Краткий исторический обзор эволюции электрического и электронного оборудования отечественных автомобилей

УДК 338.2

Краткий исторический обзор эволюции электрического и электронного оборудования отечественных автомобилей.

Аннотация: В статье указаны основные этапы развития производства электрического и электронного оборудования в отечественном автомобилестроении, проанализированы механизмы его усовершенствования, определены перспективы дальнейшего развития.

Ключевые слова: эволюция, развитие, электрическое оборудование, электронное оборудование, отечественная промышленность.

Развитие отечественного автомобилестроения напрямую взаимосвязано с широким применением и усовершенствованием электрического и электронного оборудования. Электрическое оборудование современного автомобиля – это сложнейшая система, основные функции которой: обеспечивать автоматизацию процесса эксплуатации, повышать безопасность движения, и в целом способствовать улучшению условий труда водителя. От того, насколько надежно данное оборудование будет зависеть эффективность эксплуатации автомобиля.

Для того, чтобы понять современную картину применения электротехнического оборудования в отечественных автомобилях и определить перспективы развития данной сферы в дальнейшем, стоит обратиться к истории. Таким образом, целью данного исследования является краткий исторический анализ и выявление этапов эволюции.

В «Стратегии развития автомобильной промышлености Российской Федерации на период до 2025 года» [1] озвучены результаты работы на период до 2020 года. Отмечено, что несмотря на ряд положительных результатов, наблюдается слабая динамика развития автомобильного комплекса, неготовность автопроизводителей к выводу на мировой рынок новых продуктов, которые бы соответствовали новым современным технологиям. Определены приоритетные направления, которые напрямую взаимосвязаны с автомобильным электрооборудованием, среди них: повышение экопоказателей, улучшение энергоэффективности, усовершенствование технологии электрофикации, внедрение технологий автоматизации и роботизации и т.п. Реализация данной Стратегии невозможно без проведения научных исследований и учета исторического опыта , что и обуславливает актуальность данной работы.

Если говорить о первом применении электрической энергии в двигателях внутреннего сгорания, можно обратить к 1860 году. Использована она была для воспламенения горючей смеси [2]. Высокое напряжение для того, чтобы образовывалась электрическая искра, создавалось посредством применения простой индукционной катушки, питание она получала от гальванических элементов. Система была несовершенной и следовательно на тот период не получила широкого распространения.

Первый автомобиль был с низковольтным магнето, имевшим один подвижный электрод. Позднее в начале 1900 годов было разработано магнето высокого напряжения, представляющее собой систему зажигания с магнитоэлектрическим генератором и высоковольтной индукционной катушкой.

Зажигание электрической искрой высокого напряжения получило широкое распространение и вытеснило иные способы воспламенения горючей смеси. Оно стало наиболее предпочтительным для двигателей с принудительным воспламенением.

Так, практически с самого начала изобретения двигателя внутреннего сгорания горючую смесь в нем воспламеняли при помощи электрической искры. Впоследствии стали применяться различные способы генерирования высокого напряжения, которое необходимо для пробоя искрового промежутка свечи зажигания. Самыми распространёнными способами стали: батарейное зажигание (применяется на автомобилях) и зажигание от магнето ( гоночные автомобили).

Вследствие проблем энергетического характера и тех, что были связаны с охраной окружающей среды, остро встали вопросы повышения экономисткой целесообразности, сокращения токсичности отработанных газов. В данном случае большой вклад внесли электронные системы зажигания. На настоящий момент в промышлености налажен выпуск контактно- транзисторных и бесконтактных систем зажигания.

В 1920-х годах для того, чтобы создать устойчивую базу производства автомобильного оборудования, привлекались крупные специалисты из смежных областей техники. Таким образом, возникла отечественная школа подготовки профессионалов, которые разрабатывали и создавали конструкции собственных приборов электрического оборудования. На данном этапе исследуют процессы, протекающие в приборах, и разрабатывают различные конструкции такие специалисты как Берг, Галкин, Бонч- Бруевич, Шулейкин, Шефнер, Лихачев, Волков, Петров и т.д. [3].

Серийный выпуск отечественных электрических приборов для автомобилей был начат в начале 1930 - х годов. Устанавливались эти приборы на Московском и Горьковском автозаводах. Если сравнивать с современными электроприборами, то можно отметить, что первые были недостаточно мощными, надёжными и уступали в сроке службы. Например, мощность шестивольтового трехщеточного генератора постоянного тока на тот момент была всего 60 Вт, в фарах же были усыновлены однонитевые лампы силой света 15 свечей.

Со временем наряду с улучшением контракций автомобилей совершенствовалось и электрооборудование. Появилось новое электрооборудование: приборы световой и звуковой сигнализации, стоп- сигналы, габаритные огни (спереди и сзади), ряд контрольно-измерительных приборов, приборы для повышения комфортабельности (обогрев, стеклоочистители, вентиляторы, электроподъёмники дверей, устройства для управления коробкой передач, магнитолы и т.д.).

С середины 1920-х годов на автомобилях стала устанавливаться электрическая система пуска (в нее входили: аккумуляторная батарея, электростартер и дополнительные приборы). Аккумуляторная батарея становится важным элементом электрооборудования автомобиля.

В автомобильной промышлености стали применяться дизели, соответственно требовалось мощная система пуска. Стали проводиться работы для дальнейшего увеличения ёмкости, повышения сроков службы и общего улучшения характеристик аккумуляторах батарей. Позднее мощность стартеров большегрузного автомобиля была доведена до 10-15 кВт, а ёмкость аккумуляторной батареи – 200- 240 Ач. Аккумуляторную батарею из основного источника перевили во вспомогательные, необходимые для питания потребителя во время остановки двигателя.

Основной источник электрической энергии на автомобилях – генератор переменного тока. Генераторные установки развивались по пути вырастания их возможностей, так как увеличилась рост и мощность потребителей энергии.

В течение продолжительного времени главным источником электроэнергии в автомобильной промышлености были генераторы поясного тока. В начале 1960 –х годов в отечественной автомобильной промышлености значительно увеличился срок службы автомобилей, снизились затраты на обслуживание и ремонт. Одновременно с этим повысились требования к комфорту пассажиров и безопасности в целом. Так возникла необходимость в увеличении мощность генератора, повышение его эксплуатационных характеристик. Одновременно существенно повысились требования к максимальной частоте вращения и габаритным размерам генератора. Путем научного поиска было определено перспективное направление в развитии автомобильных генераторов. Так, в эксплуатацию вошли генераторы переменного тока. Названии это относительно условно, оно касается в основном особенностей внутренней контракции, так как у этого генератора присутствует внутренней полупроводниковый выпрямитель, и питание потребителей осуществится постоянным током (выпрямленный ток). Более 5 десятков лет на автомобилях применяли в основном генераторы постоянного тока.

В современной автомобильной промышлености (особенно для спец автомобилей) число приборов электрооборудования может достигать сотни единиц, и в перспективе количество их, также как и мощность, станет еще больше.

На определённом этапе развития электрооборудования, как было сказано выше, увеличение суммарной мощности, установленных на автомобилях потребителей, потребовало и большей мощности генераторов. Так, на автомобилях ГАЗ-14 «Чайка» и ГАЗ – 3102 установили генераторы переменного тока Г284, у которых мощность 1160 Вт, на автобусах ЛАЗ и ЛиАЗ – генераторы Г286 и Г 289, у них мощность 1200 Вт. На автомобилях семейства БелАЗ – генераторы Г263-А (мощность 4200 Вт). Перспективными стали установка генераторов переменного тока со встроеными полупроводниковыми выпрямителями, регулировка напряжения полупроводниковыми регуляторами напряжения.

Оборудование автомобилей постоянно усложнялось. Например, на автомобили «Москвич -400» было установлено 29 приборов, На КАМАЗе - 5820-100. Общая же длина проводки в итоге составила 300-350 метров. При этом в наличии около ста разъёмных электрических соединений.

На настоящий момент стоимость электрооборудования современного автомобиля составляет не менее четверти от общей стоимости машины.

Одной из поставленных задач на определённом этапе развития было довести ресурс основах элементов электроприборов до 400 тыс. км пробега машин (10 000 часов работы машины). Была запущена в производство широкая номенклатура полупроводниковых приборов для электрооборудования автомобилей. Применение полупроводниковой техники привело к тому, что приборы электрооборудования стали меньше по массе и габаритам, увеличилась их надежность. В некоторых случаях понизилась и стоимость.

За счет применения надежных изоляционных материалов, полупроводниковых приборов в схемах генераторного тока, реле регулятора, электронных систем, слитием зажигания, контрольно-измерительных приборов, спидометров, тахометров и т.д. существенно увеличился срок службы.

Благодаря распространению интегральных схем, которые выполнены за счет диффузии и селективной изоляции на кремнии, стало возможным конструирование малогабаритных, стойких к вибрациям, надежных и долговечных электроприборов. В дальнейшем планируется широкое распространение алюминиевых щитков контрольных приборов из термопластмассы, имеющих гибкую печатную схему, на которой шкалы измерительных приборов будут иметь матовое покрытие, при этом свет подсвечивающей лампы проходит только через деления и цифры, не отражается в ветровом стекле. В перспективе использование подсветки школы контрольно – измерительных приборов от одной лампы при помощи проводящего света пластмассовых волокон, в которых луч света многократно отражённый от стенок, может быть подан на несколько метров.

В связи с интенсивным развитием полупроводниковой техники перспективным считается направление исследования схем без коллекторных двигателей постоянного

В связи в с увеличение автопарка и ростом дорожно- транспортах происшествий, возникла необходимость в разработке новой системы освещения. Стали внедряться четырёхфазные и автоматически регулируемые системы освещения, фары противотуманного типа, галогеновые лампы, лампы, имеющие красные линзы и т.д. Перспективным считается использование в системах освещения полупроводниковых светоизлучающих элементов, жидких кристаллов, светодиодов.

Широко применяются приборы, поновляющие облегчить работы, вести контроль за состоянием и работоспособностью агрегатов. Контрольно-измерительные приборы подразделяют на указывающие и сигнализирующие. На современном этапе отмечена тенденция к росту количества сигнализирующих приборов.

Важнейшими направлениями в развитие электронного оборудование – усовершенствование с целью уменьшения вредного воздействия на окружающую среду. Также важно: повысить безопасность, оптимизировать процессы преобразования в двигателях и режимы движения. В связи с этим проводятся работы по созданию диагностической бортовой аппаратуры. В разработке противоблокировочные тормозные системы для большегрузных автомобилей, электронные системы устройства дозирования топлива и т.д.

Для того чтобы повысить качество, топливную экономичность , экочистоту и конкурентоспособность отечественных автомобилей производителями (ГАЗ, ВАЗ) двигатели оснащаются электронными системами управления[4]. Усложнение системы выявило ряд недочетов, к которым можно отнести увеличение функциональных и параметрических отказов, в связи с этим возникла необходимость в разработке новых методов систем диагностирования электрооборудования.

К числу приоритетных направлений в настоящий момент можно отнести исследования экологической инновационной направленности, касающиеся анализа эффективности и разработки показателей комплексной оценки воздействия на окружающую среду [5].

Отдельное направление - выпуск электромобилей, безопасных в плане воздействия на окружающую среду. Также, благодаря таким автомобилям снижается и шумовое загрязнение. Преимущества – экономия на топливе и затратах на обслуживание.

Тем не менее, пока такие автомобили не получили широко распространения, так как у аккумуляторных батарей достаточно высокая стоимость, непродолжительный срок службы. Одновременно с этим - сложности в утилизации и недостаток инфраструктуры для их зарядки.

В отечественном автомобилестроении подобные автомобили на сегодняшний момент остаются редкостью. По данным агентства Автостат на 1 января 2019 года таких автомобилей было 3600, что не достигает даже до 0, 01 % от общего количества. Среди них есть и отечественная марка - LADA Ellada – 96 штук[6].

Пока, в целом РФ, по сравнению с западными державами, в определённой степени отстает по уровню надежности, топливной экономичности, уровню комфорта и использовании новых технологий, в том числе и касающихся экологии.

Таким образом внедрение и усовершенствуй электрического и электронного оборудования является одним из приоритетных направления автомобильной промышлености на сегодняшний день .

Список использованных источников