Разработка схемы функциональной информационно-измерительной системы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Аннотация

Опытный водитель может эффективно тормозить и без использования АБС, контролируя момент срыва колёс самостоятельно (наиболее часто такой приём торможения используется мотоциклистами) и ослабляя усилие торможения на грани блокировки. Эффективность такого торможения может быть сравнима с торможением при использовании одноканальной АБС. Многоканальные системы в любом случае имеют преимущество в том, что они могут контролировать тормозное усилие на каждом отдельном колесе, что даёт не только эффективное замедление, но и стабильность поведения транспортного средства в сложных условиях неравномерного сцепления колёс с поверхностью дороги.

Для неопытного водителя наличие АБС лучше в любом случае, поскольку позволяет экстренно тормозить интуитивно понятным способом, просто прикладывая максимальное усилие к тормозной педали или рукоятке и сохраняя при этом возможность манёвра.

В некоторых условиях работа АБС может привести к увеличению тормозного пути. На рыхлых поверхностях, таких как глубокий снег, песок или гравий, заблокированные при торможении колёса начинают зарываться в поверхность, что даёт дополнительное замедление. Незаблокированные колёса тормозят в этих условиях медленнее. Для того чтобы можно было эффективно тормозить в таких условиях, АБС часто делают отключаемой. Кроме того, некоторые типы АБС имеют специальный алгоритм торможения для рыхлой поверхности, который приводит к многочисленным кратковременным блокировкам колёс. Такая техника торможения позволяет достичь эффективного замедления без потери управляемости, как при полной блокировке. Тип поверхности может быть установлен водителем вручную или может определяться системой автоматически, путём анализа поведения автомобиля или при помощи специальных датчиков определения дорожного покрытия.

Введение

АБС состоит из следующих основных компонентов:

Датчики скорости либо ускорения (замедления), установленные на ступицах колёс транспортного средства.

Управляющие клапаны, которые являются элементами модулятора давления, установленные в магистрали основной тормозной системы.

Блок управления, получающий сигналы от датчиков и управляющий работой клапанов.

После начала торможения АБС начинает постоянное и достаточно точное определение скорости вращения каждого колеса. В случае если какое-то колесо начинает вращаться существенно медленнее остальных (что означает, что колесо близко к блокировке), клапан в тормозной магистрали ограничивает тормозное усилие на этом колесе. Как только колесо выходит из блокировки, тормозное усилие восстанавливается

Этот процесс повторяется несколько раз (или несколько десятков раз) в секунду, и как правило приводит к заметной пульсации тормозной педали. Обычно именно по этому признаку водитель может определить момент срабатывания АБС

Тормозное усилие может ограничиваться как во всей тормозной системе одновременно (одноканальная АБС), так и в тормозной системе борта (двухканальная АБС) или даже отдельного колеса (многоканальная АБС). Одноканальные системы обеспечивают довольно эффективное замедление, но только в том случае если условия сцепления всех колёс более или менее одинаковы. Многоканальные системы дороже и сложнее одноканальных, но имеют большую эффективность при торможении на неоднородных покрытиях, если, например, при торможении одно или несколько колёс попали на лёд, мокрый участок дороги или обочину.

В современные АБС входит система самодиагностики, которая контролирует работу всех компонентов системы по их физическим параметрам. Система самодиагностики зажигает лампу неисправности АБС на приборной панели и записывает соответствующий код неисправности в память блока управления. После определения неисправности данный компонент исключается из работы системы или вся система перестаёт работать, а тормозная система продолжает работать.

В современных автомобилях постепенно получают распространение электрические тормозные механизмы, действующие независимо на каждом колесе. В этом случае АБС существует, в основном, как один из алгоритмов управляющего блока такой тормозной системы и не оказывает никакого влияния на педаль или рукоятку тормоза.

В ходе выполнения курсовой работы мы изучим различные информационно-измерительные системы на примере системы АБС.

1. Разработка структурной схемы информационно-измерительной системы

Структурная схема информационно-измерительной системы гидравлической тормозной системы (ABS) представленная на чертеже АБС 00.00.000 Д1 представляет собой совокупность структурных блоков.

Назначение и описание принципа действия устройства автотранспортного средства, требования к инфорационно-измерительной системе.

Гидравлическая тормозная система предназначена для уменьшения скорости движения и/или остановки транспортного средства. Она также позволяет удерживать транспортное средство от самопроизвольного движения во время стоянки.

Гидравлический привод применяется в рабочей тормозной системе лёгковых автомобилей и грузовых малой и средней грузоподъёмности.

Принцип работы гидравлической рабочей системы:

Для включения тормозов используется мускульная энергия водителя на педаль тормоза, нагрузка передается к усилителю, который создает дополнительное усилие на главном тормозном цилиндре. Поршень главного тормозного цилиндра нагнетает жидкость через трубопроводы к колесным цилиндрам. При этом увеличивается давление жидкости в тормозном приводе. Поршни колесных цилиндров перемещают тормозные колодки к дискам (барабанам).

При дальнейшем нажатии на педаль увеличивается давление жидкости и происходит срабатывание тормозных механизмов, которое приводит к замедлению вращения колес и появлению тормозных сил в точке контакта шин с дорогой. Чем больше приложена сила к тормозной педали, тем быстрее и эффективнее осуществляется торможение колес. Давление жидкости при торможении может достигать 10-15 МПа.

При окончании торможения (отпускании тормозной педали), педаль под воздействием возвратной пружины перемещается в исходное положение. В исходное положение перемещается поршень главного тормозного цилиндра. Пружинные элементы отводят колодки от дисков (барабанов). Тормозная жидкость из колесных цилиндров по трубопроводам вытесняется в главный тормозной цилиндр. Давление в системе падает.

Определение количества датчиков и исполнительных механизмов с указанием видов сигналов.

Составными компонентами системы ABS являются:

1. Датчики вращения колес(КД);

2. Колесные тормозные цилиндры (КТЦ);

3. Центральный гидравлический узел системы ABS (центральный исполнительный механизм - ЦИМ);

4. Главный тормозной цилиндр (ГТЦ);

5. Электронный блок управления (ЭБУ-ABS);

6. Контрольная лампа ABS;

7. Выключатель ABS;

Перечисленные компоненты устанавливаются на автомобилях по-разному. Главным функциональным узлом системы ABS является центральный исполнительный механизм (ЦИМ). Он состоит из:

- электрогидронасоса;

- трех редукционных гидроклапанов обратного действия К1 К2, К3;

- трехпозиционного электромагнитного гидроклапана (ГК), который включает в себя два запорных клапана K4 и К5.

Описание схемы структурной информационно-измерительной системы с указанием выполняемых функций на каждом уровне.

Торможение осуществляется как в обычной тормозной системе до тех пор, пока блок управления ABS не обнаружит, что колесо заблокировано. В стандартном режиме торможения электромагнитные клапаны не работают, впускной клапан нормально открыт, а выпускной - нормально закрыт. Когда ABS работает, гидравлическое устройство, управляемое блоком управления ABS, управляет каждым клапаном в три этапа, поддерживая, уменьшая или увеличивая давление. Блок управления ABS с помощью датчиков частоты вращения колес фиксирует частоту вращения и замедления каждого колеса. При осуществлении торможения частота вращения колес уменьшается и вычисляется разность между частотой вращения колеса и скоростью автомобиля. Если замедление частоты вращения некоторых колес превышают ожидаемое значение то блок управления ABS считает, что произошла блокировка соответствующего колеса и открывает выпускной электромагнитный клапан, чтобы уменьшить давление тормозной жидкости. Если давление блокировки на соответствующих колесах превышено и частота вращения колеса возросла, то блок управления ABS снова закрывает выпускной клапан, чтобы увеличить давление тормозной жидкости.

Торможение с ABS:

Поддержание давления: После того, как блок управления ABS обнаружил, что колеса заблокированы из-за чрезмерно возросшего давления, блок управления ABS закрывает впускной клапан, чтобы предотвратить дальнейшее увеличение давления.

Уменьшение давления: Если колеса все еще заблокированы, блок управления ABS открывает выпускной клапан, чтобы тормозная жидкость могла поступать в аккумулятор давления, в результате чего давление уменьшится. Давление уменьшается только в тормозах заблокированных колес.

Увеличение давления: Если колеса, бывшие заблокированными, снова начали вращаться с требуемой частотой вращения, блок управления ABS прекращает управлять электромагнитным клапаном, переходя в стандартный режим торможения.

2. Разработка схемы фунциональной информационно-измерительной системы

Функциональная схема информационно-измерительной системы Гидравлической тормозной системы, выполнена в соответствии с требованиями ГОСТ 21.404-85 “Автоматизация технологических процессов. Обозначение условных приборов и средств автоматизации в схемах” и представлена на листе 1 графической части курсового проекта (АБС 00.00.000 Д2).

2.1 Выбор контрольно-измерительных приборов, описание конструкции, принципа действия

бор контрольно-измерительных приборов Гидравлической тормозной системы осуществлен, исходя из технологии процесса, технологических норм параметров, их важности в системе контроля, регулирования и сигнализации, пожаро- и взрывоопасности системы и других факторов.

Для включения стоп-сигналов используется датчик выключателя ABS [1, Приложение А, стр.25] .

Когда шток нажат, то контакты замкнуты, на ЭБУ подаётся дискретный сигнал в следствии чего резко сбрасываются обороты двигателя и загораются стоп-сигналы.



Рисунок 1 -Выключатель ABS

Параметры выключателя:

Выходной сигнал:дискретный.

Рабочая температура окружающей среды: -50°C - +170°C.

Выключатель ABS запитывается от АБ.

Лампа ABS устанавливается на панели приборов. Если при включении двигателя или во время движения лампа загорелась и не гаснет, то это означает система зафиксирровала некоторую ошибку в своей работе и отключила полностью (или, на некоторых версиях, частично) систему ABS.

Рисунок 2 - Лампа ABS

Параметры датчика:

Угол рассеивания - 130 градусов.

50000-10000 часов непрерывной работы в зависимости от цвета (5-12 лет)

Рабочая температура -25/+60 градусов

Низкая инерционность

Водонепроницаемость IP68

Для предотвращения блокировки колёс в любых режимах движения используется колёсный датчик числа оборотов CORRSYS-DATRON.

Колёсные датчики числа оборотов посылают сигналы на ЭБУ о скорости вращения всех четырёх колёс, их скорости сравниваются в ЭБУ, где вырабатываются электрические сигналы рассогласования, которые и подаются на электроуправляемые гидроклапаны, расположенные в ЦИМ.

Выходные сигналы формируемые инкрементными датчиками колеса CORRSYS-DATRON содержат индивидуальный код, при помощи которого можно привязать результаты расчетов скорости вращения, ускорения, расстояния и скорости движения к конкретному колесу.

Рисунок 3 - Датчик числа оборотов

Параметры датчика:

Максимальная допустимая скорость вращения: 6000 оборотов в минуту (для продолжительных испытаний не более чем 3000 оборотов в минуту)

Стандартные импульсные характеристики: 1000 импульсов на один оборот колеса в стандартной комплектации, от 10 до 3600 импульсов на один оборот по запросу

Класс защиты датчика: IP 67

Температурный диапазон: от -40° C до +85° C

Ударопрочность: 2500 м/сек2, 6 милисекунд

Датчики числа оборотов (1-2) не требуют питания, т.к. являются датчиками индукционного типа. Принцип действия основан на изменении параметров магнитного поля, создаваемого катушкой индуктивности внутри датчика.

2.2 Выбор контроллера/бортового компьютера и модулей вода/вывода, интерфейса связи

Для реализации 4-х контурной АБС с автоматическим управлением в каждом канале устанавливают электроуправляемый гидравлический клапан, который обеспечивает регулирование давления тормозной жидкости в колёсном тормозном цилиндре. Электроуправляемые гидроклапаны конструктивно объединяют в центральный исполнительный механизм, который управляется электрическими сигналами от ЭБУ ABS.

Электронный блок управления ABS ,расположенный, как правило, в подкапотном пространстве автомобиля рядом с насосом (часто совмещен с ним). Этот электронный модуль управления отслеживает и анализирует показания скорости с датчиков колес и усилие торможения (а в современных системах еще множество параметров) и управляет клапанами насоса ABS, тем самым обеспечивая комфортное торможение на любой поверхности.



Рисунок 4 - ЭБУ ABS Bosch

Модули ввода/вывода:

Резервные аналоговые и дискретные входы обеспечивают расширение возможностей системы управления двигателем, резервные силовые ШИМ-выходы для подключения клапанов перепуска ОГ (WG) и рециркуляции OГ для управления рециркуляцией отработанных (выхлопных) газов обеспечивается подключение двух термопар с функциями диагностики дополнительная энергонезависимая память для записи состояния системы - "черный ящик".

Реализовано два интерфейса CAN

Модуль связи с внешним оборудованием отладки и контроля обеспечивает обмен данными по К-линии или CAN-интерфейсу. Эти же линии связи используются для отладки калибровочных величин и модификации программного обеспечения контроллера в режиме реального времени.

Выберем кольцевую передачу и обработку данных

Данная передача являются главными примерами сетей с передачей маркера. Сети с передачей маркера перемещают вдоль сети небольшой блок данных, называемый маркером. Владение этим маркером гарантирует право передачи. Если узел, принимающий маркер, не имеет информации для отправки, он просто переправляет маркер к следующей конечной станции. Каждая станция может удерживать маркер в течение определенного максимального времени (по умолчанию - 10 мс).

2.3 Описание схемы функциональной информационно-измерительной системы

Функциональная схема системы ABS представленная на чертеже АБС 00.00.000 Д2. реализована таким образом, что каждое колесо будет иметь свой, отдельный от всех остальных колес, гидравлический контур автоматического управления. В этом случае поток тормозной жидкости от главного тормозного цилиндра 7 (ГТЦ) надо разделить на четыре потока и обеспечить торможение каждого колеса в отдельности.

Для реализации 4-х контурной ГТС с автоматическим управлением в каждом канале устанавливают электроуправляемый гидравлический клапан, который обеспечивает регулирование давления тормозной жидкости в колесном тормозном цилиндре 2 (КТЦ). Электроуправляемые гидроклапаны конструктивно объединяют в центральный исполнительный механизм 4 (ЦИМ), который управляется электрическими сигналами от ЭБУ ABS. Алгоритм автоматического управления электроклапанами задается путем сравнения скорости вращения колес с приведенной скоростью движения кузова автомобиля, что реализуется в цифровом электронном блоке управления (ЭБУ), который получает сигналы о скорости вращения колес от колесных датчиков 1-2 (КД) в виде числа электрических импульсов, приходящегося на один оборот колеса. Скорости вращения всех четырех колес сравниваются в ЭБУ, где вырабатываются электрические сигналы рассогласования, которые и подаются на электроуправляемые гидроклапаны, расположенные в 4 ЦИМ. Таким образом обеспечивается автоматическая корректировка эффективности торможения каждого колеса в отдельности. Такое управление гидравлическими тормозами не допускает блокировки колес в любых режимах движения автомобиля.

В сказанном заключается основная концепция любой современной тормозной системы с автоматической антиблокировкой колес, которая чаще называется антиблокировочной системой тормозов (ABS).

Теоретические предпосылки полезного функционирования системы ABS заключаются в следующем.При движении автомобиля с постоянной скоростью разницы в скоростях вращения колес не возникает. При этом не возникает также разницы между приведенной скоростью Va движения

автомобиля и согласованной с ней усредненной скоростью V* вращения колес, т.е. Va = VK. При этом под усредненной скоростью вращения колес понимается величина

V* = (VKl + VK2 + VK3 + VK4)/4

где VKl - VK4 - скорости вращения каждого колеса в отдельности.

Но как только начинается процесс интенсивного торможения, приведенная скорость кузова автомобиля Va начинает превышать усредненную скорость VK вpaщения колес, так как кузов "обгоняет" колеса под действием силы инерции массы автомобиля, т.е. Va > VK.

В такой ситуации между колесами и дорогой возникает явление равномерного умеренного скольжения. Это скольжение является рабочим параметром тормозной системы и определяется как

S = [(Va - VK)/Va] 100%.

Выключатель ABS (1-1) - аналоговый сигнал.

КД (1-2) Датчик числа оборотов- дискретный сигнал.

ДР (1-3) Разъем диагностический - дискретный сигнал.

3. Определение функции преобразования и информационных характеристик измерительного канала информационно - измерительной системы.

3.1 Определение значения функции преобразования измерительного канала ИИС на основании результатов эксперимента

Таблица 1 - Протокол №2 исследований МХ измерительных каналов микропроцессорного контроллера

Данные в контрольных точках	Результаты измерений в контрольных точках Уij
j	xj	Ддоп	1	2	3	4	5	6
1	100	0.04	100.02	99.98	100.00	99.99	100.00	99.97
2	120	0.04	120.00	119.97	119.96	119.99	120.00	120.02
3	140	0.04	139.98	140.00	139.96	139.95	139.99	139.97
4	160	0.05	159.94	159.98	159.98	160.00	160.02	159.98
5	180	0.05	179.96	179.98	179.98	180.00	179.97	180.01

Таблица 2 - Результаты измерений и расчетов

Данные в контрольных точках	Результаты измерений в контрольных точках Уij	Результаты расчетов
j	xj	Ддоп	1	2	3	4	5	6	Sj	uИj	uj
1	100	0.04	100.02	99.98	100.00	99.99	100.00	99.97	0.0073	0.0235	0.049
2	120	0.04	120.00	119.97	119.96	119.99	120.00	120.02	0.0089	0.0235	0.05
3	140	0.04	139.98	140.00	139.96	139.95	139.99	139.97	0.0079	0.0235	0.0495
4	160	0.05	159.94	159.98	159.98	160.00	160.02	159.98	0.0109	0.029	0.0518
5	180	0.05	179.96	179.98	179.98	180.00	179.97	180.01	0.0077	0.029	0.049

По результатам расчетов строим дискретные значения функции преобразования с учетом полученных значений yj=f(xj). Мера неопределенности входного параметра считается пренебрежимо малой.

.



Рисунок 5 - Зависимость yj от xj

3.2 Определение информационных характеристик средств сбора и преобразования измерительной информации

Таблица 3 - Исходные данные

Индивидуальное задание №	Nк	д, %	дАЦП, %	СЭЧ105, опер/с
12	700	0,55	0,25	5

(1.1)

(1.2)

бит/с

(1.3)

бит/с

бит/с (1.4)

 (1.5)

бит/с (1.6)

(1.7)

Условие Cэ>>Cацп выполняется., что соответствует последовательному преобразованию сигналов.

Рисунок 6 - Структурная схема многоканальной ИИС

4. Разработка схемы электрической принципиальной

Схема электрическая принципиальная разрабатывается исходя из структурной и функциональной схемы. Схема представлена на листе АБС 00.00.000 Э3.

Источником питания схемы служит аккумулятор. От него поступает питание на все блоки управления, датчики, переключатели и т.д. Предохранители служат для защиты устройств от перегрузок по току.

На чертеже приведена принципиальная электрическая схема системы ABS, в которой главным компонентом является электронный блок управления тормозами (ЭБУ-Т). ЭБУ-Т конструктивно выполнен на полупроводниках и микросхемах, заключен в герметичный кожух, который устанавливается либо а салоне, либо в багажнике автомобиля.

С внешними устройствами и бортовой электросетью ЭБУ-Т связан многоконтактным разъемом.

К внешним входным устройствам ЭБУ-Т относятся:

- колесные датчики - 4 шт.- А3,А4 А5, А6;

- выключатель стоп-сигнала - SA1;

- выключатель системы ABS - SA2;

- предохранители - 8 шт. - FU1;FU2.

К внешним выходным (исполнительным) устройствам ЭБУ-Т относятся:

- релейный блок управления (РБУ). Внутри РБУ установлены два реле с "сухими" контактами. Одно для включения электродвигателя гидронасоса, другое для включения и переключения электромагнитных соленой два рабочих гидроклапанов системы ABS;

- исполнительный механизм ABS с рабочими гидроклапанами и с электрическим гидронасосом. Каждый рабочий гидроклапан управляется с помощью электромагнитного соленоида, а соленоиды - от электрических сигналов ЭБУ-Т;

- сигнальная лампа ABS. Предназначена для контроля за исправностью системы;

- сервисный разъем для вывода кодов неисправностей системы ABS;

- контрольный разъем для стендовой диагностики. ЭБУ-Т работает следующим образом.

1. Включается ключ зажигания, и на контактах IG и ВАТ устанавливается напряжение +12 В. от аккумуляторной батареи (АКБ). При этом на 3 сек. загорается контрольная лампа ABS.

Если один из предохранителей или лампа ABS перегорают, система ABS не включается.

2. После пуска ДВС и разгона автомобиля до скорости более 6 км/час в ЭБУ-Т отрабатывается функция первичного контроля. При этом выключатель стоп-сигнала на педали тормоза должен быть разомкнут. Если в системе все исправно, то загорается лампа контроля стоп-сигнала, а на лампу ABS подается код готовности системы ABS к работе. При достижении автомобилем скорости более 6 км/час обе лампы гаснут.

3. Если в ABS есть неисправность, то в системе отрабатывается функция самодиагностики, и лампа ABS начинает мерцать.

Датчики числа оборотов А3;А4;А5;А6; не требуют питания, т.к. сами являются датчиками индукционного типа.

Исполнительный механизм А2, ЭБУ А1, диагностический разъем А7, выключатель ABS запитываются от АБ при повороте ключа зажигания.

Заключение

Выполнив данную курсовую работу, была изучена информационно-измерительная система АБС.

Разработанная структурная, функциональная и принципиальная схемы помогли закрепить пройденный материал дисциплины «Информационно-измерительные системы».

Стоит учесть, что с появлением системы АБС движение на автомобиле стало намного безопаснее на скользкой дороге. Данная система играет очень важную роль в безопасности движения водителя и пассажиров.

Список литературы

автотранспортный бортовой компьютер интерфейс

1. Ютт В.Е. Электрооборудование автомобилей. Учебник для ВУЗов, 4-е издание. М. тр-т, 2006г. 421стр.

2. Новоселов О.Н. Основы теории и расчета информационно - измерительных систем. М. Машиностроение, 1991 г.

3. Соснин Д.А. Автотроника. Электрооборудование и системы бортовой автоматики современного легкового автомобиля. Уч. Пособие. Москва, 2001г. 216-230 с.

4. Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника. 2-е изд., перераб. и доп. - М.1991г. - 620 с.

Приложение

Датчик числа оборотов CORRSYS-DATRON

Инкрементный датчик колеса CORRSYS-DATRON Wheel Pulse Transducer - универсальный измерительный прибор для сбора данных о вращении колес транспортных средств.

Инкрементный датчик колеса CORRSYS-DATRON в базовой комплектации выдает 1000 импульсов на один оборот колеса (по запросу возможно создание датчиков с другими техническими характеристиками)

Доступные сигналы в проводной версии датчика (без выходного разъема): A, A inverted, B, B inverted, Z, Z inverted (0 impulse).

Выходные сигналы формируемые инкрементными датчиками колеса CORRSYS-DATRON содержат индивидуальный код, при помощи которого можно привязать результаты расчетов скорости вращения, ускорения, расстояния и скорости движения к конкретному колесу.

Область применения

Определение момента блокировки колес на легковых автомобилях

Определение скорости вращения колеса, пройденного пути и скорости движения колеса

Тесты на ускорение и торможение (в основном, для определения момента блокировки колес)

Тесты Антиблокировочной системы

Электронный блок управления ABS Bosch.

Электронный блок управления ABS ,расположенный, как правило, в подкапотном пространстве автомобиля рядом с насосом (часто совмещен с ним). Этот электронный модуль управления отслеживает и анализирует показания скорости с датчиков колес и усилие торможения (а в современных системах еще множество параметров) и управляет клапанами насоса ABS, тем самым обеспечивая комфортное торможение на любой поверхности.



Сводная таблица возможных неисправностей ЭБУ

Выключатель ABS

Параметры выключателя:

Выходной сигнал:дискретный.

Рабочая температура окружающей среды: -50°C - +170°C.

Питание от АКБ

Индикатором служит лампа АБС,

Параметры Индикатора:

Угол рассеивания - 130 градусов.

50000-10000 часов непрерывной работы в зависимости от цвета (5-12 лет)

Рабочая температура -25/+60 градусов

Низкая инерционность

Водонепроницаемость IP68

Стратегия работы индикатора:



Размещено на Allbest.ru