Оптимізація параметрів динамічної системи підресорювання корпуса БТР (стр. 6 из 15)
Для оптимальної роботи потенціометричних датчиків у мікроелектронних схемах струм через щітки движка обмежується величиною порядку 0,1 мкА.
Потенціометри із пластиковою доріжкою, покритою резистивним шаром, витримують більше 107 оборотів для датчиків кутових переміщень й 107 ходів «уперед — назад» для датчиків лінійних переміщень.
Гарними прикладами використання резистивних потенціометричних перетворювачів на автомобілі є датчики положення дросельної заслінки й висоти кузова.
Рисунок 3.13 - Датчик положення дросельної заслінки
Датчик ПДЗ установлюється на корпусі вузла дросельної заслінки й механічно пов'язаний з віссю дросельної заслінки. На один вивід датчика подається опорна напруга контролера, рівна 5 В, а інший вивід з'єднаний з «масою» автомобіля. Із третього виводу потенціометра (від повзунка) вихідний сигнал датчика подається до контролера. При закритій дросельній заслінці вихідний сигнал датчика повинен бути в межах 0,3...0,7 В. Коли дросельна заслінка відкривається (при натисканні на педаль газу), напруга на виході датчика починає рости й при повністю відкритій дросельній заслінці становить 4,05...4,75 В. Таким чином, відслідковуючи величину вихідної напруги датчика положення дросельної заслінки, контролер визначає режим роботи двигуна.
3.6 Датчик висоти кузова
Рисунок 3.14- Розміщення датчика висоти кузова на підвісці
Датчики висоти кузови виконуються на основі звичайних потенціометрів. Вихідна напруга датчика пропорційна висоті кузова стосовно шасі. Вони встановлюються на опору важеля підвіски (Рисунок 3.14). Кут складання важеля пропорційний вертикальному положенню кузова автомобіля.
Такі датчики необхідні для роботи систем керування активною підвіскою. Датчики встановлюються по одному на кожне колесо автомобіля. Таким чином, в результаті одночасної роботи датчиків, контролер одержує інформацію про крени на повороті, про «пірнання» автомобіля при різкому гальмуванні та про осідання задньої частини автомобіля при різких прискореннях.
3.7 Шаговий електродвигун
Шаговий електродвигун - це електромеханічний пристрій, що перетворює сигнал керування в кутове переміщення ротора з фіксацією його в заданому положенні. Завдяки можливості керування переміщенням ротора на будь-який кут ШД має найкращі властивості, які успішно можуть бути використані при конструюванні виконавчого пристрою дискретного типу. Сучасні шагові двигуни є, по суті, синхронними двигунами без пускової обмотки на роторі, що пояснюється частотним пуском крокового двигуна.
Послідовна активація обмоток двигуна викликає дискретні кутові переміщення (кроки) ротора. Відмінна риса шагових двигунів - це можливість здійснювати позиціонування без датчика зворотного зв'язку по положенню.
Конструктивно шагові електродвигуни складаються зі статора, на якому розташовані обмотки збудження, і ротора виконаного з магніто-м'якого (двигуни зі змінним магнітним опором) матеріалу або з магніто-твердого (двигуни з постійними магнітами) матеріалу. Шагові двигуни з магнітним ротором дозволяють одержувати більший крутний момент і забезпечують фіксацію ротора при знеструмлених обмотках.
Принцип дії найпростішого однофазного шагового двигуна. Двухполюсний ротор з магнітомягкої стали із клювообразними виступами поміщений у четырехполюсний статор (Рисунок 3.15). Одна пара полюсів виконана з постійних магнітів, на іншій - перебуває обмотка керування. Поки струму в обмотках керування немає, ротор орієнтується уздовж постійних магнітів і втримується біля них з певним зусиллям, що визначається магнітним потоком полюсів Фпм.
Рисунок 3.15 –Шаговий електродвигун
При подачі постійної напруги на обмотку керування виникає магнітний потік Фу приблизно вдвічі більший, ніж потік постійних магнітів. Під дією електромагнітного зусилля, створюваного цим потоком, ротор повертається, переборюючи навантажувальний момент і момент, що розвивається постійними магнітами, прагнучи зайняти положення співвісне з полюсами керуючої обмотки. Поворот відбувається убік клювообразних виступів, тому що магнітний опір між статором і ротором у цьому напрямку менше, ніж у зворотному. Наступний керуючий імпульс відключає напругу з обмотки керування й ротор повертається під дією потоку постійних магнітів убік клювообразних виступів. Достоїнством однофазних шагових двигунів з постійними магнітами є простота конструкції й схеми керування. Для фіксації ротора при знеструмленій обмотці керування не потрібне споживання енергії, кут повороту зберігає своє значення й при перервах у живленні. Двигуни цього типу відпрацьовують імпульси із частотою до 200-300 Гц. Їхні недоліки - низький КПД і неможливість реверса.
4 РОЗРОБКА СТРУКТУРНОЇ ТА ФУНКЦІОНАЛЬНОЇ СХЕМ
4.1 Розробка структурної схеми
На Рисунку 4.1 представлена структурна схема керування характеристиками підвіски.
Рисунок 4.1 - Структурна схема системи керування підвіскою
Призначення вузлів структурної схеми
1 - акумуляторна батарея. Через замок запалювання 2 і стабілізатор напруги підключається до обчислювального вузла контролера, подаючи напругу на схему контролера.
3-10 - потенціометричні датчики висоти кузова. Розташовані на елементі підвіски автомобіля (по одному на кожне колесо). Кожен датчик визначає висоту кузова відносно шасі автомобіля. У результаті одночасної роботи датчиків, контролер одержує інформацію про положення кузова, про його крени та нахили.
11 - датчик положення дросельної заслінки. Розташований на корпусі вузла дросельної заслінки. По сигналах, які знімаються з датчика, контролер визначає режим роботи двигуна. Підключається до обчислювального вузла контролера.
12 - датчик кутового положення кермового колеса. Розташований у кермовому стовпчику між перемикачем передач і кермовим колесом. Датчик передає на контролер дані по куту повороту кермового колеса.
13 - датчик швидкості руху автомобіля. Підключається до обчислювального вузла контролера. Передає інформацію про швидкість руху автомобіля.
14 - датчик тиску в гальмовій системі. Розташований безпосередньо в гідравлічному насосі. За допомогою датчика тиску контролер визначає ступінь гальмування автомобіля. Це необхідно для визначення так званого «пірнання» автомобіля при різкому гальмуванні.
15-26 – шагові електродвигуни. Шаговий двигун розташований безпосередньо у зборі з амортизатором.Електричний імпульс із блоку керування надходить на обмотку крокового двигуна й перетворюється в кутове переміщення ротора з фіксацією його в заданому положенні. Від величини імпульсу керування залежить величина кроку електродвигуна, а значить і розмір прохідного перетину амортизатора.
4.2 Розробка функціональної схеми
На Рисунку 4.2 представлена функціональна схема системи керування підвіскою.
Рисунок 4.2 – Функціональна схема системи керування підвіскою
Системний модуль представлявляє собою конструктивно, функціонально та енергетично завершений блок, що виконує функції збору, обробки інформації й вироблення електричних керуючих сигналів, достатніх по потужності для спрацьовування виконавчих пристроїв. Крім того, у технічній літературі його називають: блок керування, контролер. В англійській абревіатурі - ECU (Electronic Control Unit). Звичайно він укладений у металевий корпус, що захищає електронні компоненти від електромагнітних перешкод, механічних ушкоджень, пилу, вологи й одночасно, забезпечує відвід, теплоти від інтегральних схем підвищеної електричної потужності.
Основу системного модуля становить мікроконтролер (або МК) із пристроями вводу-виводу ПВВ. У складі мікроконтролера може бути кілька десятків ПВВ, вони розділені на групи, що утворять порти.
Цифровий мікропроцесор не може безпосередньо обробляти аналогові сигнали, тому в інтерфейсі введення передбачається аналого-цифровий перетворювач (АЦП). У сучасних системах АЦП інтегрований на кристал МК і використовується для введення сигналів аналогових датчиків. Аналогові сигнали виділені в окрему групу й подані на вхід АЦП. Датчики розташовані на деякій відстані від СМ і з'єднуються з ним проводами з роз'ємними з'єднувачами, на яких наводяться ЭДС електромагнітних перешкод, тому на вході СМ установлюються пристрої захисту й фільтрації сигналів ПЗФ. На схемі їх показано два: для цифрових датчиків ПЗФ 1 і для аналогових - ПЗФ 2. Слід зазначити, що пристрої захисту віднесені до вузлів фільтрації умовно для спрощення схеми. Отже, сигнали аналогових датчиків надходять через ПЗФ 2 на вхід АЦП і далі вже в цифровому виді на внутрішню шину МК. Сигнали цифрових датчиків через ПЗФ 1 й ПВВ 1 також надходять у МК. Він тимчасово може їх розміщати в зовнішню пам'ять даних ЗПД, якщо ресурси МК дозволяють, то може ці дані зберігати у внутрішніх регістрах МК. Програмне забезпечення сучасних СУ звичайно не міститься у внутрішньому ПЗУ МК, тому програми роботи СУ розташовують у зовнішній пам'яті програм ЗПП. Відповідно до програми МК обробляє інформацію, отриману від датчиків, і обчислює тривалість і моменти подачі керуючих сигналів на виконавчі пристрої. Для цього в складі СМ є драйвери активаторів - пристрої керування соленоїдами, реле, лампами накалювання, електродвигунами постійного струму й шаговими електродвигунами. У своєму складі ці драйвери мають потужні вихідні транзисторні ключі, що допускають комутацію великих струмів й, отже, безпосереднє керування активаторами. Кількість і типи драйверів залежать від конкретного призначення СУ. Входи драйверів з'єднують безпосередньо з лініями портів, що на схемі відображено з'єднанням Дра1 із МК за допомогою ПВВ 2.