ЭУР

Из таблицы 1.1 подберем RG = 300 Ом, при этом значении RG

Ку = 750

4.6 Датчик момента

Измерительный блок состоит из тензомоста, инструментального усилителя и источника опорного напряжения. Из схемы видно, что в тензомостах установлено два тензорезистора. Это сделано для увеличения чувствительности схемы и для линеаризации выходной характеристики. Для тензодатчиков использовались тензорезисторы с сопротивлением при нулевой деформации 400 Ом, тензокоэффициентом 2,1, базовой длиной 5 мм.

Максимальная деформация составляет 0,003 от номинальной длины. Для определения коэффициента усиления измерительного усилителя рассчитаем напряжение на выходе тензомоста при максимальной деформации и опорном напряжении 5 В.

(6.8)

где

K- тензокоэффициент,

l – базовая длина,

R – сопротивление при нулевой деформации,

l – абсолютное удлинение (деформация),

R – изменение сопротивления вследствие деформации Δl,

Uоп – напряжение питания моста (5 В).

Подставив в формулы параметры выбранного сопротивления, получим,

что при максимальной деформации:

R = 2,4 Ом,

U = 15 мВ.

Коэффициент усиления равен

Чтобы не допустить насыщение на выходе измерительного усилителя,

зададим максимальный размах:

Uвых = 3В.

Uвх = 2ΔU = 30 мВ.

KU = 100.

В настоящее время на рынке существует достаточное количество качественных инструментальных усилителей известных мировых производителей. В нашем случае удобно применить инструментальный усилитель с фиксированным коэффициентом усиления, однополярным питанием, размахом выходного напряжения во всем диапазоне питания

(технология rail-to-rail). Думаю, надо пояснить, что инструментальным называется усилитель, имеющий дифференциальный вход, высокое входное сопротивление, большой коэффициент ослабления синфазного сигнала. В

интегрированных инструментальных усилителях чаще всего применяется классическая конфигурация инструментальных усилителей – усилитель на трех ОУ (рисунок).

Рисунок 6.10 Внутренняя структура инструментального усилителя

Так как выходное напряжение тензомоста может быть разнополярным в зависимости от направления приложения нагрузки, то для нормального сопряжения с входами АЦП микроконтроллера и увеличения динамического усиления измерительной схемы необходимо задать смещение выходного сигнала. Эту функцию выполняет источник опорного напряжения,

реализованный на операционном усилителе MAX4335. Такой подход обусловлен тем, что выходное сопротивление источников опорного напряжения желательно делать как можно более низким для исключения влияния изменения потенциалов внутри измерительных схем на значение опорного напряжения. Для сохранения коэффициента ослабления отклонений напряжения источника питания (КООНИП) при формировании опорного напряжения в схеме источника опорного напряжения в цепи обратной связи добавлен конденсатор, отфильтровывающий флуктуации напряжения питания в выходном напряжении и позволяющий сохранить значение КООНИП.

Типичные значения КООНИП 80 – 100 дБ.

Назначение резисторов во входных цепях инструментальных усилителей

- ограничить втекающие – вытекающие токи через встроенные защитные диоды, предназначенные для защиты от потенциального пробоя. Выходные интеграторы (RC цепь) дополнительно снижают пульсации на входах АЦП.

5. Принципиальная схема

Принципиальная схема изображена на рисунках 6.11 – 6.14.

Рисунок 6.11 Принципиальная схема, Лист1

DD1 – микроконтроллер ATmega 16;

D1 – MAX202, преобразует сигнал микроконтроллера в сигнал интерфейса

RX 232;

Х1 – разъем для программирования микроконтроллера;

Х2 – разъем для подключения автомобильного сканера;

VR1 – стабилизатор напряжения.

Рисунок 6.12 Принципиальная схема, Лист2

DD1, DD2 – триггеры шмитта в микросхемах К555ТЛ2;

DA1, DA2 – операционные усилители в микросхемах AD8618;

HL1..HL7 – светодиоды AL108AM;

VD1..VD7 – фотодиоды BPW41N.

Рисунок 6.13 Принципиальная схема, Лист3

D1, D2 – драйверная схема IR 2113;

DA1 – операционный усилитель MAX4335;

DA2 – инструментальный усилитель INA122;

VT1..VT4 – полевые транзисторы типа IRF540;

VD1, VD2 – диоды UF1501;

VD3..VD4 – стабилитроны 1,5KE24A/

Рисунок 6.14 Принципиальная схема, Лист4

DA1 – инструментальный усилитель MAX4662;

DA2 – операционный усилитель MAX4335.

Микроконтроллер получает сигналы с датчиков угла поворота рулевого колеса, момента, создаваемого на рулевом колесе, скорости движения

автомобиля, количества оборотов двигателя. После обработки сигналов с помощью программы, записанной в ПЗУ, микроконтроллер формирует определенные сигналы управления (ШИМ-сигналы), подаваемые по общей шине на драйверные схемы полумостов.

Датчиком обратной связи является датчик тока на двигателе. Контроллер сравнивает преобразованный сигнал с датчика с необходимым моментом и, в

зависимости от того что надо сделать, меняет скважность ШИМ-сигнала.

6. Алгоритм управления

Алгоритм управления представлен на рисунках 6.15 – 6.18.

При включении зажигания, микроконтроллер (МК) проверяет, заведен ли двигатель автомобиля. Если работает, то МК определяет, исходя из скорости автомобиля, режим работы.

Врежиме парковка (рисунок 6.16) МК проверяет момент на рулевом колесе. Если момент не равен нулю и рулевой механизм не приближается к крайнему положению, то задается такая скважность ШИМ – сигнала, при которой момент двигателя будет равен 70 % от момента на рулевом колесе. В

случае если момент равен нулю или рулевой механизм подходит к крайнему положению, то скважность ШИМ – сигнала будет равна нулю.

Врежиме город (рисунок 6.17) управление происходит по тому же алгоритму, что и в режиме парковка. Единственное отличие в том, что задается такая скважность ШИМ – сигнала, при которой момент двигателя будет равен

50 % от момента на рулевом колесе.

В режиме трасса (рисунок 6.18), из-за большой скорости движения автомобиля, потребность в компенсации момента, прикладываемого к рулевому колесу, отпадает. В данном режиме ЭМУР поддерживает прямолинейное движение автомобиля. В случае если момент на рулевом колесе не равен нулю,

а угол поворота рулевого колеса не более 1 градуса, задается такой же ШИМ –

сигнал как и в режиме парковка, усилитель продолжать работать до тех пор пока управляемые колеса не вернуться в среднее положение.

Рисунок 6.15 Алгоритм управления