Auto-elektronika – História, súčasnosť a perspektívy

Auto-elektronika – História, súčasnosť a perspektívy

Ján GamecKatedra elektroniky

a multimediálnych telekomunikácií

Zrod automobilov

• Začiatok histórie automobilov rok 1765– Nicholas CUGNOT dôstojník francúzskej

armády vyvinul samohybný, parou poháňaný voz

– uviezol 4-roch pasažierov – rýchlosť približne 3 km/h– jedna z jeho prvých jázd viedla ulicami Paríža

vozidlo sa prevrátilo a CUGNOT bol uväznený pre verejné ohrozenie

• Vývoj pokračoval a v roku 1885 – Karl BENZ vyrába ako prvý dnes uznávaný automobil– využíval motor s tzv. vnútorným spaľovaním.

Tri-Car 1885

Zrod automobilov

Tri-Car 1885 - MotorwagenTri kolesá Benzínový, štvortaktný

horizontálny, jednoválcový.

Elektrické zapaľovanie

Vŕtanie 116 mm, zdvih 160 mm

Hnaná zadná náprava s diferenciálom (mechanicky ovládané nasávacie ventily)

Patent. model Motorwagen: 958 cm3, 0,8HP, 600W, 16km/h

Komerčný model: 1600cm3, 0,75HP, 8mph

Vodou chladený motor

Riadenie prednej nápravy

Replika patentovaného automobilu Karla Benza (29 január 1886)

• Počas vyše tých 125 rokov – z hrubého mechanického zariadenia – veľmi zložitý produkt, neschopný existencie bez

sofistikovanej elektronickej technológie

• Najväčšie zmeny - posledných 30 až 40 rokov. • Vývoj fascinujúcich kombinácii elektronických

a mechanických inžinierskych riešení • Splnenie zdanlivo nesplniteľných požiadavok

– nízke emisie, – ekonomická spotreba paliva, – jazdné vlastnosti.

• Trend naďalej smeruje k rastu počtu elektronicky riadených systémov.

Stručná história elektroniky v automobiloch

• Automobily v počiatkoch– elektrické komponenty iba v systémoch

zapaľovania - magneto alebo batéria a indukčná cievka,

– vyvinuté Charlesom Ketteringom v roku 1908 (používané až do 90-tých rokov, v niektorých motoroch sa používajú dodnes).

– Po roku 1920 bol elektrický systém rozšírený o štartér a osvetlenie.

• Prvý skutočný elektronický systém– rádioprijímač (elektrónkový) - 30-té roky– elektrónky neboli príliš vhodné pre prostredie

automobilu - notoricky nespoľahlivý – nástupu tranzistorových prijímačov 60-té roky

• Po elektrickej stránke sa až do druhej polovice 60-tých rokov automobil vyvinul veľmi málo

• V podstate to bol mechanický systém s mechanickým riadením


• Hlavný stimul pre vývoj lacných a spoľahlivých elektronických systémov – kongres USA v roku 1970 – konštatovanie zhoršujúcej sa kvality ovzdušia

v amerických mestách– senátor MUSKIE upozornil a vyzýval k veľkej

redukcii emisií, produkovaných automobilmi.


• „MUSKIE-ho zákony“ – všetky automobily predávané v USA po roku

1975-76 majú mať úroveň znečisťujúcich emisii o 90% nižšiu ako tie do roku 1970

– Zvláštny dôraz bol kladený na minimalizáciu CO, rôznych oxidov dusíka - NOx a nespálených uhľovodíkov HC.

– Vytvorenie EPA (Environmental Protection Agency – Agentúra na ochranu životného prostredia) - dohliadala na legislatívu.


• Automobilový priemysel preskúmal všetky dostupné technológie a dospel k názoru– v tak krátkom čase prichádzalo do úvahy iba

spracovanie výfukových plynov– katalytické konvertory (katalyzátory)– pôvodne boli použité iba oxidačné

katalyzátory, ktoré odstraňovali HC a CO.


• Redukcia emisií NOx použitím techník EGR (Exhaust Gas Reduction)– malá časť (6-10%) nasávanej zmesi sa nahrádza

výfukovými plynmi - inertné zriedenie, zníženie teploty horenia a tým aj úroveň NOx

• Trojcestné katalyzátory v neskorších 70-tých rokoch - ďalšia redukcia NOx

– odstraňovali všetky tri znečisťujúce zložky – potreba elektronických riadiacich systémov pre

presné riadenie pomeru vzduchu a paliva


• Dopyt po pokročilejších elektronicky riadených systémoch zo strany amerického automobilového priemyslu.

• Po roku 1981 - riadenie na báze mikropočítačov - benzínové motory General Motors

• Požiadavka na výrobu 3,7 milióna elektronických riadiacich jednotiek (ECU- Electronic Control Unit) ročne. – 22000 ks ECU denne iba pre túto jednu firmu.


Senzory a systémy v automobiloch pred viac ako 30–timi rokmi obmedzené na:– rýchlosť auta, otáčky motora (nepresne neskôr

rozšírené o);– teplota chladiacej kvapaliny (voda), – úroveň paliva v nádrži, – poruchy v systéme mazania (tlak oleja).


• Rýchly nárast rozvoja elektronických riadiacich systémov postihol už nie len elektronické riadenie motora

• Zvýšil úžitkovú hodnotu vozidla z hľadiska– aktívnej bezpečnosti, – pasívnej bezpečnosti, – jazdných vlastnosti, – komfortu a – komunikačných schopnosti.


• Dnešný konkurenčný trh je spätý:– s prísnym environmentálnym a

bezpečnostným zákonodarstvom;– s očakávaním vysokej úrovne ovládania

a výkonnosti;– s orientáciou na vozidlá s autodiagnostikou

a manažmentom– so zdokonaľovaním komunikačných

schopností, komfortu a luxusu– s dostupnosťou lacných elektronických

zariadení.


Elektronické systémy automobilov blízkej minulosti až súčasnostiElektronické systémy automobilov súčasnosti a blízkej budúcnosti

Elektronické systémy

Čomu sa venujeme na FEI



Kam speje svet a čomu sa musíme venovať

• Adhoc siete a V2I aj V2V komunikácia










• Nové elektrické alebo hybridné pohony• Optimalizácia ich riadenia• Vývoj technológií distribučných sietí el.

energie• Manažment distribúcie el. energie• Nové akumulačné prvky el. energie a s tým

spojené technológie

Poďakovanie

We support research activities in Slovakia / Project is co-financed from EU funds. This paper was developed within the Project "Centrum excelentnosti integrovaného výskumu a využitia progresívnych materiálov a technológií v oblasti automobilovej elektroniky", ITMS 26220120055

Ďakujem za pozornosť

Documents

Auto-elektronika – História, súčasnosť a perspektívy