Устройство блокировки демультипликатора
Полезная модель относится к транспортной технике, в частности, к устройствам блокировки демультипликатора трансмиссии автомобиля.
Технический результат, достигаемый от использования полезной модели, состоит в улучшении массогабаритных показателей и обеспечении возможности миниатюризации устройства.
Устройство содержит силовой транзисторный ключ, включенный между первой шиной питания и выходным выводом устройства. Гасящий диод, связывающий выходной вывод устройства со второй шиной питания. Цифровой частотный компаратор с верхним и нижним порогами срабатывания, выполненный в виде микроконтроллера, выход которого связан через элемент сопряжения с управляющим входом силового транзисторного ключа, общим выводом - с первой шиной питания. Формирователь импульсов, подключенный входом к входному выводу устройства, выходом - к сигнальному входу цифрового частотного компаратора. Узел обратной связи, подключенный входом к выходному выводу устройства. Делитель напряжения, связанный крайними выводами с первой и второй шинами питания, средним отводом - с параметрическим входом цифрового частотного компаратора. Стабилизированный источник питания, связанный общим выводом с первой шиной питания, входным выводом - с общим выводом формирователя импульсов и выводом питания цифрового частотного компаратора, соединенного свободным входом с выходом узла обратной связи.
Полезная модель относится к транспортной технике, в частности, к устройствам блокировки демультипликатора трансмиссии автомобиля.
Известны устройства для реализации функции электронного реле в зависимости от частоты вращения двигателя или скорости движения автомобиля, содержащие формирователь импульсов, частотный компаратор, силовой транзисторный ключ, элементы защиты силового транзисторного ключа от сверхтоков (1, 2).
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является устройство управления (2), содержащее цифровой частотный компаратор, вход которого предназначен для подключения к выходу формирователя импульсов, блок логического суммирования, подключенный первым входным выводом к выходному выводу частотного компаратора, вторым входным выводом - ко второму входному выводу устройства, силовой транзисторный ключ, подключенный управляющим входом к выходному выводу блока логического суммирования, выходным выводом - к выходному выводу устройства.
Известное устройство имеет недостаток, состоящий в следующем.
При реализации электронного реле блокировки демультипликатора по схеме прототипа в диапазонах изменений частот входного сигнала от fвкл. и более и наоборот (фиг.1) его выходное напряжение U вых практически равно выходному напряжению генераторной установки. Данное напряжение, являясь питающим напряжением для нагрузки, полностью прикладывается к обмотке исполнительного электромагнита демультипликатора.
В аномальном режиме эксплуатации генераторной установки с отключенной аккумуляторной батареей выходное напряжение генератора может превышать номинальное напряжение бортсети автомобиля, например, в 1,5 и более раз. Это приводит к тому, что соответственно в 1,5 и более раз увеличивается ток, протекающий в цепи силового транзисторного ключа и обмотки исполнительного электромагнита демультипликатора, и резко возрастает рассеиваемая на них мощность. В силу указанной причины требуемая надежность устройства управления и исполнительного электромагнита может быть обеспечена путем их конструктивного выполнения с избыточными габаритами и массой, предотвращающими недопустимые перегревы.
Данное обстоятельство затрудняет миниатюризацию как устройства управления, так и исполнительного электромагнита и существенно ухудшает их массогабаритные показатели.
Заявляемая полезная модель направлена на улучшение массогабаритных показателей и обеспечение возможности миниатюризации устройства.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройство блокировки демультипликатора, содержащее силовой транзисторный ключ, включенный между первой шиной питания и выходным выводом устройства, предназначенным для подключения к обмотке исполнительного электромагнита, гасящий диод, связывающий выходной вывод устройства со второй шиной питания, цифровой частотный компаратор с верхним и нижним порогами срабатывания, связанный выходом через элемент сопряжения с управляющим входом силового транзисторного ключа, общим выводом - с первой шиной питания, формирователь импульсов, подключенный входом к входному выводу устройства, выходом - к сигнальному входу цифрового частотного компаратора, узел обратной связи, подключенный входом к выходному выводу устройства, введены делитель напряжения, связанный крайними выводами с первой и второй шинами питания, средним отводом - с параметрическим -входом цифрового
частотного компаратора, и стабилизированный источник питания, связанный общим выводом с первой шиной питания, входным выводом - со второй шиной питания, выходным выводом - с общим выводом формирователя импульсов и выводом питания цифрового частотного компаратора, при этом цифровой частотный компаратор соединен свободным выводом с выходом узла обратной связи и выполнен в виде микроконтроллера с возможностью формирования управляющих сигналов для силового транзисторного ключа с учетом параметров сигналов, вырабатываемых узлом обратной связи и упомянутым делителем напряжения.
На фиг.2 представлена функциональная схема устройства блокировки демультипликатора.
В состав устройства входят следующие элементы. Силовой транзисторный ключ 1, включенный между первой шиной 2 питания и выходным выводом 3 устройства, предназначенным для подключения к обмотке исполнительного электромагнита 4. Гасящий диод 5, связывающий выходной вывод 3 устройства со второй шиной 6 питания. Цифровой частотный компаратор 7 в виде микроконтроллера с верхним и нижним порогами срабатывания, связанный выходом через элемент сопряжения 8 с управляющим входом силового транзисторного ключа 1, общим выводом - с первой шиной 2 питания. Формирователь импульсов 9, подключенный входом к входному выводу 10 устройства, выходом - к сигнальному входу цифрового частотного компаратора 7. Узел 11 обратной связи, подключенный входом к выходному выводу 3 устройства. Делитель напряжения 12, связанный крайними выводами с первой 2 и второй 6 шинами питания, средним отводом - с параметрическим входом цифрового частотного компаратора 7. Стабилизированный источник питания 13, связанный общим выводом с первой шиной 2 питания, входным выводом -со второй шиной 6 питания, выходным выводом - с общим выводом формирователя импульсов 9 и выводом питания цифрового частотного
компаратора 7, соединенного свободным выводом с выходом узла 11 обратной связи.
Устройство работает следующим образом. Информация с датчика скорости в виде последовательности коротких импульсов напряжения с частотой f поступает на вход формирователя импульсов 9 и после соответствующего нормирования импульсов по амплитуде и длительности подается на сигнальный вход частотного компаратора 7.
Частотный компаратор 7, выполненный, например, в виде микроконтроллера с возможностью формирования управляющих сигналов для силового транзисторного ключа с учетом параметров сигналов, вырабатываемых блоком 11 обратной связи и делителем напряжения 12, осуществляет измерение числа входных импульсов в единицу времени и сравнивает полученное текущее значение частоты f со значениями порогов включения fвкл. или выключения fвыкл. (фиг.1), задаваемых в соответствии с конкретным типом автомобиля. В зависимости от фактических значений частоты f следования импульсов на выходе компаратора 7 формируется напряжение Uвых. высокого или низкого уровня. Например, при изменении частоты f следования импульсов от нуля до верхнего порога включения f вкл. на выходе частотного компаратора 7 при f<f вкл. формируется сигнал низкого уровня, а при f>f вкл. - сигнал высокого уровня. При изменении частоты f следования импульсов от максимальных значений до нижнего порога выключения fвыкл. на выходе частотного компаратора 7 при f>fвыкл. формируется сигнал высокого уровня, а при f<fвыкл. - сигнал низкого уровня.
С выхода частотного компаратора 7 сигнал через элемент согласования 8 поступает на управляющий вход силового транзисторного ключа 1. При увеличении скорости автомобиля до значения, при котором частота f следования импульсов повышается до верхнего порога включения fвкл. , на выходе компаратора 7 и соответственно на управляющем входе силового транзисторного ключа 1 формируется высокий уровень напряжения. Силовой
транзисторный ключ 1 при этом открывается и напряжение бортсети практически полностью прикладывается к обмотке исполнительного электромагнита 4. При срабатывании последнего осуществляется блокировка демультипликатора и тем самым запрещается включение низшего ряда коробки передач автомобиля.
При уменьшении скорости автомобиля до значения, при котором частота f следования импульсов понижается до нижнего порога выключения f выкл., на выходе компаратора 7 и соответственно на управляющем входе силового транзисторного ключа 1 формируется низкий уровень напряжения. Силовой транзисторный ключ 1 при этом закрывается, а исполнительный электромагнит 4 обесточивается. В результате отпускания исполнительного электромагнита 4 осуществляется разблокировка демультипликатора и разрешается включение низкого ряда коробки передач автомобиля.
В аномальном режиме замыкания обмотки исполнительного электромагнита защита устройства от сверхтоков осуществляется следующим образом.
С помощью записанной в блок памяти микроконтроллера 7 программы реализуется алгоритм, в соответствии с которым при подаче на управляющий вход силового транзисторного ключа высокого уровня напряжения через узел обратной связи 11 производится измерение напряжения на выходном выводе 3 устройства. Если измеряемое напряжение имеет высокий уровень, то подача высокого уровня напряжения на управляющий вход силового транзисторного ключа 1 не прерывается. Если измеряемое напряжение имеет низкий уровень, то на выходе частотного компаратора 7 немедленно вырабатывается низкий уровень напряжения и силовой транзисторный ключ 1 закрывается. В закрытом состоянии силовой транзисторный ключ 1 находится достаточно долгое время (˜1 сек.), после чего на выходе частотного компаратора вновь вырабатывается высокий уровень напряжения. Если на нагрузке будет опять измерен низкий уровень напряжения, то подача высокого уровня напряжения на управляющий вход силового транзистора
вновь прерывается и далее устройство работает аналогично вышеописанному до тех пор, пока не будет устранено короткое замыкание в цепи нагрузки. Данный алгоритм функционирования устройства в аномальном режиме короткого замыкания нагрузки предотвращает отказ силового транзисторного ключа 1 от перегрузки по току, т.к.. в аномальном режиме силовой ключ 1 длительное время (˜1 сек.) находится в выключенном состоянии и короткое (˜20...30 мксек.) - во включенном.
В аномальном режиме повышения напряжения в бортовой сети автомобиля сверх допустимых значений устройство работает следующим образом.
С помощью записанной в блок памяти микроконтроллера 7 программы реализуется алгоритм, в соответствии с которым делитель напряжения 12 непрерывно измеряет напряжение между первой 2 и второй 6 шинами питания. Сигнал с выхода делителя напряжения 12 подается на вход аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера 7 и сравнивается с опорным напряжением, вырабатываемым стабилизированным источником питания 13. После анализа разностного сигнала командный блок микроконтроллера 7 вырабатывает команду, в соответствии с которой при f>fвкл. на выходе частотного компаратора вырабатывается последовательность импульсов напряжения U вых (фиг.3), скважность которых зависит от напряжения бортовой сети.
Скважность указанных импульсов увеличивается или уменьшается, если соответственно увеличивается или уменьшается напряжение бортовой сети Uбc. При этом с использованием сигнала, вырабатываемого узлом обратной связи, скважность импульсов регулируется таким образом, чтобы среднее значение напряжения на нагрузке было близко к номинальному напряжению uном. бортовой сети. В результате мощность, рассеиваемая на обмотке исполнительного электромагнита, не увеличивается при увеличении напряжения в бортовой сети, а в цепи силового транзисторного ключа 1 среднее значение тока сохраняется практически неизменным.
На фиг.4 представлен пример конкретной схемотехнической реализации функциональных узлов заявляемого устройства.
В данной схеме силовой транзисторный ключ 1 выполнен в виде полевого транзистора, затвор которого через узел согласования 8 в виде резистора связан с выходным портом микроконтроллера 7. Данный микроконтроллер 7 подключен общим выводом и выводом питания к выходу стабилизированного источника питания 13, выполненного с применением стабилитрона, резистора и конденсатора. К параметрическому входу микроконтроллера 7 подключен средним отводом делитель напряжения 12, выполненный на двух резисторах, подключенных свободными выводами к первой 2 и второй 6 шинам питания. Формирователь импульсов 9 выполнен в виде дифференцирующей RC цепочки, подключенной входом через ограничительный резистор к входному выводу устройства, выходом к сигнальному порту микроконтроллера 7. Узел обратной связи 11 выполнен в виде резистора, включенного между выходным выводом 3 устройства и свободным выводом микроконтроллера. Для гашения э.д.с. самоиндукции обмотки исполнительного электромагнита 4 между выходным выводом 3 устройства и второй шиной 6 питания включен диод 5. Для защиты устройства от воздействия напряжения питания обратной полярности первая шина 2 питания связана с бортовой сетью через прямо включенный диод.
Таким образом, введение делителя напряжения, связанного крайними выводами с первой и второй шинами питания, средним отводом - с параметрическим входом цифрового частотного компаратора, и стабилизированного источника питания, связанного общим выводом с первой шиной питания, входным выводом - со второй шиной питания, выходным выводом - с общим выводом формирователя импульсов и выводом питания цифрового частотного компаратора, соединение цифрового частотного компаратора свободным выводом с выходом узла обратной связи, а также выполнение цифрового частотного компаратора в виде микроконтроллера с возможностью формирования управляющих сигналов
для силового транзисторного ключа с учетом параметров сигналов, вырабатываемых узлом обратной связи и упомянутым делителем напряжения.
Лабораторные и эксплуатационные испытания, проведенные в ОАО "Автоэлектроника" показали приемлемость применения заявляемого устройства в качестве электронного реле блокировки демультипликатора в трансмиссии автомобилей МАЗ. Кроме того заявляемое устройство может быть применено в составе блока управления экономайзером принудительного холостого хода как на легковых, так и на грузовых автомобилях.
Источники информации:
1. Авт.свидетельство СССР №1048155, МКИ F 02 М 55/00, БИ №38, 1983.
2. Свидетельство RU №6087, МПК F 02 М 55/00, Бюл.№2, 1998.
Устройство блокировки демультипликатора, содержащее силовой транзисторный ключ, включенный между первой шиной питания и выходным выводом устройства, предназначенным для подключения к обмотке исполнительного электромагнита, гасящий диод, связывающий выходной вывод устройства со второй шиной питания, цифровой частотный компаратор с верхним и нижним порогами срабатывания, связанный выходом через элемент сопряжения с управляющим входом силового транзисторного ключа, общим выводом - с первой шиной питания, формирователь импульсов, подключенный входом к входному выводу устройства, выходом - к сигнальному входу цифрового частотного компаратора, узел обратной связи, подключенный входом к выходному выводу устройства, отличающийся тем, что в него введены делитель напряжения, связанный крайними выводами с первой и второй шинами питания, средним отводом - с параметрическим входом цифрового частотного компаратора, и стабилизированный источник питания, связанный общим выводом с первой шиной питания, входным выводом - со второй шиной питания, выходным выводом - с общим выводом формирователя импульсов и выводом питания цифрового частотного компаратора, при этом цифровой частотный компаратор соединен свободным выводом с выходом узла обратной связи и выполнен в виде микроконтроллера с возможностью формирования управляющих сигналов для силового транзисторного ключа с учетом параметров сигналов, вырабатываемых узлом обратной связи и упомянутым делителем напряжения.
