CC BY
9ВКВО-2019- Радиофотоника
СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ИЗНОСА ПНЕВМАТИЧЕСКОМ
ШИНЫ
*
Губайдуллин Р.Р. , Аглиуллин Т.А., Сахабутдинов А.Ж.
^ КНИУТУ-КАИ, г. Казань * E-mail: diablogrr@gmail.com
DOI 10.24411/2308-6920-2019-16043
Тормозная система колесных транспортных средств является средством активной безопасности. В работах [1,2] приводятся зависимости, согласно которым эффективность торможения транспортных средств снижается с увлечением износа. В связи с этим встает проблема оценки величины износа шины. В данной работе для решения данного вопроса была предложена оптоэлектронная система контроля износа шины основанная на применении волоконных брэгговских решетках (ВБР). Согласно работам [3,4] предложенная система обладает следующими достоинствами: малые габариты и вес датчиков, устойчивость системы к электромагнитным и радиационным излучениям, потребление малого количества электроэнергии.
В качестве объекта исследования в данной работе была выбрана высота протектора шины, так как на территории Российской Федерации минимальная величина данного параметра для допуска на дороги общего пользования регламентирована и составляет для легковых автомобилей 1,6 мм, для грузовых автомобилей 1 мм, для автобусов 2 мм [5]. В качестве чувствительного элемента отражающая решетка Брэгга.
Конструкция измерительной система схожа с конструкциями систем представленных в [3,4]. Где источник излучения, устройства приема и обработки оптического сигнала с их блоками питания расположены в центре колеса для минимализации дисбаланса колеса при движении, а легкий чувствительный элемент расположен радиально в каркасе шины, что бы обеспечить прямо пропорциональную зависимость истирания шины и сокращения длины ВБР.
На рисунке 1а представлена оптоэлектронная схема опроса системы износа основанная на принципах радиофотонных измерений и предназначена для анализа отклика отражения ВБР. Широкополосный лазерный источник - 1 генерирует непрерывное лазерное излучение (диаграмма a), которое отражается от ВБР (диаграмма а). Циркулятор - 2 перенаправляет сигнал (диаграмма b) на оптоволоконный разветвитель - 4, который делит оптический сигнал на два - опорный и измерительный. В измерительном канале устанавливается фильтр - 5, представляющий собой ВБР с широкой прямоугольной формой спектра отражения (диаграмма с). Данный фильтр служит для отсечения из измерительного сигнала спектров отражения, полученные в момент, когда ВБР - 3 находится не в пяте контакта и на нее воздействуют лишь температура шины (диаграмма d). Данный шаг позволяет увидеть на фотоприемнике - 6 периоды возникновения скачков механического напряжения и оценить угол р трапециевидного скачка мощности электрического сигнала (рисунок 1 б). По периоду измерительная система оценивает частоту вращения колеса, а по углу р величину полосы пропускания измерительной ВБР и как следствие величину износа шины, так как решетки с длинной полосой пропускания будут придавать трапециевидную форму скачкам мощности из-за частичного прохождения отклика отражения измерительного ВБР находящегося вблизи границ фильтра. Электрический сигнал от фотоприемника - 6 попадает на аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) - 7. В опорном канале, сигнал (диаграмма е) без изменения мощности попадает на опорный фотоприемник - 8 и предается в опорный АЦП - 9. Все дальнейшие расчеты ведутся не с абсолютным значением мощности светового потока, а с отношением мощностей в измерительных и опорных каналах. Соотношение мощностей оптического сигнала на фотоприемниках - 6 и 8 позволяет избавиться от недостатка, связанного с колебаниями мощности светового потока, возникающих в оптико-электронной системе.
В ходе работы над системой были произведены моделирования отклика измерительной ВБР решетки с начальной длинной 10 мм при износе шины от 0 до 5 мм, так как современные шины легковых автомобилей имеют высоту протектора порядка 6-8 мм. В качестве среды моделирования был использован пакет программ OptiGrating, полученные данные были объединены в среде Matlab и представлены на рисунке 1 в.
92 №6 2019 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2019» www.fotonexpres.rufotonexpress@mail.ru
ВКВО-2019 Радиофотоника
Р. Вт*
е 8 9
Рис. 1. а) оптоэлектронная схема опроса систем, где отображены отклики измерительной ВБР в разные периоды времени; б) схема возникновения скачков мощности на измерительном фотоприемнике вследствие вращения колеса; в) зависимость изменения отклика отражения измерительной ВБР от
величины износа
Предложенная система демонстрирует возможности оценки величины износа шины и измерения частоты вращения колеса с помощью радиофотонных методов измерения. В работе была предложена оптоэлектронная схема измерительной системы. Данная работа нацелена внести вклад в развитие активных систем безопасности и средств контроля технического состояния транспортных средств.
Литература
1. Марков А.С, Яньков О.С, Федотов А.И. Исследование влияния износа рисунка протектора шины на её реализованный коэффициент сцепления с плоской и цилиндрической опорной поверхностью//Материалы 99-й международной научно-технической конференции «БЕЗОПАСНОСТЬ КОЛЁСНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ В УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ», - 2017, - с. 95-102
2. Марков А.С, Яньков О.С, Бойко А.В. Исследование по повторяемости результатов измерения тормозных сил на роликовом силовом стенде в зависимости от износа автомобильной шины //Материалы 99-й международной научно-технической конференции «БЕЗОПАСНОСТЬ КОЛЁСНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ В УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ», - 2017, - с. 452-458
3. Gubaidullin R.R., Agliullin T.A., Morozov O.G. Microwave-Photonic Sensory Tire Control System Based on FBG // 2019 Systems of Signals Generating and Processing in the Field of on Board Communications - Moscow, 2019
4. Agliullin T.A., Gubaidullin R.R., Morozov O.G. Tire Strain Measurement System Based on AddressedFBG-Structures //2019 Systems of Signals Generating and Processing in the Field of on Board Communications -Moscow, 2019
5. Приложение 1 ПДД РФ
№6 2019 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2019»
www.fotonexpres.rufotonexpress@mail.ru 93
