Помехоустойчивый датчик износа тормозных накладок автомобиля

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ПОМЕХОУСТОЙЧИВЫЙ 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. Помехоустойчивый датчик износа тормозных накладок автомобиля, содержащий пластмассовый корпус, расположенный на тормозной накладке перпендикулярно ее рабочей поверхности, чувствительную к износу указанной тормозной накладки механоэлектронную систему, выполненную с функцией генерации частотного сигнала, соединенную через частотный и аналого-цифровой преобразователи с бортовым компьютером, и источник питающего напряжения, отличающийся тем, что механоэлектронная система выполнена на основе двух постоянных противоположно намагниченных магнитов и двух пар магнитопроводов к ним, установленных с зазором, в котором размещен магниточувствительный элемент на основе полупроводниковой структуры, обладающей-эффектом и -образной вольт-амперной характеристикой, причем указанные магниты с магнитопроводами выполнены из мягких в отношении износа материалов. 2. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что постоянные магниты выполнены, например, из магнитопласта, а магнитопроводы - из мягкого феррита.(56) 1. Патентна полезную модель 3482, МПК 16 66/00, 2007. 2. Патентна полезную модель 3484, МПК 16 66/00, 2007. 3. Патентна полезную модель 4611, МПК 16 66/00, 2008 (прототип). 4. Бараночников М.Л. Микромагнитоэлектроника. Т. 1. - М. ДМК Пресс, 2001. С. 87. 5. А.с. СССР 1739402, МПК 01 29/06, 1992. 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 емкостной датчик износа тормозных накладок автомобилей 1, 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. Известен индуктивный датчик износа тормозных накладок автомобилей 2, состоящий из пластмассового корпуса, расположенного на тормозной накладке перпендикулярно ее рабочей поверхности, причем пластмассовый корпус содержит катушку индуктивности с ферритовым сердечником из мягкого металла, которая через автоколебательный контур соединена с сигнализатором износа. Во время эксплуатации тормозная накладка при трении о тормозной диск изнашивается, уменьшается ее толщина, одновременно стирается часть пластмассового корпуса, расположенного на тормозной накладке перпендикулярно ее рабочей поверхности, и ферритового сердечника из мягкого материала. При этом индуктивность катушки уменьшается, частота электрических колебаний автоколебательного контура увеличивается, что и фиксируется сигнализатором износа. Величина индуктивности катушки ферритовым сердечником из мягкого материала подбирается таким образом, чтобы при полном износе тормозной накладки на сигнализаторе износа горела надпись Износ тормозных накладок 100 . Основным недостатком этого датчика является низкая точность непрерывного определения степени износа тормозных накладок по следующей причине. Автоколебательный контур вынесен за пределы корпуса, т.е. имеет соединительные провода, следовательно,обладает низкой помехоустойчивостью в сложных условиях эксплуатации при наличии высокоуровневых электромагнитных помех. Кроме того, отсутствие соединения с бортовым компьютером делает невозможным проведение компьютерного диагностирования тормозных систем автомобиля. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является индуктивно-цифровой датчик износа тормозных накладок автомобилей 3 (прототип), состоящий из пластмассового корпуса, расположенного на тормозной накладке 2 91602013.04.30 перпендикулярно ее рабочей поверхности, причем пластмассовый корпус содержит катушку индуктивности с ферритовым сердечником из мягкого материала, которая является частью релаксационного -генератора, включенного в схему датчика и соединенного через частотный и аналого-цифровой (АЦП) преобразователи с бортовым компьютером. 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 1, 2, а именно часть релаксационного -генератора, вынесенная за пределы пластмассового корпуса с помощью соединительных проводов, обладает низкой помехоустойчивостью в сложных условиях эксплуатации при наличии высокоуровневых электромагнитных помех. Кроме того, эта проблема не может быть решена и размещением электронных компонентов внутри корпуса, поскольку электромагнитная система (катушка индуктивности с ферритовым сердечником) является системой открытого, т.е. неэкранированного типа, следовательно, обладает низкой помехоустойчивостью. Задачей, решаемой в настоящей полезной модели, является повышение точности непрерывного определения степени износа тормозных накладок и помехоустойчивости датчика в сложных условиях эксплуатации при наличии высокоуровневых электромагнитных помех. Помехоустойчивый датчик износа тормозных накладок автомобиля содержит пластмассовый корпус, расположенный на тормозной накладке перпендикулярно ее рабочей поверхности, чувствительную к износу указанной тормозной накладки механоэлектронную систему, выполненную с функцией генерации частотного сигнала, соединенную через частотный и аналого-цифровой преобразователи с бортовым компьютером,и источник питающего напряжения. Он отличается тем, что механоэлектронная система выполнена на основе двух постоянных противоположно намагниченных магнитов и двух пар магнитопроводов к ним, установленных с зазором, в котором размещен магниточувствительный элемент на основе полупроводниковой структуры, обладающей -эффектом 4 и -образной вольт-амперной характеристикой, причем указанные магниты с магнитопроводами выполнены из мягких в отношении износа материалов. Он отличается также тем, что постоянные магниты выполнены, например, из магнитопласта, а магнитопроводы - из мягкого феррита. 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 и помехоустойчивости датчика в сложных условиях эксплуатации при наличии высокоуровневых электромагнитных помех по сравнению с прототипом и выявленными аналогами. Следовательно, заявляемая полезная модель соответствует критерию новизна по действующему законодательству. Заявляемая полезная модель поясняется фиг. 1-3. 3 91602013.04.30 На фиг. 1 схематично изображен помехоустойчивый датчик износа тормозных накладок автомобиля. На фиг. 2 приведена функциональная электрическая схема подключения магниточувствительного элемента, выполненного в виде полупроводниковой структуры, обладающей-эффектом. На фиг. 3 приведена зависимость частоты выходного сигнала , снимаемой с резистора н, от величины индукции магнитного поля 0 в магниточувствительном элементе, обладающей -эффектом. Помехоустойчивый 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 частотного сигнала, соединенную через частотный 4 и аналого-цифровой преобразователи 5 с бортовым компьютером 6, и источник питающего напряжения п. Механоэлектронная система 3 состоит из двух постоянных противоположно намагниченных магнитов 7, 8 и двух пар магнитопроводов 9, 10, установленных с зазором, в котором размещен магниточувствительный элемент 11 на основе полупроводниковой структуры, обладающей -эффектом 4 и-образной вольт-амперной характеристикой. Способ формирования - и -областей такой структуры подробно описан в 5. Вектор индукции магнитного поля В 0 прикладывается в плоскости, параллельной плоскости раздела - и -областей. Такие структуры поставляются фирмой, Россия, г. Москва (Институт проблем управления). Магниточувствительный элемент 11 через резистор нагрузки н подключен к источнику постоянного питающего напряжения п (источник питающего напряжения выполнен с функцией постоянной ЭДС, обычно 5-25 В) с соблюдением полярности. Плюс источника питания подключен к -области. Магниточувствительный элемент выполнен в виде полупроводниковой структуры, обладающей -эффектом 4, 5 с -образной вольт-амперной характеристикой, частотно-импульсным выходным сигналом при величине индукции магнитного поля 0, превышающей 50 мТл. Тормозной диск 12 прижимается к тормозной накладке 2 только во время торможения. Помехоустойчивый датчик износа тормозных накладок автомобиля работает следующим образом. Сначала датчик настраивается. В отсутствие износа тормозных накладок автомобиля магниточувствительный элемент 11 размещается в геометрическом центре зазора магнитопроводов, где индукция магнитного поля 00, вследствие компенсирующего действия противоположно намагниченных магнитов 7 и 8, при этом полупроводниковая структура,обладающая -эффектом, функционирует в аналоговом режиме. При этом выходное напряжение, снимаемое с резистора нагрузки н, постоянно. Далее перед заливкой герметизирующим компаундом немного смещают 11 в направлении от тормозной накладки 2, так чтобы значение индукции магнитного поля стало более 50 мТл. При этом магниточувствительный элемент 11 переходит в режим работы, при котором выходной сигнал является частотным. Следует отметить, что явление управляемой скачковой проводимости (-эффект) возникает в структурах с -образной вольт-амперной характеристикой и заключается в том,что при определенных значениях питающего напряжения и внешнего магнитного поля проводимость полупроводниковой структуры (в прямом направлении) и, соответственно,амплитуда протекающего через нее тока меняются скачком со временем переходного процесса 1-5 мкс. Изменение проводимости, подобно структурам с -образной вольтамперной характеристикой, сопровождается возникновением шнура тока, но с иными физическими свойствами, основным из которых является постоянство плотности тока в шнуре при изменении напряжения на структуре. Основной особенностью магниточувствительного элемента 11 является способность не только воспринимать внешнее магнитное 4 91602013.04.30 поле, но и производить его преобразование на молекулярном уровне в объеме кристалла без дополнительных электронных схем. При неизношенной тормозной накладке 2 вырабатываются электрические колебания с частотой 05 кГц. При этом электрические колебания с частотой 0 поступают через частотный преобразователь 4, преобразующий частоту колебаний в пропорциональное ей напряжение, в аналого-цифровой преобразователь 5 и на экран бортового компьютера 6, на котором горит надпись Износ тормозных накладок 0 . Во время эксплуатации при трении о тормозной диск 12 тормозная накладка 2 изнашивается, уменьшается ее толщина, одновременно стирается часть пластмассового корпуса, расположенного на тормозной накладке 2 перпендикулярно ее рабочей поверхности, и постоянного магнита 7 с парой магнитопроводов 10. При этом индукция магнитного поля 0 в месте расположения магниточувствительного элемента 11 увеличивается, следовательно, увеличивается и частота электрических колебаний . Степень износа тормозной накладки автомобиля в процентах бортовой компьютер 6 вычисляет на основе частоты выходного сигнала с магниточувствительного элемента 11. При полном износе тормозной накладки 2 на экране бортового компьютера 10 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. Таким образом, решение поставленной комплексной задачи достигается тем, что в предложенном устройстве вследствие применения магниточувствительного элемента с-эффектом генерируется помехозащищенный частотно-импульсный выходной сигнал высокой амплитуды (до 50 от напряжения питания) без применения электронных схем преобразования, а использованная конструкция магнитной системы позволяет создать в квазизамкнутом объеме (зазоре) высокоградиентное магнитное поле, на несколько порядков превышающее уровни электромагнитных помех. 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. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6