Пристрій для виявлення пошкодження в системі електрообладнання автомобіля

Винахід відноситься до галузі електротехнічних систем, а саме до систем автоматичного контролю електрообладнання автомобілів і може бути використаний в системах захисту електроспоживачів. Відомі системи вимірювання, контролю, корегування, управління та відображення стану автомобільних вузлів та агрегатів, що включають мікроконтролери, вимірювальні системи, дисплейні індикатори, які об'єднуються в єдину мультикомп'ютерну мережу [Микропроцессоры для автомобильной электроники. Дж. Марли. ТИИЭР Перев. с англ. 1978,т.66,№2,с. 37-48]. Відомі спосіб та пристрій для виявлення ушкоджених кінцевих пристроїв і короткого замикання [Патент США №5179341, кл. G01R31/08, 31/11, 1991]. Спосіб полягає у формуванні повідомлення шляхом порівняння кількості інформативних посилок двох лічильників у заданий проміжок часу. Повідомлення аналізуються та формуються для реалізації цього способу пристроєм, який має перший лічильник для визначення числа інформаційних посилок, що передані у заданий проміжок часу, другий лічильник для визначення числа інформаційних посилок, що виникають при ушкодженні у той же проміжок часу та пристрій для порівняння кількості посилок, що налічені першим та другим лічильниками по закінченні заданого проміжку часу. Сигнал про виявлення ушкоджених електроспоживачів формується при співпаданні числа посилок у першому та др угому лічильниках. Недоліком відомого способу є алгоритмічна складність, низька інформативність, обмежені можливості, які вимагають додаткового обстеження електрообладнання та електроспоживачів автомобіля для визначення ймовірного ушкодження. Як наслідок, це призводить до значних витрат часу на пошук ушкоджень, зниження ефективності праці та підвищення втомлюваності водія. Найближчим до способу, що заявляється, є спосіб для контролю роботи електричних навантажень в автомобілі та пристрій для його здійснення [Патент США №5337013, кл. G01R31/02, 1992]. Спосіб полягає у формуванні діагностичним пристроєм сигналу шля хом порівняння вхідного і вихідного сигналів контролюємого пристрою автомобіля. Пристрій має: елемент, що виявляє стр ум, який послідовно підключений до джерела та навантаження; сукупність елементів, кожний з яких у відповідності до керуючого сигналу може замикати або розмикати ланцюг для протікання струму від джерела до відповідного навантаження; блок керування є запам'ятовуючим пристроєм для зберігання значень затримки навантажень, що відповідають електричним характеристикам. При надходженні на блок керування вхідного сигналу, що відповідає першому навантаженню, формується перший керуючий сигнал, який подається на перший елемент, що замикає відповідний канал проходження струму у зазначений час, при цьому відбувається змінення вихідного сигналу навантаження. Далі з запам'ятовуючого пристрою вилучається значення першої затримки, що відповідає першому навантаженню. По закінченні інтервалу часу, що відповідає першій затримці, після замикання визначається змінення вихідного сигналу і формується діагностичний сигнал, що характеризує режим роботи першого навантаження. Недоліком відомого способу є те, що діагностичний сигнал формується лише при виникненні ушкодження з застосуванням складності та навантаження алгоритму контролю, відсутній постійний контроль за нормальною роботою електрообладнання автомобіля. Слід також відзначити, що для виявлення та усунення ушкодження для водія недостатньо отриманої інформації, в наслідок чого виникає потреба додаткового обстеження системи електроживлення автомобіля для виявлення ушкодженого елемента у ланцюгу, що не працює за заданими параметрами. Крім того, неможливість негайного визначення ушкодження, за умови напруженого багаторівневого контролю за станом роботи усіх агрегатів автомобіля, підвищує втомлюваність водія, погіршує психофізіологічні умови праці, що призводить до помилкових оперативних оцінок результатів такого додаткового обстеження. Відомий індикатор постійної напруги [Авторське свідоцтво СРСР №1725144. кл. G01R19/165, 1990]. Індикатор має компаратор, дільник напруги, ключовий елемент. генератор імпульсів, елемент "Той, що виключає АБО", елемент сигналізації. Пристрій забезпечує трирівневу індикацію стану роботи електрообладнання. Про нормальну роботу системи електроживлення індикатор повідомляє постійним світінням елемента сигналізації. Рідке мигтіння елементу сигналізації свідчить про низький рівень напруги, а дрібне мигтіння - про високий рівень напруги. Недоліком відомого пристрою є багаторівнева та постійна індикація стану роботи джерела живлення та низька інформативність відносно негайного виявлення ушкодженого елементу в системі електрообладнання автомобіля. Крім того, при наявності одночасного контролю за декількома приладами, це призводить до підвищення втомлюваності та дратівливості водія та відвертає увагу від керування автомобілем. Відомий пристрій для контролю напруги [Патент РФ №2022274, кл. G01R19/165,1990]. Пристрій має джерело опорної напруги, що підключено до входу компаратора, світловипромінюючий діод, дільник напруги, три порогових елементи, ключовий елемент, транзистор, конденсатор та резистор. Введення на вхід компаратора двох порогових елементів, які підключені до виходу ділителя напруги, забезпечує допусковий контроль відхилення вхідної напруги від мінімальної позначки. Включення на виході компаратора третього порогового елементу і транзистора забезпечує стійке включення пристрою у режимі мигтіння при підвищенні допустимого рівня напруги та забезпечує розширення нижнього рівня напруги, що контролюється, із стійким світінням світлодіода. Цей пристрій забезпечує трирівневу індикацію стану роботи електрообладнання. Але при нормальній роботі системи електроживлення індикація відсутня. Мигтіння елементу сигналізації свідчить про високий рівень напруги, а постійне світіння - про низький рівень напруги. Недолікам відомого пристрою є необхідність у додатковому обстеженні системи електрообладнання автомобіля та низька інформативність для негайного виявлення ушкодженого елемента у системі електроживлення. Відома система контролю споживання електричного струму в автомобілі [Патент Німеччини №4338462, кл. G01R 19/165, G01R31/02, B60R16/02, 1993], яка має джерело живлення, споживачів електричної енергії, комутатор, мікрообчислювач, вимірювальний пристрій, логічний увід/вивід, аналоговий мультиплексор, коректор помилок, ключ постійного струму, вимірювальний канал, драйвер комутації. Недоліком відомої системи є велика кількість елементів з підвищеними метрологічними вимогами, значний вміст програмного забезпечення. Крім того, відома система не забезпечує водія інформацією, що допомагає оперативно виявити місце знаходження ймовірного ушкодженого елементу електрообладнання автомобіля. Найближчим до способу і пристрою, що заявляється, є система виявлення ушкоджень в системі електрообладнення автомобіля [Патент України №49070, кл. G01R19/165, G01R31/0, 2002], яка має джерело живлення, стабілізатор, n-виходів підключені до блоку запобіжників, n-виходів підключені до n-входів споживачів електричної енергії, n-виходів з'єднані з n-входами, що комутуються, комутатор, мікроконтролер, нормалізатор рівня сигналу, дисплей, елементи індикації. Недоліком відомої системи є використання елементів з підвищеними метрологічними вимогами, спеціального програмного забезпечення, постійної індикації на дисплеї про стан роботи всієї мережі електрообладнення автомобіля. Відома система не забезпечує водія оперативною інформацією, що допомагає миттєво реагувати на ушкодження в ланцюгу електрообладнання автомобіля, що знижує напругу в психо фізіологічному стані водія. Структура електрообладнання автомобіля складається з системи ланцюгів електроживлення, які мають пристрої захисту кінцевих епектроспоживачів та акумулятора (генератора) від недопустимих відхилень. До таких пристроїв віднесені запобіжники. конструкція, технологія виробництва та фізичні принципи роботи, які мають багато рішень. Проте, головне їх призначення полягає в тому, щоб розривати електричний зв'язок між споживачем та джерелом електроенергії у разі підвищення значення струму, що допустимий при безпечній експлуатації автомобіля. При виникненні порушень у роботі кінцевого споживача електроенергії (одного або декількох) спрацьовує запобіжник, тобто ланцюг набуває розриву, а запобіжник псується. Таким чином, псування запобіжника є найбільш ймовірним ушкодженням у ланцюгу електроживлення. Пошук зіпсованого запобіжника потребує певних витрат часу та зусиль. Для прискорення пошуку зіпсованого запобіжника в конструкціях електрообладнання автомобіля формують блок запобіжників, які, як правило, знаходяться під капотом або під панелью пристроїв [Г.Р. Этцольд. Устройство, те хническое обслуживание и ремонт автомобиля, Опель Вектра/Калибра. Каунас. Изд. "Аринас". 1994. С.37-38]. Таке конструктивне рішення не забезпечує швидкого та ефективного інформування про стан системи електрообладнання та електроспоживачів. З рівня розвитку алгоритмічних та програмно-технічних рішень видно, що відомі апаратно-програмні засоби вимагають удосконалення: перехід до нових електронних схемотехнічних рішень контролю і відображення, розширення функціональних можливостей, збільшення надійності при оптимальних конструктивних рішеннях, а також, що актуально у сьогочасних умовах, зниження ризику та підвищення безпеки при експлуатуванні автомобілів. Ці властивості досягаються при системному використанні нового способу і схемотехнічному рішенні для виявлення пошкоджень в мережі електрообладнання та електроспоживачів автомобіля, за допомогою яких зменшується навантаження та нервово-психологічний тиск на стан водія, підвищується безпека руху. В основу винаходу покладена задача розробки і вдосконалення способу і пристрою виявлення пошкоджень в мережі електрообладнання та електроспоживачів автомобіля і підвищення ефективності отриманої діагностичної інформації для пошуку ушкодженого елементу за рахунок організації двоетапної діагностично-пошукової системи та використання нових (замість складних) електронних компонентів, що дозволяє спочатку отримати інформацію про ушкодження електричної мережі автомобіля, а далі визначити місце ушкодження ланцюгів енергоспоживання, використовуючи візуальну та звукову індикацію. Задача винаходу вирішується тим, що досягається логічна організація двоетапної діагностично-пошукової системи виявлення ушкоджень електрообладнання автомобіля. завдяки якій діагностика відбувається автоматично безперервно, а аварійна індикація (світловий та акустичний сигнали) спрацьовує тільки при наявності ушкодження. Діагностика стану мережі електрообладнання здійснюється за допомогою формування діагностичного сигналу, який змінює стан ячейки пам'яті тільки при наявності пошкодження в ланцюзі електроживлення. Задача винаходу вирішується у обсязі виконання розробленого алгоритму шля хом відображення аварійного сигналу в системі пошуку ушкодженого ланцюга-електроживлення за допомогою паралельного підключення світлового індикатора до конструкції блоку запобіжників та наявності інформаційного виходу з нього (на фіг. блок 6, вихід D1). Організація запропонованої діагностично-пошукової системи забезпечує постійний та ефективний контроль роботи електрообладнання і дозволяє оперативно отримати інформацію про ушкодження і визначити ймовірне місце. На відміну від відомих (із рівня техніки) рішень задачі, що використані у способах виявлення пошкоджень в мережі електрообладнання автомобілей і мають алгоритмічну складність, велику кількість елементів, підвищені метрологічні вимоги, спосіб виявлення пошкоджень та пристрій для його здійснення, що заявляється, легко реалізується. Досягненню технічного результату сприяє пристрій для здійснення способу, що пропонується. Пристрій має джерело живлення 1, перший вихід якого підключений до A1...An входів споживачів електричної енергії 21...2n і до першого входу оптроного ключа 3, а другий вихід джерела живлення 1 з'єднаний з вимикачем 4, вихід якого з'єднаний зі стабілізатором 5 та входами В1...Вn блоку запобіжників 6, С1...Сn виходів якого підключені до n входів споживачів, a D 1...Dn ви ходи з'єднані з l...n інформаційними входами комутатора 7, вихід якого з'єднаний з другим входом оптроного ключа 3, другий вхід комутатора 7 з'єднай з виходом генератора 8, а третій вхід підключений до виходу стабілізатора 5, третьому входу оптроного ключа 3, входу генератора 8. першого входу ячейки пам'яті 9 та формувача сигналу "СКИДАННЯ" 10, вихід якого підключений до другого входу ячейки пам'яті 9, третій вхід якого з'єднаний з виходом оптроного ключа 3, а вихід підключений до елемента індикації 11 пошкодження електричної мережі автомобіля. Блок запобіжників містить в собі запобіжники FU1...FUn , паралельно яким підключені послідовно з'єднані обмежувальний опір RO1...ROn і світлодіод HL1...HLn. Напруга живлення надходить на блок запобіжників 6, на входи В1...Вn і через запобіжники FU1...FUn надходить до споживачів електроенергії, 21...2n, а контакти A1...An з'єднані з негативним полюсом джерела живлення 1. Сигнал в точці (D1...Dn) з'єднання обмежувального опіру (RO1...ROn) і світлодіоду (HL1...HLn) є інформаційним і надходить до першого інформаційного входу (l...n) комутатора 7. Приклад реалізації рішення, що заявляється. Спосіб полягає в організації діагностично-пошукового процесу, який відбувається разом з пристроєм, за допомогою якого здійснюється постійний контроль роботи у ланцюгах електрообладнання автомобіля та визначається місцезнаходження пошкодження електричної мережі електроспоживача. В активному режимі (за умови включення вимикача 4, нормальної роботи електрообладнання автомобіля, при нормальних величинах стр умів у ланцюгах електроспоживання та їх нормальній роботі) зі стабілізатора напруги 5 надходить напруга живлення на комутатор 7, генератор 8, ячейки пам'яті 9 і формувач сигналу "СКИДАННЯ" 10. При цьому, ячейка пам'яті 9 встановлюється в стан логічного "0". Генератор 8 виконує наступну функцію: послідовно встановлює адресу комутатора 7 з метою комутації ланцюгів контролю споживачів електроенергії (21...2n) з інформаційними входами комутатора 7. ви хід якого поєднаний зі входом оптроного ключа 3. При нормальній роботі системи електрообладнання автомобіля аварійна сигналізація відсутня. Цей процес є послідовним та безперервним. Кожний споживач електричної енергії (21...2n) перевіряється один раз за повний цикл контролю усіх ланцюгів. При нормальному режимі роботи кінцевого споживача енергії (2i) опір запобіжника (FUi) малий і шунтує ланцюг "обмежувальний опір (R0i) - світлодіод (HL1)", тобто світіння світлодіода і індикатора пошкодження 11 відсутні. Якщо запобіжник псується (ланцюг розімкнений), спрацьовує ланцюг "джерело живлення 1 обмежувальний опір (R0i) - світлодіод (HLi) - споживач електроенергії (2i)", в наслідок чого світлодіод HLi починає світитися, що вказує на ушкодження у ланцюгу електроспоживача. Поряд з цим струм від джерела живлення 1 проходить по ланцюгу: джерело живлення 1 - обмежувальний опір (R0i) - інформаційний і-тий вхід коммутатора 7, вихід якого включає оптроний ключ 3, а вихідний сигнал останього встановлює ячейку пам'яті 9 в стан логічної "І", що дає змогу перейти в активний режим (режим аварійного стану) індикатору пошкодження 11. Для нормального світіння світлодіода HLi та включення оптроного ключа 3 R0i розраховують за їх те хнічними характеристиками. При ушкодженні споживача електричної енергії і утворенні короткого замикання у споживачі (RH(2і) = 0), стр ум від джерела живлення (ІH) збільшується і запобіжник псується. В цьому випадку утворюється ланцюг: U + - Roi – HLi - споживач – U-. Світлодіод HL, починає світитися. В той же час, струм від джерела живлення 1 проходить через обмежувальний опір (Roi) і поступає на і-тий інформаційний вхід коммутатора 7, вихід якого включає оптроний ключ 3, а вихідний сигнал останього встановлює ячейку пам'яті. 9 в стан логічної “Ί”, що дає змогу перейти в активний режим (режим аварійного стану) індикатору пошкодження 11. Маючи відображення індикатора пошкодження 11 електричної мережі автомобіля та за допомогою світіння світлодіода HLi, що вмонтований до конструкції блоку запобіжників 6. який вказує на ушкодження у ланцюгу, досить просто визначити місцезнаходження пошкодження електричної мережі електроспоживача. Таким чином, спосіб для виявлення ушкоджень в системі електрообладнання автомобіля та пристрій для його здійснення, що пропонуються, забезпечують водія інформацією, яка є більш ефективною для негайного виявлення та усунення ушкодження у вузлах (ланцюгах) електроспоживачів, з яких утворюється мережа електрообладнання автомобіля. Заявлена група винаходів за допомогою простого і ефективного алгоритму роботи і рекомендованої структурної схеми визначення місцезнаходження пошкодження електричної мережі електроспоживача автомобіля (що є конкретним прикладом реалізації заявленого способу та пристрою негайного виявлення ушкодження). Галузь використання групи винаходів не обмежена ними, а визначається у відповідності з пунктами доданої формати винаходу та їх еквівалентами.