Датчик торможения и ускорения для автомобиля

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научнопроизводственное объединение Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению(72) Автор Ярмолович Вячеслав Алексеевич(73) Патентообладатель Государственное научно-производственное объединение Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению(57) Датчик торможения и ускорения для автомобиля, содержащий корпус, легкую штангу,установленную с возможностью поворота относительно положения равновесия, размещенную на одном конце штанги инерционную массу, а на другом - источник магнитного поля в виде постоянного магнита, два ограничителя угла поворота штанги, первый элемент Холла расположенный неподвижно вблизи источника магнитного поля, электронную плату с усилителем сигнала и прибор, воспринимающий электрический сигнал, отличающийся тем, что электронная плата содержит микропроцессор для вычисления параметров движения автомобиля и управления устройствами безопасности, источник 56442009.10.30 магнитного поля, содержащий другой постоянный магнит, установленный полюсами сонаправленно и с зазором, в котором размещен второй неподвижный элемент Холла, установленный в стык ортогонально первому, а вблизи места положения равновесия инерционной массы, выполненной в виде ферромагнитного цилиндра, установлен миниатюрный магнит с железным наконечником в форме усеченного конуса с возможностью регулировки зазора между вершиной конуса и плоскостью вращения инерционной массы.(56) 1. Сысоева С. Автомобильные акселерометры. Ч. 3. Классификация и анализ базовых рабочих принципов. Компоненты и технологии.-2.- 2006.- С. 42-49. 2. ,..6282942. Опубл. 04.09.2001. МПК 01 15/10501 15/08., . 3..62169060. Опубл. 25.07.1987. МПК 01 15/0001 15/0801 15/105.. (прототип). Предлагаемый датчик (полезная модель) относится к измерению параметров движения подвижных объектов, в частности к измерению ускорений, преимущественно автомобильного транспорта. Принцип функционирования - использование эффекта Холла. Известен датчик линейного ускорения электромеханического типа 1, обнаруживающий замедление транспортного средства (торможение) - с металлическим шаром в качестве инерционной массы, перемещающимся в трубчатой полости. Он содержит шар и смещающий магнит, которые локализованы на одном конце трубчатой полости. При значительном замедлении шар катится вперед, преодолевая удерживающее его магнитное поле, и замыкает электрические контакты на другом конце датчика, например, активируя систему управления надувными подушками безопасности автомобиля. Недостатком описанного аналога 1 является низкая надежность и долговечность акселерометра, что обусловливается наличием сбоев, которые происходят вследствие различной электрохимической активности используемых контактных материалов и покрытий, коррозии, вредного воздействия атмосферы и загрязнений. Известен также датчик с шаром и смещающим пружинным контактным элементом 1,который при торможении замыкает второй контакт, поскольку толкается шаром, и по инерции продолжает двигаться вперед, преодолевая силу смещения. Недостатки практически те же. Несколько большей надежностью, но далеко не достаточной, обладает конструкция датчика бесконтактного типа 2, с чувствительным к магнитному полю элементом, функционирующим на эффекте Холла, и детектирующим перемещение смещенного шара при значительном торможении. По существу датчик 2 функционирует в режиме измерения порогового значения ускорения при торможении, и не работоспособен при противоположном направлении ускорения, например при лобовом ударе в стоящий автомобиль или при движении объекта со значительным ускорением. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является детектор торможения и ускорения, описанный в 3 (прототип). Он содержит корпус, легкую штангу, установленную с возможностью поворота относительно положения равновесия,размещенную на одном конце штанги инерционную массу, а на другом источник магнитного поля в виде постоянного магнита, по крайней мере, одну возвратную пружину, сцепленную со штангой, два ограничителя угла поворота штанги, элемент Холла, расположенный неподвижно вблизи источника магнитного поля и детектирующий угол 56442009.10.30 поворота штанги, электронную плату с усилителем сигнала и прибор, воспринимающий электрический сигнал. Недостатком описанного прототипа 3 является низкая надежность и долговечность устройства, что обусловливается использованием движущегося механического упругого элемента - возвратной пружины, имеющей ограниченное число циклов срабатывания. Кроме того, в приведенной конструкции 3 высока вероятность ложного срабатывания,связанная с качанием и ударами по автомобилю в статике, низкой устойчивости к транспортной вибрации и дорожным ударам в динамике. Повысить надежность и долговечность датчика можно за счет отказа от использования в конструкции пружины. Например, возвратное движение штанги с инерционной массой должно осуществляется из-за силового взаимодействия силы гравитации. Демпфирование возникающих колебаний необходимо обеспечить вблизи точки равновесия, например, за счет контролируемого силового взаимодействия с дополнительным источником магнитного поля, что также значительно повышает надежность и долговечность датчика. Понизить вероятность ложного срабатывания, связанную с качанием и ударами по автомобилю в статике, и повысить устойчивости к транспортной вибрации и дорожным ударам в динамике можно за счет создания зоны нечувствительности вблизи точки равновесия. Задачей, решаемой в предлагаемой полезной модели, является комплексная задача повышения надежности и долговечности датчика. Предлагается следующая конструкция датчика. Датчик торможения и ускорения для автомобиля, содержит корпус, легкую штангу,установленную с возможностью поворота относительно положения равновесия, размещенную на одном конце штанги инерционную массу, а на другом источник магнитного поля в виде постоянного магнита, два ограничителя угла поворота штанги, первый элемент Холла расположенный неподвижно вблизи источника магнитного поля, электронную плату с усилителем сигнала и прибор, воспринимающий электрический сигнал. Электронная плата содержит микропроцессор для вычисления параметров движения автомобиля и управления устройствами безопасности, источник магнитного поля, содержащий другой постоянный магнит, установленный полюсами сонаправленно и с зазором, в котором размещен второй неподвижный элемент Холла, установленный в стык ортогонально первому, а вблизи места положения равновесия инерционной массы, выполненной в виде ферромагнитного цилиндра, установлен миниатюрный магнит с железным наконечником в форме усеченного конуса, причем с возможностью регулировки зазора между вершиной конуса и плоскостью вращения инерционной массы. Проведенный анализ новизны технического решения показывает на существенные новые признаки, обусловливающие получение указанного технического эффекта по повышению надежности и долговечности устройства. Он достигается за счет отказа от использования в конструкции, каких либо упругих элементов (пружины). Возвратное движение штанги с инерционной массой осуществляется из-за силы гравитации. Демпфирование возникающих колебаний обеспечивается вблизи точки равновесия за счет контролируемого силового взаимодействия с дополнительным источником магнитного поля. Снижение вероятности ложного срабатывания, связанную с качанием и ударами по автомобилю в статике, и повышение устойчивости к транспортной вибрации и дорожным ударам в динамике осуществляется также за счет зоны нечувствительности вблизи точки равновесия. Использование микропроцессорной обработки позволяет анализировать выходные сигналы с элементов Холла, и извлекать информацию об изменении ускорения из величин наклонов и длительности сигналов. Анализ элементов датчика, приведенных в отличительной части, показывает, что некоторые из них могут встречаться по отдельности в различных аналогах технических решений. Однако в совокупности набор этих элементов не известен, поэтому является новым. Кроме того, совокупность этих элементов придает датчику новое качество функ 3 56442009.10.30 ционирования и обеспечивает полное решение поставленной задачи. Поэтому заявляемое техническое решение соответствует критерию новизна по действующему законодательству. Датчик торможения и ускорения для автомобиля изображен на фиг. 1-фиг. 3. На фиг. 1 представлен вид сбоку, на фиг. 2 - вид спереди, на фиг. 3 - зависимость измеряемого ускорения а от угла поворота штанги . Датчик содержит неподвижный цилиндрический корпус 1 с крышкой 2, легкую штангу 3, установленную на валу 4 с возможностью поворота совместно с валом в подшипниках 5 относительно положения равновесия в вертикальной плоскости, размещенную на одном конце штанги инерционную массу 6, а на другом - источник плоскопараллельного магнитного поля, содержащий два постоянных магнита 7, установленных полюсами сонаправленно и с зазором, в котором размещены неподвижные элементы Холла 8 и 9 в стык ортогонально друг другу, два ограничителя угла поворота штанги 10 с резиновыми прокладками 11, электронную плату 12 с усилителем сигнала (не показан на фиг. 1, 2) и микропроцессором 13. Прибор, воспринимающий обработанный электрический сигнал(выходной) изображен как индикатор. Микропроцессор 13 предназначен для вычисления параметров движения автомобиля и управления устройствами безопасности (не показаны). На крепежной планке 14 установлен дополнительный источник магнитного поля 15(миниатюрный цилиндрический магнит) с железным наконечником 16 в форме усеченного конуса, причем с возможностью регулировки зазора между вершиной конуса и плоскостью вращения инерционной массы. Наконечник 16 расположен вблизи положения равновесия инерционной массы 6. Предпочтительным в датчике является применение постоянных магнитов 7 и 15 из редкоземельных материалов с максимальной для используемого состава магнитов удельной объемной магнитной энергией, например из 5 или , что обеспечивает необходимую силу демпфирования инерционной массы 6 магнитом 15 с сохранением компактности геометрических размеров и миниатюрность источника магнитного поля,создающее плоскопараллельное магнитное поле в зазоре двух постоянных магнитов 7 с высоким значением индукции. Датчик функционирует следующим образом. Вначале выполняется установка датчика,т.е. ориентация плоскости вращения инерционной массы вдоль скорости движения. Затем при отсутствии ускорения, когда угол наклона штанги с вертикалью составляет 0, устанавливается направление индукции плоскопараллельного магнитного поля, созданного магнитами 7 вдоль нормали одного из элементов Холла, например элемента 9, что автоматически соответствует ортогональной установке нормали ко второму элементу Холла 8. Переменными резисторами на электронной плате 12 устанавливаются нормировочные коэффициенты усиления для элементов Холла. Если направление индукции магнитного поля составляет уголс нормалью одного из элементов Холла, то выходные сигналы,вследствие ортогонального расположения элементов Холла, будут соответственно равны 10 и 20. Следовательно,1/2. По вышеприведенной процедуре установки должно получиться. Если, то в память процессора вводится поправка на малый угол рассогласования- , который является константой, и, следовательно,может быть учтен при определении угла поворота штанги. Эти соотношения не относятся к области нечувствительности. Потом выполняется калибровка, при которой в процессор закладывается зависимость ускорения а от угла поворота штанги , например, которая приведена на фиг. 3. Как следует из фиг. 2 эта зависимость в первом приближении может быть описана функцией а, за исключением углов вблизи положения равновесия, где наблюдается зона нечувствительности шириной , которая обусловливается силовым взаимодействием ферромагнитной инерционной массы 6 с намагниченным наконечником 16 постоянного магнита 15 (область демпфирования колебаний инерционной массы 6). Здесь- ускорение свободного падения, величина которого равна 9,8 м/с 2. Дополнительно может прово 4 56442009.10.30 диться калибровка временной зависимостипри ускорениях типа ударных воздействий. В статике или при отсутствии ускорения (равно как и торможения, которому припишем отрицательный знак ускорения) штанга 3 находится в положении равновесия, т.е.0. При превышении ускорения пороговой величины (в нашем примере 0,5-1 м/с 2) штанга преодолевает силу притяжения магнита 15 и отклоняется на соответствующий угол , что вызывает изменения сигналов 1 и 2, по которым микропроцессор вычисляет уголи затем уголи находит ускорение а. Использование микропроцессора позволяет анализировать и вычислять функции вида, и следовательно принимать решения о необходимости упреждающей активации системы защиты пассажиров (как бы заранее предсказывать столкновение) системы ограничения перемещений (ремни), затем развертывание подушек безопасности. Программно легко реализуется функции занесения в энергонезависимую память микропроцессора параметров ускорения (торможения) превышающие установленные пороговые значения, и временной календарь событий, что позволяет судить о качестве вождения автомобиля. Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного датчика следующей совокупности условий средство, воплощающее заявленную полезную модель, при ее осуществлении, относится к измерению параметров движения подвижных объектов с помощью эффекта Холла, в частности к измерению ускорений, преимущественно автомобильного транспорта для заявленного датчика, в том виде, как он охарактеризован в ниже изложенной формуле полезной модели, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов средство, воплощающее заявленное, при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата. Следовательно, заявляемый датчик соответствует требованию промышленная применимость по действующему законодательству. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6