ЭЛЕКТРОННЫЙ СПИДОМЕТР Российский патент 2002 года по МПК G01P1/08 G01P3/10 G01C22/00 

Изобретение относится к области автомобильного транспорта и может быть использовано для оценки и индикации скорости движения и пройденного пути автотранспортным средством.

Спидометры обеспечивают индикацию скорости движения путем преобразования сигналов датчика, устанавливаемого на вторичном валу двигателя.

Известны спидометры (авт. заявка 94019766б дата опубл. 1996.01.10), в которых применяются импульсные датчики, выполняемые чаще в виде бесконтактных электрических датчиков импульсов вращения вала, импульсы далее поступают на вход преобразователя и далее на показывающий прибор. Преобразователь и показывающий прибор работают в режиме измерения, при этом прибор проградуирован пропорционально скорости движения, по нему можно оценивать скорость движения транспортного средства. Наряду с оценкой скорости в спидометры вводят счетчики пути, на вход которых поступают сигналы того же импульсного датчика, что обеспечивает оценку и пройденного пути и делает спидометр более универсальным прибором.

Известен универсальный спидометр (авт. заявка 97102669б дата опубл. 1999.03.20), содержащий устанавливаемый без специального привода на вторичный вал датчик, включающий ротор и статор - электромагнитный формирователь импульсов; схему формирования управляющих сигналов; счетчик пути и указатель скорости, причем схема формирования управляющих сигналов содержит усилитель-ограничитель, параллельно соединенный через ждущий генератор с регулируемой длительностью импульса с указателем скорости, а через делитель частоты и ждущий генератор с постоянной длительностью импульса с дискретным приводом счетчика пути.

В данном устройстве, выбираемом в качестве прототипа, при предлагаемом составе схемы формирования управляющих сигналов, выполняющей преобразование сигналов датчика импульсов для указателя скорости, в качестве указателя скорости (показывающего прибора) может использоваться индикатор стрелочного типа, который содержит неподвижную шкалу с делениями, оцифрованными контрольными значениями цифр, и подвижную стрелку, размещенную на оси электромеханической головки.

Электромеханические индикаторы, применяемые в указателях скорости, имеют большую температурную погрешность (из-за наличия катушки индуктивности и возвратной пружины в электромеханической головке), низкую устойчивость к механическим воздействиям (колебания стрелки или механические разрушения при вибрации и ударах), низкую технологичность сборки, так как после сборки, как правило, требуются высокоточная настройка вращающихся механических частей, балансировка стрелки и калибровка. Электромеханические индикаторы имеют в составе моточные узлы, магниты, их применение увеличивает в целом вес спидометра и его габариты.

Заявляемое изобретение направлено на создание электронного спидометра, достигаемый при этом результат - расширение области применения, повышение точности показаний и уменьшение габаритов и массы спидометра.

В известном устройстве, содержащем датчик импульсов, указатель скорости и схему формирования управляющих сигналов. последовательно соединенные делитель частоты с регулируемым коэффициентом деления, счетчик пути, для достижения указанного результата указатель скорости содержит набор из N неподвижных стрелок, расположенных радиально одна возле другой по кругу слева направо через угловой интервал, соответствующий максимально допустимой ошибке дискретности отсчета скорости ΔV, и N источников света с двумя входами каждый, причем каждый источник света объединен с одной стрелкой, схема формирования управляющих сигналов содержит последовательно соединенные формирователь сигнала временного интервала, схему совпадения импульсов датчика с сигналом временного интервала, счетчик числа импульсов, дешифратор кода счетчика импульсов с числом выходов, равным числу стрелок N, причем каждый из выходов дешифратора соединен с первым входом соответствующего источника света, второй вход которого соединен с общим выводом дешифратора.

Длительность сигнала временного интервала Δt и число стрелок N находятся по формулам:
Δt = 3600/Δ×K, (1)
где К - число импульсов датчика на 1 км пути;
ΔV - дискретность отсчетов скорости, км/ч;
Δt - длительность временного интервала, с
N = V_макс/ΔV+1, (2)
где V_макс - максимальное значение скорости на шкале спидомера, км/ч;
N - число стрелок.

N стрелок указателя скорости содержит диск из светопроводящего материала с вмонтированными в него светоотражающими, светонепроницаемыми перегородками, закрывающими три поверхности цилиндрического сектора диска, кроме лицевой и торцевых, образуя N световодов, светофильтр в виде диска из материала, пропускающего свет источника света в узком диапазоне длин волн с тем, чтобы при внешнем освещении стрелки были мало заметны, но при подсветке одной стрелки она была ярко засвечена, и диск с совокупностью N масок, каждая из которых имеет прозрачное окно в форме стрелки на черном фоне сектора, повторяющего форму лицевой поверхности сектора цилиндрического диска, причем N световодов, светофильтр и диск из совокупности N масок соединены без зазора наложением друг на друга снизу вверх (к наблюдателю) и каждая маска совмещена с соответствующим световодом.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается конструкцией указателя скорости и составом узлов схемы формирования управляющих сигналов.

Прежде всего, область применения предлагаемого электронного спидометра расширяется за счет исключения механически перемещаемых деталей и замены их неподвижными электронными и механическими элементами в указателе скорости, что позволяет использовать предлагаемые спидометры не только на автотранспортных средствах, но и на танках, бронетранспортерах и пр.

В предлагаемом спидометре повышена точность показаний скорости за счет исключения температурной составляющей погрешности и составляющей, вызванной колебаниями стрелки при внешних механических воздействиях (вибрации, удары транспортного средства)[1]. Основная погрешность электронного спидометра может быть оценена ошибкой дискретности указателя скорости, например, при выборе N= 50 основная погрешность составляет не более 2% от верхнего предела показаний.

Электронный спидометр имеет меньшие габариты и массу, так как последние параметры в основном зависят от указателя скорости. В предлагаемой реализации его объем уменьшен примерно в 2 раза, толщина в 5 раз, масса в 3 раза.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 представлена структурная схема, где обозначения следующие:
1 - датчик импульсов;
2 - схема формирования управляющих сигналов;
3 - формирователь сигнала временного интервала;
4 - схема совпадения;
5 - счетчик числа импульсов;
6 - дешифратор кодов счетчика;
7 - указатель скорости, в котором Л - левая крайняя стрелка, засвечиваемая от 0 - выхода дешифратора, П - правая крайняя стрелка, засвечиваемая от N - выхода дешифратора, Об - общий вывод с дешифратора;
8 - делитель частоты;
9 - счетчик пути;
10 - индикатор пути.

На фиг.2 показана конструкция указателя скорости электронного спидометра, где обозначения следующие:
11 - цилиндрический диск из светопроводящего материала с перегородками;
12 - светофильтр;
13 - диск с N масками и шкалой;
14 - места установки перегородок;
15 - источники света.

На фиг. 3 показан внешний вид электронного спидометра, где обозначения следующие:
10 - индикатор пути;
13 - диск с N масками и шкалой;
15 - источники света;
16 - подсвеченная стрелка.

Электронный спидометр (Фиг.1) содержит датчик импульсов (1), подключенный к схеме формирования управляющих сигналов (2) и к делителю частоты (8), последовательно соединенные делитель частоты (8), счетчик пути (9) и индикатор (10) пути, последовательно соединенные схему формирования управляющих сигналов (2) и указатель скорости (7).

Схема формирования управляющих сигналов (2) содержит последовательно соединенные схему совпадения (4), счетчик числа импульсов (5) и дешифратор (6), а также формирователь сигнала временного интервала (3), выход которого подсоединен ко второму входу схемы совпадения (4).

Указатель скорости содержит набор N стрелок, расположенных одна возле другой слева направо через угловой интервал и N источников света с двумя выходами каждый, причем каждый из выходов дешифратора (6) соединен с первым входом соответствующего источника света, второй вход которого соединен с общим выводом дешифратора (6). Конструкция указателя скорости (фиг.2) состоит из цилиндрического диска (11) из светопроводящего материала с перегородками, светофильтра (12), диска с масками и шкалой (13) и N источников света (15). В цилиндрический диск (11) из светопроводящего материала вмонтированы перегородки, закрывающие три поверхности цилиндрического сектора диска (11), и в каждый такой отдельный сектор установлен источник света. При технической реализации в качестве источников света использовались светоизлучающие диоды. Диск (11), светофильтр (12) и диск с масками и шкалой (13) соединены вместе без зазора путем наложения друг на друга.

Назначение основных устройств схемы формирования управляющих сигналов (2) следующее.

Формирователь сигналов временного интервала (3) служит для формирования сигналов длительностью Δt, в соответствии с формулами (1) и (2) при ΔV=2,5 км/ч; V_макс= 125 км/ч; К=9600 имп/км, длительность Δt=0,15 с. Число стрелок должно быть равным N=50.

Схема совпадения (4) совместно со счетчиком числа импульсов (5) служит для определения количества импульсов с датчика (1), поступивших за заданную длительность Δt. Интервал Δt (формула 1) выбран так, чтобы при скорости, равной величине дискрета ΔV=2,5 км/ч, за это время поступал только один импульс, появилось напряжение на выходе "1" дешифратора (см. фиг.1) и засвечивалась вторая стрелка, соответствующая скорости 2,5 км/ч.

Дешифратор кода (6) счетчика импульсов преобразует код счетчика (5) в позиционный код номера n стрелки указателя скорости (7) при подсчете стрелок слева направо.

Устройство работает следующим образом.

При движении транспортного средства импульсы с датчика (1) поступают на вход схемы совпадения (4) и делитель частоты (8).

Схема совпадения (4) за заданный интервал длительности Δt, задаваемый формирователем сигнала (3) временного интервала, пропускает импульсы датчика (1) на счетчик (5), дешифратор (6) в конце интервала Δt преобразует их число в позиционный код номера стрелки указателя скорости (7) и запоминает его до прихода следующего кода со счетчика (5). В начале каждого интервала Δt счетчик (5) числа импульсов сбрасывается, и тем самым в конце интервала в зависимости от поступившего числа импульсов за интервал Δt, будет выбран тот светодиод, та стрелка из N, положение которой относительно шкалы скорости (см. фиг. 2) соответствует скорости транспортного средства и данная стрелка будет подсвечена (см. поз. 16 на фиг.3).

Частота импульсов, поступивших на делитель частоты (8), делится в зависимости от выбранного дискрета при отсчете пути, так при дискретности отсчета пути, равном ΔS=100 м, и заданном числе импульсов от датчика на 1 км пути К= 9600 импульсов коэффициент деления должен быть выбран Кд=960. После делителя (8) импульсы датчика с уменьшенной частотой отсчитываются счетчиком пути (9), код с которого поступает на индикатор (10) пути для отображения (см. фиг 3).

Техническая реализация схемы формирования управляющих сигналов может быть выполнена на жесткой логике или на базе микроконтроллера. При реализации схемы формирования управляющих сигналов на микроконтроллере формирование временного интервала, преобразование числа импульсов в позиционный код выполняются программным путем. При этом схема совпадения (4), счетчик числа импульсов (5) и делитель частоты (8) реализуются средствами микроконтроллера, в качестве формирователя сигнала временного интервала используется встроенный таймер. Алгоритм работы программы управления микроконтроллера следующий. При включении спидометра проводятся загрузка счетчика пути (9) из постоянной памяти микроконтроллера и установка на нулевую позицию дешифратора (7) указателя скорости. При поступлении импульсов датчика (1) проводится загрузка и запуск таймера на время длительности интервала Δt. (см. формулу 1). За данный интервал Δt проводится подсчет числа импульсов датчика (1). По окончании выдержки таймера полученный код числа импульсов, пропорциональный скорости движения транспортного средства, выдается на дешифратор (6) указателя скорости (7).

Одновременно проводится подсчет числа входных импульсов датчика (1) и формируется код путем деления числа импульсов на коэфициент Кд=960. Сформированный таким образом код выдается на счетчик пути (9) и далее на индикатор (10). Значения кода пройденного пути периодически запоминаются во внутренней постоянной памяти микроконтроллера с целью восстановления этих данных на счетчик пути (9) при повторном включении в последующий сеанс работы электронного спидометра.

В соответствии с предложенным изобретением (по техническим требованиям "АО КАМАЗ" ТТ 16-97) изготовлены опытные образцы (см. фиг 3).

Дополнительно следует отметить положительные характеристики электронного спидометра.

Предлагаемый спидометр более надежен, поскольку в нем, кроме датчика (1), нет движущихся частей и моточных узлов - он выдерживает повышенные механические и климатические воздействия.

Использование предлагаемого устройства спидометра по сравнению с существующими исключает также какие-либо виды настройки показывающих приборов после их сборки. Предлагаемое устройство не содержит моточных узлов с высокой трудоемкостью изготовления.

Литература
1. Спидометры автомобильные с электроприводом. Общие технические условия. ГОСТ 12936-82. Госкомитет по стандартам. Москва, 1982, 1997г.

Изобретение относится к автомобильным измерительным приборам, предназначенным для оценки и индикации скорости движения и пройденного пути. Спидометр содержит датчик импульсов, схему формирования управляющих сигналов и указатель скорости, а также делитель частоты с регулируемым коэффициентом, счетчик пути и индикатор. Указатель скорости выполнен в виде набора из N неподвижных стрелок, расположенных радиально одна возле другой по кругу слева направо через угловой интервал, соответствующий максимально допустимой ошибке дискретности отсчета скорости, и N источников света. Схема формирования управляющих сигналов содержит последовательно соединенные формирователь сигнала временного интервала, схему совпадения, счетчик числа импульсов и дешифратор кода счетчика числа импульсов с числом выходов, равным числу стрелок N. Каждый из выходов дешифратора соединен с соответствующим источником света, а каждый источник света объединен с одной стрелкой. Устройство характеризуется расширенной областью применения, повышенной точностью и сниженными габаритами и массой. 3 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Электронный спидометр, содержащий датчик импульсов, схему формирования управляющих сигналов и указатель скорости, последовательно соединенные делитель частоты с регулируемым коэффициентом, счетчик пути и индикатор, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения, повышения точности и снижения габаритов и массы, указатель скорости выполнен в виде набора из N неподвижных стрелок, расположенных радиально одна возле другой по кругу слева направо через угловой интервал, соответствующий максимально допустимой ошибке дискретности отсчета скорости ΔV (км/ч), и N источников света с двумя входами каждый, при этом схема формирования управляющих сигналов содержит последовательно соединенные формирователь сигнала временного интервала, схему совпадения, счетчик числа импульсов, дешифратор кода счетчика числа импульсов с числом выходов, равным числу стрелок N, причем каждый из выходов дешифратора соединен с первым входом соответствующего источника света, вторые входы источников света соединены с общим выводом дешифратора, а каждый источник света объединен с одной стрелкой, длительность сигнала временного интервала Δt в секундах и число стрелок N находятся по формулам
Δt = 3600/ΔV•K,
где К - число импульсов датчика на 1 км пути;
N = V_макс/ΔV+1,
где V_макс - максимальное значение скорости на шкале спидометра, км/ч. 2. Электронный спидометр по п. 1, отличающийся тем, что в набор N стрелок введен цилиндрический диск из светопроводящего материала с вмонтированными в него светоотражающими, светонепроницаемыми перегородками, закрывающими три поверхности цилиндрического сектора, кроме лицевой и торцевых, светофильтр и диск с совокупностью масок, каждая из которых имеет прозрачное окно в форме стрелки на черном фоне сектора, повторяющего форму лицевой поверхности сектора цилиндрического диска, причем цилиндрический диск, светофильтр и диск из совокупности N масок соединены без зазора наложением друг на друга снизу вверх (к наблюдателю). 3. Электронный спидометр по п. 2, отличающийся тем, что светофильтр выполнен в виде диска из материала, пропускающего свет источника света в узком диапазоне длин волн. 4. Электронный спидометр по п. 2, отличающийся тем, что диск с N масками снабжен шкалой с оцифрованными делениями.