Kaip veikia automatiniai relės ir kokia jų paskirtis automobilyje?

Suprasti automobilių relės pagrindinę funkciją transporto priemonių elektros sistemose

Automobilio relės veikia kaip elektriniai jungikliai, kurie be jokio trikio valdo elektros srautą nuo mažų valdymo grandinių iki didesnių energijos sistemų. Dėl jų veikimo atsakinga vidinė elektromagnetinė ritė, kuri įsijungia, kai per ją prateka 12 voltų nuolatinės srovės signalas. Įjungus relę, ji fiziškai perjungia metalinius kontaktus, kurie arba sujungia, arba nutraukia grandines, perduodančias nuo 30 iki 40 amperų srovę. Tokia galia viršija bet kokias įprastų prietaisų skydelio jungiklių galimybes, todėl relės yra būtinos aukštesnėms elektros apkrovoms saugiai valdyti.

Kaip automobilių relės veikia kaip elektromechaniniai jungikliai transporto priemonių grandinėse

Kai kas nors automobilyje įjungia jungiklį, pavyzdžiui, naktį įjungia priekinius žibintus, tai, kas vyksta variklio skyriuje, yra gana įdomu. Šis veiksmas siunčia 12 voltų signalą į relės ritę, kuri tada sukuria pakankamai stiprų magnetinį lauką, kad pritrauktų relės viduje esančią spyruoklinę dalį. Visa ši mechanizmo veikla pagrįsta tuo, kad mažos galios valdymo grandlė laikoma atskirai nuo vietos, kur vyksta visa stiprios galios elektros veikla. Pažvelkite į tai šitaip: faktinis vairuotojo liečiamas jungiklis visai neturi išlaikyti didelės srovės, galbūt tik apie 0,5 ampero, tuo tarpu relė pati gali perduoti net 20 amperų srovę tiesiai priekiniams žibintams. Be to, šios relės paprastai būna prijungiamos arti akumuliatoriaus, todėl naudojamos trumpesnės, storesnės vielos, kurios gali išlaikyti visą papildomą srovės apkrovą be perkaistant ar ilgainiui pažeidžiant laidus.

Automobilinių relėi tenkanti vaidmuo leidžiant valdyti aukštos srovės prietaisus naudojant mažos srovės valdymą

Relės iš esmės veikia kaip nuotoliniu būdu valdomi jungikliai, kurie leidžia plonoms 18–22 AWG laidams automobilio kabinuose valdyti didesnius prietaisus, reikalaujančius daugiau srovės. 2024 metų transporto priemonių elektronikos ataskaita nustatė, kad tokios relės sumažina laidų svorį maždaug 17 procentų lyginant su senesnėmis tiesioginio jungimo sistemomis. Taupymas ypač svarbus komponentams, kurie daug vartoją elektros energiją, pvz., kuro siurbliams, vartojantiems apie 8–10 A arba radiatoriaus ventiliatoriams, vartojantiems nuo 15 iki 25 A. Tokia konfigūracija yra prasminga tiek siekiant sumažinti svorį, tiek užtikrinti, kad elektros sistemos būtų valdomos ir neperkrautų grandinių.

Kodėl 12 V nuolatinės srovės automobilių relės yra būtinos efektyviam energijos valdymui transporto priemonėse

Automobiliai, kurie veikia pagal standartinę 12 V nuolatinės srovės sistemą, priklauso nuo relės, kad būtų sumažintas įtampos kritimas, kai elektros srovė turi keliauti per ilgus laidus. Įrengus pagrindinį jungiklį šalia akumuliatoriaus, relės užtikrina, kad energiją daug naudojantys komponentai gautų tai, ko reikia, neleidžiant energijos kontrolės linijose. Svarbu ir saugos aspektas. Kai kyla problema ir kažkur atsiranda trumpasis jungimas, saugiklis atlieka savo funkciją – apsaugo viską kita, vietoj to, kad leistų mažyčiams jungikliams įkaisti iki lydymosi ar užsidegimo temperatūros. Tikrai protingas inžinerijos sprendimas.

Automobilių relės vidinė struktūra ir veikimo principas

Pagrindinės dalys: ritė, kontaktai, armatūra ir relės korpusas

Automobilių relė integruoja keturis pagrindinius elementus:

• Elektromagnetinis ritinys : Sukuria magnetinį lauką, kai tiekiama elektros energija (paprastai 12 V nuolatinė srovė)
• Konstrukcija : Judanti geležinė plokštė, traukiama ritės magnetizmo
• KONTAKTAI : Laidininkai, kurie atidaro arba uždaro pagrindinę grandinę (paprastai atidaro arba uždaro tipo)
• Korpuss : Termoplastikos korpusas, užtikrinantis apsaugą nuo dulkių/vandens ir vibruojančio slopinimo

Standartiniai 12 V relės sukurtos taip, kad galėtų išlaikyti apkrovas iki 30 A ir išlaikyti variklio skyriaus temperatūrą virš 85°C. Turėdamos apie 200 mA ritės aktyvavimo srovę, jos leidžia mažoms valdymo žymėms valdyti stipriąsias grandines, neperkraudamos prietaisų skydelio arba stulpelio jungiklių.

Kaip elektromagnetizmas leidžia relės jungimą automobilyje

Padavus įtampą į ritinį, susidaro magnetinis laukas dėl elektromagnetinės indukcijos, kuris traukia armatūrą link šerdies. Šios dalies judėjimas iš tiesų uždarą kontaktų taškus, todėl srovė gali tekėti per pagrindinę grandinę, kurią naudojama sunkiai apkraunant. Kai valdymo signalas baigiasi, magnetinis laukas išnyksta ir spyruoklė grąžina armatūrą atgal į pradinę poziciją, nutraukiant elektrinį ryšį. Ši saugos savybė neleidžia atsirasti pavojingam atvirkštiniam srovės tiekimui ir užtikrina patikimą veikimą daugiau nei 100 tūkstančių ciklų. Tokia ilgaamžiškumas daro šias dalis būtinomis svarbioms sistemoms, tokioms kaip kuro tiekimo mechanizmai ir pramoniniai aušinimo įrenginiai, kuriuose gedimas tiesiog neįmanomas.

Palaipsniškas aktyvavimo procesas: nuo signalo priėmimo iki grandinės uždarymo

1. 12 V valdymo signalas pasiekia relės ritinį (aktyvacijos srovė: 30–70 mA)
2. Ritinys generuoja magnetinį lauką (2,5 mT standartinėmis vienetų sistemomis)
3. Amatūra prisitraukia prie kontaktų su terminale
4. Pagrindinė grandinė užsidaro, tiekiant 10–40A srovę įrenginiui
5. Signalo pašalinimas sunaikina lauką; spyruoklė grąžina kontaktus į pradinę padėtį

Ši seka užbaigiama per 8–15 milisekundžių – pakankamai greitai greitam veikimui, kaip, pavyzdžiui, periodinėms valytuvams – kartu užtikrinant visišką elektrinę izoliaciją tarp valdymo ir apkrovos grandinių

Automobilių relės pagrindinės paskirtys, tiekiant energiją kritiškai svarbiems transporto priemonės sistemoms

Valdant aukštos galios komponentus, tokius kaip kuro siurbliai, starteriai ir aušinimo ventiliatoriai

Automobilių relės veikia kaip eismo reguliatoriai aukštos srovės sistemoms, valdydamos 20–50A apkrovas kuro siurbliams, starteriams (kurie gali sunaudoti 75–150A paleidimo metu) ir radiatoriaus aušinimo ventiliatoriams. Perjungdamos šias sroves iš nuotolio, relės leidžia naudoti lengvus 18–22 kalibravimo laidus kabinėje, kad būtų paleisti galingi įrenginiai, nekildinant perkaitimo ar užsidegimo rizikos

Automobilių relės panaudojimas jungiklių apsaugai ir elektros apkrovos sumažinimui valdymo grandinėse

Relės sistema apsaugo jautrius valdymo jungiklius nuo didelės jėgos srovės. Įprastoje žibintų grandinėje relės sumažina jungiklio apkrovą nuo 10–15 A iki mažiau nei 0,5 A, padidinant jungiklio tarnavimo laiką 400–600 %. Taip pat tai neleidžia įtampos kritimui trukdyti jautriai elektronikai, tokiai kaip ECU ir pramogų moduliai.

Relės valdiklio grandinės ir jų vaidmuo patikimai didelės srovės įrenginių veikloje

Šių dienų vairuotojų grandinės yra įranga su įvairiomis apsaugos priemonėmis, tokiais kaip atgalinio laidininko diodus, kurie padeda valdyti tuos bjaurius įtampos šuolius, kai magnetiniai laukai netikėtai subyra. Toks patobulinimas daro įtaką sistemoms, kur patikimumas yra svarbiausias. Paimkime, pavyzdžiui, kuro siurblio relę – dažnai turi integruotus avarijos jutimo mechanizmus, kurie automatiškai išjungia sistemas avarijos metu. Paleisties relė veikia kitaip, tačiau turi panašią paskirtį – neleidžia varikliui paleisti, jei pavaros tinkamai neįjungtos, taip neleidžiant sugadinti dėl trijimo garsų. Tikrai sofistikuotos sistemos eina dar toliau, naudodamos kelias lygiagrečias relės kaip atsargines sistemas ypač kritinėms detalėms, tokioms kaip stabdžių pavaros, kurios gedimas tiesiog neįmanomas.

Automobilių relės variklių valdyme ir automobilių patogumo funkcijose

Variklių su kontaktiniais žiedais valdymas automobilių langų, stogo liukų ir vėjo apsaugos valymo sistemose

Patogumo sistemose relės veikia kaip tarpininkai tarp sujungtų nuolatinės srovės variklių. Pagal Automobilių inžinerijos instituto duomenis, prietaisų skydelio jungikliai, kurie yra vertinami 2–5 A, iš tikrųjų gali atlaikyti daug didesnę variklių apkrovą – nuo 15 iki 30 A. Tai įmanoma dėl to, kad relės atskiria valdymo laidus nuo tų, kurie perduoda didelę srovę. Ši izoliacija sustabdo pavojingą lanką ir padeda komponentams tarnauti ilgiau – tai ypač svarbu sistemose, kurios daug kartų per dieną įjungiamos ir išjungiamos.

Kaip automobilių relės padidina ilgaamžiškumą didelio ciklo variklių taikymo srityse

Daugelio ciklų taikymo srityse, tokiose kaip stogo liukų varikliai (50 000+ įjungimų), relės sumažina elektros apkrovą 83 % lyginant su tiesioginiu jungimu (Vehicle Systems Journal 2023). Kadangi relė atlieka fizinį kontaktų jungimą, valdymo jungikliai išvengia nubrozdinimų ir nusidėvėjimo. Šis ilgaamžiškumas ypač svarbus sistemoms, reikalaujančioms akimirksniško poliškumo keitimo, tokio kaip automatinio langų valdymo.

Relės naudojimas priekiniuose žibintuose, signaluose, rūko žibintuose ir aukštosios šviesos valdymo grandinėse

Be relės, atsakingos už didelius sroves, paprastai apie 30–40 A priekiniams žibintams, rūko žibintams ir signalams, apsaugančios įprastus jungiklius nuo perkrovos, apšvietimo ir signalizacijos sistemos tinkamai neveiktų. Aukštosios šviesos grandinėse relės leidžia saugiau perjungti skirtingus šviesos režimus, todėl vengiama nemalonių kibirkščių, kurios kartais atsiranda keičiant šviesą naktį. Daugelis inžinierių teisėtai naudoja relės pagrįstas sistemas, nes jos ilgiau tarnauja šių sąlygų. Pvz., priekinių žibintų relė dažnai išlaiko daugiau nei 10 tūkstančių įjungimo ciklų, kol pasirodo tikri dėvėjimo požymiai, todėl jos yra gana patikimos automobilio elektros sistemos dalys nepaisant nuolatinio įjungimo ir išjungimo veikimo.

Automobilių relės tipai: elektromechaninės, stiprintuvinės ir laiko relės

Šiuolaikinėse transporto priemonėse naudojamos trys pagrindinės relės rūšys:

Pramonės duomenys rodo, kad puslaidininkiai relės sudaro 32 % naujų automobilių diegimų (Automotive Electrical Systems Report 2024), ypač hibridinėse ir elektrinėse transporto priemonėse, kur tylus veikimas padeda komfortui.

Laiko relės ir puslaidininkių relės taikymas vidinėje apšvietoje ir saugumo sistemose

Laiko relės turi naudingų funkcijų, tokių kaip pamažu blėstančios kabinos lempos, kai durys uždarytos, tai sutaupo baterijos energiją ir padeda patogumą keleiviams. Saugumo sistemose naudojamos puslaidininkės relės, kurios beveik iš karto reaguoja į bet kokius įsilaužimo požymius, paprastai per 0,1 milisekundės. Šie komponentai taip pat veikia kartu su CAN magistralės tinklais, kai nenaudojami, jų energijos suvartojimas yra mažesnis nei 0,5 vato. Tai padeda padaryti modernias saugumo sistemas daug efektyvesnes naudojant energiją įvairiose transporto priemonių aplikacijose.

DUK

Kokia yra automatinės relės pagrindinė funkcija transporto priemonėje?

Automobilių relė daugiausiai naudojama kaip elektros jungiklis, kuris valdo elektros srauto perkėlimą iš mažesnių valdymo grandinių į didesnes energijos sistemas, leidžiant valdyti didelės jėgos įrenginius mažesniu srove.

Kodėl 12 V nuolatinės srovės automobilių relės svarbios transporto priemonių energijos valdymui?

12 V nuolatinės srovės automobilių relės yra būtinos, nes jos sumažina įtampos kritimą ilguose laiduose, užtikrina efektyvią energijos tiekimą į didelės apkrovos komponentus ir apsaugo valdymo jungiklius nuo perkaitimo bei galimų gaisro rizikų.

Kaip automobilių relės padeda pagerinti transporto priemonių sistemų ilgaamžiškumą?

Automobilių relės pailgina valdymo jungiklių gyvavimo laiką sumažindamos jų elektros apkrovą, neleisdamos tiesioginio elektros kontakto nubrozdinimų ir atskirdamos valdymo sistemas nuo didelės srovės grandinių, todėl sistemos veikia efektyviau.

Kokie yra skirtingi automobilių relių tipai ir jų panaudojimo sritys?

Automobilyse yra trys pagrindinės relės rūšys: Elektromechaninės relės, kurios naudoja fizinus kontaktus ir ritinius bendrosioms sistemoms, tokioms kaip priekiniai žibintai; Kietojo būvio relės, kurios naudoja puslaidininklių komponentus ir naudojamos sistemose, reikalaujančiose tylos veikimo, pvz., elektriniuose automobiliuose (EV); ir Laiko relės, kurios naudojamos sekinimo aktyvacijai vidaus apšvietime ir signalizacijoje.