи дроссельной
заслонки. Является общепринятой системой впрыска топлива,
называемой также центральным (CI) или дроссельным (TBI)
впрыском.

Впрыск распределенный (MPI). Система, в которой форсун-
ки для впрыска топлива размещаются у каждого цилиндра
двигателя. Обычно впрыск топлива осуществляется в зону
впускного клапана.

Впрыск топлива электронный (Electronic Fuel Injection).
Электронная система управления впрыском топлива, которая
определяет количество всасываемого воздуха, температуру ох-
лаждающей жидкости двигателя, частоту вращения коленчатого
вала двигателя и управляет впрыском топлива через электро-
магнитную форсунку.

Датчик воспламенения. Датчик обнаружения воспламенения
в камере сгорания дизельного двигателя, выполненный с исполь-
зованием световодов. Позволяет устранить смещение момента
воспламенения, вызванное изменением давления воздуха и раз-
личными составами топливной смеси.

Датчик детонации. Существуют два типа датчиков — резо-
нансные и нерезонапсные. Резонансные датчики обычно имеют
высокую чувствительность вблизи 6 кГц.

Датчик кислорода. Элемент, содержащий циркониевый твер-
дый электролит, выходное напряжение которого резко изменя-
ется при составе горючей смеси, близком к стехиометрическому
(1 : 14,6). При более богатой смеси (по сравнению со стехиомет-
рическим составом) выходное напряжение датчика равно при-
мерно 0,8 В, при более бедной смеси — 0,1 В. Управление соста-
вом рабочей смеси с использованием датчика кислорода назы-
вают управлением с обратной связью.

Датчик комбинированный абсолютного давления (Manifold
Absolute Pressure Sensor). Датчик абсолютного давления во
впускном трубопроводе. В последнее время, как правило, ис-
пользуют полупроводниковые датчики давления.

* Термины не всегда совпадают с принятыми в отечественной литерату-
ре. — Прим. ред.
Датчик состава смеси. Датчик, который, как и датчик кислоро-
да, содержит циркониевый твердый электролит. В области бо-
лее бедной рабочей смеси по сравнению со стехиометрическим
значением ток датчика почти линейно зависит от состава сме-
си. Поскольку датчик чувствителен к температуре, для поддер-
жания его постоянной температуры используют нагреватель,

Диагностика. Диагностическая система, которая с помощью
микроЭВМ контролирует значения параметров входных сигна-
лов, поступающих от различных датчиков, следит за правильно-
стью срабатывания исполнительных механизмов и ходом вы-
полнения программ микроЭВМ.

Дизель с электронным управлением количеством впрыски-
ваемого топлива и моментом впрыска (ECD — Electronic Con-
trolled Diesel).

D-J (D-Jetronic). Название системы косвенного измерения
количества воздуха, всасываемого двигателем. Способ измере-
ния основан на вычислениях с использованием значений давле-
ния во впускном трубопроводе и частоты вращения коленчатого
вала двигателя. В качестве датчика давления можно использо-
вать датчик, имеющий диафрагму, однако обычно применяют
полупроводниковые датчики, работающие на пьезоэффекте.

Карбюраторное устройство. Система, которая с помощью
электромагнитов управляет путями прохождения топлива и
воздуха в карбюраторе. Поддерживает состав рабочей смеси
близким к стехиометрическому. В общем случае управление осу-
ществляется регулированием поступления топлива с помощью
дозировочного жиклера и подачи воздуха с помощью электро-
магнитов. Другое название — карбюратор с обратной связью.

Система зажигания без распределителя (DLI). Система за-
жигания, которая в отличие от системы с распределением вто-
ричного напряжения катушки зажигания за счет вращения
ротора распределителя, не содержит распределителя. С помо-
щью одной катушки зажигания система обеспечивает двуполяр-
ный разряд (положительный и отрицательный) в двух цилинд-
рах.

Система непосредственного измерения количества воздуха,
всасываемого двигателем (L-Jetronic). В качестве датчиков в
системе применяют поворачиваемую воздухом пластину, нагре-
ваемые током проводник, горячий наконечник и т. п. Наимено-
вание L-J, как и наименования D-J, K-J, является, по-существу,
торговой маркой фирмы «Бош» (ФРГ). Эта система находит
очень широкое применение.

Система непрерывного впрыска топлива (K-Jetronic), в ко-
торой вместо электромагнитного клапана используется механи-
ческий жиклер. Система управляет топливным клапаном в соот-
ветствии с количеством всасываемого воздуха и под давлением
помпы впрыскивает определенное количество топлива.
Система управления детонацией (KCS). Система, которая с
помощью датчика детонации, прикрепленного к блоку цилинд-
ров двигателя, обнаруживает детонацию и изменяет угол опе-
режения зажигания. Часто применяется в двигателях с надду-
вом, где повышена степень сжатия и часто возникает детонация.
Кроме этого она находит применение и в двигателях, работаю-
щих на неэтилировапном высококачественном бензине.

Управление двигателем. Комплексная система управления
составом горючей смеси, углом опережения зажигания, часто-
той вращения коленчатого вала двигателя на холостом ходу и
EGR* с целью уменьшения токсичности отработавших газов,
повышения топливной экономичности и улучшения тягово-скоро-
стных свойств автомобиля.

Управление силовым агрегатом. Система управления двига-
телем и трансмиссией. Существует раздельное и комплексное
управление двигателем и трансмиссией.

Управление трансмиссией. В общем случае система предна-
значена для автоматизации работы водителя по управлению
коробкой передач и сцепления. Сокращенные названия — ЕТС
(Electronic Transmission Control) и ЕСТ (Electronically Control-
led Transmission).

Управление частотой холостого хода (ISC—Idle Speed Cont-
rol). Устройство, которое устанавливает оптимальную частоту
вращения коленчатого вала двигателя на холостом ходу в соот-
ветствии с температурой охлаждающей жидкости и нагрузкой
двигателя. Существуют две системы управления — управление
количеством воздуха, поступающего в обход дроссельной за-
слонки, и непосредственное управление степенью открытия
дроссельной заслонки.

Фиксация значений входных сигналов (Limp-Home). При по-
явлении в каком-либо устройстве неполадок диагностическая
система поддерживает характеристики устройства в допустимых
границах, позволяющих избежать остановки автомобиля. При
этом характеристики устройства отличаются от оптимальных.
Если диагностическая система расценивает работу программы
микроЭВМ и значения входных/выходных сигналов как ненор-
мальные, то выполняется замена их на заранее установленные
значения (значения по умолчанию) для продолжения движения.

Электронный блок управления, ЭБУ (ECU — Electronic Cont-
rol Unit). Электронная схема любой сложности (от простейшей
схемы, состоящей из отдельных транзисторов, до выполненной
на основе микроЭВМ), предназначенная для систем управления.
Другое название —ЕСМ (электронный модуль управления).

EGR — рециркуляция отработавших газов.—Прим. ред.
Электронная система опережения зажигания (ESA — Elect-
ronic Spark Advance). Устройство ESA регулирует продолжи-
тельность пропускания тока через катушку зажигания и момент
зажигания. В отличие от механических систем типа вакуумного
регулятора оно позволяет реализовать оптимальный закон уп-
равления, учитывающий частоту вращения V-образпого двига-
теля.

2)	Термины, применяемые для описания систем управления
автомобилем

Управление автомобилем. Общее название систем управле-
ния узлами, связанными с движением автомобиля — подвеской,
рулевым управлением, тормозной системой и т. п.

Управление высотой автомобиля (клиренсом). При большой
или неравномерной загрузке автомобиля уменьшается расстоя-
ние до поверхности дороги и смещаются оптические оси фар.
Система управления высотой предотвращает эти нежелательные
явления и поддерживает постоянными высоту и горизонтальное
положение автомобиля.

Управление замкнутое. Система, называемая также авто-
водителем, позволяет двигаться с постоянной скоростью без на-
жатия педали акселератора. Исполнительный механизм уст-
ройства управляет дроссельной заслонкой так, чтобы скорость
автомобиля была равной скорости, заданной водителем.

Управление подвеской. Регулируя сопротивление амортизато-
ров и изменяя жесткость рессор, система переводит подвеску в
режимы «жесткий», «мягкий» и управляет тем самым плавно-
стью хода автомобиля.

Управление поворотом четырех колес (сокращенное назва-
ние 4WS— 4Wheel Steering). Система повышает устойчивость
движения, управляя углом поворота как передних, так и задних
колес.

Управление усилием на рулевом колесе. Регулируя давление
масла, система снижает на низкой скорости и увеличивает
на высокой усилие, необходимое для поворота рулевого колеса.

Управление электронное четырьмя колесами при торможе-
нии. Система, которая, управляя передними и задними колесами,
обеспечивает управляемость при торможении на скользких до-
рогах.

Электронное управление при торможении (ESC — Electronic
Skid Control, другое название ABS). Уменьшая или увеличивая
давление рабочего тела в тормозном приводе, система предот-
вращает блокирование колес при экстренном торможении.
3)	Термины, применяемые для описания систем управления
кузовом

Автоматический кондиционер. Система с автоматическим
управлением компрессором, которая поддерживает постоянную
температуру путем регулирования положения заслонки смесите-
ля охлажденного и горячего воздуха. В схеме управления
устройства применяется микроЭВМ; исполнительные механизмы
выполнены в виде сенсорных переключателей, а узел индика-
ции— с использованием цифровых индикаторов. Такие конди-
ционеры называют также микрокомпьютерными кондиционе-
рами.

Бесключевой доступ. Система, которая позволяет открывать
и закрывать двери и багажник без ключа. Используются микро-
волны, инфракрасные волны или сенсорные переключатели.

Блокирование дверей. Система блокирует и разблокирует
открытие всех дверей с помощью выключателя, расположенно-
го около водителя; система также автоматически блокирует
двери при превышении определенной скорости.

Глобальная система местоопределения (GPS). Система,
которая принимает радиоволны от неподвижных искусственных
спутников (от 18 до 21 единицы) и показывает текущее местопо-
ложение, скорость и время. В произвольной точке поверхности
Земли можно всегда принимать радиоволны от 3 спутников, что
дает возможность произвести высокоточную триангуляцию.

Информационное устройство индикации. Система, которая
вычисляет и отображает количество оставшегося топлива и
расстояние, которое можно пройти на остатке топлива, расстоя-
ние до пункта назначения, текущий и средний расход топлива,
среднюю скорость и время движения. Система может носить и
другие названия — информатор водителя, маршрутный компью-
тер.

Компас. Простой магнитный указатель направления или си-
стема, которая суммирует пройденное автомобилем расстояние
по каждому направлению и указывает удаленность от точки
назначения.

Сторожевое устройство. Система, которая обнаруживает сня-
тие блокировки дверей любыми средствами, кроме ключа, и по-
дает сигнал тревоги в случае открывания дверей.

Управление кондиционером (ручное). Система управляет
кондиционированием воздуха в салопе, включает и выключает
электромагнитную муфту компрессора, но не обладает возмож-
ностью автоматической стабилизации температуры. Установка
режима работы производится пользователем с помощью рычаж-
ка установки.
Управление кузовом. Система управления узлами и агрега-
тами кузова (кондиционером, измерителями, звуковыми прибо-
рами и т. п.).

Управление световыми приборами. Системы, которые с по-
мощью датчиков определяют наружную освещенность и авто-
матически включают или выключают фары и габаритные огни.
Предусматривается также возможность автоматического сни-
жения яркости при обнаружении света фар встречного тран-
спортного средства (автоматическое затемнение).

Управление стеклоочистителями. Существуют стеклоочисти-
тели прерывистого действия, включаемые водителем, и автома-
тические стеклоочистители включаемые электронной системой
при обнаружении дождевых капель.

Устройство обнаружения препятствий позади автомобиля.
Устройство, которое с помощью ультразвуковых волн вычисля-
ет расстояние до препятствия позади автомобиля и в случае
возможного столкновения извещает водителя. Другое назва-
ние — задний звуковой локатор.

Электронные измерительные устройства или электронные
дисплейные измерители. В этих устройствах вместо стрелочных
приборов применяются светодиоды, жидкие кристаллы, люмине-
сцентные и электронно-лучевые трубки. Следует отметить стре-
мительный рост точности индикации и разнообразие форм ин-
дикаторов.
К главе 1

1)	ЖЙЙ

2)	: ЙИЖх©7 bn-?X0Wt1?*, Й5ЙЖ8Ж, Vol.38, No.2,

1984

3)	Ьпх7хйЕЧ£-СЖг£73й>, ЙЙЖКда,Vol.39,

No.2, 1985

4)	ВФ®^йА> Г m,	Й®)Ж©77Т4 7SW

ЙЖ'7>Ж7’7Д, ЙЙЖ-ШГг&, 60 *₽ 6 Я 21 H

5)	?$£=№> : ЙЙЖхх? b охххЙЖЙ^Ж, 7 5> • 79SЖЖ§Р, 1974

6)	з&йж;	йажкда, voi.39, N0.11, 1985

7)	£Ж1ЙЙ<Ж1ЯЖ>, ’84 W

К главе 2

1)	лшм¥^*ч к, да)Ж£

2)	7пзУЬ"л-^©Ж^Е 6800, b П-у • -t 5, □ у?) ?-Х • $Ча’>
да), со жж

3)	ЖЕЖ©: х3 7пз>Ь4-7Ф*ЙйШЙ, Ж-Д?±

4)	W Ш, Ш : •?/ 7 n □ уt°	О13Ж-20 »®МЖ » j&

1V4¥tt

6)	5#Й : Шt т/'Ч Л-Жйt г □ у ь° сх-7ЙЖ-, йЖ

7)	идая: вш op 7 >х0ко?т, со жж

8)	JISC802 (1976),

К главе 3

1)	- : Л-хий F п-й z, ЛМЖЖ

2)	Й.Ж'йЧ: хУ>*>ШЖйтМ-1г>Ч, Й«ШЖ Vol.39,No.2,1985

3)	К.Kawamura, М.Kawai, et al: Toyota’s New Single-Chip Microcomputer
Based Engine and Transmission Control System, SAE 850289, 1985

4)	fOIHfi :'®TK{0jU74X72. NAVI-5 ©>Л72Ч®Й1,
ЙМЖ0777 4 7ifiMiiffi'7>.-K77A, Й®1ЖШ!5е, 6О^6Л12Н

К главе 4

1)	'7 7^Ж?»ОтоШг;Ш^, Й1ЛЖЙЙТ, Vol.39, No.

1, 1985

2)	; W7-®WX^>73 У^ХтАОЙ/Ь, ЙКРНЖ Vol.39, No.

2, 1985
3)	'ЛЙ	No.

10.	1984

4)	вин	лп^, ЦИЙШЙЖ, Vol.31,

No;9, 1977

5)	SfiiftilA-йй' :	ЙЙШ Vol. 38,'No. 2, 1984

6)	ЪЪ	bn-XX, гдаж-Vol.32, No.2, 1978

7)	'tirfi : ESC	t * ®7 .f >' X ;Vft, 1- H X m 35 23 s, 3t 2 45,

Uftfll 42 12 Л

8)	ЙШЛ : -/>- + 5/ЛтА0«Т-з > b а-л,, ШЙФЗЖ Vol.32, No.2, 1978

9)	35 5 Ш, ^И?1-ЛГ1ЙЖОтй

10)	ЖФr.'rt.'f 11 & ^Т.7')'/^, tX-ЧУУз V, |1|!ЙЙ

К главе 5

1)	ЬЗКт:— : ПК 5 г/их, +-Afl:

2)	NHK	L, H

3)	i/<z* xlift'VfH, IIAVexi (fr)

4)	ШЖЗАа/о : ЙШШ) L iliS!® [>гШ, ПЙФ1Ж, Vol.37,
Nb.l. 1983

5)	m'WV-o:	Ь-зХШй, Ж34&, 35 2 v, a«fu59.<t* 12Л

К главе 6

i)	 asm^x ь »=х\нж йиаджV0T..31, no.8, 1977

2)	ffiWrff : |ШЖ1;О1:Мг?;irv? b	ПйШ

111, Vol.29, No.9, 1975	''4

3)	Уг-Х1/^ЬПХ^Х©1С!СОИТ, l'lft-фйда, Vol.31, №0.8,

1977

4)	JASO	^.МУ;А[.'1йФ'.К{3i?

К главе 7

1) K'lW, AWOiWA

К главе 8

i)	: icлч

2)	Technology and Market ;>9/l 1

3)	: 35 5|4:^n>Ex-X0H«.'t^«MW.^tt,Vol.23> No.5, May, 1982

4)	0. Glocker : New Developments in Fuel Injection, 1 Meeh E 1985

5)	J. Getting : Cellular Mobile Radio An Emerging Technology, IEEE

Communications Magazine Nov. 1983

К главе 9
Литература, добавленная редактором перевода

1.	Автомобиль «Запорожец». Специальные агрегаты и оборудование/
Поляк Д. Г., Есеновский-Лашков Ю. К-, Мосягин В. М., Пятко Б. Н. — М.:
Транспорт, 1981. — 206 с.

2.	Автомобильные датчики. Сб. статей. — М.: Машиностроение, 1982.—
102 с.

3.	Аппаратура впрыска легкового топлива автомобильных двигателей/
Будыко Ю. И., Духнин Ю. В., Когапер В. Э., Маскенсков К. М.— Л.: Ма-
шиностроение, 1982. — 144 с.

4.	Брюханов А. Б., Хомич В. И. Электроника па автомобильном транс-
порте.— М.: Транспорт, 1984. — 126 с.

5.	Брюханов А. Б. Электронные устройства автомобиля.—М.: Транс-
порт, 1988. — 109 с.

6.	Ветлинский В. II., Юрчевский А. А., Комлев К- Н. Бортовые авто-
номные системы управления автомобилем. — М.: Транспорт, 1984.— 189 с.

7.	Гуревич Л. В., Меламуд Р. А. Тормозное управление автомобиля. —
М.: Транспорт, 1978.— 152 с.

8.	Како И., Яманэ Я- Датчик и микроЭВМ. — Л.: Эпергоатомиздат,
1986, — 120 с.

9.	Мальвинский А. Н., Подольский А. Г. Радиовещательный прием в ав-
томобиле.— М.: Радио и связь, 1982. — 192 с.

10.	Мороз С. Э. Электроника в управлении автомобилем. — М.: Знание,
1985, —64 с.

И. Покровский Г. П. Электроника в системах питания автомобильных
двигателей.—М.: Машиностроение, 1972. — 135 с.

12.	Синельников А. X. Электронные приборы для автомобилей.—М.:
Энергоатомиздат, 1986. — 240 с.
Предметный указатель

Амортизатор ПО—120

—	гидравлический 122

АЦП см. Аналого-цифроиой преобра-
зователь

Аналого-цифровой преобразователь

152, 162

Безопасность движения 110—113, 120,
128, 134

Блокирование колес 134—135, 142—

143

—	дверей 173—175

Быстродействие ЭБУ 117

Ввод/вывод 54—56, 117

Вентиль логический 49

Вентилятор 147—148

Впрыск асинхронный 66, 73

—	независимый 73

—	синхронный 66, 73

—	топлива 12, 24, 66, 69—73, 77—78

Высота кузова ПО, 120—124

Газы отработавшие 66, 67, 71, 76

Датчик азимута 165—167

—	аналоговый 114

—	высоты 122—123

—	давления 79

—	интенсивности солнечного излуче-
ния 146—149

—	испарителя 148

—	Кармана см. Кармана датчик 79—
80

—	кислорода 71, 77

—	положения рулевого колеса 113—
114, 125

—	распределителя 75

—	расхода воздуха 66, 78—80

—	скорости 117, 125, 133—139, 158

—	температуры воздуха 76, 146

---охлаждающей жидкости 76, 146

—	термоанемометрический 80—81

—	торможения 113

— угла открытия дроссельной заслон-
ки 76, ИЗ, 125

---поворота коленчатого вала 75
— ультразвуковой 177

— цифровой 114

— частоты вращения коленчатого ва-
ла 66

Двигатель бензиновый 66
— дизельный 100—103
Демпфирование 111—112

Детонация 66

Диод, вольтампериая характеристика
39

— Зенера см. Зенера диод

Жидкость охлаждающая 154

— тормозная 136

Запоминающее устройство (ЗУ) 54

---оперативное (ОЗУ) 55, 117

---постоянное (ПЗУ) 55, 117

---перепрограммируемое (ППЗУ)
61

Заслонка дроссельная 72, 76, 79, 118—

119, 128, 134

—	подвижная 73

Зенера диод 41

Золотник 113—114

Имплантация 194

Индикатор жидкокристаллический

154—157

—	люминесцентный 154—155

Интегральная схема (ИС) аналоговая

44

—	биполярная 51

—	большая 45

—	гибридная 53

—	КМОП 12

—	малая 45

—	монолитная 54

—	МОП 51

—	средняя 45

—	цифровая 48

Испаритель 146—148

Испытания 182—190, 204—205
Канал выпускной 121  — перепускной 113  Кармана датчик 79—80  Картер 138  Клапан выпускной 123  —	игольчатый 78  —	спускной 128  —	форсунки 66, 73  Клиренс 120  Компаратор 47, 63—64, 152, 169  Компрессор 121—122  Комфортабельность ПО—111, 124  Конденсатор 37  Кондиционер 61, 146  Контроль входной 201—202  —	температуры 64—65  —	частоты 64—65  Коробка передач 112  Крен 112  Кузов 124, 146—181	—	отладка 60—61  —	разработка 59  —	трансляция 59  —	управления 117  Проектирование логическое 195  —	топологии 195  —	электрической схемы 195  Процессор центральный (ЦПУ) 54  Работоспособность микроЭВМ 116  Распределитель зажигания 75  Расходомер топлива 161  Регистр сдвиговый 153  Регулятор вакуумный 81  —	центробежный 81  Резистор 36  Рессора ПО, 120  Сборка 202—204  Световод 181
Логика И2Л 53 — ТТЛ 52—53	Светодиод 155  Сервомеханизм 152  Сигнал аналоговый 44, 61  — цифровой 48, 61
Маркировка резисторов 37  Механизм исполнительный 56, 113— 116, 126—129  МикроЭВМ 12, 54—61, 116—119, 123, 126—129  Моделирование 60—61  Мультиплексор 178	Система антиблокировочная 137, 144 — зажигания 11, 61—62 — мультиплексная 178—181 — навигационная 163—165 — оптической связи 180—181 — управления двигателем 22—23, ’ 67—109  — — подвеской ПО—126  	трансмиссией 22—23, 67—109
Обнаружение короткого замыкания 120—121  Обработка входная 115, 129, 145  — выходная 116  — инициализирующая 117  — по прерыванию 145  Ограничение тока 120—121  Омыватель 169  Освещение 171—173  Оседание 112, 118—120		ходовой частью 22, 110—145 Скважность 129  Скольжение 134—143  Смеситель 146—147, 151  Состав горючей смеси 70  — стехиометрический 71 Спидометр 129, 154, 157—158 Стабилизация напряжения 41, 42 Стеклоочиститель 169—171 Сцепление 113  — с дорогой 135—136
Память см. Запоминающее устройство  Педаль акселератора 118, 126  — тормозная 143  Повторитель напряжения 47  Подвеска 110—145  Поршень 111, ИЗ  Преобразователь цифроаналоговый 61  Привод 113  Приемистость 69  Программа 56  — основная 117	Таблица истинности 49  Таймер 116, 129  Тахометр 154, 160—161  Термистор 149  Технология изготовления ЭБУ 202—  206  Тормоз стояночный 127  Травление 197  Транзистор 42  — КМОП 52
—	полевой 52

—	униполярный 51

Трансмиссия 12

Трубка электронно-лучевая (ЭЛТ)

164—165

Угол опережения зажигания 12, 66,
81—84

Ультразвук 175—177

Усилитель инвертирующий 46

—	неипвертирующий 46

—	операционный 44

—	транзисторный 43, 54

Фара 120, 171—173

Фильтр-водоотделитель 122

Форсунка 76—78

Фотодиод 149

Фотопрерыватель 114, 122
Фотошаблон 195

Ходовая часть 22

Цилиндр тормозной 139—140

Частота вращения коленчатого вала
66, 131

Шасси 122—123

Шина адреса 55

— данных 55

— общая 55

— системная см. Шина общая

— управления 55

Электронный блок управления (ЭБУ)

1, 35, 113—118, 121—125, 128—

130, 133—134, 140—145, 149—152

Электрооборудование 11—12

Элемент логический 49, 56

— магниторезистивный (МРЭ) 158

—	пневматический 121

—	упругий 121—122

—	электронной схемы 35

Язык ассемблера 56—57

—	Бейсик 57

—	высокого уровня 57

—	машинный 56—57

—	программирования 59

—	Си 57

—	Фортран 57
Оглавление

Глава 1. Введение в автомобильную электронику.......................11

1.1.	История применения электроники в автомобилях ....	11

1.2.	Современное состояние	автомобильной электроники ....	13

1.3.	Основные направления	развития автомобильной	электроники	31

Глава 2. Схемы электронного	управления...................35

2.1.	Элементы электронных	схем.........................35

2.2.	Разработка системы на	основе микроЭВМ.............57

2.3.	Пример схемы электронного управления (управление кондицио-
нером автомобиля)................................................61

Глава 3. Управление двигателем и трансмиссией.......................66

3.1.	Управление бензиновым двигателем.............................66

3.2.	Управление карбюратором и центральный	впрыск ....	97

3.3.	Управление дизельным двигателем.............................100

3.4.	Управление трансмиссией.....................................103

Глава 4. Управление ходовой частью..............................110

4.1.	Управление подвеской.........................................НО

4.2.	Управление для движения с постоянной скоростью ....	126

4.3.	Рулевое управление с усилителем.............................131

4.4.	Управление при скольжении автомобиля........................134

Глава 5. Системы управления кузова.................................146

5.1.	Автомобильные кондиционеры..................................146

5.2.	Электронное измерительное устройство........................153

5.3.	Информационная система......................................163

5.4.	Навигационная система.......................................165

5.5.	Схема обнаружения обрыва нитей ламп.........................168

5.6.	Управление стеклоочистителем................................169

5.7.	Управление освещением.......................................171

5.8.	Управление блокированием дверей.............................173

5.9.	Обнаружение препятствий сзади автомобиля....................175

5.10.	Одпопроводная мультиплексная система связи .....	178

Глава 6. Методы испытаний ЭБУ......................................182

6.1.	Условия эксплуатации автомобиля.............................182

6.2.	Испытания компонентов.......................................183

6.3.	Испытания ЭБУ в автомобилях.................................189

Глава 7. Полупроводниковая технология и процесс изготовления ЭБУ 191

7.1.	Полупроводниковая технология................................191

7.2.	Технология изготовления ЭБУ.................................202
Глава 8. Будущее	автомобильной электроники......................207

8.1.	Перспективы	развития	электроники............207

8.2.	Автомобиль	будущего	с позиции автомобильной электроники 209

Глава 9. Словарь	терминов.......................................215

9.1.	Термины, применяемые для описания ИС......................215

9.2.	Терминология электронного оборудования автомобилей .	.	.	219

Литература.......................................................225

Литература, добавленная редактором перевода......................227

Предметный указатель.............................................228

Учебное издание

Хирому Сига, Сюдзи Мидзутани

ВВЕДЕНИЕ В АВТОМОБИЛЬНУЮ ЭЛЕКТРОНИКУ

Заведующий редакцией Ю. А. Кузьмин
Научный редактор Т. Г. Хохлова
Младший редактор Т. В. Ежкова
Художник Н. И. Василевская
Художественный редактор М. Н. Кузьмина
Технический редактор Т. А. Максимова
Корректор Т. М. Подгорная

ИБ № 6845

Сдано в набор 13.12.88. Подписано к печати 24.05.89.

Формат 60Х90У16. Бумага типографская № 1. Печать высокая.

Гарнитура Литературная. Объем 7,25 бум. л. Усл. печ. л. 14,5.

Усл. кр.-отт. 14,5. Уч.-изд. л. 13,55. Изд № 8/6361.

Тираж 30 000 экз. Зак. 747. Цена 1 р. 30 к.

Издательство «Мнр»
«Совэкспорткнига» Государственного комитета СССР по делам издател]
полиграфии и книжной торговли.

129820, ГСП, Москва, 1-й Рижский пер., 2.

Московская типография № 11 Союзполиграфпрома при Государственном
комитете СССР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли.

113105, Москва, Нагатннская ул., д. 1.