UNIVERSITATEA DIN CRAIOVA FACULTATEA DE AUTOMATIC, CALCULATOARE I

ELECTRONIC

DEPARTAMENTUL DE AUTOMATIC, ELECTRONIC I MECATRONIC

PROIECT DE DIPLOM Firu Adrian-George

COORDONATOR TIINIFIC

Prof.Univ Dr.Ing. Nicu Bzdoac

IULIE 2014

CRAIOVA

ii

UNIVERSITATEA DIN CRAIOVA FACULTATEA DE AUTOMATIC, CALCULATOARE I

ELECTRONIC

DEPARTAMENTUL DE AUTOMATIC, ELECTRONIC I MECATRONIC

INTERFA OM-MAIN MULTIUSER CONFIGURABIL PENTRU INDUSTRIA AUTOMOTIVE

Firu Adrian-George

COORDONATOR TIINIFIC

Prof.Univ Dr.Ing. Nicu Bzdoac

IULIE 2014

CRAIOVA

iii

DECLARAIE DE ORIGINALITATE

Subsemnatul Firu Adrian-George, student la specializarea Robotic din cadrul Facultii de Automatic, Calculatoare i Electronic a Universitii din Craiova, certific prin prezenta c am luat la cunotin de cele prezentate mai jos i c mi asum, n acest context, originalitatea proiectului meu de licen:

cu titlul Interfa om-main multiuser configurabil pentru industria automotive, coordonat de Prof.Univ Dr.Ing. Nicu Bzdoac , prezentat n sesiunea Iulie 2014.

La elaborarea proiectului de licen, se consider plagiat una dintre urmtoarele aciuni:

reproducerea exact a cuvintelor unui alt autor, dintr-o alt lucrare, n limba romn sau prin traducere dintr-o alt limb, dac se omit ghilimele i referina precis,

redarea cu alte cuvinte, reformularea prin cuvinte proprii sau rezumarea ideilor din alte lucrri, dac nu se indic sursa bibliografic,

prezentarea unor date experimentale obinute sau a unor aplicaii realizate de ali autori fr menionarea corect a acestor surse,

nsuirea total sau parial a unei lucrri n care regulile de mai sus sunt respectate, dar care are alt autor.

Pentru evitarea acestor situaii neplcute se recomand:

plasarea ntre ghilimele a citatelor directe i indicarea referinei ntr-o list corespunztoare la sfritul lucrrii,

indicarea n text a reformulrii unei idei, opinii sau teorii i corespunztor n lista de referine a sursei originale de la care s-a fcut preluarea,

precizarea sursei de la care s-au preluat date experimentale, descrieri tehnice, figuri, imagini, statistici, tabele et caetera,

precizarea referinelor poate fi omis dac se folosesc informaii sau teorii arhicunoscute, a cror paternitate este unanim cunoscut i acceptat.

Data, Semntura candidatului,

iv

UNIVERSITATEA DIN CRAIOVA Facultatea de Automatic, Calculatoare i Electronic Departamentul de Automatic, Electronic i Mecatronic

Aprobat la data de ef de departament,

Prof. dr. ing. Emil PETRE

PROIECTUL DE DIPLOM

Numele i prenumele studentului/-ei:

Firu Adrian George

Enunul temei:

Interfa om-main multiuser configurabil pentru industria automotive

Datele de pornire:

Sistemele automobilului pe care se realizeaz lucrarea vor fi comandate prin microcontrolerul ArduinoMega2560 i vor oferi posibilitatea de reconfigurare si personalizare. Datele culese ntr-o sesiune vor fi salvate si reconfigurate la o sesiune viitoare.

Coninutul proiectului:

Primul capitol al lucrarii de fa expune un scurt istoric al automobilului i este urmat de un capitol ce expune o introducere n lumea mecatronicii i istoria acesteia.Capitolul trei descrie aplicaia att din punct de vedere tehnic ct si din punct de vedere funcional i lucrarea se ncheie cu o seciune de concluzii.

Material grafic obligatoriu:

Scheme electrice i conceptuale ale sistemelor clasice Scheme electrice i conceptuale ale sistemului realizat Imagini cu interfeele grafice realizate Imagini ale vechiului sistem

Consultaii:

Periodice

Conductorul tiinific (titlul, nume i prenume, semntura): Prof.Univ Dr.Ing. Nicu Bzdoac

Data eliberrii temei:

01.11.2013

Termenul estimat de predare a

proiectului:

30.06.2014

Data predrii proiectului de ctre

student i semntura acestuia:

v

UNIVERSITATEA DIN CRAIOVA Facultatea de Automatic, Calculatoare i Electronic Departamentul de Automatic, Electronic i Mecatronic

REFERATUL CONDUCTORULUI TIINIFIC

Numele i prenumele candidatului/-ei: Firu Adrian-George Specializarea: Robotic Titlul proiectului: Interfa om-main multiuser configurabil pentru industria automotive

Locaia n care s-a realizat practica de documentare (se bifeaz una sau mai multe din opiunile din dreapta):

n facultate n producie n cercetare Alt locaie:

n urma analizei lucrrii candidatului au fost constatate urmtoarele:

Nivelul documentrii Insuficient Satisfctor

Bine

Foarte bine

Tipul proiectului Cercetare

Proiectare

Realizare

practic Altul [se detaliaz] Aparatul matematic utilizat

Simplu

Mediu

Complex

Absent

Utilitate Contract de cercetare

Cercetare intern

Utilare Altul [se detaliaz]

Redactarea lucrrii Insuficient Satisfctor

Bine

Foarte bine

Partea grafic, desene Insuficient Satisfctoare

Bun

Foarte bun

Realizarea practic

Contribuia autorului Insuficient Satisfctoare

Mare

Foarte mare

Complexitatea temei

Simpl

Medie

Mare

Complex

Analiza cerinelor Insuficient Satisfctor

Bine

Foarte bine

Arhitectura Simpl

Medie

Mare

Complex

ntocmirea specificaiilor

funcionale Insuficient

Satisfctoare

Bun

Foarte bun

Implementarea Insuficient Satisfctoare Bun Foarte bun

vi

Testarea

Insuficient

Satisfctoare

Bun

Foarte bun

Funcionarea Da Parial

Nu

Rezultate experimentale Experiment propriu

Preluare din bibliografie

Bibliografie Cri

Reviste

Articole

Referine web

Comentarii

i observaii

n concluzie, se propune:

ADMITEREA PROIECTULUI

RESPINGEREA PROIECTULUI

Data, Semntura conductorului tiinific,

vii

REZUMATUL PROIECTULUI

Proiectul, Interfa om-main multiuser configurabil pentru industria automotive, are ca scop realizarea unor sisteme care s vin n ajutorul oferilor, oferindu-le informaiile din proces ntr-un mod mai clar i mai usor de neles i ncercnd totodat s preia unele din atribuiile acestuia, i s realizeze toate aceste lucruri cu un pre redus, mai mic dect cel deja existent pe piaa automobilelor. Acesta rezolv i problemele generate de mprirea automobilului de mai multe persoane, avnd sistemele bazate pe utilizator, care rein configurrile realizate de unul dintre acestia, i le re-aseaz aa cum au fost stabilite dup introducerea unui cod unic pentru fiecare. Aplicaia este ideal pentru o familie cu mai muli membrii cu permis de conducere la care apare mereu problema de reaezare scaun sau oglinzi dup preferine sau nevoie. Mai mult dect att permite i configurarea modului n care datele afiate permind personalizarea complet a autoturismului.

Problema modernizrii automobilelor mai vechi apare n perioada actual deoarece preurile automobilelor moderne cresc i nu pot fi achiziionate de oricine. Proiectul vine n ajutorul celor care nu au acces la aceste automobile moderne, din cauza costurilor, avnd multe din dotrile automobilelor moderne i totui la un pre redus.

Motivaia pentru pornirea acestui proiect a fost faptul c automobilului meu personal i lipsesc multe din aceste sisteme moderne i faptul ca l mpart cu mai muli membrii ai familiei, care schimb poziiile scaunului sau a oglinzilor sau a unor lucruri pentru a face automobilul confortabil pentru ei i la revenirea mea n automobil trebuia s le reasez.Dup cum am spus mai sus sistemul rezolv aceast problem.

Dificultile au intervenit la ncercarea de a menine sistemul la un pre redus. Componentele electronice sunt costisitoare aa ca s-a ncercat gasirea unor unor soluii care sa nu implice att de multe astfel de componente, dar care s aduc acelai rezultat. Soluiile gasite au necesitat timp i inventivitate dar n final i-au atins scopul i sistemul preznentat n lucrarea de fa realizeaz o modernizare a automobilelor la un pre relativ redus, adic mai mic dect cel de pe pia.

Dezvoltarea proectului a fost lung i laborioas, i gestionarea timpului a fost o mare problem, dar n final problemele au fost rezolvate i sistemul a fost implementat cu succes.

Termenii cheie: automobil, mecatronic, robotic, configurabil, Arduino, utilizator, sistem.

viii

CUPRINSUL

1 INTRODUCERE N SISTEMELE AUTOMOTIVE ...................................................................... 1

1.1 EVOLUIA VEHICULELOR ....................................................................................................................... 1 1.2 EVOLUIA INTERFEELOR OM-MAIN A SISTEMELOR AUTO ................................................................. 5 1.3 TENDINE VIITOARE ............................................................................................................................... 9

2 MECATRONICA INTERFEELOR OM-MAIN AUTOMOTIVE ............................................... 11 2.1 SISTEME MECATRONICE-SEMNIFICAIE ................................................................................................ 11 2.2 SISTEME MECATRONICE ACTUALE DESTINATE INTERFEELOR OM-MAIN AUTOMOTIVE ................... 17

3 SISTEMUL DE INTERFA OM-MAIN RECONFIGURABIL ................................................... 24 3.1 CONCEPT GENERAL .............................................................................................................................. 24 3.2 SCHEM EXISTENT A AUTOTURISMULUI CIELO .................................................................................. 27

3.2.1 Luminile de cea fa, faruri, indicator lumini faruri ................................................................... 27 3.2.2 Lamp de interior ........................................................................................................................... 29 3.2.3 Acionare electric stergtoare ...................................................................................................... 31 3.2.4 Cablaj tablou de bord ..................................................................................................................... 33

3.3 SCHEM CONCEPTUAL A SISTEMULUI REALIZAT CARE NLOCUIETE VECHIUL SISTEM ...................... 35 3.4 DESCRIEREA SISTEMELOR I SUBSISTEMELOR UTILIZATE ..................................................................... 38

3.4.1 Scaun cu poziionare automat i reinere a poziiei ...................................................................... 38 3.4.2 tergtoare inteligente .................................................................................................................... 43 3.4.3 Afiaj panou de bord reconfigurabil ............................................................................................... 45 3.4.4 Sistem intelient pentru iluminare interior i exterior ...................................................................... 49

3.5 PLATFORMA ARDUINO ......................................................................................................................... 50 3.5.1 Arduino Mega 2560 ........................................................................................................................ 51

3.6 DESCRIEREA SISTEMULUI MECATRONIC REALIZAT ............................................................................... 60 3.6.1 Scaun cu poziionare automat i reinere a poziiei ...................................................................... 62 3.6.2 tergtoare inteligente .................................................................................................................... 67 3.6.3 Afiaj panou de bord reconfigurabil ............................................................................................... 69 3.6.4 Sistem intelient pentru iluminare interior i exterior ...................................................................... 77

4 CONCLUZII .............................................................................................................................................. 79

5 BIBLIOGRAFIE ........................................................................................................................................ 82

6 REFERINE WEB .................................................................................................................................... 83

ix

LISTA FIGURILOR

FIGURA 1.1CEL MAI VECHI AUTOMOBIL .................................................................................................................. 1 FIGURA 1.2 BICICLET CU MOTOR ........................................................................................................................... 2FIGURA 1.3AUTOMOBIL CU MOTORUL AMPLASAT N CENTRUL ASIULUI .............................................................. 3 FIGURA 1.4AUTOMOBIL CU MOTORUL AMPLASAT N PARTEA DIN FA A ASIULUI ............................................... 3FIGURA 1.5FORD MODEL T ...................................................................................................................................... 3 FIGURA 2.1MECATRONICA ................................................................................................................................... 11 FIGURA 3.1 ACIONARE ELECTRIC LUMINI EXTERIOR ........................................................................................ 27 FIGURA 3.2 PANOU DE SIGURANE ....................................................................................................................... 28 FIGURA 3.3 SISTEMUL CLASIC DE PORNIRE A FARURILOR ...................................................................................... 28 FIGURA 3.5 ACIONARE ELECTRIC LAMP INTERIOR .......................................................................................... 29 FIGURA 3.6 LAMP INTERIOR ................................................................................................................................ 30 FIGURA 3.7 MECANISM SEMNALIZARE .................................................................................................................. 30 FIGURA 3.8 ACIONARE ELECTRIC TERGTOARE .............................................................................................. 31 FIGURA 3.9 COMANDA TERGTOARELOR ............................................................................................................. 32 FIGURA 3.10 MANET TERGTOARE ................................................................................................................... 32 FIGURA 3.11 ACIONARE ELECTRIC PANOU DE BORD .......................................................................................... 33 FIGURA 3.12 COMENZI DE BORD ............................................................................................................................ 34

FIGURA 3.13 PANOU FRONTAL .............................................................................................................................. 34

FIGURA 3.14 SCHEMA CONCEPTUAL A NTREGULUI SISTEM ................................................................................ 35 FIGURA 3.15 SCHEMA CONCEPTUAL A SISTEMULUI DE AFISAJ PE PANOUL DE BORD ............................................ 36 FIGURA 3.16 SCHEMA CONCEPTUAL A STERGTOARELOR INTELIGENTE ............................................................. 36 FIGURA 3.17 SCHEM CONCEPTUAL SISTEM REGLARE SCAUN ............................................................................ 37 FIGURA 3.18 MOTOR CC PENTRU SCAUNUL SOFERULUI ......................................................................................... 38 FIGURA 3.19 SCHEM DE CONCEPT PENTRU DRIVER-UL DE MOTOARE .................................................................. 39 FIGURA 3.20 SENZOR ULTRASONIC ....................................................................................................................... 40 FIGURA 3.21 SHIELD SD ........................................................................................................................................ 42 FIGURA 3.22SCHEM ELECTRIC SHIELD SD ........................................................................................................ 42 FIGURA 3.23 SCHEM CLASIC STERGTOARE ..................................................................................................... 43 FIGURA 3.24 MOTOR TERGTOARE ..................................................................................................................... 44 FIGURA 3.25 SENZOR DE PLOAIE ........................................................................................................................... 44

FIGURA 3.26 LCD COLOR SHIELD .......................................................................................................................... 45 FIGURA 3.27 SCHEM LCD SHIELD ....................................................................................................................... 46 FIGURA 3.28 ENCODER ROTATIV ........................................................................................................................... 47

FIGURA 3.29 DISPLAY MONOCROM 16X2 .............................................................................................................. 47

FIGURA 3.30 SCHEM LCD 16X2 .......................................................................................................................... 48 FIGURA 3.31 FOTODIOD ....................................................................................................................................... 49 FIGURA 3.32 HARTA PINILOR DE PE PLACA ARDUINI MEGA 2560 ........................................................................... 53

FIGURA 3.33 SCHEM N EAGLE A PALCII ARDUINO MEGA 2560 ............................................................................ 54 FIGURA 3.34 SERIAL MONITOR ............................................................................................................................. 57

x

FIGURA 3.35MEDIUL DE PROGRAMARE ARDUINO .................................................................................................. 58

FIGURA 3.36 EXEMPLE ARDUINO ........................................................................................................................... 58 FIGURA 3.37 ARDUINO MEGA 2560 ....................................................................................................................... 59 FIGURA 3.38 CONINUT SD ................................................................................................................................... 64 FIGURA 3.39 CONINUT FIIER .............................................................................................................................. 64 FIGURA 3.40 MODEL TRIGGER-ECHO .................................................................................................................... 66

FIGURA 3.41TUROMETRUL REALIZAT ................................................................................................................... 73 FIGURA 3.42 LCD 16X2 ........................................................................................................................................ 76

xi

LISTA TABELELOR

TABELUL 1.SPECIFICAII ELECTRICE ..................................................................................................................... 41 TABELUL 2.SPECIFICAII FIZICE ............................................................................................................................ 41 TABELUL 3.SPECIFICAII HARDWARE ALE PLACII ARDUINO MEGA 2560 ............................................................... 52

1

Capitolul I

1. Introducere in sistemele automotive

1.1. Evoluia vehiculelor

Din cele mai vechi timpuri omul a manifestat interes fa de mijloacele de transport.A ncercat mereu sa gseasc o modalitate de a se deplasa mai repede i de a transporta mai mult povar. Prima metod prin care s-a realizat acest lucru a fost prin mblnzirea si folosirea animalelor, dar tot nu a fost suficient si dup inventarea roii s-a mers mai departe ctre realizarea unor construcii care puteau fi trase de animale. Cu toate astea, inovaiile secolului al XIX-lea au revoluionat transporturile si le-au ndreptat ctre ceea ce avem noi n prezent si ctre ceea ce numim noi astzi automobile i modaliti de transport.

Automobilul, sau cum este cunoscut mai familiar, maina, este vehicul cu patru( trei sau

ase) roi propulsat de un motor cu ardere intern, cu abur, sau, in zilele noastre, uneori, cu electricitate sau aer comprimat. Automobilele sunt construite pentru a transporta oameni, deci, are cel

puin dou scaune, unul pentru cel care o conduce si nc unul pentru un eventual pasager. Numrul de locuri in automobil a crescut odat cu complexitatea acestuia si odat cu nevoia de a transporta mai muli pasageri.

Un automobil tipic are un motor cu combustie intern i patru roti( au existat si automobile cu

trei roi dar s-a sistat producerea lor datorit problemelor de stabilitate) ns in perioada actual au aprut i vehicule hibride cu motoare ce funcioneaz cu electricitate, hidrogen, aer comprimat sau diverse gaze, toate ncercnd sa diminueze poluarea.

Prima form de automobil apare in 1976, odat cu crearea automobilului cu motor cu

aburi. Acest automobil era un fel de crucior propulsat prin fora aburilor si avea ca scop transportarea de pasageri, dar conceptul s-a dovedit a fi ineficient. Ideea a fost preluat mai trziu de armat, pentru a realiza o metod de deplasare mai rapid si mai eficient a tunurilor, dar si armata a renunat eventual la concept datorit rezultatelor slabe obinute, automobilul deplasndu-se foarte ncet(~4km/h) si avnd o autonomie de cel mult 15 minute.

2

Apariia automobilului a revoluionat transportul de pasageri si de marf, fcnd totul mai

rapid si mai eficient, deci, industria automobilelor a cunoscut o cretere exploziv, obligat fiind de cererea crescnd pe pia pentru ceva mai rapid, mai eficient, cu mai mult spaiu pentru pasageri sau marf, cu mai mult putere. Aceast cerere a fcut ca eforturile inginerilor din perioada respectiv sa se concentreze intens pe dezvoltarea de noi idei, de noi modele pentru a face fat nevoii de pe pia.

Ca rspuns la nevoia gsirii unei metode mai bune de a propulsa un automobil, germanul

Nikolaus Augusto Otto, a inventat un motor pe benzin, in patru timpi, care a luat locul motoarelor cu aburi. n 1885 Carl Benz realizeaz un triciclu antrenat de un motor monocilindric in doi timpi care putea atinge 250 de rotaii pe minut. La scurt timp dup realizarea motorului ce putea atinge 250 de rotaii pe minut, Gottlieb Daimler si Wilhelm Maybach realizeaz un motor care putea atinge 900 de rotaii pe minut, o realizare extraordinar avnd in vedere ca motoarele din perioada respectiva puteau atinge doar 120-180 de rotaii pe minut. Pentru acest motor cei doi au inventat primul carburator care amesteca vaporii de benzina cu aerul pentru a obine o explozie cat mai buna, si deci, o mai eficient folosire a combustibilului. Motorul a fost realizat astfel:

Un cilindru orizontal

Rcire cu aer

Volant din font

Aprindere cu tub ncins

Valv de evacuare controlat de arbore cu came

O versiune mai compacta a acestui motor a fost montat pe o biciclet de lemn care a atins 12 km/h si astfel, cei doi, inventeaz prima motociclet.

3

Arhitectura automobilului din zilele noastre, aa cum l tim noi, cu motorul in partea din fa a asiului a fost realizat cnd francezii Emile Levarssor i Renne Panhard cnd acetia au realizat ca praful si noroiul de pe strzile nepavate ajungeau la motor, ei ncercnd prima dat sa l amplaseze in centrul asiului. In prezent, praful i noroiul de pe drumurile publice ne mai fiind o problem, constructorii de automobile aez uneori motorul in partea de centru sau in partea din spate a asiului dar pentru a aduga stabilitate sau dinamism mainilor.

Dei automobilul rezolv multe dintre problemele din era in care a nceput s apar, cea mai

mare problem cu care s-au confruntat inventatorii acestor minunaii a fost costul lor. Primele automobile produse nu puteau fi cumprate dect de oamenii nstrii ai vremii datorit costurilor colosale. Cum oamenii nstrii din acea perioada, si ca n alte perioade ale istoriei, erau puini, automobilul nu putea fi un beneficiu pentru toata lumea i industria de automobile putea sa se opreasc din dezvoltare. ncep sa fie cutate soluii pentru producerea unui automobil care sa fie accesibil si uor de ntreinut pentru toat lumea.

n 1908 Henry Ford a nceput s produc Modelul T cu ajutorul benzii rulante de asamblare. Aceasta main a revoluionat industria automobilelor, era ieftin, multifuncional si uor de ntreinut. Era imboldul de care avea nevoie industria automobilelor pentru a revoluiona transporturile aa cum i propuseser cei ce au realizat primele modele de maini.

4

Chiar si oamenii cu un venit modest i puteau permite aceasta maina i potrivit crii

Marile automobile ale secolului al XX-lea, Modelul T, a avut meritul de a fi pus America, i n final ntreaga lume, pe roate.

Rzboiul obliga industria de maini s se dezvolte ntr-un ritm mai accelerat dect pn acum,

acetia ncepnd sa produc mainrii specializate pentru rzboi. Banii investii in cercetare in perioada pre-rzboi au fcut ca motoarele sa fie mult mai puternice i mainile mult mai rapide. Am putea spune ca aceast perioad a fost propice dezvoltrii automobilului.

Cnd preocuprile pentru vitez si putere al automobilelor trec pe planul al doilea ceea ce

primeaz ar fi sigurana, nu numai a oferului si pasagerilor dar si sigurana pietonilor i al participanilor la trafic care nu se afl n main.

Primul, i cel mai important, sistem de siguran montat pe un automobil este frna. Ea este

fr doar si poate cel mai important sistem de siguran rutier folosit vreodat. Chiar i cnd e vorba de viteze mici, fabricanii au realizat c frna de motor nu era suficient pentru a ncetini maina. n zilele noastre un automobil fr frna ar fi de neconceput, dar primul automobil care a fost prevzut cu frn a fost de fapt primul automobil de serie, n anul 1901. Acesta oferea clienilor o frn la picior prin presiunea direct a unui ferodou pe axul de transmisie. Mai trziu sunt introduse sisteme de frnare hidraulice pe toate cele patru roi, mult mai eficiente si mult mai sigure. Cercetrile pentru a crete eficacitatea frnelor au continuat in perioada respectiv si continu si n zilele noastre.

Utilitatea automobilelor creste i se ajunge n situaii in care trebuie sa folosite si pe timp de

noapte, astfel n 1902 sunt introduse primele faruri care erau de fapt nite lmpi cu gaz. Mai trziu, cnd numrul mainilor a crescut, au fost introduse si luminile de semnalizare si posibilitatea de a schimba ntre faz scurt si faz lung la faruri pentru a nu deranja ceilali participani la trafic atunci cnd acetia exista, si pentru a putea a avea o vedere mai ampl asupra drumului atunci cnd nu e nimeni care poate fi deranjat.

Odat cu creterea numrului de maini i cu creterea vitezei pe care acestea o pot atinge, pericolul accidentelor a crescut substanial. Au fost introduse sisteme pentru ca accidentele sa poat fi evitate, cum ar fi frnele i luminile de semnalizare, dar acestea singure nu erau suficiente si nu puteau elimina sub nici o form eroarea uman, aa c odat cu aceste sisteme care previn accidentele trebuiau create i sisteme ce reduc sau poate chiar elimin riscul de deces in cazul unui accident. Astfel, ca rspuns la aceast idee, Ford introduce in anii 50 centura de sigurana. Centura de siguran, n eventualitatea unui impact frontal, oprete tendina pasagerilor mainii de a i continua micarea atunci cnd cele doua automobile se opresc, ciocnindu-se. Dei pentru noi, centura pare o banalitate, aceasta a sczut dramatic rata de mortalitate a pasagerilor automobilelor n cazul

5

accidentelor frontale. Centurile de siguran nu au fost perfecte de la nceput i nc nu sunt perfecte aa c cercetrile pentru a realiza centura perfect au nceput nc de pe atunci si continu i astzi.

Centurile de siguran ofer asisten la impact frontal, pentru accidentele n care un

automobil este lovit din spate a fost creat tetiera. Poate la prima vedere, tetiera, poate prea doar un element de design sau doar un obiect pe care sa ii odihneti capul, dar este mai mult dect att. n eventualitatea unui accident n care un automobil este lovit din spate, tetiera previne fracturarea

vertebrale.

Elementele de siguran din maini evolueaz odat cu evoluia acestora i se ncearc eliminarea pe ct posibil chiar si a erorii umane. Frnele sunt mbuntite prin adugarea sistemului de autoblocare, care permite un control mai bun pe suprafee alunecoase, centurile de siguran in trei puncte protejeaz pieptul si oldurile si air bag-ul mpiedica vtmarea capului prin lovirea de volan sau de tabloul de bord. Sunt adugate si air bag-uri laterale pentru a reduce cat de mult se poate vtmarea de orice fel a pasagerilor mainii.

Toate aceste sisteme de protecie sunt n continu dezvoltare si cu ct sunt ele mai eficiente cu

att suntem noi mai n sigurana, att ca pasageri ct si ca pietoni.

In prezent, ntr-o era care este considerat a fi er a vitezei, automobilul nu mai poate fi vzut sub nici o form ca un lux ci ca o necesitate, aa cum am spus cuvntul de ordine pentru momentul actual fiind viteza. Automobilele din prezent sunt ca nite case pe roi fiind dotate cu sistem audio performant, sisteme de climatizare att pentru locurile din fa ct i pentru locurile din spate. Poziionare globala prin satelit, sistem ce le permite oferilor sa gseasc un drum optim ctre destinaie fr s se rtceasc, si totodat sisteme ce furnizeaz date n timp real cu privire la problemele ce se ivesc pe drumurile pe care circul.

De la primul automobil creat pana la cele din zilele noastre a fost un drum lung si plin

de provocri, dar, n cele din urm, planul de a facilita transporturile, ideea de baz de la care s-a plecat n creare automobilului, a fost realizat cu succes. Automobilul si posibilitatea de a transporta

sarcini mari a fcut lumea aa cum o tim noi sa fie posibila.

1.2. Evoluia interfeelor om-main a sistemelor auto

Interaciunea om-calculator (Human-Computer Interaction HCI) este tiina care se ocupa cu proiectarea, evaluarea si implementarea sistemelor de calcul interactive destinate uzului uman, si

cu studiul fenomenelor importante existente n acest context. Din perspectiva tiinei calculatoarelor, accentul este pus pe interaciune, mai precis se refera la interaciunea uneia sau mai multor persoane cu una sau mai multe maini de calcul.

6

Un sistem de calcul este mai bun cu ct este mai uor de neles si de folosit de toat lumea. Interfaarea unui astfel de sistem de calcul cu lumea real este esenial pentru al l face accesibil tuturor si nu doar celui care l-a proiectat si creat. Astfel de sisteme de calcul au fost

introduse si pe automobile mai moderne.

Primele forme de interfaare ale sistemelor unei maini cu omul au fost, de fapt, afiare ntr-un fel sau altul al vitezei cu care se deplaseaz acesta si turaiile la care ajunge motorul. Au fost primele lucruri pe care le comunica automobilul ctre persoana care l conducea. Acestea doua au devenit mai trziu dotri standard ale mainilor, drept dovad stnd mainile pe care le conducem astzi.

Turometrul a fost primul element de interfa dintre automobil si ofer. Achiziia si afiarea

numrului de turaii este un element fr de care motorul poate fi calat de la supraturare. Problema calrii motorului nu se punea pentru cei care creaser motoarele, care realizau uor supraturarea motorului de la sunetele pe care acesta le scote. Problema se punea ns pentru mainile care se produceau in serie, relativ ieftin, maini care erau pentru toat lumea, adic pentru oameni care nu nelegeau neaprat conceptul de calare al motorului si problemele pe care le poate genera supraturarea acestuia. Soluia la aceast problem a fost turometrul. El afia turaiile la care funciona motorul si cu instruire prealabil a celor care urma sa le conduc se evita distrugerea motoarelor prin supraturare.

Vitezometrul a fost inventat de croatul Josip Belui in 1888 care l-a numit velocimetru.

Acesta a fost printre primele forme prin care automobilul a comunicat cu cel care l conducea.

Cunoaterea vitezei cu care se deplaseaz vehiculul este un element esenial pentru ofer, mai ales din momentul in care numrul automobilelor a crescut si au fost introduse legi si limite de vitez pentru a regulariza cumva modul in care se realizeaz deplasare pe drumurile publice. Avnd in vedere ca vitezele pe care le ating automobilele cresc, mai ales in ultima vreme, dar limitrile de viteza stabilite prin lege rmn constante, vitezometrul este si o dovad ca evoluia mainilor continu, ntr-un ritm foarte accelerat, chiar daca vitezele afiate pe acesta nu pot fi atinse legal pe drumurile publice. De la inventarea primului tip de sistem care achiziiona si afia viteza in timp real, pentru ca oferul s poat cunoate viteza cu care se deplaseaz, au aprut o multitudine de modaliti n care aceste date sunt prezentate oferului dar scopul vitezometrului a rmas acelai.

Sistemul de pornire al autovehiculului si sistemul de control al direciei in care merge acesta,

sunt sistemele prin care oferul comunic cu autovehiculul dndu-i comenzi. Sistemul de pornire la primele maini era manual. Pentru pornirea motorului era necesar rotirea manuala a volantului. Acest sistem era complicat si necesita foarte mult fora pentru acionare si putea foarte uor sa rneasc persoana care ncerca sa porneasc automobilul. Odat cu introducerea sistemelor electrice la maini, a fost introdus, pentru pornirea autovehiculului, electromotorul. Acesta era un motor electric care

nvrtea volanta atunci cnd era acionat si astfel pornea automobilul. Pornirea ntregului sistem

7

electric al automobilului se face prin introducerea unei chei in contactul mainii i astfel componentele electrice de pe acesta nu sunt armate dect atunci cnd oferul urc n main si introduce respectiva cheie in contact. Contactul funcioneaz la fel ca ncheietoarea unei ui, cu cheie unica. Prin rotirea cheii in mecanism, se ating anumite puncte, si astfel se fac nite contacte prin care se armeaz sistemul electric i se d comanda electromotorului care pornete motorul.

Volanul, pedalele de acceleraie, frna si ambreiaj, contactul, sunt elemente prin care oferul comunic direct cu autovehiculul, elemente eseniale fr de care nu ar exista control asupra acestora si pot fi considerate forme primare de interfaare a automobilului cu persoana care o conduce.

n zilele noastre automobilele ating performane uimitoare n ceea ce privete vitez si putere

i evoluia acestora continu la fel de puternic ca i in trecut, sau poate chiar mai puternic, ns preocuparea constructorilor de maini se axeaz din ce n ce mai mult pe interfaarea tuturor sistemelor cu omul. Mainile sunt mult mai atractive n momentul n care se pot controla ct mai multe elemente din proces, n momentul in care exist un meniu pentru fiecare din opiunile automobilului, i se pot regla performanele fiecrui element din care este compus sistemul. Aceast tendin, de a avea control asupra tot ce exista ntr-un automobil, pe care piaa a cptat-o a fost observata de ctre constructorii de maini si astfel o mare parte a eforturilor lor se concentreaz pe a face aceste lucruri posibile.

Afiajele de pe bord evolueaz si ncep sa dea din ce n ce mai multe informaii despre

automobil. Eliminnd din discuie elementele eseniale pe care trebuie sa le conin bordul unei maini, vitezometru, turometru, temperatura apei, nivelul uleiului si semnalele luminoase, apar LCD-uri din ce n ce mai mari care afieaz diverse date cum ar fi:

Kilometrii parcuri de la ultima alimentare(cu posibilitatea de resetare)

Consumul instant

Consumul mediu obinut pe distana parcurs

Nivele de acceleraie

Acceleraie gravitaional suportat in unele curbe

Date pentru diagnoza autovehiculul

Toate aceste informaii afiate de automobil mbuntesc experiena condusului, lucru care este foarte apreciat si foarte cutat n zilele noastre chiar si n maini de familie. Automobilul trebuie construit n aa fel nct sa poat prea a doua casa, i cu ct mai multe informaii ai despre starea n care se afl acesta n timp cu att mai familiar devine atmosfera si ideea de a doua cas este adoptat de creierul oferului.

8

Volanul, care n trecut era folosit pur si simplu pentru a stabili direcia in care se deplaseaz automobilul, n zilele noastre acesta are multiple funcionaliti si uneori arata ca cel al unui bolid de curse de la multitudinea de butoane montate pe el. Numrul setrilor de pe volan depinde de productor si de numrul de sisteme din maina ce pot fi controlate. Volanul cu comenzi permite oferului sa opereze sistemele electronice ale automobilului fr sa i ia ochii de la drum, comenzile fiind destul de intuitive si foarte uor de memorat. Costul adiional pe care l aduce un astfel de volan nu este mare dar avantajele sunt uor de observat si confortul de la bordul autoturismului crete considerabil

Odat cu evoluia calculatoarelor si mainilor de calcul extrem de puternice si montarea

acestora pe automobile, unele din opiunile mainilor se transform din comenzi cu butoane de reglaj n comenzi cu butoane ON/OFF reglajele fiind fcute automat de calculatoarele de bord.

Aerul condiionat/Clima, este o trecere realizat de la un sistem la care se putea regla o vitez

la care se rotete ventilatorul dar nu se putea seta o temperatur constant la un sistem care dup ce a primit informai despre temperatura dorit regleaz totul aa nct temperatura sa fie cea stabilit. Acest sistem a evoluat si mai departe i n unele automobile temperatura poate fi setat pe zone, i dei ar putea prea anormal, pe locul oferului pot fi 30 C , iar pe locul pasagerului un rcoritor 20 C. Aceste performante sunt obinute prin folosirea calculatoarelor de bord si a unor senzori foarte sensibili. Acest gen de sisteme simplific interaciunea om-main, dac n trecut era nevoie de reglaj constant la viteza de rotaie a ventilatorului pentru a obine o temperatur dorit, acum e suficient s se stabileasc o temperatura si aceasta va fi atins fr nici un alt fel de intervenie din partea oferului sau a pasagerilor.

Odat cu aceste sisteme care nu au nevoie de prea mult ajutor de la persoanele din maina s

neleag ce vor si s fac asta, crete nevoia ca totul sa fie ct mai vizual, ct mai uor de observat si ct mai intuitiv. Ecrane cu LCD apar peste tot in automobil, ecrane care ofer control asupra unor sisteme ale mainii chiar si pasagerilor. Accesul pasagerilor nu ajunge pn la sisteme eseniale pentru condus, la care are acces doar oferul, si acest acces poate fi revocat de ctre ofer pentru a asigura deplasarea n siguran a automobilului.

Cum vorbeam mai devreme despre ecrane montate peste tot n automobil, putem vorbi aici

despre cele montate pe spatele scaunului oferului si cel al pasagerului din fa din tetier. Nu neaprat o opiune vitala a mainilor moderne, dar n ideea sporirii confortului este un pas foarte reuit. Pentru o main de familie, n eventualitatea unui drum lung, copii se pot juca jocurile lor preferate pe respectivele ecrane sau sa i priveasc desenele animate preferate, si revenim din nou la ideea cu transformarea automobilului n a doua casa. Respectivele ecrane sunt

deseori tactile si pot primi comenzi prin simpla atingere a acestora i conectate la internet devin adevrate calculatoare,

9

forte potrivite pentru nite pasageri adolesceni pe locurile din spate, sau poate au unor aduli n toat regula a cror afacere depinde de conexiunea cu internetul.

Telefonul mobil a devenit pentru lumea modern unul din cele mai importante dispozitive

fr de care o zi normal nu se poate desfura. Vorbitul la telefon a devenit o necesitate, informaiile trebuie sa curg, dar s-a ajuns ca vorbitul la telefon sa existe si atunci cnd persoanele i conduc automobilele. Acest fapt a rezultat n foarte multe accidente, unele chiar fatale, aa ca vorbitul la telefon n timp ce o persoana se afl la volanul unui autoturism a fost scos din legalitate. Ca rspuns la aceast problem, constructorii de mainii au integrat un sistem care conecteaz telefonul oferului la sistemul audio al mainii folosind tehnologia Bluetooth. Odat conectat telefonul cu sistemul automobilului, oferul poate rspunde la telefon prin butoanele de pe volan sau poate chiar vocal. Toate acestea doar pentru a tine oferul cu privirea nainte, acolo unde ar trebui sa fie. Acest sistem de hands free este o interfaa main-mainom-main si a fost si este foarte apreciat n rndul oferilor care trebuie sa fie in contact permanent cu telefonul.

Aa cum menionam la nceputul capitolului, un sistem de calcul este mai bun cu ct este mai

uor de neles de toat lumea. Automobilul devenind ncet, ncet adevrate calculatoare pe roi, interfeele cu cei ce se afl n ea, devin mai mult dect eseniale. Aceste interfee evolueaz si devin mult mai performante, mult mai accesibile, mult mai intuitive ncercnd sa ajung la un nivel la care aproape sa citeasc gndurile oamenilor.

1.3. Tendine Viitoare

Aa cum nici automobilele de pan acum nu au dezamgit niciodat, relativ la perioada lor de

apariie, nici automobilele viitorului nu vor da gre pe aceast tem. Piaa este foarte dornic de ceva nou si extraordinar si inginerii industriei constructoare de maini ncearc toate posibilitile de a realiza ceva care s satisfac cererea de pe pia.

Mainile viitorului vor semna tot mai cu dispozitivele pe care le folosim n fiecare zi. Aa ca,

toate informaiile si opiunile multimedia vor fi controlate prin telefon sau tablet fcnd totul foarte familiar si foarte prietenos.

Maina viitorului nu va avea schimbri radicale ale formei, domeniile pe care se insist

cu cercetarea ar fi reducerea greutii totale al automobilului si gsirea unui combustibil alternativ, relativ ieftin, si la fel, sau poate chiar mai puternic ca cele fosile. Totodat sistemele de siguran reprezint un domeniu pe care se insist foarte mult cu cercetarea n ultima perioada, ceea ce este normal avnd n vedere ritmul cu care creste viteza maxim pe care o poate atinge un automobil.

Ca perspectiv nu prea ndeprtat, dup cum zic specialitii, se dorete limitarea funciei

oferului la volanul unui automobil, adic limitarea erori umane, cauz a sute de mii de accidente de-a

10

lungul timpului. Mainile vor permite celor care le conduc s stea relaxai, n timp ce ele o s fac toata treaba. Calculatorul cu care o sa fie dotat o astfel de main poate reaciona de sute de ori mai repede ca orice om n faa unor pericole iminente. Conductorul uman va avea control, dac i dorete asta, dar poate selecta si modul n care maina va conduce pentru el. n modul de pilot automat, oferul v-a putea comunica automobilului locul n care dorete s ajung si aceasta i va calcula traseul i va porni la drum. oferul va putea oricnd revoca o comanda, si introduce una nou, sau poate lua complet controlul asupra automobilului daca apare vreo problema.

Viitorul prevede multe lucruri extraordinare n industria constructoare de maini, e la

automobile care funcioneaz pe combustibil non-poluant si ieftin, la automobile cu internet si toate dispozitivele pe care le are o casa obinuit, pana la automobile care se conduc singure si care fac viaa tuturor foarte uoara.

11

Capitolul II

2. Mecatronica interfeelor om main automotive 2.1. Sisteme mecatronice-semnificaie

Mecatronica este un cmp care include o combinaie ntre urmtoarele domenii:

Inginerie Mecanic Inginerie Electric Ingineria Telecomunicaiilor Ingineria de Control Ingineria Calculatoarelor

Figura 2.1 Mecatronica

12

Mecatronica este un cmp multidisciplinar n care ideea de separare a domeniilor ingineriei n

domenii separate este refuzat, n care un proces complet este considerat un proces care conine pri din fiecare cmp al ingineriei. Prima dat cnd s-a nscut termenul de mecatronic acesta nu coninea dect o combinaie de electronic si una de inginerie mecanic(Mecanic electronic), dar odat cu creterea n complexitate a sistemelor mai multe domenii au fost introduse sub acelai nume. Cuvntul mecatronic a fost creat de Tetsuro Mori, un inginer de la Yaskawa Electric si a fost nregistrat in anul 1971 de ctre firma japoneza. Mai trziu firma a eliberat drepturile de a folosi cuvntul i acum poate fi tradus n orice limba, fiind o parte foarte important a industriei.

Muli trateaz mecatronica ca pe un sinonim al ingineriei electromecanice, dar sunt la fel de muli care fac o distincie foarte clar ntre cele doua domenii si anume, un sistem electromecanic conine pri electromecanice dar sistemul nu este controlat de un calculator, pe cnd sistemele mecatronice sunt sisteme care conine componente electromecanice care sunt controlate de un calculator.

Un inginer mecatronist pune mpreun principiile mecanicii, electronicii si a tiinei calculatoarelor pentru al cerea un sistem mai economic si mai fiabil. Cel mai simplu exemplu de

sistem mecatronic ar fi robotul industrial, conine pri de mecanic, electronic si control prin calculator i punnd toate acestea mpreun duce la capt tot ce are de fcut.

Un robot industrial poate fi numit un manipulator automat programabil, versatil pe trei sau mai multe

axe. Acesta poate face operaii n medii toxice in care omul nu poate lucra i totodat sa realizeze operaii repetitive, care implic aceleai micri, si realizarea aceluiai lucru toat ziua, proces care pentru un om ar putea pune probleme, dar asemenea roboi industriali nu pun probleme n realizarea acestor munci.

Parametrii care definesc aceti roboi si parametrii dup care sunt alei pentru anumite munci, sunt:

Numrul de axe sunt necesare doua axe de micare pentru a atinge orice punct ntr-un plan, se mai adaug o ax pentru a atinge orice punct in spaiu si nc trei axe pentru a controla orientarea braului.

Grade de liberate de regul aceleai cu numrul de axe Anvelopa de lucru regiunea n care robotul poate atinge toate punctele Cinematica

aranjarea braelor si articulaiilor robotului Sarcina cat greutate poate ridica Viteza ct de repede poate robotul sa ii plaseze terminalul ntr-o poziie anume Acceleraia ct de repede poate accelera o ax

13

Acurateea ct de ndeaproape poate executa un robot o comand primit Repetabilitatea Ct de bine poate atinge o a doua oar o poziie programata

Inginerii mecatroniti unesc toate domeniile ca o baz de cunotine a lor n ideea de a nelege tot procesul n timpul realizrii unui sistem pentru a putea conduce o echipa de specialiti in toate domeniile pe care le implica sistemul respectiv.

Mecatronica a fost popular in Japonia si mare parte din Europa, dar a fost acceptat foarte greu de Marea Britanie si Statele unite al Americii. Acetia considerau c partea mecanic a unui sistem trebuie realizat de inginerii mecanici, iar partea de control de inginerii de la tiina calculatoarelor. Aceast metod s-a dovedit ineficient din toate punctele de vedere i rolul mecatronicii a fost neles.

Dezvoltarea mecatronicii a trecut prin trei stagii. Primul stagiu a fost atunci cnd cuvntul

Mecatronic a aprut. n acest stagiu, tehnologiile folosite n sistemele mecatronice s-au dezvoltat destul de independent si individual. La nceputul anilor `80, mai multe domenii de natura mecatronicii

au nceput s se formeze, un exemplu notabil fiind optoelectronica. Tot n acesta perioad a aprut si conceptul de co-design hardware/software. Al treilea i ultimul stagiu a demarat la nceputul anilor `90, perioada considerat i nceputul erei mecatronicii. Cel mai notabil aspect al acestei perioade ar fi creterea implicrii inteligenei de calcul n sistemele mecatronice. O alt mare realizare a acestui stagiu ar fi posibilitatea miniaturizri componentelor de aici dezvoltndu-se micro mecatronica( micro senzori, micro actuatoare)

Un sistem mecatronic este format din dou componente principale:

Sistemul de control este un proces mecanica care este in contact cu mediul nconjurtor prin intermediul senzorilor si traductorilor.

Sistemul controlat este si el la rndul lui format din 3 subsisteme: o Subsistemul de reprezentare a cunotinelor o Percepie o Planificare i control

Inteligena de calcul este de obicei ncorporat n subsistemul de planificare si control. Deci, pe baza informaiilor primite de la senzori, inteligena de calcul, creeaz un plan i o serie de aciuni care o sa permit sistemului sa ndeplineasc o sarcin dat. Microprocesoare, reele neuronale artificiale, logica fuzzy, probabiliti sunt printre uneltele folosite n acest subsistem pentru procesarea informaiei si luarea deciziilor.

14

Structura unei maini mecatronice tradiionale include urmtoarele componente de baz:

Dispozitivele mecanice Bloc cu drivere cu convertoare de putere si motoare de execuie Calculator de control Operator uman/Calculator cu acces la reea

Senzorii sunt folosii pentru a trimite informaii despre starea real a blocurilor din sistem si despre micrile pe care le realizeaz sistemul. Astfel, aceste trei pari obligatorii( mecanic, electronic si calculator) conectate cu alimentare si fluxurile de informaie reprezint o caracteristic primar care deosebete sistemele mecatronice.

Hard drive-ul uni calculator este cel mai bun exemplu de sistem mecatronic pentru c acesta expune rspuns rapid, precizie si robustee. Partea sa electrica este alctuit din dispozitive microelectronice, convertoare de putere si circuite electronice de msurare. Senzorii sunt folosii pentru o obine date reale despre mediul n care funcioneaz HDD-ul i a obiectelor de prelucrare, despre componentele mecanice si al blocurilor de drivere. Toate aceste informaii sunt prelucrate si trimise unitii de control care va da comenzi pe baza acestor date. Blocul de comanda si partea de drivere de micare sunt pri integrante al sistemului mecatronic.

Blocul de comanda al unui sistem mecatronic realizeaz urmtoarele funcii de baza:

1. Controlul micrilor mecanice in modulul mecatronic bazat pe informaiile primite de la senzori.

2. Realizarea aranjamentelor de a controla micrile funcionale ale sistemului mecatronic, adic sa coordoneze micrile mecanice i procesele externe. Dispozitive de intrare/ieire discrete sunt folosite pentru controlul procesului extern.

3. Interaciunea cu operatorul uman prin intermediul interfeei om-main att off-line ct si on-line cu sistemul.

4. Schimb de date ntre sisteme periferice, senzori si alte dispozitive ale sistemului.

Sarcina pricipal a unui sistem mecatronic este aceea de a transforma informaia de la dispozitive de nivel nalt n micare mecanic controlat pe principiul de feedback. n sistemele moderne, energia electric este cea folosit pentru astfel de sisteme(mai rar hidraulic sau pneumatic).

Esena mecatronici const n a integra dou sau mai multe componente, n general de natur fizica diferit, ntr-un modul uniform, funcional. Cu alte cuvinte mbinarea mai multor componente, diferite si greu de pus mpreun pentru obinerea unui dispozitiv robust si foarte eficient.

15

Ca o variant ideala, din punctul de vedere al utilizatorului, modulul mecatronic, dup ce a primit informaii de intrare pentru control, va realiza un proces pe baza unor parametrii calitativi dorii. Integrarea hardware-ului in module ar trebui sa fie nsoit de software integrat. Software-ul sistemului mecatronic ar trebui sa ofere posibilitatea de tranziie direct de la un proiect al sistemului la un control funcional al micrilor sistemului prin intermediul modelrii matematice.

Folosirea abordrii mecatronice pentru realizarea de aplicaii cu control numeric arat avantajele lor de n comparaie cu metodele tradiionale de automatizare:

Un cost relativ mic, avnd in vedere nivelul nalt de integrare, unificare si standardizare a tuturor elementelor si interfeelor

Abilitatea de a realiza micri complicate si precise datorita metodelor de control inteligente.

Fiabilitate, rezisten si imunitate la zgomote. Compactitatea constructiv a modulelor mbuntirea per-total al dimensiunilor si a caracteristicilor dinamice datorat

simplificrii circuitelor cinematice. Oportunitatea de a reconstrui module funcionale n sisteme sofisticate si

complexe n funcie de scopurile specifice ale clientului.

Producia mondial de sisteme mecatronice crete constant i se extinde ctre noi domenii de aplicabilitate. n zilele noastre sistemele si modulele mecatronice i gsesc aplicabilitate n urmtoarele domenii:

Maini unelte, pentru automatizarea proceselor de producie, Robotic(industrial si special) Aviaie, aplicaii spaiale si tehnici militare.

Automobile( de exemplu sistemul de anti-blocare al frnelor(ABS), stabilizare a

mainilor, parcare automat) Echipamente de birou( Fax, xerox) Piese de calculator( HDD, Floppy) Echipament medical Echipamente pentru casa(maini de splat, de cusut etc.) Dispozitive de control si msurare Echipament foto si video Simulatoare pentru piloi In showbiz( reflectoare, lumini dansante)

16

Dezvoltarea puternic a mecatronicii ca o nou direcie tehnologic si tiinific n anii `90 a fost cauzat de mai muli factori, dintre care cei mai importani ar fi:

tendinele dezvoltarea industrial la nivel mondial Dezvoltare de baze fundamentale si metodologie ale mecatronicii Activitatea experilor in cercetare si educaie

Este posibil s se fac o distincie ntre urmtoarele tendine de schimbare i cerinele cheie de pe pia n zona considerat:

Necesitatea de producere si ntreinere de echipamente n conformitate cu standardele de calitate stabilite de Standard ISO 9000.

Internaionalizarea pieei produciei tiinifice i tehnice Necesitatea de a fi introdus sub o form sau alta ingineria internaional i

punerea n practic a noilor tehnologii Rolul crescnd a micilor si mediilor companii industriale datorat rspunsului lor

rapid la schimbarea cerinelor de pe pia. Dezvoltarea rapid a tehnologiei, telecomunicaiilor, mai ales in rile comunitii

Europene. Realizarea unor sisteme mecanice ce rspund la comenzi a apar ca o consecin a acestei dezvoltri rapide.

Analiza acestor tendine ne arat ca este imposibil sa se ating un nou nivel de tehnologie folosind vechile abordri. Dezvoltarea mecatronici ca un cmp interdisciplinar, pe lng problemele tehnico-tehnologice a ntlnit si probleme manageriale si economice. Companiile moderne care ncep s dezvolte soluii mecatronice ar trebui s ncerce sa rezolve cteva din probleme fundamentale ale lumii actuale:

Integrarea structural a departamentelor de mecanic, electronic si informatic ntr-un departament uniform

Educarea si formarea inginerilor specializai in mecatronica si management care sa fie capabili s integreze experi din diferite domenii i sa le poat urmrii si munca.

Integrarea tehnologiilor informaionale din diferite domenii tiinifice i tehnice(mecanica, electronic, calculatoare) ntr-un set de instrumente uniform pentru a oferi suport sistemelor mecatronice.

Standardizare i unificare a tuturor elementelor i proceselor folosite la proiectarea si fabricarea de sisteme mecatronice.

17

Soluii la problemele expuse mai sus, cer de obicei, renunarea la metodele tradiionale, care au fost stabilite anterior de manageri. Totodat cer ca managerii mediocrii, care s-au obinuit sa rezolve doar o parte din probleme, sa treac peste anumite orgolii si sa creasc odat cu sistemele. Din acest motiv, filmele mici si mijlocii, care au structuri flexibile, s-au dovedit a fi mai pregtite s nceap sa produc sisteme mecatronice.

n prezent, mecatronica este recunoscut peste tot n lume. Multe universiti ofer aceast specializare. Problema de la care s-a plecat n crearea mecatronicii a fost c inginerul mecanic are probleme atunci cnd ncearc sa neleag ce spune un electronist sau un inginer software si invers. S-a dorit dezvoltarea unor persoane care puteau sa fac nite compromisuri, s poat lua o decizie la realizarea unui sistem n colaborare ntre mai multe domenii, i sa poat face asta n cunotin de cauz, el avnd cunotine din toate domeniile respective.

Mecatronica unete o varietate de domenii sub un singur nume si prin sistemele dezvoltate de acest cmp se uureaz viaa aa cum noi o tim.

2.2 Sisteme mecatronice actuale destinate interfeelor om-maina automotive

Aprut n a doua jumtate a secolului al 19-lea, automobilul a revoluionat transporturile i a concentrat cele mai semnificative eforturi tiinifice i inginereti, pentru continua perfecionare a performanelor sale. Mult timp componentele mecanice din automobile aveau o pondere covritoare n tot ansamblu, componentele electrice si electronice se rezumau doar la cteva:

Motoare o Demaror o Alternator o tergtoare

Senzori o Temperatura uleiului a antigelului si a apei o Presiunea uleiului o Nivelul carburantului

Relee Becuri

18

Odat cu dezvoltarea microelectronici si apariia circuitelor integrate a circuitelor de putere a procesoarelor numerice, a unor senzori noi si performani a permis rezolvarea unor cerine care se cereau tot mai tare sa fie rezolvate, legate de:

Fiabilitate Siguran n trafic Confort Protecia mediului

Astfel, odat cu dezvoltarea mecatronicii i a posibilitilor pe care le ofer microelectronica, automobilele au nceput s conin din ce n ce mai multe sisteme mecatronice, automobilul devenind n sine un sistem mecatronic. Un automobil din zilele noastre conine circa 60-70 de motoare i un numr la fel de mare de senzori i sisteme senzoriale. Pentru a arata evoluia sistemelor electrice si electronice ale automobilelor din ani `60 i cele din prezent luam exemplul Beetle-ului scos pe pia de Volkswagen n 1960 si varianta moderna a acestuia scos pe pia de aceiai companie n 2001sub numele de New Beetle. Astfel, Beetle-ul produs n 1960 avea o putere de 136 W, circa 80 de

contacte electrice si 150 m de fire i conductoare.Beetel-ul produs n 2001 avea o putere de 2050 W, circa 1200 de contacte electrice si peste 1500 m de cabluri. Aceasta explozie a componentelor

electrice si electronice de pe automobile a permis introducerea unor sisteme noi care cresc

performanele i simplific componentele mecanice.

Cea mai mare provocare a experilor n interfee om main este acela de a le face aa nct sa fie antrenante, funcionale accesibile si uor de folosit. Numrul de instrumente si funcii disponibile pentru ofer a crescut constant de-a lungul anilor. Au fost dezvoltate o multitudine de concepte de control cum ar fi sistemul de asisten a oferului, ecrane tactile, butoane rotative, recunoatere vocala, comanda vocala etc., toate pentru a spori sigurana i pentru a oferi o experien de condus ct mai plcut oferului.

n zilele noastre interfeele om-main se pliaz excelent pe conceptul de vehicul i se preconizeaz ca si pe viitor va fi la fel, dar poate la un nivel mai nalt. Posibilitile crescnde a sistemelor electronice si ale conectrii autovehiculului cu mediul exterior, prin internet spre exemplu, definesc noi provocri pentru interfeele om-main. Numrul datelor pe care automobilul le comunic ctre ofer n timpul funcionrii crete constant( cum ar fi de exemplu faptul ca automobilul recomand schimbarea vitezei atunci cnd sunt atinse un numr de turaii).oferul are acces sa i schimbe din ce n ce mai multe funcii dup propriul su plac, dar adevrul este ca foarte puini dintre acetia acceseaz chiar toate funciile pe care le are la dispoziie. Unul din motivele pentru care se ntmpl astfel de lucruri este acela ca sistemele de operare sunt pur si simplu prea complicate, motiv pentru care toi cei care produc soluii interfee om-main caut sa simplifice ct

19

mai mult cu putin sistemele i totodat sa menin acelai nivel de flexibilitate si acelai numr de opiuni configurabile.

Prin toate aceste dispozitive care mpodobesc automobilele n zilele noastre se ncearc pstrarea oferului ntr-o stare relaxata un timp ct mai ndelungat, de preferat de cnd se aaz pe scaunul oferului pn cnd se ridic de pe acesta. Un ofer relaxat ia cele mai bune decizii n cazul unu posibil accident i poate evita un impact mortal. Dincolo de relaxarea oferului, acesta trebuie s dein informaii despre multe din sistemele automobilului, si automobilul sa ncerce s ofere soluii la unele probleme ntlnite n trafic, i trebuie sa fac asta n aa fel nct s nu l oblige pe acesta sa ia ochii de la drum, si fr sa trebuiasc sa ia minile de pe volan, sau daca trebii sa ia minile de pe volan, s nu trebuiasc sa se ntind prea mult sau s caute prea mult dup butoane, cu alte cuvinte astfel de interfee trebuie s fie intuitive si sa fie montate undeva unde sunt uor accesibile oferului.

Panoul din spatele volanului conine cele mai importante date pe care automobilul le comunic oferului si din acest motiv se afl n cmpul principal de vedere al acestuia, s fie ct mai uor de vzut. Acest panou conine kilometrajul, turometrul, indicatorul nivelului de combustibil si temperatura apei i diverse lumini de avertizare si de atenionare. Kilometrajul indica viteza cu care se deplaseaz automobilul, un element esenial conductorului auto, acesta funciona n trecut printr-un cablu care intra in cutia de viteze si se rotea odat cu transmisia si afind astfel viteza, dar n zilele noastre se folosesc senzori care sa indice viteza. Indicatorul de nivel de combustii poate face diferena dintre ajungerea cu bine acas si oprirea pe marginea unui drum n mijlocul pustiului, deci este o component destul de important a acestui panou. Turometrul informeaz oferul despre numrul de turaii pe care le atinge motorul pentru a evita distrugerea acestuia si totodat pate fi folosit pentru a schimba vitezele exact la momitul potrivit pentru un consum ct mai mic. Tot pe acest panou se afl si un indicator care arat daca sistemul de ncrcare a bateriei funcioneaz corect, n caz contrar bateria ar putea fi descrcat ntr-un timp foarte scurt si automobilul nu va mai funciona. Semnalele de avarie se afla tot n spatele volanului pentru a i oferi oferului informaii despre automobil ct mai repede. Alturi de toate aceste elemente se afl si numrul total de kilometrii pe care i-a parcurs motorul respectiv, indicator care nu poate fi resetat sau dat napoi. Odat cu evoluia electronici si microelectronici si a senzorilor, si acest panou frontal s-a schimbat dramatic, nu ca funcionalitate ci ca aspect si a numrului de informaii pe care l ofer, i a modului n care ofer aceste informaii. Astfel, dac n trecut achiziia de date din sistem se fcea analog, prin cabluri si sisteme complicate, acum senzorii nlocuiesc aceste sisteme si fac achiziia de date foarte simpl. Pe lng simplificarea achiziiei de date, afiarea acestora a fost schimbat din toate punctele de vedere. Dac n trecut afiajele funcionau mecanic si erau destul de greu de calibrat si de lucrat cu ele, n zilele noastre totul se transform n digital si afioarele mecanice devin LCD-uri, si abstractizarea datelor scade, LCD-urile fiind capabile sa afieze totul mult mai clar si mult mai pe nelesul tuturor. Astfel, automobilele au fost capabile s afieze mai mult dect strictul necesar pe consola de bord, i strictul necesar a

20

evoluat odat cu evoluia tehnologiei. Consumul instant, sau consumul pe poriuni ale cltoriei, informaii care nu puteau fi vizualizate pn acum. Evoluia acestor sisteme a fost datorat existenei colaborrii interdisciplinare care au fcut oameni cu diferite seturi de cunotine din domenii diferite, s abordeze idei mree, mai complicate la prima vedere dar care au adus rezultate satisfctoare si au creat ce separat nu putea fi creat la fel de repede sau cu att succes. Mecatronica s-a infiltrat n acest

domeniu si s-a dovedit a fi o component care se integreaz perfect cu toate celelalte si fr de care automobilele nu ar fi evoluat in ritmul n care au evoluat pn acum.

Volanul, care era folosit pan la un moment dat doar pentru funcia sa primara, de a vira roile, este folosit acum ca un suport foarte bun pentru multe dintre comenzile pe care oferul le trimite automobilului. Minile oferului trebuiesc sa fie poziionate pe volan aproape non-stop n timpul condusului aa ca acesta este locul ideal pentru aezarea unor comenzi. Aceste comenzi sunt uor de accesat si nu necesit luarea privirii de la direcia de mers. Numrul de setri ce pot fi ajustate de pe volan depinde de tipul automobilului si de productorul acestuia. Principalele comenzi ce pot fi date de pe volan ar fi:

Sistemul Audio Navigaie Hands free Cruise control Calculatorul de bord

Astfel, volanul devine n sine un sistem mecatronic foarte complex si un element important din

sistemele de interfaa om-main ale automobilului, uurnd accesul oferului la unele din sistemele autovehiculului.

Partea central a bordului este bordului care poate fi accesat att de ofer ct si de pasager. Aceast parte coninea la nceput foarte puine elemente, dar golurile s-au completat odat cu dezvoltarea automobilelor. Dac primele automobile aveau n partea centrala a bordului un ceas i nite elemente de decor, bordul celor mai puin dotate maini conine:

Casetofon/Radio/CD-Player Butoane de selecie Ventilatoare (Ac/Clim/Aerisire) Reglaj ventilatoare(cald/rece, poziia, viteza) Buton de avarie Indicator or si dat

21

Si vorbim despre dotrile de baz pe care le au automobilele. Astzi un ecran tactil montan n mijlocul panoului de bord, preia 80% din funciile pe care le avea aceast parte a bordului. nlocuirea tipului de input cablat cu ecranele tactile ofer nu numai o senzaie de confort dar si un mai bun rspuns din partea automobilului la deciziile luate de ofer. O parte din funciile acestui panou nu sunt pe aceste ecrane tactile doar pentru siguran, deoarece sunt funcii pe care oferul le folosete des si poziia lor este mult mai uor de reinut dac nu se afla acolo i astfel oferul nu trebii s i ia ochii de la drum s le foloseasc.

O perioad foarte lunga de timp, imediat dup apariia telefonului mobil, accidentele provocate de neatenia oferilor care vorbesc la telefon erau n numr extrem de mare. Si n zilele notri mai exist astfel de accidente dar constructori de maini ncearc s elimine problema aceasta prin introducerea posibilitii de a conecta telefonul cu automobilul. Primele soluii cablate s-au dovedit a nu avea mare succes, aa c s-a cutat o soluie care nu implic fire si cabluri si care nu impune restricii. Tehnologia Bluetooth a venit cu soluia pentru aceast problem. Telefonul se conecteaz Bluetooth cu automobilul si va reda convorbirea prin boxele acestuia. Acesta tehnologie a redus foarte mult accidentele cauzate de vorbitul la telefonul mobil, dar, din pcate, nu a putut elimina complet aceast problem.

Odat cu conectarea telefonului mobil cu automobilul i cu creterea uimitoare a tehnologiei telefoanelor, nu s-a mai pus problema conectrii telefonului doar pentru vorbit ci sosi pentru media sau internet. Deci telefonul, o interfa cu care lucrezi non-stop, n fiecare zi, poate fi foarte uor conectat cu automobilul fcnd astfel legtura dintre main i ofer mai accesibil.

Tendinele viitoare sunt ca telefoanele mobile, cu diferite sisteme de operare(cele ce se arat interesate de idee ar i IOS si Android), s controleze complet sistemele unui automobil, adic sa ofere familiaritatea pe care o ofer telefonul la interfa, dar conectat la automobil si la sistemele acestuia. Viitorul acesta nu este prea ndeprtat avnd n vedere ca deja ncepe s existe colaborarea ntre productorii de sisteme de operare pentru telefoanele mobile si productorii de automobile.

Mecatronica s-a infiltrat puternic in industria constructoare de maini, dovad fiind dispozitivele din ce n ce mai performante, si care cresc confortul si sporesc nivelul de control pe care

l are oferul asupra automobilului. Portiera din partea stng, a oferului, coninea n trecut, un buton pentru ncuierea acesteia, un mner pentru deschiderea acesteia si o manivel pentru ridicarea sau coborrea geamului. Acum, acesta portier, este un adevrat ansamblu mecatronic si conine de obicei:

Butoane pentru geamuri(2/4) Reglaj oglinzi(manual/electric) Buton pentru nchiderea centralizat

22

Blocarea butoanelor care deschid geamurile din spate

Fiecare buton aezat cu un scop i toate dau impresia oferului ca deine complet controlul asupra automobilului. Poate sistemul unei portiere pare simplu, dar n zilele noastre o portier are 8 motoare si are nevoie de propriul ei integrat pentru a putea fi fcut comanda acesteia. Geamurile electrice sunt prevzute cu sisteme de siguran pentru a nu prinde mna cuiva atunci cnd se ridic, sistemul de nchidere centralizat se acioneaz singur la cteva minute dup ce automobilul a nceput s se deplaseze si nu poate fi dezarmat dect de ctre sofer.Toate aceste sisteme, creeaz o legtur ntre ofer si autoturism, si sporesc nivelul de comunicare pe care cei doi l au crescnd astfel sigurana.

Accentul ce se pune n prezent pe interfaarea automobilelor cu omul nu se pune doar pentru a arata cat de mult a evoluat tehnologia i ce se poate face cu acesta ci se pune pentru a spori comunicarea. Comunicarea este cea mai buna soluie ntr-o echipa, pentru ca echipa sa funcioneze bine i cu rezultate bune, i cum oferul si automobilul pe care l conduce sunt o echip comunicarea dintre ei este esenial. Da, comunicarea exist de la primele automobile, dar nivelul care a fost atins n zilele noastre este uimitor, nu numai din punctul de vedere al datelor comunicate si din punctul de

vedere al modului n care sunt comunicate datele. S-a ajuns ca, n unele maini, s existe comanda vocal, adic oferul vorbete, automobilul nelege si realizeaz comanda dat, o comunicare mai bun dect prin viu grai nu exist. Mai mult dect att, daca oferul poate comunica cu automobilul prin vorbire, atunci de ce nu ar face si automobilul acelai lucru, i astfel bucla se nchide. Cnd ambii parteneri pot comunica n acelai fel, atunci comunicare este la cel mai nalt nivel al ei. Astfel de sisteme sunt departe de a fi perfecte i se ncearc mbuntirea lor pentru a obine cel mai bun sistem de comunicare. Dezvoltarea acestor sisteme este continu i nu se va opri vreodat atta timp cat mai exist automobile si ct, odat cu dezvoltarea tehnologiei, cerinele de pe pia se schimb si ce e nou devine vechi n doar cteva luni.

Viitorul sistemelor care interfaeaz automobilul cu omul se preconizeaz a fi unul nfloritor si plin de lucruri noi de inovaii si de invenii. Se va ncerca de fapt, simplificarea tuturor sistemelor, de fapt, simplificarea n aparen, adic sistemele sa fie la fel de complicate si performante, dar sa fie mult mai uor de operat, de fapt asta fiind inta de cnd s-a creat un departament de interfee om-main in industria constructoare de maini. Odat cu simplificare interfeei, se dorete sporirea siguranei, cea mai mare problem de la apariia automobilului i pn acum. Se gndesc vari suplicaii care sa fac oferul s fie ct mai relaxat i sa stea ct de mult posibil cu ochii la direcia de mers.

Umanizarea tehnologiei este calea ce trebuie abordat ca aceasta s fie acceptat i neleas de toat lumea. Deci oferindu-i capacitate de vorbire si de nelegere a vorbiri este primul pas ctre umanizare. Raiuni realizate pe baza comenzilor primite sunt realizate si acum de tehnologie i exist

23

si idei vagi de inteligen artificial, dar viitorul promite multe n acest domeniu, chiar si la automobile, prin automobile, cu interfee att de performante nct este necesar doar comunicarea destinaiei ctre automobil i acesta i va calcula cel mai eficient drum i cea mai eficient metod de a ajunge acolo, i v-a porni singur la drum lsnd oferul sa se relaxeze pn la destinaie.

Interfeele mainilor viitorului promit:

Parcare independent Camere si display-uri care s ajute la condus Pilot automat Self-drive bazat pe gps si camere Recunoaterea gesturilor Recunoatere vocala performant Feedback vocal antrenant Simplitate n design Performan Vitez rapid de rspuns

Toate puse cap la cap promit un viitor uimitor al automobilelor si al interfeelor acestora, toate acestea fiind posibile datorit evoluiei necontenite a mecatronicii si stanelor care o formeaz.

25

Capitolul III

3. Sistemul de interfa om-main reconfigurabil 3.1. Conceptul general

n ultimii ani, n domeniul tehnologiei, s-a demarat un proces extrem de rapid de

dezvoltare, modernizare i aducere la standarde din ce n ce mai avansate ale sistemelor i programelor. Concepte valabile, considerate moderne n urm nu cu foarte mult timp, au fost depite astzi i nlocuite de sisteme inteligente, care vin s diminueze sau chiar s nlocuiasc total contribuia sau mai bine spus efortului omului n utilizarea anumitor tehnologii sau programe. Astfel ideea de one touch away( la o atingere distana) a reuit s ptrund ntr-un mod accelerat n vieile de zi cu zi ale oamenilor.

Domeniul automotive este unul care i lrgete aria de activitate i care este ntr-

o continu ascensiune , ncercnd s in pasul cu descoperirile din toate domeniile de la avntul sferei industriale, la rapiditatea cu care se mic sfera comunicaiilor i a telecomunicaiilor.

Fr o conectare ct mai rapid la noile tendine exist o ans nefericit de a rmne

total n urm cu noutile i n acest mod ajungem s nu reuim nici de departe s ne mbuntim viaa, din contr s o ngreunm fcnd uz de tehnologii depite, care nu ne fac altceva dect c ne determin s batem pasul pe loc.

Pe de alt parte achiziionarea unui automobil, dei extrem de necesar, pune

dificulti de ordin financiar pentru o majoritate covritoare a populaie romneti. De cele mai multe ori se recurge la cumprarea unui automobil second-hand, care dup ce a fost uzat o lung perioad de proprietarii anteriori, va fi folosit pe o perioad de minim 10-15 ani de ctre actualii cumprtori. innd cont de avntul tehnologiei, despre care discutam n rndurile anterioare i totodat de posibilitile reduse cu care se confrunt o persoan de rnd, putem spune clar c un automobil poate fi considerat depit de tehnologie nc dup primii 5 ani de la lansare. S-a constatat o necesitate gsirea unei soluii pentru acest tip de problem i aa cum se poate apela la o redecorare a unui sistem arhitectural pentru schimbarea funcionalitii acestuia, exact n acest mod se poate proceda i cu un autoturism. Astfel, utiliznd-ne de artificiile puse la dispoziie de piaa foarte dezvoltat din punct de vedere tehnologic, cu o investiie nzecit mai mic fa de ceea ce ar nsemna cumprarea unui autoturism cu acelai dotri din fabric i nu n ultimele rnd folosindu-ne de totalitatea

26

cunotinelor dobndite n domeniul mecatronicii i roboticii, am reuit s schim planul pentru transformarea unei maini considerat obinuit, chiar autohton am putea spune, ntr- o main adaptat la era modern care s i confere proprietarului comoditate, accesibilitate i nu n ultimul rnd sigurana conferit de un autoturism cu mult mai performant.

Am ales n paginile ce urmeaz s descriem un astfel de procedeu de transformare a

unui automobil, mergnd pe drumul pailor fcui sistematic pe parcursul pregtirii prezentului proiect de licen pentru a concretiza conceptul de modernizare a autovehiculului, n spe, axndu-ne pe sistemele de interfa om-main.

S-a plecat de la ideea modernizrii sistemelor unui automobil Cielo astfel nct s se

reueasc aducerea acestuia la standardele actuale impuse de o pia n rapid dezvoltare .Sistemele adugate pe automobil au ca scop mbuntirea interaciunii dintre main i ofer reuind s se creeze o ambian mai bun, potrivit n timpul conducerii, conferindu-i oferului informaii clare, precise i concrete despre starea autovehiculului, condiiile interioare i bineneles despre condiiile oferite de drum i mediul exterior. Dei un automobil mai vechi poate s dein parte din aceste opiuni, aproximativ asemntoare celor moderne, exist anumite lacune care ngreuneaz cu mult evoluia i ntreg procesul tehnologic de la momentul primei chei pn la ajungerea la destinaie. Faptul c pe vechile automobile, interfeele sunt cele corespondente perioadei n care vehiculul a fost lansat i c n majoritatea cazurilor oferii trebuie s se limiteze la o citire de proast calitate a datelor, duneaz n mod evident calitii condusului, astfel reconfigurarea sistemului de interfa om-main poate nsemna un adevrat atu pentru orice autoturism mai vechi, precum automobilul Cielo prezentat n paginile urmtoare.

Sistemele instalate redefinesc interfaa automobilului i l aduc n era actual si totodat ofer

o gam larg de opiuni pentru o configurare personalizat. Toate elementele montate pe automobil sunt gndite astfel nct fiecare persoana care l conduce ntr-un anumit moment, s l poat configura dup preferinele sale sau dup condiiile impuse de mediu ntr-un punct n momentul utilizrii autovehiculului modernizat, iar la revenirea n automobil, pe baza unui cod unic oferit fiecrei persoane, la fiecare reintroducere a codului respectiv, automobilul i va configura sistemele conform ultimelor setri introduse de proprietarul codului. Prin aceste sisteme se ncearc eliminarea problemelor pe care le aduce schimbarea periodic a oferului mainii, fiecare persoan care are acces la main reuind s i personalizeze experiena n timpul drumului. Acest tip de soluie, a codului individualizat, vine n sprijinul unei probleme reale. Exist n primul rnd cazul n care maina aparine unei familii numeroase, cu mai muli membrii posesori ai carnetului de conducere, care folosesc aceeai main n uz personal. n al doilea rnd exist cazul automobilelor de serviciu, acestora schimbndu-li-se oferul n mod constant. Sistemul dezvoltat vine n sprijinul acestor tipuri de

27

probleme oferindu-le posibilitatea oferilor de a i face reglrile dup preferinele lor, iar mai apoi acestea vor fi salvate i accesate doar cnd persoana care le-a fcut n mod iniial va reveni la volanul autoturismului si va introduce codul.

Pentru introducerea codului personal, se folosete o tablet cu sistem Android, pe care este

dezvoltat o aplicaie de control i care trimite codul de identificare, mai departe, pentru fiecare sistem n parte. Odat codul primit i validat, configurrile memorate sunt trimise de microcontrolere ctre sistemele mecatronice care aaz totul n poziiile stabilite anterior de ofer. Sistemul scurteaz din timpul necesar aezrii obiectelor necesare n timpul mersului (oglinzi, scaun) din main n poziia optim pentru ofer, deoarece odat fcute, la o nou folosire a mainii acestea se aaz automat la introducerea codului.

Sistemele implementate pe main n vederea modernizrii i aducerii acesteia la nivelele

automobilelor moderne sunt:

Kilometraj cu LCD reconfigurabil cu reinerea configurrilor i restabilirea lor la introducerea codului unic.

Turometru cu LCD reconfigurabil cu reinerea configurrilor i restabilirea lor la introducerea codului unic.

Reglarea automat a scaunului oferului, cu reinerea poziiei i restabilirea acesteia la introducerea codului unic.

tergtoare inteligente, bazate pe un senzor de ploaie care i regleaz viteza n funcie de intensitatea ploii.

Faruri inteligente

Aprinderea luminilor din habitaclu la deschiderea portierelor doar dac lumina ambiental este redus.

Aceste sisteme sunt menite s nlesneasc legtura dintre ofer si automobil i s i permit acestuia s l configureze dup preferinele sale. Oferind toate aceste posibiliti de configurare, automobilul devine unic nu prin performane, ci prin modul n care este personalizat, prin modul n care este unic pentru persoana care l-a setat aa i mai ales ofer un grad ridicat de accesibilitate pentru fiecare ofer n parte.

ntreg sistemul este dezvoltat pe un ArduinoMega 2560, cu multe accesorii ce se preteaz

acestei aplicaii, deoarece este un microcontroler relativ ieftin si uor de folosit i se muleaz perfect pe dezvoltarea acestor aplicaii.

28

3.2. Schema existent a autoturismului Cielo 3.2.1. Luminile de ceata fata, faruri, indicator lumini faruri

E3 far - faz lung (stnga) K3 releu sistem de iluminare

E4 far - faz scurt (stnga) K4 releu faruri

E5 far - faz lung (dreapta) K5 releu lumini de cea

E6 far - faz scurt (dreapta) S5 comutator lumini

E7 lamp ceat pe fat (stnga) S6 comutator faz

E8 lamp ceat pe fat( dreapta) S7 comutator lamp cea fa

Figura 3.1Acionare electric lumini exterior

29

3.2.2. Lamp de interior E25 Lamp de semnalizare-spate, stnga S17 Contactor u- fa, stnga E26 Lamp de semnalizare-fa, stnga S16 Contactor u- spate, dreapta E27 Lamp de semnalizare-fa, stnga S17 Contactor u-spate, stnga E28 Lamp de semnalizare-spate, stnga S13 Contact lumini de avarie E29 Lamp portbagaj S14Comutator lamp de semnalizare

E30 Lamp de interior S15Comutator martor portbagaj E31 Lamp de iluminare- ntreruptor avarie R2 Comutator control HLLD K6 Releu lamp semnalizare M4 Motor reglare faruri(stnga) S16 Contactor u-fat dreapta M5 Motor reglare faruri(dreapta)

Figura 3.2 Acionare electric lamp interior

30

3.2.2. Acionare electric tergtoare K9 Releu tergtor S22 Comutator tergtoare

M7 Motor pomp lichid splare geam S23 Contactor pomp splare geam

M8 Motor tergtor S24 Comutator principal acionare geamuri M9 Motor acionare geam . fa, stnga S25 Comutator acionare geam M10 Motor acionare geam . fa, dreapta S26 Comutator acionare geam M11 Motor acionare geam . spate, stnga S27 Comutator acionare geam M12 Motor acionare geam . spate, dreapta

Figura 3.3 Acionare electric tergtoare

31

3.2.2. Cablaj tablou de bord

E35 Martor avertizare ABS E47 Lamp iluminare tablou de bord E36 Martor avertizare combustibil H 6 Tablou de bord

E37 Martor avertizare presiune ulei H 7 Vitezometru

E38 Martor indicator "ses" H 8 Turometrul

E39 Martor avertizare lichid frna de mana H 9 Indicator nivel combustibil

E40 Faza lumini H 10 Termometru motor

E41 Martor avertizare ncrcare baterie R 4 Senzor nivel lichid splare E42 Martor avertizare lichid de splare R5 Senzor temperatura motor E43 Martor semnalizare stnga R6 Sonda rezervor benzina

E44 Martor avertizare u deschisa S29 Senzor nivel lichid frna E45 Martor avertizare centuri de sigurana S30 Contactor frna de mana E46 Martor semnalizare- dreapta R7 Contactor avertizare depire viteza

Figura 3.4 Acionare electric panou de bord

32

3.3. Schema conceptual a sistemului realizat care nlocuiete vechiul sistem

Figura 3.5 Schema conceptual a ntregului sistem

n figura de mai sus este expus o schem conceptual a ntregului sistem, att a sistemului prezentat n lucrarea de fa ct i a sistemului realizat n lucrarea care ntregete sistemul montat pe automobil.

Dispozitivul care reprezint interfaa principal a sistemului este tableta, expus

n figura de mai sus. Pe acesta s-a realizat o aplicaie care centralizeaz si coordoneaz toate datele care circul prin sistem. La pornirea sistemului aplicaia trimite un semnal ctre sistem, semnal care pornete sistemul. Cele doua ArduinoMega 2560 rspund semnalului trimis de aplicaie, trimind semnal pentru a confirma pornirea sistemelor nchiznd astfel bucla. Firele de culoare albastru nchis

din figur reprezint cile prin care aplicaia comunic cu restul sistemelor, deci trimitere de comenzi i iniializarea sistemului, iar cele de culoare galben reprezint cile prin care sistemul comunic ctre aplicaie date i rspunsuri la comenzi. Firele portocalii reprezint cile prin care sistemul achiziioneaz date de la automobil, pentru a putea asigura o funcionare optim, iar firele albastru deschis reprezint cile prin care se trimit comenzi de la microcontrolere ctre sistem. Dup pornirea ntregului sistem cele dou lucrri se separ, rmne ns comunicarea ctre aplicaie a anumitor date, necesare pentru buna

33

funcionare a sistemului, dar mpreun, cele dou sisteme realizeaz modernizare complet a habitaclului.

Sistemul Interfa om main multiuser reconfigurabil pentru industria

automotive conine n principiu sistemele cu care oferul interacioneaz n mod direct att in timpul deplasrii autovehiculul ct si cnd acesta este staionar.

Figura 3.6 Schema conceptual a sistemului de afiaj de pe panou de bord

n figura de mai sus este prezentat sistemul de afiaj panou de bord reconfigurabil,

care vine s nlocuiasc modul clasic de oferire de informaii ctre ofer. Acesta face achiziia ca i vechiul sistem, dar o afieaz ntr-un mod mai plcut ochiului i mai uor de neles. Totodat apare si posibilitatea de configurare a modului n care datele apar i modul n care arat afioarele.

Figura 3.7 Schem conceptual tergtoare inteligente

34

Figura 3.7 prezint schema conceptual a sistemului care nlocuiete tergtoarele clasice. Acest sistem nu necesit implicare oferului n schimbare vitezei tergtoarelor n caz de ploaie ci regleaz automat aceast vitez. Senzorul comunic date ctre Arduino care selecteaz, n funcie de aceste date, una din cele trei viteze posibile ale tergtoarelor. Se folosesc cele trei contacte deja existente pe sistemul clasic de tergtoare pentru uurarea modului de comand.

Figura 3.8 Schem conceptual sistem reglare scaun

Sistemul pentru scaun cu poziionare automat si reinerea poziiei reine poziia n care a fost scaunul aezat ultima dat de ctre un ofer(identificare prin cod unic pentru fiecare dintre acestea) si la urcarea n automobil acesta se poziioneaz automat dup datele tiute de sistem. Senzorul ultrasonic ofer informaiile ctre Arduino, care le scrie pe un card, iar la revenirea n automobil, dup introducerea codului, scaunul v-a reveni n poziia memorat.

Acest capitol conine schemele conceptuale pentru majoritatea sistemelor care

nlocuiesc sistemele clasice ale automobilului. Fiecare sistem v-a fi tratat n

profunzime n capitolele ce urmeaz, cu date tehnice i cu fiecare component care alctuiesc aceste sisteme.

35

3.4. Descrierea sistemelor i subsistemelor utilizate 3.4.1 Scaun cu poziionare automata i reinere a poziiei

Scaunul oferului este o parte component a automobilului foarte important, iar poziionarea

acestuia n ntr-o poziie corect si confortabil pentru conductorul automobilului este esenial. Sistemul ce va fi implementat pe acest automobil vine n ajutorul oferilor care mpart automobilul cu ali oferi, reinnd poziia n care a fost aezat scaunul pentru fiecare ofer si reaezndu-l n poziia respectiv la urcarea acestuia n main.

Sistemul este alctuit din urmtoarele elemente:

Motor Curent Continuu

Driver motor

Senzor ultrasonic HC-SR04

Shield Sd

3.4.1.1 Motor

Figura 3.9 Motor cc Pentru scaunul oferului

Este un motor de 12 V cu reductor, pentru a fi capabil sa deplaseze scaunul cu oferul aezat pe acesta. Motorul de baz este de 25000 rpm dar cu reducie se ajunge la 300rpm, mai mult dect suficient pentru deplasarea rapid a scaunului n poziia predefinit. Este un motor recuperat de pe un automobil

36

care avea opiunea de reglare electric a scaunului, deci este perfect pentru folosirea n cadrul aceste aplicaii i totodat menine preul redus al acesteia.

3.4.1.2 Driver Motor

Driverul pentru motor este realizat special pentru aceast aplicaie, pentru a se mula perfect

pe cerinele aplicaiei de fa i pentru c achiziionarea unui driver ncapsulat este destul de costisitoare. Se ncearc meninerea costului la unul ct mai mic cu putin i construirea driver-ului ajut la acest aspect i respect perfect cerinele aplicaiei.

Figura 3.10 Schem de concept pentru driver-u de motoare

Acest driver este realizat cu 2 tranzistoare, IRL14048 i IRF 9620N8 i poate comanda micarea unui motor n ambele sensuri. Aceti tranzistori au fos