УСТРОЙСТВА ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ОТ АВАРИЙНЫХ РЕЖИМОВ

В случае отказа или неправильного функционирования тех или иных элементов электронной системы управления в ней могут возникнуть аварийные режимы, следствием которых явится выход системы из строя, а в некоторых случаях возможно даже снижение безопасности эксплуатации автомобиля. Для исключе­ния подобных ситуаций электронные системы снабжают защит­ными устройствами.

Наибольшее распространение получили устройства, осуществ­ляющие следующие защитные функции:

отключение потребителей от источника питания при увеличе­нии силы тока нагрузки выше допустимого предела (в том числе при коротком замыкании в цепи нагрузки);

предотвращение непредусмотренного одновременного включе­ния двух и более потребителей;

защиту от непредусмотренного включения потребителей в слу­чае отказа датчика частоты вращения контролируемого вала;

предотвращение выхода аппаратуры из строя при подведении к ней напряжения питания обратной полярности.

 

Защита от перегрузки (по силе тока)

и коротких замыканий в цепи нагрузки

В системах управления агрегатами автомобилей нагрузкой электронных блоков, как правило, являются электромагнитные механизмы. В этих механизмах возможно или частичное замыка­ние между собой витков обмотки, или полное короткое замыкание в ее цепи. В обоих случаях повышается сила тока нагрузки элек­тронного блока, и во избежание его выхода из строя необходимо обеспечить отключение нагрузки от блока при увеличении силы тока нагрузки выше заданного предела.

Рис. 40. Схема устрой­ства защиты цепей от перегрузки по току и коротких замыканий

Известно большое число различных систем защиты электрон­ных устройств от перегрузки по току [18, 35]. Для электронных систем управления агрегатами автомобилей предпочтительнее при­менять системы защиты с «защелкой». Особенность действия такой системы заключается в том, что после ее срабатывания даже в случае ликвидации причины перегрузки электронного блока для повторного подключения к нему нагрузки необходимо сначала принудительно отключить систему защиты.

Эта система защиты исключает возможность перегрева каких-либо элементов схемы и, кроме того, требует вмешатель­ства водителя для восстановления нормальной работы системы управления. Последнее имеет особое значение с точки зрения обеспечения безопасности эксплуатации автомобиля, поскольку водитель получает сигнал о неисправности в системе управления.

Рассмотрим устройство защиты УЗ от перегрузки по току вы­ходной цепи электронного блока, через которую осуществляется питание электромагнитов системы автоматического управления гидромеханической передачей (рис. 40). Нагрузкой выходной цепи блока является обмотка электромагнита, сила тока в цепи которой практически равна силе тока, проходящего через эмиттер транзистора VT3 и измерительный резистор R4 блока защиты.

При нормальных условиях работы системы, когда сила тока нагрузки не превышает заданного предельного значения, падение напряжения в резисторе R4 недостаточно для открытия транзи­стора VT4. В этом случае блок защиты не вступает в действие. Если же в цепи нагрузки происходит короткое замыкание или сопротивление обмотки существенно уменьшается, то вследствие увеличения силы тока, проходящего через резистор R4, падение напряжения в нем возрастает до значения, достаточного для от­крытия транзистора VT4. Вследствие этого появляется напряже­ние на коллекторе транзистора VT4, что вызывает открытие транзистора VT5. В результате к эмиттеру транзистора VT5 ока­зывается подведенным напряжение

Uа=Uп — ДUЭБ4 — ДUКЭ5,

где ДUэв4 — падение напряжения на переходе эмиттер — база транзистора VT4; ДU КЭ5 — падение напряжения на переходе кол­лектор — эмиттер транзистора VT5.

Сумма значений ДUЭБ4 и ДUКЭ5 не превышает 0,7 — 0,75 В, поэтому к базе транзистора VT2 подводится напряжение U В2 = = Uп — (0,74-0,75), а к его эмиттеру — напряжение V Э2 = = Uп

— (0,64-0,7). Это гарантирует закрытие транзисторов VT2 и VT3 с отключением обмотки электромагнита от источника пита­ния, вследствие чего сила тока, проходящего через резистоо R4 снижается до нуля. Транзисторы VT4 и VT5 при этом продолжают оставаться открытыми, поскольку они включены по схеме аналога однопереходного транзистора, и после включения остаются в та­ком состоянии, несмотря на прекращение действия открывающего сигнала (падение напряжения в резисторе R4).



Для последующего подключения обмотки электромагнита к источнику питания необходимо сначала принудительно закрыть транзисторы VT4 и VT5. Это может быть выполнено либо путем кратковременного закрытия транзистора VT1, либо отключения электронного блока от источника питания. Затем следует вновь подключить электронный блок к источнику питания, вследствие чего восстановится его нормальная работа.

Защита от непредусмотренного включения

двух и более потребителей

Эта защита предназначена для предотвращения аварийных режимов, которые могут возникнуть в автомобиле при одновре­менном непредусмотренном включении двух или более его узлов и агрегатов. Такая защита, в частности, необходима в системах управления переключением передач, так как одновременное вклю­чение двух передач может привести не только к поломке коробки передач, но и явиться причиной аварии автомобиля. В результате действия рассматриваемой защиты должна исключаться возмож­ность одновременного включения транзисторов или других комму­тирующих элементов, управляющих включением передач.



Рис. 41. Схема подключения устройства защиты от непредусмотренного одно­временного включения транзисторов коммутации нагрузки на базе логических элементов типа 2И — НЕ

В состав блока защиты входят следующие функциональные узлы: устройство контроля числа включенных коммутирующих элементов и командное устройство включения защиты. При нор­мальном функционировании электронной системы управления, т. е, при включении только какого-либо одного коммутирующего элемента, устройство контроля не вырабатывает сигнала для срабатывания командного устройства включения защиты. Такой сигнал поступает на вход командного устройства лишь в случае одновременного включения двух или более коммутирующих эле­ментов. В результате командное устройство срабатывает, и обес­печивается отключение всех потребителей от источника питания.

Рассматриваемая система защиты может быть реализована с использованием как цифровых элементов, так и аналоговой схемотехники. Схема подключения устройства защиты УЗ, предот­вращающего возможность одновременного вклюзения двух или более транзисторов VT1 — VT4 коммутации нагрузки, выполнен­ная на базе цифровых логических элементов типа 2И — НЕ пока­зана на рис. 41. Элементы DD1.1 — DD1.4, DD2.1 и DD2.2. обра­зуют устройство контроля, а триггер типа R — S, собранный на элементах DD2.3 и DD2.4 — командное устройство включения за­щиты.





Рис. 42. Схема устройства защиты от непредусмотренного одновременного вклю­чения транзисторов коммутации нагрузки на базе операционного усилителя DA1

Коммутирующими элементами системы управления являются транзисторы VT1, VT2, VT3 и VT4, выходы которых через дели­тели напряжения связаны с входами логических элементов уст­ройства контроля. При нормальной работе системы управления включен только какой-либо один из этих транзисторов, и только на коллекторе данного транзистора появляется напряжение. На коллекторах остальных транзисторов напряжение равно прак­тически нулю. Благодаря этому напряжение с уровнем «логиче­ской 1» может быть подведено только к какому-либо одному из входов логических элементов устройства контроля, и, следова­тельно, на всех выходах данных логических элементов и входе А элемента DD2.4 напряжение имеет уровень, равный «логиче­ской 1».

При таком уровне напряжения на входе А напряжение на вы­ходе Г триггера имеет низкий уровень, в результате чего блок отключения питания БОП не приводится в действие, и транзистор VTO остается во включенном состоянии.

Если же по какой-либо причине происходит одновременное включение двух транзисторов, то по крайней мере у одного из логических элементов коммутирующего устройства напряжение с уровнем «логической 1» подводится одновременно к обоим его входам. Следствием этого является появление напряжения низ­кого уровня на выходе данного логического элемента и на входе Л триггера. Таким образом, триггер перебрасывается в состояние с напряжением на его выходе Г, равным уровню «логической 1». Это, в свою очередь, приводит к срабатыванию блока БОП, вызы­вающему выключение транзистора VTO, т. е. к отключению всех потребителей от источника питания.

Для возврата схемы в исходное положение необходимо подать короткий импульс с уровнем «логического 0» на вход Б триггера, что реализуется при замыкании контактов выключателя S2.

Схема устройства, выполненного на базе элемента аналоговой схемотехники — операционного усилителя DA1, представлена на рис. 42. Напряжение на инвертирующем входе 4 операционного усилителя с помощью резисторов R5 и R6 устанавливается на уровне, превышающем напряжение, подводимое к неинвертирую­щему входу 5 усилителя при включении какого-либо одного из транзисторов VT1, VT2, VT3 или VT4. При этом напряжение на выходе 10 операционного усилителя имеет низкий уровень, благо­даря чему не включается блок БОП, и транзистор VTO остается включенным.



Если же происходит одновременное включение каких-либо двух из указанных транзисторов, то это приводит к увеличению напря­жения, подводимого к неинвертирующему входу 5 усилителя, до уровня, превышающего напряжение на инвертирующем входе 4. В результате операционный усилитель переходит в режим с высо­ким уровнем напряжения на его выходе 10, что приводит к сраба­тыванию блока БОП и выключению транзистора VTO с отсо­единением от источника питания всех коммутирующих транзи­сторов.

После появления напряжения высокого уровня на выходе 10 усилителя вступает в действие его положительная обратная

связь, благодаря соединению выхода 10 и неинвертирующего входа 5 через резистор R11 и диод VD5. Это обеспечивает сохра­нение высокого уровня напряжения на входе 5 усилителя не­смотря на то, что к данному входу не подводиться напряжение от коммутирующих транзисторов. В результате и на выходе 10 уси­лителя напряжение имеет высокий уровень, что обеспечивает вы­ключенное состояние транзистора VT0. Для выключения защиты надо на короткое время отключить схему от источника питания, разомкнув контакты выключателя S1.

При некоторых неисправностях в электронной системе управ­ления может возникнуть режим релаксации, при котором будут быстро поочередно включаться и выключаться какие-либо два коммутирующих элемента. В этом случае среднее значение напря­жения на выходе данных элементов окажется равным примерно половине напряжения источника питания потребителей — борто­вой сети автомобиля.

В электронных системах управления нагрузкой обычно яв­ляется обмотка электромагнита. Для надежной работы системы управления электромагниты рассчитывают так, чтобы они сраба­тывали при наиболее неблагоприятных условиях, т. е. при мини­мальном напряжении бортовой сети, максимальной температуре нагрева обмотки и т. д. В связи с этим вполне вероятно срабаты­вание электромагнита при подведении к его обмотке напряжения, равного половине напряжения бортовой сети, особенно если это напряжение близко к максимально допустимому значению (15 и 30 В соответственно для номинальных напряжений бортовой сети, равных 12 и 24 В).



При быстро повторяющемся включении и выключении двух коммутирующих элементов в каждый момент времени напряже­ние высокого уровня появляется только на выходе какого-либо одного из элементов. Поэтому если не принять специальных мер, то при таком режиме работы коммутирующих элементов рассмат­риваемая защита не срабатывает, т. е. не будет предотвращено возможное одновременное срабатывание двух электромагнитов системы управления, что недопустимо. Для срабатывания защиты при данных условиях в ее схеме применены конденсаторы С1, С2, СЗ и С4. Зарядка указанных конденсаторов . происходит в очень короткий промежуток времени, поскольку в цепи их зарядки от­сутствуют резисторы, а разрядка конденсаторов осуществляется значительно медленнее вследствие наличия в их разрядной цепи резистора с сопротивлением 20 кОм.

Рассмотрим вначале действие схемы при нормальной работе системы управления в режиме, когда происходит выключение транзистора VTI и включение транзистора VT2. В период вклю­чения транзистора VT1 конденсатор С1 заряжается до напряже­ния, близкого к напряжению источника питания. Поэтому в мо­мент выключения транзистора VT1 и включения транзистора VT2 напряжение к входу 5 операционного усилителя подводится как от коллектора транзистора VT2, так и от ранее зарядившегося конденсатора С1. При этом напряжение на входе 5 постепенно увеличивается по мере зарядки конденсатора С5.

Постоянная времени зарядки конденсатора С5 существенно выше постоянной времени разрядки конденсатора С1, поэтому количество электричества, поступаемое от конденсатора С1 к кон­денсатору С5, невелико и мало влияет на уровень напряжения на данном конденсаторе. Вследствие этого рассматриваемая защита не срабатывает.

Иное положение создается при быстро повторяющемся вклю­чении и выключении транзисторов VT1 и VT2. В таком случае из-за малого промежутка времени между повторяющимися вклю­чениями транзисторов VT1 и VT2 конденсаторы С1 и С2 за периоды выключенного состояния транзисторов не успевают раз­рядиться, т. е. создаются условия, аналогичные появлению высо­кого уровня напряжения одновременно на коллекторах двух транзисторов. В результате срабатывает устройство защиты и предотвращается возможность одновременного включения элек­тромагнитов системы управления.



Команда на одновременное непредусмотренное включение двух потребителей может поступить как при ошибочном действии системы управления коммутирующими элементами, так и вслед­ствие пробоя в их выходной цепи. В первом случае для предотвра­щения одновременного включения двух потребителей достаточно подать команду системе управления принудительно закрыть ком­мутирующие элементы.

Если же произошел пробой в выходной цепи коммутирующего элемента, то он становится неуправляемым, и для обеспечения отключения потребителей от источника питания приходится ис­пользовать дополнительное выключающее устройство в цепи пита­ния всех коммутирующих элементов.

В обоих рассмотренных устройствах защиты для этой цели используется транзистор VTO, взамен которого можно применять любое отключающее устройство, например электромагнитное реле.

Схема устройства защиты, выполненная в соответствии с рис. 42, имеет следующие преимущества перед схемой на рис. 41: мень­шее число комплектующих изделий, более высокая помехоустой­чивость; обеспечивается защита от одновременного включе­ния большого количества цепей без значительного усложнения схемы. Требуется лишь от коммутирующего элемента каждой за­щищаемой цепи подать напряжение на неинвертирующий вход операционного усилителя. Для решения этой же задачи в устрой­ствах защиты, выполненных на базе логических элементов типа И — НЕ, добавление каждой защищаемой цепи вызывает необхо­димость введения в схему нескольких дополнительных логических элементов.

Таким образом, устройства защиты на базе логических элемен­тов следует применять при числе защищаемых цепей не более трех, а также в тех случаях, когда вся система управления создана на базе цифровых элементов и в нее нецелесообразно вводить устройства аналоговой схемотехники.

 

 

Защита от непредусмотренного включения потребителей при отказе датчика частоты вращения системы управления

Обязательным элементом любой электронной системы управления агрегатами трансмиссии является датчик частоты вращения того или иного вала. Его выходным сигналом является ЭДС, частота и амплитуда которой меняются в зависимости от частоты вращения контролируемого вала.





Рис. 43. Индукторный датчик частоты вращения:

1 — обмотка; 2 — постоянный магнит; 3 — корпус; 4 и 5 — выводные концы обмотки; 6 — изоляционная втулка; 7 — сердечник; 8 — зубчатый диск

Рис. 44. Тахогенератор:

1 — вал; 2 — обмотка статора; 3 — постоянный магнит



Рис. 45. Структурная схема системы защиты от непредусмотренного включения передач при отказе датчика скорости

В современных электронных системах управления обычно ис­пользуют датчики частоты вращения индукторного типа (рис. 43), устанавливаемые с небольшим зазором над зубчатым диском, приводимым от контролируемого вала. Выходным сигна­лом датчика является индуктируемая в его обмотке ЭДС, имею­щая форму обычной или «деформируемой» синусоиды. Частота изменения ЭДС пропорциональна частоте вращения контроли­руемого вала, а ее амплитуда, хотя и возрастает с повышением частоты вращения вала, но изменяется в зависимости от нее по нелинейному закону и ее величина существенно зависит от точ­ности установки зазора между преобразователем и зубчатым диском. В связи с этим в системах управления, содержащих индукторный датчик, в качестве управляющего сигнала исполь­зуется только частота изменения его ЭДС.

В некоторых системах автоматики для контроля частоты вра­щения валов используют тахогенераторы переменного тока с воз­буждением от постоянных магнитов (рис. 44). У таких генерато­ров как амплитуда, так и частота изменения ЭДС пропорцио­нальны частоте вращения контролируемого вала. Поэтому в систе­мах управления с применением тахогенератора входным сигналом электронного блока могут быть и частота, и ЭДС генератора.

Если вал, контролируемый датчиком частоты вращения, непо­движен, то сигнал на его выходе отсутствует. При отказе датчика сигнал на его выходе пропадает независимо от частоты вращения контролируемого вала, что эквивалентно подаче сигнала системе управления об остановке контролируемого вала. Следствием этого ложного сигнала может явиться выработка системой управления такой ошибочной команды, которая приведет или к поломке того или иного агрегата автомобиля, или к снижению безопасности его эксплуатации. Так, например, если в системе автоматического управления переключением коробки передач произойдет отказ датчика, контролирующего частоту вращения выходного вала коробки передач, то это вызовет подачу команды на включение низшей передачи. Очевидно, что такое включение при движении автомобиля с высокой скоростью приведет к аварийной ситуации.



Для исключения подобных случаев используют защиту от не­предусмотренного включения потребителей при отказе датчика частоты вращения, основанную на различии в скорости изменения сигналов в системе управления при нормальном ее функциониро­вании и при отказе датчика, а также на контроле за исправ­ностью обмотки датчика.

Система защиты, основанная на первом принципе, предназна­чена для предотвращения непредусмотренного включения в коробке передач низшей (первой) передачи в случае отказа дат­чика частоты вращения выходного вала коробки передач во время движения автомобиля с высокой скоростью.

Синусоидальный сигнал, вырабатываемый датчиком скорости ДС, поступает на вход формирователя импульсов (рис. 45), кото­рый преобразует данный сигнал в последовательность прямо­угольных импульсов. Далее сигнал с выхода формирователя раз­деляется на два: один поступает на вход ПЧН системы переклю­чения электромагнитов, другой — на вход блока преобразования импульсов системы защиты, выполненный по схеме пик — детек­тора. Этот блок преобразует последовательность импульсов в на­пряжение постоянного тока, величина которого остается постоян­ной независимо от частоты следования импульсов.

В ПЧН происходит преобразование частоты входных импуль­сов в напряжение постоянного тока, подводимое далее к входу блока переключения передач (БПП), управляющему переключе­нием электромагнитов ЭМ1, ЭМ2 и ЭМЗ. Кроме того, напряжение от выхода ПЧН подводится к входу элемента задержки ЭЗ. Изме­нение напряжения на выходе происходит с запаздыванием по от­ношению к входному сигналу.

БПП содержит пороговые устройства, каждое из которых настроено на срабатывание при определенном напряжении.. Поэтому в зависимости от частоты входного сигнала, определяю­щей величину напряжения на выходе ПЧН, происходит включе­ние соответствующих пороговых устройств с подачей команд на включение электромагнитов через имеющиеся в БПП элементы логики и усилители.





Рис. 46. Схема устройства защиты от непредусмотренного включения передач при отказе датчика скорости с элементом задержки

Во время движения автомобиля к входу пик-детектора при исправном датчике скорости подводятся импульсы, вследствие чего на его выходе имеется напряжение высокого уровня, а на­пряжение на выходе логического инвертора ЛИ (схема НЕ) при этом близко к нулю. Также близким к нулю оказывается напря­жение на входе 2 включателя запоминающего устройства ВЗУ, выполненного по типу логического элемента 2И

— НЕ. Поэтому напряжение на выходе ВЗУ, подводимое к входу запоминающего устройства ЗУ, имеет высокий уровень.

Запоминающее устройство (триггер) срабатывает только при подведении к его входу напряжения низкого уровня, поэтому при исправном датчике ДС это устройство не подает команды комму­татору выключить электромагниты.

При неподвижном автомобиле импульсы напряжения на вы­ходе формирователя импульсов отсутствуют и напряжение на вы­ходе пик-детектора равно нулю, а напряжения на выходе инвер­тора ЛИ и входе 2 ВЗУ имеет высокий уровень. Это, однако, не приводит к появлению напряжения низкого уровня на выходе ВЗУ, поскольку при отсутствии импульсов на выходе формирова­теля импульсов напряжение на выходе ПЧН ил и. равно нулю, или столь незначительно, что пороговое устройство защиты ПУзащ не может сработать, т. е. напряжение на его выходе и входе 1 ВЗУ равно нулю. Поэтому при неподвижном автомобиле рассматри­ваемая защита не срабатывает.

Если автомобиль движется со скоростью, при которой напря­жение на выходе ПЧН оказывается достаточным для срабатыва­ния порогового устройства защиты, и в это время происходит отказ датчика скорости, то система защиты действует следующим образом. Вследствие отказа датчика ДС исчезают импульсы на выходе формирователя, и напряжение на выходе пик-детектора снижается до нуля, а на выходе инвертора ЛИ и входе 2 ВЗУ появляется напряжение высокого уровня. Исчезновение импуль­сов на выходе формирователя приводит к резкому снижению на­пряжения на выходе ПЧН и, следовательно, на входе элемента задержки. Несмотря на это, напряжение на выходе последнего исчезает не сразу, а с определенным запаздыванием, поэтому пороговое устройство защиты остается во включенном состоянии еще некоторое время после исчезновения входных импульсов. В течение указанного времени будет подводиться напряжение высокого уровня к входу 1 ВЗУ. Так как напряжение высокого уровня подводится в данный период и ко входу 2 ВЗУ, то ВЗУ переключается в состояние с низким напряжением на его выходе. В результате сработает запоминающее устройство ЗУ и к комму­татору поступит команда на отключение всех электромагнитов. Тем самым будет исключено аварийное включение низшей пере­дачи при отказе датчика скорости.



Электрическая схема такого устройства защиты приведена на рис. 46. В ней для преобразования последовательности прямоугольных импульсов, действующих на выходе формирователя импульсов ФИ, в напряжение постоянного уровня использован пик-детектор, состоящий из диода VD1, конденсатора С2 и рези­сторов R2 и R3. В периоды действия импульса через диод VD1 осуществляется быстрая зарядка конденсатора, а его разрядка в периоды паузы между импульсами происходит гораздо медлен­нее, поскольку ток разрядки конденсатора ограничивается рези­сторами R2 и R3. Вследствие этого при работающем датчике ско­рости ДС напряжение на выходе пик-детектора, подводимое к базе транзистора VT1, достаточно для его открытия. В резуль­тате напряжение, подводимое от коллектора транзистора VT1 к входу логического элемента DD1.1, оказывается близким к нулю, что обеспечивает получение напряжения высокого уровня (уровня «логической 1») на выходе 3 элемента DD1.1 и входе 4 эле­мента DD1.2.

Элементы DD1.2 и DD1.4 образуют триггер типа R — S, пере­ключение которого происходит только при подведении к его управляющим входам 4 и 13 сигналов с уровнем «логического О». Поэтому при работающем датчике ДС переключение триггера не происходит, и напряжение на его выходе 6 имеет низкий уровень. В результате элемент отключения ЭО, принудительно выключаю­щий блок логики БЛ не приводится в действие, т. е. система за­щиты не срабатывает.

При неподвижном автомобиле пороговое устройство ПУ1 вы­ключено, поэтому на его выходе и на входе 2 элемента DD1.1 на­пряжение близко к нулю. Поэтому напряжение на выходе 3 эле­мента DD1.1 имеет уровень «логической 1», т. е. переключение триггера не происходит, и устройство защиты не вступает в действие.

Если автомобиль движется со скоростью, при которой уже произошло срабатывание порогового устройства ПУ1 (вызываю­щее переключением с первой на вторую передачу), и в это время произошел отказ датчика скорости, то устройство защиты дейст­вует следующим образом:



при отказе датчика ДС пропадают импульсы на выходе фор­мирователя импульсов ФИ, в результате чего происходит быстрая разрядка конденсатора С2 и, как следствие, выключение транзи­стора VT1. В этом случае на коллекторе VT1 появляется напря­жение с уровнем «логической 1», которое подводится к входу 1 элемента DD1.1;

исчезновение импульсов на выходе формирователя ФИ обус­ловливает уменьшение до нуля (или до низкого уровня) напря­жения на выходе ПЧН.

До тех пор, пока не разрядится конденсатор С1, к входам пороговых устройств ПУ1, ПУ2 и ПУЗ будет подводиться напря­жение. Вследствие этого на выходе порогового устройства ПУ1 и, следовательно, на входе 2 элемента DD1.1 в течение небольшого промежутка времени будет сохраняться напряжение с уровнем «логической 1». В результате к обоим входам элемента DD1.1

окажется подведенным напряжение с уровнем «логической Ь, а на выходе 3 этого элемента появится напряжение с уровнем «логического 0», что обеспечит переключение триггера в состояние с напряжением на выходе 6 элемента DD1.2, равным «логиче­ской 1». Следствием этого явится срабатывание элемента отклю­чения ЭО с подачей команды блоку логики БЛ блока переключе­ния передач БПП на отключение электромагнитов ЭМ1 и ЭМ2 включения первой и второй передач. При этом во избежание раз­рыва связи между двигателем и колесами автомобиля одновре­менно подается команда на принудительное включение высшей (третьей) передачи вследствие подачи команды на включение электромагнита ЭМЗ.

Для выключения системы защиты следует после остановки автомобиля отключить систему управления от источника питания на короткий промежуток времени, а затем вновь ее включить. При отключении системы управления произойдет разрядка кон­денсатора СЗ, поэтому сразу же после включения питания к вхо­ду 13 элемента DD1.4 окажется подведенным напряжение с уров­нем «логического 0», что обеспечит переключение триггера в со­стояние с напряжением на выходе 6 элемента DDL2, равным уровню «логического О», в результате чего система защиты будет выключена.



Если при торможении автомобиля на скользкой дороге про­изойдет блокирование колес, то действие датчика скорости, не­смотря на продолжение движения автомобиля, прекратится. В этом случае система защиты может сработать, несмотря на исправность датчика. Однако если колеса автомобиля разблоки­руются в процессе движения автомобиля, то датчик скорости вновь вступит в действие и на его выходе появится напряжение, которое может оказаться достаточным для включения порогового устройства ПУ1 с появлением на его выходе напряжения с уров­нем «логической .1». В таких условиях напряжение с уровнем «логической 1» окажется подведенным к обоим входам элемента DD1.3, вследствие чего на его выходе 8 и, следовательно, на входе 13 элемента DD1.4 напряжение уменьшится до уровня «логиче­ского 0». Тем самым будет обеспечено переключение триггера в состояние с напряжением на выходе 6 логического элемента DD1.4, равным уровню «логического О». В результате произойдет выключение системы защиты без вмешательства водителя.

Если в качестве датчика скорости используется трехфазный тахогенератор, то защита от неправильного функционирования системы управления может быть обеспечена с помощью схемы, приведенной на рис. 47. (А. с. 740546, СССР, МКИ2 В 60 К 31/00). При исправном генераторе (период tОТК) ЭДС Uф индуктируется во всех трех его фазах I, II и III, поэтому напряжение Uвых на выходе выпрямителя, состоящего из диодов VD1 — VD6, имеет не­значительные пульсации (рис. 48). В результате напряжение Uc1 на конденсаторе С1 практически постоянно и меньше среднего значения напряжения UВых на 0,65 — 0,7 В (из-за падения напряжения в диоде VD7). В результате обеспечивается закрытое со­стояние транзистора VT1, поскольку к его эмиттеру подводится меньшее напряжение, чем к базе. При этом также закрыт транзи­стор VT2, управляющий триггером включения защиты типа R — 5, выполненном на элементах DD1.1 и DD1.2, и напряжение, подводимое к входу 5 элемента DDL2, равно уровню «логиче­ской 1».





Рис. 47. Схема устройства защиты от непредусмотренного включения передач при отказе тахогенератора

В момент подключения триггера к источнику питания конден­сатор С2 не заряжен, вследствие чего первоначально к входу 1 элемента DD1.1 оказывается подведенным напряжение с уровнем «логического 0». После зарядки конденсатора С2 на входе 1 уста­навливается напряжение с уровнем «логической 1». Следователь­но, после подключения системы управления к источнику питания триггер устанавливается в положение, при котором напряжение на выходе 6 элемента DD1.2 равно уровню «логического О». В этом случае команда на t срабатывание устройства за­щиты не подается.



Рис. 48. Изменение ЭДС, индукти­руемой в фазах тахогенератора и напряжения на выходе выпрямителя и конденсатора

Если во время движения автомобиля происходит отказ тахогенератора вследствие об­рыва цепи хотя бы одной из его обмоток или ее замыкания (например, фазы II в момент tотк). генератор работает как двухфазный. Резко увеличиваются пульсации напря­жения Uвых

(рис. 48), одновременно уменьша­ется напряжение Uc1

на конденсаторе С1. Однако постоянная времени его разрядки значительно вы­ше периода изменения на­пряжения Uвых

(при ско­ростях движения авто­мобиля, когда включена хотя бы вторая передача). Поэтому при отказе тахогенератора уже в первом полупериоде t3&M изменения напряжения Uвых оно становится меньше напряже­ния UC[. В результате напряжение, подводимое к эмиттеру транзистора VT1, оказывается больше напряжения на его базе, что обеспечивает открытие как данного транзистора, так и тран­зистора VT2. Напряжение на входе 5 элемента DD1.2 умень­шается до уровня «логического О», что обеспечивает переключение триггера в состояние с напряжением на выходе 6 элемента DD1.2, равным уровню «логической 1». Следствием этого является выра­ботка команды на срабатывание устройства защиты.



Рис. 49. Схема устройства за­щиты от непредусмотренного включения передач при отказе датчика скорости, основанная на контроле его сопротивления



Принцип действия рассмотренных устройств защиты основан на сопоставлении двух сигналов, один из которых действует с малым запаздыванием по отношению к изменению частоты вра­щения вала датчика скорости, а второй — имеет относительно большое запаздывание по отношению к первому сигналу. Продол­жительность запаздывания выбирают из условия предотвращения срабатывания устройства защиты при относительно медленном изменении частоты сигналов, вырабатываемых датчиком скорости, что имеет место при нормальной работе системы управления. При отказе преобразователя быстро изменяются вырабатываемые им сигналы, на что реагирует система защиты, обеспечивая отклю­чение защищаемых устройств.

Недостатком систем защиты, основанных на данном принципе, является возможность их ошибочного срабатывания при некото­рых быстро протекающих переходных процессах в системе управ­ления. С этой точки зрения более совершенными являются систе­мы защиты, основанные на контроле сопротивления датчика скорости. Одна из схем устройства такой системы защиты, пред­назначенного для использования в системе управления с датчиком индукторного типа, приведена на рис. 49.

Основным элементом устройства является двухуровневый ком­паратор, выполненный на двух операционных усилителях [10]. Отказ датчика скорости может произойти при обрыве цепи его обмотки или резком увеличении ее сопротивления из-за плохого контакта, либо при замыкании обмотки, вследствие чего ее сопро­тивление существенно уменьшается. Таким образом, при отказе датчика скорости происходит или уменьшение, или увеличение сопротивления в цепи его обмотки по отношению к нормальному значению. Это используют для выработки сигнала, подаваемого для срабатывания устройства защиты.

ВТ рассматриваемой схеме обмотка датчика скорости BV (со­противлением Rдc) совместно с резистором R1 образует делитель напряжения, от которого напряжение подводится к ФНЧ, состоя­щему из резистора R2 и конденсатора С2. ФНЧ сглаживает пуль­сации напряжения, подводимого к точке А схемы от делителя напряжения. Напряжение в данной точке схемы UА = = UCTRдc/(R1 + Rдc) (где Uст — стабилизированное напряжение источника питания схемы).



При исправном состоянии датчика скорости напряжение UА выше напряжения UB, подводимого к резистору R9 и далее к не­инвертирующему входу операционного усилителя DA2 (от дели­теля напряжения, верхним плечом которого является последова­тельно соединенные резисторы R3 и R4, а нижним плечом — рези­стор R5). Наряду с этим напряжение UA

ниже напряжения UБ, подводимого к резистору R6 и далее к инвертирующему входу операционного усилителя DA1 (от делителя напряжения, верхним плечом которого является резистор R3, а нижним плечом — по­следовательно соединенные резисторы R4 и R5). При указанных соотношениях между напряжениями UA, UБ

и Uв оба операцион­ных усилителя имеют на выходах напряжение низкого уровня, вследствие чего сигнал на срабатывание устройства защиты ими не подается.

Положение меняется, например, при коротком замыкании в цепи обмотки датчика или ее разрыве. В первом случае (Ядс= = 0) напряжение UA падает до нуля, вследствие чего напряжение на неинвертирующем входе операционного усилителя DA2 стано­вится выше напряжения, подводимого к его инвертирующему входу. В результате усилитель DA2 будет работать в режиме с вы­соким выходным напряжением, благодаря чему через элемент ИЛИ подается команда на срабатывание устройства защиты.

Во втором случае (Rдс = °о) напряжение UA возрастает до зна­чения, близкого к напряжению источника питания Uст, в резуль­тате чего напряжение, подводимое к неинвертирующему входу операционного усилителя, становится больше напряжения на его инвертирующем входе. Следствием этого является переключение операционного усилителя DA1 в режим с высоким уровнем напря­жения на его выходе с подачей команды на срабатывание уст­ройства защиты.

В рассматриваемой схеме команда на срабатывание устрой­ства защиты сохраняется в течение всего времени, пока сущест­вует неисправность датчика скорости. Поэтому в составе схемы отсутствует элемент запоминания сигнала включения защиты, который является обязательным в рассмотренных ранее схемах устройств защиты (триггер типа R — S).



Для предотвращения подведения напряжения источника пита­ния на вход ПЧН в состав схемы защиты введен разделительный конденсатор С1.

 

Защита электронной аппаратуры от выхода из строя при подведении к ней напряжения питания обратной полярности

Для обеспечения в этом случае защиты в цепь питания электронной аппаратуры достаточно включить диод. Тогда при подведении к аппаратуре напряжения обратной полярности цепь ее питания окажется разорванной из-за включения защитного диода в непроводящем направлении. Данный способ защиты сле­дует применять в тех случаях, когда дополнительное падение на­пряжения в защитном диоде (0,6 — 0,8 В) приемлемо. Имеются, однако, случаи, когда такое падение напряжения недопустимо. В частности, при номинальном напряжении бортовой сети 12 В введение в цепь питания электронной схемы дополнительного диода приведет к тому, что минимально возможное напряжение ее питания снизится до 10 В. При этом невозможно будет обеспечить требуемое для ряда потребителей стабилизированное напряже­ние 10 В.



Рис. 50. Схемы устройств защиты от подключения к электронному блоку напряжения обратной полярности: а — цепей управления; б — силовой це­ли и цепей управления

При номинальном напряжении бортовой сети 12 В проблема защиты маломощных цепей от подведения напряжения обратной полярности может быть решена с помощью схемы, приведенной на рис. 50, а. В случае подведения напряжения требуемой поляр­ности транзистор VT1 работает в режиме насыщения с падением напряжения в его переходе эмиттер — коллектор порядка 0,1 — 0,15 В по сравнению с падением напряжения в защитном диоде 0,6 — 0,8 В. Если подается напряжение обратной полярности, то транзистор VT1 останется закры­тым, в результате чего цепь пита­ния электронного блока ЭБ ока­жется разорванной. Следует, однако, иметь в виду, что данная схема может быть применена только в том случае, если допу­стимое напряжение между ба­зой и эмиттером транзистора превышает максимальное напря­жение источника цитания. В про­тивном случае произойдет пробой перехода база — эмиттер с откры­тием перехода коллектор — эмит­тер транзистора.



В рассматриваемой схеме в качестве защитного элемента применен транзистор типа КТ501Ж, у которого допустимое напряже­ние между базой и эмиттером составляет 20 В, что выше макси­мально возможного напряжения бортовой сети (15 В).

Для защиты электронной схемы от напряжения обратной полярности в некоторых случаях могут быть использованы ком­мутирующие элементы самой схемы. В этом случае требуемая защита обеспечивается без дополнительного падения напряжения в цепях питания схемы. Данный принцип реализован в схеме (рис. 50,6), которая защищает достаточно мощную цепь (сила тока до 4 А в цепи нагрузки — обмотке электромагнита).

В случае подведения в рассматриваемой схеме напряжения обратной полярности транзистор VT2 (типа КТ837Х) остается закрытым, так как допустимое напряжение между его базой и эмиттером составляет 15 В. Предотвращается и включение тран­зистора VT1, потому что резистор R2 отключается от источника питания с помощью транзистора VT3, включенного согласно схе­ме, данной на рис. 50, а.

 


Содержание раздела

---