Universitatea “Politehnica” București Facultatea de Electronică, Telecomunicații și Tehnologia Informației
Sistem automat de comandă a ștergătoarelor de parbriz
Pestritu Ionuț-Alexandru Grupa 442B
Cuprins
1.Introducere teoretică 2.1 Schema bloc a proiectului 2.2 Descrierea funcționării schemei bloc 3.1 Schema electronică de principiu 3.2 Descrierea funcționării schemei electronice 4. Concluzii 5. Bibliografie
1.Introducere teoretică
Instalația electrică a ștergătoarelor de parbriz are rolul de a asigura acționarea electrică a brațelor ștergătoarelor de parbriz pentru a-l curăța de ploaie, zăpadă și murdărie în condiții atmosferice nefavorabile. Echiparea automobilelor cu ștergătoare și spălătoare de parbriz este impusă prin normele de circulație pe drumurile publice. Ștergerea parbrizului se realizează cu ajutorul unor perii sau lamele de cauciuc de 150 - 200 mm lungime, fixate în două brațe acționate pe partea din afara parbrizului cu o apăsare de 100-150 gf care asigură ștergerea picăturilor de ploaie și zăpadă. Acționarea brațelor ștergătoarelor de parbriz la autoturisme se poate realiza în două moduri, și anume: individual, respectiv fiecare braț este acționat independent de către un electromotor;
Sistem de acționare individuală (cu două electromotoare)
cu un singur electromotor care acționează simultan ambele brațe prin intermediul unui mecanism bielă-manivelă și al unui angrenaj format din șurub melc și roată melcată. Acest sistem se aplică în prezent la majoritatea autoturismelor, având un cost mai mic față de primul sistem.
Sistem de acționare cu un singur electromotor
Majoritatea sistemelor de ștergere parbriz la autovehicule sunt operate în mod electric. Dacă în trecut vehiculele erau dotate cu un singur ștergător, astăzi se folosesc mai des o pereche de două ștergătoare, acționate de un singur motor. Unele modele au pe partea din spate, de regulă un singur ștergător cu o singură viteză, iar funcția de spălare a geamului este comandată diferit. Unele autovehicule au și faruri dotate cu ștergătoare. Pentru a se adapta mai bine la condițiile de drum, sistemele au 2 sau chiar 3 viteze de ștergere, și separat un mod intermitent. Cerințele unui sistem modern curpind un sistem de putere, silențios și care să nu consume mai mult de 1-2A. Se folosesc motoare cu magneți permanenți. Pentru comanda ștergătoarelor se folosește de regulă un motor cu perii. Funcționarea la viteză mărită se realizează folosind o perie în plus. Această a 3-a perie adaugă curent suplimentar, și se ajunge la o turație de 70 rotații pe minut față de 50 rotații pe minut în mod normal cu un curent comandat numai prin Tranzistorul 2(fig. Sch. elec.)
Schema de funcționare a unui sistem de ștergere al parbrizului Sistemul cuprinde un electromotor de curent continuu, un sistem de conversie a mișcării de rotație a electromotorului în mișcare de basculare a portracletelor ce susțin lamelele de ștergere, un întrerupător amplasat la locul de conducere cu ajutorul căruia se acționează electromotorul, o camă menită să acționeze o pereche de contacte legate în derivație cu întrerupătorul în scopul efectuării unei mișcări complete(dus-întors) a brațelor ștergătoarelor și o siguranță cu scopul de a limita curentul absorbit de electromotor.
La acționarea întrerupătorului, electromotorul primește tensiune de la acumulatorul de bord și începe mișcarea de rotație. Odată cu începerea mișcării de rotație a electromotorului este pusă în mișcare și cama amplasată pe axul acestuia, care, ieșind din poziția de repaus permite contactelor a și b din schema de mai sus să șunteze întrerupătorul. Astfel, la trecerea întrerupătorului în poziția “deschis”, electromotorul va continua să se rotească până când cama va ajunge în poziția de repaus și va desface contactele a și b.
2. Schema bloc a proiectului Baterie autovehicul
Sursă alimentare stabilizată 5V Picături ploaie
Selectare mod lucru
Senzor de ploaie
Modul ADC
Microcontrol er
Panou comandă conducător Modul semnal e de ieșire +12V
Mecanism antrenare ștergătoar e
PWM Contact camă motor
Pentru schema aleasă, senzorul, alimentat la tensiunea de 12V furnizată de acumulatorul autovehiculului, emite semnale pulsatorii către modulul de semnale de intrare, respectiv ADC-ul microcontrolerului care, de asemenea culege și semnale de la maneta de acționare a sistemului de ștergere instalată la postul de conducere, dar și de la contactul camei instalate pe motorul ce acționează sistemul de ștergere. În funcție de semnalul provenit de la maneta de conducere, se va lua decizia funcționării sistemului în mod manual sau în mod automat. ADC-ul microcontrolerului prelucrează informația analogică primită la intrare și furnizează unității de procesare semnalul digital obținut. Informația este folosită în continuare de către blocul PWM care variază factorul de umplere în vederea reglării valorii medii a tensiunii de alimentare a motorului din componența mecanismului de antrenare. Blocul PWM va comanda modulul semnalelor de ieșire, modulul format dintr-un convertor de curent continuu – curent continuu de tip Buck, alimentat de la acumulatorul vehiculului, convertor ce va acționa direct motorul ștergătoarelor.
Montajul poate funcționa și în mod manual, prin acționarea selectorului instalat pe panoul de comandă, achiziția de informații pe canalul ADC corespunzător senzorului fiind întreruptă.
3. Schema electronică de principiu
4,5,17 tranzistoare npn comutatoare 10 stabilizator de tensiune parcare 0 senzor de curent umiditate 9 microcontroler 13,14 amplificatoare analogice
1 motor CC 25 comutator 23 senzor de 24 senzor de transparență A,B,C perii motor
Comanda de “auto-oprire” are rolul de a opri ștergătoarele poziționate într-un colt, la capătul cursei. Însă pentru utilizator este greu de realizat oprirea exact în acea poziție. De aceea se folosește un comutator(25) care se activează numai când au ajuns în colt, și apoi determină blocarea sistemului. Comutatorul de limitare oferă current chiar dacă șoferul a comandat oprirea ștergătoarelor, până când se ajunge în poziția de “parcare”. Chiar cu acest comutator uneori ștergătoarele nu se opresc la locul potrivit, aceasta datorită energiei cinetice a părților motoare. Această problemă este depășită prin „dynamic braking”. În unele cazuri, ștergătoarele sunt oprite în lateral, la maxim. Aeasta se realizează schimbând polaritatea curentului care trece prin periile A-B, deci și a direcției de rotație a motorului. Protecția la suprasarcină este o comandă foarte utilă. Atunci când ștergătoarele sunt încărcate de zăpadă, le blocăm cu mîna sau sunt lipite de parbriz, viteza lor e încetinită, iar această situație se traduce printr-un curent mare în motor, care poate duce la supraîncălzirea motorului și arderea siguranțelor. Pentru a evita aceasta, s-a introdus în serie cu firul de alimentare un senzor de curent. Atunci când acesta sesizează o creștere a curentului, microcontrolerul încetează orice comandă prin
tranzistoarele 2 și 4 și motorul este oprit. Se poate supraveghea prin soft ieșirea senzorului de curent, și se comandă funcționarea motorului când s-a ajuns la o anumită limită. Comanda se bazează pe modificarea timpilor dintre 2 curse complete. Acest timp de așteptare trebuie să se încadreze în niște limite, conform unui algoritm de calcul care este implementat în microcontroler. Inițial se măsoară timpul în care se realizează o cursă completă. Pentru aceasta se monitorizează comutatorul de auto parcare. Aceasta are valoarea 0 logic atunci când se începe o cursă, și 1 logic la ajungerea în același loc după parcare. Timpul dintre două curse se modifică în principal în funcție de acest timp, iar la vehiculele cu senzori de ploaie(23) și senzori de bună vizibilitate prin parbriz(24) și de semnalul primit de la aceștia. Există două metode de calcul al acestei întârzieri: metoda în buclă închisă, implică un profil fix de ajustare a timpului, în funcție de diferența dintre timpul real și limitele admise. T d=F (T s−T s , min )/(T s ,max −T s , min )
metoda în buclă deschisă impune, ca la fiecare iterație să se ajusteze întârzierea curentă în funcție de eroare pe care o avem, față de întârzierea dorită, stabilită în mod implicit. T d=G(T s −T sd)/(T s ,max −T s .min )
Următorul pas este de a verifica dacă se încadrează în limitele pe care le dorim, sau trebuie modificate si acestea. Astfel, dacă T s T s ,max , se ajustează aceste limite cu ± la un pas prestabilit sau după diverși algoritmi dinamici. De asemenea, aceste limite se modifică și în funcție de tensiunea de alimentare pe care o avem, pentru a preveni consumul de curent inutil. Dacă nivelul de umiditate atinge o anumită valoare limită pentru folosirea ștergătoarelor la viteză mică, atunci se activează comanda 4 de viteză mare, prin intermediul comutatorului start-stop fiind comandat de aceeași logică ca și cel de dinainte, numai dacă are un semnal de “enable” global, care depinde de nivelul de umiditate dat de senzorul de ploaie. Un alt algoritm de modificare a timpilor între 2 curse complete este acela de a lăsa șoferul să decidă în timp real. Astfel, la pornirea ștergătoarelor, acestea fac o cursă completă apoi așteaptă un semnal de la șofer ca să repornească, atunci când îi este incomodată vizibilitatea, timpul de întârziere va fi setat la diferența: T ON −T OFF . Dacă acesta este mai mic decât un anumit minim, atunci vor fi pe mod continuu, iar dacă nu își vor păstra viteza până când șoferul le oprește și le pornește din nou. Atunci vor avea o nouă întârziere egală cu: T ON −T OFF . Dacă utilizatorul dorește să oprească ștergătoarele într-un anumit moment, oprirea va avea loc numai după ce a primit semnal de stop de la comutatorul startstop, și s-a activat și comutatorul de auto-parcare(„0 logic”).
Acţionarea electromotorului ştergătoarelor la Dacia 1300
4. Concluzii Sistemul de ștergere automată a parbrizelor este obligatoriu la toate vehiculele de astăzi, fie că vorbim de trenuri, avioane, automobile sau ambarcațiuni. El reprezintă o măsură de securitate foarte importantă deoarece ne oferă vizibilitatea optimă în timpul condusului, aceasta fiind esențială pentru siguranța șoferului și a pasagerilor. De aceea, trebuie să ne asigurăm înainte de a pleca la drum că sistemul de ștergere functionează în mod corespunzător și nu există nici cea mai mică defecțiune. Prin realizarea proiectului am dobândit cunoștințe noi și foarte interesanta în domeniu Electronicii Auto și am înțeles câtă analiză și câte calcule stau în spatele unui lucru mic căruia probabil nici nu i-am dat importanță la început. Mai mult, consider că materia Proiect 3 este un pas pregătitor către licență.
5. Bibliografie
Alexandru Vasile, Irina Bristena Baciş; Bazele Electrotehnicii Auto, Editura Cavallioti, Bucureşti, 2013 Ioan Poner; Electronică Industrială ,Editura Didactică si Pedagogică, Bucureşti, 1974 Al. Fransua, R. Măgureanu, A. Cîmpeanu, M. Condruc, M. Tocaci Maşini şi sisteme de acţionari electrice, Editura Tehnică, Bucureşti, 1978 http://www.qreferat.com/referate/transporturi/ECHIPAMENTUL-ELECTRICSI-ELECT257.php
