Capitolul 1. Analiza modelelor similare de arhitecturi pentru magistrale de comunicație 1.1 Introducere Pentru a putea respecta normele… [627050]

1
Capitolul 1. Analiza modelelor similare de arhitecturi pentru magistrale de
comunicație
1.1 Introducere
Pentru a putea respecta normele internaționale impuse autovehiculelor, în prezent se utilizeaza
masiv controlul numeric al sistemelor mecanice, cu ajutorul unor unităti electronice de control.
Datorită numă rului ridicat de unități elec tronice și a necesității comunicării între ele au fost
dezvoltate atât magistrale dedicate de comunica re cat si protocoale speciali zate, care vor fi analizate in
continuare.
1.2 Prezentarea principalelor arhitecturi de tip magistrală de comunicare ( bus) folosite în industria
auto
Numărul tot mai mare al calculatoarelor prezente pe autovehicule dar și creșterea volumului de
informație transmis între acestea i -a împins pe producătorii auto să dezvolte diferite tipuri de rețele.
Principalele tipuri de rețele de comunicare ( bus) prezen te în industira auto sunt :
 CAN -bus
 Flex-ray
 VAN
 LIN
 MOST

CAN sau Controller Area Network este o magistrală utilizată în industria automobilelor și asigură
comunicarea între mai multe calculatoare fără a fi necesară prezența unui calculator -gazda. Acest tip de
rețea poate atinge o viteză de până la 1Mbit/s și are un cost mediu de producție .Conexiunea se poate
realizează printr -un singur fir sau 2 (single wire / double wire CAN). Facilitează comunicarea dintre
calculatoarele motorului,transmisiei ,al sist emelor de siguranță activa și perifericele acestora dar poate fi
folisita și la conectarea celorlalte calculatoare (calculatorul de bord , închiderea centralizată, etc. )
Principalele avantaje ale rețe lei de tip CAN bus sunt eficien ța transmiterii mesajelor și flexibilitatea
adăugării altor dispozitive.
Datele transmise pe CAN sunt prioritizate în funcție de id -ul fiecărui mesaj astfel încât mesajele
importante sunt neîntrerupte (ex: cheia în contact,motorul pornit) iar fiecare calculator are integr at un chip
care primește mesajele tran smise pe rețea , decide relevan ța acestora și ia decizia potrivită în funcție de
informația primită.

2

Fig.1 .2.1 – Structura reț elei CAN

Flexray este un sistem de tip bus proiectat să fie mai rapid și mai fiabil decât magistrala CAN dar
prețul acestuia este mult mai ridicat.
Acest tip de rețea poate atinge o viteză de până la 10Mbit/s iar conexiunea cu calculatoarele se
poate realize prin 2 sau 4 fire în funcție de aplicație. Această magistrală se folosește la dez voltarea
motoarelor de ultima generație.
Flex ray a fost dezvoltat de consorțiul alcătuit din companiile : Freescale Semiconductor , Robert
Bosch GmbH, NXP Semiconductors, BMW AG, Volskwagen AG, Daimler AG și General Motors.
Această nouă generație d e rețea bus a fost introdusă pe un autovehicul de serie în anul 2006, odată
cu lansarea BMW X5 iar mai apoi în 2008 pe modelul BMW seria 7 F01.
Rețeaua Flexray permite multiple configurații precum simplă, stea sau hibrid iar transmiterea
datelor se poate realiza prin intermediul a 2 fire torsadate sau prin fibră optică
VAN sau Vehicle Area Network este o magistrală dezvoltată de grupul PSA (Peugeot Citroen) și
adoptată ulterior de către grupul Renault. Din punct de vedere constructiv se aseamănă foarte mul t cu
rețeaua CAN, fiind folosit în special pentru conectearea modulelor electronice ale caroseriei. Poate atinge
o viteză de până la 125kbit/s și este standardizat în ISO 11519 -3.
LIN sau Local Interconnect Network este o magistrală care folosește un singu r fir, folosind
caroseria pe post de masă. Poate atinge o viteză de 40kbit/s și are un cost mic de producție. În general este
folosită pentru conectearea dispozitivelor care nu țin de siguranță autovehicului .
A fost dezvoltată între anii 1990 și 2003 de c onsorțiul alcătuit din Volcano Automotive Group ,
Motorola, BMW, Audi Group,Volkswagen Group, Volvo Cars și Mercedes -Benz prima versiune fiind
prezentată în Noiembrie 2002 iar a doua variantă în Septembrie 2003.
Datele sunt transmise într -un format fix de lungime variabilă , fiecare mesaj fiind compus din 2,4
sau 8 biți de date și 3 biți de control și siguranță.
Principalele avantaje ale rețelei LIN sunt prețul scăzut , ușurința instalării componentelor rețelei
precum și prelungirea acesteia. Este folosită în general la conectarea senzorilor de iluminat din interiorul
habitaclului, butoanele de acționare ale diverselor motoare electrice (ale geamurilor sau oglinzilor ),
senzorii montați în scaune, etc.

3

Fig.1.2.2- Structura reț elei LIN

Fig.1.2.3 – Structura retelei MOST

MOST sau Media Oriented System Transport este o rețea multimedia optimizata pentru
industria auto care poate atinge o viteză de transfer de 25Mbit/s urmând ca în viitorul apropiat viteza de
transfer să crească până la 150Mbit/ s.
Se folosește în general pentru transferul de date video și audio prin intermediul fibrei optice din
plastic (Plastic optic fiber) și în prezent este utilizată de aproape toți marii constructori din industria auto
(ex: Grupul Volkswagen, Volvo, Genera l Motors, Mercedes -Benz, Jaguar, Land -Rover, etc.)
Rețeaua MOST permite conectarea a maxim 64 de dispozitive și utilizează 3 canale de comunicare
în funcție de tipul datelor transmise. Fiecare dispozitiv este conectat la rețea prin intermediul a 2
terminal e: Reciver (Rx) și Transmiter (Tx).
Rețeaua este alcătuită dintr -un dispozitiv care are rolul de master iar restul sunt pe post de slave.
Master -ul are rolul de a monitorizare a rețelei, alocarea adreselor și realizarea comunicării între celelalte
dispozit ive.

4
Un mare avantaj al rețelei MOST îl reprezintă imunitatea la interferențele electromagnetice precum
și masa redusă a firelor în comparație cu cele din cupru.
Din punct de vedere al costurilor firele din fibră optică sunt mai costisitoare datorită proce sului
complex de fabricare a acestora.

1.3 Prezentarea principalilor parametrii energetici si dimensionali ai autovehiculelor echipate cu
magistrale de comunicare similare
In tabelele 1.3.1, 1.3.2, 1.3.3, 1.3.4 si 1.3.5 sunt prezentate modele similare de arhitecturi de
comunicare ( bus) si principalele particularitati ale autovehiculelor echipate cu astfel de sisteme.
Tabelul 1. 3.1- Tipuri de arhitecturi de comunicare de tipul bus folosite [5,6]
Nr. Crt Automobil Tipul arhitecturii
C.A.N. Flex-ray
1 Audi A4 Da Da
2 BMW Seria 3 Da Da
3 Mercedes C class Da Da
4 Renault Talisman Da Nu
5 Ford Focus Da Nu
6 Toyota Prius Da Nu
7 Land Rover Range Rover Da Da
8 Audi R8 Nu Da
9 Lamborghini Huracan Nu Da
10 Renault Zoe Da Nu

După cum putem observa în tabel ul prezentat mai sus toate tipurile de autovehicule prezente pe
piața utilizează diferite tipuri de arhitecturi bus fie că vorbim despre autovehicule echipate cu motoare cu
ardere prin comprimare ,mot oare cu ardere prin scânteie, autovehicule hibride sau electrice .

5

Tabelul 1. 3.2 – Principalele particularități ale modelelor similare de autovehicule [7]
Nr. Crt Automobil
Tipul motorului Anul de
fabricație
Viteza
maxima
[km/h] Puterea
maxima
[kW]
1 Volkswagen Golf VII M.A.C 2015 200 85
2 BMW Seria 3 M.A.C 2015 200 86
3 Mercedes C class M.A.C 2018 208 96
4 Renault Megane M.A.C 2016 199 96
5 Ford Focus M.A.C 2014 193 85
6 Opel Astra M.A.C 2017 195 82

Tabel ul 1.3.3-Particularitățile dimensionale ale autovehiculelor studiate [7]
Nr. Crt Automobil La[mm] la[mm] Ha[mm] L[mm] E1[mm] E2[mm]
1 Volkswagen Golf VII 4664 2027 1515 2620 1549 1520
2 BMW Seria 3 4583 2015 1429 2810 1543 1583
3 Mercedes C class 4702 2025 1457 2840 1584 1566
4 Renault Megane 4546 2058 1457 2712 1591 1586
5 Ford Focus 4472 2023 1501 2640 1535 1531
6 Opel Astra 4702 2030 1499 2662 1548 1565
Legenda: L a[mm]: lungimea totală ; l a[mm]: lățimea totală ; H a[mm] : ȋnălțimea totală ; L [mm]:
ampatamentul ; E 1 , E2[mm] : ecartament fată respectiv spate ;

6
Tabel ul 1.3.4- Parametri masici ai autovehiculelor studiate [7]
Nr. Crt Automobil Masa proprie [kg] Masa maxim autorizata
[kg]
1
Volkswagen Golf VII 1301 1930

2
BMW Seria 3
1495
2090
3 Mercedes C class
1445 2110
4 Renault Megane
1413 1963
5
Ford Focus 1325 1885
6 Opel Astra 1328 1940

Tabel ul 1.3.5 -Particularităț i ale motoarelor [7]
Nr. Crt Automobil Capacitate
cilindric ă
[cm³] Sistemul de
combustibil Tipul
turbine i Cuplu
maxim
[Nm] Turația
de cuplu maxim
[rot/min]
1 Volkswagen Golf
VII
1598 Injectie
directă Turbo
compresor
250
1500 -3200
2 BMW Seria 3
1995 Injectie
directă
Twin -turbo
270
1250 -2750

3 Mercedes C class
1595 Injectie
directă Turbo
compresor
210
1200 -4000
4
Renault Megane

1598 Injectie
directă Turbo
compresor
320
1750
5 Ford Focus

1560 Injectie
directă Turbo
compresor
270
1750 -2500
6 Opel Astra

1789 Injectie
directă Turbo
compresor
300
1750 -2000

7
1.4 Definitivarea parametrilor dimensionali cu ajutorul metodei histogramelor

Prin organizarea generală a autovehiculului s e definim modul de amplasare al tuturor
ansamblurilor și subansamblurilor unui autovehicul rutier,pe acesta.
După analizarea modelelor similare de autovehicule putem observa că majorita tea folosesc rețeaua
bus de tip CAN pentru a facilita comunicarea între diversele calculatoare montate pe autovehicul.
Pentru a stabili intervalele în care se vor regăsi mărimile de interes pentru autovehiculul ce
folosește rețeaua bus de tip C AN a fost folosită metoda analizării histogramelor care presupune :
Stabilirea pasului de observare a intervalului cu ajutorul relației :

Δt=𝑡𝑚𝑎𝑥 −𝑡𝑚𝑖𝑛
1+3.322 log(𝑛) (1.4.1)
Unde :
tmax- valoarea maximă a mărimii;
tmin- valoarea minimă a mărimii;
n- numărul de modele similare ;

Numărul intervalelor de observare se calculează cu relația :

𝐾=𝑡𝑚𝑎𝑥 −𝑡𝑚𝑖𝑛
𝛥𝑡 (1.4.2)
În tabelul 1.4 .1 sunt prezentate valorile pasului intervalelor de observare precum și numărul
intervalelor de observ are, calculate cu formulele (1.4.1) și (1.4 .2).

Tabelul 1.4.1 Valorile intervalelor de observare
Mărime măsurată tmin tmax ∆t Δtales K Kales

Lungime

4472
4702 64,24

65 3,58

4

Lățime

2023
2058
9,77

10 3,58

4

Înălțime

1429
1515 24,02

25 3,58

4

Ampatam ent
2620
2840
61,45
62
3,58
4

8

Ecartament față

1535
1591 15,64

16 3,58

4

Ecartament spate

1520
1586 18,43

19
3,58

4

Masă proprie

1301
1495 54,18

55
3,58

4

Sarcină utilă

550
665 31,12

33
3,58

4

Putere maximă

82
96 3,91

4 3,58

4

Cuplu maxim

142
280
38,54

39
3,58

4

Viteza maximă

193
208 4,18

4 3,58

4
Legendă : ∆t- pasul intervalului de observare; Δtales – pasul intervalului de observare ales;K – numărul de subintervale
de observare; K ales – numărul de subintervale de observare ales.

Histogramele rezultate pe baza mărimilor analizate sunt :

Fig.1. 4.1 – Distribuț ia lungimii totale a modelelor similare analizate
12
1 1
4472-4537 4538-4603 4604-4669 4670-4735 [mm]Nr. Modele [ -]

9

Fig.1. 4.2 – Distribuț ia lațimii totale a modelelor similare analizate

Fig.1. 4.3 – Distribuția înălțimii totale a modelelor similare analizate 23
01
2015-2027 2028-2040 2041-2053 2054-2066[mm]Nr. Modele [ -]
12 2
1
1429-1454 1455-1480 1481-1506 1507-1532Nr. Modele [ -]

10

Fig.1.4 .4 – Distribuția ampatamentului modelelor similare analizate

Fig.1.4.5 – Distribu ția ecartamentului față al modelelor similare studiate

3
1
02
2620-2682 2683-2745 2746-2808 2809-2871 [mm]Nr. Modele [ -]
4
01 1
1535-1551 1552-1568 1569-1585 1586-1602 [mm]Nr. Modele [ -]

11

Fig.1.4.6 – Distribuția ecartamentului spate al modelelor similare analizate

Conform intervalelor obținute cu ajutorul metodei histogramelor ,parametrii dimensionali alesi ai
autovehiculului proiectat sunt prezentati in tabelul 1.4.2 si in figura 1.4.6 iar in tabelul 1.4.3 sunt
prezentate valorile parametrilor masici
Tabel ul 1.4.2 Valorile parametrilor dimensionali

Nr. crt
Parametru dimensiona l
[mm]

1

Lungime
4550

2

Lățime
2040

3

Înălțime
1500

4

Ampatament
2650

5
Ecartament față

1550

6

Ecartament spate
1560

7

Consola față
900

8

Consola spate
1000 2
02
1
1520-1539 1540-1559 1560-1579 1580-1599Nr. Modele [ -]

12

Fig.1. 4.6 – Parametri i dimensionali ai autovehiculului proiectat

Fig.1. 4.7 – Distribuția masei proprii a modelelor similare analizate

3
01 1
1301-1356 1357-1402 1403-1458 1459-1564Nr. Modele [ -]

13

Fig.1. 4.8 – Distribuția sarcinii utile a modelelor similare analizate

Tabel ul 1.4.3 – Valorile parametrilor masici

Nr. crt
Parametrul masic

[kg]

1
Masa proprie

1350

2
Masa utilă

530

3
Masa totală

1880

Conform STAS 6926/1 -90, pentru a determina masa utila a autovehiculului vom folosi
următoarele date :
-masa conducătorului autovehiculului (m c), 75 kg;
-masa unui pasager (mp), 68 kg;
-masa bagajului unui pasager (m b), 7 kg;
Aleg masa bagajului suplimentar (m ba): 155 kg.
Astfel masa utilă se poate calcula cu formula 1.4 .3: 2
1 1 1
510-543 544-577 578-611 612-645Nr. Modele [ -]

14

mu=m c+3∙(mp+m b) +m ba = 75+4∙75+155 = 530 kg (1.4.3 )
Cu ajutorul formulei 1.3.4 vom calcula masa totală a autovehiculului:
ma=m u+m 0=500+1350 =1880 kg (1.4.4)
Unde:
-ma reprezintă masa totală a autovehiculului;
-m0 reprezintă proprie a autovehiculului;
-mu reprezintă masa utilă a autovehiculului.

1.5 Organizarea generala a principalelor unitati electronice de control si conectarea acestora

În Fig.1. 5.1 și Fig.1.5.2 sunt prezentate principalele unități electronice de control ale unui
autovehicul modern precum și conexiunea dintre acestea.

Fig.1.5.1 – Principalele unități electronice de control – vedere laterală

15

Fig.1. 5.2 – Principalele unitati electronice de con trol – vedere frontala

Legenda:
1. Unitatea electronică de control a motorului
2. Unitatea electronică de control a transmisiei
3. Unitatea electronică de control a ușilor
4. Unitatea electronică de control a caroseriei
5. Unitatea electronică de control A.B.S
6. Cupla OB D
7. Modulul electronic de control al proiectoarelor
8. Modulul electronic de control al farurilor
9. Modulul electronic de control al centurilor de siguranță
10. Modulul electronic de control al geamurilor electrice
11. Modulul electronic de control al airbag -ului
12. Modulul electronic de control al ștergătoarelor
13. Modulul electronic de control al stopurilor

1.6 Organizarea postului de conducere

Postul de conducere trebuie să îi asigure conducătorului autovehiculului vizibilitate sporită și
confort. Este necesar ca acesta să poată să acceseze comenzile din interiorul autovehiculului fără a depune
efort.
Conform SR ISO 3958:2000 – Accesul conducătorului auto la comenzile manuale, sunt trei grupe
de manechine bidimensional e reprezentative simbolizate cu 10%, 50% și 90% care reprezintă procentul
numărului de adulți cu lungimile segmentelor A, B și C mai mici sau cel mult egale cu:

16

Tabelul 1.6 .1 Principalele dimensiuni ale manechinelor bidimensionale [4]
Dimensiunile manechinului 10% 50% 90%
B [mm] 408 432 456
A [mm] 390 417 444
C [mm] 563 563 563
Unde :
A – dista nța dintre centrul articulației genunchiului și centrul articulației gleznei;
B – distanța dintre centrul articulației genunchiului și centrul articulației șoldului
C – lungimea trunchiului manechinului

Fig.1. 6.1 – Principalele dimensiuni ale manechinului bidimensional

Tabelul 1. 6.2 – Intervelele unghiurilor in funcție de nivelul confortului [4]
Unghiul[°] Nivel de confort
Satisfăcător Mulțumitor Bun
α 80…100 84…96 85…92
β 99…131 107…123 111…119
γ 89…101 91…99 93…97
δ 42…52 44…50 46…48
ε 84…124 92…116 100…108

Unghiurile și dimensiunile manechinului pentru conducător și pasager se stabilesc ț inând cont de
parametri dimensionali ai autovehiculului ales:

17

Fig.1. 6.2- Poziția conducătorului

Fig.1. 6.3 – Poziția pasagerului
Aleg dimensiunile manechinului bidimensional de tip 90 urmând definirea dimensiunilor de
legătură ale acestuia cu elementele care alcătuiesc postul de conducere.
Intervalele de variație în care sunt cu prinse principalele dimensiuni ale postului de conducere se
regăsesc în standardul SR ISO 3958:2000. Stabilind aceste valori ale distanțelor vom putea realizeaza
organizarea postului de conducere.
În tabelul 1.6 .3 sunt prezentate principalele dimens iuni ale postului de conducere precum și
intervalele de variație ale acestora.

18
Tabelul 1. 6.3 Dimensiunile principale ale postului de conducere [4]
Nr.
Crt. Dimensiune Notație Limite de
variație Valoarea aleasă
1 Unghiul de înclinare spre înapoi [°] β 9….33 22
2 Distanța verticală de la punctul R la punctul
călcâiului [mm] HZ 130….520 200
3 Cursa orizontală maximă a punctului R [mm] HX minim 150 650
4 Diametrul volanului [mm] D 330….600 350
5 Unghiul de înclinare a volanului [°] α 10….70 35
6 Distanta orizontală între central volanului și
punctual călcâiului [mm] WX 152….660 300
7 Distanța vertical a între centr ul volanului și
punctual călcâiului [mm] WZ 530….838 650

Valorile alese sunt prezentate in figura 1.6.4.

Fig.1. 6.4– Organizarea postului de conducere

1.7 Determinarea poziției centrului de greutate al autovehiculului

Stabilitatea autovehiculului este influențată în mod direct de poziția centrului de masă și
repartizarea greutății pe punți, factorul principal în alegerea pneurilor autovehiculului, dar și un criteriu de
omologare.
Determinarea centrului de greutate se realizează cunoscând atât masa cât și poziția tuturor
elementelor componente ale autovehiculului. Se va calcula poziția centrului de greutate a tât pentru
autovehiculului descărcat cât și pentru autovehiculul încărcat.

19
Vom folosi discretizarea subansamblurilor în forme geometrice simple iar fiecărui subansamblu i
se va atribui o masă obținută experimental, preluată dintr -un catalog sau aprox imată.
Poziția centrului de greutate se calculează cu ajutorul formulelor:

xG= ∑ 𝑥𝑗𝑁
𝑗=1·𝑚𝑗
∑ 𝑚𝑗𝑁
𝑗=1 (1.7.1)[4]

𝑧𝐺=∑ 𝑧𝑗𝑁
𝑗=1·𝑚𝑗
∑ 𝑚𝑗𝑁
𝑗=1 (1.7.2)[4]
Unde:
– mj simbolizează masa subansamblului j [kg];
– xj,zj simbolizeaz ă coordonatele centrului greutate a subansamblului j, față de sistemul de axe xOz,
în [mm].
– Nj simbolizeaz ă numărul total de subansambluri al caroseriei.

Fig.1.7.1 – Discretizarea principalelor componente ale caroseriei

20
Tabelul 1.7.1 -Centralizarea maselor și a coordonatelor ce ntrelor de gr eutate corespunzătoare fiecărui
subansamblu al caroseriei

Nr.
crt
Denumire
subansamblu
Masa Pozitia
subansamblului
M·X
M·Z Forma
geometrică
Atribuită [kg] X [mm] Z [mm] [kg·mm] [kg·mm]

1
Bară față
14
-650
390
-9100
5460

2
Far față x2

10
-660

700

-6600
7000

3
Capotă față
30
-350
750
-10500
22500

4
Oglindă retrovizoare
x2
6
740
1250
4440
7500

5
Aripă față x2
20
150
720
3000
14400

6
Portieră fata x2

80
1000
600
80000
48000

7
Portieră spate x2
70
2000
600
140000
42000

8
Parbriz
10
650
1200

6500
12000

9
Plafon
20
2150
1450
43000
29000

10
Stâlp central x2
40
1600
840
64000
33600

11
Stâlp spate x2
30
2400
1000
72000
30000

12
Lunetă
24
3450
1200
82800
28800

13
Aripă spate x2
28
2980
825
83440
23100

21

14
Capotă portbagaj
30
3080
1100
92400
33000

15
Lampă de avertizare
luminoasă x2
8
3500
830
28000
6640

16
Bară spate
10

3260
450
32600
4500

17
Geam portieră față x2
4
1230
1110
4920
4440

18
Geam portiera spate
x2
4
1950
1150
7800
4600

19
Geam Spate x2
2
2800
1140
5600
2280

20 Prag x2

20
1325
245
26500
4900
21 ∑ 460 – – 750800 363720 –

Cu ajutorul relațiilor (1.7.1) și (1.7.2) , calculăm centrul de greutate al caroseriei :
XG=750800
460=1632 ,173 [mm]
ZG=363720
460=790 ,695 [mm]

Fig.1.7.2 – Coordonatele poziției centrului de greutate al caroseriei

22
Determinarea poziției centrului de greutate al automobilului se va realiza tot prin discretizarea
componentelor princ ipale, prezentate în tabelul 1.7 .2

Fig.1.7.3 – Discretizarea principalelor componente automobilului
Tabelul 1.7.2 – Centralizarea maselor și a coordonatelor centrelor de greutate corespunzătoare fiecărui
subansamblu al automobilului

Nr.crt
Denumire
subansamblu
Masa Pozitia
subansamblului
M·X
M·Z Forma
geometrică
atribuită [kg] X [mm] Z [mm] [kg·mm] [kg·mm]

1
Radiator
40
-690
550
-27600
22000

2
Motor termic

200
-380
500
-76000
100000

3
Transmisie
100
-50
450
-5000
45000

4
Punte față
100

50
380
5000
38000

5
Punte spate
100
2700
400

270000
40000

6
Roata față x2
20
0
240
0
4800

23

7
Coloana direcție 1

10
250
490
2500
4900

8
Coloana direcție 2
10
780
900
7800
9000

9
Volan
5
925
1100
4625
5500

10
Roată spate x2
20
2650
240
53000
4800

11
Rezervor
5

3235
730
16175
3650

12
Conducătorul
autovehiculului +
scaun
90
1330
810
119700
72900

13
Caroserie
460
–
–
750800
363720

Descarcat
∑
1160

–
–
1121000
714270

13
Rezervor plin
50

3235
730
161750
36500

14
Masa utilă
230
3150

925

724500
212750

15
Pasager spate x3
225
2120
880
477000
198000

16
Pasager fată
75
1330
810
99750
60750
17 ∑ 530 – – 1463000 508000 –

Cu ajutorul relațiilor (1.7.1) și ( 1.7.2), calculam centrul de greutate al sasiului in cazul
autovehicului descarcat si incarcat :
XGdescarcat =1121000
1160= 966.379 [mm]
ZGdescarcat =714270
1160= 615,75 0 [mm]

24
XGincarcat =2584000
1740= 1485,057 [mm]
ZGincarcat =1222270
1740= 702,454 [mm]

Fig.1.7.4 – Coordonatele poziț iei centrului de greutate al autovehiculului încărcat si descă rcat
1.8 Determinarea încărcării pe punți
Determinarea încărcării pe punți se realizează după calcularea poziției centrului de greutate al
autovehiculului, cunoscând masa acestuia cu ajutorul relațiilor de calcul (1.8. 1) și (1.8.2)[8 ].
𝑚1=𝑏
𝐿∙𝑚𝑎[𝑑𝑎𝑁 ](1.8.1)
𝑚2=𝑎
𝐿∙𝑚𝑎[𝑑𝑎𝑁 ](1.8.2)
Unde:
– m1 și m 2 simbolizează masele pe punțile din față respectiv spate [N];
– a și b simbolizează distanța dintre axa roții din față și poziția centrului de greutate respectiv axa
roții din spate și poziția centrului de greutate [mm];
– L simbolizează lungimea ampatamentului [mm];
– ma simbolizează masa totală a automobilului în [kg].

Folosind relațiile de calcul (1.8.1) și (1.8.2) rezultă:
– Pentru autovehiculul descărcat:
𝑚1=1683 ,621
2650∙1350 ·9.81=7675 ,83 𝑁

25
𝑚2=966 ,379
2650∙1350 ·9.81=5567 ,66 𝑁
– Pentru autovehiculul încărcat:
𝑚1=1164 ,943
2650∙1880 ·9.81=8107 ,47 𝑁
𝑚2=1485 ,057
2650∙1880 ·9.81=10335 ,32 𝑁
Cu ajutorul formule i (1.8.3) putem determina încarcarea pe punte procentual : [1]
𝑚𝑖%=𝑚𝑖
𝑚𝑎∙100 [%] (1.8.3)
Unde:
– mi%= încărcarea in procente;
– mi= valoarea incarcarii pe puntea din față/spate [kg] ;
– ma = masa propie [kg].

Rezulta :
– Pentru autovehiculul descărcat:
𝑚1𝑑𝑒𝑠𝑐 ă𝑟𝑐𝑎𝑡 %=782 ,45
1350∙100 =57,95%
𝑚2𝑑𝑒𝑠𝑐 ă𝑟𝑐𝑎𝑡 %=567 ,55
1350∙100 =42,05%
– Pentru autovehiculul încărcat:
𝑚1î𝑛𝑐ă𝑟𝑐𝑎𝑡 %=826 ,44
1880∙100 =43,96%
𝑚2î𝑛𝑐ă𝑟𝑐𝑎𝑡 %=1053 ,54
1880∙100 =56.04%

26
1.9 Alegerea pneurilor
Pentru alegerea pneurilor ce echipează autovehiculul de proiectat este necesară cunoașterea
indicelui de sarcină. Acesta reprezintă sarcina maximă pe care un pneu o poate suporta la viteză maximă,
în kilograme fiind indicată de indicele de viteză. Se determină în funcție de sarcina pe fiecare roată care se
calculează cu ajutorul formulei:
𝑍𝑝=𝑚𝑖
2[𝑑𝑎𝑁 ] (1.9.1)
Unde:
– Zp = sarcina pe fiecare roată ;
– m1 = masa punții față.
Așa cum s -a calculat în subcapitolul 1.8 , cu ajutorul formulei 1.9.1 calculam sarcina maximă
suportată de puntea din spate , fiind cea care suportă încarcarea ce mai mare :
𝑍𝑝=10335 ,32
2∙9.81=526 ,77 𝑘𝑔

În urma calculului rezultă că indicele de sarcină minim este 8 6, însă din moti ve de sigurantă este
indicat să se aleagă pneuri cu un indice de sarcină superior .
În urma calculelor efectuate alegem pneurile de vara Bridgestone 195/65R15 91H
1.10 Determinarea rezistentelor la înaintare și a puterilor necesare învingerii acestora

Pentru a defini performantele motorului vom calcula rezistentele la inaintare pe care autoturismul
trebuie sa le invinga.
Rezistenta la rulare este principala rezistenta intalnita de automobil pana la atingerea vitezei de 60
km/h. Coeficientu l de rezistenta la rulare se poate calcula cu ajutorul formulei (1.10.1 ) :
f `(V) = f 0 + f01 ∙ V + f 02 ∙ V2 (1.10.1 ) [1]
Unde :
– 𝑓0 este coeficientul de rezistență la rulare la viteză mică
– 𝑓01[h/km ] și 𝑓02 [h2/km2] reprezinta coeficienții de influență ai vitezei.

Valorile coeficientilor de rezistenta la rulare a pneurilor sunt prezentate în tabelul 1.10.1

27
Tabelul 1.10.1 – Valorile coeficientilor de rezistenta la rulare [1]
Tip pneu f0 [-] f01 [h/km] f02 [h2/km2]
Diagonal cord metalic 1,3295 ∙ 10-2 -2,8664 ∙ 10-5 1,8036 ∙ 10-7
cord textil 1,3854 ∙ 10-2 -1,21337 ∙ 10-5 1,6830 ∙ 10-7
Radial secțiune foarte joasă 1,6115 ∙ 10-2 -9,9130 ∙ 10-5 2,3214 ∙ 10-7
secțiune joasă 1,6110 ∙ 10-2 -1,0002 ∙ 10-5 2,9152 ∙ 10-7
Superbalon 1,8360 ∙ 10-2 -1,8725 ∙ 10-5 2,9554 ∙ 10-7

Pneul ales este de tip radial cu secțiune joasă , rezultă că ecuația coeficientului de rezistentă la rulare
devine :
f `(V) = 1.16110 ∙ 10-2 +1.0002 ∙ 10-5 ∙ V + 2,9152 ∙ 10-7 ∙ V2
Viteza maxima a autovehiculului este de 180 [km/h] rezultă că valoarea maximă a c oeficienului de
rezistentă la rulare este :
f `(V) = 1.16110 ∙ 10-2 +1.0002 ∙ 10-5 ∙ 180 + 2,9152 ∙ 10-7 ∙ 1802

1.10.1 Definitivarea coeficientului de rezistenta al aerului si calculul ariei secțiunii transversale :

La viteze ridicate rezistenta aerului reprezinta principala rezistenta pe care automobilul trebie sa o
invinga la deplasarea pe un drum drept. Din literatura de specialitate putem afla ca C x in cazul
autoturismelor combi poate lua valori intre 0,3…0,34 . Aleg C x=0,3.

Aria sectiunii transversale se calculeaza cu ajutorul formulei :

A = k A∙E∙Ha [m2] (1.10.2) [1]

Unde :
– kA reprezinta coeficientul de corectie a ariei
– E reprezinta ecartamentul autovehiculului
– Ha reprezinta inaltimea maxima a autovehicului
Considerând k A = 1 eroarea este de +5…+10% la autoturisme.

Rezultă :
A = 1.55 ∙1.5∙1 = 2.325 [m2]

28
1.10.2 Calculul puterilor necesare în vingerii rezisten țelor la înaintare

Principalele rezis țente la înaintare întâmpinate de autovehicul sunt: rezisten ța la rulare, rezisten ța la
panta, rezisten ța la demarare și rezistența aerului. Vom calcula rezisten țele la înaintare la deplasarea în
palier cu viteză constantă, fără vânt, așadar ecuația pentru calculul rezistentelor la înaintare este:

∑= Rrul + R a + R p (1.10.3) [1]
Rrul = f ∙ Ga ∙ cos(αp) [daN](1.10.4) [1]
Raer =𝑘∙𝐴∙𝑉𝑥2
13 [daN];(1.10.5) [1]

Rrampa = p ∙ Ga [daN];(1.10.6) [1]

Unde :
k – reprezintă coeficientul aerodynamic ( k = 0,06125 ∙Cx = 0,018 )
Ga – reprezintă greutatea automobilului la sarcina maxima, G a= 1323,8 [daN]
p – reprezintă tg( αrampă) , considerăm αrampă = 10ș ( tg( αrampă) = 0,176 )

Rezultă :
Rrul =0,015744 ∙1323 ,8∙1=20,842 [daN]
Ra =1∙2,325 ∙1802
13=106 ,47 [daN]
Rrampă = 0,176 ∙ 1323,8 = 232,98 [daN]

Vom calcula rezisten țele la înaintare la deplasarea în palier cu viteză constantă , fără vânt ,
așadar ecuația pentru calculul rezisten țelor la înaintare este :
][360kWVRPrul
rul
(1.10.7)

][360kWVRPa
a (1.10.8)

29
Tabelul 1.10.2 Valorile rezistențelor la înaintare in funcție de viteza de deplasare
V[Km/h] Ra [daN] Pa[kW] Rrul[daN] Prul[kW] ∑ P[kW]
0 0 0 20.84191 0 0
10 0.321923 0.00894 20.84191 0.578942 0.587884
20 1.287692 0.07154 20.84191 1.157884 1.229422
30 2.897308 0.24144 20.84191 1.736826 1.978268
40 5.150769 0.57231 20.84191 2.315767 2.888075
50 8.048077 1.11779 20.84191 2.894709 4.012498
60 11.58923 1.93154 20.84191 3.473651 5.40519
70 15.77423 3.06721 20.84191 4.052593 7.119805
80 20.60308 4.57846 20.84191 4.631535 9.209996
90 26.07577 6.51894 20.84191 5.210477 11.72942
100 32.19231 8.94231 20.84191 5.789419 14.73173
110 38.95269 11.9022 20.84191 6.368361 18.27057
120 46.35692 15.4523 20.84191 6.947302 22.39961
130 54.405 19.6463 20.84191 7.526244 27.17249
140 63.09692 24.5377 20.84191 8.105186 32.64288
150 72.43269 30.1803 20.84191 8.684128 38.86442
160 82.41231 36.6277 20.84191 9.26307 45.89076
170 93.03577 43.9336 20.84191 9.842012 53.77557
180 104.3031 52.1515 20.84191 10.42095 62.57249
190 116.2142 61.3353 20.84191 10.9999 72.33518

Fig.1.10 .1 – Variația
rezistențelor la înaintare in funcție de viteza de deplasare

30

Capitolul 2 – Studiul rețelelor C.A.N.
2.1 Introducere
CAN sau controller area network este un protocol de comunicare de tip magistrala (bus) dezvoltat
de Bosch în anii 1980. Acesta definește un standard pentru comunicațiile eficiente între senzori, actuatori,
controlere și alte tipuri de noduri în timp real.
La început dezvoltarea protocolului a fost susținută în mare parte de industria automobilelor, în
prezent fiind folosit de către majoritatea producătorilor de automobile, autocamioane, amb arcațiuni,
avioane și nu numai. Protocolul CAN este de asemenea foarte des întâlnit și în aplicațiile industriale
automatizate, echipamente medicale și multe alte domenii ce folosesc sisteme împerecheate (embedded
systems).
În industria auto utilizare a sistemelor împerecheate a devenit o necesitate. Conectând toate
subsistemele autovehiculului la o rețea care permite comunicarea acestora atât performanțele cât și
siguranță acestora au fost îmbunătățite considerabil.
Progresul și succesul CAN -ului se datorează mai multor factori. Evoluția sistemelor
microelectronice a pavat calea introducerii unei rețele de comunicare între microcalculatoare.
La începutul anilor 1980 lipsa unui protocol standardizat, cu costuri relativ reduse, ce putea fi
folosit p entru integrarea sistemelor controlate în timp real l -a împins pe Prof. Dr. Uwe Kiencke să înceapă
în anul 1983 dezvoltarea unui nou protocol de comunicație de tip magistrala. Acest protocol a fost
prezentat în anul 1986 la congresul SAE din Detroit sub de numirea de CAN, fiind standardizat la nivel
internațional în anul 1993 (ISO -11898 -1).
Dezvoltarea protocolului a fost necesară datorită nevoii de funcționalități noi și reducere a firelor
ce realizau conexiunea diverselor dispozitive. Adoptarea proto colului de către marile companii din
industria auto a dus la producerea în masă a controlerelor CAN, după cum putem observa în figură 2.1. În
2007 producția anuală de module CAN a fost estimată la 600 de milioane de module.

31

Fig.2.1 .1-Numarul de dispozitive CAN vandute intre anii 1999 -2003

2.2 Tipuri de retele CAN
Rețeaua CAN poate conține diferite straturi fizice ce pot fi folosite. Acestea clasifica diferite
aspecte ale rețelei precum: nivelurile electrice, schemele semnalelor, impedanța cablurilor, viteza de
transfer a datelor, etc.
În funcție de aceste straturi, principalele rețele de tip CAN sunt:
 Rețea CAN de mare viteză cu date flexibile: permite transferul datelor cu o viteză de până la
1Mbit/s și este folosită la comunicarea în tre sistemele de siguranță activa ale autovehiculului (ex:
ABS, ESP, ASR, etc.), modulele de control ale motorului și ale transmisiei în cazul
autovehiculelor cu cutie de viteze automată și sistemele de control ale emisiilor poluante.
 Rețea CAN cu viteză r edusă toleranță la erori: Cu o viteză de transfer a datelor de până la 125
Kbit/s, se folosește în general la conectarea dispozitivelor care țin de confort (ex: sistemul de
climatizare) sau a dispozitivelor care au nevoie de un nivel ridicat de securitate (ex: închiderea
centralizată).
2.3 Descriere
În Fig.2.2 este prezentată o rețea de tip CAN cu 3 noduri. Specificațiile protocolului definesc
transferul de date între noduri.
Nodurile transmit mesaje într -un format standard, mesaje care sunt filtrate și acceptate doar de
nodurile care au nevoie de informația transmisă. Exemplu: un senzor de lumină transmite un mesaj care
este interpretat de calculatorul ce controlează farurile și ignorat de calculatorul de injecție.

32

Fig.2.2 .1 – Rețea CAN c u 3 noduri

2.2.1 – Formatul mesajelor

Fig.2.2.2 – Structura unui mesaj transmis pe CAN [5]
 S.O.F. (start of frame) – reprezinta inceputul structurii si ii este alocat 1 bit care poate fi 0 sau 1
 Identifier – este alcătuit dintr -o înșiruire de 11 biți ce reprezintă codul de identificare al
mesajului precum și prioritatea acestuia.
 R.T.R (remote transmision request) – acestui câmp îi este atribuit 1 bit care are valoarea 0
atunci când nodul transmite informații și 1 când acesta solicita informații.
 Control – reprezintă un câmp de 6 biți care au rolul de a indica numărul de biți ce urmează a fi
transmiși în câmpul următor
 Dată – este un câmp ce poate avea de la 0 la 64 de biți, ce conține informația propriu -zisă ce
dorește a fi transmisă
 CRC (cycli c redundancy check) – acest câmp are rolul de a calcula o sumă a biților transferați
iar nodul care primește informația calculează suma biților recepționați apoi compara ambele
rezultate. Dacă cele 2 sume sunt egale înseamnă că mesajul nu a fost deteriorat .

33
 ACK (acknowledgement) – prin intermediul acestui câmp, transmițătorul, primește de la nodul
care a recepționat mesajul o confirmare că mesajul a fost transmis bine. Acestui câmp îi sunt
alocați 2 biți.
 EOF (end of frame) – reprezintă finalul structurii. Acestui câmp îi sunt alocați 7 biți.

2.2.2 – Arbitrarea conflictelor

Arbitrarea reprezintă mecanismul care se ocupă de conflictele apărute în rețea. Atunci când banda
rețelei este liberă oricare nod poate transmite un mesaj, în felul acesta fiind posibilă apariția unui conflict.
Conflictele se rezolvă cu ajutorul câmpului Identifier. Fiecare nod transmite pe CAN identifier -ul care este
comparat cu valorile transmise în rețea. Dacă dispozitivul detectează un nivel dominant acesta se oprește
din tran smiterea mesajelor până când îi este permis să transmită.
În Fig.2.4 Este prezentat un exemplu în care 3 noduri doresc să transmită mesaje în același timp.

Fig.2.2.3 – Exemplu de arbitrare a mesajelor pe CAN [5]

Inițial fiecare nod transmite pe CAN valoarea 0 care reprezintă începutul transmisiunii mesajelor.
În exemplul prezentat valorile câmpului Idenifier au sunt reprezentate cu I 1, I2 și I3 și au valorile:
I1 = 11001101010 I2 = 11001011011 I3 = 11001011001
După transmiterea câmpului SOF, nodurile încep transmiterea cadrelor Identifier și continua atâta
timp cât valorile transmise sunt egale. Putem observa că al 6 -lea bit al I 1 are o valoare recesivă în timp ce
I2 și I 3 au o valoare dominantă. În acest moment Nodul 1 se opreșt e din transmiterea mesajelor și devine
recesiv iar I 2 și I 3 continua transmiterea valorilor până la al 10 -lea bit, moment în care I 2 oprește
transmisiunea iar Nodul 3 primește acordul să transmită mai departe mesajul pe CAN.
Consecința mecanismului d e arbitrare a mesajelor pe CAN este că nodurile cărora le este atribuită
o prioritate scăzută pot avea întârzieri foarte mari în transmiterea mesajelor dacă nodurile cu o prioritate
ridicată sunt foarte active.

34
2.2.3 – Manipularea erorilor

Detecta rea erorilor și manipularea acestora reprezintă un aspect foarte important al eficienței
protocolului CAN. Datorită mecanismelor de detectare a erorilor probabilitatea ca o eroare să nu fie
detectată este foarte mică. Erorile se pot detecta în mai multe mo duri:
 Monitorizarea biților – reprezintă un proces prin care fiecare transmițător monitorizează
transmiterea biților și indică o eroare de bit dacă rețeaua nu transmite valoarea indicată. Această
procedură nu se realizează în timpul arbitrarii conflictelo r. După transmiterea a 5 biți identici (ex:
0) un nod va transmite întotdeauna o valoare opusă (1), valoare neglijată de către nodul ce
recepționează mesajul.
 Verificarea structurii mesajelor: este o procedură în care se verifică dacă fiecare câmp al mesa jului
are valoarea care ar trebui. Spre exemplu câmpul EOF este alcătuit din 7 biți cu valori recesive ce
sunt verificați și apoi validați.
 ACK – în momentul transmiterii câmpului ACK, valorile transmise de nodul emițător sunt recesive
iar nodul care prim ește mesajul are obligația de a transmite înapoi valori dominante. Dacă
transmițătorul nu detectează valorile dominante este semnalata o eroare.
 CRC – nodul care transmite mesajul va calcula o sumă a biților transferați iar nodul care
recepționează mesaju l va calcula o sumă a biților recepționați. Dacă cele două sume nu sunt egale
se va semnala o eroare.
Fiecare nod care primește mesaje încearcă să detecteze dacă acestea conțin erori iar atunci când o
eroare este detectată se inițializ eaza procesul de ret ransmitere a mesajului ce conține erori.

2.4 Arhitectura retelei CAN
In industria auto Controller Area Network sau CAN este folosit pentru a conecta unitatile
electonice de control ale unui autovehicul la o retea performanta, capabila sa transmita date cu un
randament ridicat, permitand asftel dezvoltarea noilor aplicatii necesare industriei.
Fiecare dispozitiv, indiferent de complexitatea acestuia, reprezinta un nod al retelei. Nodurile pot fi
formate din dispozitive simple de intrare/iesire (I/O) sau cal culatoare complexe cu o interfata CAN si un
software complex.
Nodurile sunt alcatuite in general din 3 componente:
 unitate centrala de procesare: are rolul de a descifra si interpreta mesajul primit. Se pot atasa
senzori, actuatori si dispozitive de control.
 Controler CAN: de obicei este integrat in unitatea centrala de procesare. Atunci cand un mesaj este
primit controlerul are rolul de a stoca biti primiti unul cate unul pana cand mesajul este complet,
moment in care mesajul este transferat unitatii centrale de procesare. Cand un nod decide sa
transmita un mesaj unitatea centrala de procesare ii transfera mesajul controlerului care il trimite
atunci cand reteaua este libera.
 Transceiver CAN: este interfata fizica intre modulul CAN si reteaua CAN .

35

Fig.2.4.1 – Schema bloc a unui nod CAN

Rețeaua CAN este alcătuită din 2 fire torsadate, în scopul reducerii interferen ței electromagnetice.
În specificațiile tipului de cablu este prevăzut și numărul de răsuciri pe o distanță de un metru. Cu cât acest
număr este mai mare cu atât mai mult este redusă interferen ța electromagnetică. La fiecare capăt al rețelei
sunt montate 2 rezistente de 120 Ω (Fig.2.7) pentru suprimarea reflexiei, fenomen des întâlnit atunci când
un semnal este transmis prin intermediul unui fir. În cazul rețelelo r CAN cu viteză redusă, toleran te la
erori, rezisten țele sunt montate la conectarea fiecărui nod (Fig.2.6).

36

Fig.2.4.2 – Schema reț elei CAN cu viteza redus ă tolerantă la erori

Fig.2.4.3 – Schema rețelei CAN de mare viteză

Firele rețelelor CAN de mare viteză, denumite CAN High și CAN Low sunt alimentate la o
tensiune nominală de 2.5V și au o diferență de tensiune de 2 V atunci când transmit un bit dominant (0) și
0 V atunci când este transmis un bit recesiv (1). Valoarea tensiunii electrice crește până la valoarea de 3,75
V pe CAN High și scade până la valoarea de 1,25 V pe CAN Low, după cum putem observa în Fig.2.8.

37

Fig.2. 4.4 – Modul de comunicare al rețelei CAN de mare viteză
În cazul rețelei CAN cu viteză redusă toleranță la erori valoarea tensiunii pe CAN Low crește până
la 5 V și scade până la aproape 0 V (în jur de 0.3 V) pe CAN High, atunci când es te transmis un bit recesiv
(1). Valorile rămân neschimbată (3,75V pe CAN High și 1,25 pe CAN Low) atunci când este transmis un
bit dominant, așa cum se poate observa în figură 2.9.

Fig.2.4.5 – Modul de comunicare al rețelei CAN cu viteză redusă tolerantă la erori

38
2.5 Avantajele/dezavantajele utilizării rețelei CAN
În trecut, pentru conectarea diverselor dispozitive electrice, se folosea câte o legătură electrică
separată pentru fiecare canal de comunicație, ceea ce înseamnă o masă mare a firelor și o complexitate
foarte mare a rețelei de comunicație.
Prin folosirea sistemelor de comunicație de tip CAN se elimină cantități importante de conectori și
cabluri iar sistemul de comunicație se simplifică, diagnosticarea acestuia fiind mult mai ușor de realiza t iar
în cazul în care un fir este întrerupt comunicarea se poate realiza pe un singur fir iar informația nu este
pierdută.
Principalele avantaje sunt:
 Prețul redus și masa redusă a firelor – CAN este o rețea rezistența în timp, cu un cost relativ scăzut
ce permite comunicarea unui număr mare de dispozitive prin conectarea acestora la o singură
magistrala, comună, așadar numărul firelor cât și lungimea acestora sunt reduse drastic (Fig.2.10).
Folosind rețeaua CAN compania BMW a reușit în anul 1986 să reduc ă lungimea firelor din
interiorul automobilului cu peste 2 km iar masa acestuia a scăzut semnificativ, cu aproximativ 50
de kg.
 Transmisiune partajată – Cu ajutorul unui cip, capabil să decodeze mesajele transmise,
dispozitivele conectate la rețea citesc t oate mesajele transmise iar fiecare este capabil să decidă
dacă mesajele primite sunt relevante sau nu iar apoi să execute comanda primită dacă este cazul.
Această structură permite modificarea rețelei cu un impact minim asupra funcționalității.
 Prioritiza rea mesajelor – Fiecare mesaj transmis are o anumită prioritate astfel încât dacă 2
dispozitive încearcă să transmită câte un mesaj simultan, cel cu prioritate mai mare va fi transmis
iar celălalt va fi amânat.
 Capacitatea detectării erorilor – specificați ile CAN prevăd un Cod Ciclic Redundant (CRC –
Cyclic Redundancy Code) care verifica erorile fiecărui masaj. Mesajele care conțin erori sunt
ignorate de toate dispozitivele iar dacă se detectează un dispozitiv care transmite un număr mare de
erori în mod fr ecvent acesta se deconectează singur de la rețea

Fig. 2. 5.1- Reducerea numărului de fire folosind reț eaua CAN

39

Principalele dezavantaje sunt:
 Numarul limitat de noduri: Retelele de tip CAN suporta un numar maxim de 64 de noduri datorita
supraincarcarii electrice.
 Lungimea maxima a firelor este de 40 m.
 In timp este posibil sa apara interactiuni nedorite intre nodurile retelei
 Dezvoltarea softurilor si mentenanta retelei au un cost relativ ridicat.
2.6 Domenii de utilizare
Protocolul CAN a fost realizat pentru a facilita comunicatiile intre calculatoarele unui automobil
dar datorita avantajelor pe care le aduce in materie de comunicare intre module electronice acest protocol
este utilizat si in alte domenii:
 Industria robotilor, a automatizarilor
 Industri a aeronautica
 Echipamente electronice
 Electrocasnice
2.7 Extensii ale protocolului
2.7.1 Adaptoare CAN
Adaptoarele CAN (gateways) sunt dispozitive ce permit conectarea rețelei CAN cu altă rețea ce
folosește un alt protocol, de exemplu CAN – RS232 și CAN -TCP/IP.
CAN – RS232 este un adaptor care se poate conecta la Laptop prin portul USB și oferă acces la
rețeaua CAN (Fig.2.11).

Fig.2.7. 1- Adaptor CAN -USB

40

CAN -TCP/IP – este un adaptor ce poate oferi acces la rețeaua CAN prin intermediul internetului și
permite monitorizarea și mentenanța rețelei de la distanță.

Fig.2.7. 2- Exemplu de adaptor CAN -TCP/IP

2.7.2 Comunicatii CAN de tipul time -triggered (declansate de timp)
Standardul ISO 11898 -4 denumeste acest tip de comunicatie drept TTCAN
În mod normal c omunicarea pe CAN este asincrona, ceea ce înseamnă că fiecare dispozitiv poate
transmite mesaje atunci când este necesar. Aceasta este o variantă eficienta în împărțirea egală a resurselor
rețelei în majoritatea cazurilor.
Există totuși o multitudine de ap licații care necesită acces garantat la rețea în perioade fixe de timp.
În industria auto acestea sunt aplicații ale sistemelor de control x -by-wire, sisteme ce înlocuiesc legăturile
mecanice ale diverselor componente cu legături electrice, de exemplu peda la de accelerație.
Protocolul TTCAN permite funcționarea în paralel a nodurilor ce folosesc protocolul CAN.
Nodurile ce folosesc TTCAN sunt sincronizate prin intermediul unui ceas iar fiecare dintre ele are la
dispoziție o perioadă exactă de timp în care p oate transmite mesaje.

Capitolul 3 – Structura sistemului de injec ție BOSCH E .D.C.
3.1. Introducere
„Motorul meu încă face progrese enorme”, este o frază rostită de Rudolf Diesel în 1895 care se
adeverește și în prezent. Motoarele cu ardere prin comprimare au trecut de -a lungul timpului printr -o
continuă dezvoltare, fie că vorbim de turbosupraalimentarea acestora sau de noile metode de reducere a
emisiilor poluante precum dotarea acestora cu supapa E.G.R și filtrul de particule ajungând să fie în
prezent printre cele mai folosite motoare.

41

Fig.3.1 .1- Motor Diesel staționar fabricat în anul 1902 de către compania MAN, capabil să producă o putere de 5.9 kW la 270
rpm.
3.2 Istoric
Motorul cu ardere prin comprimare sau Diesel cu este denumit după Rudolf Diesel este un motor
cu ardere internă în care aprinderea combustibilului introdus în camera de ardere are loc datorită
temperaturii ridicate a aerului care se afla în cilindru. Pe durata ciclului de comprimare, motoarele cu
ardere prin compresie, c omprima doar aer. Prin comprimarea aerului atât presiunea cât și temperatura
acestuia cresc suficient de mult încât să poată aprinde combustibilul injectat și să producă mai departe
lucru mecanic.
Primele pompe de injecție au fost produse în serie în anul 1927 și au fost instalate pe autovehicule
comerciale în 1932 și pe autoturisme în 1936. Din acel moment dezvoltarea motoarelor cu ardere prin
comprimare a fost iminentă. În anul 1976 motorul Diesel a primit o mare îmbunătățire atunci când Bosch a
introdus pompa de injecție directă cu distribuitor automat de sincronizare iar 10 ani mai târziu, după un
proces complex de cercetare și dezvoltare a fost introdus pe piața primul sistem electronic de control al
motoarelor cu ardere prin comprimare.
Dezvoltarea sis temelor electronice de control a dus la îmbunătățirea performantelor motoarelor cu
ardere prin comprimare care au devenit mai silențioase, mai economice și mai puțin poluante.
E.D.C sau electronic diesel control este un sistem de control al injecției de c ombustibil dezvoltat
pentru a măsura și distribui cu exactitate cantitatea de motorină necesară pentru a obține un randament
superior de funcționare a motoarelor Diesel.
Acest sistem este întâlnit la majoritatea motoarelor Diesel chiar dacă acestea pot fo losi diferite
tipuri de sisteme de injecție precum:
 Injecție directă cu pompă -distribuitor
 Injecție directă cu rampa comună

42
 Injecție directă cu pompă -injector
Deși aceste tipuri de sisteme de injecție diferă din multe puncte de vedere și sunt instalate p e o
gamă largă de autovehicule, fiecare este echipat cu diferite variante ale sistemului E.D.C.

3.3 Componen ța sistemului

Spre deosebire de sistemele de injecție convenționale conducătorul unui autovehicul dotat cu
sistemul E.D.C nu are o influență directă asupra cantității de motorină injectată în cilindru așa cum se
întâmplă de exemplu în cazul sistemelor convenționale în c are pedala de accelerație, prin intermediu unui
sistem de cabluri controlează direct injecția de combustibil.
În cazul motoarelor controlate cu E.D.C cantitatea de combustibil injectata se obține prin
calcularea unor variabile cum ar fi:
 Poziția pedalei d e accelerație,
 Temperatura motorului,
 Intervenția sistemelor auxiliare (ex: sistemul de control al tracțiunii),
 Respectarea strategiilor de control a emisiilor poluante, etc.
Ținând cont de aceste variabile, unitatea electronică de control sau ECU calcule ază atât momentul
oportun cât și cantitatea de combustibil necesară pentru a realiza injecția și se reglează automat prin
strategii de funcționare în buclă închisă.
Sistemul E.D.C permite comunicarea cu alte sisteme electronice ale autovehiculului precum c ontrolul
tracțiunii sau E.S.P. astfel că sistemul de management al motorului este integrat în întregul sistem de
control al autovehiculului.
Acesta este alcătuit din 3 blocuri de sisteme așa cum se poate observa în Fig.3.2.:
1. Senzori: Sunt folosiți pentru a detecta valorile de operare (ex: turația motorului, temperatura,
s.a.m.d.). Aceste valori fizice sunt apoi convertite în semnale electrice.
2. Unitatea electronică de control: Denumită și ECU/ECM/PCM are rolul de a procesa informația de
la senzori iar apoi î n urma calculelor, de a trimite informația către actuatori. Aceasta reprezintă
interfața dintre senzorii motorului și celelalte sisteme electronice
3. Actuatori: Aceștia au rolul de a converti semnalele electrice primate de la E.C.U. în acțiuni fizice
cum ar fi deschiderea supapei solenoid care controlează injecția.

43

Fig.3. 3.2. Structura sistemului EDC: 1 – senzori ; 2 – Unitatea electronic ă de control ; 3 – Actuatori ; 4 – Interfata
către celelalte sisteme ; 5 – Interfata pentru sistemul de diagnosticare [2]

3.3.1 Senzori
Senzorii sunt dispozitive tehnice ce măsoară mărimi fizice (masa, presiunea, temperatura, etc.) pe
care le convertește apoi în semnale electrice. În industria auto senzorii reprezintă interfața dintre unitățile
electronice de control și funcțiile complexe ale autovehiculului.
Cei mai important senzori care se regăsesc în component sistemului E.D.C sunt:
1. Senzori de temperatura: în funcție de aplicație aceștia pot fi senzori de temperatura a motorului,
care măsoară temperatur a lichidului de răcire, senzori de temperatura a aerului, montați în galeria
de admisie, măsoară temperatura aerului care intră în motor, senzori ce măsoară temperatura
uleiului sau a combustibilului precum și senzori care măsoară temperatura gazelor de ev acuare.
Temperaturile măsurate de acești senzori sunt în general cuprinse între -40°C și +120 °C, excepție
fiind temperatura gazelor de evacuare care poate atinge și 1000 °C. În funcție de aplicație aceștia
pot fi NTC (negative temperature coefficient) sau PTC (positive temperature coefficient) cei mai
răspândiți fiind senzorii de tip NTC și sunt alcătuiți dintr -un semiconductor a cărui valoare este
dependentă de temperatură. În cazul senzorilor NTC la creșterea temperaturii rezistenta electrică a
acestora s cade brusc (Fig.3.3) iar în cazul senzorilor PTC aceasta crește.

44

Fig.3. 3.3 – Variația rezistenței electrice a unui sensor NTC cu temperatura [2]

2. Senzori de presiune: măsoară în general presiunea aerului din galeria de admisie, presiunea
atmosferică, a uleiului sau a combustibilului aflat în rampă comună sau pe traseul de alimentare. În
general elementul senzorial este un chip din siliciu ce are integrat o membrană senzorială și 4
rezistente din material piezo. La aplicarea presiunii asupra membranei ace asta se deformează
modificând valoarea rezistentelor și rezultând o tensiune de ieșire proporțională cu presiunea
(Fig.3.4).

Fig.3. 3.4 – Variația tensiunii de ieșire cu presiunea [2]

45
3. Senzori de turație inductivi: aceștia măsoară turația motorului și poziția arborelui cotit pentru a
putea determină poziția pistonului. În figură 3.5 a este prezentat un senzor de turație inductiv
montat pe o roată dințată. Acesta este alcătuit din: 1 – magnet permanent, 2 – conector electric, 3 –
suport metalic, 4 – piesa polară, 5 – bobinaj electric, 6 – strat de aer, 7 – roata dințată. La trecerea
senzorului prin dreptul unui dinte al roții fluxul magnetic prin înfășurările bobinei crește ceea ce
duce la o creștere a tensiunii de ieșire. Atunci când senzorul se afla în dreptul spațiului dintre dinți
tensiunea de ieșire scade iar astfel putem obține frecvența de trecere a senzorului prin dreptul
fiecărui dinte. Dinți fiind distanțați în mod egal această fr ecvență ne indică turația roții.
În figură 3.5b se observă procesul detaliat mai sus. 1 – tensiunea de ieșire atunci când senzorul se
află în dreptul unui dinte; 2 – tensiunea de ieșire atunci când un s enzor se afl ă în dreptul spațiului dintre
dinți; 3 – Lipsa a 2 dinți consecutivi indică o rotație completă a arborelui cotit.

Fig.3. 3.5a – Senzor inductiv de turație [2] Fig.3. 3.5b – Variația tensiunii de ieșire în funcție de timp [2]
4. Senzori cu efect Hall: aceștia pot măsura turația motorului, poziția arborelui cu came, turația
arborilor din cutia de viteză sau turația roților (folosiți la sistemul ABS).

Fig.3. 3.6. – Exemplu de montaj al unui senzor cu efect HALL: 1 – disc metalic; 2 – magnet permanent; 3 – element
sensibil HALL [2]

46
La trecerea magneților permanenți prin dreptul elementului sensibil Hall acesta generează un
impuls electric datorită variației câmpului magnetic.
5. Potențiometrul: este un divizor de tensiune, practic, un rezistor cu un element mobil poziționat cu
ajutorul unei manete. Este montat pe pedală de accelerație și transformă cursa pedalei într -o
valoare a tensiunii de ieșire care este apoi transmisă calculatorului de injecție.
6. Senzori pentru măsurarea debitului de aer: se folosesc pentru a măsura debitul de aer ce intră în
cilindri. Există debitmetre de aer cu fir cald (hot wire) sau cu peliculă caldă (hot film). Chiar dacă
diferă din punct de vedere constructiv, principiul de funcționare este identic. Firul sau peliculă,
fiind parcurse de un curent electric sunt încălzite iar odată cu creșterea temperaturii rezistenta
electrică a acestora crește și ea. Când motorul este pornit iar aerul circula pe lângă fir temperatura
acestuia scade împreună cu rezistența electr ică iar curentul electric ce îl parcurge crește pentru a
ajunge la aceeași temperatură. Astfel valoarea tensiunii electrice ce parcurge firul variază în funcție
de masă de aer care trece prin senzor, așa cum se poate observa în figură 3.6.

Fig.3.3.7. – Variația tensiunii de ieșire în raport cu debitul de aer ce parcurge un debitmetru cu fir cald [2]
7. Senzor de oxigen (sonda Lambda): are rolul de a măsura cantitatea de oxigen din gazele de
evacuare iar informațiile primite de calculatorul de injecție sunt utilizate pentru mai multe funcții
de control ale motorului precum: regenerarea catalizatorului de NO x, controlul cantității de gaze
arse introduse în motor de supapa E.G.R, limitarea emisiilor de fum la sarcina maximă și adaptarea
cantității de combustib il introdusă în cilindru.

47
3.3.2. Unitatea electronică de control – E.C.U.

Fig.3. 3.8 – Unitate electronică de control BOSCH E.D.C.16
Unitatea electronică de control sau ECU, este un calculator care controlează unul sau mai multe
sisteme electronice într -un automobil. Acesta primește semnale electrice de la senzori, le procesează și
apoi trimite semnalele de acționare a actuatorilor.
Automobilul modern are un număr din ce în ce mai mare de calculatoare diferite, cele mai
importante fiind:
– ECM – engine control module – calculatorul responsabil de controlul motorului
– TCM – transmission control module – calculatorul responsabil de controlul transmisiilor automate
– BCM – body control module – calculatorul responsabil de controlul sistemelor el ectronice ale
caroseriei (ex: închiderea centralizată, geamurile electrice, etc.)

Condiții de operare: unitatea electronică de control este proiectat să reziste la solicitări mecanice și
termice extreme cum ar fi:
– Diferențe mari de temperatură ( -40°C… 1 40°C)
– Expunere la contaminarea cu ulei, combustibil, apa, etc
– Expunere la praf și umezeala
– Solicitări și vibrații mecanice
Pe lângă solicitările mecanice și termice o condiție importantă este funcționarea acestuia în cazul
oscilațiilor de tensiune elect rică sau în cazul expunerii la perturbații electromagnetice.
Design și construcție: Principalele părți componente ale calculatorului de injecție sunt: carcasa (2)
din plastic sau metal, placă de bază (1) ce conține circuitele electronice și conectorul (3) prin care se
primesc semnalele electrice de la senzori și se comandă actuatoarele. Majoritatea componentelor
electronice folosesc tehnologia SMD (surface mounted device).

48

Fig.3. 3.9 – Unitate electronică de control Continental EMS
În funcție de tipul motorului, M.A.S, M.A.C, electric sau hibrid sau de sistemele auxiliare ale
acestuia, conectorul are un număr variabili de pini (intrări de la senzori, comanda actuatoarelor,
alimentare, etc.). La un motor modern calculatorul de injecție poate depăși 100 de pini.

Fig.3. 3.10 – Dispunerea pinilor la un calculator de injecție Delphi MT62.1
Procesarea datelor : Semnalele de intrare provin de la sensorii montati pe diverse componente ale
autovehicului prin intermediul sistemului electric al acestuia si s unt de mai multe tipuri:
– Analogice – acestea pot avea o infinitate de valori. Cateva exemple de semnale analogie sunt:
Tensiunea bateriei, presiunea turbinei, temperatura lichidului de racire. Valorile semnelelor
analogice sunt convertite in valori digita le de catre microprocesor.
– Digitale – acestea pot lua doar 2 valori 0 si 1. Exemple de semanle digitale sunt semnalele
comutatoarelor pornit/oprit. Aceste semnale sunt procesate direct de catre microcontroller.
– Pulse -shaped – semnalele de tipul Pulse shape d sunt semnalele provenite de la senzorii inductivi
care contin informatii despre piese aflate in miscare de rotatie.

49
Conditionarea semnalelor: este obligatorie pentru a pastra tensiunea semnalelor intr -un interval
permisibil. Prin aplicarea tehnicior de filtrare si amplificare a semnaleor se pastreaza tensiunea necesara
functionarii microcontrolerului (0 -5V).
Functionarea: Din punct de vedere functional calculatorul de injectie este alcatuit din mai multe
blocuri (Fig.3.10), cele mai importante sunt:
– blocul de alimentare de la baterie (+BAT)
– blocul de procesare a semnalelor de intrare
– unitatea centrală de procesare CPU (μCONTROLER – microcontroler)
– memoria nonvolatilă ( EEPROM )
– modulul de monitorizare
– etajul de amplificare a comenzii actuatoarelor

Fig.3. 3.11 – Unitate electronică de control – schema bloc [9]
Microcontroerul reprezintă componenta principală a unui calculator. Acesta controlează intrările și
ieșirile, realizează operațiile matematice și logice și cronometrează timpul cu ajutorul unui crista l de cuarț.
Conține la rândul lui o memorie Flash EPROM, o memorie RAM, un convertor analog/digital și un modul
CAN.
Flash EPROM reprezintă o memorie ROM (read only memory) ce poate fi ștearsă electric și
reprogramată. Memoria ROM este o memorie a cărui co nținut a fost scris definitiv în procesul de fabricare
și nu mai poate fi modificat ceea ce înseamnă că pentru realizarea unei noi aplicații este necesară
adăugarea unei noi memorii. Memoria Flash EPROM are avantajul că poate fi ștearsă și reprogramată iar
astfel se reduc costurile și timpul necesar realizării noilor aplicații.
Memoria RAM (random access memory) este o memorie cu acces aleator. Calculatorul are nevoie
de o astfel de memorie ce îi permite să scrie sau să citească datele procesate în timp re al. Este folosită în
timpul funcționarii motorului pentru a stoca toate variabilele din algoritmul de control al acestuia.La

50
oprirea motorului alimentarea calculatorului este întreruptă iar informațiile stocate în memoria RAM se
pierd.
Convertorul analog/d igital transforma semnalele analogice primite de la anumiți senzori (poziția
pedalei de accelerație, presiunea de supraalimentare, etc.) în semnale digitale preluate și interpretate de
către calculator.
Modulul CAN permite comunicarea calculatorului de in jecție cu restul calculatoarelor
automobilului și cu dispozitivele de diagnosticare.
Memoria EEPROM (electrically erasable programmable read -only memory) reprezintă memoria în
care sunt salvate informațiile memoriei RAM care nu trebuie pierdute (ex: coduri le de eroare). Acest tip
de memorie permite ștergerea adreselor de memorie individuale fără a afecta celelalte date stocate.
Modulul de monitorizare are rolul de a supraveghea microcontrolerul iar atunci când o eroare este
detectată acesta activează funcți ile de avarie pentru protejarea motorului.
3.3.3 – Elemente de acționare
Actuatoarele sunt subansamble care produc lucru mecanic fiind acționate prin diferite tipuri de
semnale semnale.
În componența sistemului Bosch EDC16 sunt mai multe tipuri de actua toare cele mai importante fiind:
Supapa E.G.R, un element de acționare electropneumatic care are rolul de a introduce o parte din
gazele arse înapoi în cilindru, pentru a limita emisiile de NO x .
Supapa westgate, este un de reglare a presiunii de supraalimentare care are rolul de a limita
presiunea generată de turbina la o valoare ce permite o bună funcționare a motorului.
Bujiile incandescente care au rolul de a încălzi aerul din interiorul cilindrului atunci când motorul
este pornit la temperatur i scăzute.
Clapeta de accelerație, acționată electropneumatic are rolul de a controla cantitatea de aer proaspăt
ce intră în cilindrii motorului.
3.3.4 – Comunicarea intre componentele calculatorului de injectie
Pentru a putea realize funcțiile necesare co mponentele unui calculator trebuie să comunice între
ele. Acestea folosesc o magistrală de tipul adresa/date pe care microcalculatorul o folosește pentru a
accesa o adresă specifică a memoriei RAM.
Uzual se folosesc magistrale de 16 biți ce pot accesa 65,5 36 adrese iar pentru aplicațiile complexe
se folosesc magistrale de 32 de biți.

3.3.5 – Controlul electronic în buclă închisă sau deschisă

Sistemele moderne de control electronic, asemănătoare sistemului EDC, reprezintă un mare
avantaj în optimizarea mo toarelor cu ardere internă din punct de vedere funcțional. Acestea pot detecta și
corectă anumite perturbații asftel încât funcționarea motoarele să se realizeze cât mai aproape de
randamentul maxim .

51
Sistemele în bucla deschisă sunt sisteme de control în c are valorile de ieșire sunt independente de
valorile de intrare. În cazul sistemelor de control în bula deschisă actuatorii sunt acționați de către
calculator luand in calcul datele de intrare iar rezultatul nu este verificat (ex: comanda bujiilor
incandes cente)
Sistemele în buclă închisă sunt sisteme de control în care valorile de ieșire depind de valorile de
intrare iar reglarea datelor de ieșire se realizează prin compensarea variabilei de intrare cu o o variabilă de
referință. În cazul sistemelor de con trol în buclă închisă se verifică valorile de ieșire și se compară cu
valorile dorite iar dacă acestea nu sunt corecte se aplică o corecție în comandă actuatorilor. Avantajul
acestui sistem de control este reprezentat de capacitatea de a detecta și corectă perturbațiile exterioare.
Este folosit pentru a realiza numeroase aplicații de exemplu controlul turației de mers încet în gol.

3.4 – Aplicații ale sistemului E.D.C.

Controlul demarorului – acționarea demarorului este comandată de calculatorul de injecție. Acesta
se asigura că șoferul nu poate acționa demarorul atunci când motorul funcționează și comanda acționarea
acestuia pentru o perioadă scurtă de timp până când mo torul pornește și funcționează la turația de mers
încet în gol.
Imobilizatorul electronic – este folosit pentru a preveni pornirea neautorizată a motorului. Acesta
blochează calculatorul de injecție până când pornirea este autorizată de către șofer prin d iferite metode
(ex: introducerea cheilor în contact).
Controlul alternatorului – sistemul EDC poate controla alternatorul prin intermediul rețelei CAN
sau LIN și poate regla tensiunea de ieșire a acestuia în funcție de necesitate. La motoarele moderne atun ci
când starea de încărcare a bateriei are o valoare ridicată iar șoferul apasa pedala de accelerație la maxim,
calculatorul de injecție poate deconecta alternatorul pentru o perioadă scurtă de timp astfel încât cuplul
motor consumat de alternator să fie 0 . Atunci când starea de încărcare a bateriei are valori mici
calculatorul de injecție comanda o turația de mers încet în gol mai ridicată.
Controlul aerului condiționat – asemănător alternatorului, compresorul instalației de aer
condiționat care poate con suma până la 30% din puterea motorului, poate fi deconectat atunci când este
nevoie de cuplu maxim.
Controlul turației de mers încet în gol – atunci când pedala de accelerație nu este apăsată
calculatorul de injecție trebuie să se asigure că turația de me rs încet în gol are o anumită valoare. Atunci
când motorul este rece, valoarea acestei turații este puțin mai ridicată. De asemenea calculatorul comanda
o turație mai ridicată atunci când aerul condiționat este pornit sau starea de încărcare a bateriei est e redusă.
Controlul turației maxime – în funcție de specificațiile oferite de producător calculatorul de injecție
are rolul de a păstra turația maximă sub o anumită limita. Atunci când turația motorului depășește această
limită calculatorul de injecție co manda oprirea injecției de motorină în camera de ardere până când turația
motorului ajunge sub pragul maxim.

52
Controlul emisiilor poluante în buclă închisă cu ajutorul senzorilor de oxigen – prin controlul
electronic în buclă închisă cu ajutorul senzorilor de oxigen s -a realizat o reducere substanțială a emisiilor
poluante în cazul motoarelor cu ardere prin comprimare. Senzorii de oxigen montați în galeria de evacuare
măsoară cantitatea de oxigen din gazele arse și trimit informațiile calculatorului de inje cție care calculează
coeficientul de exces de aer și apoi comandă deschiderea/închiderea supapei EGR sau variază timpul de
deschidere a injectoarelor pentru a obține o valoare cât mai apropiată de 1.

Capitolulu 4 – Calibrarea motoarelor cu ardere internă
4.1 – Introducere
Calibrarea motoarelor cu ardere internă reprezintă procesul prin care un motor cu ardere internă
este optimizat din punct de vedere funcțional pentru a obține performante optime, o creștere de putere, sau
un consum redus de combustibil. Aceste scopuri sunt exclusive și nu pot fi îndeplinite simultan. Un motor
calibrat să producă putere maximă va consuma mai mult combustibil față de un motor asemănător de la
care se dorește o durată de viață prelungită sau un consum de combustibil redus.
Adaptarea motoarelo r pentru diferite aplicații are o istorie lungă, odată cu apariția primelor
automobile de curse. Aceste adaptări implica diverse modificări și ajustări, de la modificarea galeriei de
admisie și cea de evacuare, înlocuirea componentelor interne ale unui mot or cu unele mai rezistente (ex:
pistoane și biele forjate) până la modificarea cartogramelor de injecție la motoarele noi.
În trecut, pentru obținerea unor performanțe ridicate se foloseau carburatoare modificate special să
introducă mai mult combustibil î n camera de ardere prin mărirea orificiului de dozare a debitului de
combustibil denumit și jiclor, mărirea avansului la scânteie prin modificarea sistemelor de aprindere
mecanice cu ruptor distribuitor chiar și modificarea arborilor cu came pentru a ține supapele de admisie
deschise pentru o perioadă îndelungată.
Din punct de vedere principial aceste modificări se realizează și în prezent doar că modificările
mecanice sunt înlocuite de modificările făcute cartogramelor calculatoarelor de injecție.
Chip tuningul este o metodă relativ nouă, apărută odată cu sistemele electronice controlate de
calculatoarele de injecție. Această metodă presupune schimbarea fizică a memoriei eprom din interiorul
calculatorului de injecție cu o altă memorie programată să obți nă rezultatele dorite (reducerea emisiilor
poluante, creșterea puterii, etc.).
În prezent demontarea carcasei calculatorului și înlocuirea cipului de memorie nu mai este
necesară deoarece calculatoarele moderne sunt dotate cu memorie eeprom (electronically eraseable
programmable read only memory) ce permite ștergerea și reprogramarea electronică cu ajutorul unor
dispozitive speciale, majoritatea, prin conectarea la mufa OBD.

53
4.2 – Tipuri de modificări aduse motoarelor cu ardere internă

Sistemele electronice de control ale motorului permit calibrarea motoarelor cu ardere internă
pentru diferite aplicații sau piețe cu mici modificări aduse din punct de vedere fizic. Acest lucru este
posibil prin modificarea softurilor ce procesează date de intrare/ieșire a calculatoarelor de injecție.
Fenomenul este des întâlnit, în prezent, majoritatea producătorilor comercializează autovehicule
dotate cu același tip de motor dar cu puteri diferite, exemplu fiind motorul de 2.0L TDI fabricat de
Volkswagen ce poate produce o putere de la 82 kW (Skoda Yeti) până la 142 kW (Audi A6) cu mici
modificări (injectoare diferite, pistoane și biele mai rezistente), ceea ce demonstrează că modificările
aduse softurilor de procesare a datelor au un impact mare asupra c omportamentului motoarelor cu ardere
internă.
În lumea motor sportului sau a pasionaților de tuning, care doresc performante mai bune de la
motoarele obișnuite, modificările ce pot fi aduse unui motor se împart în 3 categorii denumite Stagiul 1,
Stagiul 2 și Stagiul 3 care conțin un anumit număr de modificări.
Stagiul 1 reprezintă modificarea softurilor de procesare a datelor. Această metodă este des întâlnită atunci
când se dorește creșterea puterii motorului fără a aduce schimbări din punct de vedere fizi c. În funcție de
cerințe se poate obține o creștere a puterii cuprinsă între 15 -25% fără a pune în pericol fiabilitatea
motorului. În figură 4.1 se poate observa cum prin modificările software aduse calculatorului de injecție
compania americană APR a reuși t o creștere de putere de la 158 kW la 187,9 kW și o creștere a cuplului
motor de la 303 Nm la 410 Nm.

Fig.4.2.1 – Modificare stagiul 1 realizată de compania APR – USA [10]

54
Stagiul 2, pe lângă modificarea parametrilor de control electronic, presupune modificarea galeriei
de admisie și a galeriei de evacuare iar unele companii de tuning recomandă și înlocuirea intercooler -ului
în cazul motoarelor turbo supraalimentate.
Stagiul 3 sau stagiul de circuit presupune, înlocuirea mai multor piese din interioru l motorului.
Frecvent sunt înlocuite injectoarele, turbina, pistoanele și bielele dar în funcție de rezultatele dorite se pot
înlocui și arborii cu came sau arborele cotit plus modificări ale softurilor de control electronic care în
unele cazuri necesită î nlocuirea calculatorului de injecție cu un calculator special capabil să proceseze
datele mult mai rapid (Fig.4.2 .2)

Fig.4.2 .2 – Calculator de injectie EMU black fabricat de compania E .C.U. Master

4.3 Reprogramarea calculatoarelor de injecție

Reprogramarea calculatoarelor de injecție reprezintă un mod eficient de optimizare a motoarelor cu
ardere internă în funcție de rezultatele dorite. Producătorii de automobile folosesc această tehnică pentru a
corecta anumite greșeli sau a optimiza anumite probleme ale motorului care nu au fost detectate în
perioada de dezvoltare a acestuia, procedeu denumit și update de software.
Procedeul se realizează prin conectarea unei interfețe de diagnosticare la mufa OBD, care, cu
ajutorul unui software instalat p e un computer se poate conecta prin rețeaua CAN la calculatorul de
injecție și poate scrie o nouă calibrare (Fig.4.3). Este un procedeu simplu, garantat de producător, care se
folosește la mașinile de serie.

55

Fig.4.3.1 – Interfața de diagnosticare Mercedes Benz

Pentru reprogramarea unui calculator de injecție în scopul obținerii unor rezultate diferite de cele
ale producătorilor, de exemplu consum redus sau o creștere a puterii firmele de tuning au dezvoltat de -a
lungul anilor interfețe speciale ca re se pot conecta la calculatoare diferite și le pot reprograma în diferite
moduri.

Fig.4.3.2 – Interfața pentru reprogramarea calculatoarelor de injecție prin mufa OBD

Din punct de vedere hardware interfața de reprogramare a calculatoarelor reprezintă un portal între
calculatoarele automobilului și computerul utilizatorului ce dorește realizarea acestei proceduri. Interfața
se conectează la rețeaua C.A.N. a autovehiculului printr -o mufă O.B.D. iar la calculator printr -o mufă

56
USB, prin Ethernet sau chia r wireless. Aceasta traduce mesajele transmise de calculator în protocoale
folosite de rețeaua automobilului și invers, astfel realizându -se comunicarea dintre ele.
Calculatoarele de injecție pot fi reprogramate în 2 moduri, demontate de pe autovehicul și
reprogramate pe masa de lucru (bench mode) sau montate pe autovehicul. Indiferent de modul de
reprogramare este foarte important ca tensiunea de alimentare a calculatorului să fie cuprinsă între 11,5 și
12 V, este recomandată conectarea automobilului la o sursă de tensiune.

4.4 Reprogramarea calculatorului de injectie Bosch E.D.C 16. C34

In figura 4.4.1 este prezentată schema bloc a instalației experimentale. Pentru descărcarea datelor
stocate in memoria eeprom s -a folosit emulatorul C.A.N. Kess V2 împreună cu software -ul K-suite. Pentru
modificarea cartogramelor de injecție a fost folosit software -ul WinOLS.

Fig.4.4.1 – Schema bloc a instalației folosită la reprogramarea calculatorului Bosch E.D.C.16C34

Pentru realizarea experimentului s -a folosit un automobil Ford Focus, dotat cu un motor cu ardere
prin comprimare cu o capacitate cili ndrica de 1560 cm3. In tabelul 4. 4.1 sunt prezentate principalele date
tehnice ale automobilului:

Tabelul 4. 4.1 – Prezentarea datelor tehnice ale automobilului testat
Autoturism Tipul
motorului Capacitate
cilindrică
[cm3] Putere [kW] Turația de
putere
maximă
[rot/min] Moment
motor
maxim
[nM] Turația de
moment
maxim
[rot/min]
Ford Focus M.A.C turbo
supraalimentat 1560 81 4000 240 1750

Pentru a putea observa creșterea de putere maximă și moment motor maxim automobilul a fost
testat pe un stand dinamometric, rezultatele fiind prezentate în figura 4.4.3.

57

Fig.4.4.2 – Măsurarea puterii maxime și a momentului motor maxim cu ajutorul standului dinamometric

Fig.4.4.3 – Rezultatele testului pe standul dinamometric

În fig4.4.3 putem observa că rezultatele obținute pe standul dinamometric sunt apropiate de cele
comunicate de către producător.
Pentru modificarea parametrilor de funcționare a automobilului a fost necesară descărcarea
calibrării, scrisă în uzină și modificarea acesteia.
Pentru a des cărca calibrarea a fost folosită interfața de reprogramare a calculatoarelor de injecție
KESS V2. Aceasta funcționează ca un portal între rețeaua C.A.N. a automobilului și laptopul
utilizatorului, fiind dotată cu 2 cabluri pentru conectare: un cablu cu muf a USB pentru conectarea la
laptop și un cablu cu mufa OBD2 pentru conectarea la rețeaua C.A.N.

58

Fig.4.4.4 – Interfața pentru reprogramarea calculatoarelor de injecție

Cu ajutorul software -ului K -Suite, dezvoltat să comunice cu rețeaua C.A.N prin intermed iul
interfeței KESS V2 a fost descărcată calibrarea scrisă de către producător pe calculatorul de injecție Bosch
E.D.C.16C32, procedura fiind detaliată în imaginile următoare.

Fig.4.4.5 – K-Suite, meniul principal

Deoarece interfața C.A.N. Kess V2 poate fi folosită la reprogramarea calculatoarelor de injectie a
mai multor tipuri de vehicule, in meniul principal putem selecta tipul de vehicul ce urmează a fi
reprogramat.

59

Fig. 4.4.6 – Selectarea tipului de automobil

Fig. 4.4.7 – Opțiuni dispo nibile utilizatorului

Așa cum putem observa în fig.4.10, după selectarea tipului de autovehicul este afișat un meniu
secundar în care sunt prezentate mai multe opțiuni. Pentru descărcarea unei calibrări este necesar ca
software -ul K-Suite să poate comunica cu rețeaua C.A.N iar primul pas este acela de a identifica tipul de
calculator de injecție. După apăsarea butonului ID, se va realiza conexiunea între laptop și rețeaua C.A.N.

60

Fig. 4.4.8 – Identificarea calculatorului de injecție

Fig.4.4.9 – Finalizarea procedurii de identificare a calculatorului de injecție

După ce a fost realizată conexiunea iar tipul calculatorului de injecție și versiunea de software au
fost identificate acestea vor fi afișate în câmpul din dreapta, urmând citirea calculatorului de injecție și
descărcarea datelor stocate în memoria EEPROM .

61

Fig.4.4.10 – Începerea procedurii de descărcare a datelor stocate în memoria EEPROM

.
Fig.4.4.11 – Descărcarea datelor stocate în memoria EEPROM

După ce au fost descăr cate, datele vor fi prelucrate cu ajutorul unui software capabil să le
interpreteze. După modificarea parametrilor de interes (cantitate de combustibil injectata, presiune de
turbo supraalimentare, deschidere supapa E.G.R, etc.) fișierul va fi salvat urmân d să fie scris pe
calculatorul de injecție cu ajutorul software -ului K -Suite prin intermediul interfeței Kess V2, procedeu
detaliat în imaginile de mai jos.

62

Fig.4.4.12 – Reprogramarea calculatorului de injecție BOSCH E.D.C.16C34

Apăsând butonul Writing, programul ne va întreba care este fișierul ce se dorește a fi scris pe
calculatorul de injecție. După selectarea acestuia se va stabili conexiunea dintre K -Suite și ECU urmând ca
apoi să înceapă scrierea datelor modificate pe calculator.

Fig.4. 4.13 – Realizarea conexiunii dintre E.C.U și K -Suite

63

Fig.4.4.14 – Reprogramare E.C.U. Bosch E.D.C.16C34

Fig.4.4.15 – Finalizarea reprogramării E.C.U. Bosch E.D.C.16C34

64

Fig.4.4.16 – Rezultatele obținute la testarea autovehiculului pe standul dinamometric dupa reprogramarea calculatorului de
injecție

Așa cum putem observa în fig.4.4.16 în urma reprogramării calculatorului de injecție puterea
maximă a motorului a crescut cu aproximativ 7 kW de la 83,4 kW la 90,2 kW iar momentul motor maxim
a crescut cu 26 Nm de la 247,7 Nm la 273,7 Nm. Turația de putere maximă a scăzut de la 3885
rotații/minut la 3420 rotații/minut iar turația de moment motor maxim a crescut de la 2065 rotații/minut la
2195 rotații/minut.

Capitolul 5 – Proiectarea carcase i metalice a unui calculator de injecție

Prin tema de proiect s -a stabilit proiectarea unei carcase metalice capabila sa mentina temperatura
din interiorul calculatorului de injectie sub 140șC.
Carcasa a fost proiectata in CatiaV5 si testata in Ansys.

5.1 Stabilirea dimensiunilor carcasei si proiectarea acesteia in CatiaV5

Analizând modele similare de carcase am stabilit că dimensiunea interioară a carcasei, în care este
montat circuitul electronic al calculatorului este de 110 mm. În figură 5.1.1 sunt prezentate dimensiunile
carcasei proiectate.

65

Fig.5.1.1 – Dimensiunile carcasei proiectate

Pentru a realiza schița 3D a carcasei am folosit funcția Pad, lungimea maximă a carcasei fiind de
150 [mm].

Fig.5.1.2 – Vedere 3D a carcasei.

Cu ajutorul funcției Pocket am realizat găurile pentru montarea carcasei pe caroserie. Pentru a mări
aria zonei de schimb de căldură cu exteriorul pe suprafața carcasei au fost desenate canale de ventilatie.

66

Fig.5.1.3 – Forma finală a carcasei

5.2. – Verificarea capacității carcasei de evacuare a căldurii

Pentru a verifica capacitatea de evacuare a căldurii am folosit carcasa proiectată în CatiaV5 pe care
am analizat -o cu ajutorul programului Ansys, cu ajutorul funcției Steady -State Thermal.

67

Fig.5.2.1 – Realizarea proiectului pentru verificarea carcasei

Fig.5.2.2 – Importarea piesei proiectată in CatiaV5

Pentru introducerea datelor de intrare vom selecta din meniul proiectului butonul 4 , Model.

68

Fig.5.2.3 – Selectarea materialului
Materialul selectat a fost aliaj de aluminiu.

Fig.5.2.4 – Introducerea valorii fluxului de căldură

Presupunând că puterea maximă consumată de calculatorul de injecție este transformată în
întregime în căldura am considerat că puterea de 100 [W] radiază pe fata interioară a carcasei. Ținând cont
că dimensiunile circuitului electronic sunt de 110[mm] lățime și 150[mm] lungime am calculat că aria
acestuia este de 16500 [mm2]. Programul Ansys ne impune să introducem fluxul de căldură în W/m2,
rezultând calculele :
100 [W] ………16500 [mm2 ]
x [W] ………1000000 [mm2]

69

Rezulta x = 6060 [W/mm2]
Am introdus valoarea temperaturii ini țiale a carcasei de 70șC pentru a simula temperatura din
compartimentul motor.

Fig.5.2.5 – Introducerea coeficientului de convecție și selectarea temperaturii inițiale

Așa cum putem observa în Fig.5.2.6 temperatura maximă la care ajunge carcasa este de 126,83șC,
rezultă că temperatura din interiorul carcasei nu depășește temperatura limita de funcționare a circuitelor
electronice.

70

Fig.5.2.6 – Rezultatele simulării termice

5.3 – Verificarea carcasei la aplicarea unei forte de 100 N

Pentru verificarea carcasei la aplicarea unei forțe de 100 N am folosit CatiaV5, Generative
Structural Analysis. Pentru o simulare cât mai apropiată de adevăr am desenat în Căția o nouă componentă
care reprezintă restul calculatorului de injecție. Cele 2 componente au fost asamblate în Assembly Design.

Fig.5.3.1 – Asamblare carcasă calculator

71

Materialul ales a fost aluminiu pentru carcasă si plastic pentru capacul din fața carcasei.
Atât carcasa cât si capacul au fost încarcate cu o forta de 100 N așa cum putem observa in
Fig.5.3.2.

Fig.5.3.2 – Aplicarea unei forț e uniform distribuită pe suprafaț a carcasei

Pentru a putea realiza simularea cele 2 piese au fost încastrate așa cum putem observa in figura
5.3.3.

Fig.5.3.3 – Încastrarea pieselor ansamblului pentru realizarea simularii

72

Fig.5.3.4 – Rezultate test încărcare 100 N

Fig.5.3.5 – Rezultate test încărcare 100 N

In fig.5.3.4 si 5.3.5 sunt prezentate rezultatele obținute în urma încărcării carcasei cu o forta
uniform distribuită de 100 N. Așa cum putem observa , carcasa flambează ușor în partea de sus dar nu
suficient de mult încât să pună în pericol componentele electronice ale c alculatorului de injecție.