Podstawy automatyki samochodowej (PAS) Część 1. Wprowadzenie

Laboratorium Mechatroniki IEPiM
dr hab. inż. Andrzej Puchalski, prof. nzw.
www.mechatronika.uniwersytetradom.pl
Podstawy automatyki samochodowej (PAS)
Student winien opanować następujące zagadnienia
Część 1. Wprowadzenie i pojęcia podstawowe automatyki
Rozwój automatyki: pierwsze automaty, androidy, regulator prędkości obrotowej silnika, automatyczny pilot.
Pojęcia: automatyzacja, sterowanie, regulacja, sprzężenie zwrotne, układ/proces dynamiczny, obiekt, układ
otwarty i zamknięty sterowania, układ automatycznej regulacji, sygnały wejściowe i wyjściowe, regulator,
urządzenie sterujące, programowalny sterownik logiczny. Mechatronika, systemy mechatroniczne.
Klasyfikacja układów automatyki. Układy liniowe i nieliniowe. Układy stacjonarne i niestacjonarne. Układy z
czasem ciągłym. Układy dyskretne. Układy impulsowe i cyfrowe. Układy stochastyczne. Podział układów
automatyki ze względu na zadania. Przykłady układów regulacji stałowartościowej, nadążnej, programowej,
optymalnej i adaptacyjnej w pojazdach samochodowych. Pojazd autonomiczny. Zalety i wady technologii
sensorowej i bezprzewodowej w automatyzacji pojazdów. Zaawansowane systemy samochodowe
wspomagania kierowcy ADAS+C2X i systemy informacyjno-rozrywkowe IVI. Pojazd „w chmurze”.
AUTOSAR - system otwartej architektury pokładowej w technice samochodowej. Co oznacza
bezpieczeństwo funkcjonalne ISO 26262?
Część 2. Mikrokontrolery i programowalne urządzenia sterujące
Koncepcje i rozwój konstrukcji urządzeń sterujących w układach automatyki. Mikrokontrolery. Architektura
systemów mikrokontrolerowych. Pamięci półprzewodnikowe. Budowa i zasada działania programowalnych
sterowników logicznych (PLC). Schemat blokowy. Porty wejściowe i wyjściowe. Schemat podłączeń układów
wejść/wyjść sterownika. Instalacja urządzeń. Zasady programowania. Logika drabinkowa. Sposoby
prezentacji programów: LAD, STL, CSF. Programy realizujące funkcje kombinacyjne i sekwencyjne. Operacje
czasowe. Timery i liczniki. Konfiguracja. Operacje pamięciowe. Realizacja programu Zatrzask za pomocą funkcji
Set/Reset. Funkcja pamięci bitowej. Funkcje detekcji zboczy sygnałów Przykładowe programy sterowania układów
elektropneumatycznych i elektrohydraulicznych. Program alarmu samochodowego.
Część 3. Elektryczne maszynowe napędy wykonawcze
Silniki wykonawcze DC z magnesami trwałymi. Budowa. Schemat zastępczy. Rozruch. Bieg jałowy. Moc
elektryczna i mechaniczna. Sprawność. Charakterystyki mocy, prądu zasilania, prędkości obrotowej oraz
sprawności silnika w funkcji momentu. Wpływ temperatury. Trwałość. Zasady doboru silników. Mikrosilniki
skokowe. Budowa i zasada działania. Klasyfikacja. Definicje parametrów. Charakterystyka mechaniczna.
Sposoby sterowania: unipolarne i bipolarne. Rodzaje sterowania i algorytmy komutacji: falowe,
pełnoskokowe, półskokowe i mikroskokowe. Wady i zalety silników skokowych. Programowalne sterowniki
silników skokowych. Inne elektryczne napędy wykonawcze: bezszczotkowe -BLDC, liniowe -DLA.
Zastosowania w technice motoryzacyjnej. Sterowanie zaworem obejściowym przepustnicy, zmiennymi
fazami rozrządu, recyrkulacją spalin, elektroniczną przepustnicą, pracą układu przenoszenia napędu w
pojazdach elektrycznych i hybrydowych, wskaźnikami, adaptacyjnym oświetleniem, przysłoną wlotów
powietrza, zaworami w układzie klimatyzacji. Pozycjonowanie czujników laserowych w zaawansowanych
układach wspomagania kierowcy.
Część 4. Modelowanie, analiza i synteza układów automatyki samochodowej
Co to jest model dynamiczny ? Modelowanie w dziedzinie czasu. Równanie stanu. Równanie wyjścia.
Zmienne stanu. Sterowalność i obserwowalność. Modelowanie w dziedzinie częstotliwości. Transformata
Laplace’a. Transmitancja operatorowa. Modele wejściowo- wyjściowe. Modelowanie układów
mechanicznych sprężyna, tłumik, masa. Modelowanie tempomatu. Charakterystyki w opisie układów i
procesów. Pojęcie funkcji impulsowej i funkcji jednostkowej. Charakterystyki czasowe: skokowa i impulsowa.
Transmitancja widmowa. Charakterystyki częstotliwościowe logarytmiczne wzmocnienia i fazy. Przykłady
charakterystyk w systemach samochodowych. Podstawowe człony dynamiczne. Przekształcanie i
upraszczanie schematów blokowych systemów złożonych. Wprowadzenie do układów nieliniowych. Metody
analizy dynamiki układów nieliniowych. Trajektoria fazowa. Prosty model amortyzatora samochodowego.
Modelowanie układu zawieszenia. Pojęcie stabilności układu automatycznej regulacji. Kryterium
algebraiczne (Hurwitza) i graficzne (Nyquista) badania stabilności. Zapas stabilności modułu i zapas
stabilności fazy. Regulatory PID. Regulator PI w układzie aktywnego tempomatu. Badanie stabilności
układu zawieszenia aktywnego. Model układu ESP. Klasyfikacja warunków jazdy dla modelu pojazdu o 2
stopniach swobody na podstawie kryterium Hurwitza- „Bicycle model”. Stabilność a stateczność samochodu.