УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ ВРАЩАЮЩИХСЯ ДЕТАЛЕЙ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
DEVICE TO DETERMINE ANGULAR POSITION OF VEHICLE ROTARY PARTS

Изобретение относится к области транспортного машиностроения и может найти применение как в антиблокировочных системах тормозов транспортных средств для определения скорости вращения колес, так и в микропроцессорных системах управления двигателем автомобиля для определения положения коленчатого и распределительного валов и формирования угловых импульсов.
В настоящее время большинство современных транспортных средств оснащаются микропроцессорной системой управления зажиганием, системой впрыска, а также обязательной, в соответствии с требованиями безопасности, антиблокировочной системой тормозов. Для обеспечения работы системы зажигания и впрыска необходимо всегда точно знать угловое положение коленчатого вала двигателя и частоту его вращения, а также угловое положение распределительного вала. Для быстрой и надежной работы антиблокировочной системы тормозов необходимо всегда точно знать частоту вращения и угловое положение колес при торможении транспортного средства. Совершенно очевидно, что в обоих случаях необходимы устройства, позволяющие быстро и точно определять угловое положение и частоту вращения различных вращающихся деталей.
Известно устройство для определения углового положения вращающихся деталей транспортного средства, содержащее установленные во втулке магниточувствительный элемент Холла, постоянный магнит смещения, стержень с резьбой, имеющий возможность перемещения, и дополнительный постоянный магнит (патент RU 2289096, 10.12.2006).
Недостатком известного устройства является то, что магниточувствительный элемент Холла смещен относительно продольной оси стержня магнитопровода навстречу вращению детали. Подобная асимметрия приводит к тому, что устройство должно быть точно ориентировано по отношению к вращающейся детали. Изменение направления вращения детали или изменения установки устройства приведет к заметному изменению угла включения и длительности импульса. Кроме того, при изменении температуры будет происходить изменение длительности импульса.
Задачей изобретения является создание надежного, простого в изготовлении и использовании устройства для определения углового положения вращающихся деталей транспортного средства, свободного от указанных недостатков в сочетании с высокими и стабильными эксплуатационными характеристиками. Техническим результатом, достигаемым при реализации изобретения, является сохранение основных параметров устройства, таких как длительность импульса и угол включения, при изменении направления вращения и изменении ориентации устройства относительно вращающейся детали, угловое положение которой должно быть определено, а также уменьшение влияния рабочей температуры на длительность импульса устройства.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что устройство для определения углового положения вращающихся деталей транспортного средства содержит установленные во втулке магниточувствительный элемент Холла, постоянный магнит смещения, стержень с резьбой, имеющий возможность перемещения, и дополнительный постоянный магнит, обращенный к постоянному магниту смещения одноименным полюсом. При этом постоянный магнит смещения установлен на стержне с резьбой или неподвижно во втулке, стержень с резьбой имеет возможность изменять поле рассеяния постоянного магнита смещения при поступательном перемещении относительно него, а дополнительный магнит имеет поперечные размеры, не превышающие поперечные размеры элемента Холла.
рез
Установление дополнительного магнита обращенным к постоянному магниту смещения одноименным полюсом позволяет эффективно устранять отрицательное влияние большого гистерезиса магниточувствительного элемента, которое особенно сильно проявляется при удалении детали от рабочего торца датчика (при увеличении дальности), не позволяя получать максимально возможную дальность. Кроме того, это способствует повышению термостабильности устройства, существенно уменьшая влияние температуры на длительности импульса вследствие температурного изменения поля рассеяния магнита смещения. Результирующее поле смещения Н, действующее на элемент Холла, равно
рез
см
доп
Н=Н-Н,
см
где Н - поле магнита смещения,
доп
Н - поле дополнительного магнита.
см
При изменении температуры появляются дополнительные составляющие Н(Т) и
доп
см
Н(Т) поля обоих магнитов. В отсутствие дополнительного магнита, обращенного к постоянному магниту смещения одноименным полюсом, составляющая Н(Т) непосредственно сказывалась бы на длительности импульса, существенно изменяя ее. Присутствие дополнительного магнита, обращенного к постоянному магниту смещения одноименным полюсом, приводит к тому, что результирующее поле смещения можно описать с помощью следующего соотношения.
рез
см
см
доп
доп
Н(Т)=[Н-Н(Т)]-Н-Н(Т)],
или
рез
см
доп
см
доп
Н(Т)=Н-Н-[Н(Т)-Н(Т)].
Из этих соотношений видно, что составляющие, обусловленные температурными изменениями, компенсируются, причем, если магниты выполнены из одного материала, то обеспечивается полная компенсация.
На фиг.1 изображен общий вид предлагаемого устройства в случае выполнения дополнительного магнита на стержне,
на фиг.2 - то же в случае неподвижного расположения дополнительного магнита,
на фиг.3 - диаграммы распределения нормальной составляющей поля смещения,
на фиг.4 - диаграмма выходного сигнала устройства.
Устройство для определения углового положения вращающихся деталей транспортных средств содержит магниточувствительный элемент Холла 1, постоянный магнит смещения 2, стержень с резьбой 3, установленные во втулке 4, и дополнительный постоянный магнит 5. Магниточувствительный элемент Холла 1 выполнен в виде микросхемы с плоскими выводами и содержит схему усиления и формирования выходного сигнала. Дополнительный постоянный магнит обращен к постоянному магниту смещения одноименным полюсом, чтобы их поля рассеяния были направлены навстречу друг другу.
Магнит смещения 2 (фиг.1) установлен на стержень с резьбой 3. В этом случае при вращении стержень 3 перемещается возвратно-поступательно внутри втулки 4. Вращение стержня 3 обеспечивает перемещение магнита смещения 2 относительно элемента Холла 1, в результате чего происходит изменение чувствительности элемента Холла 1, что позволяет регулировать длительность импульса от вращающейся детали.
Магнит смещения 2 также может быть (фиг.2) установлен неподвижно во втулке 4. В этом случае регулировка длительности импульса обеспечивается путем вращения стержня с резьбой 3, который при своем вращении поступательно перемещается относительно магнита смещения 2, изменяя его поле рассеяния.
При этом дополнительный магнит 5, на котором установлен элемент Холла 1, имеет поперечные размеры, не превышающие поперечные размеры элемента Холла 1, т.е. его габариты существенно меньше габаритов магнита поля смещения 2.
Устройство работает следующим образом.
рез
см
доп
0
рез
рез
1
1
рез
рез
0
0
0
0
0
Постоянный магнит смещения 2 вместе с дополнительным магнитом 5 создает магнитное поле величиной Н =Н-Н, нормальное к поверхности элемента Холла 1, при этом выходное напряжение элемента равно U, как показано на фиг.3. Величина Н  значительно меньше величины магнитного поля, необходимого для отпускания магниточувствительного элемента Холла 1. При приближении детали, угловое положение которой определяется, к торцу устройства происходит увеличение поля Н до величины H, превышающей величину поля срабатывания магниточувствительного элемента Холла 1. При этом происходит резкое уменьшение величины выходного напряжения элемента до значения U, которое будет оставаться таким в течение всего времени прохождения детали. В момент завершения прохождения детали перед торцом устройства величина поля уменьшается до величины Н , поскольку величина Н , как уже отмечалось выше, меньше величины поля отпускания магниточувствительного элемента, при этом выходное напряжение элемента Холла 1 возвращается к значению U.
Практически устройство было выполнено с использованием микросхемы TLE 4905 в качестве магниточувтствительного элемента Холла. В качестве магнита смещения использовался постоянный магнит диаметром 10×6 мм из материала Ne-Fe-Br. Дополнительный постоянный магнит был выполнен из феррита 25БА170 диаметром 3×2 мм. Втулка была выполнена из дюральалюминия Д16Т диаметром 15 мм и длиной 16 мм. Устройство было использовано в качестве датчика углового расположения распределительного вала в микропроцессорной системе управления двигателем внутреннего сгорания и продемонстрировало хорошую работоспособность с обеспечением всех требований к подобным датчикам как в части длительности импульса, величины рабочего зазора, угла включения, так и работы в заданном температурном диапазоне -50°С до 150°С.