ВОПРОС №2: Классификация спидометров, устройство и работа

Впервые прибор появился в 1901 году в автомобилях "Oldsmobile". Одна из первых моделей спидометра была сделана Николой Тесла и запатентована в 1916г. (патент № 1,209,359 выдан United States Patent Office). До сегодняшних дней этот тип спидометров не претерпел существенных изменений и используется в автостроении.

Классификация

По способу измерения

· Хронометрический — комбинация одометра и часового механизма.

· Центробежный — плечо регулятора, удерживаемое пружиной, вращается вместе со шпинделем и отбрасывается в стороны центробежной силой так, что расстояние смещения пропорционально скорости.

· Вибрационный — используется для быстровращающихся машин. Механический резонанс колебаний рамы или подшипников машины вызывает колебания градуированных язычков с частотой, соответствующей числу оборотов машины.

· Индукционный — система постоянных магнитов, вращающихся вместе с приводным шпинделем, генерирует вихревые токи в диске из меди или алюминия, помещённом в магнитное поле. Диск, таким образом, втягивается в круговое движение, но его вращение замедляется ограничительной пружиной. Диск соединен со стрелкой, показывающей скорость.

· Электромагнитный — скорость определяется по ЭДС, вырабатываемой тахогенератором, подключённым к шпинделю.

· Электронные — оптический, магнитный или механический датчик вырабатывает импульс тока за каждый оборот шпинделя. Импульсы обрабатываются электронной схемой и скорость выводится на индикатор.

· По системе спутникового позиционирования — скорость определяется по системе спутникового позиционирования GPS электронным путём как пройденное расстояние, делённое на время пути.

По типу индикатора

Аналоговые

· Стрелочный — наиболее распространён; скорость указывает вращающаяся вокруг оси стрелка;

· Ленточный — использовался на ГАЗ-24 до начала 1975 года, многих американских и некоторых европейских и японских моделях; скорость показывает лента, проходящая мимо делений на неподвижной шкале;

· Барабанный — использовался на многих довоенных автомобилях, некоторых американских автомобилях шестидесятых, а также — относительно современных моделях «Ситроена»; деления нанесены на вращающийся барабанчик и при его вращении появляются в окошке, отображая текущую скорость;

Цифровые

Индикатор цифрового спидометра представляет собой жидкокристаллический или аналогичный дисплей, отображающий скорость в виде цифр;

В последнем случае основной проблемой является задержка показаний: в отсутствие задержки отображения значения скорости или слишком малой задержки водитель не способен корректно воспринимать постоянно «скачущие» перед глазами цифры; при введении существенной задержки же, индикатор начинает некорректно отображать данные о скорости в данный момент времени при разгоне и торможении из-за запаздывания.

В силу этого, аналоговые индикаторы всё ещё очень широко используются, а цифровые получили распространение на относительно небольшом числе моделей; всплеск их популярности произошёл в США в конце семидесятых — восьмидесятых годах, откуда эта мода передалась японским производителям, но впоследствии на большинстве моделей их сменили традиционные стрелочные спидометры.

Часто спидометр совмещают в одном корпусе со счётчиком пройденного расстояния — одометром.

Наиболее популярный тип механического спидометра – магнитоиндукционный. Он включает в себя два механизма: скоростной и счетный. Первый состоит из троса (гибкий вал), магнитного диска, катушки и пружины. Трос соединен с датчиком, расположенным на валу коробки передач. Датчик преобразует движение вала во вращение троса. Вращаясь, трос раскручивает магнитный диск. Сверху диска расположена вращающаяся катушка с осью. Движение диска создает магнитный поток, который возбуждает в свою очередь токи в катушке. В связи с этим воздействием катушка тоже начинает крутиться вслед за диском. Пружина ограничивает ее поворот углом, зависящим от скорости вращения диска. Пружина имеет определенную настроенную жесткость, от чего зависит точность спидометра. На конце вращающейся вместе с катушкой оси закреплена стрелка спидометра.

Счетный узел спидометра также имеет привод в виде троса. Сам счетчик представляет собой несколько барабанов, которые последовательно соединяются зубчатой передачей. Благодаря этому, на десять поворотов первого барабана, приходится один поворот следующего за ним, и так далее. Обычно для счетчика используется пять барабанов. Таким образом, его максимальный показатель будет равен 99 999. По достижении этой цифры счетчик обнуляется.

Электронный спидометр внешне никак не отличается от механического. Но в отличие от него, датчик скорости в электронном спидометре уже не крутит гибкий вал, а передает электрические импульсы, повинуясь которым стрелка прибора поворачивается. Движение стрелки зависит от количества полученных за единицу времени импульсов.

Одометр в этом случае устроен таким же образом, за исключением того, что барабаны приводятся в движение маленьким электрическим мотором.

Достоинства и недостатки

Сегодня механический тип спидометров практически не используется. Во-первых потому, что его погрешность значительно больше, нежели у электронного: 15% против 5%. Во-вторых механический привод и детали такого спидометра со временем подвергается износу и подлежит замене. А это довольно трудоемкая операция, так как трос необходимо проложить ровно, без единого перегиба.

ВОПРОС №3: Назначение и работа бесконтактно-транзисторных и интегральных регуляторов напряжений.

Регулятор напряжения служит для автоматического поддержания в заданных пределах напряжения автомобильного генератора, работающего в широком диапазоне изменения скоростей вращения ротора и тока нагрузки. Основным техническим требованием в регулирующим устройством является поддержание в весьма узких пределах выходного напряжения генератора, что в свою очередь диктуется надежностью работы и долговечность различных потребителей.

Регулирование напряжения до недавнего времени осуществляли вибрационные регуляторы. В последние годы на автомобилях устанавливают контактно-транзисторные и бесконтактные регуляторы, выполненные как на дискетных элементах, так и по интегральной технологии.

На рис. 2 показан бесконтактный регулятор напряжения типа РР-350, который применяется в автомобилей ГАЗ «Волга».

Рис. 2. Схема бесконтактного регулятора напряжения

Бесконтактный регулятор напряжения состоит из транзисторов Т2 и Т3 – германиевых; Т1 – кремниевого, резисторов R6 – R9 и диодов Д2 и Д3, стабилитрона Д1, входного делителя напряжения R1, R2, R3, Rт и дросселя Др. Если выпрямленное напряжение генератора, приложенное к входному делителю, меньше величины, на которую настроен регулятор, то стабилитрон Д1 запер, а транзисторы Т2 и Т3 отперты и по цепи (+) выпрямителя – диод Д3 – переход эмиттер – коллектор транзистора ТЗ – обмотка возбуждения ОВГ – (--) протекает максимальный ток возбуждения. Как только выпрямленное напряжение достигает заданного уровня, стабилитрон «пробивается» и транзистор Т1 отпирается. Сопротивление этого транзистора становится минимальным и шунтирует эммитерно-базовые переходы транзисторов Т2 и Т3, что приводит к их запиранию. Ток ОВГ начинает спадать. Переключение схемы производится с определенной частотой и создается такая величина тока возбуждения, при которой средняя величина регулируемого напряжения поддерживается на заданном уровне.

Для повышения четкости переключения транзисторов и уменьшения времени перехода схемы из одного состояния в другое в ней предусмотрена цепочка обратной связи, включающая резистор R4. При повышении входного напряжения, то (+) выпрямителя – диод Д3 – переход эмиттер – база транзистора Т3 – диод Д2 – переход эмиттер – коллектор транзистора Т2 – резистор R4 – обмотка дросселя Др – (-), уменьшается, что приводит к уменьшению падения напряжения на Др. В этом случае падение напряжения на стабилитроне Д1 увеличивается, вызывая возрастания базового тока Т1 и более быстрое переключение этого транзистора. При понижении входного напряжения цепочка обратной связи способствует быстрому запиранию транзистора Т1.

Для активного запирания выходного транзистора Т3 и надежной работы при повышенной окружающей температуре в эммитерную цепь транзистора Т3 включен диод Д3. Падение напряжения на диоде выбирается с помощь резистора R9. Диод Д2 служит для улучшения запирания транзистора Т2 при отпертом транзисторе Т1 благодаря дополнительному падению напряжения на этом диоде. Для фильтрации входного напряжения применен дроссель Др. Терморезистор Rт компенсирует изменение падения напряжения на переходе эмиттер – база транзистора Т1 и стабилизатора Д1 от температуры окружающей среды. Регулятор напряжения для большегрузных автомобилей МАЗ, КамАЗ, КрАЗ выполняется на кремниевых транзисторах (рис. 3).

Рис. 3.Схема регулятора напряжения

Схема регулятора упрощена по сравнению с РР-350, уменьшено количество транзисторов. Диоды Д2 и Д3, включенные в базовую цепь транзистора Т2, делают возможным применение транзисторов с более широкими допусками на параметры, в частности на величину напряжения насыщения Т1. При питании 24 В предусмотрено применение в делителе напряжения дополнительной цепочки включающей термистор Rт и резистор R7. На рис. 4 представлена схема регулятора напряжения РР132А, применяемых на УАЗ.

Рис. 4. Схема регулятора напряжения РР 132А:

1 – дроссель; 2, 3, 4, 5, 6, 13, 14, 15, 16, 18, 20, 22, 23, 24 – резисторы; 7 – диод; 8, 9, 17 – транзисторы; 10, 11, 12, 19 – стабилитроны. Данная схема является бесконтактным транзисторным регулятором напряжения, который имеет три диапазона настройки регулируемого напряжения. Изменение диапазонов регулируемого напряжения осуществляется переключением 25, расположенным на верхней части корпуса регулятора. Регулируемое напряжение при частоте вращения ротора генератора - 35 мин-1, нагрузке 14 А, температуре 20 oС в положении (min) – 13.6 ± 0.35 В; (ср) – 14.2 ± 0.25 В; (max) – 14.7 ± 0,25 В.

На рис. 5 приведена схема регулятора напряжения в интегральном исполнении. Интегральная технология снижает стоимость регулятора, появляется возможность общей герметизации, уменьшаются габариты, повышается надежность. Для интегрального исполнения, например, регулятор фирмы «Лукас» выбрана схема на трех транзисторах. При этом снижается мощность входных цепей и повышается общий коэффициент усиления схемы.

Рис. 5.Схема регулятора напряжения в интегральном исполнении

Выходная цепь регулятора состоит из транзисторов Т1 и Т2, переключающихся с помощью управляющего транзистора Т3. Роль чувствительного элемента в схеме выполняет стабилитрон Д1, подключенный к входному высокоомному делителю напряжения R1 и RТ. Схема содержит цепочку обратной связи R4, С1. Терморезистор Rт, включенный в цепь входного делителя, позволяет поддерживать практически постоянным регулируемое напряжение при изменении окружающей среды, создавая тем самым благоприятный режим заряда АБ. Конденсатор С2 служит для фильтрации входного напряжения, поступающего на транзистор Т3. Резистор Rос введен для улучшения релейности действия схемы. Масса регулятора 25 г. Имеется и другие разработки: японской фирмы «Хитачи», немецкой фирмы «Бош».

Интегральный регулятор напряжения отечественного производства R112А предназначен для работы со всеми генераторами Uн = 14 В и встраивается в щеткодержатель генератора (рис. 5). Регулятор состоит из металлического основания, на которое наклеено интегральное регулирующее устройство и жесткие выводы. Когда напряжение генератора ниже заданной величины, стабилитрон Д1 не пропускает ток, так как напряжение на нем меньше напряжения стабилизатора. При этом транзистор Т1 закрыт, так как потенциалы базы и эмиттера равны. По цепи, которую составляют резистор R5, диод Д2 и резистор R6, от источников идет ток; при этом база составного транзистора Т2 – Т3 оказывается под положительным потенциалом и в цепи база – эмиттер транзистора Т2, а затем база – эмиттер транзистора Т3 будет походить ток управления и составной транзистор открывается, соединяя цепь обмотки возбуждения генератора с минусом источника тока.

Рис. 6. Схема интегрального регулятора наряжения

Цепь тока обмотки возбуждения: плюсовый вывод источников тока – выключатель 33 – зажим В регулятора – ОВГ – зажим «Ш» регулятора – переход коллектор – эмиттер Т1 и Т2 – минусовый вывод источников. Когда напряжение генератора достигает заданного значения 13± 15,5 В, происходит резкое снижение сопротивления стабилитрона Д1, и через резистор R1, Д1 и переход база – эмиттер Т1 начинает проходить ток управления: Т1 открывается. Так как Т1 включен параллельно цепочке, состоящей из Д2 и R6, то при очень малом сопротивлении перехода коллектор – эмиттер открытого Т1 сила тока в цепи Д2 и R6 резко падает, а потому отрицательные потенциалы базы и эмиттера Т2 – Т3 оказываются равными, и составной транзистор Т2 – Т3 закрывается. При этом цепь обмотки возбуждения прерывается, что приводит к снижению напряжения генератора.

Напряжение на стабилитроне также уменьшается и становится меньше напряжения стабилизации. Сопротивление стабилитрона возрастает и ток через него проходить не будет и Т1 закрывается, а Т2 – Т3 открывается. Цепочка обратной связи С1 и R4 ускоряет открывание и закрывание. Когда Т2 – Т3 закрывается, положительный потенциал его коллектора повышается и по цепочке R4 - С1 и переходу база – эмиттер Т1, а также через R3 действует импульс тока, способствующий более быстрому открыванию Т1, что ускоряет закрывание Т2 – Т3.

Конденсатор С1 при этом за-ряжяется. Когда Т2 – Т3 открывается, С1 разряжается по цепи: С1 – R4 – коллектор – эмиттер Т2 – Т3 – корпус – резистор R3, а также эмиттер – база Т1 – С1, что способствует более быстрому закрыванию Т1, а следовательно, открыванию Т2 – Т3. При запирании составного транзистора прерывается ток в цепи обмотки возбуждения и в обмотке индуктируется ЭДС самоиндукции. Под действием этой ЭДС создается ток самоиндукции, который проходит через гасящий диод Д3, тем самым предотвращается пробой Т2 – Т3.

Конденсатор С2 выполняет роль фильтра. Интегральный регулятор Я120 работает с генератором Г373 с номинальным напряжением 28 В, отличается величинами сопротивлений резисторов делителя напряжения, установкой двух последовательно включенных стабилитронов и схемой включения в цепь питания обмотки возбуждения.