Главная | Обратная связь

Аппаратура для дорожных испытаний автомобиля на динамичность

В настоящее время при испытании автомобиля на динамичность широко применяется цифровая аппаратура:

Для получения информации о скорости, ускорении, пройденном пути и времени движения автомобиля используют «пятое» измерительное колесо (рис. 4.1), которое легко может быть установлено на любом автомобиле. Измерительное колесо 3 соединяется с автомобилем с помощью платформы 6, дышла 2 и узла, обеспечивающего его вращение вокруг вертикальной оси / при повороте автомобиля. Пружина 4, прикрепленная к кронштейну 5, прижимает колесо к дороге.

Рис. 20 – Схема установки пятого измерительного колеса: 1 – ось, 2 – дышло, 3 – колесо, 4 – пружина, 5 – кронштейн, 6 – платформа.

На валу этого колеса устанавливается фотоэлектрический или индуктивный датчик. Сигнал от датчика поступает в цифровую регистрирующую аппаратуру (рис. 21), где в нормализаторе 1 он преобразуется в сигнал прямоугольной формы.

В счетчике 3 регистрируется пройденный путь через подсчет импульсов в двоичной системе счисления, а для перехода в десятичную систему счисления двоичный код переводится в дешифратор 6 и поступает на цифровой индикатор 7.

Рис. 21 – Функциональная схема цифровой регистрирующей аппаратуры: 1 – нормализатор; 2, 16 - ключи; 3,4 – счетчики; 5, 6, 12 – дешифтаторы; 7, 8 , 9 – цифровые индекаторы; 10, 11 – цифроаналоговые преобразователи; 13 – сравнивающее устройство; 14, 15 – запоминающие устройства; 17 – триггер; 18 – таймер; Uвх – напряжение выходного канала; t – время; U(νa) и U(aa) – напряжение выходных сигналов соответственно в функции скорости и ускорения; U(t) – напряжение сигналов импульсов времени; n – число импульсов; R – кодовые входы; f – частота преобразования.

 

 

Формирование временных интервалов осуществляет таймер 18, для чего через равные промежутки времени производится счет им

пульсов, соответствующих пройденному пути. Импульсы открывают ключ 2 на равные промежутки времени и через равные интервалы времени. За время, в течение которого ключ 2 открыт, через него на счетчик 4 проходят импульсы датчика. Чем больше скорость автомобиля, тем большее число импульсов проходит в единицу времени.

Аналогично регистрации пути цифровой индикатор 8 скорости получает информацию о числе импульсов через дешифратор 5. Так как показания индикатора скорости непрерывно меняются, то для измерения скорости движения в каждый последующий промежуток времени информация, накопленная в счетчике за предыдущее время, должна быть стерта. Эта задача выполняется передним фронтом импульса, который формируется таймером 18, подключенным также к счетчику 4 и дешифратору 5.

Для определения ускорения информация о скорости поступает от счетчика 4 на два запоминающих устройства 14 и 15 через ключ 16. Управление ключом осуществляется через триггер 17 от таймера 18. На двух выходах триггера формируются управляющие сигналы со сдвигом по времени на половину периода.

Первый выход триггера 17 и первый управляющий вход ключа 16 передают информацию о скорости за первый промежуток времени в запоминающее устройство 14. Второй выход триггера 17 и вход ключа 16 передают информацию о скорости за второй промежуток времени в запоминающее устройство 15. Сравнивающее устройство 13 сравнивает коды скоростей в устройствах 14 и 15 и выдает информацию об ускорении. На цифровой индикатор 9 информация об ускорении поступает через дешифратор 12, который выполняет те же функции, что и другие дешифраторы.

Для получения графиков изменения параметров движения используют цифровые преобразователи 10 и 11, которые подключаются к цифровой аппаратуре. С их помощью выходные импульсные сигналы преобразуются в аналоговые — непрерывно меняющееся напряжение. Это напряжение используется для регистрации графиков движения на осциллографах, самописцах или магнитографах.

Для определения тяговых характеристик измеряют крутящий момент на полуоси ведущего моста, а тяговую силу определяют касательным путем.

Под действием момента полуось закручивается на угол пропорциональный приложенному крутящему моменту. Крутильная деформация измеряется различными датчиками (тензометрическими, индуктивными и др.).

Перспективным является магнитоанизатропный метод определения напряженного состояния деталей, поскольку оно происходит без непосредственного контакта с ними. Этот метод основан на том, что при взаимно перпендикулярном расположении двух катушек индуктивности и подачи на одну из них переменного тока, во второй катушке ЭДС не наводится. Если возникает деформация магнитного потока возбуждения какими-либо внешними причинами, то во второй катушке появится ЭДС, пропорциональная этой деформации.

Для измерения крутящего момента на полуоси моста автомобиля устанавливают магнитоанизатропный датчик 1 (рис. 4.3). Датчик закрепляется в отверстии балки моста с зазором между его торцом и полуосью.

Датчик представляет собой два П-образных магнитопровода, которые расположены взаимно перпендикулярно. На магнитопроводы намотаны катушки индуктивности, но лишь одна из них соединена с источником 6 переменного тока. При прохождении через нее тока создается магнитное поле, которое распространяется по магнитопроводу 5 и замыкается через металл полуоси 3, преодолевая сопротивление зазора между магнитопроводом и полуосью.

Рис. 22 – Магнитоанизатропный датчик для измерения крутящего момента на полуоси ведущего моста автомобиля: 1 – магнитоанизатропный датчик; 2 – бала; 3 – полуось; 4, 5 – магнитопроводы; 6 – источник переменного тока; 7 – усилитель; 8 – фозавый детектор; 9 – регистрирующий прибор.

При приложении к полуоси крутящего момента она деформируется, при этом деформируется кристаллическая решетка материала в поверхностном слое полуоси, что приводит к искажению направления магнитных силовых линий потока возбуждения от катушки магнитопровода 5. В результате нарушается параллельность магнитных силовых линий в поверхностном слое полуоси относительно магнитопровода 4. Это в свою очередь вызывает возникновение в катушке магнитопровода 4 слабой ЭДС, которая пропорциональна деформации магнитных силовых линий, то есть приложенному крутящему моменту.

Возникший сигнал ЭДС направляется к усилителю 7, выход которого соединен через фазовый детектор 8 с индикатором 9. С него считываются показания. Фазовый детектор 8 служит для преобразования сигнала переменного тока в сигнал постоянный, который позволяет определять не только величину крутящего момента, но и направление его приложения.

Как было сказано, выше для регистрации исследуемых параметров применяют светолучевые осциллографы, самописцы или магнитографы.

К достоинствам самописцев относится то, что носитель информации (бумага) не требует никакой последующей химической обработки для выявления записи, как, например, у осциллографов.

Самописцы (рис. 4.4) выпускаются одно-, трех- и девятиканальными. Электрические сигналы от датчиков или измерительных схем записываются специальными чернилами на бумаге с помощью трубчатого пера – стрелки гальванометра. Привод стрелки осуществляется от силовой магнитоэлектрической системы.

Рис. 23 – Устройство трехканального самописца

 

Весь узел измерительного механизма самописца сменный, что позволяет использовать механизмы различной чувствительности. Измерительный механизм закрепляется винтом в специальных направляющих. Для удобства смены он снабжен специальным держателем.

В отличие от шлейфовых осциллографов, многие из которых выпускаются на напряжение 24 В, самописцы питаются от сети напряжением 127—220 В частотой 50 Гц. Привод бумажной ленты самописца осуществляется через редуктор, который обеспечивает скорости перемещения 0,02; 0,1; 0,2; 0,5; 1; 2; 5; 10; 50 мм/с. Изменение скорости протяжки осуществляется переключением зубчатых колес редуктора с помощью кнопок управления. Ширина бумажной ленты на самописцах зависит от количества каналов. Так, для одноканального самописца Н-320-1 применяется бумажная лента шириной 100 мм, для трехканальных самописцев применяют ленту шириной 290 мм.

Каждый самописец имеет канал записи меток времени, выполненный в виде электромагнитного реле с чернильницей, установленной на якоре. Чернильница имеет стрелку – перо, аналогичную стрелке измерительного магнитоэлектрического механизма. На электромагнит подаются электрические импульсы от датчика времени.

Поскольку источника переменного тока частотой 50 Гц на автомобиле нет, то для работы самописца применяют преобразователи напряжения — электромеханические (умформеры) и электронные.

Электромеханические преобразователи вследствие низкого КПД, большой массы и создаваемого шума применяются ограниченно. Чаще используются электронные преобразователи.

В последнее время получили распространение магнитографы

 

Их достоинством является возможность, записанную на магнитной ленте информацию, вводить для дальнейших расчетов в вычислительную машину без какой-либо промежуточной обработки.

Магнитограф напоминает собой бытовой магнитофон, на магнитную ленту которого может наноситься информация, и впоследствии стираться. Лента подается с подающей катушки 1 (рис. 4.5) на приемную катушку 9 через направляющие ролики 10 и 17. Электродвигатель 13, к валу 12 которого лента прижимается роликом 11, обеспечивает постоянную скорость протяжки. Электродвигатель 2 предназначен для обратной перемотки ленты и натягивает ее при прямой протяжке. Электродвигатель 8 подматывает ленту на катушку 9.

Рис. 24 - Схема магнитографа и формы сигналов: 1, 9 – катушки; 2, 8, 13 – электродвигатели лентопротяжного устройства; 3 – модулятор; 4 – генератор тока стирания; 5, 6 – усилители; 7 – демодулятор; 10, 11, 17 – ролики; 12 – вал; 14, 15, 16 – магнитные головки соответственно воспроизводящая, записывающая и стирающая; Uвх – форма напряжения на входе при регистрации графика измерения скорости движения автомобиля с переключением передач; Uвых - форма выходного модулирующего сигнала; t – время; А и В – выходные и входные порты преобразователей сигнала; С – порты для тока питания.

Магнитная головка 16 предназначена для стирания старой записи или следов случайного намагничивания ленты. Для этого к ней может подаваться ток ультравысокой частоты от генератора 4. Головка 15 служит для записи информации. Сигналы с датчиков наносятся на магнитный слой ленты. Например, при записи данных о разгоне автомобиля с переключением передач, характер изменения входных аналоговых сигналов будет таким, как показано на рис. 4.5. В модуляторе 3 изменяется напряжение U_m модулирующей частоты (сигнал с датчика) на напряжение несущей частоты, которое меняется в соответствии с изменением напряжения на входе U_вх.

После модулятора сигнал усиливается в усилителе 5 и далее подается в головку 15 записи. Воспроизводящая головка 14 выполняет обратные функции. Так при движении намагниченной ленты мимо головки 14 магнитное поле ленты наводит ЭДС в обмотках катушки головки. Эта ЭДС усиливается в усилителе 6 и через демодулятор поступает к устройству для обработки сигнала.

Для контроля записи во время эксперимента к выходу демодулятора подключают электронный осциллограф или стрелочный индикатор. Приборы такого типа называются магнитографами со сквозным каналом.