ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΘΕΜΑ: «Παρουσίαση & Ανάλυση των αισθητηρων των αυτοκινητων για άνετη & Ασφαλή Οδήγηση»

Transcript

1 T.E.I. ANATOΛΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ & ΘΡΑΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ: ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΚΑΙ ΦYΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ Τ.Ε. ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Τ.Ε. ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗ: ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Τ.Ε. ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΘΕΜΑ: «Παρουσίαση & Ανάλυση των αισθητηρων των αυτοκινητων για άνετη & Ασφαλή Οδήγηση» Σπουδαστές: 1. ΜΠΑΡΛΟΣ ΕΥΘΥΜΙΟΣ του Αναστασίου (Α.Ε.Μ. m 4778) 2. ΙΓΓΛΕΖΟΣ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ του Αναστασίου (Α.Ε.Μ. m 4859) Εισηγητής & Επιβλέπων Καθηγητής: ΙΩΑΝΝΗΣ Θ. ΑΡΑΜΠΑΤΖΗΣ ΚΑΒΑΛΑ Οκτώβριος

2 ΣΥΓΧΡ ΝΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ ΑΝΤΛΗΣΗΣ Σπουδαστής:.. Επιβλέπουν Καθηγητής:. Καβάλα Νοέμβρης

3 Αφιερώνεται.. 3

4 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Η εργασία αυτή αποτελεί την Πτυχιακή μου Εργασία στα πλαίσια των σπουδών μου στο Τμήμα Μηχανολογίας του Τ.Ε.Ι Καβάλας. Η εκπόνησή της ξεκίνησε τον Σεπτέμβρη του 2014 και ολοκληρώθηκε τον Νοέμβρη του 2014, υπό την επίβλεψη του Δρ. Αραπατζή Ιωάννη Καθηγητή Εφαρμογών του Τομέα Μηχανολογίας, του Τμήματος Μηχανολόγων Μηχανικών Τ.Ε. της Σχολής Τεχνολογικών Εφαρμογών, του Τ.Ε.Ι Ανατολικής Μακεδονίας και Θράκης. Η παρούσα εργασία, είχε ως σκοπό την Παρουσίαση & Ανάλυση των Αισθητήρων των Αυτοκινήτων για Άνετη & Ασφαλή Οδήγηση αυτών. Ο τελικός στόχος αυτής ήταν η συγκέντρωση στοιχείων, η διατύπωση παρατηρήσεων και η εξαγωγή συμπερασμάτων τα οποία πιθανό να φανούν χρήσιμα στη μελλοντική ευρεία χρήση της Παρουσίασης και Ανάλυσης του Αυτοκινήτου. Η ιδιαίτερη αγάπη µου για το αντικείµενο που σπουδάζω και η προσπάθειά µου να γίνω µέρος της σύγχρονης τεχνολογικής κουλτούρας µε οδήγησε σαυτήν την εργασία. Είµαι πεπεισµένος πως σήµερα ο κοινός πολίτης θα πρέπει να αντιλαµβάνεται πως η κοινωνία αλλάζει το δεδοµένο φυσικό περιβάλλον και δηµιουργεί ένα νέο τεχνητό περιβάλλον σύµφωνα µε τις ανάγκες, καθώς επίσης και να εξετάζει εναλλακτικές λύσεις για την επίλυση τεχνολογικών προβληµάτων. Παρακολουθώ στενά τις εξελίξεις της τεχνολογίας στα αυτοκίνητα και ιδιαίτερα τις προσπάθειες που γίνονται για την ενσωµάτωση multimedia χαρακτηριστικών, νέων τρόπων επικοινωνίας, νέων λειτουργικών συστηµάτων και άλλα πολλά. Καλό το ABS, το EBD και τα λοιπά ηλεκτρονικά, αυτό που ενδιαφέρει όµως σήµερα είναι το επόµενο βήµα, ο οργασµός δραστηριότητας στα ερευνητικά κέντρα των αυτοκινητοβιοµηχανιών σε κάθε γωνιά του πλανήτη και το αντίκτυπο στον οδηγό - αγοραστή. Κατά την γνώµη µου οι προσπάθειες επικεντρώνονται σε νέους τρόπους σύνδεσης, επικοινωνίας και ανταλλαγής πληροφοριών µέσα από το αυτοκίνητο αλλά και στην ανάπτυξη κάποιου είδους νοηµοσύνης για το ίδιο το αµάξι. Για την ώρα, τα βήµατα προς αυτές τις κατευθύνσεις είναι µικρά, τα νέα χαρακτηριστικά εµφανίζονται σιγά σιγά, ενώ κάποια από αυτά απαιτούν ο ιδιοκτήτης να έχει βάλει το χέρι βαθειά στην τσέπη. Το µέλλον διαγράφεται λαµπρό αλλά δυστυχώς στις µέρες µας η super wow τεχνολογία για τον Ευρωπαίο και Έλληνα της διπλανής πόρτας περιορίζεται σε Bluetooth, φωνητικές εντολές, σύνδεση µε DAP και ίσως GPS. 4

5 Στη σύγχρονη κοινωνία η µόνη σίγουρη σταθερά είναι οι έντονες µεταβολές. Οι πηγές πληροφόρησής µου που βασίστηκαν στο Internet, µε δίδαξαν ότι χρειάστηκα βοήθεια για να βρω το δρόµο µέσα από τον λαβύρινθο των πληροφοριών και να ψάξω να βρω τι είναι χρήσιµο για τις δικές µου ανάγκες. Στόχος της βιβλιογραφικής µου έρευνας είναι η καταγραφή και ανάλυση αισθητήρων αυτοκινήτων και µέσα από την παρατήρηση και παρακολούθηση των εξελίξεων στην τεχνολογία να επισηµανθεί η σύγχρονη αντίληψη γι αυτούς και η συµβολή τους στην ασφάλεια του οχήµατος και πληρώµατος. Αισθάνομαι την υποχρέωση να ευχαριστήσω θερμά τον καθηγητή μου Δρ. Αραπατζή Ιωάννη για την ανάθεση του θέματος, όσο και για το αμείωτο ενδιαφέρον και την προθυμία του στην εξεύρεση πληροφοριών, για τις εύστοχες υποδείξεις σχετικά με τον τρόπο χειρισμού του θέματος, καθώς επίσης και για την αμέριστη βοήθεια, καθοδήγηση και συμπαράσταση που μου παρείχε όλο αυτό το διάστημα. Η συμβολή του στην πραγματοποίηση αυτής της εργασίας ήταν καθοριστική. Ένα μεγάλο ευχαριστώ στους γονείς μου και.. μου, για την εμπιστοσύνη τους στις δυνάμεις μου, για τη συνεχή συμπαράσταση και υποστήριξη που είχα από μέρους τους καθώς και για την υπομονή και κατανόηση που μου έδειξαν ιδιαίτερα κατά τη διάρκεια των σπουδών μου. Τελειώνοντας, θα ήταν παράλειψή μου να μην αναφερθώ στους καθηγητές και στους συμφοιτητές μου, για την προθυμία με την οποία μου παρείχαν τη βοήθειά τους, όποτε τη χρειάστηκα, καθώς επίσης και σε όλους αυτούς που ανήκουν στο φιλικό μου περιβάλλον, οι οποίοι μου συμπαραστάθηκαν και με ενθάρρυναν κατά την προσπάθεια πραγματοποίησης των στόχων μου. Μπάρλος Ευθύμιος Ιγγλέζος Παναγιώτης Οκτώβρης

6 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Η παρούσα εργασία, µε θέµα «Παρουσίαση & Ανάλυση των Αισθητήρων των Αυτοκινήτων για Άνετη & Ασφαλή Οδήγηση αυτών» διερνεργήθηκε στα πλάισια της πτυχιακής μου. Μετά τον πρόλογο όπου αναφέρεται ο λόγος επιλογής του θέµατος και τις ευχαριστήριες αναφορές µου, στην εισαγωγή επισηµαίνεται η σηµαντική θέση που καταλαµβάνουν στο χώρο του αυτοκινήτου τα ολοκληρωµένα κυκλώµατα, οι ηλεκτρονικοί αισθητήρες και γενικά όλες οι εφαρµογές της µικροµηχανικής και της νανοτεχνολογίας, καθώς και τους προβληµατισµούς για τις επιρροές και τα αποτελέσµατα της εφαρµογής τους στο ρόλο του οδηγού. Στο 1ο και το 2ο Κεφάλαιο γίνεται µια θεωρητική προσέγγιση στους αισθητήρες και τα είδη αυτών στο σύγχρονο αυτοκίνητο, καθώς και αναφορά και ανάλυση του ρόλου και της λειτουργίας αυτών. Η ταξινόµηση αυτών ανάλογα µε κάποιο κριτήριο, η ανάλυση των χαρακτηριστικών τους και το περιβάλλον στο οποίο λειτουργούν καθώς και ο διαχωρισµός αυτών σε είδη ανάλογα µε τη χρήση τους. Παρατηρώντας τα σχήµατα και τις εικόνες σε όλη την εργασία βλέπουµε την ποικιλία των αισθητήρων, που υπάρχουν στο σύγχρονο αυτοκίνητο. Τα σηµερινά προηγµένα συστήµατα ελέγχου των αυτοκινήτων έχουν απαίτηση ενός µεγάλου αριθµού σηµάτων εισόδου "έξυπνων" αισθητήρων, για να ικανοποιήσουν τις απαιτήσεις συµπεριφοράς και αξιοπιστίας των αυτοκινήτων. Αυτοί οι αισθητήρες πρέπει να έχουν υψηλές προδιαγραφές, συστήµατα προστασίας και αυτοδιάγνωσης, σε συνδυασµό µε πάρα πολύ χαµηλό κόστος κατασκευής. Το 3ο Κεφάλαιο αναφέρεται στην ασφάλεια του οχήµατος και του πληρώµατος. Επίσης στις δυο κύριες κατηγορίες στις οποίες χωρίζεται η ασφάλεια αυτού. Στην ενεργητική και παθητική ασφάλεια. Ενεργητική ασφάλεια ονοµάζεται η ασφάλεια που παρέχεται στον οδηγό από τα διάφορα συστήµατα του αυτοκινήτου που συµµετέχουν στην αποφυγή ενός 6

7 ατυχήµατος (σύστηµα πέδησης, σύστηµα αντι-µπλοκαρίσµατος τροχών ABS, TCS). Παθητική ασφάλεια ονοµάζεται η ασφάλεια που παρέχει η καµπίνα και γενικότερα το αµάξωµα στους επιβάτες σε περίπτωση σύγκρουσης. Η παθητική ασφάλεια περιλαµβάνει εκτός του αµαξώµατος και όλα εκείνα τα συστήµατα που προστατεύουν τον οδηγό και τους επιβάτες κατά τη σύγκρουση και διακρίνεται σε εξωτερική και εσωτερική παθητική ασφάλεια. Σήµερα η εξέλιξη του αυτοκινήτου είναι µια συνεχής εξέλιξη της ενεργητικής και παθητικής ασφάλειας: Φρένα, ενεργητικές αναρτήσεις, συστήµατα cruise control µε ραντάρ για να κρατούν σταθερή την προκαθορισµένη απόσταση από τα προπορευόµενα οχήµατα επιταχύνοντας και φρενάροντας το όχηµα αυτόµατα, φώτα, ανιχνευτές ύπνου, εργονοµικά καθίσµατα, ζώνες ασφαλείας, αερόσακοι, αυτόµατη ενεργοποίηση αλαρµ,ενηµέρωση για ακούσια αλλαγή λωρίδας είναι µερικά από Σύγχρονη αντίληψη για τους αισθητήρες του αυτοκινήτου Ασφάλεια του οχήµατος και του πληρώµατος αυτά. Τα σηµερινά αυτοκίνητα είναι ιδιαίτερα ασφαλή, αλλά σε καµία περίπτωση ο παράγοντας άνθρωπος δεν µπορεί να προβλεφθεί. Γι αυτό το καλύτερο και πιο εξελιγµένο σύστηµα ασφάλειας είναι ο ίδιος µας ο εαυτός. Η αποφυγή ατυχηµάτων µε χρήση νέων τεχνολογιών αποτελεί ζωτικό τµήµα της φιλοσοφίας ασφαλείας Ο στόχος των µηχανικών της GM/Opel κατά την εξέλιξη της τρίτης γενιάς Astra ήταν σαφής: να επιτύχουν το υψηλότερο δυνατό επίπεδο ενεργητικής και παθητικής ασφάλειας. Κατάφεραν να πραγµατοποιήσουν αυτό το στόχο χάρη στο ολοκληρωµένο σύστηµα ασφάλειας SAFETEC και στις πλείστες καινοτοµίες, µε τη συµβολή των οποίων, το νέο Astra θέτει πρότυπα ακόµα και ανώτερα της κατηγορίας του. Το υψηλό επίπεδο παθητικής ασφάλειας επιβεβαιώνεται για µία ακόµα φορά: µετά την διεξαγωγή δοκιµών πρόσκρουσης, ο σύνδεσµος προστασίας καταναλωτών Euro NCAP (European New Car Assessment Program) απένειµε στο Astra τη βαθµολογία των πέντε αστέρων για την ασφάλεια επιβατών. Με ένα συνολικό σκορ 34 βαθµών, το Euro NCAP χαρακτηρίζει το δηµοφιλέστερο µοντέλο της Opel ως το ασφαλέστερο του είδους του στην κατηγορία των συµπαγών (µικρών οικογενειακών) αυτοκινήτων. Όλα αυτά αναλύονται στο 4ο Κεφάλαιο στην προσπάθεια να δώσω ένα ενδεικτικό παράδειγµα σε συγκεκριµένο αυτοκίνητο ενεργητικής και παθητικής σσφάλειας. Τα συστήµατα συναγερµού που αποτελούν διεθνώς την πιο συµφέρουσα και αποτελεσµατική λύση για την αύξηση της ασφάλειας της περιουσίας όλων αναλύονται στο 5ο Κεφάλαιο. Στα 7

8 πλαίσια τής προσπάθειας αύξησης της οδικής ασφάλειας και µείωσης των ατυχηµάτων αναπτύχθηκαν και συνεχίζονται να αναπτύσσονται σειρά προηγµένων συστηµάτων υποστήριξης του οδηγού, όπως ειδικές κάµερες και ραντάρ εντοπισµού εµποδίων, συστήµατα πληροφόρησης, καθοδήγησης και εύρεσης διαδροµής κ.λ.π. Γενικά ο σκοπός αυτής της πτυχιακής είναι να δείξει την σημαντικότητα και την χρησιμότητα των αισθητήρων στο αυτοκίνητο σε τομείς που αφορούν την ασφάλεια, την άνεση, την αποδοτικότητα, την οικολογία και την οδηγική συμπεριφορά. Επίσης στο τέλος της πτυχιακής γίνεται αναφορά στο μέλλον της τεχνολογίας των αισθητήρων στο αυτοκίνητο και μία παρουσίαση σε καινοτόμες ιδέες που έχουν εφαρμοστεί πρόσψατα σε διάφορα μοντέλα αυτοκινήτων. Χάρη στη µεγάλη ανάπτυξη του τοµέα των τηλεπικοινωνιών έχει αναπτυχθεί µεγάλος αριθµός τέτοιων συστηµάτων τα τελευταία χρόνια. Η σηµαντική µάλιστα µείωση του κόστους τόσο του εξοπλισµού όσο και των σχετικών τηλεµατικών υπηρεσιών έχει ως αποτέλεσµα την επέκτασή τους και στα αυτοκίνητα µεσαίου κυβισµού και κόστους. Οι βασικότερες κατηγορίες τέτοιων προηγµένων συστηµάτων υποστήριξης του οδηγού καθώς και οι αναµενόµενες επιδράσεις τους στην οδική ασφάλεια αναφέρονται στο 6ο Κεφάλαιο. Καθηµερινά 5 άνθρωποι, κατά µέσο όρο, χάνονται στην Ελλάδα, 300 στην Ευρώπη και σε όλο τον κόσµο από τροχαία δυστυχήµατα! Αυτή τη ζοφερή πραγµατικότητα προσπαθούν να αντιµετωπίσουν εδώ και κάµποσα χρόνια οι κατασκευαστές αυτοκινήτων και κυρίως οι συνεργαζόµενοι µ αυτούς οίκοι ηλεκτρονικών εφαρµογών. Ο αριθµός αυτός πρέπει να έχει δραστικά µειωθεί στις χώρες της Ε.Ε., βάσει εντολής της Κοµισιόν, µέχρι το Τις αναµενόµενες επιδράσεις στην οδική ασφάλεια καθώς και µια αναφορά στο ενεργειακό µέλλον και στα συστήµατα αισθητήρων γενικά, τα οποία αρχίζουν να έχουν σηµαντική απήχηση τόσο στη βιοµηχανία, όσο και στην καθηµερινή µας ζωή αναλύει το τελευταίο κεφάλαιο. Όπου τονίζεται ότι η ενσωµάτωσή τους στις τηλεπικοινωνίες και την πληροφορική θα διαδραµατίσει καθοριστικό ρόλο όχι µόνο για την ασφάλεια των αυτοκινήτων, αλλά και σε πληθώρα σηµαντικών εφαρµογών όπως η παρακολούθηση του περιβάλλοντος, η δηµόσια ασφάλεια και διάσωση, ο έλεγχος των υποδοµών και των κατασκευών, η ιατρική και η βιολογία. 8

9 Η εργασία κλείνει µε τα συµπεράσµατα, τη βιβλιογραφία και ένα παράρτηµα µε εικόνες από αυτοκίνητα. Για να ανταποκριθούµε επιτυχώς στον απρόβλεπτο κόσµο µας, είναι απαραίτητη η απόκτηση σωστών πληροφοριών. Αυτή η λεπτή εργασία γίνεται σε κάθε σύγχρονο αυτοκίνητο από πολύ ειδικούς και ευαίσθητους µηχανισµούς, τους αισθητήρες. Οι αισθητήρες µετατρέπουν συνήθως τις πληροφορίες σε ηλεκτρικά σήµατα τάσης. Οι πληροφορίες αυτές µπορεί να αφορούν στη µεταβολή της θέσης διάφορων εξαρτηµάτων, στην κίνηση αξόνων, στην πίεση και στη θερµοκρασία υγρών και αερίων σε συστήµατα του αυτοκινήτου, στην ταχύτητα κίνησης, στη σύσταση των καυσαερίων κλπ. Η τεχνολογία στην κατασκευή αισθητήρων εξελίσσεται ραγδαία. Στο εµπόριο υπάρχουν πολλοί διαφορετικού τύπου αισθητήρες, που µπορεί να δώσουν πληροφορίες για το ίδιο µέγεθος. Πάντοτε όµως επικρατούν οι αισθητήρες, που έχουν τα καλύτερα τεχνικά χαρακτηριστικά, µεγάλη αντοχή και βέβαια την πιο προσιτή τιµή. 9

10 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΡΟΛΟΓΟΣ ΠΕΡΙΛΗΨΗ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΗ 1.1 Ορισμός Αισθητήρα Γενικά Στοιχεία Αισθητήρων Ο ρόλος των Αισθηρήρων στο Αυτοκίνητο Ταξινόμηση Αισθητήρων κατά Κριτήριο Χαρακτηριστικά και Περιβάλλον των Αισθητήρων ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΑΙΣΘΗΤΗΡΕΣ 2.1 Στατικά Χαρακτηριστικά Αισθητήρων Κατηγορίες Αισθητήρων Τα είδη των Αισθητήρων του Αυτοκινήτου Άλλοι Αισθητήρες Μετατροπείς

11 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΓΕΝΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟΥ - ΑΙΣΘΗΤΗΡΩΝ 3.1 Ιστορία Ορισμός Αυτοκινήτου Κατηγορίες Αισθητήρων Απαραίτητα μέρη για την Λειτουργία του Αυτοκινήτου Φυσικά μεγέθη προς μέτρηση στο Αυτοκίνητο...41 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΑΙΣΘΗΤΗΡΕΣ ΣΤΟ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟ 4.1 Εισαγωγικά Αισθητήρες στον Κινητήρα Αισθητήρες στα Συστήματα του Αυτοκινήτου που αφορούν την άνεση και τον Εξοπλισμό Αισθητήρες στα Ηλεκτρονικά Συστήματα Αισθητήρες στο Σύστημα Μετάδοσης.. 46 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5: ΑΣΦΑΛΕΙΑ ΟΧΗΜΑΤΟΣ 5.1 Ασφάλεια του Οχήματος και του Ππηρώματος Ενεργητική Ασφάλεια Παθητική Ασφάλεια Πρωτοποριάκα Συστήματα Ασφάλειας Νέες Τεχνολογίες Αισθητήρων & οι επιδράσεις τους στην Οδική Ασφάλεια.. 68 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6: ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ

12 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7: ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ ΕΙΣΑΓΩΓΗ Πριν από κάποιες δεκαετίες κανείς µας δεν θα πίστευε ότι στο χώρο του αυτοκινήτου σηµαντική θέση θα καταλάµβαναν τα ολοκληρωµένα κυκλώµατα, οι ηλεκτρονικοί αισθητήρες και γενικά όλες οι εφαρµογές της µικροµηχανικής και της νανοτεχνολογίας.είναι σίγουρα λογικό το γεγονός πως πριν απο µια µε δυο δεκαετίες αν κάποιος µας µίλαγε για ολοκληρωµένα κυκλώµατα και για πλήθος αισθητήρων που χρησιµοποιούνται σε ένα αυτοκίνητο ελέγχοντας πολλές παραµέτρους τόσο του κινητήρα, όσο και του οχήµατος γενικότερα, δεν θα τον πιστεύαµε. Αυτή την εποχή λοιπόν πολλές γνωστές εταιρείες κατασκευάζουν τέτοια κυκλώµατα, που συνήθως τοποθετούνται στους αισθητήρες που υπάρχουν στα καινούργια αυτοκίνητα, µε σκοπό πάντα να βελτιώσουν κάποιους από τους παράγοντες που σχετίζονται µε την ασφάλεια και την άνεση της οδήγησης και την αξιοπιστίας και την διαχείριση του κινητήρα. Η αλήθεια είναι πως από την στιγµή που εµφανίσθηκαν οι πρώτοι αισθητήρες και τα πρώτα ηλεκτρονικά συστήµατα και βοηθήµατα, θα ήταν φύση αδύνατο να µην παίξουν καθοριστικό ρόλο όλα αυτά τα ολοκληρωµένα κυκλώµατα τα οποία χαρακτηρίζονται από την τελευταία λέξη της τεχνολογίας. Αυτά τα ολοκληρωµένα κυκλώµατα όπως είναι γνωστό υπάγονται στον χώρο της µικροµηχανικής τεχνολογίας και µάλιστα τα τελευταία χρόνια καθοριστικής σηµασίας είναι και ο χώρος της νανοτεχνολογίας ο οποίος ασχολείται και αυτός µε προηγµένα ηλεκτρονικά κυκλώµατα, απλά η µόνη διαφορά είναι στο µέγεθός τους που µπορεί να κυµαίνεται σε κάποια χιλιοστά έως και εκατοµµυριοστά του χιλιοστού. Η µικροµηχανική τεχνολογία, που µας αφορά περισσότερο αυτή την στιγµή, επιτρέπει την οικονοµική παραγωγή προηγµένων αισθητήρων που χαρακτηρίζονται από το εξαιρετικά µικρό τους βάρος και το µικρό τους µέγεθος. Το ολοκληρωµένο κύκλωµα που τοποθετείται στο εσωτερικό των αισθητήρων έχει συγκεκριµένη δοµή και το µέγεθός τους δεν ξεπερνάει ορισµένα εκατοστά του µικροµέτρου, ενώ περιβάλλεται από έναν σιλικονούχο ηµιαγωγό λειτουργώντας σαν προστατευτικό υλικό και το οποίο σε υψηλές θερµοκρασίες αποσυντίθεται. Ενδεικτικά αναφέρεται πως οι αισθητήρες που κατασκευάζονται για την διαχείριση του κινητήρα των σηµερινών αυτοκινήτων χρησιµοποιούνται από το 1994, ενώ από το

13 κατασκευάστηκαν οι πρώτοι αισθητήρες επιτάχυνσης που σχετίζονταν άµεσα µε το σύστηµα αντιµπλοκαρίσµατος των φρένων ABS. Στη συνέχεια εµφανίσθηκαν και οι αισθητήρες που σχετίζονταν µε την παρέκλιση του αυτοκινήτου από την κανονική του πορεία, που όπως είναι γνωστό χρησιµοποιούνται στο γνωστό µας σύστηµα ESP αλλά και στα γνωστά σε όλους µας συστήµατα πλοήγησης (navigation). Και βέβαια αν νοµίζετε ότι η εξελικτική πορεία των αισθητήρων και γενικότερα της µικροµηχανικής τεχνολογίας τελειώνει εδώ δυστυχώς έχετε κάνει λάθος µιας και από το 2001 έχουν κάνει αισθητή την παρουσία τους και οι αισθητήρες που µπορούν να ανιχνεύσουν την πιθανότητα ανατροπής του οχήµατος ανάλογα µε τις εκάστοτε συνθήκες. Άρα λοιπόν στη σηµερινή εποχή είναι φανερό πως ο τοµέας των ηλεκτρονικών και συγκεκριµένα των ολοκληρωµένων κυκλωµάτων που χρησιµοποιούνται για την κατασκευή των διαφόρων αισθητήρων που τοποθετούνται στα αυτοκίνητα, δεν παρουσιάζει µια στάσιµη πορεία, αλλά αντιθέτως σηµειώνει µια ανοδική πορεία διαρκούς εξέλιξης και βελτίωσης. Αυτό το φαινόµενο σίγουρα µας αρέσει και µας γεµίζει µε ικανοποίηση και βεβαιότητα πως τα επόµενα χρόνια πολλά πράγµατα θα έχουν αλλάξει στο χώρο του εξοπλισµού και ειδικά στον τοµέα των παρελκοµένων του κινητήρα του αυτοκινήτου. Η ύπαρξη αρκετών αισθητήρων πάνω στο αυτοκίνητο σίγουρα δεν αγχώνει τους περισσότερους από εµάς, αντιθέτως µας δηµιουργεί την πεποίθηση ότι όσο περισσότερα τόσο καλύτερα, αφού ο σκοπός της ύπαρξής τους είναι είτε προστατευτικός, είτε βελτιωτικός, αν και εφόσον σχετίζεται άµεσα µε την απόδοση και τον τρόπο λειτουργίας του κινητήρα. εν πρέπει ωστόσο να ξεχνάµε ότι µια µεγάλη αύξηση των αισθητήρων στα σηµερινά και µελλοντικά αυτοκίνητα, αυξάνει µε όµοιο τρόπο και τον αριθµό των ηλεκτρονικών συστηµάτων που θα υπάρχουν σε αυτά, αφού για να είναι αξιοποιήσιµες όλες οι πληροφορίες οι οποίες παρέχονται από τους διάφορους αισθητήρες θα πρέπει να οδηγούνται σε κάποιο ανάλογο σύστηµα το οποίο θα τις συλλέγει, θα τις αναλύει και αναλόγως θα εξάγει αποτελέσµατα που θα ρυθµίζουν αναλόγως πολλές από τις παραµέτρους του αυτοκινήτου. Ίσως δεν θα πρέπει να φτάσουµε λοιπόν σε ένα επίπεδο όπου θα κυριαρχούν, ας πούµε, τα ηλεκτρονικά παρελκόµενα του αυτοκινήτου σε βάρος του οδηγού, διαπιστώνοντας σε µια τέτοια περίπτωση πως ο ρόλος του οδηγού θα έχει αλλοιωθεί πλήρως. Όσο όµως η µικροµηχανική και η νανοτεχνολογία θα υπάρχουν και θα διαδραµατίζουν καθοριστικό ρόλο στην εξελικτική πορεία της τεχνολογίας, οι επιρροές θα είναι πολλές και τα αποτελέσµατα ίσως µη ανατρέψιµα. 13

14 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Ο ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΗ 1.1 ΟΡΙΣΜΟΣ ΑΙΣΘΗΤΗΡΑ Στην εποχή μας, μία εποχή τεχνολογικής επανάστασης, οι περισσότεροι από εμάς μπορούν να αντιληφθούν την σημασία των αισθητήρων στην ζωή μας και ειδικότερα την σημαντικότητα των αισθητήρων καθώς και των εφαρμογών της νανοτεχνολογίας και της μικρό-μηχανικής σε ένα αυτοκίνητο. Αυτό ασφαλώς πριν από χρόνια δεν ήταν εφικτό γιατί δεν είχαν αναπτυχθεί καταλλήλως αυτές οι εφαρμογές αλλά και σι αντίστοιχες τεχνικές ανάπτυξης. Στην σημερινή εποχή όμως που η τεχνολογία αναπτύσσεται και διαρκώς εξελίσσεται, οι αισθητήρες δεν μπορούν παρά να προσφέρουν πολλά σε ένα αυτοκίνητο όπως άνεση, ασφάλεια, Ποιότητα και αξιοπιστία και φυσικά μπορούν να προσφέρουν και ακόμα περισσότερα στο μέλλον. Ενα αυτοκίνητο με τους αισθητήρες του και με το τρόπο που αυτοί συνδέονται με το αυτοκίνητο και το «εγκέφαλο» του και λειτουργούν σαν ένας ενιαίος μηχανισμός, θα μπορούσε να παρομοιαστεί με έναν άνθρωπο, με ένα ανθρώπινο σώμα. Δηλαδή όπως ο άνθρωπος έχει τα αισθητήρια όργανα του (μάτια, μύτη, στόμα, χέρια, αυτιά), έτσι και το αυτοκίνητο έχει τα δικά του αισθητήρια. Η σύνδεση των αισθητήριων οργάνων με τον εγκέφαλο στον άνθρωπο γίνεται μέσω των νεύρων. Ετσι, όταν π.χ. το μάτι λάβει ένα οπτικό σήμα, τότε τα οπτικά νεύρα στέλνουν αμέσως το σήμα στον εγκέφαλο και αυτός με την σειρά του καταγράφει τα δεδομένα και στέλνει διάφορα σήματα προς το ανθρώπινο σώμα. Με την σειρά του το ανθρώπινο σώμα ανταποκρίνεται στο σήμα που λαμβάνει από τον εγκέφαλο με την μορφή της αντίδρασης. 14

15 Στο αυτοκίνητο αυτή η διαδικασία που περιγράφτηκε παραπάνω γίνεται με τα αναλογικά και ψηφιακά σήματα τα οποία τα λαμβάνει ο «εγκέφαλος» του αυτοκινήτου. Ο εγκέφαλος ενός αυτοκινήτου ή Μονάδα Ελέγχου Κινητήρα ή Κεντρική Ηλεκτρονική Μονάδα Ελέγχου χρησιμοποιείται στα σύγχρονα αυτοκίνητα για να ελέγχει όλες τις λειτουργίες των ηλεκτρικών συστημάτων αλλά και άλλων υποσυστημάτων του οχήματος. Οι αισθητήρες λοιπόν αυτό που έχουν να κάνουν είναι να συλλέξουν πληροφορίες και να τις μεταβιβάσουν στη μονάδα ελέγχου κινητήρα. Η μονάδα ελέγχου κινητήρα με την σειρά της επεξεργάζεται τις πληροφορίες που της παρέχονται και στην συνέχεια δίνει εντολές σε άλλα υποσυστήματα του οχήματος. Ετσι λοιπόν λειτουργεί ο «εγκέφαλος» του αυτοκινήτου σε συνεργασία με τα αισθητήρια όργανα ώστε να μας προσφέρουν ασφάλεια, ποιότητα και άνεση στο αυτοκίνητο μας. Εικόνα 1: Αισθητήρας Οι αισθητήρες είναι συσκευές που ανιχνεύουν ένα σήμα ή μια διέγερση από το περιβάλλον τους και παράγουν από αυτό μια μετρήσιμη έξοδο. Στην αγγλική ορολογία σι αισθητήρες αναφέρονται με την ονομασία sensors αλλά μπορούμε επίσης να τους βρούμε με τις ονομασίες detectors & converters. Οι αισθητήρες έχουν διάφορες μορφές ώστε να μπορούν να μετρούν διάφορες φυσικές ποσότητες. Περισσότερα από 1600 αισθητήρια είναι σήμερα διαθέσιμα για την μετατροπή ενός φυσικού μεγέθους σε ηλεκτρικό σήμα. Μερικές από τις φυσικές ποσότητες που συναντώνται συχνά και απαιτούν μέτρηση είναι η ταχύτητα, η θέση, η θερμοκρασία, η 15

16 δύναμη, η ροή και η στάθμη υγρών, η πίεση και η επιτάχυνση. Η καλύτερη κατανόηση των φυσικών φαινομένων και η ανάπτυξη νέων υλικών, είχε ως αποτέλεσμα την κατασκευή αισθητηρίων με υψηλή ακρίβεια, γρήγορη απόκριση και ευρεία περιοχή μέτρησης. Αξίζει να αναφερθεί ότι συχνά υπάρχει μία σύγχυση και μία ασάφεια όσο αναφορά την διαφορά ενός αισθητήρα από ένα μετατροπέα. Ειδικά στην βιβλιογραφία οι όροι αυτοί χρησιμοποιούνται ελεύθερα και πολλές φορές έχουν την ίδια σημασία. Ο μετατροπέας όμως έχει μία ελαφρά διαψορά από το αισθητήριο παρότι αυτοί οι δύο όροι είναι παρόμοιοι. Ο μετατροπέας είναι οποιαδήποτε συσκευή που μετασχηματίζει μία μορφή ενέργειας σε μία άλλη, οπότε ένας αισθητήρας είναι και μετατροπέας αλλά αυτό δεν σημαίνει ότι όλοι οι μετατροπείς είναι απαραίτητα και αισθητήρες. Ενα πολύ απλό παράδειγμα είναι ένας λαμπτήρας πυρακτώσεως ο οποίος μπορεί να χαρακτηριστεί ως μετατροπέας διότι μετατρέπει την ηλεκτρική ενέργεια σε θερμότητα και φωτεινή ενέργεια. Σε καμία περίπτωση όμως δεν μπορεί ένας λαμπτήρας πυρακτώσεως να χαρακτηριστεί ως αισθητήριο όταν ο σκοπός του λαμπτήρα είναι απλά για φωτισμό. Εάν όμως ένας τέτοιος λαμπτήρας χρησιμοποιούνταν για να μας υποδεικνύει αν το κύκλωμα που είναι συνδεδεμένος διαρρέεται από ρεύμα τότε μπορεί να χαρακτηριστεί και σαν αισθητήριο. Αυτό το παράδειγμα είναι χαρακτηριστικό σε ότι αναφορά την διαφορά ανάμεσα στους όρους του μετατροπέα και του αισθητήρα. Για την επιλογή ενός αισθητήρα οι παράμετροι που ελέγχουμε είναι το κόστος, η ποιότητα, η αξιοπιστία, η καταλληλότητα μορφής αισθητήρα, η γραμμικότητα, η διακριτική ικανότητα, σι συνθήκες λειτουργίας, η ποιότητα της απαιτούμενης πληροψορίας και άλλα πολλά. Η χρήση των αισθητήρων στην αυτοματοποίηση διάφορων συστημάτων, επέφερε πολλά θετικά συνεπακόλουθα όπως π.χ. στον παραγωγικό τομέα: Αύξηση της παραγωγικότητας Χαμηλό κόστος παραγωγής Συνεχή λειτουργία χωρίς λάθη Ασφάλεια του προσωπικού και των μηχανημάτων Οι αισθητήρες γενικά χρησιμοποιούνται για συλλογή πληροφοριών και για έλεγχο συστημάτων. Οι αισθητήρες που χρησιμοποιούνται για την συλλογή δεδομένων παρέχουν τις 16

17 πληροφορίες με σκοπό την γνωστοποίηση τους στον χρήστη, έτσι ώστε αυτός να γνωρίζει την τρέχουσα κατάσταση των παραμέτρων που ελέγχονται καθώς και την εξέλιξη τους. Οι αισθητήρες που χρησιμοποιούνται στα συστήματα ελέγχου δεν διαφέρουν από αυτούς που χρησιμοποιούνται για συλλογή πληροφοριών αλλά διαψέρουν στον τρόπο αξιοποίησης αυτής της πληροψορίας. Το σήμα του αισθητήρα σε ένα σύστημα ελέγχου τροφοδοτεί έναν ελεγκτή, ο οποίος παράγει μία έξοδο η οποία ρυθμίζει την τιμή της υπό μέτρηση παραμέτρου. Ενα παράδειγμα τέτοιου συστήματος είναι το γνωστό ΑΒS σε ένα αυτοκίνητο. «Αισθητήρας είναι η συσκευή ή μία διάταξη από συσκευές η οποία χρησιμοποιείται για την μέτρηση φυσικών μεγεθών, μετατρέποντας την είσοδο του συστήματος σε μετρούμενο ηλεκτρικό σήμα εξόδου». Λέγοντας ηλεκτρικό σήμα εξόδου εννοούμε ότι είτε θα έχουμε στην έξοδο μας μετρούμενη τάση σε (Volt) ή μετρούμενο ρεύμα σε (Αmber). Οι αισθητήρες μπορούν να χρησιμοποιηθούν και είναι απαραίτητοι τόσο σε συστήματα μέτρησης όσο και σε συστήματα ελέγχου. 1.2 ΓΕΝΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΑΙΣΘΗΤΗΡΩΝ Τα τελευταία χρόνια γίνεται μια τεράστια προσπάθεια από τις βιομηχανίες παραγωγής αυτοκινήτων ώστε ν' αναπτυχθούν και να προωθηθούν νέα ηλεκτρονικά συστήματα ενεργητικής ασφάλειας, υπό τον όρο Adas (Advanced Driver Assistance Systems). Πρόκειται για συστήματα που έχουν σχεδιαστεί για να προειδοποιούν έγκαιρα τον οδηγό για τυχόν κινδύνους που μπορεί να οδηγήσουν σε ατύχημα, ώστε να μπορέσει ν' αντιδράσει και είτε να το αποφύγει είτε να καταφέρει να μειώσει τη δριμύτητα με την οποία αυτό θα εξελισσόταν. Δυστυχώς, η χώρα μας κατέχει μία από τις πρώτες θέσεις ως προς τον αριθμό των νεκρών από τροχαία δυστυχήματα. Αλλά και σε παγκόσμιο επίπεδο, οι αριθμοί είναι αποκαρδιωτικοί. Σύμφωνα με τον Παγκόσμιο Οργανισμό Υγείας, ο αριθμός των θυμάτων από αυτοκινητιστικά περιστατικά έφτανε το 1998 τα 1.2 εκατομμύρια και ενώ παλαιότερα βρισκόταν στην ένατη θέση στον κατάλογο των αιτιών θανάτου παγκοσμίως, με τον τρόπο που αυξάνονται κάθε χρόνο, μέχρι το 2010 θα έχει σκαρφαλώσει στην τρίτη θέση. 17

18 Θέλοντας λοιπόν να εξορκίσουν αυτό το κακό, οι αυτοκινητοβιομηχανίες με τα επιτελεία τους, θέτουν στην υπηρεσία των οδηγών τα καλύτερα συστήματα ενεργητικής και παθητικής ασφάλειας, που τα εντάσσουν στην κατηγορία ADAS (Advanced Driver Assistance Systems). Αυτά, θέτουν σε αυξημένη εγρήγορση τον οδηγό, βοηθώντας τον να μειώσει σημαντικά το χρόνο αντίδρασης, γεγονός πολύ καθοριστικό σύμφωνα με τους ειδικούς. Καθώς οι οδηγοί ενημερώνονται όλο και περισσότερο για την ασφάλεια που τους προσφέρει ένα τέτοιο σύστημα, η ζήτηση αυξάνεται, με αποτέλεσμα οι κατασκευάστριες εταιρείες να αναγκαστούν να ρίξουν τις τιμές τους και να το προσφέρουν σχεδόν δωρεάν με οποιοδήποτε αυτοκίνητο και όχι μόνο με τα πολυτελή, όπως γίνεται σήμερα. 1.3 O ΡΟΛΟΣ ΤΩΝ ΑΙΣΘΗΤΗΡΩΝ ΣΤΟ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟ Ο ανθρώπινος εγκέφαλος παίρνει πληροφορίες από το περιβάλλον του χρησιµοποιώντας τις πέντε αισθήσεις. Στη συνέχεια, επεξεργάζεται και συνδυάζει τις πληροφορίες αυτές, παίρνει αποφάσεις και τις εκτελεί µε τα µέλη του ανθρώπινου σώµατος, όπως παρατηρούµε στο (σχήµα 1). 18

19 Σχήμα 1. Ανθρώπινος εγκέφαλος και αισθητήρια αντίληψη Με το ίδιο ακριβώς τρόπο λειτουργεί και ο γνωστός "εγκέφαλος" του αυτοκινήτου, ο µικροϋπολογιστής. Η οµοιότητα φαίνεται, αν προσέξουµε τις παρακάτω αντιστοιχίες µεταξύ ανθρώπου και αυτοκινήτου. Ποιος είναι λοιπόν ο ρόλος των αισθητήρων στο αυτοκίνητο; Ο ρόλος των διάφορων αισθητήρων στο αυτοκίνητο είναι η απόκτηση πληροφοριών για τα συστήµατά του και το εξωτερικό περιβάλλον, µε σκοπό την αντιµετώπιση µεταβολών και απρόβλεπτων καταστάσεων (δράση) και την επαλήθευση της ποιότητας στα αποτελέσµατα πολλών ενεργειών (ανάδραση). ΑΥΤΟΚ ΙΝΗΤΟ. ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΙΣΘΗΣΕΙΣ ΑΙΣΘΗΤΗΡΕΣ ΑΝΘΡΩ ΠΟΣ ΕΓΚΕΦΑΛΟΣ ΑΝΘΡΩΠΙΝΑ ΜΕΛΗ ΜΙΚΡΟΫΠΟΛΟΓΙΣΤΗΣ ΕΝΕΡΓΟΠΟΙΗΤΕΣ Αν σκεφτούµε ότι το ανθρώπινο χέρι διαθέτει περισσότερα από 2000 νεύρα για να αισθανθεί ένα µεγάλο αριθµό φυσικών µεγεθών, όπως είναι η θερµοκρασία, η πίεση, η κατεύθυνση µιας κίνησης, οι δονήσεις κλπ., καταλαβαίνουµε πόσο δύσκολη και πολύπλοκη είναι η απόκτηση σωστών πληροφοριών από ένα σύστηµα. Οι αισθητήρες εκτελούν ένα δύσκολο έργο και πρέπει µε κάθε τρόπο να µη µας παραπλανήσουν. 19

20 Ανάµεσα στους αισθητήρες ενός αυτοκινήτου και στην αισθητήρια αντίληψη του ανθρώπου υπάρχουν πολλές οµοιότητες λειτουργίας, αλλά υπάρχουν και δυο σηµαντικές διαφορές: Πολλά φυσικά µεγέθη, όπως για παράδειγµα ένα µαγνητικό πεδίο, δεν είναι απευθείας αντιληπτά από τις πέντε αισθήσεις. Έτσι ο άνθρωπος δεν µπορεί να αντιληφθεί άµεσα ένα τέτοιο φυσικό µέγεθος αλλά αντιλαµβάνεται έµµεσα και µόνο µε τη βοήθεια ενός µετατροπέα τα µηχανικά, θερµικά, µαγνητικά, χηµικά, οπτικά ή άλλα αποτελέσµατα, που προ-καλεί το φυσικό αυτό µέγεθος. Επιπλέον, ο άνθρωπος µπορεί και ανιχνεύει την ύπαρξη ενός φυσικού µεγέθους αλλά δεν έχει την ικανότητα να µετρήσει το µέγεθος αυτό. Αντίθετα οι αισθητήρες µετατρέπουν ένα φυσικό µέγεθος, που λέγεται είσοδος σε µια µετρήσιµη ποσότητα, που λέγεται έξοδος. Γι' αυτό χρησιµοποιούν τα αποτελέσµατα της δράσης του φυσικού µεγέθους, δηλαδή χρησιµοποιούν µετατροπείς.η µετατροπή του αρχικού φυσικού µεγέθους µπορεί να είναι πρωτογενής ή και δευτερογενής. Πρωτογενής είναι η πρώτη µετατροπή του φυσικού µεγέθους σε κάποιο άλλο µέγεθος, που µπορεί να µετρηθεί µε πιο εύκολο τρόπο. Αν αυτό δεν είναι αρκετό, τότε γίνεται στη συνέχεια και περαιτέρω µετατροπή που λέγεται δευτερογενής. Αν θέλουµε, για παράδειγµα, να µετρήσουµε το φυσικό µέγεθος της θερµοκρασίας (Θ) του αέρα που ρέει µέσα στο σωλήνα, θα χρησιµοποιήσουµε ως πρωτογενή µετατροπέα µια ειδική αντίσταση R1. Η τιµή της αντίστασης αυτής αλλάζει ανάλογα µε τη µεταβολή της θερµοκρασίας του αέρα για µικρές αλλαγές θερµοκρασίας. Έτσι ισχύει: R1 = κ Θ, (κ σταθερά αναλογίας). 1.4 ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΑΙΣΘΗΤΗΡΩΝ ΚΑΤΑ ΚΡΙΤΗΡΙΟ Οι αισθητήρες µπορούν να ταξινοµηθούν σε διάφορες κατηγορίες, ανάλογα µε κάποιο κριτήριο, που θαεπιλεγεί. Η ταξινόµηση αυτή είναι απαραίτητη για τους τεχνικούς, που ασχολούνται µε τη διάγνωση βλαβών στο αυτοκίνητο, γιατί βοηθάει στην καλύτερη κατανόηση του τρόπου λειτουργίας και συνδεσµολογίας των µηχανισµών αυτών. Μερικές κατηγορίες αισθητήρων κατά κριτήριο είναι οι εξής: Πρώτο κριτήριο: µεταβολή της ένδειξης του αισθητήρα. προς τον τρόπο ένδειξης, οι αισθητήρες διακρίνονται σε δυο κατηγορίες, τους αναλογικούς και τους ψηφιακούς. 20

21 Αναλογικοί είναι οι αισθητήρες που παράγουν αναλογικά σήµατα, δηλαδή συνεχώς µεταβαλλόµενα σήµατα τάσης µε ποικιλία τιµών.ψηφιακοί είναι οι αισθητήρες που παράγουν ψηφιακά σήµατα, δηλαδή σήµατα, που έχουν µόνο δυο τιµές τάσης π.χ. 0 / 5 Volts. εύτερο κριτήριο: επαφή του αισθητήρα µε το µετρούµενο µέγεθος. προς το αν υπάρχει επαφή του αισθητήρα µε το µετρούµενο φυσικό µέγεθος, οι αισθητήρες διακρίνονται σε επαφής και µη επαφής. Αισθητήρες επαφής είναι οι αισθητήρες, που πρέπει να έχουν πραγµατική επαφή µε το µετρούµενο µέγεθος. Στο παρακάτω σχήµα φαίνεται ένας ψηφιακός αισθητήρας επαφής για τη µέτρηση στροφών άξονα. Το έκκεντρο, που είναι προσαρµοσµένο στον άξονα, ανοιγοκλείνει σε κάθε περιστροφή ένα διακόπτη παράγοντας έτσι ένα ψηφιακό σήµα στην έξοδο Ε. Με το σήµα αυτό ενεργοποιείται ο ηλεκτρονικός µετρητής, που καταγράφει τις πλήρεις στροφές του άξονα. Βέβαια το σύστηµα αυτό δεν µπορεί να µετρήσει µια ενδιάµεση θέση του άξονα, κάτι που γίνεται εύκολα µε έναν αναλογικό µετρητή στροφών. Αισθητήρες µη επαφής είναι οι αισθητήρες, που δεν έχουν πραγµατική επαφή µε το µετρούµενο µέγεθος. Τέτοιοι αισθητήρες είναι οι οπτικοί, οι µαγνητικοί και οι ηλεκτροµαγνητικοί. Το κυριότερο πλεονέκτηµά τους είναι ότι δεν έχουν τριβές µε το µετρούµενο φυσικό µέγεθος. Τρίτο κριτήριο: χρήση εξωτερικής πηγής ενέργειας από τον αισθητήρα. προς την απαιτούµενη ή όχι χρήση εξωτερικής πηγής ηλεκτρικής ενέργειας για τη λειτουργία τους, οι αισθητήρες διακρίνονται σε δυο κατηγορίες, τους παθητικούς και τους ενεργούς. Παθητικοί είναι οι αισθητήρες, που δεν απαιτούν εξωτερική ενέργεια από ηλεκτρική πηγή αλλά παράγουν το σήµα εξόδου µε απευθείας µετατροπή µηχανικής, θερµικής ή φωτεινής ενέργειας σε ηλεκτρική. 21

22 Εικόνα 1. Ψηφιακός αισθητήρας επαφής για µέτρηση στροφών άξονα Ένας πιεζοηλεκτρικός αισθητήρας από φυσικό κρύσταλλο χαλαζία (διοξείδιο του πυριτίου Si02) φαίνεται στο παρακάτω σχήµα Με την εφαρµογή πίεσης στον κρύσταλλο αναπτύσσεται τάση ανάλογη της πίεσης, εξαιτίας της παραµόρφωσης του πλέγµατος του φυσικού κρυστάλλου χαλαζία. Τέταρτο κριτήριο: αρχή λειτουργίας του αισθητήρα. προς την αρχή λειτουργίας τους, οι αισθητήρες διακρίνονται σε ηλεκτροµαγνητικούς, ηλεκτροµηχανικούς, θερµικούς, πιεζοηλεκτρικούς, µαγνητικούς, επαγωγικούς, χωρητικούς, οπτικούς, χηµικούς, κλπ. Ο διαχωρισµός αυτός σχετίζεται µε τα αποτελέσµατα του ηλεκτρικού ρεύµατος και τη δυνατότητά τους να λειτουργήσουν και αντίστροφα. Στις επόµενες ενότητες θα γίνει αναλυτική παρουσίαση των αισθητήρων µε επίκεντρο την αρχή λειτουργίας τους. 1.5 ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ & ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ ΤΩΝ ΑΙΣΘΗΤΗΡΩΝ Η λειτουργία των αισθητήρων χαρακτηρίζεται από διάφορες ιδιότητες. Τα περισσότερα χαρακτηριστικά των αισθητήρων αφορούν µία ιδιότητα της εξόδου σε συνδυασµό µε την είσοδό του. Τα κυριότερα από τα χαρακτηριστικά των αισθητήρων του αυτοκινήτου µερικά από τα οποία φαίνονται στο παρακάτω σχήµα είναι: Η καµπύλη ρύθµισης, δηλαδή η γραφική παράσταση Y=f(X). Η γραµµικότητα, δηλαδή η αναλογία εξόδου - εισόδου: Υ=κ X. Η ευαισθησία, δηλαδή ο λόγος µεταβολών εξόδου εισόδου =dys To κέρδος, δηλαδή η ευαισθησία σε διάφορες συχνότητες λειτουργίας. Η διαφορά φάσης, δηλαδή η χρονική καθυστέρηση εξόδου - εισόδου. 22

23 Τα χαρακτηριστικά των αισθητήρων µοιάζουν µε τις ιδιότητες των οργάνων και συσκευών µέτρησης, που γνωρίσαµε σε προηγούµενη ενότητα, και διακρίνονται σε στατικά, δηλαδή χαρακτηριστικά στην περίπτωση που η είσοδος δεν µεταβάλλεται µε το χρόνο και δυναµικά, δηλαδή χαρακτηριστικά στην περίπτωση που η είσοδος αλλάζει µε το χρόνο. Από τα χαρακτηριστικά που αναφέραµε, η καµπύλη ρύθµισης, η γραµµικότητα και η ευαισθησία είναι στατικά χαρακτηριστικά, ενώ το κέρδος και η διαφορά φάσης είναι δυναµικά χαρακτηριστικά. Οι αισθητήρες ενός αυτοκινήτου είναι αναγκασµένοι να λειτουργούν στο εξωτερικό περιβάλλον και να δέχονται τις επιδράσεις από διάφορους παράγοντες. Αν οι εξωτερικοί αυτοί παράγοντες άλλαζαν τις ιδιότητες των αισθητήρων, τότε οι πληροφορίες του µικροϋπολογιστή θα ήταν λανθασµένες και οι αποφάσεις του δεν θα είχαν σωστά αποτελέσµατα. Έτσι οι κατασκευαστές αισθητήρων λαµβάνουν πάντοτε υπόψη τους τις επιδράσεις του περιβάλλοντος πάνω στη λειτουργία και την απόδοση ενός αισθητήρα. Τέτοιοι παράγοντες επίδρασης του περιβάλλοντος είναι: ν περιοχή στήριξης του αισθητήρα. σκόνη και ξένα σώµατα πάνω στις αισθητήριες επιφάνειες. υγρασία και νερό στο σώµα και τις συνδέσεις του αισθητήρα. -πηκτικό υγρό) στον αισθητήρα. παρεµβολές στο σήµα εξόδου από γειτονικά ηλεκτροµαγνητικά πεδία. Εικόνα 2. Αισθητήρας συστήµατος ανάρτησης και σύνδεσή του σε περιβάλλον: δονήσεων, σκόνης, υγρασίας και 23

24 νερού ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Ο ΑΙΣΘΗΤΗΡΕΣ 2.1 ΣΤΑΤIΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΑΙΣΘΗΤΗΡΩΝ Η επιλογή του κατάλληλου αισθητήρα για κάθε περίπτωση εξαρτάται από διάφορους παράγοντες όπως η διαθεσιμότητα, το κόστος, αλλά και σι περιβαλλοντολογική παράγοντες. Επίσης σημαντικό είναι τα χαρακτηριστικά του αισθητήρα να είναι τα κατάλληλα για την ποιότητα της εξόδου που απαιτούμε. Αυτά τα χαρακτηριστικά θα αναλυθούν παρακάτω: Ακρίβεια: Η ακρίβεια μίας συσκευής ή ενός αισθητήρα είναι ο βαθμός εγγύτητας της τιμής που μετράει με την πραγματική τιμή. Η ακρίβεια σε έναν αισθητήρα εκφράζεται ως σχετική ακρίβεια (όταν αφορά την εγγύτητα της τιμής της εξόδου με την μετρούμενη τιμή σε απόλυτο νούμερο), ή ως εκατοστιαία (%) ακρίβεια (όταν αψορά το ποσοστό σε εκατοστιές μονάδες). Όπου r = μετρούμενη τιμή (πραγματική) x = τιμή εξόδου του αισθητήρα Βαιuμονόμηση: Βαθμονόμηση είναι η διαδικασία με την οποία καθορίζεται η συνάρτηση μεταφοράς ενός αισθητήρα έτσι ώστε να γίνεται η αντιστοίχηση της τιμής του ηλεκτρικού σήματος που έχουμε στην έξοδο με την τιμή του μετρούμενου μεγέθους. Δηλαδή αν έχουμε έναν αισθητήρα που μετράει ταχύτητα, στην έξοδο του αισθητήρα θα έχουμε κάποιο ηλεκτρικό 24

25 σήμα π.χ. τάση, τότε για να απεικονισθεί στην οθόνη το επιθυμητό μέγεθος, δηλ. Km/h, θα χρειαστεί η συνάρτηση μεταφοράς για να αντιστοιχήσει την τάση (volt) με την ταχύτητα (Km/h). Αυτή η διαδικασία λέγεται βαθμονόμηση. Ολίσθηση: Η ολίσθηση είναι μία φυσική τάση του αισθητήρα να μεταβάλει τα χαρακτηριστικά του εξαιτίας περιβαλλοντικών συνθηκών π.χ. υψηλές θερμοκρασίες, υγρασία ή εξαιτίας της γήρανσης των υλικών μετά την πάροδο μεγάλου χρονικού διαστήματος. Το αποτέλεσμα της ολίσθησης σε ένα αισθητήρα είναι μία μεταβολή του σήματος στην έξοδο ενώ η είσοδος (δηλ. το μετρούμενο φυσικό μέγεθος) παραμένει αμετάβλητη. Νεκρή ζώνη: Νεκρή ζώνη σε ένα αισθητήρα (ded zone) ονομάζουμε την περιοχή μετρήσεων για την οποία ο αισθητήρας δεν αποκρίνεται στις μεταβολές της μετρούμενης ποσότητας. Η εικόνα παρακάτω δείχνει τα χαρακτηριστικά της νεκρής ζώνης σε έναν αισθητήρα ή σε μία συσκευή. Εικόνα 3. Νεκρή ζώνη Υστέρηση: Η υστέρηση προκαλεί διαψορές στην έξοδο ενός αισθητήρα όταν η κατεύθυνση μεταβολής της εισόδου αντιστραφεί, οπότε και παράγεται κάποιο σφάλμα. Η υστέρηση εμφανίζεται σε αισθητήρες που έχουν κινητά μέρη (ρουλεμάν, μηχανικά γρανάζια κ.τ.λ.) και εξαιτίας αυτού επηρεάζονται από τριβή, μαγνητικά φαινόμενα και μηχανική τάση. 25

26 Εικόνα 4. Υστέρηση Γραμμικότητα: Η γραμμικότητα αποτελεί τον βαθμό, στον οποίο η γραψική παράσταση της εξόδου ως προς την είσοδο του αισθητήρα προσεγγίζει μία ευθεία γραμμή. Ενας αισθητήρας μπορεί να είναι γραμμικός σε μία περιοχή τιμών εισόδου και αυτή η γραμμικότητα να εκφράζεται ως ποσοστό επί του εύρους λειτουργίας. Στην (εικόνα 5) φαίνεται η γραμμικότητα και η δυνατότητα ενός αισθητήρα να είναι γραμμικός σε μία περιοχή τιμών της εισόδου. Εικόνα 5. Γραμμικότητα αισθητήρα. 26

27 Καιθυστέρηση: Καθυστέρηση (lag) ονομάζεται η καθυστέρηση της αλλαγής της τιμής εξόδου ενός αισθητήρα ως προς την αλλαγή της εισόδου του (σε seconds ή σε milliseconds). Χρόνος λειτουργίας: Χρόνος λειτουργίας ονομάζεται το χρονικό διάστημα εκείνο κατά το οποίο ο αισθητήρας αναμένεται να λειτουργεί στα πλαίσια των προδιαγραφών του. Ο χρόνος λειτουργίας αισθητήρα εκφράζεται σε μονάδες χρόνου ή σε αριθμό κύκλων λειτουργίας. Ευαισιθησία (sensitivity): Ευαισθησία ονομάζεται ο λόγος ανάμεσα στην αλλαγή της εξόδου και την αντίστοιχη αλλαγή στην είσοδο. Αναλυτικά η ευαισθησία εκψράζεται με την παρακάτω σχέση: Αξίζει να αναφερθεί ότι εάν η σχέση ανάμεσα στην μετρούμενη ποσότητα και την έξοδο είναι γραμμική τότε η ευαισθησία είναι σταθερή για όλο το εύρος λειτουργίας. Αυτό όμως δεν συμβαίνει συχνά διότι η σχέση ανάμεσα στην μετρούμενη ποσότητα και την έξοδο είναι συνήθως γραμμική για ένα μόνο μικρό τμήμα της γραψικής ή και καθόλου. Τότε σε αυτή την περίπτωση η ευαισθησία διαψέρει από περιοχή σε περιοχή. Εύρος λειτουργίας: Το εύρος λειτουργίας μίας συσκευής ή ενός αισθητήρα είναι τα όρια στα οποία η συσκευή μπορεί να λειτουργεί αξιόπιστα. Το εύρος εκφράζεται με την ελάχιστη και την μέγιστη τιμή που μπορείνα μετράη συσκευή. Ονομαστική τιμή: Η ονομαστική τιμή είναι το σύνολο των βέλτιστων συνθηκών υπό τις οποίες ένας αισθητήρας θα λειτουργεί με ασφάλεια και αξιοπιστία. Μετά το πέρας της ονομαστικής τιμής, η ασφάλεια και αξιοπιστία του αισθητήρα δεν υφίσταται στον απόλυτο βαθμό αλλά αρχίζει και φθίνει. Επαναληψιμότητα (precision): Η επαναληψιμότητα είναι ο βαθμός κατά τον οποίο ο αισθητήρας παράγει το ίδιο αποτέλεσμα όταν σε διαφορετικές χρονικές στιγμές τροφοδοτείται με την ίδια είσοδο. Συχνά συγχέεται με την ακρίβεια αλλά η αλήθεια είναι ότι ένας αισθητήρας μπορεί να έχει υψηλή επαναληψιμότητα αλλά χαμηλή ακρίβεια, όπως και το αντίθετο. Μπορεί όμως να έχει και τα δύο αυτά χαρακτηριστικά στον ίδιο βαθμό. Η επαναληψιμότητα εκφράζεται ως ποσοστό αλλά και σαν απόλυτο νούμερο. 27

28 Αξιοπιστία (reliability): Αξιοπιστία ονομάζεται η ικανότητα του αισθητήρα να λειτουργεί μέσα στα πλαίσια των προδιαγραφών του, κάτω από συγκεκριμένες συνθήκες και για συγκεκριμένο χρόνο λειτουργίας. Η αξιοπιστία είναι παρεμφερές χαρακτηριστικό με τον χρόνο λειτουργίας. Ευστθεια (stability): Ευστάθεια ονομάζεται το μέτρο μεταβολής της εξόδου ενός αισθητήρα όταν η είσοδος και σι συνθήκες μέτρησης παραμένουν σταθερές για πολύ μεγάλο χρονικό διάστημα. Απόκριση (response): Απόκριση ονομάζεται ο χρόνος που απαιτείται για να λάβει η έξοδος του αισθητήρα την τελική της τιμή ενώ η είσοδος είναι δεδομένη. Για παράδειγμα όταν έχουμε απόκριση 98%=2 sec, τότε χρειάζονται 2 seconds για να ψτάσει η έξοδος στο 98% της τελικής της τιμής. Διακριτική ικανότητα (resolution): Διακριτική ικανότητα ονομάζεται η μικρότερη αλλαγή στην είσοδο που μπορεί να ανιχνεύσει ο αισθητήρας. Η διακριτική ικανότητα όσα πιο μεγάλη είναι τόσο πιο μικρό είναι το βήμα που μπορεί να μετρήσει ο αισθητήρας. Ανοχή (1ο1εΓατ): Ανοχή ονομάζεται το μέγιστο ποσοστό σφάλματος που μπορεί να υπάρξει κατά την διάρκεια λειτουργίας ενός αισθητήρα. Στατικό σφάλμα: Στατικό σφάλμα ονομάζεται ένα σταθερό σφάλμα το οποίο υπάρχει σε όλο το εύρος τιμών εισόδου ενός αισθητήρα. Μπορεί να αντιμετωπιστεί και να αντισταθμιστεί το στατικό σφάλμα εάν είναι γνωστό, χωρίς να υπάρξει υποβάθμιση της ακρίβειας του αισθητή ρα. 2.2 ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΑΙΣΘΗΤΗΡΩΝ Οι αισθητήρες που υπάρχουν σήμερα είναι χιλιάδες και χρησιμοποιούνται για πάρα πολλές και διάφορες εφαρμογές. Οπως είναι φυσικό έχει παραστεί η ανάγκη για κατηγοριοποίηση των αισθητήρων, έτσι ώστε να είναι πιο εύκολο στον καθένα να βρει τον κατάλληλο αισθητήρα για την εψαρμογή που θέλει με τα χαρακτηριστικά που θέλει. Για αυτόν το λόγο υπάρχουν αρκετές κατηγορίες αισθητήρων. Η κατηγοριοποίηση και ταξινόμηση των αισθητήρων γίνεται με βάση πολλά κριτήρια όπως: 28

29 1. Εάν υπάρχει επαφή του αισθητήρα με το υπό μέτρηση μέγεθος ή όχι. Εάν υπάρχει επαφή ονομάζονται αισθητήρες επαφής ενώ στην αντίθετη περίπτωση ονομάζονται αισθητήρες μη επαφής. 2. Ανάλογα με την μεταβολή ένδειξης του αισθητήρα. Δηλαδή εάν ο αισθητήρας παράγει συνεχώς μεταβαλλόμενα σήματα τάσης με μία πληθώρα διαψορετικών τιμών, τότε ονομάζεται αναλογικός αισθητήρας. Εάν όμως ο αισθητήρας παράγει ψηφιακό σήμα, δηλαδή οι τιμές τάσης που μπορεί να παράγει είναι μόνο δύο τότε ονομάζεται ψηφιακός. 3. Ανάλογα με την αρχή λειτουργίας του αισθητήρα. Σε αυτή την κατηγορία μπορεί να διακρίνει κανείς αισθητήρες θερ μικούς, μαγνητικούς, οπτικούς, πιεζοηλεκτρικούς, ηλεκτρομαγνητικούς, επαγωγικούς, χωρητικούς κλπ. 4. Ανάλογα με το αν απαιτείται χρήση εξωτερικής πηγής ηλεκτρικής ενέργειας για την λειτουργία του αισθητήρα ή όχι. Ενεργητικοί αισθητήρες ονομάζονται αυτοί που απαιτούν εξωτερική πηγή ηλεκτρικής ενέργειας για να λειτουργήσουν, ενώ αυτοί που δεν απαιτούν εξωτερική πηγή ηλεκτρικής ενέργειας για την λειτουργία τους ονομάζονται παθητικοί. 2.3 ΤΑ ΕΙΔΗ ΤΩΝ ΑΙΣΘΗΤΗΡΩΝ ΤΩΝ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΩΝ Τα σηµερινά προηγµένα συστήµατα ελέγχου των αυτοκινήτων έχουν απαίτηση ενός µεγάλου αριθµού σηµάτων εισόδου "έξυπνων" αισθητήρων, για να ικανοποιήσουν τις απαιτήσεις συµπεριφοράς και αξιοπιστίας των αυτοκινήτων. Αυτοί οι αισθητήρες πρέπει να έχουν υψηλές προδιαγραφές, συστήµατα προστασίας και αυτοδιάγνωσης, σε συνδυασµό µε πάρα πολύ χαµηλό κόστος κατασκευής. Παρατηρώντας το παρακάτω σχήµα βλέπουµε την ποικιλία των αισθητήρων, που υπάρχουν στο σύγχρονο αυτοκίνητο. Ο αριθµός τους ξεπερνά τους 25. Για να µελετήσουµε καλύτερα τους κύριους αισθητήρες του αυτοκινήτου, θα τους χωρίσουµε στις επόµενες ενότητες σε διάφορα είδη, ανάλογα µε τη χρήση τους: Αισθητήρες ταχύτητας στροφών και γωνίας περιστροφικής κίνησης. Αισθητήρες µετατόπισης ή µεταβολής θέσης εξαρτηµάτων. Αισθητήρες θερµοκρασίας υγρών ή αερίων σε συστήµατα οχήµατος. 29

30 Αισθητήρες πίεσης υγρών ή αερίων σε συστήµατα οχήµατος. Αισθητήρες ροής - µάζας υγρών ή αερίων σε συστήµατα οχήµατος. Αισθητήρες κινητικής κατάστασης οχήµατος (επιτάχυνση κλπ.) Αισθητήρες οξυγόνου και σύστασης καυσαερίων. Αισθητήρες κτυπήµατος εκτόνωσης (πειράκια). Αισθητήρες για µετρητές ενδεικτικών οργάνων. Εικόνα 6. ιάφορα είδη αισθητήρων στο σύγχρονο αυτοκίνητο Εικόνα 7. Επαγωγικός Αισθητήρας. 30

31 Εικόνα 8. Χωρητικοί Αισθητήρες Προσέγγισης. Εικόνα 9. Μαγνητικός Αισθητήρας. 31

32 Εικόνα 10. Αισθηττήρας πίεσης λαδιού Εικόνα 11. Αισθητήρας Στάθμης Υπερήχων 2.4 ΑΛΛΟΙ ΑΙΣΘΗΤΗΡΕΣ ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΙΣ Σε αυτό το υποκεφάλαιο θα υπάρξει αναφορά στα είδη των αισθητήρων-μετατροπέων που δεν αναφερθήκαν στα παραπάνω υποκεφάλαια και οι οποίοι είναι άξιοι αναφοράς. Αρκετά σημαντικοί και χρήσιμοι αισθητήρες είναι οι οπτικοί αισθητήρες. Οι φωτοαντιστάσεις, τα φωτοτρανζίστορ και οι φωτοδιόδοι είναι είδη οπτικών αισθητήρων. 32

33 Οι κατασκευαστές των σύγχρονων αυτοκινήτων έχουν προχωρήσει στον έλεγχο σχεδόν όλων των λειτουργιών του αυτοκινήτου από τους µικροϋπολογιστές, για να πετύχουν οικονοµία καυσίµου µε παράλληλη διατήρηση της ισχύος κίνησης, την ασφάλεια, τις ανέσεις και την αξιοπιστία στην οδήγηση, χωρίς να ξεχνούν βέβαια και την προστασία του περιβάλλοντος από τα επικίνδυνα καυσαέρια. Για το σκοπό αυτό έχουν κατασκευάσει ειδικούς τύπους αισθητήρων, που είναι απαραίτητοι για την αποκλειστική λειτουργία των συστηµάτων αυτών. Επίσης υπάρχουν αισθητήρες υγρασίας που μετρούν την απόλυτη και την σχετική υγρασία, αισθητήρες ανίχνευσης αερίων (ανίχνευση υγραερίου, διοξειδίου και άλλων αερίων), αισθητήρες ροπής, αισθητήρες θέσης, αισθητήρες λ ή οξυγόνου, αισθητήρες στροφών, αισθητή ρες ραδιενέργειας, αισθητή ρες πάχους, αισθητή ρες μέτρησης ΡΗ, αισθητήρες ανίχνευσης ακτινών Χ και άλλοι πολλοί αισθητήρες διαφόρων τύπων. Τέτοιοι τύποι αισθητήρων είναι: ο αισθητήρας οξυγόνου στα καυσαέρια ή αισθητήρας λάµδα (λ). ο αισθητήρας ροής µάζας του εισερχόµενου αέρα. ο αισθητήρας κτυπήµατος από εκτόνωση ή προανάφλεξη. ο αισθητήρας επιτάχυνσης ή επιβράδυνσης του οχήµατος. οι αισθητήρες των συστηµάτων αναγνώρισης και συναγερµού. ο αισθητήρας τάσης της µπαταρίας του οχήµατος. 33

34 Εικόνα 11. Αισθητήρας υγρασίας εδάφους ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Ο ΓΕΝΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟΥ 3.1 ΙΣΤΟΡΙΑ ΟΡΙΣΜΟΣ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟΥ Το αυτοκίνητο με κινητήρα εσωτερικής καύσης εφευρέθηκε το 1885 στην Γερμανία από τον Carl Benz. Πριν όμως αυτήν την εφεύρεση η οποία θεωρείται η εφεύρεση του συγχρόνου αυτοκινήτου υπάρχει αρκετή ιστορία γύρω από το αυτοκίνητο που χάνεται στο βάθος του χρόνου. Από την αρχαιότητα ακόμα πολλοί οραματιστές προσπάθησαν να σχεδιάσουν και να κατασκευάσουν τροχοφόρα οχήματα τα οποία θα κινούταν με δική τους ενέργεια, χωρίς αποτέλεσμα όμως. Πηγαίνοντας πίσω στην ιστορία συναντάει κανείς τον Λεονάρντο ντα Βίντσι, ο οποίος σχεδίασε ένα όχημα το οποίο είχε την δυνατότητα κίνησης αλλά με μοχλούς τους οποίους θα κινούσε ο οδηγός. Ηταν μία απόπειρα δημιουργίας ενός οχήματος που θα κινούταν με δική του ενέργεια ωστόσο το σχέδιο του Ντα Βίντσι δεν προχώρησε. Στην συνέχεια ο Νεύτων είχε σχεδιάσει ένα ατμοκινούμενο βαγόνι, του οποίου η λειτουργία θα στηριζόταν στην αρχή της 34

35 ατμοώθησης. Αυτή η απόπειρα του Νεύτωνα για δημιουργία ενός οχήματος το οποίο θα κινούταν με την βοήθεια ατμομηχανής είχε πολλούς ακόλουθους οι οποίοι έβαλαν και αυτοί το λιθαράκι τους στην ιστορία και στην εξέλιξη των αυτοκινήτων. Η συνέχεια της ιστορίας του αυτοκινήτου ανήκει στον Γάλλο Νicholas Joseph Cugnot, ο οποίος το 1769 κατασκεύασε το πρώτο ατμοκίνητο αυτοκίνητο της ιστορίας το οποίο ονόμασε fardier. O Κουνιό χρησιμοποίησε για την κίνηση του οχήματός του την ατμομηχανή, η οποία είχε ήδη ιστορία 50 χρόνων. Στην συνέχεια και μετά την ανακάλυψη του Κουνιό ακολούθησαν αρκετές προσπάθειες και επιτεύχθηκαν κατασκευές ατμοκίνητων οχημάτων όπως αυτή του Άγγλου William Murdock το Έκτος όμως από τις κατασκευές ατμοκίνητων οχημάτων, τρικύκλων κυρίως υπήρχαν και οι εξαιρέσεις και οι κατασκευές οχημάτων με τεχνολογία διαφορετική από του ατμού. Μία τέτοια περίπτωση ήταν το 1823 όταν ο Άγγλος Samuel Brown κατασκεύασε ένα όχημα το οποίο είχε 2 κυλίνδρους και χρησιμοποιούσε σαν καύσιμο το υδρογόνο. Ομως μετά την ακμή των ατμοκίνητων αυτοκινήτων επήλθε και η παρακμή τους, μετά από 70 χρόνια από την κατασκευή του Κουνιό. Είχε γίνει αντιληπτό το 1840 ότι οι δυνατότητες των ατμοκίνητων αυτοκινήτων ήταν περιορισμένες. Αυτή η κατάσταση οδήγησε στην σταδιακή μείωση αυτών που ασχολούνταν με τα ατμοκίνητα οχήματα. Ετσι λοιπόν φτάνουμε στην χρονολογία ορόσημο για το σύγχρονο αυτοκίνητο και την ιστορία του, το Πριν όμως το 1885 μία άλλη ημερομηνία υπήρξε καθοριστική για την εξέλιξη του αυτοκινήτου. Ηταν το 1862 όταν ο Γάλλος Etienn Lenoir τον οποίο πολλοί τον θεωρούν ως ο πατέρας του σύγχρονου. Αυτές οι εξελίξεις και οι ανακαλύψεις γύρω από το αυτοκίνητο και τον κινητήρα εσωτερικής καύσης που διαδεχόταν η μία την άλλη είχαν ψέρει την Γερμανία στο επίκεντρο του ενδιαφέροντος όσο αναψορά τα αυτοκίνητα. Το 1885 ωστόσο υπήρξε άλλη μία σημαντική ανακάλυψη: ένας μηχανικός που δούλευε κοντά στον Οtto, ο Gottlied Daimler εφεύρε το καρμπιρατέρ και χρησιμοποίησε για πρώτη φορά στην ιστορία την βενζίνη ως καύσιμο. Την ίδια χρονιά τοποθέτησε την μηχανή αυτή σε ένα τρίκυκλο και την επόμενη χρονιά έφτιαξε το πρώτο του τετράτροχο αυτοκίνητο. Ο Ford κατασκεύασε το πρώτο του αυτοκίνητο το 1895 άλλα αρκετά χρόνια αργότερα έψερε την επανάσταση στις μεθόδους παραγωγής. Αυτά ήταν τα βασικά επιτεύγματα στην τεχνολογία των αυτοκινήτων τον 19ο αιώνα. Στην συνέχεια θα αναλυθεί η εξέλιξη των αυτοκινήτων από την αρχή του 20ου αιώνα μέχρι και σήμερα. 35

36 Εικόνα 12. Ενα από τα πρώτα αυτοκίνητα του 20ου αιώνα. Ωστόσο, όσο τα χρόνια πέρναγαν και οι έρευνες γύρω από τους κινητήρες και τα καύσιμα αυξανόταν συνεχώς, γεννήθηκε η ανάγκη για την ύπαρξη ενός «εγκεφάλου» στο αυτοκίνητο, ο οποίος θα αξιοποιούσε κατάλληλα, δηλαδή προς συμφέρον της οικονομίας των καυσίμων και της εύρυθμης και ασφαλής λειτουργία του κινητήρα τις χρήσιμες πληροψορίες που θα δεχόταν για μία πληθώρα φυσικών μεγεθών. Ετσι λοιπόν γεννήθηκε άλλη μια ανάγκη, την ανάγκη για μέτρηση και έλεγχο διαφόρων φυσικών μεγεθών και μη και την διοχέτευση αυτών των πληροφοριών στον εγκέφαλο. Οι αισθητήρες λοιπόν ήταν το κλειδί για την υλοποίηση αυτής της ιδέας και είναι υπεύθυνη για την δημιουργία δεκάδων συστημάτων και υποσυστημάτων που χρησιμοποιούνται σήμερα στο αυτοκίνητο όπως το ΕSΡ, το ΑΒS και το ΑSR. Ετσι σιγά σιγά οι πρώτοι αισθητήρες έκαναν την εμφάνιση τους στο αυτοκίνητο, φτάνοντας στο σήμερα όπου οι αισθητήρες σε ένα σύγχρονο αυτοκίνητο είναι εκατοντάδες και προσφέρουν σε συνεργασία με τον εγκέφαλο (ΕCU), αυξημένη λειτουργικότητα, ασφάλεια στην οδήγηση, μειωμένη καυσίμου, μειωμένη μόλυνση του περιβάλλοντος και διαγνωστικές λειτουργίες. άνεση και κατανάλωση βελτιωμένες Το αυτοκίνητο είναι ένα όχημα που κινείται με δική του μηχανή πάνω σε τέσσερεις ή περισσότερους τροχούς και χρησιμοποιείται για την μεταφορά ανθρώπων και αντικειμένων. 3.2 ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΑΙΣΘΗΤΗΡΩΝ 36

37 Οι αισθητήρες που υπάρχουν σήμερα είναι χιλιάδες και χρησιμοποιούνται για πάρα πολλές και διάφορες εψαρμογές. Οπως είναι φυσικό έχει παραστεί η ανάγκη για κατηγοριοποίηση των αισθητήρων, έτσι ώστε να είναι πιο εύκολο στον καθένα να βρει τον κατάλληλο αισθητήρα για την εψαρμογή που θέλει με τα χαρακτηριστικά που θέλει. για αυτόν το λόγο υπάρχουν αρκετές κατηγορίες αισθητήρων. Η κατηγοριοποίηση και ταξινόμηση των αισθητήρων γίνεται με βάση πολλά κριτήρια όπως: 1. Εάν υπάρχει επαφή του αισθητήρα με το υπό μέτρηση μέγεθος ή όχι. εάν υπάρχει επαφή ονομάζονται αισθητήρες επαφής ενώ στην αντίθετη περίπτωση ονομάζονται αισθητήρες μη επαφής. 2. Ανάλογα με την μεταβολή ένδειξης του αισθητήρα. Δηλαδή εάν ο αισθητήρας παράγει συνεχώς μεταβαλλόμενα σήματα τάσης με μία πληθώρα διαφορετικών τιμών, τότε ονομάζεται αναλογικός αισθητήρας. Εάν όμως ο αισθητήρας παράγει ψηφιακό σήμα, δηλαδή οι τιμές τάσης που μπορεί να παράγει είναι μόνο δύο τότε ονομάζεται ψηφιακός. 3. Ανάλογα με την αρχή λειτουργίας του αισθητήρα. Σε αυτή την κατηγορία μπορεί να διακρίνει κανείς αισθητήρες θερ μικούς, μαγνητικούς, οπτικούς, πιεζοηλεκτρικούς, ηλεκτρομαγνητικούς, επαγωγικούς, χωρητικούς κλπ. 4. Ανάλογα με το αν απαιτείται χρήση εξωτερικής πηγής ηλεκτρικής ενέργειας για την λειτουργία του αισθητήρα ή όχι. Ενεργητικοί αισθητήρες ονομάζονται αυτοί που απαιτούν εξωτερική πηγή ηλεκτρικής ενέργειας για να λειτουργήσουν, ενώ αυτοί που δεν απαιτούν εξωτερική πηγή ηλεκτρικής ενέργειας για την λειτουργία τους ονομάζονται παθητικοί. Ενα αισθητήριο μπορούμε να τον χωρίσουμε σε ενεργό ή παθητικό ανάλογα με τον αν απαιτεί για την λειτουργία του εξωτερική πηγή ενέργειας η όχι. Εάν ο μετατροπέας απαιτεί εξωτερική ενέργεια για την λειτουργία του τότε λέγεται ενεργός μετατροπέας. Ο ενεργός μετατροπέας έχει δύο εισόδους και μία έξοδο. Η μία είσοδος είναι η είσοδος του υπό μέτρηση μεγέθους και η άλλη Είναι η είσοδος της εξωτερικής πηγής (διέγερσης). Η έξοδος, είναι η έξοδος του σήματος που είναι το αποτέλεσμα που δημιουργείται από το υπό μέτρηση μέγεθος. ενεργοί αισθητήρες ή μετατροπείς, είναι η θερμοαντίσταση, το θερμίστορ, το ποτενσιόμετρο κλπ.. 37