Датчик ускорения для чего нужен в автомобиле

Применение акселерометров в системах пассивной безопасности автомобилей Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Клец Дмитрий Михайлович, Коробко Андрей Иванович, Ревтов Я. В., Безъязычный Д. А.

Автомобильные акселерометры. Часть 1. Автомобильные акселерометры – важнейший сегмент в конъюнктуре современного рынка автомобильных датчиков

Датчики инерции за пределами автомобильных применений

Автомобильные акселерометры. Часть 2. Автомобильные акселерометры – ключевые фигуры систем безопасности и комфорта

Взгляд на современный рынок автомобильных датчиков. Основные тенденции и важнейшие рыночные фигуры

АВТОМОБИЛЬНЫЕ АКСЕЛЕРОМЕТРЫ. ЧАСТЬ 5. ПЕРСПЕКТИВНАЯ ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ПОВЕРХНОСТНЫХ КРЕМНИЕВЫХ ёМКОСТНЫХ MEMS – АКСЕЛЕРОМЕТРОВ

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Accelerometers usage possibilities in automobile passive safety systems are defined in this article.

Текст научной работы на тему «Применение акселерометров в системах пассивной безопасности автомобилей»

ПРИМЕНЕНИЕ АКСЕЛЕРОМЕТРОВ В СИСТЕМАХ ПАССИВНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ АВТОМОБИЛЕЙ

Д.М. Клец, аспирант, А.И. Коробко, начальник отдела стандартизации, Я.В. Ревтов, Д.А. Безъязычный, студенты,

Аннотация. Определены возможности акселерометров для применения в системах пассивной безопасности автомобилей.

Ключевые слова: акселерометр, датчик, ускорение, безопасность, авария, автомобиль.

С каждым годом во всем мире существенно увеличивается производство автомобилей, их технологический уровень и, вместе с этим, возрастают требования к системам безопасности.

Для обеспечения необходимой безопасности при использовании автомобиля требуется расширенный контроль различных механизмов, участвующих в работе автомобиля, качественно более высокий уровень испытаний и внедрение новых устройств с широкими функциональными возможностями.

Использование датчиков инерции, так называемых акселерометров, играет значительную роль в решении указанных проблем. Поэтому необходимо проанализировать варианты применения, принципы действия и развитие технологий производства акселерометров, использующихся в настоящее время в мировом автомобилестроении.

На сегодняшний день актуальным является создание мобильного регистрационного комплекса для оценки динамических параметров автомобилей. Такой комплекс создан на кафедре технологии машиностроения и ремонта машин ХНАДУ и предлагается для рассмотрения.

В работе [1] представлены обширные сведения о принципах работы, конструкции, ха-

рактеристиках и условиях эксплуатации всех типов датчиков, используемых в различных областях.

В указанной работе [1] приводятся результаты анализа рынка, подробные сведения о принципе работы датчиков ускорения. Возможности применения в автомобильной промышленности всех современных типов акселерометров изложены в источнике [2].

Цель и постановка задач

Первой задачей исследования является определение области внедрения и преимущества применения акселерометров в оснащении систем пассивной безопасности автомобиля.

Второй задачей исследования является определение возможностей мобильных измерительных комплексов с использованием акселерометров и области их применения.

Основные виды автомобильных акселерометров

Акселерометр измеряет ускорение или, согласно второму закону Ньютона, силу, вызывающую ускорение инерционной массы.

Принципы работы датчиков различаются в зависимости от способа получения электрического сигнала при детектировании движения инерционной массы.

Сегодня выделяются три основные категории автомобильных акселерометров (рис. 1).

Рис. 1. Категории автомобильных акселерометров

Ужесточение стандартов на обеспечение безопасности дорожного движения в развитых странах и связанное с этим улучшение эксплуатационных свойств систем защиты являются одной из важнейших причин повышения потребности в новых более «умных» и дорогих датчиках.

Объективным фактором увеличения систем управления в автомобиле различного функционального назначения — от мониторинга состояния двигателя до систем безопасности пассажиров — является развитие технологий микроэлектромеханических систем (MEMS -microelectromechanical systems). Концепция MEMS включает интеграцию на кремниевой основе ИС механических элементов, сенсоров и исполнительных устройств, а также электроники обработки сигнала.

MEMS-технологии повсеместно сопровождают авангардные технические решения; на их основе созданы MEMS-акселерометры, гироскопы и датчики давления.

Микромеханические MEMS-датчики с интегрированной электроникой обработки сигнала получили широкое распространение во многих областях, включая автоэлектронику, главным образом из-за простоты их использования, низкой цены, малого размера. Большинство MEMS-акселерометров обеспечивает усиленный аналоговый или ШИМ-сигнал с рабочим циклом, пропорциональным ускорению, пригодный для непосредственной обработки микроконтроллером.

MEMS-датчики не имеют движущихся частей, поэтому они высоконадежны. Способность обеспечивать функциональные харак-

теристики в условиях агрессивной окружающей среды (перепады температур, вибрации, удары, влажность, электромагнитные и высокочастотные помехи), надежность и низкая стоимость предполагают широкое использование MEMS-акселерометров в качестве автомобильных компонентов.

В совокупности переход к MEMS-датчикам, включая акселерометры, продиктован следующими причинами:

— требованиями повышенной надежности, увеличением гарантийных периодов (до 10 лет);

— непрерывно разрабатывающимися стандартами эмиссии, безопасности и топливной эффективности;

— повышением уровня исполнения автомобилей, требованиями повышенного комфорта;

— расширением диагностического тестирования автомобилей.

Акселерометры в системах пассивной безопасности

Принцип действия непрерывно измеряет линейное ускорение транспортного средства. Динамическое воздействие вследствие столкновения в ±(35-50)g по сигналам от акселерометра, превышающее установленные пороги, переключает вход микроконтроллера, который принимает решение о развертывании воздушных подушек.

Новые стандарты диктуют автопроизводителям использование MEMS-сенсоров в дополнительных воздушных подушках, развертываемых при боковых ударах и на верхней крыше в случае бокового крена или опрокидывания машины — так называемых событий «rollover».

Термин «rollover» описывает случай бокового поворота машины — крена, в отличие от продольного поворота («pitchover»), на углы, значения которых соотносятся с углом в 90 градусов. Оценено, что почти четверть всех фатальных автомобильных аварий возникает именно в случае событий «rollover».

Для обнаружения аварийных событий «roll-over» необходимы следующие параметры: угол крена, частота изменения угла (частота колебаний) или угловая скорость крена и угловые ускорения.

Для обнаружения боковых кренов многие системы используют инклинометры или датчики наклона, принцип действия которых основан на гравитации (вследствие действия силы тяжести).

Среди многих типов инклинометров наиболее предпочтительными являются микроме-ханические акселерометры, измеряющие малые ускорения порядка нескольких g (low g -акселерометры), достигающие лучшего углового разрешения, но их чувствительность к линейному ускорению создает необходимость фильтрации.

Более точный метод основывается на применении датчиков угловой скорости (angular rate sensors — ARS), функционирование которых основано на действии силы Кориолиса и обеспечивает более высокую устойчивость к линейному ускорению. Угловое положение и угловое ускорение машины извлекаются интегрированием и дифференцированием угловой скорости соответственно. Поскольку на практике интегрирование может давать недопустимые ошибки положения, а дифференцирование может быть зашумленным, во многих автомобильных системах для коррекции угловых ошибок положения используются дополнительные low g-акселерометры.

Системы детектирования событий «rollover» комбинируют акселерометры и гироскопы, чтобы определять угол крена автомобиля и угловую скорость крена.

Современные автомобильные системы предполагают интегрирование, например, MEMS-акселерометра и гироскопа, на печатной плате в одном сенсорном блоке, что обеспечивает выпуск недорогих многофункциональных устройств в больших объемах массового производства и способствует разработке новых сенсорных систем автомобильной платформы на их основе, эффективных в стоимостном выражении.

Недавние инновации в оборудовании безопасности также относятся к так называемым «умным» системам безопасности «Advanced (Smart) Restraint Systems» с различным ограничением (сдерживанием) перемещений людей, сидящих в автомобиле, в зависимости от их роста, веса, положения сидения пассажира, в различных аварийных ситуациях.

Применение мобильных установок акселерометров

Под руководством сотрудников кафедры технологии машиностроения и ремонта машин ХНАДУ проведен ряд экспериментов с помощью двух акселерометров ММА72QТ. Установив измерительный комплекс в автомобиле, было проведено измерение ускорений точек автомобиля, отдаленных от центра тяжести, на больших скоростях движения.

Исследования показали, что расчет скорости с помощью акселерометров дает более точные результаты. На основании этого можно сделать вывод, что при расчете тормозного пути, силы удара с различных скоростей акселерометры измеряют более точные значения. После измерения центробежного ускорения становится возможным предусмотреть поведение автомобиля при различных погодных и дорожных условиях.

Наблюдая за поведением автомобиля непосредственно, такой измерительный комплекс дает возможность проанализировать с большей точностью, какие изменения в управлении повлечет за собой конкретная модификация автомобиля, например изменение мощности двигателя, жесткости амортизаторов, уменьшение веса, перераспределение центра тяжести автомобиля. Это позволит лучше подготовить спортивный автомобиль к соревнованиям.

Для получения такого множества полезных данных нет необходимости конструировать и внедрять сложные механизмы в автомобиль. Измерительный комплекс акселерометров мобилен и прост в установке (рис. 2).

Рис. 2. Измерительный комплекс

1. Благодаря развитию MEMS-технологий и усовершенствованию акселерометров можно значительно обезопасить автомобиль. Если правильно спроектировать систему пассивной безопасности, располагая современными типами датчиков, то количество смертей в автомобильных авариях упадет практически до нуля.

2. Проведенные испытания с использованием мобильного измерительного комплекса привели к новым и более точным исследованиям динамического поведения автомобиля на дороге.

1. Аш Ж. Датчики измерительных систем: В

2 книгах: Пер. с франц. — М.: Мир, 1992.

2. Сысоева С. Автомобильные акселеромет-

ры // Компоненты и технологии. — 2005.

Рецензент: М.А. Подригало, профессор, д.т.н., ХНАДУ.

Статья поступила в редакцию 8 апреля 2009 г.

ДАТЧИКИ УСКОРЕНИЯ (УГЛА)

Данные приборы предназначены для измерения ускорения (или угла положения) объекта на котором они установлены (например, автомобиля). Приборы содержат в своем корпусе два основных функциональных блока: механический — непосредственно измеритель ускорения (измерителем является конденсаторный элемент микронных размеров) и электронный — преобразователь сигнала с измерителя в электрическую величину (усилитель, фильтр, схема температурной компенсации, тактовый генератор, цепи самоконтроля). Выходной характеристикой этих элементов является напряжение пропорциональное измеренному значению ускорения, приложенному к плоскости корпуса прибора.

• Высочайший уровень надежности — приборы имеют возможность самоконтроля, при этом тестируются одновременно и механический и электронный блоки, также прибор выдает сообщения о низком напряжении питания, неисправности электронных модулей (тактового генератора и т. д.);
• Линейная зависимость основных параметров (чувствительность, смещение) от напряжения питания;
• Линейная зависимость выходного напряжения от ускорения;
• Встроенный сложный фильтр минимизирует ложные сигналы датчика;
• Прочный малогабаритный корпус;
• Промышленный диапазон рабочих температур;
• Минимальное количество навесных компонентов

Наименование	Диапазон измеряемого ускорения, ±G	Координатная ось измеряемого ускорения	Чувствительность* тип., мВ/G	Uпит., В	Траб., °С	Корпус
MMA1260D	1,5	Z	1200	5	-40…+85	SO16W
MMA2260D	1,5	X	1200	5	-40…+85	SO16W
ADXL203CE	1,7	2 Оси	1000	3…6	-40…+125	—
ADXL202AQC-1	2	2 Оси	312	3…5	-40…+85	—
MMA1270D	2,5	Z	70	5	-40…+85	SO16W
MMA1250D	5	Z	400	5	-40…+85	SO16W
ADXL105JQC	5	1 Ось	250	2,7…5,5	0…+70	—
MMA1220D	8	Z	250	5	-40…+85	SO16
ADXL210JQC-1	10	2 Оси	100	2,7…5,25	0…+70	—
MMA1201P	38	Z	50	5	-40…+85	DIP16
MMA2200W	38	X	50	5	-40…+85	456-06
MMA2201D	38	X	50	5	-40…+85	SO16W
MMA3201D	38	X-Y	50	5	-40…+85	SO20
MMA2202D	50	X	40	5	-40…+85	SO16W
ADXL150AQC	50	1 Ось	38	4…6	-40…+85	—
ADXL250AQC	50	2 Оси	38	4…6	-40…+85	—
ADXL250JQC	50	2 Оси	38	4…6	0…+70	—
MMA1200D	250	Z	8	5	-40…+85	SO16
MMA2300D	250	X	8	5	-40…+85	SO16W

* Указано при Траб. = 25 °С, Uпит.= 5,0 В

Принцип работы системы курсовой устойчивости автомобиля

Швалёв, С. Г. Принцип работы системы курсовой устойчивости автомобиля / С. Г. Швалёв. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2017. — № 2 (136). — С. 213-216. — URL: https://moluch.ru/archive/136/38240/ (дата обращения: 16.03.2024).

Учитывая всю непостоянность погодных условий при эксплуатации автомобилей, актуальным становится вопрос курсовой устойчивости автомобиля.

Ключевые слова: ESP, датчик, безопасность, курсовая устойчивость

ESP — активная система безопасности автомобиля, позволяющая предотвратить занос посредством управления компьютером момента силы колеса (одновременно одного или нескольких).

Основной задачей системы электронной стабилизации ESP является выравнивание автомобиля в ту сторону, куда направлены передние колеса. На автомобиле установлены датчики продольного и поперечного ускорения кузова, датчики угловых скоростей всех четырех колес, датчик положения педали тормоза, датчик положения рулевого колеса, датчик давления в главном тормозной цилиндре, насос с разделенной системой управления тормозными магистралями колес и электронным блоком управления всем этим.

Рис. 1. Принцип работы датчика скорости колёс

Рис. 2. Активный датчик частоты вращения колеса

Блок управления делает опрос 4-х датчиков вращения колес. Опрашивается также положения рулевого колеса и датчик продольного и поперечного ускорения автомобиля.

Рис. 3. Датчики ускорения

Все данные обрабатываются электронным блоком управления, как только данные с одного или нескольких датчиков превысят критические значения, записанные в базе данных блока управления, программа согласно заданному алгоритму действий начнет выправлять траекторию автомобиля посредствам управления тормозной системой (изменение скоростей колес) и системой подачи топлива, что приводит к выравниванию автомобиля в направлении колес.

Рис. 4. Управление торможением колес и моментом привода

Подтормаживанием отдельных колес ESP создаёт разворачивающий момент. Этот момент направлен противоположно нежелательному разворачивающему моменту и стабилизирует его движение по заданному курсу (курс определяется датчиком положения рулевого колеса). При условии невозможности коррекции только с помощью направленного торможения — изменяется крутящий момент двигателя.

Рис. 5. Подтормаживание отдельных колес

С применением системы курсовой устойчивости значительно повышается безопасность автомобиля. Эксперты называют систему ESP самым важным изобретением в сфере автомобильной безопасности после ремней безопасности. Она обеспечивает водителю лучший контроль над поведением автомобиля, следя за тем, чтобы он перемещался в том направлении, куда указывает поворот руля. По данным американского Страхового института дорожной безопасности (IIHS) и Национального управления безопасностью движения на трассах NHTSA (США), примерно одна треть смертельных аварий могла бы быть предотвращена системой ESP, если бы ей были оснащены все автомобили.

1. VOLKSWAGEN TECHNICAL SITE [Электронный ресурс] — Режим доступа: http://www.vwts.ru — (Дата обращения 14.04.16);
2. Безопасность автомобиля [Электронный ресурс] — Режим доступа: http://www.systemsauto.ru — (Дата обращения 14.04.16);
3. За рулем [Электронный ресур] — Режим доступа: httt://www.zr.ru — (Дата обращения 14.04.16)

Основные термины (генерируются автоматически): ESP, рулевое колесо, IIHS, NHTSA, выравнивание автомобиля, датчик, датчик положения, колесо, курсовая устойчивость, электронный блок управления.

Датчики ускорения: выбор и примеры использования

Тензометрические датчики ускорения TML предназначены для измерения ускорений и вибраций в конструкциях любого типа, в том числе в машиностроении и строительстве. Датчики ускорения оснащены чувствительными элементами, в которых используются тензорезисторы TML, изготовленные специально для производства тензометрических датчиков.

Выходная полярность в зависимости от нагрузки

Измеренное значение изменяется в положительном направлении (+), когда ускорение воздействует на датчик в направлении (+) (указано на корпусе датчика).

Пример частотной характеристики

Датчики ускорения могут иметь различные частотные характеристики, отличаться отношением выходной чувствительности к частоте в зависимости от температуры.

Выбор датчика ускорения

Как используют датчики ускорения

Измерение вибраций на автомобиле

Измерение вибраций зданий

Нагрузка на ванты моста

Принадлежности для датчиков ускорения

Сопутствующая продукция

ARF-A Для малых величин Датчики ускорения

ARJ Компактные Датчики ускорения

ARS-A С высокой чувствительностью Датчики ускорения

ARM-A-T Трехкомпонентные Датчики ускорения

ARF-A-T Общего назначения Датчики ускорения

ARE-A Высокий предел измерений Датчики ускорения

Все материалы, представленные на сайте, в приложенных файлах и описаниях, носят информационный характер. Просим Вас руководствоваться только той информацией, которая указана в соответствующем договоре/соглашении/счете/техническом предложении, полученном от ООО «Японские измерительные технологии» по официальным каналам (электронный адрес info@tmljp.ru, либо иная форма отправления, позволяющая точно определить отправителя). Производитель оборудования компания Tokyo Measuring Instruments Laboratory Co., Ltd, официальный дистрибьютор ООО «Японские измерительные технологии» оставляют за собой право в любой момент изменять информацию, размещенную на сайтах. Для размещения заказа на интересующее оборудование просим Вас связаться с нами любым из удобных способов: оставив заявку на обратный звонок или позвонив нам, отправив заявку через сайт или по электронной почте, положив в «Корзину» интересующие Вас позиции и отправив заявку таким способом. Мы обязательно свяжемся с Вами.

• Датчики силы
• Датчики перемещения
• Датчики давления
• Датчики ускорения
• Датчики для строительного мониторинга