Разработка автоматизированной системы для измерения и контроля угла развала

1. Введение

 

Эффективное управление в динамично изменяющейся среде организации невозможно без мощной информационной поддержки.

Применение автоматизированных информационных систем (АИС) помогает решать данную проблему.

АИС, предназначенная для информационной поддержки решения задач управления, должна отражать используемые при принятии решений модели управляемого объекта (процесса) в соответствии с оптимизационными задачами (целевыми функциями управления).

Автоматизированная информационная система (АИС) — совокупность программно-аппаратных средств, предназначенных для автоматизации деятельности, связанной с хранением, передачей и обработкой информации.

АИС являются, с одной стороны, разновидностью информационных систем (ИС), с другой — автоматизированных систем (АС), вследствие чего их часто называют ИС или АС.

АИС может быть определена как комплекс автоматизированных информационных технологий, предназначенных для информационного обслуживания - организованного непрерывного технологического процесса подготовки и выдачи потребителям научной, управленческой и др. информации, используемой для принятия решений, в соответствии с нуждами для поддержания эффективной деятельности.

Классическими примерами автоматизированных информационных систем являются банковские системы, автоматизированные системы управления предприятиями, системы резервирования авиационных или железнодорожных билетов и т. д.

Основной причиной создания и развития АИС является необходимость ведения учёта информации о состоянии и динамике объекта, которому посвящена система. На основании информационной картины, создаваемой системой, руководители различного звена могут принимать решения об управляющих воздействиях с целью решения текущих проблем.

Учётные данные системы могут быть подвергнуты автоматической обработке для последующего тактического и стратегического анализа с целью принятия управленческих решений большего горизонта действия.

Побочными, возможными, но не гарантированными эффектами от использования системы могут выступать:

• повышение производительности работы персонала;
• улучшение качества обслуживания клиентов;
• снижение трудоемкости и напряженности труда персонала;
• снижение количества ошибок в его действиях.

Одним из путей повышения эффективности АИС является выявление общих закономерностей функционирования организаций, как в целом, так и по видам деятельности, и создание типовых моделей и АИС.

 

 

 

2. Анализ объекта производства и технологического процесса

 

Общие сведения по параметрам установки колес

2.1. Схождение

          Схождением называют разницу расстояний, измеренных по передним и задним точкам диска колеса в горизонтальной плоскости. Если расстояние, измеренное по передним точкам меньше расстояния, измеренного по задним точкам (т.е. колеса повернуты к центральной линии автомобиля), то говорят о положительном схождении, если наоборот - об отрицательном (обратном) схождении.

          До проведения измерений нужно  убедиться в отсутствии биения  дисков колес. Неправильная регулировка  схождения отрицательно влияет  на стабилизацию рулевого управления и комфортность управления автомобилем.

          Схождение колес может быть  выражено в линейных и угловых  мерах, в зависимости от типа  применяемого оборудования.

2.2. Обратное схождение в повороте

          Обратное схождение в повороте - это разность углов поворота внешнего и внутреннего колеса, отсчитываемых от центральной оси автомобиля.

          Рулевое управление сконструировано  так, что внутреннее колесо  катится по меньшему радиусу  поворота (имеет больший угол  поворота), что уменьшает проскальзывание колеса.

          Разница углов поворота влево  и вправо должна быть нулевой  или в пределах, допускаемых заводом-изготовителем  (угол А)

2.3. Угол развала

          Если колесо отклонено от вертикальной  плоскости наружу автомобиля, то  говорят о положительном развале(В), если колеса отклоняются внутрь - то развал отрицательный (С). При этом направление взгляда - вдоль оси автомобиля спереди назад.

          Влияние развала может быть  рассмотрено на примере качения  конуса А (стабилизация качения). Так, колеса, имеющие положительный развал, имеют тенденцию к качению по направлению от центральной оси автомобиля; колеса, имеющие отрицательный развал, катятся по направлению к центральной оси.

          Развал измеряется в градусах, при этом колеса должны находиться в положении прямолинейного движения.

2.4. Угол наклона шкворня (поперечный) и дополнительный поперечный угол

       Поперечный  наклон шкворня отсчитывается  от вертикали по направлению  центральной оси автомобиля (А)

          Многие системы подвески не имеют шкворня, в этом случае можно говорить о воображаемом наклоне шкворня, заменяемого осью, проходящей через центры шаровых опор.

          Дополнительный угол складывается  из угла развала и угла поперечного  наклона шкворня (с учетом знаков). Оси угла развала и поперечного наклона шкворня пересекаются в некоторой точке. Если точка пересечения лежит ниже дорожного покрытия, то размер С представляет собой положительное плечо обкатки, если точка пересечения выше дорожного покрытия - плечо обкатки отрицательное.

          Маленький радиус обкатки способствует  стабилизации рулевого управления. На автомобилях с диагональным  разделением контуров тормозов  отрицательное плечо обкатки  стабилизирует рулевое управление  при неравном распределении тормозных  сил на управляемых колесах.

2.5. Продольный наклон шкворня

          Угол продольного наклона шкворня  отсчитывается от вертикали при  взгляде сбоку автомобиля.

          Угол  продольного наклона влияет на  стабилизацию рулевого управления.

          Для  обеспечения тенденции к установке управляемых колес угол продольного наклона обычно делают положительным.

2.6. Максимальный угол поворота

          Максимальный угол поворота - это  угол, отсчитываемый от центральной  оси автомобиля до плоскости  вращения колеса при положении колеса в упоре (левом или правом).

          Угол  отклонения внутреннего колеса  значительно больше угла отклонения  внешнего колеса (А).

2.7. Задние управляемые колеса

          В последнее время некоторые  изготовители автомобилей вводят  систему задних управляемых колес. В основном системы с задними управляемыми колесами сконструированы так, что при превышении скорости 30-50 км/ч задние колеса поворачиваются в ту сторону, что и передние (А). Более сложные системы обеспечивают поворот задних колес в противоположном направлении поворота передних на низких скоростях (В) и поворот в том же направлении на высоких.

          Применение  задних управляемых колес повышает  управляемость автомобиля, способствует  повышению скорости прохождения  поворотов, улучшает маневренность при парковках.

          До попыток  отрегулировать рулевой привод  задних управляемых колес, ознакомьтесь  с руководством по обслуживанию  вашего автомобиля.

2.8. Ось симметрии и отклонения осей

          Осью симметрии называется линия, соединяющая центры передней и задней осей (А).

          Неправильная  установка схождения передних  или задних колес может стать  причиной отклонения движения  автомобиля от заданного направления.

          Нарушение  симметрии называют отклонением  осей.

2.9. Сдвижка колес

          Сдвижка колес (Х) измеряется  на колесах одной оси. Может  измеряться в линейных и угловых  мерах.

2.10. Установочная высота

          Расположение нагрузки

          Некоторые производители автомобилей  требуют при проведении регулировочных работ обеспечения определенной загрузки автомобиля.

          В зависимости от модели загрузка  должна быть произведена на  передних (А) и задних (В) сиденьях  и багажнике (С).

2.11. Шины

          Износ шин

          Неправильная установка колес приводит к ускоренному износу шин. На рис. 11 показан характер износа шин при неправильной регулировке схождения: излишнее обратное схождение приводит к ступенчатому износу беговых дорожек (А) и износу внутренней части протектора (В)

2.12. Процедура регулировки

          Подготовительные операции:

Проверьте:

1. Размер шин и давление  в них.

2. Состояние пружин  подвески (визуально по крену  автомобиля)

3. Отсутствие излишних  люфтов в рулевом механизме  и тягах.

4. Регулировку подшипников  колес.

5. Отсутствие биения колес (коробленые диски должны быть заменены).

6. Загрузить автомобиль, как это рекомендовано.

7. Покачайте автомобиль  на подвеске при выключенном  ручном тормозе.

8. Установите рулевой  механизм в центральное положение.

          Типы регулировки:

1. Схождение - обычно  регулировка схождения может  быть проведена изменением длины  поперечной рулевой тяги после  отпускания контргайки и зажима (рис.12). Поворот наконечника должен  быть одинаков с обеих сторон  автомобиля.

2. Продольный наклон  шкворня - регулируется изменением длины поперечной рулевой тяги (рис.13) либо изменением толщины регулировочных прокладок под опорой рычага (рис.14).

3. Развал - в большинстве  случаев развал регулируется:

а) изменением положения  верхней опоры стойки Макферсона

б) изменением толщины прокладок под опорой рычага подвески (рис.14)

в) изменением положения  шаровой опоры на рычаге (рис.15,А)

г) регулировкой кулачка  внизу стойки (рис.15,В)

 

3. Проектирование автоматизированной измерительной

системы

 

3.1 Выбор датчика для контроля

 

В данной работе используется датчик изображения на основе CCD матрици (DSP 500) (рис. 3.1.1).

 

Рис. 3.1.1 Датчик изображения DSP 500

 

Назначение и область применения: предназначен для измерения углов развала и продольного наклона поворотной оси (кастер) в датчиках этой серии используются гироскопы, а для измерения остальных параметров — инфракрасные лучи, излучаемые одним датчиком и принимаемые фотоприемником на другом датчике.

Технические характеристики:

 

Оптический формат: 1/7"(Color).

Вес: 500,3г.

Разрешение, пикс: 352H x 288V. Напр. питания, В: 2.8.

Потребляемая мощность: 55mW @ 30 fps

Размер пикселя, мкМ: 7.8 x 7.8.

Динамический диапазон, дБ: 65.

 

 

 

 

 

 

3.2. Разработка модели автоматизированной измерительной системы

 

L-Card представляет малогабаритный, многофункциональный USB-модуль АЦП/ЦАП с функциями цифрового ввода-вывода Е-154 (рис. 3.2.1) с экстремально низкой стоимостью на основе 32-битного ARM-микроконтроллера AT91SAM7S64 корпорации Atmel.

 

 

Рис.3.2.1 Внешний вид USB-модуля АЦП/ЦАП Е-154.

 

Концепция Е-154, кроме низкой стоимости, предполагает: сохранение высоких метрологических характеристик АЦП, развитые функции ввода-вывода, открытость архитектуры Е-154 (и программных кодов с комментариями) с возможностью пользовательского низкоуровнего программирования ARM, подробность поставляемой документации.

Функциональная схема Е -154 (рис. 3.2.2).

Состав оборудования:

• Контроллер. Вся логика внутреннего управления заложена в программе ARM-контроллера типа AT91SAM7S64 (для краткости далее будем называть его просто - ARM). На функциональной схеме показаны только те периферийные интерфейсные линии ARM, которые задействованы в Е-154, и показаны только те основные и альтернативные функции этих линий, которые используются или принципиально могут быть использованы.

• USB-интерфейс используется для взаимосвязи с компьютером, цепь питания +5V USB используется для питания Е-154.
• JTAG-интерфейс может быть задействован для учебно-отладочных пользовательских задач. Важно, что доступ к JTAG-разъему возможен только при снятой верхней крышке корпуса Е -154.
• АЦП (A/D) представляет собой 12-битный аналого-цифровой преобразователь последовательного приближения типа AD7895AR.
• Аналоговый тракт состоит из 8-ми входов АЦП (ADC1...ADC8), электронного коммутатора К1, усилителя с управляемым коэффициентом передачи А1.
• Регистры цифрового вывода и управления аналоговым трактом. Это регистр Rgl с последовательным входом и параллельным выходом данных, параллельный регистр Rg2a управления аналоговым трактом, параллельный регистр Rg2b цифрового вывода.
• ЦАП устроен по принципу усреднения широтно-импульсного модулированного сигнала, снимаемого с линии PWM2 ARM. Канал ЦАП состоит из ФНЧ F1, усилителя А2 и выхода DAC.
• Цифровые входы DI1...DI8 с альтернативными функциями ввода-вывода.
• Джампера Л резервного режима загрузки Е-154. Доступ к джамперу Л возможен только при снятой верхней крышке корпуса Е-154.
• Индикатор VD1 представляет собой светодиод красного цвета, зажигающийся от выходной логической единицы порта РАЗ ARM.
• Стабилизатор напряжения (по линейному принципу) использован для получения стабилизированного напряжения +3.3 V, используемого для питания ARM.
• Преобразователь напряжения использует задающие сигналы портов PWMO, PWM1. Выходные напряжения преобразователя ±8 V используются для питания аналогового тракта АЦП