Stergator cu Senzor de Ploaie

Memoriu de prezentare

Prezenta lucrare se referă, la sistemul automat de stergere a parbrizului automobilelor,

compus in general dintr-un senzor optic de umiditate pentru detectarea umezelii de pe suprafața unei fețe transparente, și la circuitul pentru reglarea intensitatii de stergere, constructii aflate in dotarea automobilului modern.

Acumularea de umiditate pe materiale transparente, cum ar fi sticlă sau plexiglas, poate bloca vederea unei persoane prin intermediul materialului. Autovehiculele au fost mult timp echipate cu ștergătoare de parbriz, pentru curățarea picăturilor de ploaie de pe suprafața exterioară a parbrizului, cel puțin în câmpul vizual al șoferului, și în general pe o suprafață mai mare, astfel încât să sporească vizibilitatea prin parbriz.

În multe vehicule din ziua de azi, sistemul de ștergere parbriz include poziții multiple sau comutatoare cu viteză variabilă, care permite șoferului să selecteze o gamă largă de viteze pentru diferite condiții. Ștergătoarele sunt acționate manual și de obicei includ o caracteristică de întârziere prin care ștergătoarele funcționează intermitent la intervale de timp de întârziere selectate. Sistemul de control al ștergătoarelor care include senzorul de umiditate montat pe parbrizul din față a autovehiculului a fost recent dezvoltat pentru a activa în mod automat motorul ștergătorului atunci când umezeala este prezentă pe suprafața parbrizului. Astfel de sisteme de control a ștergătoarelor, scutește șoferul de neplăcerile create de ajustarea frecventă a vitezei de ștergere atunci cand se schimbă condițiile de trafic.

Sistemul de control a ștergătoarelor a folosit un numar de tehnologii diferite pentru a sesiza condițiile de umiditate întampinate de un vehicul, inclusiv senzorii capacitivi, conductivi, piezoelectrici și optici. Senzorii optici funcționează pe principiul că, fasciculul de lumină este deviat de la traiectoria sa obișnuită, de prezența umezelii pe suprafața exterioară a parbrizului. Sistemele care utilizează senzorii optici au avantajul unic că mijloacele de detectare a perturbării într-o direcție optică este direct legat de fenomenele observate de către conducătorul auto.

În senzorii de umiditate optici specifici, un semnal luminos de la emițător este îndreptat spre parbriz la un unghi de aproximativ 45º cu privirea îndreptată spre parbriz. Semnalul luminos este reflectat apoi de suprafața exterioară a parbrizului la un unghi de aproximativ 45º, și apoi semnalul este direcționat într-un detector. Prezența umidității de pe suprafața parbrizului afectează reflecția semnalului luminos de la suprafața exterioară a parbrizului rezultat într-un semnal reflectat având o amplitudine mai mică. Detectorul primește semnalul reflectat și produce un semnal de ieșire care indică schimbare în amplitudine a semnalului reflectat emițător. Detectorul semnalului de ieșire este prelucrat electronic de senzorul de umiditate care determină să acționeze ștergătoarele.

Senzorii de umiditate care sunt utilizați în special de automobile, funcționează de obicei sub o gamă largă de temperaturi ce pot afecta valorile electrice ale componentelor electronice. În plus, valoarea electrică se poate modifica în funcție de înbătrânirea componentelor electrice. Aceste modificări ale valorilor componentelor electrice pot afecta puterea semnalului emițător, care schimbă detectorul de ieșire și afectează în cele din urmă performanța senzorului de umiditate. În plus, senzorul de umiditate poate fi utilizat la automobile diferite, având în vedere tipurile de sticlă. Transparența sticlei determină cantitatea de lumină care va trece prin sticlă. Prin urmare, transmiterea prin sticlă afectează puterea reflectată a semnalului emițător care ajunge la detector.

Capitolul I

Noțiuni generale despre mecatronică si automobile

1.1.Mecatronica

Termenul "mecatronică" a fost utilizat pentru prima dată in anul 1975 de catre concernul japonez Yaskawa Electric Corporation, fiind o prescurtare a cuvintelor Mechanics-Electronics-Informatics.

Figura 1.1 Conceptul de mecatronică

Tot ceea ce numim azi un produs de înaltă tehnicitate, este în sine un produs mecatronic. Automobilul modern, mașinile-unelte cu comandă numerică, echipamentele periferice ale calculatoarelor, tehnica de telecomunicații, aparatura de cercetare, roboții, aparatura biomedicală, aparatura electrocasnică etc., sunt doar câteva exemple de produse mecatronice.

Mecatronica a devenit știința inginerească bazată pe disciplinele clasice ale construcției de mașini, electrotehnicii, electronicii și informaticii. Scopul acestei științe este îmbunătățirea funcționalității utilajelor si sistemelor tehnice prin unirea disciplinelor componente într-un tot unitar.

Tehnologia mecatronică și principiile mecatronice au marcat saltul de la ingineria tradițională (secvențială) la ingineria simultană sau concurentă. Educația mecatronică este cea care asigură flexibilitate în acțiune și în gândire care sunt noile cerințele esențiale ale unui specialist.

1.2.Automobilul

Un automobil, sau mai familiar mașină, este un vehicul cu patru sau mai rar trei/ șase roți, acționat de un motor cu ardere internă, cu abur, cu electricitate sau aer comprimat. Are scaune pentru conducător și pentru cel puțin un pasager.

Un automobil tipic are un motor cu ardere internă și patru roți, însă au apărut pe piață și mașini cu motoare hibride, cu gaz sau electrice. Au fost construite și autovehicule cu trei roți, dar nu sunt prea răspândite din cauza problemelor de stabilitate.

În 1769, francezul Nicolas-Joseph Cugnot realizează un vehicul cu trei roți propulsat prin forța aburului (figura 1.2). În 1801, englezul Richard Trevithick realizează un fel de locomotivă, numită Puffing Devil, dar care putea circula și pe drumurile rutiere.

Figura 1.2 Trăsura cu abur, construită de N.J. Cugnot în 1769

Însă inventatorul automobilului în accepția modernă este considerat Karl Benz. În 1878, acesta proiectează un nou tip de motor cu ardere internă, mult îmbunătățit și care va fi patentat un an mai târziu. Primul său automobil, Motorwagen, este realizat în 1885. Până în 1893, sunt vândute 25 de asemenea vehicule.

Părțile principale ale oricărui automobil sunt motorul, șasiul, caroseria și partea electrică.

Motorul este sistemul fizic de generare a energiei mecanice care pune în mișcare sistemul de transmisie al automobilului. Un motor este compus din două părți: mecanismul motor și instalațiile auxiliare.

Șasiul automobilului este amsamblul organelor și instalațiilor care efectuează preluarea și transmiterea energiei mecanice de la motor la roțile motoare, conducerea automobilului, susținerea și propulsia lui. Se compune din transmisie, sistemul de conducere, organele de susținere, organele de propulsie și instalațiile auxiliare.

Caroseria este partea principală a automobilului care are rolul de purtător al persoanelor, mărfurilor sau instalațiilor montate pe automobil, asigurând izolarea și autonomia încărcăturii față de restul automobilului și de mediul înconjurător.

Compunerea caroseriilor este dependentă de destinația automobilului comportând diferențe conforme scopului pentru care sunt făcute.În general caroseriile automobilelor au o parte inferioară bazală, orizontală (platformă), o parte laterală și o parte superioară (acoperiș).În plan orizontal se împarte în partea anterioară, destinată conducăturului automobilului și partea posterioară destinată încărcăturii (instalații, persoane, mărfuri).

1.3. Sistemul mecatronic

Un sistem mecatronic este un sistem tehnic care integrează, într-o configurație flexibilă, componente mecanice, electronice și de comandă cu sisteme numerice de calcul, pentru generarea unui control inteligent al mișcărilor, în vederea obținerii unei multitudini de funcții. Diagrama bloc a unui sistem mecatronic este prezentată în figura 1.3

Figura 1.3 Diagrama bloc a unui sistem mecatronic

Dezvoltarea mecatronicii și a produselor și tehnologiilor mecatronice reprezintă o etapă logică și concretă în evoluția științei și tehnologiei, iar revelația inginerului de la Yaskawa era inevitabilă, în condițiile în care electronica devenise o componentă care nu mai putea fi separată de sistemele mecanice.

Evoluția omenirii a fost însoțită de o dezvoltare lentă a uneltelor, dispozitivelor și sistemelor create și realizate de om, începând din paleolitic și până în secolul 18, când odată cu inventarea mașinii cu abur (James Watt – 1788), care a marcat începutul revoluției industriale, sistemele tehnice au cunoscut o evoluție rapidă. Mașina cu abur s-a constituit într-una dintre primele borne ale procesului de înlocuire a muncii fizice, prestate de oameni și animale, cu lucrul mecanic efectuat de mașini.

Câteva repere importante de-a lungul acestui drum: 1775 – prima mașină orizontală de găurit și alezat țevile de tun (englezul John Wilkinson); 1784 – ciocanul mecanic cu abur; 1795 – presa cu transmisie hidraulică; 1797 – primul strung cu cărucior și păpușă mobilă, acționate de un ax elicoidal; vaporul cu aburi (începutul secolului 19); locomotiva cu aburi (mijlocul secolului 19).

Pe parcursul secolului al 19-lea apar și se dezvoltă motoarele cu ardere internă, ca rezultat al preocupării unor inventatori de geniu de a realiza mijloace de transport rutiere: 1807 – brevet pentru un motor cu un cilindru vertical, cu funcționare cu gaz și cu aprindere cu ajutorul unei scântei electrice; 1872 – invenția motorului cu benzină și supape laterale – motorul Otto; 1887 – motorul Daimler, cu ardere internă, cu doi cilindri în V, la care aprinderea combustibilului avea loc la fiecare rotație a arborelui (capacitatea cilindrică de 1,5 l; puterea de 7,5 CP);

Caracteristica esențială a sistemelor tehnice de până în jurul anilor 1900 este aceea că acestea erau pur mecanice. Mecanica „pură” a permis realizarea unor adevărate bijuterii tehnice, cum ar fi precursorul genial al calculatorului electronic, reprezentat de mașina de calcul a lui Charles Babbage, sau mașina de scris mecanică; s-au pus însă în evidență și limitele acestor sisteme. Germenii unei ere noi apar odată cu dezvoltarea motoarelor electrice – motorul de curent continuu în 1870 și cel de curent alternativ în 1889, care au permis, realizarea, la începutul secolului 20, a unor sisteme mecanice cu acționare electrică (pompe, mașiniunelte etc.).

Electrotehnica a permis și saltul la realizarea unor sisteme mecanice cu control automat, bazate pe relee electrice, regulatoare PI, amplificatoare electrice, având ca exponenți avioanele, mașinile-unelte, turbinele cu aburi, automobilele.

Perioada de după cel de-al doilea război mondial este caracterizată prin realizări științifice și străpungeri tehnologice remarcabile: primul calculator electronic numeric în 1945, tranzistorul cu germaniu în 1948, cel cu siliciu în 1952, tiristorul în 1958, primul circuit integrat în 1959, laserul etc. În 1953 la Massachussets Institute of Technology (M.I.T.) s-a realizat și s-au făcut demonstrații cu o mașină de frezat cu comandă numerică. Ca început al mașinilor unelte cu comandă numerică poate fi considerată utilizarea benzii perforate în războiul de țesut automat (de către Jaquard) și în pianola mecanică cu program. Un rol important în perfecționarea acestor mașini l-a avut utilizarea calculatorului în locul benzii perforate, ajungându-se la comanda numerică, cu ajutorul calculatorului, a mașinilor unelte.

La începutul anilor 1960 sunt realizați și primii roboți industriali. Fabricarea și utilizarea roboților a fost facilitată de rezolvarea anterioară a unor probleme tehnice, indispensabile pentru funcționarea roboților:

1) Problema manipulării pieselor la distanță, cu ajutorul mecanismelor articulate, denumite telemanipulatoare. Dezvoltarea telemanipulatoarelor a fost impusă de necesitatea manipulării materialelor radioactive, extrem de nocive pentru organismele vii, în procesul utilizării energiei nucleare. În 1947 a fost construit primul telemanipulator cu servo-acționare electrică, în care operatorul uman nu controla forța de prindere. În 1948 a fost introdusă legătura inversă (feed-back), realizându-se astfel telemanipulatorul cu „buclă închisă”. Fabricarea manipulatoarelor cu operator uman a implicat rezolvarea unor probleme esențiale pentru proiectarea și realizarea unui robot: modelarea cu ajutorul mecanismelor a mișcărilor brațului și antebrațului omului (mecanisme de poziționare); modelarea cu ajutorul mecanismelor a mișcărilor a mișcărilor de orientare specifice încheieturii mâinii omului (mecanisme de orientare); modelarea mișcărilor degetelor mâinii, specifice operațiilor de prindere.

2) Problema automatizării mașinilor unelte prin intermediul comenzii numerice. A permis stăpânirea comenzii incrementale a mișcărilor și a poziționării de mare precizie, prin dezvoltarea de servo-motoare, servo-comenzi și senzori de poziție/deplasare.

3) Problema automatizării calculelor și a controlului cu ajutorul calculatoarelor electronice.

Prelucrarea automată a informațiilor a fost revoluționată de apariția și dezvoltarea calculatoarelor electronice numerice. Prima generație a fost realizată cu tuburi electronice, primul calculator din aceasta generație fiind ENIAC (Electronical Numerical Integrator and Calculator), construit între 1942-1946 la Universitatea Pennsylvania. A urmat generația a doua, cu tranzistoare, între anii 1950-1960, pentru ca nașterea microelectronicii să genereze salturi revoluționare, marcate de următoarele etape semnificative:

-1959 – anul de naștere a microelectronicii; primul circuit integrat (TEXAS INSTRUMENTS);

– 1971 – producerea primului microprocesor de 4 biți – INTEL-4004;

– 1974 – apariția microprocesoarelor de 8 biți – INTEL-8080;

– 1978 – producerea primului microcontroller;

– 1981 – primul calculator personal IBM PC-XT;

– 1985 – lansarea sistemelor software AUTOCAD, dBASE III, IV și a unor noi limbaje de programare de nivel superior: PASCAL, C;

– 1986 – limbaje de programare destinate rezolvării problemelor de inteligență artificială: LISP, PROLOG; procesare în limbaj natural;

– 1987- explozie tehnologică în arhitectura hardware, lansarea calculatoarelor echipate cu hard-disk-uri.

O imagine asupra diversității și complexității domeniilor care sunt incluse în vasta noțiune de “Mecatronică” poate fi furnizată de tematica secțiunilor primei conferințe IFAC (International Conference of Automatic Control) de “Sisteme Mecatronice”, organizată între 18 și 20 septembrie 2000 la Darmstadt (Germania):

1) Secțiunea A – Sisteme mecatronice, incluzând vehicule mecatronice, motoare și mașini mecatronice, trenuri mecatronice și sisteme spațiale mecatronice;

2) Secțiunea B – Componente mecatronice, cu temele actuatori și dispozitive mecatronice și lagăre magnetice;

3) Secțiunea C – Roboți și mașini pășitoare, cuprinzând roboți mecatronici, sisteme robotice mobile, mașini pășitoare;

4) Secțiunea D – Proiectarea sistemelor mecatronice – a avut ca centre de greutate: modelarea și identificarea; instrumente software; simularea în timp real și hardware-in-the-loop;

5) Secțiunea E – Controlul automat al sistemelor mecatronice, s-a concentrat asupra metodelor de control, a controlului mișcării și vibrațiilor și a sistemelor mecatronice pentru detectarea și diagnosticarea erorilor.

Capitolul II

Construcția și funcționarea ștergătoarelor

2.1.Construcția ștergătoarelor

Ștergătoarele de parbriz combină doua tehnologii mecanice pentru a funcționa:

-o parte electromecanică care produce rotația motorului în cele două sensuri;

-o combinație între motorul electric și un angrenaj melcat care dă turație mecanică ștergătorelor;

Figura 2.1 Motorul și angrenajul

Motorul are nevoie de o cantitate de energie pentru a accelera lamelele ștergătoarelor de-a lungul parbrizului. Pentru a genera acest fel de putere se foloseste un angrenaj melcat,montat la ieșirea unui motor electric.Acest angrenaj melcat are rolul de a multiplica cuplul produs de motorul electric și poate încetini cu aceeași viteză.Viteza produsă de ansamblul motor-angrenaj melcat operează un sistem de pârghii ce pun în mișcare ștergătoare înainte și înapoi.

În interiorul ansamblului motor-transmisie este circuitul electronic care detectează când ștergătoarele sunt în pozița jos. Circuitul menține puterea la ștergătoare până când acestea sunt parcate la partea de jos a parbrizului, iar apoi deschide contactul de la motor.

2.2. Sistemul de pârghii

La arborele de iesire a mecanismului de reducere este atasata o cama, prin intermediul unei tije.Aceasta cama are rolul de-a pune in miscare motorul atunci cand ștregătoarele sunt puse în funcțiune.

Prin învârtirea camei, acționează și tija în față și în spate. Tija mare este conectată la o tijă mai mică care acționează ștergătorul din fața șoferului, iar o altă tijă lungă transmite forța de pe partea șoferului punând în mișcare lamela ștergătorului de pe partea pasagerului.

2.3. Funcționarea ștergătorului de parbriz

Schema clasică de functionare a unui stergător de parbriz este urmatoarea:

Figura 2.2 Schema clasică de functionare a unui stergător de parbriz

Schema cuprinde un electromotor de curent continuu, un sistem mecanic care transformă

miscarea de rotatie in miscare de basculare a bratelor stergătoare, un intrerupator de bord I cu care se porneste si opreste electromotorul, o camă fixată pe sistemul de demultiplicare, o pereche de contacte actionate de camă si legate din punct de vedere electric in derivație cu întrerupătorul I si o sigurantă Sig.

Pentru o deplasare completă (dus-intors) a bratelor stergătorului, cama face o rotație completă.

La acționarea lui I, electromotorul primește tensiune de la acumulatorul de bord si incepe sa se rotească. In acest timp este pusă in mișcare si cama, care ieșind din poziția de repaus lasă ca cele două contacte a-b sa șunteze întrerupatorul I. La trecerea lui I in poziția „oprit", electromotorul continua totusi sa se rotească până când cama trece in poziție de repaus si când se desfac contactele a-b.

De aici rezultă că pentru o cuplare chiar de scurtă durată a lui I, mecanismul de ștergere face o cursă dus-intors completă, oprindu-se totdeauna in poziția de repaus. Această cursă completă este deci asigurată de camă împreună cu contactele sale, care o dată deplasată din poziția de repaus, continuă să asigure alimentarea electromotorului până în momentul desfacerii contactelor a-b.

Deci rolul unui automat pentru stergatorul de parbriz este de a asigura periodic închiderea din punct de vedere electric si pentru scurtă durată a circuitului între punctele m-n. Locul acestui automat, in schema clasică, este deci în paralel cu m-n sau cu contactele a-b. Practic, scurtcircuitarea punctelor m-n se poate obține folosind un releu electromagnetic sau un element electronic, cum ar fi un tiristor sau un tranzistor. Timpul cat mentinem scurtcircuitate punctele m-n determina numarul de basculări ale brațului de stergere, iar timpul care se scurge între două scurtcircuitari determină perioada de pauză a automatului. În practică, atât numarul de basculări, cât si perioada pot fi reglate de catre conducatorul auto, funcție de condițiile traficului.

Ștergătorul de parbriz este construit cu două viteze și cu frână electrică printr-un contact al camei; in schemele urmatoare prezentam sistemul de obținere a celor două viteze.

În figura 2.3 se prezintă situația când întregul mecanism este în repaus.

Figura2.3 Mecanism în repaus.

La contactele comutatorului de bord, numerotate si dispuse asa dupa cum se arată in figură, sunt cuplate înfăsurările electromotorului, contactele unui sistem cu camă si alimentarea de +12V. În această poziție sunt unite contactele 31b cu 53 si 53a cu +12V.

În figura 2.4 este prezentat modul de obținere a vitezei 1.

Figura 2.4 Viteza 1

Când se trece comutatorul de bord in poziția ”viteza 1", atunci sunt unite intre ele contactele 53, 53a si +12V. În această situație se observă că +12V prin contactul 53 intră în înfașurarea 1 si motorul este pus în mișcare. Pentru a opri funcționarea ștergătorului va trebui aducerea comutatorul în poziție de repaus. Dacă momentul aducerii comutatorului în repaus găsește cama într-o poziție intermediară, deci cu contactele sale facute, atunci electromotorul îsi continua funcționarea până când cama ajunge in poziție de repaus.

În figura 2.5 este prezentat modul de obținere a vitezei 2.

Figura 2.5 Viteza 2

Când se trece comutatorul de bord în poziția ”viteza 2", atunci sunt unite între ele contactele 53a,+12V si 53b. În această situație se alimentează înfasurarea 2 cu tensiunea de +12V, și motorul functionează cu o viteză mult mai mare decât viteza 1.

Pentru a conecta un releu temporizator la autoturism va trebui să procedam potrivit figurii urmatoare, asigurând mai întai alimentarea montajului, conectând pentru aceasta punctul -12V la masa autovehiculului, iar punctul +12V la borna +12V a acumulatorului sau la borna „+” a comutatorului de bord.

Figura 2.6 Schema de conectare la un releu de temporizare

În continuare se deconectează firul de la contactul 53 al comutatorului de bord și se conectează la lamela n a releului. Contactul 53 va fi unit la randul lui cu borna p a releului temporizatorului. Pentru a pune automatul in funcțiune se va închide întrerupatorul I prin care este acționat releul temporizatorului. În această situație, paleta din mijloc notată cu n se departează lamela p și intră în contact cu lamela m. În acest mod, înfașurarea 1 a electromotorului primește +12V (prin contactul dintre lamelele m—n) și mecanismul de ștergere intră in funcțiune.

Când releul nu mai este alimentat, contactul m-n se desface, se stabilește contactul de repaus n-p, electromotorul continuând să se rotească până când cama taie alimentarea de +12V primită, de data aceasta, prin contactele 53a și 31b.

Dacă din greșeală se pornește atât sistemul automat, cât și cel clasic, nu se produce nici o defecțiune, însă mecanismul de ștergere va funcționa permanent datorită contactelor 53 și 53a.

De asemenea, dacă apare o defecțiune în sistemul automat se va putea folosi fără nici un impediment sistemul manual.

2.4. Brațele ștergătoarelor

Brațele ștergătoarelor trag o lamă de cauciuc lungă de-a lungul parbrizului.  Lama de cauciuc are rolul de a șterge apa și mizeria de pe parbriz. Pe parcursul funcționari este necesar să se asigure o presiune egală pe toată lungimea lamelelor de cauciuc a ștergătoarelor pentru a nu lăsa pe parbriz urme de apă si murdarie.

Figura 2.7 Brațele ștergătoarelor

Brațele ștergătoarelor sunt făcute să fie atașate într-un singur punct, adică în mijloc, dar o serie de brațe sunt făcute să se împartă de la mijloc, deci lamela este conectată în 6 sau 8 locuri. În timpul iernii pe brațele ștergătoarelor se asează zăpadă sau se formează gheață, acest lucru poate face ca distribuția presiunii pe lamelele ștergătoarelor să nu mai fie egală, formând impuritați sub ștergător. De aceea unele ștergătoare sunt făcute special pentru iarnă, fiind protejate cu un înveliș de cauciuc acoperind brațul, ferindu-l de zăpadă sau gheață

Majoritatea automobilelor au același model pentru ștergătoarele de parbriz:

-una din lamele este amplasată intr-un punct apropiat șoferului și cealaltă lamelă din mijlocul parbrizului.

– cu 2 lamele care sunt mișcate împreună pentru a curăța parbrizul;

Figură 2.8 Sisteme de ștergătoare de parbriz

Sistemul Tandem (figura 2.8), ce curăță o parte mai mare din parbriz pentru o vedere mai bună a șoferului.

Unele automobile folsesc ștergătoare care sunt montate opus și se mișcă invers sau cele montate în mijloc care nu oferă o bună acoperire a parbrizului în comparație cu cele standard cu două ștergătoare.

Sistemul cu un singur brat este folosit de cei de la Mercedes.

Acest sistem de ștergătoare oferă o mai bună acoperire a parbrizului, dar este mai complicat decât modelul standard cu două ștergătoare.

2.6. Geometria ștergătoarelor

Majoritatea sistemelor de ștergătoare sunt de tipul pivot (radial): atașate de un singur braț, care la rândul lui este prins de un motor.

Sistemul de ștergătoare din figura 2.9 este folosit la multe autovehicule comerciale, în special autobuze ce dispun de un parbriz mare. Sistemul prevede două brațe ce vor acționa fiecare lama de ștergător. Numai unul din brațe este atașat la motorul ștergătoarelor.

Desi acest sistem de ștergătoare este mai complex, el acoperă o suprafată mai mare din parbriz.

Dezavantajul constă în faptul că ambele ștergătoare sunt parcate la mijloc, astfel încat vederea șoferului este oarecum obstrucționată.

Figura 2.9 Ștergătoare pentru autovehicule comerciale

Sistemul de ștergătoare prezentat în figura 2.10 se regasește pe unele automobile SEAT. Marca spaniolă, a ales acest sistem mai mult din considerente de aerodinamică, ștergătoarele astfel dispuse nu mai „strică” aerodinamica din fată a masinii.

Figura 2.10 Ștergătoare pentru automobilele SEAT

Mercedes-Benz a fost pionier atunci când a brevetat sistemul de ștergătoare Monoblade (o singură lamă), prezentat în figura de mai jos. Sistemul se bazează pe un singur braț care șterge parbrizul, existându-se în același timp pentru a atinge extremitătile acestuia.

Figura 2.11 Ștergătoare Monoblade

Cele mai comune ștergătoare, găsite pe majoritatea autovehiculelor sunt prezentate in figura 2.12.

Figura 2.12 Ștergătoare geometrice

2.7. Ștergătoarele intermitente

Majoritatea ștergătoarelor au două viteze, lentă și rapidă, deasemenea, are și o setare intermitentă.

Circuitul de ștergere intermitent (figura 2.13) determină ștergătoarele de parbriz automate în a șterge odată la câteva secunde în loc să ștergă în mod constant. Întârzierea este în continuu reglată de un potențiometru.

Circuitul poate fi adăugat mașinilor mai vechi pentru a oferi funcția intermitent sau poate fi utilizat pentru a înlocui circuitele stricate ale ștergătoarelor în mașinile moderne.

Figura 2.13 Circuitul de ștergere intermitent

2.8. Acționarea ștergătoarelor

Ștergătoarele pot fi acționate de o varietate de mijloace, deși majoritatea utilizate în prezent sunt acționate de un motor electric printr-o serie de componente mecanice, de obicei, mecanisme patrulatere (figura 2.14) în serie sau paralel.

Figura 2.14 Mecanisme patrulatere,

l-latura cea mai lungă, s-latura cea mai scurtă

Vehicule cu frâne acționate cu aer, folosesc, uneori, ștergătoarele pneumatice, cu reglaj electric apăsând o cantitate mică de aer comprimat de la sistemul de frânare la un motor acționat de aer, montate sub sau chiar deasupra parbrizului. Aceste ștergătoare sunt activate prin deschiderea unei supape care permite aerului comprimat să intre în motor.

Întâi ștergătoarele au fost adesea conduse de un motor în vid alimentat de colectorul de vacuum. Acest lucru a dezavantajat faptul că, colectorul de vacuum variază în funcție de poziția pedalei de accelerație, și este aproape inexistentă în accelerația larg deschisă, atunci când ștergătoarele ar încetini sau chiar opri. Această problemă a depășit oarecum prin utilizarea unei combinații de combustibil / pompă de amplificator de vid.

2.9. Releu de temporizare

Releul este un aparat electric automat de joasă tensiune ,care sub acțiunea unei marimi de intrare (curent,tensiune etc.) produce o variație bruscă a mărimii de iesire. În mod obisnuit, releul inchide si deschide un circuit, prin comutație mecanică (cu contacte) sau statică (fără contacte). Releul nu poate avea decât două stări stabile, acționat-neacționat (de funcționare și de repaus), trecerea de la o stare la alta fiind o stare de tranziție.

Releul este destinat înserării în instalația electrică a unui autovehicul, împreună cu un comutator ștergător parbriz, un motor ce acționează ștergătoarele de parbriz și o sursă de curent continuu de 12 V.

Releu de temporizare asigură funcționarea motorului de ștergător în mers continuu, cu viteză mică sau mare,aceasta functie este data de poziția corespunzătoare a comutatorului ștergătorului de parbriz.

Figură 2.15 Releu de temporizare

2.9.1. Caracteristici tehnice a unui releu:

– tensiunea nominală de alimentare: 12 V d.c.

– domeniul tensiunii de alimentare: 11…15 V d.c.

– curentul nominal de sarcină: 10 A (sarcina rezistivă) 4 A (sarcina inductivă L/R=0.005 s)

– grad de protecție: IP 42 cu excepția bornelor (IP 00)

– vibrații: frecvența de la 10…50 Hz și 50…10 Hz timp de 1 minut cu amplitudinea 0.5 mm

– șocuri: 80-120 zdruncinături/1 min-1h cu a=10 g

– masa: netă max.0.070 kg

2.10. Parbrizul 

Parbrizul este o placă transparentă, așezată în partea din față a unui autovehicul,avion, etc., pentru a feri pe conducător de praf, de vânt, de ploaie, etc.

Figura 2.16 Parbriz din sticlă duplex

Parbrizul poate fi fixat prin:

-Parbriz lipit, care are și funcția de întărire la torsionarea caroseriei și sunt mai nou confecționate din sticlă duplex. Înaintea acesteia (la automobile) era folosită sticla securizată, care însă nu rezistă la torsionare.

-Parbriz montat în „cheder”, un profil de cauciuc care fixează acesta într-o ramă sau direct pe caroseria vehiculului.

Sticla duplex este confecționat din două sau mai multe straturi de sticlă și în combinație cu unul sau mai multe straturi de policarbonat se poate obține o placă transparentă foarte rezistentă. Pentru dezaburirea sau dezghețarea parbrizului, deobicei acesta este încălzit din partea interioară cu aer cald sau cu ajutorul curentului electric. Pentru încălzirea cu curent electric, parbrizul este acoperit cu straturi înguste de materiale care transmit curentul electric. La parbrizul din sticlă duplex, în folia între straturile de sticlă, sunt montate firicele subțiri.

Curbura, dimensiunea și culoarea parbrizului, sunt un important element de aspect, care însă sunt restrânse de cerințele legale și de posibilitatea producției.

Pentru curățarea parbrizului, la exterior sunt montate ștergătoare de parbriz și mai recent o instalație pentru spălarea acestuia.

2.11. Spălător de parbriz

Majoritatea ștergătoarelor de parbriz funcționeză împreună cu un spălător de parbriz, o pompă care furnizează un amestec de apă, alcool, și detergent (un amestec numit lichid de spălare parbriz, figura 2.16) de la un rezervor, pe parbriz. Fluidul este distribuit prin intermediul duzelor montate pe capotă, sau pe ștergătoarele înșiși. De obicei sunt folosite duzele convenționale, dar unele modele utilizează un oscilator fluidic pentru a dispersa lichidul mai eficient.

Figura 2.17 Spălător de parbriz

În zonele cu climă mai caldă, apa poate circula, de asemenea, dar se poate congela în zonele cu climă mai rece, deteriorând pompa. Deși antigelul auto este chimic similar cu lichidul ștergătoarelor de parbriz, acesta nu ar trebui să fie utilizat, deoarece poate deteriora vopseaua.

Cea mai veche idee de a avea o unitate de ștergător de parbriz conectat la un rezervor de lichid de spălare parbriz a fost în 1931, Richland Auto Parts Co, Mansfield, Ohio. Spălătorul parbrizului este acționat cu ajutorul manetei de pe partea dreaptă a coloanei de direcție.

2.12 Comutator pentru ștergătoarele de parbriz

La orice fel de comutator de ștergător e mai greu să fie setat, deoarece, atunci când sunt setate să funcționeze la o viteză foarte mare, curăță parbrizul bine dar se uzează mai repede lamelele de cauciuc, iar dacă sunt setate să funcționeze mai încet scade vizibilitatea șoferului. Din fericire fabricanții de mașini au rezolvat acestă problemă realizând ștergătoare cu detector de ploaie.

Figura 2.18 Comutator pentru ștergătoarele de parbriz

Există două versiuni de sisteme de ștergere :

a) o versiune manuală,

b) o versiune automată cu captor de ploaie.

a) Cu motorul în funcțiune sau funcția accesoriu, se acționează maneta 1:

A – oprire

B – ștergere intermitentă(între două ștergeri, lamelele se opresc câteva secunde. Este posibilă modificarea intervalului dintre ștergeri prin rotirea inelului 2)

C – ștergere continuă lentă

D – ștergere continuă rapidă

Particularitate:

În timpul deplasării, oprirea vehiculului reduce frecvența de ștergere. De la o viteză continuă rapidă, se trece la o viteză continuă lentă. Cand vehiculul începe să ruleze, ștergerea revine la viteza selectată inițial. Orice acțiune asupra manetei 1 este prioritară și prin urmare anulează modul automat.

Vehiculele cu ștergător geam cu captor de ploaie.

b) Cu motorul în funcțiune sau funcția accesoriu, acționați maneta 1:

A – oprire

B – ștergerea intermitentă automată (Când este selectată această poziție, sistemul detectează prezența apei pe parbriz și declanșează ștergerea cu viteza de ștergere adaptivă. Este posibilă modificarea intervalului dintre ștergeri prin rotirea inelului 2)

C – ștergere continuă lentă

D – ștergere continuă rapidă

2.12.1Comanda directă

Pilotarea motoarelor electrice (fată și spate) se face direct prin monomanetă.

Temporizarea (funcția de ștergere intermitentă) se realizează cu o cutie temporizator.

Fig.2.19 Comandă directă:1 – Monomanetă, 2 – Cutie temporizator, 3 – Motor, Legături filare

2.12.2 Comenda indirectă

Vehicule echipate cu o cutie electronică (de exemplu : Unitate Centrală Habitaclu)

UCH-ul primește informații de la monomanetă. El comandă direct motorul de ștergător (fată sau spate).

Fig.2.20 Comandă indirectă: 1 Monomaneta, 2 UCH, 3 Motor, Legături filare

2.13 Motorul clasic de ștergător

Este un motor de curent continuu cu 3 perii. Cea de a treia perie este folosită pentru obținerea celei de a doua viteze.

Figura 2.21: Motor

Poziția « oprire la punct fix » este realizată de un contactor intern al motorului.

În cazul comenzi directe, motorul gestionează singur oprirea la punct fix. Adică, el păstrează o alimentare internă atunci când nu este în această poziție.

În cazul unei comenzi indirecte, cutia electronică este cea care întrerupe alimentarea motorului atunci când acesta este in poziția de oprire la punct fix.

Figura 2.22- Monomanetă, 2 – UCH, 3 – UPC, 4 – Motor, Alimentare, Comandă,

Informație (filară) « oprire la punct fix », Legătură multiplexată :

Informație/Comandă « oprire la punct fix »

2.13.1 . Motorul electronic de ștergător

Modelele din gama M2S (de exemplu : RENAULT Vel Satis și Espace IV) sunt echipate cu motoare de ștergător, de tip « pendular reversibil », care integrează un modul electronic.

Figura 2.23 Schema de funcționare manetă – motor

Motorul este alimentat cu “ + “ permanent și cu “ + “ după contact. Spre deosebire de un motor clasic, acest tip de motor este comandat cu un semnal complex. Această legatură între motor și cutia electronică se numește linie serie.

Semnalul conține informații despre :

– consemnul de viteza de ștergere,

– poziția monomanetei,

– starea motorului de ștergător (poziția de oprire la punct fix, blocat…).

Acest semnal nu este exploatabil în sevice.

Capitolul III

Analiza ștergătoarelor

3.1. Introducere

Mecanismele ștergătoarelor de parbriz fac parte din categoria mecanismelor de poziționare, rolul lor fiind de a asigura, pe rotația continuă a elementului conducător – manivelă antrenată de motorul electric, o serie de poziții la elementul de lucru (brațul ștergător), care de regulă este un balansier (există însă si soluții constructive la care brațul execută miscare de rototranslație, pentru a sigura o mai eficientă ștergere a parbrizului). Între elementul conducător si cel(e) condus(e) sunt intercalate elemente intermediare cu miscare plană sau spațială, având de regulă forme simple de bară. Legăturile dintre elemente sunt realizate prin cuple cinematice (restricții geometrice în mișcarea elementelor), de regulă utilizându-se cuple de rotație, sferice sau cilindrice.

În studiul mecanismelor ștergătoarelor de parbriz sunt frecvent abordate trei modele mecanice:

– modelul structural, care conține doar elementele mecanismului și legăturile dintre

acestea (cuplele cinematice) și pe care se stabilește condiția determinabilității

transmiterii mișcării (mobilitatea mecanismului);

– modelul cinematic, care, pe lângă modelul structural, include și parametrii geometrici care definesc mecanismul și pe care se stabilesc legile de mișcare (poziție, viteză și accelerație) ale elementelor în funcția de mișcarea dată (cunoscută / impusă) a elementului conducător;

– modelul dinamic, care, în plus față de modelul cinematic, conține și caracteristicile

masice ale elementelor (masă, momente și produse de inerție), precum și sistemul de

forțe (externe și interne) care acționeaz asupra mecanismului; pe acest model se

determină mișcarea elementelor sub acțiunea forțelor.

Evident, pentru cunoașterea mișcării reale a elementelor mecanismului trebuie luat în considerare modelul dinamic. Până la abordarea acestuia se impune, însă, cunoașterea în amănunt a modului cum se transmite / transformă mișcarea prin mecanism și, totodată, a modului în care mecanismul satisface anumite cerințe funcționale impuse, privitor, de regulă, la mișcarea elementelor sale (mișcare considerată separat pe elemente sau corelat). Aceste probleme pot fi rezolvate prin abordarea modelului cinematic al mecanismului, care, chiar dacă nu ia în considerare sistemul de forțe care acționează asupra mecanismului, oferă o imagine de ansamblu asupra caracteristicilor / funcțiilor mecanismului, deci a modului în care acesta răspunde cerințelor pentru care este, de fapt, proiectat.

3.2. Etapele analizei ștergătoarelor

Proiectarea funcțional – cinematică a mecanismelor ștergătoarelor de parbriz presupune, de regulă, parcurgerea următoarelor etape:

– stabilirea cerințelor funcționale concrete pe care mecanismul trebuie să le satisfacă;

– descrierea modelului geometrico-cinematic al mecanismului și definirea sistemelor de referință asociate elementelor;

– transpunerea cerințelor funcționale într-un algoritm (grafic, analitic) adecvat, pe baza căruia se desfășoară sinteza dimensională;

– obținerea mecanismului (parametrilor geometrici specifici);

– determinarea funcțiilor cinematice realizate de mecanismul rezultat în urma sintezei și analiza comparativă a acestora cu valorile impuse prin cerințele funcționale (abaterea de la valorile teoretice);

– optimizarea mecanismului pentru obținerea funcțiilor adecvate, dacă abaterile obținute nu sunt convenabile.

Prin stabilirea legii de mșcare se pot vedea, de asemenea, abaterea de la legea impusă, precum și alți parametri de mișcare care nu sunt încorporați în condițiile funcționale (de exemplu, zona de lucru în care trebuie să se încadreze mecanismul). Se pot determina nu numai mișcările absolute (față de elementul bază – caroseria automobilului, în cazul mecanismelor ștergătoarelor de parbriz), ci și cele relative (dintre elementele mecanismului). Mașina motoare (motoreductorul electric) care antrenează mecanismul impune legea de mișcare în timp a elementului conducător (manivela). De fapt, parametrul pozițional al elementului conducător se constituie ca parametru cinematic independent al mecanismului ștergătorului de parbriz.

Literatura de specialitate conține o serie de metode pentru stabilirea funcțiilor cinematice ale mecanismelor. Prioritare sunt metode analitice, bazate pe determinarea legilor de mișcare sub formă de funcții analitice. Deși aparent mai dificilă, abordarea analitică oferă o precizie mare a rezultatelor obținute, se poate aplica tuturor tipurilor de mecanisme articulate (plane, spațiale și sferice) și se pretează la programare pe calculator. Există, totodată, și metode geometrice de analiză cinematică, care abordează proprietățile geometrice ale mișcării, fără ca parametrul timp să apară, respectiv metode grafice, care studiază proprietățile grafice ale mișcării, parametrul timp apărând camuflat sub forma unei deplasări independente. Deși oferă o imagine mai intuitivă asupra mișcării și prin programele CAD de desenare / proiectare asistată poate fi efectuată cu ajutorul calculatorului, analiza cinematică grafică și geometrică are totuși

precizie și aplicabilitate redusă.

În aceste condiții, având în vedere implementarea pe scară largă a calculatorului în activitatea de proiectare, metodele analitice de analiză, bazate pe algoritme matematice mai mult sau mai puțin sofisticate, sunt foarte utilizate în prezent, ele asigurând și o precizie foarte ridicată a rezultatelor. Analiza poate fi efectuată atât cu programe specializate “in- house” – realizate pe platforma unui limbaj de programare, cât și cu softuri performante MBS (MultiBody Systems) – bazate pe teoria sistemelor mecanice.

În cazul abordării clasice "in – house", prin utilizarea unui limbaj de programare, modelul teoretic al sistemului mecanic este descris de relații analitice care materializează funcțiile de mișcare / forță din sistem, iar utilizatorul transpune relațiile matematice în codul limbajului de programare, respectiv stabilește algoritmul numeric de rezolvare.

În cazul softurilor MBS, ecuațiile de mișcare sunt autoformulate de soft pe baza modelului geometrico – elastic al mecanismului și a restricțiilor în mișcarea elementelor. Ca formalisme de calcul frecvent utilizate de softurile MBS sunt Lagrange, Euler, Kane, D’Alambert, putându-se identifica două mari grupe de softuri MBS: programe care formulează numeric ecuațiile de mișcare ale sistemului pentru fiecare pas de integrare; programe care formulează simbolic ecuațiile de mișcare, utilizatorul stabilind ulterior dacă se face sau nu integrarea, operație care se poate efectua cu programe de calcul simbolic gen MATLAB sau MAPLE.

Adevărate prototipuri virtuale pot fi create cu ajutorul calculatorului, având în vedere obținerea unor produse care să corespundă funcțional cerințelor mari impuse de piață. Aceasta înseamnă că se poate merge până la modelarea fidelă atât a componentelor sistemului cât și a condițiilor de funcționare ale acestuia, ceea ce permite testarea rapidă a numeroase variante geometrico – constructive, în vederea optimizării mecanismului. Astfel, se elimină o mare parte din etapa de testare experimentală, proces scump și consumator de timp.

Analiza cu metoda sistemelor multicorp, pe bază căreia sunt realizate softurile MBS, presupune parcurgerea următoarelor etape:

– definirea mecanismului ca sistem multicorp (definire corpuri și restricții);

– stabilirea sistemelor de referință atașate corpurilor (sisteme locale pentru corpurile mobile, plus sistemul global atașat corpului fix);

– definirea geometrică a corpurilor în sistemele de referință proprii;

– definirea orientării corpurilor (determinarea componentelor matricilor de trecere de la sistemele locale la sistemul de referință global);

– exprimarea relațiilor analitice ale coordonatelor globale ale punctelor de interes din model (localizările constrângerilor, puncte de aplicare a forțelor ș.a.);

– exprimarea relațiilor analitice care definesc constrângerile geometrice și cinematice din model (ecuații algebrice);

– formularea ecuațiilor diferențiale de mișcare, utilizând diverse formalisme de calcul (ex. Newton – Euler, Lagrange);

– exprimarea carateristicilor de masă ale corpurilor și a forțelor / momentelor de reacțiune din sistemul mecanic;

– rezolvarea sistemului mixt de ecuații algebrice și diferențiale.

Pentru modelul cinematic al mecanismului este necesară parcurgerea primelor șase

etape (modelul cinematic nu ia în considerare caracteristicile de masă și forță) și evident

rezolvarea sistemului de ecuații algebrice obținut (se pot utiliza metode numerice, de

exemplu Newton – Kantorovici, Newton – Raphson ș.a., sau softuri specializate de calcul

numeric, gen MATLAB, MAPLE ș.a.).

În ceea ce privește modelarea mecanismului ca sistem multicorp, etapa constă din identificarea (stabilirea) corpurilor din mecanism și respectiv a constrângerilor aplicate acestora. Prin abordarea "clasică", toate elementele cinematice ale mecanismului pot fi considerate corpuri, între care sunt aplicate restricții geometrice simple (ex., rotație, translație). În anumite condiții, o serie de elemente cinematice pot fi modelate ca restricții compuse (ex., rotație – rotație, rotație – translație) și nu corpuri, simplificând astfel modelul.

Cazurile în care un element cinematic poate fi modelat ca restricție (de regulă, de distanță sau arie constantă) sunt următoarele (se face precizarea că ultimele trei condiții sunt specifice doar modelului dinamic, modelul cinematic neluând în considerare condiții de forță și masă) :

– elementul nu este corp de intrare (element conducător) sau de ieșire (element condus) al sistemului mecanic (caz în care interesează mișcarea elementului);

– elementul nu are mai mult de două legături (deci doar dacă este element binar);

– elementul anterior sau următor din lanțul cinematic al sistemului mecanic nu este deja modelat ca o restricție (nu se poate introduce restricție decât între corpuri);

– elementul este mobil (baza trebuie modelată printr-un corp fix);

– pe element nu sunt conectate elemente elastice sau de amortizare (ex. arcuri);

– asupra elementului nu acționează forțe / momente exterioare;

– masa elementului este suficient de mică, astfel încât neglijarea caracteristicilor masico – inerțiale să nu influențeze comportamentul.

Spre exemplificare, se prezintă cazul unui mecanism ștergător de parbriz (figura3.1), cu două brațe / lamele, la care modelul „multicorp” cu număr minim de corpuri este definit astfel: un corp fix: 1 – caroseria automobilului; patru corpuri mobile: 2 – corp de intrare (pârghia motor), 3 – corp cu trei legături (B, C, G), 4 și 5 – corpuri de ieșire (brațele / lamelele ștergătoare); trei restricții de distanță, de tip rotație – rotație (RR): CD și FG – între corpurile 3 și 4, respectiv HI – între corpurile 4 și 5.

Figura 3.1 Mecanism ștergător de parbriz cu două brațe

Pe lângă restricțiile compuse tip RR, modelul astfel obținut include și patru cuple de rotație (A, B, E, J), rezultând un singur grad de mobilitate (rotația pârghiei motoare):

M = 3∙4 – (4∙2 + 3∙1) = 1.

Prin abordarea „clasică” (toate elementele modelate ca și corpuri), modelul ar include un corp fix și șapte corpuri mobile, conectate prin zece cuple de rotație, deci:

M = 3∙7 – 10∙2 = 1.

Așadar, modelarea mecanismului ca sistem multicorp este de o importanță deosebită, de aceasta depinzând în mare măsură complexitatea modelului și, evident, timpul necesar efectuării analizei sistemului mecanic. Se recomandă modelarea mecanismului cu număr minim de corpuri, cu respectarea însă a criteriilor de modelare anterior formulate (cazurile de modelare a elementelor prin corpuri, respectiv restricții).

Prin metoda sistemelor multicorp, în sistemul mecanic există două tipuri de sisteme de coordonate de referință: sistemul global (inerțial) atașat corpului fix din model (este sistemul de bază în care se studiază mișcarea), uzual codificat în literatura de specialitate GRF (Global Reference Frame) sau GCS (Global Coordinate System); sisteme de referință locale, câte unul pentru fiecare corp mobil din componența sistemului mecanic, codificate BRF (Body Reference Frame) sau LCS (Local Coordinate System).

În funcție de modul în care se definește poziția unui punct de locație / obiect, sistemul de coordonate poate fi cartezian, cilindric sau sferic. Dintre acestea, în mod frecvent se utilizează sistemul cartezian, prin care se definește locația unui punct utilizând trei coordonate carteziene X, Y, Z (în plan sunt, evident, două coordonate).

Mișcarea corpului mobil se raportează (definește) prin coordonatele originii și orientarea reperului local atașat relativ la sistemul de referință global. Rezultă astfel câte șase parametri de mișcare pentru fiecare corp mobil k din componența sistemului mecanic: , , , , , (pentru mecanismele plane sunt câte trei parametri pe corp, de exemplu considerând planul de mișcare XY:,,).

Originea și orientarea sistemului local pe corp pot fi stabilite arbitrar, dar pentru simplificarea modelului se pot lua în considerare anumite criterii, de exemplu originea sistemului local al corpului să fie localizată într-una dintre legăturile (cuplele) corpului respectiv (în acest fel coordonatele locale ale punctului de locație a cuplei vor fi nule), respectiv una dintre axele sistemului local să fie plasată pe o direcție care intersectează o altă cuplă a corpului (astfel, două dintre coordonatele locale ale punctului de locație a cuplei sunt nule).

În sistemele de referință atașate corpurilor se definesc coordonatele locale ale punctelor caracteristice / de interes (puncte pentru localizarea cuplelor, conectarea elementelor elastice, aplicarea forțelor ș.a.). Evident, în cazul punctelor specifice corpului fix, definirea coordonatelor se face direct în sistemul global, care este atașat (asociat) acestui corp. Coordonatele punctelor în sisteme proprii corpurilor se constituie în date de intrare ale modelului (parametri geometrici cunoscuți) și rămân constante în timpul mișcării corpului (funcționarea mecanismului).

Ca exemplu se va considera mecanismul plan al ștergătorului de parbriz, cu un singur braț, reprezentat în figura 3.2, la care modelul multicorp conține un corp fix (caroseria – 0) și două corpuri mobile (manivela – 1 și brațul ștergător cu lamela – 2), conectate prin două cuple de rotație (A – 1/0, D – 2/0) și respectiv o restricție de distanță constantă RR (CB – 1/2).

Sistemul local X1Y1 atașat manivelei este ales cu originea în centrul articulației elementului la caroserie, axa Y1 fiind pe direcția elementului (trece prin articulația B). Sistemul local X2Y2 atașat brațului – lamelei are originea în centrul articulației D la caroserie, axa Y2 fiind pe direcția elementului (trece prin articulația C). În aceste condiții, modelul geometric al mecanismului este definit prin următorii parametri:

– coordonatele articulațiilor în sistemele locale atașate corpurilor mobile:

=0, =0, =0, =; =0, =0, =0, =;

– coordonatele focarelor fixe (articulațiile la bază) în sistemul caroseriei (coordonate

globale):

, ; , .

Figura 3.2 Sisteme de coordonate locale

Coordonatele locale ale punctelor de interes din mecanism definesc modelul geometric și se vor utiliza pentru calculul coordonatelor globale ale punctelor respective, în vederea exprimării relațiilor analitice de constrângere din sistem.

Pentru transformarea coordonatelor locale (din sistemele legate de corpurile mobile) în coordonate globale (în sistemul de referință de bază în care se studiază mișcarea) este necesară obținerea relațiilor de legătură dintre cele două tipuri de sisteme. Etapa constă din definirea modului de orientare a corpurilor (axelor sistemelor locale) relativ la axele sistemului global, fiind deci necesară determinarea componentelor matricilor de trecere de la sistemele locale la sistemul de referință global. În cazul general (spațial) matricea de trecere (legătură) → [GRF] este de forma următoare:

în care componentele matricei, = 1..3, pot fi exprimate ca produse scalare ale versorilor

sistemelor de referință:

=, =, =,

=, =, =,

=, =, =

Versorii axelor sistemului local se obțin în urma rotațiilor aplicate, de exemplu în cazul modelării orientării prin unghiurile Euler (figura.3.3), considerând rotațiile axelor în sens trigonometric, se obține:

,

Figura 3.3 Orientarea sistemului local prin unghiurile Euler

Pe baza relațiilor se pot calcula componentele matricei care definește orientarea spațială a corpului mobil relativ la sistemul de referință fix. În funcție de modul concret de orientare a sistemului local și de mișcarea pe care o execută corpul respectiv, matricea se poate simplifica.

În vederea exprimării ecuațiilor analitice de constrângere din mecanismul ștergătorului de parbriz este necesară determinarea coordonatelor globale ale punctelor prin care se defines restricțiilor respective; aceasta este necesară și pentru alte puncte specifice din mecanism (de exemplu, punctele de aplicare a forțelor din modelul dinamic). Astfel, pentru un punct oarecare M de pe un corp k, coordonatele globale pot fi exprimate în funcție de coordonatele originii sistemului local al corpului (, , ), coordonatele locale ale punctului(, și ) și respectiv matricea de legătură (), după cum urmează:

Relații de mai sus definesc toate punctele de interes legate de corpurile mobile din mecanismul ștergătorului de parbriz. Pentru corpul fix (baza mecanismului), punctele de interes sunt exprimate direct în sistemul de referință global atașat bazei (coordinate globale).

În acest fel, mecanismele ștergătoarelor de parbriz sunt „pregătite” în vederea efectuării analizei prin utilizarea de programe specializate tip MBS, concepute pe baza metodei anterior descrise.

3.3. Exemplu de caz, rezultate și concluzii

Pe baza celor prezentate, în continuare se prezintă și analizează modelul cinematic al unui mecanism ștergător de parbriz cu o singură lamelă. Analiza este efectuată prin utilizarea softului specializat ADAMS (Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems).

Modelul cinematic al mecanismului ștergătorului de parbriz conține corpurile din sistem, conectate prin cuple cinematice, și parametrii geometrici specifici mecanismului (locațiile cuplelor); intrarea se face utilizând o restricție cinematică (mișcare conducătoare – generatoare) aplicată în cupla de rotație la bază (caroserie) a pârghiei motoare de antrenare, prin care se controlează poziția / viteza unghiulară a pârghiei.

Mecanismul articulat luat în considerare (figura 3.4), tip manivelă – balansier, conține un lanț cinematic spațial (ABCD), care transmite mișcarea la pârghia motoare (1) la pârghia oscilantă / brațul ștergător (3), constrângerile geometrice din A și D fiind realizate prin cuple de rotație, în timp ce legăturile din B și C sunt articulații sferice. În cupla sferică din C s-a aplicat o mișcare conducătoare pentru a se bloca (anula) rotația proprie a bielei (2), astfel cupla funcționând ca și cuplă sferică cu bolț. Brațul ștergător (3’) este rigid conectat pe pârghia oscilantă.

În aceste condiții, verificarea topologiei modelului conduce, evident, la un sistem cinematic cu DOF=0, fără legături redundante (supraconstrângeri), după cum urmează:

– 3 corpuri mobile, 2 cuple de rotație, 2 cuple sferice, 2 mișcări generatoare;

– DOF = 6∙n – ∑r = 6∙3 – (2∙5 + 2∙3 + 2∙1) = 0.

Fig.3.4 Mecanism ștergător de parbriz cu un singur braț

Mecanismul dispune de un singur grad de mobilitate (rotația pârghiei motoare), care în modelul cinematic este controlat (impus) prin restricția cinematică (t). Considerînd turația de ieșire din moto-reductorul de antrenare = 65 [rot/min], va rezulta:

= π / 30 = 6.803 → = t = 6.803 t [rad/sec] (figura 3.5).

Prin urmare, pârghia motoare a mecanismului execută o rotație completă ( = 0…360°) în 0.923 sec., acesta fiind de fapt intervalul de timp în care se va efectua analiza cinematică / simularea mecanismului, care corespunde cu o cursă completă a brațului ștergător (revenirea mecanismului în poziția de parcare).

Mecanismul ștergătorului de parbriz este modelat în sistemul de referință global al automobilului (caroseriei – baza mecanismului / ground în ADAMS), la care X este axa longitudinală a autovehiculului, Y – axa transversală, Z – axa verticală (figura 3.6).

Procesarea modelului cinematic este realizată prin apelarea modulului ADAMS/Solver, care autoformulează și rezolvă ecuațiile cinematice de mișcare (ecuațiile analitice de constrângere geometrică și ecuația restricției cinematice). Parametrii analizei cinematice includ: tipul analizei, durata, numărul de pași în care se împarte intervalul de timp respectiv toleranțele pentru rezolvarea ecuațiilor.

Figura 3.5 Mișcarea conducătoare aplicată manivelei

În urma analizei (procesării) modelului se determină comportamentul cinematic al mecanismului ștergătorului de parbriz.

In figura 3.6 sunt prezentate diagramele de variație în timp pentru parametrii cinematici de interes specifici brațului ștergător: unghiul de rotație / ștergere, viteza și accelerația unghiulară a brațului. Pe baza unor astfel de mărimi se poate trece la optimizarea geometrico – cinematică a mecanismului ștergătorului de parbriz.

Figura 3.6 Rezultate specifice analizei cinematice

Capitolul IV

Senzorul de ploaie

4.1. Introducere

4.1.1. Definiția senzorului

Senzorul este un element care convertește mărimea de măsurat într-o caracteristică de natură electrică(sarcină, tensiune, curent, sau impedanță), ce poate fi prelucrată și transmisă electronic.

4.1.2. Captorul de ploaie

Sistemul ștergător de parbriz automat este utilizat pentru a detecta precipitațiile și să activeze ștergătorele de parbriz a automobilului fără interacțiunea conducătorului auto. Sistemul a fost dezvoltat pentru a atenua de a distrage de la conducere și de a permite șoferilor să se concentreze pe sarcina lor principală de conducere. Distragerea atenției eliminată de dezvoltarea acestui produs reprezintă ajustarea manuală a ștergătoarele de parbriz atunci când conduce prin ploaie. Câteva secunde pe care un conducător auto își lua privirea de la drum pentru a regla un buton în timp ce conduce în condiții meteorologice nefavorabile ar putea duce la accidente auto. Sistemul folosește o combinație de senzori de impedanță și infraroșu pentru a detecta ploaia și intensitatea acesteia. Sistemul conține un microcontroller care preia semnalele de intrare de la senzori și controlează funcționarea ștergătoarelor de parbriz pe baza acestor semnale de intrare.

Captorul de ploaie analizează prezența apei pe parbriz pentru a pune in funcțiune ștergătorul în mod automat. El determină și viteza de ștergere corespunzătoare, în funcție de cantitatea de apă prezentă.

Figura 4.1 Captorul de ploaie

4.1.3 Structura detectorului de ploaie

Detectorul de ploaie și de lumină este compus dintr-o combinație de elemente, de senzori sensibili la lumină și un led. Toate componentele sunt montate pe un circuit imprimat în carcasa senzorului. Un fascicul optic circulă din carcasa senzorului spre parbriz. Sarcina elementului optic este de a alinia fascicolul de lumină de ieșire și de intrare. Senzorul este fixat pe parbriz cu ajutorul unui adeziv. Zona de detecție a senzorului este de 300

Figura 4.2 Componentele senzorului

Ledul si fotodioda sunt folosite pentru detectarea ploii, în timp ce senzorul luminii ambiante și un senzor de la distanță sunt folosite pentru detectarea luminii.

4.1.4 Funcția detectorului de ploaie

Elementele senzorului de bază sunt un LED și o fotodiodă. Principiul senzorului de bază îl reprezintă lumina din LED parțial reflectată de suprafața parbrizului și, grupate de elementul optic, atinge fotodioda.

Figura 4.3 Elementele detectorului de ploaie

Măsura în care partea sensibilă a receptorulu reflectă lumina, și, ca urmare, volumul de lumină care atinge fotodioda, se schimbă atunci când parbrizul este acoperit cu picături de apă sau o peliculă de apă. La o mai mare acoperire, lumina este reflectată mai puțin din cauza refracției luminii. Semnalul fotodiodei de ieșire poate fi folosit pentru a calcula cantitatea de precipitații.

Timpul de răspuns a detectorului de ploaie este timpul ce trece între detectarea precipitațiilor și a emisiilor de semnal de ieșire la ștergătoare, este mai mică de 20 ms.

Figura 4.4 Reflecția luminii

4.2 Schema funcțională

Modelul sistemului constă în a produce diagrama sistemului la un nivel ridicat (figura 4.5). Sistemul este capabil de a detecta prezența picăturii de ploaie, proces în care datele provin de la senzori și permite controlul motorului.

Figura 4.5 Funcționarea schemei block

Caseta de detectare a ploii conține o serie de senzori de ploaie. Unitatea de prelucrare a datelor conține microcontroller, și modulul de control al motorului este compus din motorul de ștergere și circuitul de control. După stabilirea diagramei funcționale a fost intocmit un sistem a schemei block. Schema a doua reprezintă o versiune mai detaliată a schemei funcționale.

În figura 4.6 descrie conținutul fiecărei unitați.

Figura 4.6 Sistemul schemei block

Unitatea de detectare ploaie utilizează două tipuri de senzori ale căror rezultate sunt normalizate printr-un modul de semnal de intrare. Prelucrarea datelor este făcută de un microcontroller, și rezultatele sale sunt introduse într-un modul de semnal de ieșire, aceasta fiind intrarea la caseta de control al motorului. Cele două module de semnale au fost necesare pentru interfațarea între toate unitățile.

4.3 Senzori de impedanță

Sistemul detectează ploaia prin folosirea a două tipuri de senzori. Unul dintre ele este senzorul de impedanță (figura 4.7). Grila este formată din două plăci de cupru în formă de pieptene separați de o distanță minimă de 1/8 inch. Senzorul este lipit de parbrizul din sticlă cu ajutorul unui adeziv puternic. Configurația subțire de plăci permite ștergătoarelor să alunece peste, fără să le desprindă. Atunci când plăcile sunt uscate, rezistența între cele două plăci este foarte mare , dar atunci cand apa este între plăci, și poate circula între acestea, se reduce rezistența.

Figura 4.7 Senzori de impedanță tip grilă

Această operațiune va permite senzorului să poată fi utilizat ca senzor de ploaie, ce devine operațional atunci cand, o placă este conectată la o sursă de alimentare, iar altă placă este luată ca senzor de ieșire. Spațiul dintre plăci este strâns legat de sensibilitatea senzorilor si rata de detecție. Mărirea spațiului dintre plăci scade rata de eșec, dar îi scade deasemenea sensibilitatea senzorului, care este invers proporțională cu timpul de răspuns al sistemului. O problemă a senzorului grilă este faptul că acesta poate acționa ca o antenă și să producă o tensiune variabilă, care poate declanșa o detecție falsă. O soluție la problemă constă in reducerea dimensiunii senzorului și fundamentarea semnalului de ieșire corespunzător.

Un nou model este format din plăci izolate distanțate pe verticală de o placă de putere unică (figura 4.8). Măsurarea tensiunii la aceste plăci diferite, oferă un mod mai precis de determinare a ratei de precipitație. Dispozitivul de detectare poate fi montat oriunde pe parbriz, în cazul în care nu intră în contact cu ștergătoarele.

Figura 4.8 Trei canale, senzorul de ploaie pentru controlul vitezei

Această versiune imbunătațită a senzorului de ploaie suferă de aceleași probleme ca și predecesorul său, dar oferă mai multă funcționalitate.

4.4 Senzorul optic

Senzorii optici sunt folosiți pentru a detecta razele de lumină prin parbriz, și caută perturbări în fasciculele cauzate de stropii de ploaie de la suprafața exterioară a parbrizului. Senzorul de ploaie are un emițător care emite impulsuri de lumină, cuplat pe parbriz cu o lentilă. Aceste fascicole trec prin parbriz la aproximativ 45°. Prin cercetare a fost anticipat faptul că razele infraroșu trebuiau să fie în totalitate reflectate de suprafața exterioară a parbrizului în receptor. Atunci când se testează analogic senzorul infraroșu s-a stabilit faptul că, razele infraroșii nu au fost în totalitate reflectate pe parbriz, ci cu aproximativ 30% reflectată de suprafața exterioară a parbrizului. În rezolvarea acestor probleme sunt incluse folosirea diferitelor tipuri de sticlă pentru a reflecta razele infraroșii și comparând această producție cu rezultatele care reflectă razele infraroșii de pe o foaie de hartie albă. În concluzie, s-a stabilit că razele de lumină de la senzorii infraroșii nu au fost reflectate în totalitate de către orice tip de sticlă, și prin urmare metoda de proiectare a fost modificată. Deși lumina nu reflectă 100% din lumina emisă, a fost suficientă lumină reflectată de către sticlă pentru a detecta schimbarea reflexiei din cauza unei picături de ploaie. Partea rea e că limita de ploaie pentru senzor s-a redus și nu a putut fi determinată la fel de ușor, atunci când umezeala a fost prezentă. Dacă picăturile de ploaie sunt prezente pe suprafața exterioară a parbrizului, o parte din raze scapă și acest lucru reduce intensitatea fasciculelor. Detectorul va măsura această reducere a intensității și va comunica la restul sistemului care acționează ștergătoarele de parbriz. În figura 4.9 se prezintă diagrama de operațiuni.

Figura 4.9 Diagrama senzorului infra-roșu

Fotodioda

Fotodioda este un traductor optoelectronic, care transformă energia luminii în energie electrică. Aceasta constă dintr-o joncțiune P-N care poate fi iluminat exterior. Atunci când joncțiunea P-N polarizată direct ea conduce curent electric, iar când joncțiunea P-N polarizată invers, atunci nu conduce aproape deloc curent. Fotodiodele au un răspuns mult mai rapid și mult mai liniar decât senzorii fotografici, dar fotocurentul este mai mic.

Figura 4.10 Fotodiodă

Funcțiile fotodiodei sunt:

Controlul senzorului de ploaie și de lumină

Elemente de bază a senzorilor CCD, care constituie zonele fotosensibile a camerelor video, și canelelor TV

4.6 Modulul semnalului de intrare

Prima funcție a modulului semnalului de intrare este de a normaliza toate semnalele senzorilor, astfel încât microcontroller-ul poate interacționa în siguranță cu unitatea de detectare a ploii prin a limita cantitatea de curent de intrare. Figura 4.11 descrie circuitul de punere în aplicare a modulului. În plus, aceasta găzduiește ghidul de control al circuitelor sensibile. Fiecărui modul îi este dedicat o parte separată în cadrul modulului semnalului de intrare. În figura 4.11 se prezintă circuitul intern conectat la senzorul de impedanță. Toți ceilalți senzori au circuit de intrare similare.

Figura 4.11 Circuit de intrare pentru senzor inpedanță

Sensibilitatea este controlată de un potențiometru, care poate fi controlat manual de către un utilizator. Rezistorul de protecție de sub potențiometru asigură că sistemul de ansamblu rămâne stabil și funcțional, indiferent de setările utilizatorului. Condensatorul introduce un filtru low-pass, care ajută la stabilizarea senzorului de ieșire, astfel încât microcontrolle-ul poate face citirea mult mai precisă. Circuitul de intrare, deasemenea, rezolvă problema de tensiune variabilă, oferind un motiv între senzor si microcontroller.

4.7 Unitatea de prelucrare date

4.7.1 Microcontroller și Controlul logic

Unitatea de prelucrare a datelor este compusă dintr-un microcontroller si un modul de semnal de ieșire. Comunicarea dintre programator și un microcontroller se face prin interfața serială bus (SPI). Programul executat de microcontroller este prezentat in figura 4.12

Figura 4.12 Rezumatul Sistemului de Control Logic

Odată ce sistemul este activat, blocul sistemului de inițializare verifică dacă senzorii sunt operaționali, stabilește intrarea corespunzătoare si pinii de ieșire, ce determină în cazul în care puterea este suficient de mare, pentru a menține microcontroler-ul în funcțiune.

După efectuarea tuturor controalelor necesare, programul citește tensiunile de la senzorul de rețea impedanță și senzorul infraroșu într-o ordine secvențială. Dacă apa este detectată, microcontroller-ul trimite semnal la un releu de putere, astfel încât motorul ștergătorului este activat la viteza cea mai joasă.

Apoi microcontroller-ul citește senzorul de control al vitezei și determină viteza motorului adecvat, prin alimentarea altui releu. Releul suplimentar afectează schimbarea cantității de energie care duce la motor. Bucla, continuă atâta timp cât senzorii detectează apa pe parbriz

4.7.2 Modulul semnalului de ieșire

Modulul semnalului de ieșire este puntea de legătură dintre sistemul de proiectare și existența sistemului de ștergere a parbrizului auto. În figura 4.13 este prezentat modul în care microcontroller-ul este conectat la releele de conducere a plăcii de control al motorului.

Fig 4.13 Conexiuni între releu si microcontroller

Procesul de control pentru proiectare se oprește in funcție de modulul semnalului de ieșire, deoarece unitatea de control al motorului este străina sistemului. Oricum, în scopuri de instalare, utilizatorul ar trebui să poată integra modelul produsului la un automobil existent.

Capitolul V

Modulul senzorului de ploaie

5.1. Introducere

Senzorul de ploaie este un dispozitiv foarte multilateral pentru ștergerea automată a parbrizului vehiculului atunci când este umed din cauza picăturilor de ploaie sau chiar noroi.

Atunci când picăturile de ploaie cad pe parbriz, această armonie este perturbată, creind o scădere a intensitătii fascicolului de lumină. Sistemul apoi activează ștergătoarele să funcționeze în complet automat.

a) Beneficiile

1. siguranță: Timpul de răspuns de 0,1 secunde permite o reacție rapidă atunci când, brusc stropii de apă orbesc in totalitate conducătorul auto. Fără senzor de ploaie conducătorul auto ar fi în risc de accident.

2.Confort: Conducătorul auto poate fi supus la multe distrageri a atenției, trafic intens, vreme urată, condiții periculoase rutiere și oboseală. Senzorul de ploaie reduce sarcina șoferului, făcând șofatul mai confortabil.

Figură 5.1 Părțile componente

b)Caracteristici

1. frecvența ștergătorului automat;

2. viteza ștergătoarelor de control inteligente;

3. tuning auto pentru diferite parbrize,

4. manual suprascriere funcție.

5.2 Specificații

1. tensiune de alimentare: Dc 10V to 16V

2. curent de operare: <200mA

3. temperatura de operare: -20˚C ~85˚C

4. curent de releu: 20A

5. modul ștergătorul: a)intermitent

b)lent

c)rapid

6. detectare mediu: apa, umiditate, noroi,orice lichid

7. condiții de operare: -când mașina este pornită incepe sa funcționeze

– când mașina este oprită incetează sa funcționeze

8. timpul de răspuns a ștergătoarelor: 0.1 secunde

9. sensibilitate de detectare: 0.005 mililitri (apa)

10. tipul semnalului: raze infraroșii

11. manual suprascriere: disponibil

12. tipuri de ștergătoare: -model 1: un ștergător

-model 2:două ștergătoare

13. motorul ștergătorului: dual(pozitiv sau negativ mecanism de declanșare)

14.instalare: DIY

5.3 Zona de detecție

Zona de detecție a senzorului de ploaie este locul unde picăturile de ploaie vor fi detectate în cazul în care se încadrează în zonă, cum se arată în figura 5.2. Deși dimensiunea este relativ mică, acesta este destul de sensibil pentru a detecta cel mai mic strop de apă (0.005ml).

Figura 5.2 Zona de detecție

5.4 Modul ștergătoarelor

Relația dintre modul ștergătoarelor și intensitatea ploii poate fi rezumată cum se arată în tabelul 5.1 de mai jos.

Tabelul 5.1

Figură 5.3 Modul ștergătoarelor

Capitolul VI

Standul pentru simularea stergerii automate parbrizului

6.1 Elemente componente

Figura 6.1 Elementele componente

Acest stand este alcatiut din urmatoarele componente:

Senzor de ploaie

Motor

Relee

Stergator

Brat stergator

Sistem de parghi

Sursa de curent

Parbriz din pexiglas

Cablaje

Senzorul de ploaie

Senzorul de ploaie concepu pentru Volkswagen, reglează automat intervalul specific dintre operațiunile de ștergere realizate de ștergătoarele de parbriz, în funcție de intensitatea ploii.

Figura 6.2 Senzor de ploaie

Senzorul este montat în piciorul de susținere al oglinzii retrovizoare. Acesta este alcătuit din mai multe diode luminescente cu infraroșu și o fotodiodă dispusă la nivel central.

Figura 6.3 Elemente componente

Lumina emisă de diodele luminescente este reflectată de parbriz pe senzorul fotoelectric. Cu cât mai mare este numărul de picături de apă de pe parbriz, cu atât mai puțin lumină este recepționată de senzor. Această informație este transmisă către sistemul electronic de comandă care adaptează în mod corespunzător frecvența de funcționare a ștergătoarelor de parbriz. În mod suplimentar, sensibilitatea senzorului poate fi adaptată individual prin intermediul unui comutator selectiv. Senzorul de ploaie este conceput astfel încât micile defecțiuni, impuritățile sau îmbătrânirea parbrizului să nu afecteze funcționarea acestuia.

Confortul și siguranța reprezintă avantaje oferite de senzorul de ploaie. Conducătorul auto se poate concentra deplin asupra evenimentelor din trafic fără a necesita reglarea permanentă a frecvenței de acționarea a ștergătoarelor de parbriz. Această situație oferă un avantaj deosebit din punct de vedere al siguranței, în special în cazul în care este afectată brusc vizibilitatea, de exemplu la depășirea unui autocamion pe un carosabil umed.

6.1.2 Motorul

Motorul de curent continuu functioneaza pe baza fortelor electromagnetice ce actioneaza asupra unui conductor parcurs de curent electric, aflat intr-un camp magnetic.

Figura 6.4 Motor SWF 6763 835/866 12v

Motorul este construit din trei parti componente: stator, rotor si reductor cu angrenaj melcat.

Statorul este partea fixa a motorului, ce include carcasa, bornele de alimentare, armatura feromagnetica statorica si infasurarea statorica.

Rotorul este partea mobila a motorului, plasata in interiorul statorului. Este format dintr-un ax si o armatura rotorica ce sustine infasurarea rotorica. Intre stator si rotor exista o portiune de aer numit interfier ce permite miscarea rotorului fata de stator. Grosimea interfierului este un indicator important al performantelor motorului.

Angrenaje melcate sunt angrenaje formate dintr-un surub melcat si o roata melcata care se folosesc pentru transmiterea miscarii.

6.1.2.1. Principiul de functionare

In stator se afla infasurarea de excitatie care va produce un camp magnetic constant, produs de un electromagnet alimentat in curent continuu.

Infasurarea rotorica este alimentata de la o sursa de curent continuu, prin urmare prin spirele rotorice va trece un curent electric. Asupra laturii spirei aflate sub polul nord va actiona o forta electromagnetica, iar asupra laturii spirei aflate sub polul sud va actiona o faorta egala dar de sens contrar. Prin urmare asupra spirei va actiona un cuplu electromagnetic care va roti spira.

Infasurarea rotorica este conectata la un colector format din lamele prin contactul perie-colector se face alimentarea infasurarii.polaritatiile de pe stator atrag polaritatile opuse de pe rotor, create de infasurarea rotorica pana cand incep sa se alinieze, dar exact inainte sa se alinieze, periile se muta pe lamelele urmatoare ce alimenteaza urmatoarele spire care vor sustine miscarea rotorului.

6.1.3 Releul Bosch 0332 019 456

Releul este un aparat automat care, fiind supus actiunii unui parametru electric de intrare, analizeaza variatia brusca/in salt a parametrului de iesire la o anumita valoare a parametrului de intrare.

Figură 6.5 Releul Bosch

Caracteristicile principale ale releelor sunt: caracteristica „intrare-iesire” si caracteristica de timp.

Prin caracteristica „intrare-iesire” se intelege functia y=f(u), unde u este marimea de intrare, iar y este marimea de iesire. Caracteristica „intrare-iesire” este o caracteristica neliniara, discontinua.

Caracteristica de timp a releelor este definita prin functia , in care este timpul propriu de actionare al releului, iar u este marimea de intrare.

Prin timpul propriu de actionare a releelor se intelege intervalul de timp, definit prin momentul aplicarii marimii de intrare u si momentul inchiderii sau deschiderii depline a contactelor.

Figura 6.6 Schema electrica a releului

Specificatiile releului:

Functie: Inchizator
Amperaj [A]: 30
Voltaj [V]: 12
Numar poli: 4
Tip carcasa: Carcasa platic
Tip protectie (cod IP): IP 34
Gama de temperatura [°C]: – 40 …+ 100 °
Culoare: portocaliu

6.1.4 Releul MCL-112D2H

Figura 6.7 Releul MCL-112D2H

Acesta este un releu de tip purere avand urmatoarele specificatii:

Tip bobina: DC

Tensiune nominala:12V

Amperaj:10A

Releu tip:Putere

Gama de temperatur[°C]:-40…+ 100 °

Culoare: Negru

Parametrii principali ai releelor de putere sunt:

-valoarea nominala (Un,In) este valoarea care figureaza pe placuta sau pe indicatorul releului si corespunde functionarii de durata in curent alternativ sau continuu;

-valoarea de actionare (de pornire) reprezinta acea valoare limita a marimii controlate la care sistemul mobil al releului se pune in miscare si inchide contactele sau le deschide;

-valoarea de revenire reprezinta valoarea limita a marimii controlate la care sistemul mobil al releului incepe sa se deplaseze in sens invers sensului deplasarii din cazul actionarii si continua pana in pozitia initiala de repaus;

-factorul de revenire este raportul dintre valoarea de revenire si valoarea de actionare. Cu cat factorul de revenire este mai apropiat de unitate , cu atat releul este de calitate mai buna urmarind mai fidel valoarea marimii controlate. La releele maximale factorul de revenire este subunitar, iar la cele minimale este supraunitar;

-valoarea reglata, pentru releele cu dispozitiv de reglaj, reprezinta valoarea parametrului de actionare pentru care releul este reglat sa functioneze (sa actioneze);

-timpul propriu de actionare al releului este timpul care trece din momentul variatiei marimilor controlate de releu pana in momentul inchideri(sau deschideri) depline a contactelor;

-eroarea releului este diferenta dintre valoarea reala de actionare si valoarea marimii controlate la care releul a fost reglat sa actioneze ,denumita valoare reglata;

-puterea consumata este puterea consumata de releu pentru actionare. Acest parametru defineste sensibilitatea releului; cu cat puterea consumata este mai mare cu atat releul va actiona la abateri mai mari ale marimi controlate ,fata de valoarea nominala, si deci protectia va fi mai putin sensibila;

-puterea comandata , de contactele releului, reprezinta puterea din circuitul pe care-l intrerupe sau stabileste contactele releului, fara a se deteriora;

Releele de putere sunt foarte sigure in functionare, dar sensibilitatea lor este mai redusa decat a altor tipuri de relee, datorita puterii consumate relative ridicate.

6.2 Schema electrica a sistemului

Figura 6.8 Schema electrica