کاربرد مکاترونیک در سیستم‌های امینی خودرو

با افزایش تصادفات گسترده که ناشی از بی احتیاطی راننده و عدم دقت او در کنترل خودرو می باشد و همچنین گسترش علم مکاترونیک در صنعت خودرو، نقش راننده در حرکت مستقیم در خودروهای امروزی تغییر کرده و بجای راننده، یک سیستم خبره که از چند واحد مکاترونیکی تشکیل شده است وظیفه کنترل خودرو را به عهده خواهد داشت. مکاترونیک از از در هم ادغام کردن دو کلمه مکانیک و الکترونیک تشکیل یافته است که ترکیبی از علوم مکانیک، الکترونیک و کنترل می باشد.

در سیستم هایی که در زمینه مهندسی مکانیک و الکترونیک استفاده می شوند شاهد افزایش کاربرد الکترونیک و پردازش اطلاعات در مکانیک هستیم. نتیجه یک سیستم مکاترونیکی تلفیق اجزا تشکیل دهنده سیستم یا سخت افزار و اطلاعات حرکتی آن یا نرم افزار می باشد.

در سیستم های مکاترونیکی از تعدادی حسگر استفاده می شود که اطلاعات ضروری و حرکتی اجزا اصلی سیستم را به اطلاع یک واحد کنترل مرکزی می رساند و آن واحد با کنترل عملگرهایی که نقش بازوهای اجرایی سیستم را دارا می باشند سیستم را کنترل می کند. ارتقا سیستم های مکاترونیکی بستگی به دریافت اطلاعات تازه در زمینه ساختمان مکانیکی اولیه، حسگرها، عملگرهای اجرایی، پردازش اتوماتیک اطلاعات و سیستم های کنترل کننده می باشد.

از سیستم های مکاترونیک به طور گسترده ای در خودرو استفاده می گردد. از جمله سیستم های مکاترونیکی خودرو که در سیستم های ایمنی خودرو استفاده می شود می توان به سیستم کنترل سرعت قابل تطبیق با خودرو (ACC)، سیستم کنترل پایداری (ESP)، و سیستم ترمز اضطراری اشاره کرد.

با استفاده از سیستم کنترل سرعت راننده می تواند بوسیله اهرم های کنار غربیلک فرمان سرعت خودرو را در یک سرعت ثابت تنظیم کند و هنگامیکه به نزدیکی خودروی جلویی رسید به صورت اتوماتیک سرعت کاهش داده می شود و پس از عبور خودرو مذکور سرعت خودرو به سرعت تنظیم شده باز می گردد.

این سیستم دارای ارتباط چند واحد کنترل مهم خودرو از جمله واحد کنترل الکترونیکی ACC، واحد کنترل الکترونیکی موتور، واحد کنترل الکترونیکی جعبه دنده اتوماتیک و واحد کنترل ترمز بوسیله شبکه مالتی پلکس می باشد.

سیستم ACC دارای یک رادار در جلو خودرو می باشد که پس از دریافت اطلاعات مبنی بر نزدیکی به مانع با ارسال سیگنال مربوطه واحد کنترل الکترونیکی را مطلع می کند و این واحد نیز به صورت دیجیتالی و بوسیله شبکه مالتی پلکس با ارسال ارقام معنی دار 0 و 1 به واحدهای کنترل موتور، جعبه دنده اتوماتیک و ترمز آنها را مطلع کرده و واحد های فوق بوسیله عملگرهای مربوطه سرعت خودرو را کاهش می دهند.

واحد کنترل موتور با کم کردن زاویه دریچه گاز و پاشش انژکتور دور موتور راکاهش می دهد، واحد کنترل جعبه دنده اتوماتیک با حرکت شیربرقی های تعویض دنده جعبه اتوماتیک دنده های معکوس را برای خودرو انجام می دهد و واحد کنترل ترمز با کم کردن سرعت چرخ ها سرعت خودرو را کم می کند و با روشن کردن چراغ ترمز عقب توسط واحد کنترل راننده خودروی عقب را از انجام عملیات ترمز مطلع می کند با عبور مانع از جلوی خودرو سرعت دوباره توسط واحد های کنترل نام برده شده به حالت اولیه بر می گردد. با بررسی سیستم کنترل سرعت مشاهده گردید که این وسیله در کمک به راننده در کنترل خودکار و کم کردن تصادف نقش تاثیرگزاری خواهد داشت.

پایداری خودرو در شرایط سخت حرکتی از جمله هنگام حرکت در پیچ یا سطوح لغزنده یکی از مهمترین ارکان برای حفظ سلامت راننده می باشد. بسیاری از رانندگان درکی از مفاهیم رانندگی نداشته و در شرایط فوق با توجه به چسبندگی کم خودرو به سطح جاده نمی توانند خودرو را کنترل کنند. درهنگام حرکت خودرو در پیچ های تیز، خودرو ممکن است دچار کم دورزنی یا بیش دورزنی گردد.

در حالت اول خودرو از مسیر خود خارج شده و به سمت بیرون پیچ می رود و در حالت دوم به سمت داخل پیچ حرکت می کند. در این حالت سیستم کنترل الکتریکی ESP وظیفه اقدامات اصلاحی را به عهده خواهد داشت. در حالت اول با ترمز کردن چرخ جلو سمت بیرون پیچ و در حالت دوم با ترمز کردن چرخ عقب داخل پیچ باعث افزایش پایداری خودرو می گردد.

در سیستم ESP‌ حسگر سرعت خودرو، حسگر زاویه غربیلک فرمان، حسگر فشار ترمز و سوییچ چراغ ترمز اطلاعات را به سیستم کنترل الکترونیکی ارسال می کنند و این سیتم نیز با کاهش سرعت خودرو و فعال سازی سیستم ترمز، چرخ مورد نظر را ترمز می کند. این سیستم تلفیقی از مکاترونیک و سیستم هیدرولیک می باشد. واحد هیدرولیک دارای شیر های برقی، پمپ هیدرولیک می باشد که از واحد کنترل الکتریکی ESP فرمان می گیرند.

واحد کنترل الکترونیکی ESP واحد ترمز -- قفل را در هنگام ترمزگیری کنترل می کند. در هنگام فعال سازی سیستم، چراغ مربوطه در صفحه کیلومتر شمار روشن شده و راننده را از فعال سازی سیستم مطلع می گرداند.

سیستم های ESP در کنترل خودرو در هنگام کم دورزنی نیز استفاده می گردد. بدین ترتیب که واحدکنترل الکتریکی خودرو با مقایسه مسیر واقعی و مسیر دلخواه زاویه انحراف را تشخیص داده و با کاهش سرعت خودرو یا با ترمز گیری دو یا چهار چرخ در فشارهای مختلف به حفظ پایداری خودرو کمک می کند.

تحقیقات نشان داده است که در هنگام ترمزگیری اضطراری بسیاری از رانندگان به سرعت پدال ترمز را فشار می دهند ولی اعمال حداکثر نیرو توسط آنان بیش از حد طول می کشد این تاخیر باعث افزایش مسافت توقف خودرو می شود زیرا از حداکثر ظرفیت سیستم ترمز استفاده نشده است و بایستی علاوه بر رسیدن سریع به حداکثر ظرفیت ترمزگیری تا زمان توقف کامل خودرو حداکثر ظرفیت حفظ شود.

سیستم ترمز اضطراری توسط واحد کنترل الکتریکی ترمز قفل نشو کنترل می گردد. حسگر حرکت پدال ترمز و یک میکروسوییچ اطلاعات اعمال فشار ترمز ناگهانی را به اطلاع واحد کنترل الکتریکی ارسال می کنند و آن واحد با حرکت شیربرقی روی بوستر ترمز فشار وارده به بوستر را افزایش می دهند بنحوی که اعمال فشار بر روغن ترمز سریعتر صورت می پذیرد و خودرو سریعتر از حرکت می ایستد.

سه سیستم فوق نقش بسزایی در ایمنی سرنشینان و همچنین عابرین پیاده داشته و با توجه به دقت و سرعت عمل آنها، لزوم استفاده از سیستمهای مکاترونیکی را در خودرو نشان می دهد. در این مقاله سعی شده است علاوه بر تشریح کامل این سیستمها توانایی مکاترونیک در کنترل قسمتهای مختلف خودرو نشان تحلیل گردد.

این نوشته خلاصه ای از مقاله بهرام بحری، عباس معلمی اوره تهیه شده در گروه مکانیک خودرو دانشگاه آزاد اسلامی واحد شهرضا می باشد.