Сучасні автомобілі оснащені великою кількістю електронних систем. Від лампочок освітлення до електроних блоків керування поєднаних цифровою мережею, яка працює за спеціальними протоколами (CAN, LIN, FlexRay, MOST). Тому і проблеми з автомобільною електронікою можуть варіюватися від простих, як-от несправний акумулятор або лампочка, до складних, включаючи збої в роботі ЕБК та датчиків. Розуміння, з яких компонентів складається електрообладнання автомобіля допоможе підтримувати свій автомобіль у відмінному технічному стані, почуватися впевнено впродовж повсякденної експлуатації та заощадити на сервісних послугах.
У цій статті ми зосередемося на основних компонентах, їх устрію та взаємодії. Інформацію стосовно типових несправностей електрообладнання і можливих методів їх діагностики та усунення шукайте в окремих матеріалах, на які будуть наданні посилання.
Основні компоненти електрообладнання автомобіля
Електронні системи автомобіля складаються з різноманітних компонентів, кожен з яких виконує важливу роль у забезпеченні справної роботи транспортного засобу. До основних складових належать:
- акумулятор
- генератор
- стартер
- електропроводка та розподільчі блоки
- датчики, реле та запобіжники
- електронні блоки керування та протоколи зв’язку
- системи безпеки: iммобілайзер та сигналізація
- система діагностування (OBD-II)
- система запалювання
- світлові прилади: зовнішні та внутрішні
- системи допомоги водієві
- електроніка салону: аудіосистема, кондиціювання, навігаційна система, мультимедійне керування на кермі та інші, в залежності від комплектування
- електричні приводи: привід склоочисника, привід склопідйомників, електродвигун опалювача салону, привід підсилювача керма
Важливо розуміти, що всі електричні компоненти авто є частиною єдиної бортової мережі, яка працює узгоджено. Вихід з ладу одного складнику може потягнути за собою проблеми з іншою частиною, або навіть непрацездатність всієї електросистеми автомобіля. Давайте розглянемо детальніше кожен з компонентів, їх функції, важливість у роботі автомобіля та взаємозв’язок між собою.
Акумулятор
Акумулятор – це джерело енергії, що забезпечує живлення всіх електричних систем автомобіля коли двигун вимкнено. Він також живить стартер під час запуску двигуна, а після його запуску основну роль у живленні систем автомобіля бере на себе генератор. Автомобільна АКБ загалом призначена видавати великий ток продовж незначного часу, саме для забезпечення роботи стартера. Але не розрахований на тривале використання іншими електроприладами без заряду генератору. Доречі, акумулятори гелевого типу можуть забезпечити більш довгострокове живлення, бо зазвичай, мають більшу ємність у порівнянні з свинцево-кислотними АКБ. Крім того, не бояться глибоких розрядів та витримують багатократні цикли зарядки-розрядки. Стосовно типів АКБ та їх переваг та недоліків читайте в нашій статті Типи акумуляторів для автомобіля.
Генератор
Генератор виробляє електроенергію за рахунок реміного приводу при обертанні двигуна. Ця електроенергія використовується для зарядки акумулятора та живлення всієї електроніки бортової мережі. Тобто, АКБ використовується, в першу чергу, для запуску двигуна. Після чого, живлення забезпечується саме генератором. Воно дозволяє відновити заряд акумулятора витрачений під час запуску двигуна стартером, та живити елетроприлади без подальшої участі АКБ. Теоретично, якщо від’єднати акумуляторну батарею від автомобіля з працюючим двигуном та справним генератором, то все повинно працювати без будь-яких змін. Дуже часто такий “тест” використовують автовласники, а можливо і деякі автомайстри, для перевірки працездатності генератору.
Робити так на сучасних автомобілях не бажано. Справа в тому, що у моменти збоїв напруги з боку генератору, акумулятор стає джерелом струму. Це дозволяє утримувати напругу бортової мережі в межах робочого діапазону, виконуючи роль згладжуючого конденсатору. При відсутності АКБ, коливання напруги з боку генератору можуть вивести з ладу бортові прилади автомобіля. Особливо вразливі елементи з напівпровідниками. Наприклад, ЕБУ. Зазначимо, що невеличкі коливання не є критичними. А найбільший стрибок напруги відбувається у момент від’єднання клеми від аккумулятора. Тому будьте обережні з подібним методом діагностики на новітніх автомобілях. Краще використовуйте прості прилади для вимірювання напруги, такі як мільтиметр.
Стартер
Стартер – це електричний мотор, який запускає двигун внутрішнього згоряння. Шестеренка стартеру (бендикс) входить в зачеп з маховиком та робить необхідну кількість обертів коленвалу для того щоб двигун почав обертатися за допомогою займання палива в циліндрах.
Тобто, стартер отримує живлення від акумулятора і перетворює електричну енергію на механічну, забезпечуючи початкове обертання двигуна до моменту його запуску, як було сказано вище.
Автомобільна проводка, розподільчі блоки та шини
Автомобільна електропроводка – це система проводів, з’єднань і роз’ємів, які передають електричний струм до таких елементів, як фари, двигун, акумулятор, сенсори та різні електронні пристрої. Сучасні автомобілі мають складні мережі проводки, які включають як силові кабелі для передачі великої потужності, так і сигнальні проводи (шини) для обміну інформацією між електронними блоками керування (ECU).
Розподільчі блоки є невід’ємною частиною автомобільної електричної системи. Вони виконують функцію централізованих вузлів, через які розподіляється електрична енергія до різних систем і компонентів автомобіля. Ці блоки містять запобіжники, реле та інші електронні компоненти, які захищають електричну систему від перевантажень і коротких замикань. Розподільчі блоки дозволяють спростити конструкцію проводки та забезпечують зручність обслуговування і діагностики електричних систем.
CAN (Controller Area Network) шина використовується для зв’язку між різними електронними компонентами та системами автомобіля. CAN-шина дозволяє електронним блокам керування обмінюватися інформацією без необхідності прямого з’єднання між кожним блоком, що спрощує архітектуру електричної системи автомобіля.
- CAN-шина підтримує швидкість передачі даних до 1 Мбіт/с, що дозволяє швидко обмінюватися інформацією між системами.
- Використання CAN-шини зменшує кількість проводів в автомобілі, оскільки один кабель може передавати дані між багатьма компонентами.
Компоненти CAN-шини
- Фізична шина: складається з двох дротів (CAN High і CAN Low), по яких передаються дані. Ці дроти забезпечують передачу диференціальних сигналів.
- CAN-контролер: компонент, що забезпечує інтерфейс між мікроконтролером та фізичним шаром CAN-шини, відповідає за формування і перевірку кадрів даних.
- CAN-трансивер: перетворює цифрові сигнали з CAN-контролера в аналогові сигнали для передачі по фізичній шині і навпаки.
Окрім CAN, існують інші важливі протоколи, такі як LIN (Local Interconnect Network), FlexRay та MOST (Media Oriented Systems Transport).
- LIN — це протокол зв’язку для низькошвидкісних додатків у автомобілях. Він розроблений для забезпечення економічно ефективної альтернативи для менш критичних систем, які не потребують високих швидкостей передачі даних.
- FlexRay — це високошвидкісний протокол зв’язку, розроблений для критично важливих систем, які вимагають високої швидкості передачі даних та надійності. Його недоліками є висока ціна та складність.
- MOST — це протокол зв’язку, спеціально розроблений для мультимедійних та інформаційних систем в автомобілях. Він забезпечує високу пропускну здатність для передачі аудіо, відео та інших мультимедійних даних.
Реле та запобіжники
Ці компоненти забезпечують захист електричних систем від перевантажень та коротких замикань. Реле керують подачею струму до різних електричних компонентів, тоді як запобіжники переривають ланцюг у разі перевищення допустимого навантаження, запобігаючи пошкодженню системи.
Датчики
Різноманітні датчики забезпечують збирання інформації про стан різних систем автомобіля. Наприклад, датчики температури, тиску мастила, швидкості, положення дросельної заслінки та інші. Дані, отримані від датчиків, використовуються електронним блоком управління для регулювання роботи систем автомобіля.
Електронні блоки керування та протоколи зв’язку
Електронний блок керування (ЕБК) – це «мозок», який контролює різні електронні системи. Мікрокомп’ютер, який отримує вхідні дані від датчиків або інших блоків, обробляє їх та відповідає керуючими сигналами. Англійськомовне позначення ECU (electronic control unit). Взагалом, сучасні автомобілі споряджені багатьма електроними блоками, а кожен блок може складатися з окремих модулей, які також є ЕБК менших (більш вузьких за призначенням) систем. Наприклад, електроний блок керування гальмами (Brake Control Unit) включає Anti-lock Braking System (ABS) Module та Electronic Stability Control (ESC) Module. Тобто, електронний блок керування спеціалізується на контролі конкретної системи або групи систем. Класифікація та підпорядкування ЕБК може варьюватися в залежності від моделі та оснащення автомобіля.
- ECU (Engine Control Unit) – блок керування двигуном
- Transmission Control Unit (TCU) – блок керування трансміссією
- Body Control Module (BCM) – блок керування бортовою мережею
- Brake Control Unit (BCU) – блок керування гальмами
- Airbag Control Unit (ACU) – блок керування подушками безпеки
- Climate Control Unit (CCU) – блок керування клімат контролем
- Parking Assist Control Unit – блок керування асистента паркування
Люксові комплектації сучасних автомобілей обладнані десятками різних ЕБК.
Обмін даними між електроними блоками керування реалізован завдяки використання стандартизованих протоколів. Таких як CAN, LIN, FlexRay, MOST.
Iммобілайзер та сигналізація
Іммобілайзер — це електронна система, яка запобігає запуску двигуна автомобіля без використання правильного ключа або пристрою. Він не є обов’язковим для всіх автомобілів, однак, з розвитком технологій та зростаючою потребою в безпеці, більшість сучасних автомобілів оснащуються цією системою.
Іммобілайзер використовує електронний чіп в ключі або брелоку, який передає код до ECU. Якщо код не співпадає, система блокує роботу двигуна або важливих систем, таких як система запалювання або паливна система. Може бути вбудованим з заводу, або встановлений окремо як додатковий захист.
Сигналізація — це система безпеки, яка повідомляє власника та оточуючих про спробу несанкціонованого доступу до автомобіля. Використовує різні сенсори (наприклад, руху, відкриття дверей, удару) для виявлення спроб несанкціонованого доступу. При виявленні загрози активується сирена або сигнал. Сигналізація має центральний блок та набір датчиків, які потрібно підключити до живлення в автомобілі. Може бути приєднана до системи центрального замка автомобіля, імобілайзера, або мати реле для розриву ланцюга запалювання.
Cистема діагностування
Система OBD-II (On-Board Diagnostics II) використовується для моніторингу та діагностики різних систем автомобіля. Вона дозволяє зчитувати дані про стан транспортного засобу та виявляти несправності. Інтерфейсом є стандартний 16-контактний роз’єм, зазвичай розташований під панеллю приладів водія. Для зчитування інформації з датчиків та кодів несправностей використовується діагностичний прилад (сканер), який підключається до цього OBD-II роз’єму. Коди несправностей мають стандартний формат, що дозволяє легко інтерпретувати їх значення. Наприклад, код P0301 вказує на пропуски запалювання в першому циліндрі. Деякі автовласники використовують портативні сканери OBD-II для самостійного моніторингу стану автомобіля. Це допомагає попередити серйозні проблеми та своєчасно звернутися до сервісу.
Система запалювання
Система запалювання відповідає за запуск двигуна та забезпечення його стабільної роботи. В залежності від типу та конструкції, вона може включати в себе різні елементи, але головна ідея будь-якої системи запалювання передати електричний імпульс на свічку запалювання для займання топливної суміші в циліндрах двигуна. На сучасних автомобілях використовується електронна мікропроцесорна система запалювання. Працює у зв’язку з електронним блоком керування двигуном, який збирає данні від різноманітних датчиків (таких як: датчик частоти обертання колінчастого вала, датчик положення розподільного вала, датчик положення дросельної заслінки, та інші) та передає їх на комутатор (транзистор) який виконує функцію перемикачу живлення первинної обмотки котушки запалювання. Залежно від системи запалювання, комутаторів може бути декілька (якщо в системі запалювання використовується кілька котушок).
Якщо, котушка встановлена безпосередньо на кожну свічу запалення (система Coil on Plug), то високовольтні дроти не використовуються, бо потреба в цьому відсутня. Це допомагає прибрати додатковий елемент загальної системи, який може вийти з ладу, а отже, робить таку систему запалення надійнішою.
Від справності сисеми запалювання залежить стабільність роботи двигуна. Проблеми з компонентами цієї системи можуть призвести до труднощів із запуском.
Світлові прилади
Світлові прилади включають зовнішнє освітлення: фари, габаритні вогні, стоп-сигнали, поворотні сигнали та внутрішнє освітлення: освітлювальні прилади в салоні автомобіля.
Різновиди автомобільних ламп
- Лампи розжарювання
- Галогенні лампи
- Ксенонові лампи
- Світлодіодні (LED) лампи
Системи допомоги водію
Системи допомоги водієві ADAS (Advanced driver-assistance systems) – включають такі технології, як система контролю сліпих зон, асистент паркування, система попередження про виїзд зі смуги та інші. Ці системи забезпечують додатковий рівень безпеки та комфорту, знижуючи ризик аварій та полегшуючи водіння. Вони залежать від точної роботи датчиків, камер та електронних блоків управління.
Електроніка салону
Електроніка салону включає в себе різноманітні системи комфорту та мультимедіа, такі як кондиціонер, аудіосистеми, навігаційні системи та інші електронні пристрої. Ці системи залежать від стабільного електроживлення. Будь-які проблеми з живленням або проводкою можуть призвести до несправності електроніки салону.
Електричні приводи (електродвигуни)
Електричні приводи використовують електроенергію для приведення в дію механічних систем, замінюючи або доповнюючи традиційні механічні приводи.
- Привід склоочисника. Електродвигун склоочисника приводить у рух важелі з щітками, які очищають скло. Сучасні приводи склоочисників часто мають кілька швидкостей роботи та режим інтервального очищення, що дозволяє оптимізувати роботу залежно від погодних умов.
- Привід склопідйомників. Використовуються для автоматичного піднімання і опускання бічних вікон автомобіля. Вони можуть бути як електричними, так і ручними, але сучасні автомобілі здебільшого обладнані електричними склопідйомниками для зручності використання.
- Електродвигун опалювача салону та вентиляції. Забезпечує циркуляцію повітря через систему вентиляції та опалення автомобіля. Він відповідає за розподіл повітря по салону, підтримуючи комфортну температуру і забезпечуючи видалення конденсату з вікон.
- Привід підсилювача керма. – електродвигун, який встановлюється на рульовій рейці для полегшення управління кермом. Завдяки електропідсилювачу керма стала можлива реалізація асистентів паркування та утримання автомобіля в смузі.