Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN, THIẾT KẾCẢM BIẾN VẬN TỐC GÓC BÁNH XE

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN, THIẾT KẾCẢM BIẾN VẬN TỐC GÓC BÁNH XE

Tải bản đầy đủ - 0trang

 Cảm biến quang cùng với nguồn sáng: sử dụng khi trên vật quay có các lỗ,

đường vát, mặt phản xạ.

1. Cảm biến từ trở biến thiên

Hình 4.1.Sơ đồ cấu tạo của cảm biến từ trở biến thiên

1) Đĩa quay (bánh răng) 2) Cuộn dây 3) Nam châm vĩnh cửu



Cấu tạo của cảm biến từ trở biến thiên gồm một cuộn dây có lõi sắt từ chịu

tácđộng của một nam châm vĩnh cửu đặt đối diện với một đĩa quay làm bằng vật

liệu sắt từ trên đó có khía răng. Khi đĩa quay, từ trở của mạch từ biến thiên một cách

tuần hồn làm cho từ thơng qua cuộn dây biên thiên, trong cuộn dây xuất hiện một

suất điện động cảm ứng có tần số tỉ lệ với tốc độ quay.

Tần số của suất điện động trong cuộn dây xác định bởi biểu thức: f = p.n

Trong đó:



p - số lượng răng trên đĩa.

n - số vòng quay của đĩa trong một giây.



Biên độ E của suất điện động trong cuộn dây phụ thuộc hai yếu tố:

 Khoảng cách giữa cuộn dây và đĩa quay: khoảng cách càng lớn E càng nhỏ.

 Tốc độ quay: Tốc độ quay càng lớn, E càng lớn. Khi tốc độ quay nhỏ, biên

độ E rất bé và khó phát hiện, do vậy tồn tại một vùng tốc độ quay không thể

đo được, người ta gọi vùng này là vùng chết.

Dải đo của cảm biến phụ thuộc vào số răng của đĩa. Khi p lớn, tốc độ n min

đođược có giá trị bé. Khi p nhỏ, tốc độ nmax đo được sẽ lớn. Thí dụ với p = 60 răng,

dải tốc độ đo được n = 50 - 500 vòng/phút, còn với p =15 răng dải tốc độ đo được

500 -10.000 vòng/phút.



2. Tốc độ kế quang

Hình 4.2.Sơ đồ nguyên lý của tốc độ kế quang

1) Nguồn sáng 2) Thấu kính hội tụ 3) Đĩa quay 4) Đầu thu quang

57



Nguồn sáng phát tia hồng ngoại là một diot phát quang (LED). Đĩa quay,

đặtgiữa nguồn sáng và đầu thu, có các lỗ bố trí cách đều trên một vòng tròn. Đầu

thu là một photodiode hoặc phototranzitor. Khi đĩa quay, đầu thu chỉ chuyển mạch

khi nguồn sáng, lỗ, nguồn phát sáng thẳng hàng. Kết quả là khi đĩa quay, đầu thu

quang nhận được một thông lượng ánh sáng biến điệu và phát tín hiệu có tần số tỉ lệ

với tốc độ quay nhưng biên độ không phụ thuộc tốc độ quay.

Trong các cảm biến quang đo tốc độ, người ta cũng có thể dùng đĩa quay

cócác vùng phản xạ ánh sáng bố trí tuần hồn trên một vòng tròn để phản xạ ánh

sáng tới đầu thu quang.

Phạm vi tốc độ đo được phụ thuộc vào hai yếu tố chính:

 Số lượng lỗ trên đĩa.

 Dải thơng của đầu thu quang và của mạch điện tử.

Để đo tốc độ nhỏ (0,1 vòng/phút) phải dùng đĩa có số lượng lỗ lớn (500

-1.000 lỗ). Trong trường hợp đo tốc độ lớn ( ~ 105 - 106 vòng/phút) phải sử dụng

đĩa quay chỉ một lỗ, khi đó tần số ngắt của mạch điện xác định tốc độcực đại có thể

đo được. Nhưng tốc độ kế quang khơng thể sử dụng ngồi mơi trường bụi, dầu

mỡ…

4.1.3. Lựa chọn cảm biến đo đạc trên xe

4.1.3.1. Đặt vấn đề

Cảm biến đo tốc độ góc bánh xe, chuyển thành tín hiệu điện làm đầu vào

của bộ điều khiển điện tử ECU, nhằm mục đích xác định thời điểm bánh xe bị bó

cứng bằng cách theo dõi sự thay đổi vận tốc góc (gia tốc) của bánh xe. Do đó,

khơng gian gá đặt cảm biến là hạn hẹp, và môi trường làm việc thường xuyên tiếp

xúc với bụi bẩn, đá sỏi, đặc biệt là trên xe tải.

Cảm biến tốc độ kế xung có thể đo với dải đo lớn hơn loại tốc độ kế quang, lại có

cấu tạo đơn giản, chắc chắn, dễ chế tạo, chịu đựng tốt trong môi trường độc hại, khả

năng chống nhiễu và chống suy giảm tín hiệu cao, dễ biến đổi tín hiệu sang dạng số.

Dựa trên những đặc tính và điều kiện làm việc đó của cảm biến, nhóm đồ

án lựa chọn cảm biến tốc độ kế xung loại từ trở biến thiên để lắp đặt và sử dụng trên

xe.

58



Trên thị trường hiện nay có cảm biến tiệm cận loại cảm ứng từ làm việc với

nguyên lý tốc độ kế xung, với tần số đáp ứng cao, khoảng cách phát hiện nhỏ phù

hợp với yêu cầu đo tốc độ trên xe và giá thành phù hợp với việc thực hiện thí

nghiệm, như cảm biến tiệm cận của Omron loại E2A-S08-KS02-WP-C1 hoặc E2EX1R5E1 hoặc E2E-X2D1.

4.1.3.2. Thông số kỹ thuật của cảm biến tiệm cận

Lựa chọn cảm biến tiệm cận E2A-S08-KS02-WP-C1 làm đầu thu tín hiệu

tốc độ góc đầu ra dưới dạng tín hiệu xung.



Hình 4.14: Cảm biến tiệm cận E2A-S08-KS02-WP-



C1



(shielded – NPN



– NO)

Thông số kỹ

thuật cảm biến.





Cỡ

Loại

Khoảng cách phát hiện



E2A-S08-KS02-WP-C1

M8

Shielded

2 ± 10% mm



(với vật tiêu chuẩn)

Điện áp cung cấp (dải 12 đến 24 VDC. Nhấp nhô (p-p): tối đa 10%

điện áp hoạt động)

Vật phát hiện

Khoảng cách đặt

Vật tiêu chuẩn



(10 đến 32 VDC)

Vật liệu từ tính

0 – 1,6 mm

(thép 8 x 8 x 1 mm



mềm)

Khoảng cách vi sai

Tần số đáp ứng

Hoạt động

Tiêu thụ điện

Đầu

ra Dòng tải



Tối đa 10% khoảng cách phát hiện của sensor

1500 Hz

Thường mở NO, đầu ra NPN, tín hiệu ra DC

Tối đa 10 mA

Tối đa 200 mA (tối đa 32 VDC)



điều khiển



Tối đa 2V (dòng tải 200mA, chiều dài cáp 2m)



Điện áp dư



Bảo vệ mạch



Chống ngược cực nguồn, điện áp xung, đoản



Chỉ thị hoạt động

Cách thức nối dây

Nhiệt độ môi trường



mạch

Đèn led màu vàng

Pre-wired, dây nối sẵn, dài 2m

Hoạt động: -40oC đến 70oC; Cất giữ: -40oC đến 85oC

59



Độ ẩm môi trường

Ảnh hưởng nhiệt độ



(khơng đóng băng hoặc ngưng hơi).

Hoạt động: 35% đến 95%; Cất giữ: 35% đến 95%

Tối đa ±10% khoảng cách phát hiện tại 23 oC trong

dải nhiệt độ từ -25oC đến 70oC

Tối đa ±15% khảng cách phát hiện tại 23 oC trong dải



Ảnh hường điện áp



nhiệt độ từ -40oC đến 70oC

Tối đa ±1% khoảng cách phát hiện trong dải điện áp



Trờ kháng cách điện



danh định ±15%

Tối thiểu 50 MΩ (tại 500 VDC) giữa các bộ phận



Mức độ chịu rung



mang điện và vỏ

10 đến 55 Hz, 1.5-mm trong 2 giờ theo các hướng



Mức độ chịu sốc

Trọng lượng

Vật liệu

Thân

Bề mặt CB



X,Y,Z

500 m/s2, 10 lần theo các hướng X,Y, Z

Xấp xỉ 65g.

Thép khơng gỉ

PBT



4.2. Thiết kế, tính tốn vành răng cảm biến tốc độ góc bánh xe

4.2.1. Cơ sở thiết kế vành răng cảm biến

Vành răng cảm biến được gắn vào moay ơ bánh xe, khi tốc độ bánh xe thay đổi thì

số xung tại đầu ra cảm biến trong một đơn vị thời gian là thay đổi. Nếu trong một

thời gian t(s) nhất định, ta đếm được số xung của tín hiệu thì ta có thể xác định được

tốc độ quay ω cả bánh xe.



Thông số kỹ thuật của

vành răng cảm biến được thiết kế,

tính tốn dựa theo đặc tính của

loại đầu dò cảm biến.

Theo khuyến cáo của nhà

sản xuất cảm biến, kích thước vật

theo hướng di chuyển hướng tâm

vào bề mặt cảm biến được xác

60



định với kích thước vật chuẩn như hình 4.18, phù hợp với khoảng cách đặt cảm biến

theo tiêu chuẩn.

Tuy nhiên, ứng dụng đo tốc độ góc trên xe thí nghiệm kích thước vật quay dạng

vành răng bị giới hạn bởi khơng gian bố trí và điều kiện vận hành của cảm biến.

Hình 4.15: Thơng số kỹ thuật của vành răng với cảm biến tiệm cận E2A - S08 KS02 – WP - C1

4.2.2. Tính, lựa chọn các thơng số kỹ thuật của vành răng

4.2.2.1. Tính số răng của vành răng

Kích thước lốp (B – d) là 8,25 – 20.

Bán kính bánh xe rb:



Với λ0 = 0,945



Khi phanh xe với tốc độ thấp, kể cả phanh gấp, hiện tượng bó cứng bánh xe

là khó có thể xảy ra nên giai đoạn đầu của quá trình phanh chưa cần tới sự hỗ trợ

của ABS. Hơn nữa, việc ứng dụng chế tạo và thử nghiệm hệ thống ABS trên xe tải 3

tấn có tốc độ lớn nhất là 75 km/h, do đó ta có thể lựa chọn dải làm việc của hệ thống

ABS trong vùng tốc độ từ 12 - 72 (km/h) hay 3,33 - 20 (m/s).

Dải tốc độ cần đo của cảm biến (



-



):



Chọn tần số làm việc của hệ thống phanh ABS là f = 7 Hz, tức là trong 1

giây áp suất trong bầu phanh thay đổi 7 chu kỳ, gồm các pha: tăng áp, giữ áp, giảm

áp.

Ta có thể lựa chọn khoảng thời gian cần phải cập nhật giá trị tốc độ góc

bánh xe (thời gian lấy mẫu), là T = 1/21 (giây) (~ 0,05 giây). Tức là sau thời gian T

61



= 0,05 giây, ECU sẽ đưa ra quyết định điều khiển giá trị áp suất khí nén tại cơ cấu

phanh.

Trong thời gian T = 0,05 giây, số vòng quay cần thiết phải đo được là (



-



):



Do đó, trong thời gian T rất ngắn ta cần đếm được số xung tối thiểu để xác

định được 0,06 (vòng), và số xung tối đa để xác định tốc độ 0,35 (vòng).

Ta chọn số xung tối thiểu theo kinh nghiệm với 7 xung, giảm thiêu được sự

sai sót tốc độ khi đo ở tốc độ thấp.

Vậy, số răng (n) cần phải chọn là:



Ta chọn số răng là n = 120 (răng).

Khi đó, ứng với tốc độ từ 12 – 72 (km/h), đo trong thời gian T = 0,05 (giây) thì số

xung tương ứng là 7 – 42 (xung). Do đó, tần số xung lớn nhất là 875 xung/giây.

4.2.2.2. Xác định các thông số kỹ thuật của vành răng

1. Chọn bề rộng răng.

Hình 4.16: Ảnh hưởng của vật liệu và kích thước của vật cảm

biến với E2A- S08 - KS02 -WPC1

Ta chọn vật liệu làm vành răng

là thép non (iron) có từ tính cao

hoặc có thể thay thế bằng thép

CT3.

Với khoảng cách đặt X = 1,7

mm, kích thước vật đạt yêu cầu

là dxd = 5x5 mm. Nếu như

khoảng cách đặt giảm xuống thì

cảm biến vẫn có khả năng nhận

62



biết được vật với kích thước như trên, do đó ta có thể chọn khoảng cách đặt X≤1,7

mm.

Dựa vào đồ thị miền hoạt động của cảm biến theo khoảng cách đặt ta xác

định khoảng cách tối thiểu giữa 2 răng để tránh hiện tượng nhận ra 2 răng trong

cùng một thời điểm.



Hình 4.17. Vùng hoạt động của cảm biến E2A-S08-KS02-WP-C1

Với khoảng cách đặt X = 1,7 mm thì giá trị Y = 0, điều này chứng tỏ nếu

vật chuyển động theo hướng kính đi vào vùng tác động thì vật phải đi tới đường tâm

thì cảm biến mới có thể nhận biết được vật, sẽ mất tín hiệu ngay nếu kích thước của

vật quá nhỏ, và cũng rất dễ bị mất xung tín hiệu ở tốc độ cao. Vì vậy, ta cần giảm

khoảng cách đặt cảm biến xuống, nhưng vẫn giữ nguyên kích thước dxd của vật.

Chọn X = 0,8 – 1 mm, thì Y = 2 mm, lúc này khoảng cách 2 răng cần ≥

2Y=4mm, để tránh cảm biến nhận nhầm các răng với nhau. Ta chọn khoảng cách

các răng là 5 mm.

Vậy, bề rộng răng là 5mm, khoảng cách 2 răng là 5mm, bước răng là

10mm.

2. Kích thước của vành răng.

Với bước răng (p) là 10mm, số răng (n) trên vành răng là 120 răng, thì

đường kính vành răng là:



63



4.3. Phương án gá đặt cảm biến trên xe

4.3.1. Lựa chọn phương án thiết kế

Sau khi phân tích, tìm hiểu về bố trí vành răng, cùng với điều kiện gia công

tại thời điểm hiện tại, em lựa chọn phương án bố trí và thiết kế vành răng



4.3.2. Thơng số kỹ thuật của vành răng

 Kích thước vành trong: Φ358mm

 Kích thước vành ngồi: Φ406mm

 Kích thước răng: Bề rộng: 5mm

Khoảng cách các răng: 5mm

Bước răng: 10 mm

Chiều sâu răng: 11 mm

Các kích thước khác, xem trong bản vẽ chi tiết.



64



Hình 4.23. Chi tiết vành răng cảm biến



Hình 4.24. Chi tiết giá đỡ cảm biến



65



Hình 4.25: Lắp đặt cảm biến và vành răng cảm biến cầu sau.



Hình 4.26: Khơng gian bố trí vành răng cầu sau



66



.

Hình 4.27: Vành răng cảm biến cầu trước



67



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN, THIẾT KẾCẢM BIẾN VẬN TỐC GÓC BÁNH XE

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×