سیستم های الکتریکی خودرو
در رشته آموزش برق خودرو که زیر مجموعه تعمیرات خودرو و اتومکانیک به شمار می رود، فرد مهارت های لازم برای تشخیص ایراد در سیستم برق رسانی خودرو را یاد می گیرد و با هر آن چیزی که مربوط به برق خودرو است آشنا می شود.
با گنجاندن سیستم های الکتریکی پیشرفته، بخش وسایل نقلیه مدرن متحول شده است. عملکرد یک وسیله نقلیه به شدت به این سیستم ها متکی است، زیرا آنها عملیات های اساسی را از روشنایی ضروری و احتراق تا ویژگی های ایمنی پیشرفته و سرگرمی اطلاعاتی انجام می دهند. برای مهندسان و تکنسین‌های خودرو، درک سیستم‌های الکتریکی خودرو از اهمیت بالایی برخوردار است زیرا فناوری‌های الکترونیکی نوظهور را با اصول مهندسی مکانیک سنتی ادغام می‌کند.
تعریف: شبکه ای که شامل اجزای الکتریکی، سیم کشی ها و مدارهای داخل یک وسیله نقلیه است، سیستم های الکتریکی آن را تشکیل می دهد که مسئول تولید، ذخیره و توزیع انرژی الکتریکی در کل وسیله نقلیه است. طراحی و نگهداری دقیق این شبکه پیچیده برای اطمینان از تحویل یکپارچه نیرو به زیرسیستم های مختلف بدون ایجاد تداخل یا خرابی ضروری است.
اجزاء برق خودرو
سیستم های الکتریکی خودرو از اجزای اصلی زیر تشکیل شده است:
· باتری: به عنوان منبع اولیه انرژی الکتریکی عمل می کند، زمانی که موتور غیرفعال است انرژی را تامین می کند و به شروع فرآیند راه اندازی موتور کمک می کند. در دوران معاصر، باتری‌های لیتیومی به‌طور فزاینده‌ای به عنوان نوع ترجیحی غالب شده‌اند و حتی به سیستم‌های 12 ولتی در خودروهای جدید تولید شده نیز گسترش می‌یابند.
· دینام: وظیفه تولید انرژی الکتریکی در حین کارکرد موتور، حفظ شارژ باتری و تامین برق اجزای الکتریکی خودرو به کمک تنظیم کننده ولتاژ داخلی آن است.
· استارت: استارت‌ها برای چرخاندن موتور از باتری انرژی می‌گیرند و برای شروع کار موتور استفاده می‌شوند.
· سیم‌کشی و اتصالات: شبکه‌ای از کابل‌ها و اتصالات، اجزا و مدارهای الکتریکی داخل خودرو را به هم متصل می‌کند و انتقال انرژی و سیگنال‌ها را در سراسر سیستم‌های آن تسهیل می‌کند.
· فیوزها و رله ها: ویژگی های ایمنی برای جلوگیری از اضافه بارهای الکتریکی و امکان مدیریت دستگاه های پرقدرت از طریق مدارهای کم مصرف طراحی شده اند.
کارکرد: تولید، توزیع و مدیریت انرژی الکتریکی مورد نیاز برای تنظیم چندین عملیات خودرو وظیفه اصلی سیستم های الکتریکی خودرو است. این سیستم ها طیف وسیعی از امکانات و نیازها از شارژ دستگاه های تلفن همراه تا راه اندازی موتور را امکان پذیر می کنند.
ادغام با الکترونیک: با افزایش دستگاه های کنترل شده الکترونیکی، تفاوت بین سیستم های الکتریکی و الکترونیکی در وسایل نقلیه به طور مداوم مبهم شده است. سیستم‌های الکتریکی مدرن به‌طور یکپارچه با واحدهای کنترل الکترونیکی، حسگرها، محرک‌ها و شبکه‌های ارتباطی ترکیب شده‌اند و یک اکوسیستم یکپارچه را برای کنترل پیشرفته و ارتباطات یکپارچه ایجاد کرده‌اند.
تکامل: پیشرفت های تکنولوژیکی در صنعت خودرو با ظهور سیستم های الکتریکی خودرو نشان داده می شود. مدارهای الکتریکی ساده برای روشنایی و احتراق به وسایل نقلیه اولیه وابسته هستند. اجرای پنجره های برقی، تهویه مطبوع و سیستم های ایمنی پیشرفته منجر به توسعه معماری های الکتریکی پیچیده شد. در عصر حاضر، وسایل نقلیه الکتریکی و هیبریدی همچنان به گسترش افق ها ادامه می دهند و سیستم های الکتریکی پیچیده و بسیار کارآمد را برای کاربردهای ولتاژ بالا می طلبند.
در مهندسی خودرو، مقدمه ای بر سیستم های الکتریکی خودرو، نگاهی به یک زمینه مهم و چندوجهی ارائه می دهد. با تکامل مداوم وسایل نقلیه، پیچیدگی و قابلیت های فزاینده آنها اهمیت سیستم های الکتریکی را افزایش می دهد. این امر مستلزم درک جامعی از اصول، مؤلفه‌ها و شیوه‌های بهینه است. مهندسان و تکنسین‌ها با داشتن این پایه می‌توانند به طرز ماهرانه‌ای با چالش‌ها مقابله کرده و از فرصت‌هایی که وسایل نقلیه امروزی به وجود می‌آیند، استفاده کنند، خواه موتورهای احتراق داخلی سنتی باشند یا خودروهای الکتریکی پیشرفته. استقبال از پیچیدگی های ذاتی در سیستم های الکتریکی خودرو فقط نوآوری را تحریک نمی کند. همچنین ایمنی، کارایی و قابلیت اطمینان وسایل نقلیه ای که جهان ما را به هم متصل می کنند را تضمین می کند.
نقش سیستم های الکتریکی در وسایل نقلیه
در وسایل نقلیه معاصر، سیستم‌های الکتریکی از نقش سنتی خود در تامین برق فراتر رفته و به اجزای چندوجهی تبدیل می‌شوند که به طور پیچیده با زیرسیستم‌های مختلف، به‌ویژه الکترونیک، تعامل دارند. در این بخش، به اهمیت سیستم‌های الکتریکی و همکاری پویا آنها با قطعات الکترونیکی می‌پردازیم و تلاش‌های ترکیبی آنها در ایجاد یک عملیات منسجم و مؤثر را برجسته می‌کنیم.
تعامل با سیستم های الکترونیکی
یکپارچه سازی سیستم ها: سیستم های الکتریکی خودرو فراتر از موجودیت های مستقل تکامل یافته اند و اکنون به طور پیچیده ای با سیستم های الکترونیکی در ارتباط هستند. از آنجایی که وسایل نقلیه از فناوری‌های پیشرفته‌تر استقبال می‌کنند، پیچیدگی ادغام بین الکتریکی وسیستم های الکترونیکی به طور قابل توجهی تشدید شده است. ارتباط بین سیستم های الکتریکی و الکترونیکی از واحدهای کنترل موتور (ECU) تا سیستم های پیشرفته کمک راننده (ADAS) فراگیر است.
کنترل و ارتباط: توان مورد نیاز سیستم های الکترونیکی توسط سیستم های الکتریکی تامین می شود، اما نقش آنها فراتر از این کار اساسی است. کنترل بین قسمت های مختلف خودرو توسط سیستم های الکتریکی تسهیل می شود. سناریویی را در نظر بگیرید که در آن سیگنال‌های حسگر به ECU رله می‌شوند و محرک‌ها را بر اساس داده‌های به‌دست‌آمده هدایت می‌کنند. این چرخه پیوسته تنظیمات بلادرنگ و بهینه سازی عملکرد را تسهیل می کند.
شبکه های به هم پیوسته: ارتباط بین دستگاه های الکترونیکی مختلف توسط وسایل نقلیه دارای شبکه هایی مانند شبکه محلی متصل (LIN) و شبکه کنترل کننده منطقه (CAN) فعال می شود. برای تضمین ارتباط و هماهنگی روان بین زیرسیستم‌های مختلف، سیستم‌های الکتریکی باید به طور مداوم توان قابل اعتمادی را به این شبکه‌ها ارائه دهند.
بهره وری انرژی: مدیریت انرژی و کارایی بهتر با همکاری بین سیستم های الکتریکی و الکترونیکی امکان پذیر می شود. با گرفتن انرژی جنبشی و تبدیل آن به انرژی الکتریکی، سیستم هایی مانند ترمز احیا کننده در خودروهای هیبریدی و الکتریکی، نیروی تولید شده را در باتری ذخیره می کنند. در نشان دادن نقش حیاتی در استراتژی های مدرن صرفه جویی در انرژی، این تعامل اهمیت سیستم های الکتریکی را برجسته می کند.
ایمنی و قابلیت اطمینان: برای اطمینان از ایمنی و قابلیت اطمینان، هم افزایی بین سیستم های الکتریکی و الکترونیکی محوری باقی می ماند. همگام سازی بی عیب و نقص اجزای الکتریکی و الکترونیکی سنگ بنای ویژگی های ایمنی مانند سیستم های ترمز ضد قفل (ABS) و کنترل پایداری الکترونیکی (ESC) است. بسیاری از سیستم‌ها از تشخیص و تشخیص عیب استفاده می‌کنند که امکان شناسایی زودهنگام مشکلات احتمالی را فراهم می‌کند.
رابط کاربری و راحتی: سیستم‌های الکتریکی علاوه بر تامین انرژی واحدهای کنترل الکترونیکی، انرژی را به رابط‌های کاربر مانند صفحه‌نمایش‌های لمسی و واحدهای نمایشگر نیز تامین می‌کنند. این رابط‌ها با قابلیت تعامل با عملکردهای مختلف خودرو مانند ناوبری، سرگرمی و کنترل آب و هوا، بر ارتباط جدایی ناپذیر بین سیستم‌های الکتریکی و الکترونیکی هم برای رانندگان و هم برای مسافران تأکید می‌کنند.
دخالت گسترده و چند وجهی سیستم های الکتریکی در وسایل نقلیه، به ویژه در تعامل آنها با سیستم های الکترونیکی، اهمیت قابل توجهی دارد. از طریق این همکاری، کنترل پیچیده، کارایی، ایمنی، ارتباطات و راحتی کاربر تسهیل می شود. با تکامل مداوم فناوری، تمرکز اصلی طراحی و مهندسی خودرو در تضمین یکپارچگی و تعامل یکپارچه بین سیستم‌های الکتریکی و الکترونیکی باقی خواهد ماند. برای تولید وسایل نقلیه پیشرفته، کارآمد و ایمن که خواسته‌های دنیای مدرن را برآورده می‌کنند، درک این رابطه حیاتی است. این چشم انداز آینده ای را به تصویر می کشد که در آن وسایل نقلیه از حمل و نقل صرف فراتر می روند و به اکوسیستم های پیچیده در هم تنیده با فناوری های به هم پیوسته تبدیل می شوند.
تکنیک های محافظت در برابر تداخل الکترومغناطیسی (EMI)
خرابی داده ها، رفتار غیرمنتظرهخرابی و نقص در سیستم های الکترونیکی می تواند ناشی از تداخل الکترومغناطیسی باشد. برای محافظت از این نوع تداخل، از تکنیک های محافظ استفاده می شود. تقریباً در همه موارد محافظت در برابر انتشار نویز به عنوان یک کار پیچیده تر از محافظت در برابر ایمنی در نظر گرفته می شود:
مواد محافظ:
محفظه های فلزی: برای احاطه کردن عناصر حساس یا پر سر و صدا، از محفظه های فلزی اغلب استفاده می شود. محافظت در برابر صداهای مغناطیسی و الکتریکی توسط فلزات ارائه می شود. اگر نویز مغناطیسی به محفظه فلزی متصل شود، نویز توسط فرآیندی به نام "جریان گردابی" لغو می شود. هنگامی که یک نوع برقی از نویز با محفظه جفت می شود، در امتداد سطح محفظه هدایت می شود و از نفوذ صدا به طرف مقابل دیواره محفظه جلوگیری می کند.
دانه‌های فریت: برای سرکوب نویز با فرکانس بالا در مدارهای الکتریکی استفاده می‌شوند و به عنوان فیلترهای موثر در برابر تداخل الکترومغناطیسی (EMI) عمل می‌کنند. مهره‌ها به‌دلیل شکل استوانه‌ای‌شان به‌طور قابل‌توجهی سودمند هستند و امکان اتصال آسان در اطراف یک مهار سیم را فراهم می‌کنند. این برنامه خارجی به عنوان تسکین دهنده یک ماژول الکترونیکی فراتر از محفظه آن عمل می کند و به طور موثر نویز منتشر شده آن را فیلتر می کند.
محافظ کابل:
کابل های کواکسیال و جفت تابیده: با حمل میدان های الکتریکی در داخل کابل یا با حذف میدان های الکترومغناطیسی، این طرح های کابل ذاتاً EMI را کاهش می دهند.
استراتژی های زمینه سازی:
سطوح و حلقه‌های زمینی: بهترین استراتژی زمین‌گیری همچنان موضوعی بدون اجماع است. به طور معمول، هواپیماهای زمینی به طور ایده آل پیوسته هستند. با این حال، طراحان ممکن است برای تغییر مسیر سیگنال‌های فرکانس بالاتر به دور از مدارهای آنالوگ ظریف، برش‌هایی را در صفحه معرفی کنند. برای کاهش انتشار حلقه‌های القایی و خازنی سطحی به اطراف، قانون مهم دیگر به حداقل رساندن حلقه‌های زمینی با فرکانس بالاتر یا سیگنال‌های جریان بالا است.
استانداردها و مقررات:
مطابقت با استانداردهای صنعت: CISPR به عنوان استاندارد اصلی EMI شناخته می شود. نیازهای عمومی برای انتشار الکترومغناطیسی و مصونیت دستگاه های الکتریکی با این موضوع تامین می شود. تولیدکنندگان خودرو در صنعت خودرو، CISPR را به عنوان یک استاندارد اساسی برای نیازهای EMI خود اتخاذ می‌کنند و آن را متناسب با نیازهای خودروی خاص طراحی می‌کنند. به عنوان مثال، آنها ممکن است برخی از الزامات باند انتشار فرکانس رادیویی را که مربوط به وسایل نقلیه آنها نیست، حذف کنند.
زمین و محافظ بیش از اجزای فنی در طراحی سیستم الکتریکی را تشکیل می دهند. آنها عناصر ضروری را برای ایمنی کلی، عملکرد و قابلیت اطمینان وسایل نقلیه امروزی تشکیل می دهند. مهارت در درک اصول اصول موثر زمین و روش های متنوع مورد استفاده برای کاهش EMI برای مهندسان و تکنسین های خودرو ضروری است. تسهیل ایجاد سیستم های الکتریکی محکم و قابل اعتماد، پایبندی به معیارهای قانونی و صنعتی را تضمین می کند. این امر بر نقش محوری زمین و محافظ به عنوان اجزای اساسی در قلمرو طراحی الکتریکی خودرو تأکید می کند. رعایت استانداردهای انتشار EMI به عنوان مانع اصلی در طراحی لوازم الکترونیکی خودرو می باشد. در میان دوران پیشرفت وسایل نقلیه EV، این وظیفه از نظر پیچیدگی افزایش می‌یابد و چالش بزرگ‌تری را ایجاد می‌کند.