Предусмотрен не только визуальный контроль температуры тормозов, но и запись значений в память микроконтроллера (режим дата-логгера). Полученные таким образом данные затем сбрасываются с помощью отладчика на компьютер, где могут обрабатываться и анализироваться.
Конструкция системы.
С учетом необходимости невмешательства в существующую тормозную систему было принято решение установить датчик температуры - термопару в датчик износа колодок (рис. 5).
Рис. 5. Конструкция крепления датчика температуры на тормозную колодку
Этот датчик имеет пластиковый корпус с проводом, который заканчивается разъемом. Пластиковая часть датчика износа вставляется в специальный паз тормозной колодки и защелкивается с помощью упругой пластины. Был модернизирован датчик износа. В просверленное отверстие пластикового корпуса вставлен чувствительный элемент термопары. Кабель от термопары после установки датчика износа в колодку выведен в салон автомобиля и подключен к измерительному блоку. Такая операция проводится со всеми колодками. Измерительный блок закреплен на торпеде для возможности визуального контроля (рис.6).
Испытание системы.
После изготовления опытного экземпляра системы она была установлена на автомобиль и в течение 6 месяцев испытывалась. Система работала стабильно. В зависимости от режимов езды температура колодок составляла от 50 до 320 градусов Цельсия. Был выявлено отклонение до 50% температуры правого заднего тормоза относительно левого заднего.
При проверке на тормозном стенде в автосервисе эффективность заднего правого тормоза оказалась на 36% хуже, чем левого. После замены задних тормозных колодок проблема ушла.
Рис. 6. Конструкция крепления измерительного блока в салоне автомобиля
Выводы: испытания система подтвердили ее работоспособность и возможность анализа с ее помощью состояния тормозной системы. Однако для наиболее эффективного использования такой системы необходима разработка алгоритмов анализа показаний и формирования диагностических сообщений.
Система автоматического контроля и анализа температуры тормозов.
Для этого была разработана система контроля и анализа температуры тормозов, структурная схема которой представлена на рис.7.
Рис. 7. Структурная схема системы обработки и анализа температуры тормозов автомобиля
Сигналы от измерительных термопар поступают на преобразователи в цифровой код и далее через шину SPI на микроконтроллер. Одновременно микроконтроллер регистрирует данные с GPS-модуля (текущие координаты и скорость), датчика ускорения (акселерометр) и датчика тормоза автомобиля (включен-нет).
Полученные данные и результаты измерений, привязанные ко временной и пространственной шкале, с помощью GSM-модема передаются в облачное хранилище, где накапливаются и хранятся для дальнейшего анализа и обработки.
Текущий контроль может осуществляться визуально на индикаторе.
Напряжение на схему +5В поступает с DC-DC преобразователя.
Монтаж датчиков системы производится так же, как в системе термоконтроля с использованием датчиков износа колодок.
Система собрана, испытана на макете и установлена на автомобиль. Следующим этапом будет набор статистических данных для разработки алгоритмов обработки информации.
К системе проявила интерес команда авторалли. Принято решение изготовить опытные образцы системы для применения в автоспорте. Для этого необходимо разработать новый способ крепления датчика температуры, так как конструкция тормозных механизмов спортивных тормозов несколько другая.
3. Финансово-экономические расчеты
Рассчитаем себестоимость систем в части материалов, комплектующих и программного обеспечения.
Автомобили для испытаний - руководителя проекта, родителей авторов (бесплатно).
1. Система измерения температуры тормозов автомобиля.
Комплектующие:
Датчик температуры термопара, преобразователь сигнала термопары max6675 (комплект) - 4 шт. - 1415 руб.
DC-DC преобразователь - 107 руб.
Микроконтроллер, ЖКИ - 173 руб.
Корпус - 65 руб.
Монтажный провод - 78 руб.
Итого себестоимость системы на один автомобиль: 1829 руб.
Всего затраты на создание системы: 1829 руб.
2. Система автоматического контроля и анализа температуры тормозов автомобиля.
Комплектующие:
Датчик температуры термопара, преобразователь сигнала термопары max6675 (комплект) - 4 шт. - 1415 руб.
DC-DC преобразователь - 107 руб.
Микроконтроллер, GPS, GSM, акселерометр (комплект) - 4480 руб.
Корпус - 165 руб.
ЖКИ индикатор - 338 руб.
Монтажный провод - 85 руб.
Итого себестоимость системы на один автомобиль: 6590 руб.
Всего затраты на создание системы: 6590 руб.
Анализ расчетных данных:
Ш Система автоматического контроля и анализа температуры тормозов имеет небольшую стоимость с учетом решаемых задач, всего в 3 раза превышает стоимость комплекта одноразовых наклеек - индикаторов температуры тормозов. Система имеет ограниченное применение (спорт, тюнинг), поэтому рентабельность можно сделать выше за счет увеличения цены.
Ш Стоимость системы измерения температуры тормозов после ее доводки до серийного производства может составить 2,50 - 3 тысячи рублей. С учетом ее возможного вклада в обеспечение безопасности и уменьшение затрат на последующее обслуживание тормозной системы, а также стоимости сопоставимой с комплектом тормозных колодок, система может найти свой рынок.
В условиях промышленного производства стоимость систем дополнительно по предварительным расчетам, может быть снижена на 10-25%.
2. Результаты выполнения проекта.
· Поставленные в проекте цели и задачи успешно решены.
· Разработаны структурные схемы двух вариантов системы автоматического контроля температуры тормозов автомобиля
· Выбраны конкретные варианты узлов и комплектующих, разработаны принципиальные схемы и конструкции системы.
· Проведено макетирование, изготовлены и отлажены опытные образцы системы, отличающиеся функциональностью, ценой и ориентированных на разные группы потребителей.
· Предложенные варианты системы прошли полный цикл от конструкторской разработки до изготовления действующих экземпляров, выполненных на новейшей элементной базе.
· Проведены успешные испытания системы в реальных условиях эксплуатации на автомобиле.
· Подготовлены материалы для заявки в Роспатент на полезную модель. тормозной измерительный автомобильный
· Изучен спрос на новую продукцию и получены первые заказы на ее изготовление.
3. Дальнейшее развитие проекта.
· Получение патента на полезную модель.
· Продолжение работ по исследованию разработанной системы и ее модернизации.
· Изготовление установочной партии системы для передачи заказчикам.