Цифровой датчик износа тормозных накладок автомобиля

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ЦИФРОВОЙ ДАТЧИК ИЗНОСА ТОРМОЗНЫХ НАКЛАДОК АВТОМОБИЛЯ(71) Заявитель Белорусский государственный университет(72) Авторы Анищик Виктор Михайлович Ярмолович Вячеслав Алексеевич(73) Патентообладатель Белорусский государственный университет(57) 1. Цифровой датчик износа тормозных накладок автомобиля, содержащий пластмассовый корпус, расположенный на тормозной накладке перпендикулярно ее рабочей поверхности, чувствительную к износу указанной тормозной накладки механоэлектронную систему, соединенную через аналого-цифровой преобразователь с бортовым компьютером, и источник питающего напряжения, отличающийся тем, что механоэлектронная система выполнена на основе двух постоянных, идентичных по геометрическим размерам,но противоположно намагниченных по отношению друг к другу магнитов, установленных с узким зазором, в центре которого размещен магниточувствительный элемент Холла,подключенный к дифференциальному операционному усилителю, причем указанные магниты выполнены из мягких в отношении износа материалов, например из магнитопласта. 2. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что размер магнита между его противоположными полюсами выбран равным толщине неизношенной тормозной накладки. 3. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что величина зазора между магнитами выбрана минимальной с учетом толщины используемого элемента Холла на уровне 1-2 мм.(56) 1. Патентна полезную модель 3087, МПК 16 66/00, 2006. 2. Патентна полезную модель 3482, МПК 16 66/00, 2007. 3. Патентна полезную модель 4526, МПК 16 66/00, 2008 (прототип). 4. Сайт в Интернете //.-, программа, версия 4.2. Заявляемая полезная модель относится к области машиностроения, в частности к устройствам для контроля за рабочим состоянием тормозов, и может использоваться для проведения компьютерного диагностирования тормозных систем автомобиля. Известен аналоговый датчик износа тормозных накладок автомобилей 1, состоящий из пластмассового корпуса с встроенным внутри его -образным проводником из мягкого металла, расположенного на тормозной накладке перпендикулярно ее рабочей поверхности, причем проводник выполнен в виде резистора из мягкого материала и через мостовую схему соединен с сигнализатором износа. При неизношенной тормозной накладке резистор из мягкого материала соединен с мостовой схемой и держит ее в равновесном состоянии. При этом напряжение не поступает на сигнализатор износа, и на сигнализаторе износа горит надпись Износ тормозных накладок 0 . Во время эксплуатации тормозная накладка изнашивается, уменьшается ее толщина, одновременно стирается часть пластмассового корпуса и резистора из мягкого материала. При этом сопротивление резистора из мягкого материала уменьшается, мостовая схема выходит из равновесного состояния и через нее начинает проходить напряжение, прямо пропорциональное износу тормозной накладки. Электрическое сопротивление резистора из мягкого материала подбирается таким образом, чтобы при полном износе тормозной накладки на сигнализаторе износа горела надпись Износ тормозных накладок 100 . Недостатком этого датчика является низкая точность непрерывного определения степени износа тормозных накладок, поскольку используемое в данной конструкции электросопротивление резистора зависит не только от геометрии проводника, но и от внешних факторов, например температуры (один конец резистора при истирании сильно перегревается) и степени повреждения при износе. При контакте резистора с тормозным диском возникают броски напряжения в мостовой схеме и наводки термоЭДС. Известен емкостной датчик износа тормозных накладок автомобилей 2, состоящий из пластмассового корпуса, расположенного на тормозной накладке перпендикулярно ее рабочей поверхности, причем пластмассовый корпус содержит конденсатор с кольцеобразными обкладками из мягкого металла и указанный конденсатор через автоколебательный контур соединен с сигнализатором износа. Во время эксплуатации тормозная накладка при трении о тормозной диск изнашивается, уменьшается ее толщина и одновременно стирается часть пластмассового корпуса,расположенного на тормозной накладке перпендикулярно ее рабочей поверхности, а также конденсатора с кольцеобразными обкладками из мягкого металла. При этом емкость конденсатора с кольцеобразными обкладками из мягкого металла уменьшается, частота электрических колебаний автоколебательного контура соответственно увеличивается, что и фиксируется сигнализатором износа. Недостатком этого датчика является низкая точность непрерывного определения степени износа тормозных накладок, поскольку емкость конденсатора, используемая в данной конструкции, сильно зависит от температуры и влажности, а также степени повреждения обкладок. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является цифровой датчик износа тормозных накладок автомобилей 3 (прототип), состоящий из пла 2 91632013.04.30 стмассового корпуса, расположенного на тормозной накладке перпендикулярно ее рабочей поверхности, причем пластмассовый корпус содержит конденсатор с кольцеобразными обкладками из мягкого металла и через мультивибратор на основе операционного усилителя (ОУ) соединен с частотным и аналого-цифровым преобразователями, а последний подключен к бортовому компьютеру. Это техническое решение 3 позволяет расширить функциональные возможности датчика и делает возможным проведение компьютерного диагностирования тормозных систем автомобиля. Однако оно несвободно от недостатка, приведенного в 2, а именно датчик обладает низкой точностью непрерывного определения степени износа тормозных накладок, поскольку емкость конденсатора, используемая в данной конструкции, сильно зависит от температуры и влажности, а также степени повреждения обкладок. Задачей, решаемой в настоящей полезной модели, является повышение точности непрерывного определения степени износа тормозных накладок. Цифровой датчик износа тормозных накладок автомобиля содержит пластмассовый корпус, расположенный на тормозной накладке перпендикулярно ее рабочей поверхности,чувствительную к износу указанной тормозной накладки механоэлектронную систему,соединенную через аналого-цифровой преобразователь с бортовым компьютером, и источник питающего напряжения. Он отличается тем, что механоэлектронная система выполнена на основе двух постоянных, идентичных по геометрическим размерам, но противоположно намагниченных по отношению друг к другу магнитов, установленных с узким зазором, в центре которого размещен магниточувствительный элемент Холла, подключенный к дифференциальному операционному усилителю, причем указанные магниты выполнены из мягких в отношении износа материалов, например из магнитопласта. Датчик отличается также тем, что размер магнита между его противоположными полюсами выбран равным толщине неизношенной тормозной накладки. Величина зазора между магнитами выбрана минимальной с учетом толщины используемого элемента Холла на уровне 1-2 мм. Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что заявителем не обнаружено аналога, характеризующегося признаками, тождественными всем признакам заявляемой полезной модели, а определение из перечня аналогов прототипа позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном устройстве, изложенных в формуле полезной модели. Следовательно, комплексный анализ изложенных отличительных признаков конструкции датчика давления показывает, что они являются существенными и находятся в прямой причинно-следственной связи с достигаемым техническим результатом. Из уровня техники не выявлено технических решений, отличительные признаки которых в совокупности обеспечивают решение поставленной задачи в заявляемой полезной модели. По мнению авторов, помехоустойчивый датчик износа тормозных накладок автомобиля содержит вышеприведенный ряд новых и отличительных элементов, позволяющих реализовать выполнение поставленной задачи по повышению точности непрерывного определения степени износа тормозных накладок, по сравнению с прототипом и выявленными аналогами. Следовательно, заявляемая полезная модель соответствует критерию новизна по действующему законодательству. Заявляемая полезная модель поясняется фиг. 1-3. На фиг. 1 схематично изображен цифровой датчик износа тормозных накладок автомобиля. На фиг. 2 приведена функциональная электрическая схема. На фиг. 3 приведена зависимость индукции магнитного поля 0 в месте расположения элемента Холла от степени износа тормозной накладки /, . Расчет с использованием 3 91632013.04.30 программы(, версия 4.2) 4 при 8 мм (линия 1 соответствует 2,0 мм, линия 2 соответствует 8,0 мм). Индукция насыщения магнитопласта 390 мТл, индукция на поверхности магнита 180 мТл. Цифровой датчик износа тормозных накладок автомобиля содержит пластмассовый корпус 1, расположенный на тормозной накладке 2 перпендикулярно ее рабочей поверхности, чувствительную к износу указанной тормозной накладки 2 механоэлектронную систему 3, выполненную с функцией генерации аналогового сигнала. Механоэлектронная система 3 состоит из двух постоянных, идентичных по геометрическим размерам и противоположно намагниченных друг другу магнитов 4 и 5, установленных с узким зазором, в центре которого размещен магниточувствительный элемент Холла (ЭХ) 6, подключенный к дифференциальному операционному усилителю 7, причем магниты 4, 5 выполнены из мягких в отношении износа материалов, например из магнитопласта. В соответствии с фиг. 2 резисторы 1 обеспечивают от источника питающего напряжения П необходимый ток питания, проходящий через токовые электроды ЭХ 6, резисторы 0 и(резистор обратной связи) обеспечивают необходимый коэффициент усиления. Выход дифференциального операционного усилителя 7 подключен ко входу аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 8, выход которого соединен с бортовым компьютером (БК) 9 автомобиля. Тормозной диск 10 прижимается к тормозной накладке 2 только во время торможения. С целью оптимизации конструкции размер магнита между его противоположными полюсами целесообразно выбирать равным толщине неизношенной тормозной накладки, а величину зазора между магнитами- минимальной с учетом толщины используемого элемента Холла на уровне 1-2 мм, так как в соответствии с фиг. 3 при уменьшении зазора увеличивается чувствительность к износу тормозной накладки. Цифровой датчик износа тормозных накладок автомобиля работает следующим образом. Магниточувствительный элемент Холла 6 размещается в геометрическом центре зазора идентичных магнитов 4 и 5, где индукция магнитного поля 00 вследствие компенсирующего действия противоположно намагниченных указанных магнитов. При этом остаточное напряжение элемента Холла 6 и технологическая погрешность его установки,а также начальное смещение нуля ОУ 7 легко устраняются элементами коррекции современных ОУ и широко известны в технической литературе. Поэтому без ограничения общности величину выходного сигнала с выхода ОУ можно считать нулевой при неизношенной тормозной накладке 2. При этом на экране бортового компьютера 9 загорается надпись Износ тормозных накладок 0,0 . Во время эксплуатации при трении о тормозной диск 10 тормозная накладка 2 изнашивается, уменьшается ее толщина, одновременно стирается часть пластмассового корпуса, расположенного на тормозной накладке 2 перпендикулярно ее рабочей поверхности, и постоянного магнита 4. При этом индукция магнитного поля 0 в месте расположения магниточувствительного элемента Холла 6 увеличивается вследствие раскомпенсации магнитного поля. Степень износа тормозной накладки 2 автомобиля в процентах бортовой компьютер 9 вычисляет на основе величины аналогового сигнала с элемента Холла 6. При полном износе тормозной накладки 2 на экране бортового компьютера 9 загорается надпись Износ тормозных накладок 100 . Следовательно, заявляемая полезная модель относится к области машиностроения, в частности к устройствам для контроля за рабочим состоянием тормозов, и может использоваться для проведения компьютерного диагностирования тормозных систем автомобиля. Исходя из вышеизложенного, для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в приведенной формуле, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов,поэтому заявляемый путевой датчик соответствует требованию промышленная применимость по действующему законодательству. 4 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5