ELEKTROTECHNIKA I ELEKTRONIKA W POJAZDACH SAMOCHODOWYCH

Słowo wstępne

1. Podstawowe pojęcia z elektryczności
1.1. Budowa atomu
1.2. Napięcie
1.3. Prąd
1.4. Rezystancja
1.5. Możliwości wytworzenia napięcia
1.6. Skutki oddziaływania prądu elektrycznego
1.7. Przepisy bezpieczeństwa

• Oddziaływanie prądu elektrycznego na człowieka
• Pierwsza pomoc przy porażeniu prądem

1.8. Rodzaje napięcia

2. Schematy połączeń elektrycznych
2.1. Części składowe i budowa obwodu elektrycznego
2.2. Symbole graficzne
2.3. Schematy ideowe

• Schemat połączeń
• Schemat obwodu

2.4. Oznaczenia urządzeń elektrycznych
2.5. Oznaczenia zacisków
2.6. Schematy elektryczne

• Przykłady schematów dla samochodu Volkswagen
• Przykłady schematów dla samochodu Ford

2.7.Miejsce zamontowania elementów w samochodzie

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

20. Konstrukcje hybrydowe
20.1. Definicja
20.2. Wiadomości wstępne
20.2.1. Podział według budowy
20.2.1.1. Napęd hybrydowy równoległy
20.2.1.2. Napęd hybrydowy szeregowy
20.2.1.3. Napęd hybrydowy mieszany lub rozgałęziony
20.2.1.4. Napęd hybrydowy ładowany z sieci elektrycznej (Plug-In-Hybrid)
20.2.2. Podział według stopnia elektryfikacji pojazdu
20.2.2.1. Napęd mikrohybrydowy (Micro Hybrid)
20.2.2.2. Niepełny napęd hybrydowy (Mild Hybrid)
20.2.2.3. Pełny napęd hybrydowy (Full Hybrid)
20.3. Napędzanie zespołów pomocniczych w samochodach Full Hybrid
20.4. Zalety i wady napędu hybrydowego 6
20.4.1. Współpraca silnika benzynowego z silnikiem elektrycznym
20.4.2. Zalety samochodów hybrydowych
20.4.3. Wady samochodów hybrydowych
20.5. Toyota Prius przykładem seryjno-równoległego napędu hybrydowego
20.5.1. Podzespoły układu napędowego (rys.20.13)
20.5.2. Akumulatory wysokiego napięcia (HV)
20.5.2.1. Akumulator niklowo-wodorkowy (NiMH)
20.5.2.2. Akumulatory litowo-jonowe (Li-Ion)
20.5.3. Rozdział mocy
20.5.4. Budowa i działanie maszyny synchronicznej prądu przemiennego
20.5.5.Przetwornik (inwerter, falownik) – rysunki 20.23 i 20.25
20.5.6. Elektroniczne urządzenie sterujące
20.5.7. Układ bezpieczeństwa napędu hybrydowego Toyoty Prius
20.6. Samochody z samozabezpieczonymi obwodami wysokiego napięcia
20.6.1. Samozabezpieczenie
20.6.2. Zasady bezpieczeństwa samochodów z obwodami wysokiego napięcia
20.6.3. Techniczne warunki bezpieczeństwa obsługi układów wysokiego napięcia

Materiały źródłowe
Źródła ilustracji
Wykaz skrótów

Elektrotechnika i elektronika w pojazdach samochodowych