Бесконтактный датчик скорости автомобиля

БЕСКОНТАКТНЫЙ ДАТЧИК СКОРОСТИ АВТОМОБИЛЯ
Нредлагаемая полезная модель относится к автомобильному электронному приборостроению и может быть использована непосредственно для измерения линейной скорости автомобиля, а также для измерения частоты вращения, линейных и угловых перемещений большого числа зубчатых механизмов и вращающихся валов в автомобильной, лёгкой и тяжёлой промышленности.
Известен датчик скорости автомобиля (ДСА) на основе многополюсного магнита, устанавливаемый на чыходном валу привода механического спидометра (см. а.с. №9911954 МПК G01P3/488 от 07.10.2001).
Недостатком таких ДСА является ограниченная точность, сложность измерения малых скоростей, и необходимость производства узлов привода механического спидометра.
Прототипом бесконтактного ДСА является устройство, определяющее частоту вращения различных деталей, применяющее магниточувствительный датчик для измерения угловой скорости вращения ферромагнитного зубчатого ротора, выполненного как отдельное механическое звено, (см. а.с. .№92014487, МНК G01P3/488 от 25.12.92).
Недостатками такого устройства являются отсутствие адаптированности к конкретным условиям работы коробки передач, и ряда других систем контроля движения, существенные ограничения в точности и надёжности.
Задача полезной модел1 - повышение надёжности и точности 6e§iKOifTai0libDC
ДСА, измеряющих угловую скорость вращения ферромагнитного зубчатого ротора, в условиях значительных магнитных и механических статических смещений (допусков магнитных параметров, допусков крепления), воздействия повышенных механических вибраций, переменных температур в диапазоне -40°С-:-+150°, а также снижение себестоимости ДСА.
Поставленная задача решается тем, что бесконтактный ДСА, включающий магниточувствительный элемент для измерения угловой скорости вращения ферромагнитного ротора, состоит из магниточувствительного элемента, жёстко закреплённого в пластмассовом корпусе, и платы датчика с размещённой на ней схемой обработки сигнала, а магниточувствительный элемент включает в себя дифференциальную интегральную схему (ИС) Холла, постоянный магнит обратного
J v. :
смещения, и магнитопровод из магнитомягкого материала, причём последний размещён между обратной стороной ИС и смещающим магнитом.
Расстояние L от обратной стороны ИС до магнита и толщина магнитопровода определяются усреднённо для данной партии конкретных магнитов на основании процедуры механической оптимизации скважности выходного сигнала ДСА, проводимой вручную или автоматическим способом.
Бесконтактный ДСА показан на фиг.
ДСА2, измеряющий частоту вращения ферромагнитного ротора, состоит из дифференциальной интегральной схемы (ИС) Холла 3 типа HAL320A Micronas Interaietall, TLE4921-3U Infineon, А3056 Allegro Microsystems, постоянного магнита 4 обратного смещения с аксиальной полюсной намагниченностью порядка 150-500 мТл, магнитопровода 5 из низкоуглеродистой стали, пластмассового корпуса 6 магнитной системы ДСА, и платы 7 с размещённой па ней схемой обработки сигнала.
ИС 3, плоскость которой расположена перпендикулярно центральным осям магнита 4, магнитопровода 5, и перпендикулярно лицевой поверхности зуба ротора 1, запаяна (жёстко размещена) на плате 7. ИС 3, магнит 4 и магнитопровод 5 жёстко закреплены в корпусе 6.
Заявляемая полезная модель ДСА конструктивно отличается от прототипа тем, что состоит из дифференциальной ИС Холла, магнита обратного смещения, в форме цилиндра или параллелепипеда, механически расположенного на определённом расстоянии позади ИС, большем или равном толщине магнитопровода, причём последний выполнен из магнитомягкого материала в форме цилиндра или параллелепипеда с пазом под магнит.
Это соответствует критерию полезной модели «новизна. Признаки, отличающие заявляемое техническое решение, не выявлены в других технических решениях при изучении данной и смежных областей техники, что соответствует критерию полезной модели «технический уровень.
Совокупность заявляемых признаков обеспечивает решение задачи полезной модели - повьппение надёжности и точности бесконтактных ДСА.
ДСА функционирует следующим образом. При вращении зубчатого ротора 1 на выходе дифференциальной ИС Холла 3 образуется последовательность выходных импульсов напряжения (или тока), частота F которой пропорциональна количеству К зубьев ротора 1. Импульсы с выхода ИС 3 в схеме обработки сигнала, размещённой на плате 7, поступают на вход делителя частоты схемы обработки сигнала, образующего
на выходе ДСА 2 последовательность импульсов, частота которой также пропорциональна количеству К зубьев ротора 1.
При вращении ротора 1 внутренние аналоговые сигналы от двух чувствительных элементов Холла в дифференциальной ИС 3, обратно смещённой магнитом 4, математически вычитаются в интегрированном дифференциальном усилителе, в присутствие или отсутствие зуба между чувствительными элементами выходной дифференциальный сигнал является нулевым, а при появлении края зуба сигнал является максимальным. В том случае, если неоднородности поверхности магнита 4 неодинаково смещают чувствительные элементы в дифференциальной ИС 3, дифференциальный сигнал в отсутствие и присутствие зуба ротора 1 является ненулевым, а при появлении края - не максимальным. Скважность выходного сигнала ухудщается по сравнению с оптимальной, равной двум. Существенное превышение установленных порогов ИС 3 вызывает ложное срабатывание ДСА 2.
Конструктивные признаки заявляемого ДСА позволяют получить статическую скважность выходного сигнала на выходах ИС 3 и ДСА 2, максимально близкую к двум, при использовании магнитов со значительными неоднородностями намагничивания поверхности, повысить точность измерений, адаптировать к измерению скоростей, близких нулевой, увеличить допуски рабочего зазора воздушного d, повысить виброустойчивость ДСА, стойкость к перепадам температур. Введение магнитопровода 5 минимизирует магнитные неоднородности поверхности магнита 4, способствует минимизации других магнитных смещений, вызванных допусками ротора или присутствием магнитного окружения. Использование магнитопровода 5 может вызы зать незначительное снижение рабочего зазора d, но за счёт улучшения функциональных свойств (скважности) расширяет динамические пределы d в условиях вибрации и высокой температуры. Введение магнитопровода 5 расширяет верхний рабочий температурный предел, так как вызывает отвод тепла от магнита. В заявляемой полезной модели ДСА могут применяться как магниты из материала SmCo, так и дешёвые магниты из материала NdFeB, обычно необратимо стареющие при температурах порядка 150°С.
В таблице приведены данные функционирования предлагаемого ДСА на основе ИС HAL320A Micronas Intermetall в паре с двумя роторами, со штампованным ротором, модуль ,25, и ротором типа шестерни с ,83 (отличающиеся данные в скобках). Как видно из таблицы, значения рабочего зазора d несколько различаются, в зависимости от формы, геометрии и материала ротора, а также геометрии, материала, параметров
М)
намагничивания смещающего магнита, толщины магнитопровода, техники сборки, но во всех случаях улучшаются функциональные свойства (скважность Q).
Применение предлагаемой полезной модели ДСА обеспечивает положительный эффект: повышение надёжности и точности измерения скорости автомобиля.
Таблица