Подвижный цифровой датчик износа тормозных накладок автомобиля

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ПОДВИЖНЫЙ 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. Подвижный цифровой датчик износа тормозных накладок автомобиля, содержащий пластмассовый корпус, расположенный на тормозной накладке перпендикулярно ее рабочей поверхности, выполненный подвижным относительно указанной тормозной накладки,чувствительную к износу этой 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, установленных с зазором, в котором неподвижно размещен магниточувствительный элемент на основе полупроводниковой структуры, обладающей -эффектом и -образной вольт-амперной характеристикой, причем указанные магниты выполнены из твердых в отношении износа материалов, например из магнитокерамики или , и один из них выполнен с возможностью совместного перемещения с корпусом. 2. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что величина зазора превышает удвоенную длину магнита вдоль оси перемещения не более чем на 0,0-30 , а указанная длина магнита не превышает толщину неизношенной тормозной прокладки.(56) 1. Патентна полезную модель 5559, МПК 16 66/00, 2009. 2. Патентна полезную модель 5400, МПК 16 66/00, 2009 (прототип). 3. Бараночников М.Л. Микромагнитоэлектроника. Т. 1.М. ДМК Пресс, 2001. - 544 с. 4. А.с.1739402, МПК 0129/06, 1992. 5. 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 подвижный цифровой датчик износа тормозных накладок автомобилей 1,состоящий из пластмассового корпуса, расположенного на тормозной накладке перпендикулярно ее рабочей поверхности при этом пластмассовый корпус содержит конденсатор с кольцеобразными обкладками из мягкого металла, последовательно соединенных мультивибратора, частотного и аналого-цифрового преобразователей, причем конденсатор выполнен подвижным относительно кольцеобразного диэлектрического материала,закрепленного на крышке. По сравнению с другими аналогами датчиков (неподвижных),устранена необходимость замены датчика износа тормозных накладок автомобилей при стачивании тормозных накладок выше предельной нормы (по результатам компьютерного диагностирования). Недостатком этого датчика является низкая точность непрерывного определения степени износа тормозных накладок и компьютерного диагностирования тормозной системы автомобиля, поскольку емкость конденсатора, используемая в данной конструкции, сильно зависит от температуры и влажности. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является подвижный индуктивно-цифровой датчик износа тормозных накладок автомобилей 2 (прототип), состоящий из пластмассового корпуса, расположенного на тормозной накладке 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. Пластмассовый корпус, содержащий ферритовый сердечник из мягкого материала, выполнен подвижным относительно тормозной накладки. Это техническое решение 2 делает возможным проведение компьютерного диагностирования тормозных систем автомобиля и измерение толщины тормозной накладки автомобиля, оснащенного дисковым тормозом, в динамике. Недостатком этого датчика является низкая точность непрерывного определения степени износа тормозных накладок и компьютерного диагностирования тормозной системы автомобиля, поскольку часть релаксационного -генератора, вынесенная за пределы пластмассового корпуса с помощью соединительных проводов, обладает низкой помехоустойчивостью в сложных условиях эксплуатации при наличии высокоуровневых электромагнитных помех. Задачей, решаемой в настоящей полезной модели, является повышение точности непрерывного определения степени износа тормозных накладок в сложных условиях эксплуатации при наличии высокоуровневых электромагнитных помех и степени достоверности компьютерного диагностирования тормозных систем автомобиля. Подвижный цифровой датчик износа тормозных накладок автомобиля содержит пластмассовый корпус, расположенный на тормозной накладке перпендикулярно ее рабочей поверхности, выполненный подвижным относительно указанной тормозной накладки,2 91612013.04.30 чувствительную к износу этой 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, установленных с зазором, в котором неподвижно размещен магниточувствительный элемент на основе полупроводниковой структуры, обладающей -эффектом 3, 4 и -образной вольт-амперной характеристикой,причем указанные магниты выполнены из твердых в отношении износа материалов, например из магнитокерамики или , и один из них выполнен с возможностью совместного перемещения с корпусом. Он отличается также тем, что величина зазора превышает удвоенную длину магнита вдоль оси перемещения не более чем на 0,0-30 , а указанная длина магнита не превышает толщину неизношенной тормозной прокладки. 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, подвижный цифровой датчик износа тормозных накладок автомобиля содержит вышеприведенный ряд новых и отличительных элементов, позволяющих реализовать выполнение поставленной задачи по повышение 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 фигурами 1-3. На фиг. 1 схематично изображен подвижный цифровой 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 индукции магнитного поля В 0 в области размещения магниточувствительного элемента, обладающей -эффектом, от степени износа величины тормозной накладки /, . Расчет с использованием программы 5( версия 4.2) при 10 мм и 20 мм. Материал магнитас удельной энергией 40 . Магниточувствительный элемент смещен относительно геометрического центра симметрии по осина 1,5 мм. Подвижный цифровой датчик износа тормозных накладок автомобиля содержит пластмассовый корпус 1, расположенный на тормозной накладке 2 перпендикулярно ее рабочей поверхности, выполненный подвижным относительно указанной тормозной накладки 2,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 противопо 3 91612013.04.30 ложно намагниченных магнитов 7 и 8, установленных с зазором , в котором неподвижно размещен магниточувствительный элемент 9 (на держателе 10) на основе полупроводниковой структуры, обладающей -эффектом 3 и -образной вольт-амперной характеристикой. Способ формирования -р и - областей такой структуры подробно описан в 4. Вектор индукции магнитного поля 0 прикладывается в плоскости параллельной плоскости раздела - и - областей. Такие структуры поставляются фирмой, Россия, г. Москва (Институт проблем управления). Магниточувствительный элемент 9 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 30 мТл. Магнит 7 установлен в корпусе 1 с возможностью перемещения вдоль осисовместно с корпусом, а магнит 8 неподвижно укреплен на неподвижной крышке 11. Тормозной диск 12 прижимается к тормозной накладке 2 только во время торможения и при износе 2 перемещает магнит 7 вдоль оси . Внешняя сторона корпуса 1 содержит фрикционный слой 13 (прорезиненный), обеспечивающий большой коэффициент трения между подвижным корпусом 1 и неподвижной крышкой 11. Как показали расчеты с использованием 5 по оптимизации размеров магнитов и зазора между ними, необходимо, чтобы величина зазора превышала удвоенную длину магнита вдоль оси перемещения не более чем на 0,0-30 , а указанная длина магнитане превышала толщину неизношенной тормозной прокладки. Один из примеров расчета величины индукции магнитного поля показан на фиг. 3. Подвижный цифровой датчик износа тормозных накладок автомобиля работает следующим образом. Сначала датчик настраивается. В отсутствие износа тормозных накладок автомобиля магниточувствительный элемент размещается в геометрическом центре зазора магнитов 7 и 8, 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 окончательной фиксацией 9 на держателе 10 немного смещают 9 в направлении магнита 7, так чтобы значение индукции магнитного поля стало более 30 мТл (эта величина зависит от структуры- перехода). При этом магниточувствительный элемент 9 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 магниточувтвительного элемента 9 является способность не только воспринимать внешнее магнитное поле, но и производить его преобразование на молекулярном уровне в объеме кристалла без дополнительных электронных схем. При неизношенной тормозной накладке 2 элемент 9 вырабатывает электрические колебания, например при чувствительности к магнитному полю 100 кГц/Тл, частотой 03,4 кГц. При этом электрические колебания с частотой 0 поступают через частотный 4 91612013.04.30 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 подвижный корпус 2 с магнитом 7 смещается вдоль оси , приближаясь к магниточувствительному элементу 9. При этом изнашивания магнита 7 практически не происходит, а индукция магнитного поля 0 в месте расположения магниточувствительного элемента 9 увеличивается, следовательно, и увеличивается частота электрических колебанийвследствие линейной зависимости (0) 3. Степень износа тормозной накладки автомобиля вбортовой компьютер 6 вычисляет на основе частоты выходного сигнала с магниточувствительного элемента 9. При полном износе тормозной накладки 2 на экране бортового компьютера 6 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