Устройство для диагностирования транспортного средства

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА(71) Заявитель Государственное учреждение высшего профессионального образования БелорусскоРоссийский университет(72) Авторы Геращенко Василий Васильевич Яскевич Михаил Яковлевич Башаримова Валентина Николаевна Сафранков Евгений Николаевич Кукишев Александр Валерьевич(73) Патентообладатель Государственное учреждение высшего профессионального образования Белорусско-Российский университет(57) Устройство для диагностирования транспортного средства, содержащее первый и второй измерительные приборы постоянного тока, имеющие на своей шкале отметки среднего значения расхода топлива и среднеквадратического отклонения расхода топлива соответственно, установленные на щитке приборов в кабине транспортного средства, датчик положения рейки топливного насоса дизельного двигателя, блок определения среднего значения расхода топлива, блок определения среднеквадратического расхода топлива,отличающееся тем, что содержит импульсный датчик момента, установленный на валу дизельного двигателя, а датчик положения рейки топливного насоса выполнен импульсным, блоки определения среднего значения расхода топлива и среднеквадратического расхода топлива выполнены в виде устройства микропроцессорной обработки сигналов,14391 1 2011.06.30 содержащего микропроцессор с внутренней памятью в виде четырех регистров общего назначения, первый и второй аналого-цифровые преобразователи, первый и второй цифроаналоговые преобразователи, генератор тактовой частоты, таймер, соединенные с микропроцессором, буфер адреса, шину адреса, буфер данных, шину данных, шину управления, оперативное и постоянное запоминающие устройства, каждое из которых имеет три канала, интерфейс с шестью каналами, при этом первым каналом интерфейс соединен через первый аналого-цифровой преобразователь с выходом импульсного датчика момента, вторым каналом интерфейс соединен через второй аналого-цифровой преобразователь с выходом импульсного датчика положения рейки топливного насоса, третьим и четвертым каналами интерфейс соединен со входами первого и второго цифроаналоговых преобразователей соответственно, пятым каналом интерфейс соединен через шину управления с микропроцессором и параллельно через эту шину с первыми каналами оперативного и постоянного запоминающих устройств, вторые каналы которых соединены с шиной адреса, а третьи - с шиной данных, шестым каналом интерфейс соединен через шину данных и буфер данных с микропроцессором, а через буфер адреса микропроцессор соединен с шиной адреса, выходами первый и второй цифроаналоговые преобразователи соединены с первым и вторым измерительными приборами постоянного тока соответственно каждый из аналого-цифровых преобразователей содержит мультивибратор, микросхему И с двумя входами, резистор, дифференцирующую цепь с диодом на выходе и суммирующий счетчик, при этом первые входы микросхем И аналогоцифровых преобразователей соединены с выходом соответствующих мультивибраторов,второй вход микросхемы И первого аналого-цифрового преобразователя и вход первой дифференцирующей цепи соединены параллельно с выходом импульсного датчика момента, второй вход микросхемы И второго аналого-цифрового преобразователя и вход второй дифференцирующей цепи соединены параллельно с выходом импульсного датчика положения рейки топливного насоса дизельного двигателя, а в каждом из аналогоцифровых преобразователей резистор и счетный вход счетчика соединены параллельно с выходом микросхемы И, а выход дифференцирующей цепи соединен со входом установки нуля счетчика. Изобретение относится к автотракторостроению и может быть использовано для диагностирования автомобилей и тракторов в процессе их эксплуатации. Известно устройство для диагностирования транспортно-технологических средств,содержащее три преобразователя электрических сигналов, при этом преобразователи электрических сигналов выполнены в виде двух аналого-цифровых и цифроаналогового преобразователей, щиток приборов в кабине транспортно-технологического средства, интерфейс, микроЭВМ, связанную с интерфейсом, импульсный датчик момента, установленный на валу дизеля, вход первого преобразователя электрических сигналов подключен к выходу импульсного датчика момента, а интерфейс содержит третий канал, подключенный к выходу второго аналого-цифрового преобразователя 1. Недостатком известного устройства для диагностирования транспортно-технологического средства является недостаточный выигрыш в улучшении топливной экономичности при его применении из-за ограниченных функциональных возможностей. Известно устройство для диагностирования транспортного средства (прототип), содержащее блок определения среднеквадратического расхода топлива с измерительным прибором постоянного тока, имеющим на своей шкале отметку предельного значения среднеквадратического отклонения расхода топлива, блок определения среднего значения расхода топлива, выполненный в виде двух последовательно соединенных фильтров низких частот с измерительным прибором постоянного тока, имеющим на своей шкале от 2 14391 1 2011.06.30 метку предельного значения среднего значения расхода топлива, датчик положения рейки топливного насоса дизеля, при этом входами блок определения среднеквадратического отклонения расхода топлива и блок определения среднего значения расхода топлива подключены параллельно к выходу датчика положения рейки топливного насоса дизеля 2. Недостатком известного устройства для диагностирования транспортного средства является недостаточный выигрыш в улучшении топливной экономичности при его применении. Объясняется это тем, что датчик положения рейки топливного насоса, с помощью которого измеряется мгновенный расход топлива, выполнен с применением аналогового преобразования сигналов и отличается наличием динамических погрешностей при преобразовании этих сигналов. Кроме того, операции интегрирования для получения статистических характеристик выходных сигналов датчика положения рейки топливного насоса выполнены с применением операции интегрирования на базе сглаживающего фильтра в виде простейшей цепи и состоящего из резисторов и конденсаторов. Поэтому операция интегрирования сопровождается наличием погрешностей. Из-за этого точность измерения положения рейки топливного насоса снижается. Поэтому выигрыш в применении устройства недостаточен, и устранением перечисленных недостатков можно повысить топливную экономичность транспортного средства. Задачей изобретения является улучшение топливной экономичности транспортного средства путем совершенствования устройства применением мехатронных микропроцессорных систем диагностирования по статистическим характеристикам перемещения рейки топливного насоса. Сущность изобретения заключается в том, что устройство для диагностирования транспортного средства, содержащее первый и второй измерительные приборы постоянного тока, имеющие на своей шкале отметки среднего значения расхода топлива и среднеквадратического отклонения расхода топлива соответственно, установленные на щитке приборов в кабине транспортного средства, датчик положения рейки топливного насоса дизельного двигателя, блок определения среднего значения расхода топлива, блок определения среднеквадратического расхода топлива, согласно изобретению, содержит импульсный датчик момента, установленный на валу дизельного двигателя, а датчик положения рейки топливного насоса выполнен импульсным, блоки определения среднего значения расхода топлива и среднеквадратического расхода топлива выполнены в виде устройства микропроцессорной обработки сигналов, содержащего микропроцессор с внутренней памятью в виде четырех регистров общего назначения, первый и второй аналого-цифровые преобразователи, первый и второй цифроаналоговые преобразователи, генератор тактовой частоты, таймер, соединенные с микропроцессором, буфер адреса, шину адреса, буфер данных, шину данных, шину управления, оперативное и постоянное запоминающие устройства, каждое из которых имеет три канала, интерфейс с шестью каналами, при этом первым каналом интерфейс соединен через первый аналого-цифровой преобразователь с выходом импульсного датчика момента, вторым каналом интерфейс соединен через второй аналого-цифровой преобразователь с выходом импульсного датчика положения рейки топливного насоса, третьим и четвертым каналами интерфейс соединен со входами первого и второго цифроаналоговых преобразователей соответственно, пятым каналом интерфейс соединен через шину управления с микропроцессором и параллельно через эту шину с первыми каналами оперативного и постоянного запоминающих устройств, вторые каналы которых соединены с шиной адреса, а третьи - с шиной данных, шестым каналом интерфейс соединен через шину данных и буфер данных с микропроцессором, а через буфер адреса микропроцессор соединен с шиной адреса, выходами первый и второй цифроаналоговые преобразователи соединены с первым и вторым измерительными приборами постоянного тока соответственно, каждый из аналого-цифровых преобразователей содержит мультивибратор, микросхему И с двумя входами, резистор, дифференцирующую цепь с диодом на выходе и суммирующий счетчик, при этом первые входы микросхем И ана 3 14391 1 2011.06.30 лого-цифровых преобразователей соединены с выходом соответствующих мультивибраторов, второй вход микросхемы И первого аналого-цифрового преобразователя и вход первой дифференцирующей цепи соединены параллельно с выходом импульсного датчика момента, второй вход микросхемы И второго аналого-цифрового преобразователя и вход второй дифференцирующей цепи соединены параллельно с выходом импульсного датчика положения рейки топливного насоса дизельного двигателя, а в каждом из аналого-цифровых преобразователей резистор и счетный вход счетчика соединены параллельно с выходом микросхемы И, а выход дифференцирующей цепи соединен со входом установки нуля счетчика. Выполнение датчика положения рейки топливного насоса дизельного двигателя импульсным позволяет получить на его выходе импульсные сигналы, пригодные для преобразования в цифровые, наличие блоков определения среднего значения расхода топлива и среднеквадратического отклонения расхода топлива, выполненных в виде устройства микропроцессорной обработки сигналов, содержащего микропроцессор с внутренней памятью в виде четырех регистров общего назначения, первый и второй аналого-цифровые преобразователи, первый и второй цифроаналоговые преобразователи, генератор тактовой частоты, таймер, соединенные с микропроцессором, буфер адреса, шину адреса, буфер данных, шину данных, шину управления, оперативное и постоянное запоминающие устройства, каждое из которых имеет три канала, интерфейс с шестью каналами, при этом первым каналом интерфейс соединен через первый аналого-цифровой преобразователь с выходом импульсного датчика момента, вторым каналом интерфейс соединен через второй аналого-цифровой преобразователь с выходом импульсного датчика положения рейки топливного насоса, третьим и четвертым каналами интерфейс соединен со входами первого и второго цифроаналоговых преобразователей соответственно, пятым каналом интерфейс соединен через шину управления с микропроцессором и параллельно через эту шину с первыми каналами оперативного и постоянного запоминающих устройств, вторые каналы которых соединены с шиной адреса, а третьи - с шиной данных, шестым каналом интерфейс соединен через шину данных и буфер данных с микропроцессором, а через буфер адреса микропроцессор соединен с шиной адреса, выходами первый и второй цифроаналоговые преобразователи соединены с первым и вторым измерительными приборами постоянного тока соответственно, выполнение каждого из аналого-цифровых преобразователей в виде мультивибратора, микросхемы И с двумя входами, резистора, дифференцирующей цепи с диодом на выходе и суммирующего счетчика позволяет формировать на выходе обоих аналого-цифровых преобразователей цифровые сигналы о моменте и о положении рейки топливного насоса, считывать их с выходов аналого-цифровых преобразователей и посредством интерфейса и шины данных записывать в оперативное запоминающее устройство, по программе, записанной в постоянном запоминающем устройстве, микропроцессор ведет обработку поступающей информации о крутящем моменте и о положении рейки топливного насоса, при этом вычисляются среднее значение момента,среднеквадратическое отклонение момента, коэффициент автокорреляционной функции момента, среднее значение и среднеквадратическое отклонение положения рейки топливного насоса и производится запись статистических характеристик положения рейки в первый и второй регистры общего назначения микропроцессора, а также по полученным статистическим характеристикам момента производится вычисление нормативных статистических характеристик положения рейки топливного насоса, которые записываются в третий и четвертый регистры общего назначения микропроцессора, производится вычитание сигнала,записанного в первый регистр, из сигнала, записанного в третий, а также вычитание сигнала,записанного во второй регистр, из сигнала, записанного в четвертый регистр. Результаты вычитания в виде кодовых комбинаций двоичных разрядов посредством шины данных, интерфейса и цифроаналоговых преобразователей подаются на измерительные приборы постоянного тока. При отсутствии неисправностей показания измери 4 14391 1 2011.06.30 тельных приборов равны нулю. При наличии неисправностей хотя бы на одном измерительном приборе появляется сигнал, эксплуатация машины прекращается, должны быть проведены работы по устранению возникшей неисправности. На фигуре изображена схема устройства. Устройство содержит первый 1 и 2 второй измерительные приборы постоянного тока,установленные на щитке 3 приборов в кабине 4 транспортного средства и имеющие на своей шкале отметки среднего значения расхода топлива и среднеквадратического отклонения расхода топлива соответственно, импульсный датчик 5 момента, установленный на валу дизельного двигателя 6, импульсный датчик 7 положения рейки 8 топливного насоса 9 дизельного двигателя 6, устройство микропроцессорной обработки сигналов, содержащее микропроцессор 10 с внутренней памятью в виде четырех регистров 11, 12, 13, 14 общего назначения, первый 15 и второй 16 аналого-цифровые преобразователи, первый 17 и второй 18 цифроаналоговые преобразователи, оперативное 19 и постоянное 20 запоминающие устройства, каждое из которых имеет три канала, генератор 21 тактовой частоты,таймер 22, соединенные с микропроцессором 10, буфер 23 адреса, буфер 24 данных, шину 25 данных, шину 26 управления, шину 27 адреса и интерфейс 28 с шестью каналами, при этом первым каналом интерфейс 28 соединен через первый аналого-цифровой преобразователь 15 с выходом импульсного датчика 5 момента, вторым каналом интерфейс 28 соединен через второй аналого-цифровой преобразователь 16 с выходом импульсного датчика 7 положения рейки 8 топливного насоса 9, третьим и четвертым каналами интерфейс 28 соединен со входами первого 17 и второго 18 цифроаналоговых преобразователей соответственно, пятым каналом интерфейс 28 соединен через шину 26 управления с микропроцессором 10 и параллельно через эту шину 26 с первыми каналами оперативного 19 и постоянного 20 запоминающих устройств, вторые каналы которых соединены с шиной адреса, а третьи - с шиной данных, шестым каналом интерфейс соединен через шину 25 данных и буфер 24 данных с микропроцессором 10, а через буфер 23 адреса микропроцессор соединен с шиной адреса, выходами первый и второй цифроаналоговые преобразователи 17, 18 соединены с первым и вторым измерительными приборами 1, 2 соответственно. Каждый из аналого-цифровых преобразователей 15, 16 содержит мультивибратор 29,микросхему И 30 с двумя входами, резистор 31, дифференцирующую цепь 32 с диодом 33 на выходе и суммирующий счетчик 34, при этом первые входы микросхем И 30 аналого-цифровых преобразователей 15, 16 соединены с выходом соответствующих мультивибраторов 29, второй вход микросхемы И 30 первого аналого-цифрового преобразователя 15 и вход первой дифференцирующей цепи 32 соединены параллельно с выходом импульсного датчика 5 момента, второй вход микросхемы И 30 второго аналого-цифрового преобразователя 16 и вход второй дифференцирующей цепи 32 соединены параллельно с выходом импульсного датчика 7 положения рейки 8 топливного насоса 9 дизельного двигателя 6, а в каждом из аналого-цифровых преобразователей 15, 16 резистор 31 и счетный вход счетчика 34 соединены параллельно с выходом микросхемы И 30, а выход дифференцирующей цепи 32 соединен со входом установки нуля счетчика 34. Импульсный датчик 5 крутящего момента, установленный на валу двигателя 6 транспортного средства, содержит металлические диски 35 и 36 с радиальными прорезями и выступами, установленные по концам вала, преобразователи 37 и 38 импульсные, установленные с обеспечением возможности прохождения прорезей и выступов каждого из дисков вблизи соответствующего преобразователя, соединенные с выходами преобразователей 37 и 38 дифференцирующие цепи 39, 40, выполненные на резисторах 41, 42 и конденсаторах 43, 44 с диодами 45, 46 на своих выходах, триггер 47, выполненный на первом 48 и втором 49 биполярных транзисторах и четырех резисторах 50, 51, 52, 53, при этом базы транзисторов 48, 49 соединены с выходами дифференцирующих цепей 39, 40 с диодами 45, 46. 5 14391 1 2011.06.30 Импульсный датчик 7 положения рейки 8 топливного насоса 9 включает в себя катушку 54 индуктивности, конденсатор 55, последовательно с ней соединенный, последовательно соединенные мультивибратор 56, выполненный на двух транзисторах 57 и 58,четырех резисторах 59, 60, 61, 62, двух конденсаторах 63, 64, и согласующий усилитель 65, выполненный на транзисторе 66 и резисторе 67, логический элемент И-НЕ 68 с двумя входами, при этом выходом согласующий усилитель 65 соединен с последовательным соединением катушки 54 индуктивности с конденсатором 55, а два входа логического элемента 68 соединены параллельно с выводами катушки 54 индуктивности. Работает устройство следующим образом. При работе транспортно-технологического средства вал двигателя 6 вращается, и при включении устройства в исходном состоянии транзистор 49 триггера 47 открыт, а транзистор 48 закрыт. Поэтому напряжение на коллекторе транзистора 49 равно нулю. На выходе преобразователя 37 при вращении вала двигателя с диском 35 формируется первый импульс, он дифференцируется цепью 39, выпрямляется диодом 45, образуется положительный импульс, который подается на базу транзистора 48. Транзистор 48 открывается, а транзистор 49 закрывается. На коллекторе транзистора 49 практически мгновенно появляется положительное напряжение, которое подается на первый вход первой микросхемы И 30. На второй вход микросхемы И 30 первого аналого-цифрового преобразователя 15 подаются непрерывно короткие импульсы от первого мультивибратора 29. При наличии момента на валу двигателя его вал закручивается на угол, пропорциональный приложенному моменту. Диск 36 закручивается относительно диска 35. Поэтому на выходе преобразователя 38 формируется второй импульс, имеющий фазовое смещение относительно первого импульса, сформированного преобразователем 37. Второй импульс дифференцируется цепью 40, выпрямляется диодом 46, образуется положительный импульс,который подается на базу транзистора 49. Транзистор 49 открывается, а транзистор 48 закрывается. На коллекторе транзистора 49 опять практически мгновенно устанавливается напряжение, равное нулю. Таким образом, на выходе триггера формируется прямоугольный импульс, длительность которого пропорциональна величине крутящего момента на валу двигателя 6, поступающий на первый вход первой микросхемы И. 30, на второй вход которой поступают короткие импульсы с выхода первого мультивибратора 29. На протяжении длительности сформированного импульса короткие импульсы проходят на выход микросхемы И и далее поступают на счетный вход первого счетчика 34. Количество импульсов, поступающих на счетный вход первого счетчика, пропорционально длительности импульса, сформированного триггером, а значит, и величине крутящего момента на валу двигателя 6. С выхода счетчика 34 зафиксированное в нем число считывается в параллельном коде и поступает в буферный регистр интерфейса 28. Обращение к интерфейсу 28 происходит по сигналу, поступающему от микропроцессора 10,информация о текущем моменте записывается в оперативное запоминающее устройство. Одновременно с работой импульсного датчика 8 момента и аналого-цифрового преобразователя 15 момента при эксплуатации машины происходит работа импульсного датчика 7 положения рейки 9 топливного насоса 9 и аналого-цифрового преобразователя 16. На выходе мультивибратора 56 формируется периодическая последовательность прямоугольных импульсов, которая посредством согласующего усилителя 65 поступает на последовательный резонансный контур, состоящий из катушки 54 индуктивности и конденсатора 55. Контур имеет резонансную амплитудно-частотную характеристику, и поэтому на его выходе выделяется из всего спектра частот поступающего на его вход периодического сигнала гармоническая составляющая с частотой, равной резонансной частоте контура. При изменении положения рейки 8 топливного насоса 9, которая перемещается внутри катушки 54 индуктивности, меняется частота выделенной гармонической составляю 6 14391 1 2011.06.30 щей, так как меняется индуктивность резонансного контура. Это происходит в соответствии с известной формулой, согласно которой угловая частота колебаний контура определяется как единица, деленная на корень квадратный из произведения индуктивности катушки, внутри которой перемещается рейка и непрерывно изменяет величину индуктивности, на емкость конденсатора. Напряжение синусоидальной формы с выхода катушки 54 индуктивности подается на два входа логического элемента 68, на выходе которого появляются прямоугольные импульсы, длительность которых и характеризует положение рейки топливного насоса. Эти импульсы поступают на первый вход логического элемента 30 второго аналого-цифрового преобразователя 16, на второй вход этого элемента поступают короткие импульсы от мультивибратора аналого-цифрового преобразователя 16. С выхода логического элемента 30 второго аналого-цифрового преобразователя 16 импульсы поступают на счетный вход второго счетчика. С выхода второго счетчика зафиксированное в нем число считывается в параллельном коде и поступает во второй регистр интерфейса 28. Обращение к интерфейсу 28 происходит по сигналу, поступающему от микропроцессора 10, информация о положении рейки топливного насоса записывается в оперативное запоминающее устройство 19. По программе, записанной в постоянном запоминающем устройстве 20, микропроцессор 10 ведет обработку поступающей информации о крутящем моменте и о положении рейки 8 топливного насоса 9, при этом вычисляются средние значения момента, среднеквадратическое его отклонение момента, коэффициент автокорреляционнойфункции момента, среднее значение и среднеквадратическое отклонение положения рейки 8 топливного насоса 9 и производится запись статистических характеристик положения рейки 8 в первый 11 и второй 12 регистры общего назначения микропроцессора 10, а также по полученным статистическим характеристикам момента производится вычисление нормативных статистических характеристик положения рейки 8 топливного насоса 9, которые записываются в третий 13 и четвертый 14 регистры общего назначения микропроцессора 10, производится вычитание сигнала, записанного в первый регистр 11, из сигнала, записанного в третий регистр 13, а также вычитание сигнала, записанного во второй регистр 12, из сигнала, записанного в четвертый регистр 14. Результаты вычитания в виде кодовых комбинаций двоичных разрядов посредством шины 25 данных, интерфейса 28 и цифроаналоговых преобразователей 17, 18 подаются на цифровые измерительные приборы 1, 2. При отсутствии неисправностей показания измерительных приборов равны нулю. При наличии неисправностей хотя бы на одном измерительном приборе появляется сигнал, эксплуатация машины прекращается, должны быть проведены работы по устранению возникшей неисправности. Таким образом, применение предлагаемого устройства для диагностирования дизельного двигателя обеспечивает улучшение топливной экономичности за счет своевременного обнаружения возникших неисправностей, их устранения и уменьшения времени эксплуатации транспортного средства с низкими эксплуатационными показателями. Источники информации 1. Патент РБ 7906, МПК 60 41/00, 2006. 2. Патент РФ 2011562, МПК 60 41/00, 1994. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 7