СИСТЕМА ИЗМЕРЕНИЯ ЛЮФТА РУЛЕВОГО УПРАВЛЕНИЯ АВТОМОБИЛЬНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Устройство относится к контрольно-измерительной технике и используется для контроля технического состояния транспортного средства, а конкретно суммарного люфта рулевого управления автомобильного транспортного средства.
Из уровня техники известны следующие измерительные системы: измерители суммарного люфта рулевого управления автотранспортных средств (АТС) ИСЛ-М и ИСЛ-М.01 (ПАСПОРТ М 036.000.00-02 ПС, научно производственная фирма «Мета», 2008 г.), предназначенные для измерения суммарного угла поворота рулевого колеса до начала движения управляемых колес, а также суммарного угла поворота рулевого колеса при нормированном усилии на рулевом колесе.
Принцип действия основан на измерении угла поворота рулевого колеса автомобильного транспортного средства посредством преобразования импульсного сигнала оптико-механического датчика угла поворота (или гироскопического преобразователя угла поворота) в интервале срабатываний датчика движения управляемых колес (ДДК) при выборе люфта рулевого управления в обоих направлениях вращения руля.
Конструктивно приборы выполнены в виде электронного блока, который крепится на руле АТС и выносного датчика движения управляемых колес (ДДК). В электронном блоке прибора размещаются оптико-механический преобразователь угла поворота (или гироскопический преобразователь угла поворота), буквенно-цифровой индикатор и микропроцессорный преобразователь сигналов. Приборный блок крепится на рулевое колесо при помощи захвата.
ДДК выполнен в виде металлического штатива, состоящего из телескопической штанги и трубок. В верхней части штатива расположен индуктивный преобразователь перемещения (для фиксации начала движения управляемого колеса). На основании штатива закреплен блок датчика с аккумуляторной батареей и блоком обработки сигналов. Основание штатива установлено на ножки.
На блоке датчика расположен кабель подключения к приборному блоку, разъем для подключения зарядного устройства и кабеля внешнего питания.
Основными недостатками данных систем являются - высокое энергопотребление компонентов и как следствие использование питающего кабеля или частая подзарядка батареи блока питания, сложность конструкции по причине применения различных типов датчиков в компонентах системы и различных протоколов обмена данными, низкая надежность по причине возможности повреждения штатива при повороте управляемых колес АТС, низкие точность и достоверность измерений по причине использования индуктивного преобразователя в ДДК и зависимости его показаний от установки оператором перед колесом и материала колес, низкие эксплуатационные характеристики, такие как вес и размер компонентов, низкие эргономические показатели, в том числе сложность настройки ДДК перед измерениями.
За последнее время широкое распространение по всему миру получили датчики, основанные на микроэлектромеханических системах, так называемых МЭМС. Популярность данных устройств обусловлена рядом причин, основными из которых являются простота их использования, малые размеры, относительно низкая цена, низкое энергопотребление, высокая надежность и малые габариты. МЭМС - датчики оснащаются интегрированной электроникой обработки сигнала и не имеют движущихся частей. За счет этого обеспечивается их высокая надежность и стабильные показания в любых условиях измерений (перепады температур, удары, влажность, вибрация, электромагнитные и высокочастотные помехи). Данные преимущества позволяют использовать МЭМС - датчики для контроля технического состояния транспортного средства, а конкретно люфта рулевого управления АТС.
В частности для контроля положения компонентов рулевого управления АТС предполагается использовать датчики угла положения, собранные на основе МЭМС датчиков акселерометров или инклинометров на основе МЭМС или МЭМС гироскопических датчиков.
Задачами предлагаемого технического решения являются - снижение энергопотребления при проведении измерений, упрощение конструкции компонентов и процесса измерений, повышение точности измерений, повышение надежности, улучшение эксплуатационных характеристик, таких как вес и линейные размеры, повышение уровня автоматизации процесса измерения люфта рулевого управления транспортного средства.
Для достижения указанных технических результатов система измерения люфта рулевого управления автомобильного транспортного средства содержит:
блок датчика измерения угла поворота рулевого колеса, закрепленный на рулевом колесе транспортного средства и содержащий датчик угла положения, собранный на основе микроэлектромеханических систем, позволяющий определять угол положения рулевого колеса автомобильного транспортного средства не менее чем по двум осям и угол наклона плоскости рулевого колеса автомобильного транспортного средства,
блок датчика контроля движения колеса, закрепленный на колесе автомобильного транспортного средства и содержащий датчик угла положения, собранный на основе микроэлектромеханических систем, позволяющий определить момент начала движения колеса автомобильного транспортного средства при повороте рулевого колеса,
блок электронно-вычислительной машины, предназначенный для вычисления люфта рулевого управления на основании результатов измерений угла поворота и момента начала движения,
приемно-передающий блок, соединенный с блоком электронно-вычислительной машины и предназначенный для синхронизации работы и сбора результатов измерений угла поворота и начала движения, а также передачи данных по беспроводным протоколам передачи данных.
В одном из вариантов в системе датчики угла положения, собранные на основе микроэлектромеханических систем, выполнены в виде акселерометра или инклинометра или гироскопического датчика.
В одном из вариантов в системе обмен данными между всеми ее блоками осуществляется по радио каналу.
В одном из вариантов в системе датчики угла положения, собранные на основе микроэлектромеханических систем, используются в блоке датчика контроля движения колеса для определения изменения положения измерительного блока установленного на рулевом колесе автомобильного транспортного средства, относительно его плоскости.
В одном из вариантов в системе вычисление результатов измерений с помощью программного обеспечения проводятся в блоке электронно-вычислительной машины на основании показаний датчиков угла положения, установленных на измерительных блоках и опрашиваемых в реальном времени приемно-передающим блоком.
В одном из вариантов в системе управляющие команды для оператора формируются в автоматическом пошаговом режиме при помощи программного обеспечения установленного в блоке электронно-вычислительной машины. На фигуре 1 изображена функциональная схема системы.
Устройство работает следующим образом.
Устройство измеряет люфт путем определения угла поворота руля, при котором управляющие колеса АТС остаются в неподвижном положении.
Алгоритм работы включает в себя следующую последовательность действий. Блок датчика измерения угла поворота рулевого колеса устанавливается и закрепляется на рулевом колесе АТС в плоскости руля или (если совокупность датчиков/датчик, позволяет рассчитать угол наклона плоскости рулевого колеса АТС или непосредственно измерить угол поворота рулевого колеса) в иной плоскости руля. Блок датчика контроля движения колеса устанавливается и закрепляется на колесном диске колеса АТС. Приемно-передающий блок соединяется с блоком электронно-вычислительной машины. Блок датчика измерения угла поворота рулевого колеса переводится в режим измерения, при этом блок электронно-вычислительной машины, Приемно-передающий блок и блок датчика измерения угла поворота рулевого колеса переводятся в режим измерений.
Соответствующий алгоритм измерений включает в себя следующую последовательность действий. Руль поворачивается по направлению движения часовой стрелки до получения сигнала о начале движения управляемого колеса АТС от датчика, установленного на данном колесе блоке датчика измерения угла поворота (при необходимости, перед началом измерений проводится калибровка «нулевого» положения руля АТС, в частности руль поворачивается до положения, при котором известен угол плоскости руля АТС). Также, при помощи датчиков положения, контролируется изменение положения блока датчика контроля движения, установленного на рулевом колесе АТС, относительно его плоскости (с целью исключения ошибочных измерений, при смещении блоа). Руль АТС останавливается.
Фиксируется угол положения руля после его остановки - начальный угол. Руль поворачивается по направлению против часовой стрелки до получения сигнала о начале движения управляемого колеса АТС, от датчика, установленного на данном колесе блока датчика контроля движения. Фиксируется угол положения руля АТС при начале движения блока датчика контроля движения, установленного на управляемом колесе АТС - конечный угол.
Суммарный люфт определяется программным обеспечением, установленным в блоке электронно-вычислительной машины, как разность конечного и начального углов (при необходимости, предыдущие действия повторяются заданное количество раз с целью аппроксимировать результат измерений и исключить возможную ошибку при измерениях). Значение люфта вычисляется при помощи программного обеспечения для дальнейшего использования.
Таким образом, использование предлагаемой системы за счет применения датчиков МЭМС с низким энергопотреблением, позволяет сократить общее энергопотребление, сократить время и количество зарядки блоков питания компонентов, уменьшить вес и размеры, использовать обмен данными по радио без питающих кабелей.
Использование малогабаритных датчиков МЭМС позволяет упростить конструкцию и уменьшить размеры компонентов системы.
Размещение блока датчика контроля движения на колесе позволяет увеличить достоверность показаний начала движения управляемых колес и исключить ошибки оператора при начальной установке.
Контролируется смещение блок датчика измерения угла поворота относительно руля при проведении измерения, что в свою очередь исключает ошибки измерений при данном смещении.
Все вычисления и управление процессом измерений осуществляются в автоматическом режиме с помощью программного обеспечения установленного на отдельной ЭВМ.