Устройство для регулирования температуры воздуха в салоне автомобиля с обнаружением источников сбоев
Полезная модель относится к области систем безопасности транспортных средств и может быть использована в устройствах для регулирования температуры воздуха в салоне автомобиля с обнаружением источников сбоев.
Технический результат полезной модели заключается в расширении функциональных возможностей устройства за счет обнаружения и регистрации в работе аппаратуры источников скрытых дефектов (сбоев).
Устройство для регулирования температуры воздуха в салоне автомобиля с обнаружением источников сбоев дополнительно содержит датчики сбоев - контактные, работающие по информативному признаку дифференцирования сигналов, и бесконтактные, работающие по информативному признаку "Электромагнитное излучение". 1 н.п. и 5 з.п. формулы, 2 илл.
Изобретение относится к системам автоматики автомобиля повышенной надежности, в частности, к устройствам для регулирования температуры воздуха в салоне автомобиля с обнаружением источников сбоев. С помощью контактных и бесконтактных датчиков сбоев, выполненных с возможностью работы в широком диапазоне частот (от долей герц до единиц гигагерц) и установленных на линиях связи или в непосредственной близости (до 1-2 см.) от них, обнаруживают в качестве источников сбоев: соединители (разъемы), линии связи, интерфейсные шины. В качестве информативных параметров наличия сбоев в указанных элементах используют повышенное электромагнитное излучение и появление эффекта дифференцирования электрических сигналов.
Известно устройство для регулирования температуры воздуха в салоне автомобиля, содержащее электронный блок управления отопителем, соединитель (разъем), линию связи, клеммные колодки, привод воздушной заслонки и датчик температуры для системы отопления (Система управления двигателем ВА3-2111 с распределенным впрыском топлива под нормы токсичности России (контроллер Январь - 4.1). Руководство по техническому обслуживанию и ремонту. ПетерГранд, Санкт-Петербург, 2002, Цветная вкладка). Недостатком устройства является его низкая надежность из-за отсутствия функций резервирования электронного блока управления отопителем.
Наиболее близким техническим решением (прототипом) к предлагаемому устройству является устройство для регулирования температуры воздуха в салоне автомобиля, содержащее два микроконтроллера, соединенных друг с другом информационной шиной, один из которых предназначен для управления работой элементов контура отопления, другой - для управления работой элементов контура воздухораспределения соответственно через узлы сопряжения и согласования, разъем и линии связи (Патент на полезную модель РФ 
78153, М. кл. B60R 16/02, B60L 1/02 от 20.11.2008).
Недостатком прототипа является невозможность обнаружения источников сбоя.
Задача, решаемая полезной моделью, - расширение функциональных возможностей при обнаружении источников сбоев, - элементов и узлов за счет введения датчиков сбоев и использования новых информативных признаков сбоев с соответствующей обработкой информации (сигналов).
Поставленная задача решается тем, что устройство для регулирования температуры воздуха в салоне автомобиля с обнаружением источников сбоев дополнительно содержит контактные и бесконтактные датчики сбоев, выполненные с возможностью работы в диапазоне частот от долей герц до единиц гигагерц и установленные на линиях связи с соединителями или в непосредственной близости (до 1-2 см.) от элемента (линии связи, интерфейсной шины) или узла (соединителя) электрической цепи.
Поставленная задача решается также тем, что в качестве источников сбоев обнаруживают следующие элементы и узлы электрической цепи устройства для регулирования температуры воздуха в салоне автомобиля: соединители (разъемы), линии связи, интерфейсные шины, а также внешнее электромагнитное воздействие (помеха).
Поставленная задача решается также тем, что контактные датчики сбоев реализованы на КМОП-инверторах.
Поставленная задача решается также тем, что бесконтактные датчики сбоев реализованы на пассивных (L,С-элементы) микрорезонансных контурах.
Поставленная задача решается также тем, что при срабатывании двух и более контактных датчиков сбоя в качестве источника сбоя определяется элемент или узел с более ранним по времени срабатыванием датчика.
Поставленная задача решается также тем, что при одновременном срабатывании двух и более бесконтактных датчиков сбоя в качестве источника сбоев определяется внешнее электромагнитное воздействие (помеха).
Решение поставленной задачи определения сбойных состояний и источников сбоев в виде линий связи, соединителей (разъемов) и интерфейсных шин по информативным признакам повышенного электромагнитного излучения и появления эффекта дифференцирования электрических сигналов основано на представлении скрытых дефектов, упомянутых выше фрагментов аппаратуры в форме микрозазоров, микронеровностей, микроразрывов, и образовании вследствие этого микрорезонансных контуров.
На фигуре 1(а-г) схематично показаны три состояния электрических проводников и контактных подключений: исправное (фиг.1а), отказное в виде обрыва (фиг.1б), сбойное (фиг.1в), а также эквивалентная электрическая схема сбойного состояния (фиг.1г). В общем случае схема сбойного состояния представляет собой "N" параллельно включенных микрорезонансных контуров с переменными параметрами Ri, Li, Ci (i=l,2,
N), где Ri, Li - соответственно омическая и индуктивная составляющие, а Ci - образованная при скрытых дефектах (за счет микрозазоров, микронеровностей и т.п.) емкостная составляющая.
На фиг.2 приведена блок-схема устройства для регулирования температуры в салоне автомобиля с обнаружением источников сбоев. Устройство содержит два микроконтроллера (1.1, 1.2), соединенных между собой, узлы сопряжения и согласования (2.1, 2.2, 2.3), соединитель (разъем) 3 с парами контактов "вилка-розетка" (3.1, 3.2, 3.3), исполнительные механизмы (4.1, 4.2, 4.3) в составе воздушной заслонки (4.1), привода вентилятора (4.2) и привода заслонки (4.3), контактные (5.1-5.20) и бесконтактные (6.1-6.10) датчики сбоев, а также линии связи, соединяющие перечисленные блоки. На фиг.2 не показан ряд элементов и связей (блоки питания, защиты, датчик температуры и т.д.), не влияющих на описание существа патентной модели.
Контактные датчики сбоев (КДС) (5.1-5.20) устанавливаются на соответствующих линиях связи, а также интерфейсной шине, соединяющей микроконтроллеры 1.1. и 1.2 между собой на выходах (входах) передатчиков (приемников) сигналов. Алгоритм функционирования КДС 5 следующий: одновременное срабатывание датчиков 5.1 и 5.2 свидетельствует о сбое выходной пары "вилка-розетка" блока 1.1 микроконтроллера 1.1, через которую осуществляется управление исполнительным механизмом (ИМ) 4.1. Срабатывание же только одного датчика 5.2 говорит об источнике сбоев в линии связи между блоками 1.1 и 2.1. Одновременное же срабатывание датчиков 5.3 и 5.4 диагностирует источником сбоев выходную контактную пару "вилка-розетка" блока 2.1. Соответственно срабатывание только одного датчика сбоев 5.4, установленного перед разъемом 3 (контакты 3.1) диагностирует как источник сбоев линию связи между узлами 2.1 и 3.1.
Аналогично функционируют датчики 5.5 и 5.6 при диагностировании сбоев в линии связи между узлами 3.1 и 4.1 и выходной контактной пары "вилка-розетка" блока 3.1.
На линиях связи между блоками 1.1 и 4.2, а также блоками 1.2 и 4.3, диагностика обнаружения источников сбоев проводится аналогично описанному выше каналу 1.1-4.1. Разница в диагностировании интерфейсной шины, осуществляющей связь между микроконтроллерами 1.1 и 1.2 через входное (выходное) контактное соединение состоит в том, что при этом учитывается направление передаваемого сигнала, а также задержка в запаздывании сигнала. Например, более раннее срабатывание датчика 5.19, по сравнению с датчиком 5.20 и передаче сигналов с выхода микроконтроллера 1.1 на вход микроконтроллера 1.2 свидетельствует об источнике сбоев в контактной паре 1.1, а при изменении направления прохождения сигналов на обратное - об источнике сбоев в линии связи между блоками 1.1 и 1.2. Срабатывание только датчика 5.20 говорит об источнике сбоев в линии связи при передаче сигналов от блока 5.1 к блоку 5.2. В свою очередь, срабатывание датчика 5.20 и последующее срабатывание датчика 5.19 фиксирует источник сбоев в контактной паре блока 1.2.
Реализация контактных датчиков сбоя (5.1-5.20) достаточно проста и заключается, например, в подключении к соответствующим точкам интегральных микросхем структуры КМОП, имеющих достаточно большое (до 108 Ом) входное сопротивление, а при наличии микрозазоров, микротрещин, шероховатостей, неровностей и т.п.в диагностируемых элементах еще и емкостную составляющую и, следовательно, создающих условия дифференцируемости проходящих сигналов, что может быть зафиксировано как автономными средствами индикации, так и вводом данных сигналов после дифференцирования в микроконтроллеры.
Вместо контактных датчиков сбоев (или дополнительно к ним) могут использоваться и бесконтактные датчики сбоев (БДС). Принцип действия БДС основан на регистрации дополнительного (сверх допустимого) электромагнитного излучения источника сбоев за счет образования микрорезонансных контуров. Реализация данных датчиков также достаточно проста и, в частном случае, может быть построена на пассивных L,C-элементах, установленных на расстоянии 1-2 см. от предполагаемого источника сбоев. Одновременное срабатывание бесконтактных датчиков в различных каналах связи свидетельствует о наличии внешней электромагнитной помехи. Идеология включения БДС, а также алгоритм их функционирования в устройстве аналогичен контактным датчикам сбоев. Основное отличие - в величине фиксируемого сигнала в зависимости от расстояния до источника сбоев. Сигналы с БДС также могут быть использованы для дальнейшей их обработки либо в микроконтроллере, либо (при необходимости) иметь автономную систему регистрации.
1. Устройство для регулирования температуры воздуха в салоне автомобиля с обнаружением источников сбоев, содержащее два микроконтроллера, соединенных друг с другом информационной шиной, один из которых предназначен для управления работой элементов контура отопления, а другой - для управления работой элементов контура воздухораспределения соответственно через узлы сопряжения и согласования, разъем и линии связи, отличающееся тем, что в него введены контактные и бесконтактные датчики сбоев, выполненные с возможностью работы в диапазоне частот от долей герца до единиц гигагерц и установленные на линиях связи с соединителями или в непосредственной близости (1-2 см) от элемента (линии связи, интерфейсной шины) или узла (соединителя) электрической цепи.
2. Устройство для регулирования температуры воздуха в салоне автомобиля с обнаружением источников сбоев по п.1, отличающееся тем, что в качестве источников сбоев обнаруживают следующие элементы и узлы электрической цепи устройства: соединители (разъемы), линии связи, интерфейсные шины, а также внешнее электромагнитное воздействие (помеха).
3. Устройство для регулирования температуры воздуха в салоне автомобиля с обнаружением источников сбоев по п.1, отличающееся тем, что контактные датчики сбоев реализованы на КМОП-инверторах.
4. Устройство для регулирования температуры воздуха в салоне автомобиля с обнаружением источников сбоев по п.1, отличающееся тем, что бесконтактные датчики сбоев реализованы на пассивных (L,C-элементы) микрорезонансных контурах.
5. Устройство для регулирования температуры воздуха в салоне автомобиля с обнаружением источников сбоев по п.1, отличающееся тем, что при срабатывании двух и более контактных датчиков в качестве источника сбоя определяется элемент или узел с более ранним по времени срабатыванием датчика.
6. Устройство для регулирования температуры воздуха в салоне автомобиля с обнаружением источников сбоев по п.1, отличающееся тем, что при одновременном срабатывании двух и более бесконтактных датчиков сбоя в качестве источника сбоев определяется внешнее электромагнитное воздействие (помеха).
