автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.03, диссертация на тему:Совершенствование противоблокировочных систем автомобиля путем повышения точности измерения угловой скорости затормаживаемых колес

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Краткий обзор проблемы.

1.2. Теоретические предпосылки создания устройств измерения угловой скорости колес для автомобильных

1.3. Конструктивные особенности и анализ работы существующих устройств измерения угловой скорости колес.

1.4. Цель и задачи исследования.

2. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ ИНФОРМАТИВНОСТИ СИГНАЛОВ УСТРОЙСТВ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВОЙ СКОРОСТИ.

2.1. Исследование информативных параметров сигналов существующих колесных датчиков ПБС и методы повышения их помехоустойчивости.

2.2. Особенности корреляционных сигналов и возможность их применения для создания колесных датчиков автомобильных ПБС.

2.2.1. Возможность использования для создания колесных датчиков ПБС импульсных последовательностей со свойством "не более одного совпадения",

2.2.2. Фазоманипулированные последовательности импульсов и их применение для создания колесных датчиков.

2.2.3. Оценка помехозащищенности выходных параметров колесных датчиков, выполненных на основе корреляционных последовательностей.

2.3. Возможные методики использования корреляционных датчиков в цифровых ПБС.

Особое внимание уделить разработке и освоению выпуска i электротехнического оборудования, имеющего более высокий ко-* эффициент полезного действия, меньший удельный расход цветных металлов и других материалов", - такую задачу поставил ХХУ1 съезд КПСС перед работниками машиностроительных отраслей промышленности , в том числе и перед автомобилестроителями. Коллективы производственных объединений, научно-исследовательских и проектно-конструкторских организаций автомобильной промышленности эту задачу по многим направлениям, главным из которых являются обеспечение высоких эксплуатационных качеств выпускаемых автомобилей, создание оистем, построенных на базе электроники, а также совершенствование ранее созданных электронно-технических автомобильных устройств.

Применение встроенных систем автоматического управления с использованием микропроцессоров и микро-ЭВМ - одно из магистральных направлений научно-технического прогресса в автомобилестроении. Такие системы позволяют облегчить труд водителя, улучшить качество функционирования агрегатов и узлов автомобиля, оптимизировать - с позиции безопасности движения выбор режимов вождения, обеспечить экономию топлива и других материалов и экологическую безопасность техники.

Непрерывный рост количества выпускаемых автомобилей и повышение их скоростных свойств предъявляет всё более высокие требования к тормозным системам. Улучшение качества тормозного управления автомобиля является одним из наиболее эффективных путей повышения активной безопасности.

Качество тормозного управления может быть улучшено за счет применения более совершенных тормозных механизмов и приводов и внедрения автоматичкских систем, предотвращающих блокировку колес при торможении.

Системы, исключающие блокировку колес, существенно улучшают тормозные свойства автомобиля прежде всего на скользких дорогах (повышают эффективность торможения, обеспечивают устойчивость и управляемость автомобиля). Вместе с тем, они положительно влияют на процесс торможения и на сухих дорожных покрытиях, способствуют увеличению срока службы шин.

Работы по созданию противоблокировочных систем (ПБС) особенно расширились в последние годы. Решение этой проблемы заняты практически все крупнейшие иностранные автомобильные фирмы. В СССР работы по созданию автомобильных ПБС проводятся в НИИавтоприборов, КАМАЗе, ЗИЛе, а так же учеными ряда ВУЗов, в том числе и ХАДИ.

Столь повышенный интерес к ПБС объясняется как ростом числа дорожно-транспортных происшествий, причиной которых является блокировка колес автомобиля при торможении, так и перспективой положительного решения проблемы, наметившейся в связи с выявлением возможности использования для этой цели электронных устройств.

ПБС должны удовлетворять ряду требований, которые вытекают из их основной задачи - в любых условиях торможения обеспечивать сохранения устойчивости и управляемости автомобиля при максимально-возможной эффективности торможения. ПБС должны надежно работать во всех реальных диапазонах изменения коэффициента сцепления колеса с опорной поверхностью, скорости автомобиля и нагрузки на колеса, не вызывать значительных толчков, колебаний и вибраций подрессоренных масс автомобиля, что обеспечивается частотой срабатывания, существенно отличной от собственной частоты колебания кузова на подвеске. ПБС не должны снижать надежности действия основных тормозов, т.е. не оказывать влияния на тормозные качества автомобиля при служебном торможении (без блокировки колес), обеспечивать быстрое и точное изменение параметров процесса торможения при изменении дорожных условий.

В последние годы, в связи с бурным развитием полупровод-Д никовой и интегральной электроники, разрабатываются электронные противоблокировочные системы. В литературе их иногда именуют антиблокировочными системами (АБС). Большинство разрабо-, танных до настоящего времени ПБС относится к числу аналоговых систем, т.е. является автоматическими системами непрерывного действия. Это обусловливается тем, что аналоговые системы обладают высоким быстродействием и несложны по конструкции. Некоторые фирмы /1,79/ выпускают цифровые ПБС, т.е. ПБС дискретного действия.

В настоящее время полностью еще не решена проблема создания ПБС для автомобилей. Реальная эксплуатация ПБС выявила ряд серьезных недостатков аналоговых ПБС, одним из которых является недостаточная помехоустойчивость их отдельных элементов. Важнейшим из этих элементов является устройство измерения угловой скорости вращения колес - колесный датчик. Несмотря на постоянные усовершенствования его конструкции, помехозащищенность его выходного сигнала остается на низком уровне. Этот недостаток проявляется и в случае применения цифровых ПБС, хотя помехоустойчивость их блоков и элементов выше, чем у аналоговых ПБС

Практика эксплуатации ПБС показала, что для выполнения вышеперечисленных требований необходимо не только правильно выбрать алгоритм и схему установки ПБС на автомобиле, но и обеспечить высокую помехоустойчивость их отдельных элементов.

Одна из важнейших задач, которая при этом должна быть решена состоит в разработке колесного датчика, выходной сигнал которого должен обладать высокой помехозащищенностью и быть удобным для дальнейшей обработки.

Цель настоящей работы состоит в создании такого датчика для цифровых ПБС.

По теме диссертации опубликована одна статья, отправлены 2 заявки на изобретение. Опубликованные работы отражают основ* ное содержание диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения и содержит i33 страниц машинописного текста, 62 рисунков, 2 таблицы и список литературы из 82 наименований.

5.ВЫВОДЫ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ИССЛЕДОВАНИЙ

1. Практика эксплуатации и экспериментальные исследования автомобильных противоблокировочных систем показали, что современные ПБС в ряде случаев не обеспечивают требуемого качества регулирования процесса торможения из-за недостаточной точности измерения угловой скорости затормаживаемых колес.

2. Недостаточная точность измерения угловой скорости затормаживаемых колес обусловлена слабой помехоустойчивостью применяемых колесных датчиков ПБС. Введение в систему дополнительных устройств для фильтрации помех отрицательно сказывается на качестве регулирования и надежности системы.

3. С использованием теории сжатия импульсов в диссертации предложены два варианта колесных индукционных датчиков ПБС -датчики со свойством "не более одного совпадения" и датчики по коду Баркера - применение которых позволяет отфильтровать практически весь спектр помех на входе системы.

4. Высокие корреляционные свойства разработанных датчиков обеспечивают получение сигнала, достаточного для работы последующих цепей ПБС при скорости движения автомобиля 5 км/ч и зазорах между статором и ротором датчика в пределах 1,5.2 мм. Рабочая температура обмоток датчиков при температуре окружающего воздуха 20 °С не превышает 45°С, что является допустимым для применяемых изоляционных материалов.

5. Предложенные датчики угловой скорости колеса, обладая высокой помехоустойчивостью и всеми преимуществами, присущими используемым обычным датчикам, по существу не превосходят их по сложности конструкции.

6. Разработанные корреляционные датчики могут быть использованы в цифровых ПБС.

7. В диссертации разработана методика выбора основных конст руктивных и электрических параметров предложенных датчиков.

8. Проведенные экспериментальные исследования подтвердили теоретические выводы о возможности создания на основе теории сжатия импульсов работоспособных устройств, обеспечивающих более высокую точность измерения угловой скорости затормаживаемых колес автомобиля.

3. ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО СОЗДАНИЮ УСТРОЙСТВ ИЗМЕРЕНИЯ УП10В0Й СКОРОСТИ КОЛЕСА

3.1. Методика проектирования индукционных датчиков оо свойством "не более одного сов-па де ния"

По принципу действия, рассмотренному во второй главе, колесный датчик, выполненный по коду "не более одного совпадения" так же, как и другие магнитоиндукционные колесные датчики, имеет две части - ротор и статор. Конструкция датчика изображена на рис.2.10. В настоящей главе подробно рассмотриваются теоретические предпосылки, необходимые для проектирования колесных датчиков со свойством "не более одного совпадения".

Выходной сигнал датчика со свойством "не более одного совпадения" как автокорреляционная функция кода зависит от многих факторов. Эта функция может быть выражена зависимостью fM = Ti, То , S , Vd, Н, fc ) , (3.1) где N ~ код, применяемый для изготовления датчика, ц - расстояния между зубцами (в пакете) ротора и статора,

То - расстояние, разделяющее пакеты зубцов ротора, S - толщина зубцов,

А. - расстояние между зубцами ротора и статора, V - относительная скорость между ротором и статором, Н - напряженность магнитов (электромагнитов) статора, к - количество пакетов зубцов ротора.

Для данного размера датчика пять первых величин ( N , k » fi , То » <5 ) являются взаимосвязанными. Например, чем больше при выборе N и & , тем меньше 7,- , , 5 , Поэтому задача выбора этих величин является задачей оптимизации. Если заранее известны исходные величины, например, диаметр ротора и нужное количество £ , то можно определить величины £ (длина пакета зубцов) и и отсюда, с точки зрения минимально возможных отношений будет выбран максимальный N , приемлемый для данных габаритов. И наоборот, если известны необходимое отношение сигнал-шум, которое должно быть обеспечено, т.е. при выбранных величинах N и £ , можно определить минимальный размер датчика. В обычных колесных датчиках (магнитоиндукционных) информацию о состоянии вращающего колеса несет частота выходного сигнала датчика, пропорциональная количеству зубцов на роторе датчика. Как правило, разработчики колесных датчиков стремятся увеличивать число зубьев на роторе до максимально возможного по конструктивным соображениям /69/, Согласно работам /21,76/ относительная погрешность измерения методом счета импульсов за установленный цикл измерения обратно пропорциональна числу импульсов, поступающих от датчика за цикл измерения, т.е. частоте импульсов датчика и длительности измерения. Иными словами, чем выше частота импульсов и чем больше длительность цикла измерения, тем меньше относительная погрешность измерения. Однако на практике длительность измерения задавать особенно большой нельзя, так как относительное скольжение колеса при экстренном торможении автомобиля изменяется от 0 до 100$ (т.е. до блокировки) очень быстро. Очевидно, что цикл измерения должен быть еще меньшим, в противном случае система автоматического регулирования будет чрезмерно инерционна, а если учесть инерционность механических и гидравлических (пневматических) ее узлов, вообще может оказаться не способной предотвращать "юз" колес(рис.3.1).

В случае корреляционного датчика информация о состоянии колеса содержится не в частоте выходного сигнала, а в временном интервале между главными пиками выходного сигнала. Поэтому в процессе измерения скорости колеса необходимо лишь чередование одного цикла за другим и для контроля состояния колеса этих временных интервалов не надо особенно много. Фактически путем сравнения временных интервалов между двумя следующими друг за другом импульсами (главными пиками) можно судить о состоянии вращающего колеса.

Из этих соображений представляется возможным определить допустимое минимальное число секторов зубцов ротора (&/»?;«)

Регулирование процесса торможения будет обеспечено если минимум два следующих друг за другом временных интервала будут получены за время затормаживания колеса до достижения критического скольжения. Зададим минимальную скорость автомобиля Vm'rn , при которой еще должна работать ПБС. Так как Уупт относительно небольшая скорость, что за время достижения затормаживаемым колесом критического скольжения (S« ) скорость автомобиля заметно уменьшится, что должно быть учтено в расчетах. При линейном снижении скорости последняя упадет до некоторого значения аУтт (где а - коэффициент, характеризующий степень снижения скорости автомобиля за время t^ ). Тогда средняя скорость автомобиля Vcp будет равна Ууг"" •

Двигаясь со скоростью Vcp автомобиль пройдет путь, равзключекной ПБС. -

1 -fb

-» V/ • +

НЫЙ —J— Vmin.T^ .

Затормаживание колеса сопровождается непрерывным увеличением скольжения. В примерных расчетах может быть принято, что колесо в течение времени затормаживается с некоторым средним скольжением Sep . С учетом Sep за время U колесо совершит т оборотов

4+л) (4-Stp) (3,2)

Г) - h л Гко где Гко - радиус качения колеса приотсутствии торможения.

Чтобы было гарантированно получение двух следующих друг за другом временных интервалов, в течение времени tf датчик должен отметить минимум три интервала. Тогда за один оборот колеса должно быть получено £ интервалов, что и будет равно допустимому минимальному числу секторов зубцов на роторе

4-ta)(4'Scp) Vmin • Значения коэффициента а , среднего скольжения Sep и времени fj. зависят от свойств автомобиля и условий торможения. Конкретные их величины в расчетах должны выбираться для наихудших условий экстренного торможения данного автомобиля на основе экспериментальных данных. Так, для случая торможения автомобиля типа ЛАЗ ( ГКо = О,В*} при VW> = Ю км/ч, а - 0,5,

5Ср =0,2 (обледенелый асфальт), % =0,3 с, составляет 15.

Каждый сектор зубцов отстоит друг от друга на расстояние Г0 . Выбор расстояния Т0 должен сопровождаться двумя условиями: быть минимально коротким и должно обеспечивать условие "не более одного совпадения" при переходе с одного пакета зу-цов на другой. Так как Г* тоже обеспечивает это свойство, то оно должно быть согласованным с выбранным кодом и его величина зависит от ?i .

При относительном перемещении пакетов зубцов ротора относительно статора, их автокорреляционная функция периодично достигает максимальных значений, соответствующих главным пикам на выходе датчика. Это верно для случая, когда положения зубцов в пакете ротора полностью совпадают с положениями зубцов статора, т.е. когда относительный сдвиг Т равен 0, происходит N совпадений, в противном случае, когда Т не равен

О, происходит не более одного совпадения. Следующие N совпала/ дений происходят через сдвиг, равный периоду Т~Т0+ 2 Т; . i-t

Каждое отдельное совпадение происходит, когда сдвиг X достигает значения отдельных Г; или сочетания Т; от наименьшего до наибольшего. Для того, чтобы не бшю одновременно двух совпадений при переходе от одного пакета зубцов на другой, должен выбираться так,чтобы его значение не было равно значению t,- в отдельности или в любом сочетании. При этом 1 принимает минимально возможное значение. Например, для кода с позициями с, «= 3 , = 5 , ?3 = 2 , = 4 (рис.2.9), каждое отдельное совпадение будет происходит, когда сдвиг t приобретает значения 2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,14. Значит минимальное приемлемое значение ц? равно 13. Оно так же может выбираться равным 15 или выше в зависимости от технического исполнения.

Как известно в радиолокации, последовательность "не более одного совпадения" состоит из пакета электромагнитных импульсов, следующих друг за другом с временными интервалами t,, Z2 w . Причем,продолжительность каждого импульса мала в сравнении с Т; . В случае применения этих кодов в датчике вместо электромагнитных импульсов использованы зубцы из маг-нитомягкого материала. С точки зрения технологии невозможно выполнить толшину зубцов очень малой. Относительно большая толшина зубцов должна быть обеспечена определенная жесткость и пространственное заполнение.

Основными параметрами магнитоиндукционного датчика со свойством "не более одного совпадения" являются величины Т/ данного кода. Величины Т; могут быть рассчитаны отдельно, не включая величину S (рис.3.2,а), или в сочетании с ней (рис. 3.2,6).

Приведенные на рис.3.2 два варианта расположения зубцов не сильно отличаются друг от друга, но с точки зрения технологии, где зубцы нарезаны путем фрезерования по градуировке, становится очевидным, что второй вариант является более технологичным.

Автокорреляционная функция выходного сигнала, а следовательно и отношение сигнал-помеха так же сильно зависят от зазора d между ротором и статором. Чем меньше cL , тем больше отношение сигнал-помеха, тем выше амплитуда выходного сигнала. Поэтому разработчики всегда стремятся уменьшить величину d . Одноко d нельзя уменьшать до очень малой величины, так как оно сильно колеблется в условиях эксплуатации (перекос осей, вибрация,.), что может привести к повреждению датчика. Если зазор заранее не принять достаточно большим, то при эксплуатации будет большая вероятность изгиба и поломки зубцов ротора и статора при их касании. Выходом из этого положения может служить техническое решение, используемое в работе /43/. С целью повышения чувствительности датчика, в датчик вводятся дополнительные постоянные магниты, которые установлива

5=1 Т, = S.1

Т2 = 8.55 Vj tu=S.8S

Tf = 6

Тг-iO

U = 8

Рис.3.2. Расположение зубцов в пакете и соотношение расстояний при N = 5. ются между концами сердечников электромагнитов статора. Такая схема изображена на рис.3.3. При этом одноименные полюса дополнительных постоянных магнитов и сердечников электромагнитов статора направлены встречно.

Одним из вакнейщих параметров датчика является амплитуда выходного сигнала или э.д.с. индукции. На выходе датчика появляется э.д.с. индукции в результате изменения магнитного потока ф , проходящего через сечение измерительных обмоток датчика при изменении зазора между зубцами ротора и сердечниками электромагнитов статора. По закону Фарадея эта э.д.с, определяется формулой: s = ± d± - i.i.8 5 сз-2) с ci-t С dt где Ф - магнитный поток, пронизывающий сечение измерительных обмоток,

С - постоянная Фарадея,

В - магнитная индукция,

S ~ сечение измерительных обмоток (площадь сердечников статора).

Рассмотрим конкретный случай, когда система является электромагнитом, состоящим из сердечника I, изготовленного из магнитомягкого материала с навитой на нем первичной обмоткой 2, питаемой постоянным током I , и второй измерительной обмоткой 3. э.д.с. во второй обмотке возникает в результате изменения магнитного потока, проходящего через ее сечение в результате изменения зазора между зубцом ротора 4 и сердечником электромагнита I статора при их относительном перемещении со скоростью V (рис.3.4). В этом случае э.д.с. на выходе датчика определяется формулой: U U

ЮЗ

ЙГ"П

СПЯ ЙПГ) N из о

Рис.3.3. Усовершенствованная схема корреляционных " , датчиков ( N = 5). • у- ^ротор, 2т Зубчики ротора. Зт Сердечники. 4 - Обмотки. Статор. 6 - дополнительные постоянный магниты. -'• '^-'Л' . - '. . "'--у':,'-. \ . ; ■ ■ ■ . •./.•■.••■■ • '

Рис.3.4. Электромагнитная схема датчика НОС = 1 V. В. 2 (a+b) r)2 с

3.3) где V - скорость вращения торца зубца ротора,

6 - магнитная индукция внутри сечения вторичной (измерительной) обмотки, a,b - стороны сердечника, пг - число витков вторичной обмотки. В является магнитной индукцией, вызванной магнитной индукцией 6>о электромагнита на расстоянии d и и уменьшается относительно Во по квадратичному закону

В = — = т п< (ЗЛ)

Тогда э.д.с. выходного сигнала можно определить по формуле:

- BN0 jr.jV> V . . (3.5) с1"*-2 ' где N0 - число электромагнитов, соответствующее выбранному коду d зазор между зубцами ротора и сердечниками статора, J4 - магнитная проницаемость материала сердечника, Г - ток, протекающий в первичной обмотке, Г)± - число витков первичной обмотки. Анализируя выражение 1(3.5) замечаем, что чем больше jviln, тем больше э.д.с. выходного сигнала. Но материал сердечника является ферромагнетиком, который насыщается при достижении определенного значения намагничивания. Поэтому параметр Ти, должен быть выбран так, чтобы при намагничивании сердечник был магнитонасыщенным /78/. Э.д.с. индукции имеет прямолинейную зависимость от , поэтому вторичная обмотка датчика должна быть выполнена с максимально возможным числом витков.

3.2. Методика проектирования индукционных датчиков с фазоманипулированными последовательностями

Аналогично описанному в §3.1 колесный датчик, изготовленный по коду Баркера, так же состоит из двух частей - ротора и статора (рис.2.17). Главным отличием этого класса датчиков от других типов является то, что зубцы ротора состоят из постоянных магнитов, разделенных на секторы с чередованием полюсов магнитов по выбранному коду Баркера с равномерным расположением по периметру ротора. Статор датчика состоит из электромагнитов, количество которых соответствует количеству зубцов в одном секторе ротора. Чередование полюсов магнитов в секторе статора так же соблюдает Баркеровскую последовательность, но только в обратном направлении относительно полюсов магнитов в одном секторе ротора. Выходной сигнал датчика по коду Баркера как функция автокорреляции так же, как датчик со свойством "не более одного совпадения", выражается зависимостью (3.1). Датчики по коду Баркера имеют корреляционное свойство выходных сигналов, одноко информативность кода Баркера заключается в манипулировании полярности импульсов. Поэтому при проектировании датчика по коду Баркера расстояния может быть выбрано свободно лишь бы они бшш равны между собой и удовлетворяли конструктивному заполнению. Другой особенной чертой этих датчиков является то, что расстояния и То не отличаются друг от друга, поэтому при данном габарите ротора можно образовать больше количество секторов зубцов, чем в случае датчика со свойством "не более одного совпадения". Кроме того, при одинок ов ом количестве секторов (соответственно главных пиков выходного сигнала) датчик по коду Баркера имеет меньше размеры. При этом выходной сигнал датчиков по коду Баркера имеет меньшую степень сжатия, чем выходной сигнал датчиков со свойством "не более одного совпадения".

Главным преимуществом датчика по коду Баркера перед датчиком со свойством "не более одного совпадения" является независимость отношения сигнал-помеха от толшины зубцов ротора и статора. Следовательно, с большим размером зубцов мы можем создать магниты с магнитной напряженность сильнее, чем в случае датчика со свойством "не более одного совпадения". При этом можно увеличивать зазор d между ротором и статором,сохраняя одиноковой э.д.с. выходного сигнала по сравнению с э.д.с. выходного сигнала датчика со свойством "не более одного совпадения". г

На рис.3.5 изображена электромагнитная схема датчика по коду Баркера. Датчик состоит из ротора I с закрепленным на нем постоянным магнитом 2, который при перемещении относительно сердечника электромагнита статора 3 со скоростью V создает в обмотке 4 электромагнита э.д.с. индукции. В этом случае э.д. с. на выдоде датчика определяется формулой: = ~ V. 8 . 2 (а+Ь). ю , (3.5) где V - скорость вращения торца магнита ротора, магнитная индукция внутри сечения сердечника статора , а,Ь - стороны сердечника статора, л - число витков электромагнита статора, Так как

В = J*-"

3.6) где J*t - магнитная проницаемость сердечника статора,

И - магнитная напряженность в сечении сердечника статора;

Н ~ ~~~jZ > (3.7) где Но - магнитная напряженность постоянного магнита ротора, d - зазор между ротором и статором, то

С N: V.tf.Ho S ^

Z = г(а+Ь)П , (3>8) где N - число электромагнитов соответственно выбранных по коду.

Из (3.8) видно, что чем больше Н0 f т.е. чем сильнее постоянный магнит ротора, тем больше £ на выходе датчика, чем больше ft материала, из которого изготовлены сердечники статора и чем больше число витков электромагнита, тем больше э.д.с. выходного сигнала датчика.

Из изложенного следует, что методика выбора конструктивных и расчета электрических параметров корреляционных датчиков практически не отличается от проектирования обычных индукционных датчиков. При этом лишь учитывается влияние на величину выходного сигнала выбранного кода.

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

4.1. Выбор конструктивной схемы и электрических параметров устройства измерения угловой скорости колеса

Корреляционные датчики по конструкции и принципу работы мало отличаются от обычных индукционных датчиков и обладают всеми присущими им достоинствами. Они просты по конструкции и в изготовлении. Отсутствие в них трущихся частей и периодически замыкаемых контактов позволяет сделать предположение о их достаточно высокой надежности. Датчики не содержат дорогостоящих элементов, что обусловливает их сравнительно не высокую стоимость. Защита датчика от воздействия влаги может быть обеспечена пропиткой обмоток чувствительного элемента, например, эпоксидной смолой. Габариты датчиков позволяют разместить их внутри тормозного барабана, что обеспечит так же их защиту от механических повреждений. На рис.4.1 и 4.2 представлены чертежи роторов, примененных для проведения экспериментов. Роторы выполнены из магнитомягкого материала. Размеры роторов и конструкции их фланцев предусматривают их крепление к стенкам тормозных барабанов колес автомобиля КрАЗ с внутренней стороны. По окружности ротора, изготовленного со свойством "не более одного совпадения", размещены 12 секторов зубцов с N = 5. Количество секторов выбрано из соображений, описанных в предыдущей главе. По окружности ротора, изготовленного по коду Баркера, размещены 18 секторов. Их количество выбрано из тех же соображений^N = 4).

Чертежи чувствительных элементов приведены на рис.4.3

Рис.4.I, Зубчатый ротор корреляционного индукционного датчика со свойством "не более одного совпадения" с Ы = 5.

0.5 сектор

Рис.4.2. Зубчатый ротор корреляционного индукционного датчика по коду Баркера с N = 4.

Рис.4.3. Чувствительный элемент датчика со свойством не более одного совпадения" с N = 5 I. Катушки. 2. Сердечники. 3. Обмотки возбуждения. 4. Измерительные обмотки

Рис.4.4. Чувствительный элемент датчика по коду

Баркера ( N = 4) •I. Катушки. 2. Сердечники. 3. Измерительные обмотки. и рис.4.4.

На статоре датчика со свойством "не более одного совпадения" нарезаны 5 зубцов-сердечников, которые представляют зеркально симметричный сектор зубцов ротора. На них установлены 5 чувствительных обмоток, схема соединения которых представлена на рис.2.10, и 5 обмоток возбуждения для питания датчика. Каждая обмотка возбуждения оодержит 300 витков провода ПЭВ-0,1. Количество витков выбрано таким образом, чтобы при подключении к выводам электромагнита источника питания с напряжением 24 вольта, принятого для эксперимента, их сердечники были магнитонасыщены. Количество витков в измерительных обмотках выбрано максимальным для данного размера наименьшего паза между сердечниками статора. Измерительная обмотка содержит 1200 витков провода ПЭВ-0,07. Схема соединения обмоток изображена на рис.2.10.

На статоре датчика по коду Баркера нарезаны 4 зубца-сердечника , которые представляют собой один сектор зубцов ротора. На них установлены 4 чувствительные обмотки, каждая из которых содержит 2000 витков провода ПЭВ-0,07. Схема их соединения изображена на рис.2.13. На все зубцы ротора установлены обмотки возбуждения, каждая из которых содержит 1000 витков провода ПЭВ-0,1. Сердечники также должны быть магнитона-сыщенными при подключении к их выводам источника питания с напряжением 24 В. Схема соединения обмоток каждого сектора зубцов ротора аналогична схеме соединения обмоток статора (рис. 2.15). Изоляция слоев обмотки и первого слоя от сердечника выполнена из лакоткани. Обмотки пропитаны эпоксидной смолой.

Изготовленные датчики были подвергнуты стендовым испытаниям. Реальные конструкции датчиков изображены на рис.4.5 и

Рис.4.5, Корреляционный датчик со свойством "не более одного совпадения" с /V = 5.

Рис.4.6. Корреляционный датчик по коду Баркера с /V = 4. и рис.4.6

4.2. Описание стенда для исследования датчиков ПБС,аппаратура и методика экспериментальных исследований

Испытания проводились в лабораторных условиях на стенде, содержащем привод вращения ротора, два источника постоянного тока с регулируемым напряжением 0-30 В для питания электродвигателя, привода вращения ротора, статора датчиков, регистрирующей и контрольно-измерительной апаратуры.

Для измерения параметров при испытаниях датчиков использовалась следующая апаратура: осциллограф - применяется для контроля и измерения параметров выходного сигнала датчика и выходного сигнала следящего сравнивающего дискриминатора ; электронный следящий сравнивающий дискриминатор- формирователь сигналов применяется для определения и преобразования главных пиковых значений выходного сигнала датчика в прямоугольные импульсы ; частотомер электронносчетный - применяется для измерения частоты вращения ротора ; термопара, совместно с прибором ЭПП-0,9.

Задачами испытания являлись:

1. Проверка работоспособности датчиков в реальном диапазоне режимов работы.

2. Определение зависимости амплитуды выходного сигнала от скорости вращения ротора и питающего напряжения.

3. Проверка отклонения реального отношения главный пик- боковые лепестки (сигнал-помеха) от теоретического в зависимости от зазора между статором и ротором и от питающего напряжения.

4. Определение степени нагрева датчика при длительной работе.

При испытаниях датчиков измерялись следующие параметры: ио - угловая скорость вращения ротора (1/с), Uгпах~ амплитуда выходного сигнала (главного пика), В ; К - отношение главный пик-боковые лепестки ; Un - напряжение питания, 3 ; In - потребляемый ток, А ;

Т - температура обмоток датчика, Ч (измеряется после I мин. работы).

При проведении испытания в качестве варьируемых параметров были выбраны: d - зазор между сердечником чувствительного элемента и зубьями ротора, Un - напряжение питания обмоток датчика.

4.3. Анализ результатов исследований

Испытания датчиков блокирования проводился в соответствии с изложенной методикой. В данном разделе приведены результаты, полученные при испытаниях корреляционных датчиков со свойством "неболее одного совпадения" с N = 5 и /V = 7 и датчиков по коду Баркера с /V = 4 и Л/ = 5. Выводы, сделанные на основании анализа результатов испытаний могут быть распространены на другие корреляционные датчики этих семейств, т.к. они основаны на одном принципе действия.

На основании измерений параметров, указанных в разделе 4.2, построены характеристики датчиков. На рис.4.7 и рис.4.8 представлена графическая зависимость амплитуды сигнала от частоты вращения ротора при различных величинах зазора между сер

Рис.4.8. График зависимости амплитуды сигнала от частоты вращения ротора датчика по коду Баркера ( К « 4). (Линии 1-6: U* = 24 В, еоответ^^изменения dl от 0,5 мм до 3 мм /::•';'■:.■*:.''=■-сшагомЛинии ^ б': U*v - 12. В, соответственно изменения dL от 0,5 мм до 3 мм с шагом-- 0,5 мм). дечником статора и зубьями ротора.

Из график видно, что при уменьшении скорости вращения ротора амплитуда сигнала падает . В случая датчика со свойством "не более одного совпадения", при зазора d = 3 мм амплитуда сигнала достигает минимально допустимой величины (0,3 В) при скорости вращения ротора, соответственно скорости движения автомобиля V = 20 км/ч, когда Un - 24 В или скорости движения автомобиля V = 30 км/ч когда и„= 12 В. При уменьшении зазора минимальная скорость вращения ротора, при которой амплитуда сигнала достаточна для надежного детектирования его в пиковом дискриминаторе, уменьшается. При зазоре d - I мм минимальная скорость движения автомобиля V = 4 км/ч при Ып = 24 В и минимальная скорость движения автомобиля будет равна 5 км/ч при U„ = 12 В. Следовательно, зазор между сердечниками статора и зубьями ротора необходимо выполнять как можно меньшим. Величина минимального зазора обусловлена биением ротора при установке его внутри тормозного барабана. Если задать минимальную скорость V = 5 км/ч то зазор дяя обеспечения этой скорости должен быть d = 1,5 мм при Un = 24 В или d = I мм при и» = 12 В. Для обеспечения такого зазора биение ротора должно быть выдержано не более 0,8 - 1,2 мм в первом случае и 0,5 - 0,8 мм во втором. Из графика видно, что при уменьшении скорости вращения ротора амплитуда сигнала падает. Аналогично выше написанному, если задать минимальную скорость автомобиля V = 5 км/ч, то зазор для обеспечения этой скорости должен быть d = 2,5 мм при Un = 24 В или d = 2 мм при Un в 12 В. Для обеспечения такого зазора биение ротора должно быть выдержано соответственно не более I.2 мм и I. 1,5 мм.

На рис.4.9 приведена зависимость отношения главный пик-боковые лепестки при различных значениях зазора между сердечниками статора и зубьями ротора.

Исходя из этого, можно сделать важный вывод, что в соответствии со способностью электронного дискриминатора сигналов, для того чтобы выделить полезный сигнал (главные пики) на фоне помех (бововые лепестки), необходимо выбрать минимальное допустимое значения зазора d , при котором данный датчик может обеспечить заданное отношение сигнал-помеха. Что касается порога срабатывания электронного дискриминатора сигналов, то необходимо выбрать значение напряжения питания, которое при заданной минимальной скорости вращения колеса обеспечит заданное минимальное значение напряжения выходного сигнала.

На рис.4.10 показана зависимость температуры обмоток датчика от времени его работы при различной потребляемой мощности

Из графиков видно, что после 45.60 с работы температура обмоток стабилизируется. Максимальная температура обмоток датчика не превышает 80.Ю0°С. Это обусловлено термостойкостью наполнителя, которым пропитаны обмотки. Причем, чем ниже максимальная температура, тем выше долговечность датчика.

На рис.4.II и рис.4.12 изображены сигналы на выходе корреляционных индукционных датчиков со свойством "не более одного совпадения" и датчиков по коду Баркера. Экспериментальные результаты хорошо иллюстрируют теоретические предпосылки, на которых основаны приципы действия этих датчиков. Из фотографии видно, что по форме выходной сигнал корреляционных датчиков значительно отличается от выходного сигнала существующих индукционных датчиков (рис.4.13). Цифровый способ измерения временЯ f\ l/V\V

Рис.4.II. Выходные сигналы корреляционных датчиков по коду Баркера. а - при /7=4; 6 - при N в 5.

Рис.4.12. Выходной сигнал корреляционного колесного датчика со свойством "не более одного совпадения" с N = 5.

Рис.4.13. Выходной сигнал обычного колесного датчика ных интервалов между импульсами (главными пиками) выходного сигнала корреляционных датчиков дает возможность более точно определить угловую скорость (угловое ускорение) тормозящего колеса автомобиля, чем при аналоговом и цифровом способах преобразования выходного сигнала существующих датчиков, частота которого сильно пульсирует (подвергается помехам) при воздействии внешних факторов.

1. Гуревич Л.В. Разработка и внедрение антийлокировочных тормозных систем автомобилей, - Автомобильная промышленность, 1982, № 7, с. 37 -39.

2. Бела Буна. Электроника на автомобиле. М.: Транспорт, 1979.- 114 с., ил.

3. Гуревич Л.В. Об экономической эффективности антиблокировочных систем специальных автомобилей. Автомобильная промышленность, 1982, № 8, с. 15-16.

4. Гуревич Л.В. Расчетное определение влияние антиблокировочной системы на ходимость шин.- Труды НИИавтоприборов.

5. М.: 1979, вып.47, с. 77-93.

6. Гуревич Л.В., Спирин А.П. Влияние антиблокировочной тормозной системы на износ протектора шин. Автотракторное оборудование, 1978, вып.7, с. 6-9.

7. GameH К. Redesigned anft'- skid sis fern -fo air. hidrau/n brakes . " Des. Eng. " (Gr. Brit) 4 980 , act. - ±27.110.

8. Ломака С.И. и др. Испытание автобуса ЛАЗ-695, оборудованного макетным образцом электронной противоблокировочной системы. -Конструкции автомобилей, 1979, № 8, с. 19-25.

9. Гуревич Л.В. Современные методы дорожных испытаний автомобильных антиблокировочных систем. М.: НИИНавтопром, 1978.- 122 с., ил.

10. Гуревич Л.В. Антиблокировочная тормозная система фирмы "Рок-велл" для американского рынка. Автотракторное оборудование, 1979, № 4, с. 2-6.

11. Гуревич Л.В., Спирин А.П. Экспериментальная оценка схем применение антиблокировочных тормозных систем. Автомобильная промышленность, 1981, № 3, с. 15-17.

12. Фрумкин А.К., Лукавский П.Б., Каландаров А.Х. Лабораторные испытания блока управления противоблокировочной систоемы. Труды МАДЙ, 1976, вып.116, с. 21-26.

13. Балабин И.В. и др. Исследование устойчивости автопоездов при торможении с вспомогательной тормозной системой. НЙИН автопром, 1977. - 42 с., ил.

14. Ревин А.А. Устойчивость автомобиля на прямолинейном участке при торможении с независимой антиблокировочной системой. -Автомобильная промышленность, 1980, № 3, с. 20-24.

15. Петров В.А. Автоматические системы транспортных машин. -М.: Машиностроение, 1974. 336 е., ил.

16. Мороз С.И. Электроника в управлении автомобилем. Автомобильная промышленность, 1981, № 9, с. 13-16.

17. Великанов Д.П. Основные направления технического прогресса в развитии автомобильных транспортных средств. сб." Вопросы развития автомобильных транспортных средств". - М.: Транспорт, 1978, с. 5-30.

18. Зайцев Г.В.,'Кондрашкин С.И. Основные направления применения электроники и микропроцессоров в автомобиде. Труды НАШ, 1980, вып. 178, с. 51-55.

19. Афанасьев Л .Л., ШикерманЛ.Я. Электроника и автомобиль.-Автомобильный транспорт, 1978, № 3, с. 62-63.

20. Орнатский А.П. Автоматические измерения и приборы,- К.: Виша школа, I960. 558 с., ил.

21. Орнатский П.П. Теоретические основы информационной техники.- К.: Виша школа, 1983. 455 е., ил.

22. Богород Г.З., Кибицкий В.А. Цифровые регуляторы и измерете-ли скоростей. -Л-М.: Энергия, 1966. 175 е., ил.

23. Макс 1. Методы и техника обработки сигналов при физических измерениях. М.: Мир, 1983. - 570 е., ил.

24. Петров М.А. Работа автомобильного колеса в тормозном режиме. Омск: Западно-Сибирское издательство, 1973. - 224 с. ил.

25. Пчелин И.К., Иларионов В.А. Расчет показателей тормозной динамики автомобиля. Автомобильная промышленность, 1976, № I, с. 19-21.

26. Пчелин И.К., Иларионов В.А. Тормозная динамичность автомобиля с противоблокировочными системами. Автомобильная промышленность, 1977, № 2, с. 13-16.

27. Пчелин И.К., Иларионов В.А. Оценка тормозной динамичности автомобиля с учетом случайных возмущений. Автомобильная промышленность, 1973, № 3, с. 23-25.

28. Гецовйч Е.М. Влияние случайных возмущений и колебаний на тормозную динамичность автомобиля с противоблокировочными системами. Автомобильная промышленность, 1979, №3, с.20-22.

29. Гецовйч Е.М. О помехоустойчивости антиблокировочных систем.- НИЙНавтопром, деп. рукопись К? 822ап-Д82.

30. Гецовйч Е.М. Сравнительная оценка помехоустойчивости алгоритмов антиблокировочных систем. НИИНавтопром, деп. рукоп. № 869ап-Д83.

31. Пчелин И.К., Иларионов В.А. Реакции дороги, действующие на тормозящее колесо автомобиля. сб."Исследование торможенияавтомобиля и работы пневматических шин". Омск, 1979, с. 13-18.

32. ГуревичЛ.В., Спирин А.П. и др. Исследование инерционности тормозных механизмов и звеньев антиблокировочных систем. -Автомобильная промышленность, 1980, №4, с. 16-18.

33. Агейкин Д.И. и др. Датчики систем автоматического контроля и регулирования, М.: Машгиз, 1959. - 579 е., ил.

34. Лукавский П.Б. и др. Датчики угловой скорости колеса. Труды МАДИ, вып.116» с. 27-37.

35. А.с.595650 (СССР). Стенд для испытания противоблокировоч-ных систем транспортного средства / Косолапов Г.М., Ревин А.А., Комаров Ю.А. Опубл. в Б.И. 1978, № 8.

36. А.с.885887 (СССР), Датчик скорости вращения / Никонов А.И. Козлов Г.П., Андреев И.Б., Гофин В.А., Козлович А.И., Мельников Ю.М. Опубл. в Б.И., 198144.

37. А.с.794625 (СССР). Датчик скорости вращения / Борисов Л.А., Гарашенко И.А., Тарасов Г.П., Швецов Е.Г. Опубд. в Б.И., 1981, № I.

38. А.с.794519 (СССР). Датчик угловой скорости / Зотин В.Ф., Потапов Л.А. Опубл. в Б.И., 1981, № I.

39. А.с.913258 (СССР). Датчик скорости вращения / Сулаев А.С., Опубл. в Б.И. 1982, № 10.

40. А.с.838567 (СССР). Датчик угла и скорости /Еуловян В.В., Шаншуров Г.А., Дулин А.В. Опубл. в Б.И. 1981, № 22.

41. А.с.885885 (СССР).ьМагнитоиндукционный датчик угловой скорости /Колосов С.В., Федоренко Н.П., Филиппов В.И., Широно-сов В.А. Опубл. в Б.И. 1981, № 44.

42. Заявка № 1507292 (Англия). Датчик скорости колеса. Опубл. 1979.

43. Заявка № I40080I (Англия). Датчик скорости колеса для адаптивной автоматической тормозной системы. Опубл. 1975.

44. Заявка № 1406739 (Англия). Датчик скорости колеса. ОпуСл. 1975.

45. Заявка № 2271575 (Франция). Датчик угловой скорости колеса для системы торможения без блокирования. Опубл. 1975.

46. Заявка № 2274920 (Франция). Датчик скорости. Опубл. 1976.

47. Заявка № 2289913 (Франция). Устройство определения скорости вращения колеса транспортного средства. Опубл. 1976.

48. Заявка № 2285614 (Франция). Магнитный датчик для измерения угловой скорости. Опубл. 1976.

49. Заявка № 2288319 (Франция). Усовершенствование магнитных датчиков. Опубл. 1976.

50. Заявка № 2541538 (ФРГ). Датчик угловой скорости, обладающий повышенной чувствительностью,- Опубл. 1975.

51. Заявка № 2340585 (ФРГ). Датчик скорости вращения колеса.-Опубл. 1973.

52. Заявка № 2549212 (ФРГ). Датчик скорости вращения колеса. -Опубл. 1975.

53. А.с.553142 (СССР). Корректируемый задатчик аняиблокировоч-ного устройства транспортного средства /Нефедьев Я.Н. -ОпуСл. в Б.И. 1977, № 13.

54. А.с.793842 (СССР). Корректируемый задатчик антийлокировоч-ного транспортного средства /черемухин И.М., ШмикинЛ.С. -Опубл. в Б.И. 1981, Ш I.

55. А.с.925710 (СССР). Корректируемый задатчик скорости тормо-защего колеса /Нефедьев Я.Н. Опубл. в Б.И. 1982, № 5.

56. А.с.479120 (СССР). Способ управления процессом торможения колеса автомобиля /Яомака С.И., Гецович Е.М. Опубл. в Б.И.1980, № 42.

57. А.с.768676 (СССР). Способ регулирования качения колес при торможении автомобиля /Ломака С.И., Гецовйч Е.М., Алекса Н.Н. Опубл. в Б.И. 1980, № 37. .

58. Давыдов А.Д., Майборода О.В. Надежность управления автомобилем при торможении. Автомобильная промышленность, 1981, № 2, с. 14-16.

59. Пирковский Ю.В. Некоторые вопросы качения автомобильного колеса. Автомобильная промышленность, 1982, № 12, с. 2629.

60. Фаробин Я.Е. Стабильность тормозов автомобилей. Автомобильная промышленность, 1968, № I, с. 14-17.

61. Генбом Б.Б. и др. Вопросы динамики торможения и рабочих процессов тормозных систем автомобилей. Львов: Виша школа, 1974. - 234 с., ил.

62. Комаров Ю.Я., Ревин А.А. и др. Вопросы динамики торможения автомобиля. сб."Динамика колесно-гусеничных машин".- Волгоград, 1977, № 2, с. 14-19.

63. Майборода О.В. и др. Требования к показателям управляемости легковых автомобилей. сб. "Конструкции автомобилей", 1977, № 2, с. 14-19.

64. А.с.852679 (СССР). Способ управления процессом торможения колеса транспортного средства /Гецовйч Е.М., Федосов А.С.- Опубл. в Б.И. 1981, № 29.

65. Гецовйч Е.М., Алекса Н.Н. О максимальной частоте срабатывания противоблокировочной системы. Деп. рукопись в НИИН автопроме, 1980, № 8(106).

66. Спирин А.П., Нефедьев Я.Н. Моделирование тормозного механизма и исполнительной части тормозного привода как звеньевантиблокировочной системы. Автомобильная промышленность,1980, № 8, с. 15-17.

67. Лукавский П.Б., Сорокин Б.Т. Система автоматического регу- ' лирования сколькения колес автомобиля. Автомобильная промышленность, 1982, № 6, с. 16-17.

68. Косолапов Г.М. и др. Моделирование процесса торможения автомобиля с противоблокировочной системой. Автомобильная промышленность, 1981, № 2, с, 13-14.

69. Косолапов Г.М., Комаров Ю.Я., Рёвин А.А. Математическая модель автомобиля с противоблокировочной системой для комплексной моделирующей установки. сб. "Динамика колесных и гусеничных машин". - Волгоград: В.Н.П., 1979, с. 14-21.

70. Гуревич Л.В. Существующие схемы применения автомобильных антиблокировочных систем. Автотракторное оборудование", 1977, № 4, с. 5-9.

71. Нефедьев Я.Н. Конструкции и характеристики электронных противоблокировочных систем зарубежных фирм. М.: НИИН-автопром, 1979. - 61 с., ил.

72. Кук Ч., Берфельд М. Радиолокационные сигналы. М.: Советское радио, 1971. - 520 е., ил.

73. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Высшая школа, 1983. - 535 е., ил.

74. Свердлик М.Б. Оптимальные дискретные сигналы. М.: Советское радио, 1975. - 200 с., ил.

75. Новицкий П.В. Основы информационной теории измерительных устройств. Л.: Энергия, 1968. - 248 е., ил.

76. Ширман Я.Д., Макж В.Н. Теория и техника обработки радиолокационной информации на фоне помех. « М.: Радио и связь,1981. 350 е., ил.

77. ЗаракинЛ.Е. Теория систем сигналов. М.: Советское радио, 1978. - 304 с., ил.

78. Любчик М.А. Расчет и проектирование электромагнитов постоя-ного и переменного тока. М.: Госэнергоиздат, X959.224 с., ил.

79. Bunckhardt A nb'blotter s/sTeme i/r> vergleieb. Orhydraal und pneum. J9B4- . /v°8. - 4&9. .