ЭЛЕКТРОННЫЙ СПИДОМЕТР Российский патент 2007 года по МПК G01P3/00 G01C22/00 

Изобретение относится к автомобильной промышленности, в частности, к контрольно-измерительным устройствам и отображения скоростного режима работы автомобиля, основано на емкостном датчике вращения и может быть использовано в производстве и эксплуатации автомобильной техники для повышения эффективности и надежности работы КИП, а также безопасности движения.

Аналог известного устройства спидометра, содержащий датчик числа оборотов, имеющий вращающийся привод, усилитель электрических сигналов датчика, механический привод, счетчик полного числа оборотов, соединенный с механическим приводом, и указатель частоты вращения датчика [Данов Б.А. Электронные системы автомобилей. М.: Транспорт, 1996].

Недостатком устройства является необходимость установки датчика вращения на близком расстоянии от указателей, сложность передачи информации о вращении на больших расстояниях посредством механического привода (тросика), а так же сложность автоматизации измерений.

Наиболее близким к предлагаемому является спидометр, содержащий датчик числа оборотов, имеющий вращающийся ротор, усилитель электрических сигналов датчика, электрический привод, счетчик полного числа оборотов, соединенный с электрическим приводом, и указатель частоты вращения датчика [Техническое описание «КамА3-4310»].

Работа устройства обеспечивается за счет датчика. Датчик представляет собой трехфазный генератор синхронного типа, вращающийся магнит которого связан с вторичным валом коробки передач. При вращении магнита в трех фазовых обмотках датчика наводится напряжение, которое усиливается транзисторами и подается на обмотки указателя спидометра. Под действием тока обмоток создается вращающееся магнитное поле, которое приводит во вращение магнит электродвигателя. Под действием вращающегося магнита в катушке скоростного узла, связанной со стрелкой указателя, наводятся вихревые токи. Взаимодействуя, магнитные поля вихревых токов и вращающегося магнита поворачивают катушку и стрелку на определенный угол.

Недостатком известного устройства является сложность конструкции, так как роль датчика выполняет трехфазный синхронный генератор. Также недостатком является относительная массивность якоря, которая ограничивает предельное число оборотов.

Технический результат направлен на повышение надежности работы контрольно-измерительных приборов и безопасности движения.

Технический результат достигается тем, что спидометр, содержащий датчик числа оборотов с вращающимся ротором, усилитель электрических сигналов датчика, электрический привод, счетчик полного числа оборотов, соединенный с электрическим приводом, и указатель частоты вращения датчика, при этом дополнительно снабжен редуктором вращения, формирователем импульсов, интегратором, при этом датчик выполнен в виде ротора, содержащего две соединенные друг с другом металлические пластины на поверхности вращения, и статора, содержащего две металлические пластины на внутренней поверхности, расположенные напротив пластин ротора при неподвижном состоянии последнего, при этом ротор датчика соединен с выходным валом редуктора, одна пластина статора соединена с входом усилителя и через резистор с источником питания бортовой сети, вторая пластина соединена с массой, выход усилителя соединен с входом формирователя, выходы формирователя соединены с электрическим приводом и с входом интегратора, выход привода соединен со счетчиком полного числа оборотов, выход интегратора соединен с указателем частоты вращения ротора датчика.

Отличительным признаком предлагаемого изобретения является то, что спидометр дополнительно снабжен редуктором вращения, формирователем импульсов, интегратором, при этом датчик выполнен в виде ротора, содержащего две соединенные друг с другом металлические пластины на поверхности вращения, и статора, содержащего две металлические пластины на внутренней поверхности, расположенные напротив пластин ротора при неподвижном состоянии последнего, при этом ротор датчика соединен с выходным валом редуктора, одна пластина статора соединена с входом усилителя и через резистор с источником питания бортовой сети, вторая пластина соединена с массой, выход усилителя соединен с входом формирователя, выход формирователя соединен с электрическим приводом и с входом интегратора, выход привода соединен со счетчиком полного числа оборотов, выход интегратора соединен указателем частоты вращения ротора датчика.

На чертеже представлена функциональная схема электронного спидометра. Спидометр содержит датчик 2 числа оборотов, имеющий вращающийся ротор, редуктор вращения 1, выходной вал которого соединен с ротором датчика 2, усилитель 3 электрических сигналов датчика, вход которого соединен с датчиком 2, формирователь импульсов 4 (с двумя выходами), вход которого соединен с выходом усилителя 3, интегратор 5, вход которого соединен с выходом формирователя 4, указатель частоты вращения 6 ротора датчика, соединенный с выходом интегратора 5, электрический привод 7, соединенный со вторым выходом формирователя импульсов 4, счетчик полного числа оборотов 8 датчика, соединенный с электрическим приводом 7, при этом датчик 2 выполнен в виде ротора, содержащего две соединенные друг с другом металлические пластины на поверхности вращения, и статора, содержащего две металлические пластины на внутренней поверхности, расположенные напротив пластин ротора при неподвижном состоянии последнего, при этом одна пластина статора соединена со входом усилителя и через резистор 9 с источником питания бортовой сети, вторая пластина соединена с массой.

Спидометр выполняют в микропроцессорном и электромеханическом вариантах.

В электромеханическом варианте спидометра в качестве указателя частоты вращения 6 ротора датчика 2 используют стрелочный указатель, электрический привод 7 выполнен в виде шагового двигателя, а счетчик полного числа оборотов 8 - в виде механического счетчика. Градуировка стрелочного указателя частоты оборотов 6 осуществляют по максимальному отклонению стрелки указателя при максимальном числе оборотов датчика 2.

В микропроцессорном варианте спидометра указатель частоты вращения 6 и счетчик полного числа оборотов 8 выполняют в виде декадных цифровых индикаторов, а в качестве электрического привода 7 используют согласующий преобразователь частоты импульсов с логической операцией суммирования и с постоянным запоминающим устройством.

Электронный спидометр работает следующим образом. После начала движения автомобиля через редуктор 1 приводится во вращение ротор датчика числа оборотов 2, формирующий конденсатор с периодически изменяющейся емкостью. Поэтому в цепи источник питания - резистор - датчик будет протекать переменный ток. В промежутки времени, когда пластины находятся напротив пластин статора, образованные ими конденсаторы заряжаются, а при уходе пластин ротора конденсаторы расформировываются и пластины разряжаются. Периодическая зарядка - разрядка конденсаторов создает в цепи переменный ток, а соответственно изменяющееся напряжение на резисторе 9 и на емкостях датчика 2 с положительной и отрицательной полярностями в виде импульсов, величина, форма и длительность которых обусловлена постоянной времени τ=RC, где С - есть емкость последовательно соединенных конденсаторов, образуемых пластинами ротора и статора датчика. Редуктор 1 служит для повышения числа оборотов ротора датчика с целью повышения частоты переменного тока и уменьшения погрешности при формировании импульсов.

Импульсное напряжение с датчика 2 поступает на вход усилителя 3. Усиленные электрические импульсы поступают на вход формирователя импульсов 4, в котором формируются импульсы одной, например, положительной полярности с одинаковыми амплитудами и длительностями. Частота импульсов на выходе формирователя 4 равна частоте вращения датчика 2 импульсов. При этом полное число импульсов прямо пропорционально полному числу оборотов датчика, а соответственно, полному числу оборотов колес автомобиля, то есть пройденному пути. Частота импульсов также прямо пропорциональна частоте вращения датчика, которая, в свою очередь, прямо пропорциональна скорости оборотов колес автомобиля или скорости движения. В связи с этим регистрация частоты следования импульсов дает информацию о скорости движения, а полное число импульсов - о полном пройденном пути. Численные значения указателей градуируются по калиброванным значениям вращения колес автомобиля по существующим методикам.

Сопоставительный анализ с прототипом показал, что предлагаемый спидометр является более простым по конструкции датчика, более надежным и долговечным благодаря использованию датчика числа оборотов, вырабатывающего сигналы за счет использования источника питания бортовой сети, и импульсной системы в формировании и регистрации сигналов.

Использование: в автомобильной промышленности. Технический результат заключается в повышении надежности работы спидометра, расширении его технических характеристик и снижении себестоимости. Спидометр, содержащий датчик числа оборотов, имеющий вращающийся ротор, усилитель электрических сигналов датчика, электрический привод, счетчик полного числа оборотов, соединенный с электрическим приводом, и указатель частоты вращения датчика, дополнительно снабжен редуктором вращения, формирователем импульсов, интегратором, при этом датчик выполнен в виде ротора, содержащего две соединенные друг с другом металлические пластины на поверхности вращения, и статора, содержащего две металлические пластины на внутренней поверхности, расположенные напротив пластин ротора при неподвижном состоянии последнего, при этом ротор датчика соединен с выходным валом редуктора, одна пластина статора соединена со входом усилителя и через резистор с источником питания бортовой сети, вторая пластина соединена с массой, выход усилителя соединен с входом формирователя, выход формирователя соединен с электрическим приводом и с входом интегратора, выход привода соединен со счетчиком полного числа оборотов, выход интегратора соединен с указателем частоты вращения ротора датчика. 1 ил.

Электронный спидометр, содержащий датчик числа оборотов, имеющий вращающийся ротор, усилитель электрических сигналов датчика, электрический привод, счетчик полного числа оборотов, соединенный с электрическим приводом, и указатель частоты вращения датчика, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен редуктором вращения, формирователем импульсов, интегратором, при этом датчик выполнен в виде ротора, содержащего две соединенные друг с другом металлические пластины на поверхности вращения, и статора, содержащего две металлические пластины на внутренней поверхности, расположенные напротив пластин ротора при неподвижном состоянии последнего, при этом ротор датчика соединен с выходным валом редуктора, одна пластина статора соединена со входом усилителя и через резистор с источником питания бортовой сети, вторая пластина соединена с массой, выход усилителя соединен с входом формирователя, выход формирователя соединен с электрическим приводом и с входом интегратора, выход привода соединен со счетчиком полного числа оборотов, а выход интегратора соединен с указателем частоты вращения ротора датчика.