Устройство для определения угловых колебаний колеса автомобиля

Изобретение относится к устройствам для испытания управляемых колес при реальной динамике движения, а именно для измерения угловых перемещений оси колеса относительно продольной оси автомобиля. Устройство содержит испытательный стенд и регистрирующее устройство, состоящее из запоминающего устройства, блока формирования сигналов регистрации зависимости угла отклонения от времени, блока дешифрации дискретного сигнала и его интерполяции, блока корреляции и блока вычисления спектра мощности. В результате расширяются функциональные возможности и повышается точность измерений. 4 ил.

 

Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности к исследовательской аппаратуре для исполнения управляемых колес, а именно определения угловых колебаний колес относительно продольной оси автомобиля при реальной динамике движения, и может быть использовано при диагностировании их технического состояния.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является устройство для определения угловых колебаний колеса автомобиля (а.с СССР № 1114913, G 01 М 17/06, 1984 г.). Данное устройство содержит испытательный стенд и регистрирующее устройство. Испытательный стенд содержит швеллер и круговой сектор. По обе стороны швеллера установлены фотоэлементы и источник света. Швеллер закреплен на балке передней оси автомобиля, а круговой сектор жестко соединен с поворотной цапфой колеса и зафиксирован в положениях, соосных с осью вращения колеса и передней балкой автомобиля, так, чтобы одновременно засвечивались фотоэлементы от источника света через среднюю прорезь. Круговой сектор выполнен из непрозрачного материала и имеет удлиненную среднюю прорезь и чередующиеся через равные угловые интервалы радиальные прорези меньшей длины.

Данное устройство регистрирует отклонение и результаты записывает в запоминающее устройство, что неудобно с точки зрения расчета поправочных воздействий и подведения итога опыта. Данное устройство невозможно применять в ремонте автомобиля.

Задача изобретения - расширение функциональных возможностей и повышение точности измерений за счет обработки сигнала и расчета корректировочных воздействий.

Поставленная задача достигается за счет того, что в известном устройстве, содержащем испытательный стенд, подключенный к регистрирующему устройству, состоящему из запоминающего устройства и блока формирования сигналов регистрации зависимости угла отклонения от времени, содержащего фотоприемные блоки, формирователи прямоугольных импульсов, триггер и логические элементы, в регистрирующее устройство дополнительно введены блок дешифрации дискретного сигнала и его интерполяции, содержащий последовательно соединенные устройство дешифрации и устройство интерполяции, блок корреляции, содержащий последовательно соединенные устройство временной задержки, перемножающее устройство, интегратор и устройство сопряжения, и блок вычисления спектра мощности, содержащий последовательно соединенные устройство разложения в ряд Фурье, устройство возведения в квадрат и устройство сопряжения, причем выходы блока формирования сигналов регистрации зависимости угла отклонения от времени подключены к устройству дешифрации, а выход устройства интерполяции является выходом блока дешифрации дискретного сигнала и его интерполяции и подключен к входу запоминающего устройства, входам устройства временной задержки и перемножающего устройства блока корреляции и к устройству разложения в ряд Фурье блока вычисления спектра мощности, выходы устройств сопряжения блоков корреляции и вычисления спектра мощности соединены с входами запоминающего устройства.

Предлагаемое устройство способно получить графики поведения колеса в реальном времени с большой точностью, а также график корреляционной функции и спектра мощности. Сравнивая функции корреляции, можно определить полноту результата корректировочных воздействий, а спектр мощности помогает определять неисправное звено в автомобиле, которое провоцирует вибрацию колеса. Поэтому предлагаемое устройство можно применять не только для диагностики автомобиля, но и для его ремонта.

На фиг.1 изображена структурная схема предлагаемого устройства, на фиг.2 - осциллограмма интерполированного сигнала поступившего в запоминающее устройство, на фиг.3 - осциллограмма корреляционной функции, на фиг.4 - осциллограмма спектра мощности.

Устройство для определения угловых колебаний колеса автомобиля содержит (фиг.1) испытательный стенд 1, подключенный к регистрирующему устройству 2. Испытательный стенд 1 состоит из швеллера и кругового сектора. По обе стороны швеллера установлены фотоэлементы и источник света. Швеллер закреплен на балке передней оси автомобиля, а круговой сектор жестко соединен с поворотной цапфой колеса и зафиксирован в положениях, соосных с осью вращения колеса и передней балкой автомобиля, так, чтобы одновременно засвечивались фотоэлементы от источника света через среднюю прорезь.

Регистрирующее устройство 2 состоит из блока 3 формирования сигналов регистрации зависимости угла отклонения от времени, содержащего фотоприемные блоки, формирователи прямоугольных импульсов, триггер и логические элементы, блока 4 дешифрации дискретного сигнала и его интерполяции, содержащего последовательно соединенные устройство дешифрации 4.1 и устройство интерполяции 4.2, блока 5 корреляции, содержащего последовательно соединенные устройство временной задержки 5.1, перемножающее устройство 5.2, интегратор 5.3 и устройство сопряжения 5.4, блока 6 вычисления спектра мощности, содержащего последовательно соединенные устройство разложения в ряд Фурье 6.1, устройство возведения в квадрат 6.2 и устройство сопряжения 6.3, и запоминающего устройства 7. Выходы блока 3 подключены к устройству дешифрации 4.1 блока 4, а выход устройства интерполяции 4.2 является выходом блока 4 и подключен к входу запоминающего устройства 7, входам устройства временной задержки 5.1 и перемножающего устройства 5.2 блока 5 и к входу устройства разложения в ряд Фурье 6.1 блока 6. Выходы устройства сопряжения 5.4 и устройства сопряжения 6.3 являются соответственно выходами блоков 5 и 6 и подключены к входам запоминающего устройства 7.

Устройство работает следующим образом. При вращении колеса на испытательном стенде 1 угловые колебания колеса передаются на круговой сектор, который перемещается относительно неподвижно закрепленных на оси передней балки фотоэлементов и источника света.

Пропорционально величине угловых перемещений оси колеса фотоэлементы получают засветку от соответствующего числа прорезей сектора, и в зависимости от направления угла поворота оси колеса информация, выраженная в количестве импульсов, электрической схемой блока 3 (фиг.1) передается в устройство дешифрации 4.1 блока 4.

В блоке 4 устройство дешифрации 4.1 передает информацию в виде ломаной кривой, которая поступает в устройство интерполяции 4.2. Устройство интерполяции 4.2 уменьшает дискретизацию сигнала (фиг.2), тем самым подготавливая его для обработки в следующих блоках. После обработки сигнала устройством интерполяции 4.2 сигнал поступает в устройство временной задержки 5.1, в устройство перемножения 5.2 блока 5, в устройство разложения в ряд Фурье 6.1 блока 6 и на вход запоминающего устройства 7.

В блоке 5 сигнал поступает в устройство временной задержки 5.1 и на устройство перемножения 5.2, осуществляющее перемножение мгновенных значений и сдвинутых по времени на интервал τ. Далее с помощью интегратора 5.3 выполняется усреднение, после которого результирующий сигнал через устройство сопряжения 5.4 попадает на выход блока 5 (фиг.3).

Формула вычисления корреляционной функции:

где: τ - сдвиг во времени перемножаемых мгновенных значений, обеспечиваемый устройством временной задержки 5.1;

t - время испытания.

В блоке 6 сигнал поступает в устройство 6.1, выполняющее преобразование в ряд Фурье, после чего устройством возведения в квадрат 6.2 производится возведение в квадрат и нормирование с учетом интервала усреднения Т. С помощью устройства сопряжения 6.3 сформированный сигнал (фиг.4) поступает на выход блока 6.

Спектр мощности характеризует частотное распределение, и он может быть определен в соответствии со следующими формулами:

где

Все результаты опыта сохраняются в запоминающем устройстве 7. После завершения испытаний запоминающее устройство 7 отключается. Средние квадратические погрешности, обусловленные конечностью объема выборочных данных о мгновенных значениях реализации процесса X(t), оцениваются с помощью соотношений: при усреднении по времени Т при усреднении по совокупности.

Таким образом, в запоминающем устройстве 7 записывается последовательность “пакетов”, характеризующих численные значения трех показателей - сигнал после обработки блоком дешифрации дискретного сигнала и его интерполяции (фиг.2), корреляционной функции (фиг.3) и спектра мощности (фиг.4).

Корреляционная функция вычисляет оптимальную поправку, которую необходимо ввести.

Частотное распределение характеризует распределение гармоник, тем самым показывая наиболее преобладающие гармоники, что позволяет делать вывод о мерах устранения помех, показывающих на неисправные узлы механизма испытания.

Таким образом, определение угловых колебаний автомобиля путем непрерывного контроля изменения его угловых перемещений относительно продольной оси автомобиля в зависимости от времени, мгновенная дешифрация и вычисление корреляционной функции и спектра мощности позволяют расширить функциональные возможности и повысить точность измерений за счет обработки сигнала и расчета корректировочных воздействий.

Устройство для определения угловых колебаний колеса автомобиля, содержащее испытательный стенд, подключенный к регистрирующему устройству, состоящему из запоминающего устройства и блока формирования сигналов регистрации зависимости угла отклонения от времени, содержащего фотоприемные блоки, формирователи прямоугольных импульсов, триггер и логические элементы, причем входы блока формирования сигналов регистрации зависимости угла отклонения от времени являются входами регистрирующего устройства, отличающееся тем, что в регистрирующее устройство дополнительно введены блок дешифрации дискретного сигнала и его интерполяции, содержащий последовательно соединенные устройство дешифрации и устройство интерполяции, блок корреляции, содержащий последовательно соединенные устройство временной задержки, перемножающее устройство, интегратор и устройство сопряжения, и блок вычисления спектра мощности, содержащий последовательно соединенные устройство разложения в ряд Фурье, устройство возведения в квадрат и устройство сопряжения, причем выходы блока формирования сигналов регистрации зависимости угла отклонения от времени подключены к устройству дешифрации, а выход устройства интерполяции является выходом блока дешифрации дискретного сигнала и его интерполяции и подключен к входу запоминающего устройства, к входам устройства временной задержки и перемножающего устройства блока корреляции и к устройству, выполняющему разложение в ряд Фурье блока вычисления спектра мощности, выходы устройств сопряжения блоков корреляции и вычисления спектра мощности соединены с входами запоминающего устройства.