Система логического управления автоматическим переключением скоростей автомобиля

Размещено на http://www.allbest.ru/

Исходные данные к проекту:

Разработать систему логического управления автоматическим переключением скоростей. Перед проектированием системы составить краткое техническое задание. Разработать дерево вызова процедур, микропрограмму работы системы и синтезированную схему автомата Мура или Мили.

Расчетная часть проекта должна содержать:

- эскиз или схему объекта расчета;

- задачу расчета;

- исходные данные для расчета;

- условия расчета;

- расчет;

- заключение;

Примером расчета может быть оценка объема памяти процессорной платы, расчеты согласования модуля ввода/вывода с датчиками и исполнительными элементами, расчет надежности.

логический управление коробка передача

Введение

В наше время робототехника широко применяется в промышленности, а также в сфере общественного питания и в медицине. Роботизация способствует развитию и прогрессу в любом виде деятельности. Роботы выполняют самые различные работы и задачи. Это может быть простое перемещение грузов, а могут быть сложные технологические операции.

Автоматизация и роботизация -это не только решение технических и производственных задач, но также повышение уровня производительности и качества изделий, это является самым эффективным методом развития любой отрасли. Автоматизация -- одно из направлений научно-технического прогресса, использующее саморегулирующие технические средства и математические методы с целью освобождения человека от участия в процессах получения, преобразования, передачи и использования энергии, материалов или информации, либо существенного уменьшения степени этого участия или трудоёмкости выполняемых операций. Основная тенденция развития систем автоматизации идет в направлении создания автоматических систем, которые способны выполнять заданные функции или процедуры без участия человека. Роль человека заключается в подготовке исходных данных, выборе алгоритма (метода решения) и анализе полученных результатов. Однако присутствие в решаемых задачах эвристических или сложно программируемых процедур объясняет широкое распространение автоматизированных систем. Здесь человек участвует в процессе решения, например, управляя им, вводя промежуточные данные. На степень автоматизации влияют продолжительность времени, отведенного на решение задачи, и её вид -- типовая или нет. Но при поиске решения нестандартной задачи следует полагаться только на самого себя. Элберт Г. Хаббард:

Одна машина может сделать работу пяти обычных людей; ни одна машина не сделает работу одного незаурядного человека.

Обзор

Классическая автоматическая коробка передач (АКПП)

Классическая АКПП отличается от современных автоматов, прежде всего количеством диапазонов и принципом управления автоматом. Ранее применялись АКПП с количеством диапазонов переключения менее чем пять, и управление автоматом осуществлялось гидравликой. Но сейчас наиболее распространенны автоматы с пятью диапазонами и более, управление современными АКПП осуществляется электроникой, к тому, же практических на всех автоматах используется устройство блокировки гидротрансформатора, а в некоторых трансмиссиях предусмотрена функция ручного переключения диапазонов.

Основными достоинствами современных АКПП, являются следующие факторы: мягкое и плавное, практически не ощутимое переключение передач, в загородном режиме расход топлива соответствует расходу автомобиля с механической коробкой, а в некоторых случаях даже ниже, к тому же на автоматах, переход по передачам осуществляется равномерно на любых значениях крутящего момента. К недостаткам классических АКПП стоит отнести увеличенный расхода топлива в городе и весьма дорогой ремонт. Самой последней и самой практичной является восьмидиапазонная автоматическая коробка ZF 8HP, также в некоторых случаях предусмотрено использование системы Start&Stop. Благодаря восьми диапазонам переключения и применению интуитивной системы управления работой АКПП ZF 8HP, её динамика и технические характеристики практически не отличаются от механических собратьев. А в отношении автоматических предшественников, ZF 8HP превосходит их по всем параметрам, в частности расход топлива на автомобилях оборудованных АКПП ZF 8HP, более чем на 20% ниже, чем на других автоматах.

В основе конструкции «классики» - планетарная передача, состоящая из трех элементов: солнечной шестерни, коронной шестерни и водила с сателлитами. Они могут свободно вращаться относительно друг друга. При работе один из элементов неподвижен, второй является ведущим, а третий - ведомым. Таким образом изменяется направление вращения и передаточное число планетарного ряда. Варьируя количество планетарных рядов и способы их соединения, получают различное количество ступеней. Роль сцепления выполняет гидротрансформатор. Переключениями «заведует» гидравлический блок управления. Первый серийный «автомат» появился на американских автомобилях еще в 1939 году. За семьдесят с лишним лет конструкцию существенно улучшили, доведя максимальное число диапазонов до восьми. АКПП обзавелись собственным электронным блоком управления и блокировкой гидротрансформатора, позволяющей жестко соединять двигатель с ведущими колесами. Жесткая связь обеспечивает более эффективное ускорение и возможность тормозить двигателем. Появилась возможность ручного переключения диапазонов.

По сравнению с трехдиапазонными АКПП 20-30 летней давности современные восьмидиапазонные экономичнее на 20%, и по расходу топлива практически не отличаются от «механики». Другое дело, что такие АКПП еще сравнительно дороги, и на бюджетные модели автопроизводители, как правило, ставят четырехдиапазонные устройства. В городе такие «автоматы» удобны, однако на шоссе недостаточно экономичны и динамичны. «Золотая середина» - шестидиапазонные КПП, представляющие наиболее оптимальное сочетание цены и эксплуатационных характеристик.

Следующая разновидность АКПП - вариатор. С точки зрения теоретической механики - идеальный тип трансмиссии. Он не имеет ступеней, а передаточное число в нем изменяется плавно и всегда точно соответствует нагрузке на двигатель. Конструкция вариатора проста чуть ли не до примитивизма - крутящий момент передает цепь или металлический ремень, зажатые между половинок раздвигающихся шкивов, ведущим и ведомым. Усилие от двигателя к ведущему шкиву передается через гидротрансформатор или многодисковое сцепление. Задний ход включается с помощью дополнительной планетарной передачи. Но реализация идеи на практике столкнулась с некоторыми техническими проблемами. Во избежание проскальзывания цепи ее необходимо зажать с очень высоким усилием, а это требует дополнительных затрат мощности двигателя и сказывается на расходе топлива. Для обеспечения надежной работы вариатора необходимо специальное и, к тому же, недешевое масло. Чтобы цепи и ремни были достаточно долговечными, пришлось разрабатывать дорогостоящие технологии. В общем, первые восторги постепенно угасли, и в настоящее время ярыми приверженцами этого типа трансмиссии остаются только японцы, так как их спокойному стилю вождения вариатор соответствует идеально. Динамичная же езда снижает срок жизни цепей и ремней. К тому же при резком разгоне двигатель сразу выходит на высокие обороты, создавая неприятный «шумовой» эффект.

Роботизированная коробка передач в массовое производство она пришла из автогонок. Роботизированная коробка передач по принципу действия и своей функциональности соответствует механическим коробкам, в принципе робот, это та же самая механика, но в устройство, которой входят серво- или гидроприводы управляющие работой сцепления и переключением передач. К достоинствам роботизированной коробки пеоедач можно отнести, прежде всего, высокую эффективность робота, так например, в отличие от автоматов роботы позволяют без потерь передать крутящий момент и мощность двигателя к приводам колёс автомобиля. Роботизированная КПП, проста в обслуживании, а стоимость ремонта не выше чем у МКПП. Расход топлива на роботах соответствует нормам расхода механики, а в городском режиме даже более экономичнее. Основными трудностями при динамичном режиме езды на автомобиле с роботом станет, заторможенный переход на пониженную передачу и «рывки» при переключениях. Также, возникают некоторые трудности в работе при использовании роботизированных коробок на авто с недостаточно мощным двигателем, несоответствующем массе автомобиля.

Принцип действия роботизированных коробок передач абсолютно тот же что и у классической АКПП. Единственное отличие в том, что смыканием/размыканием сцепления и выбором передач в «роботе» занимаются сервоприводы -- актуаторы. Чаще всего это шаговый электромотор с редуктором и исполнительным механизмом. Но встречаются и гидравлические актуаторы. Роботизированная КПП SensoDrive применяется на автомобилях марки Citroen. Управляет актуаторами электронный блок. По команде на переключение первый сервопривод выжимает сцепление, второй перемещает синхронизаторы, включая нужную передачу. Затем первый плавно отпускает сцепление. Таким образом, педаль сцепления в салоне больше не нужна -- при поступлении команды электроника всё сделает сама.

В автоматическом режиме команда на смену передачи поступает от компьютера, учитывающего скорость движения, обороты двигателя, данные ESP, ABS и других систем. А в ручном -- приказ на переключение отдаёт водитель при помощи селектора КПП или подрулевых лепестков. Фирма Ricardo на примере «робота» Easytronic от модели Opel Corsa предложила заменить раздельные актуаторы для сцепления и выбора передачи одиночным электромагнитным актуатором. Благодаря этому уменьшились размеры и масса агрегата. И самое главное -- механизм выбора передачи стал работать в восемь раз быстрее, а общий период разрыва потока мощности сократился до 0,35 с. Вверху -- серийный Easytronic, внизу -- рисунок разработки Ricardo. Проблема «робота» -- отсутствие обратной связи по сцеплению. Человек чувствует момент смыкания дисков и может переключить скорость быстро и плавно. А электроника вынуждена перестраховываться: чтобы избежать рывков и сохранить сцепление, «робот» надолго разрывает поток мощности от двигателя к колёсам во время переключения.

Получаются дискомфортные провалы на разгоне. Единственный способ достичь комфорта при переключениях -- сократить их время. А это, увы, означает рост цены всей конструкции. Пионером массового использования преселективных коробок стал концерн Volkswagen, использующий DSG (S tronic у Audi) как на переднеприводных, так и на полноприводных моделях с продольно и поперечно установленными двигателями. Аббревиатура DSG (Direct Shift Gearbox -- коробка прямого включения) стала нарицательным для коробок с двумя сцеплениями -- хотя на самом деле это просто товарный знак. но заклинивания не происходит, -- ведущая шестерня второй передачи находится на внешнем валу, сцепление которого пока разомкнуто. КПП с двойным сцеплением (или по английски DSG - Direct Shift Gearbox)представляет собой, некую комбинацию двух КПП собранных в одном корпусе, одна коробка передач предназначена для нечётных передач, а вторая для чётных. Для каждой КПП предусмотрено своё сцепление, при этом сцепление может быть сухим однодисковым или многодисковым в масляной ванне. Управление КПП с двойным сцеплением осуществляется электроникой, таким образом, что при переключении с одной передачи на другую происходит плавно и своевременно. Подобный эффект достигается попеременной работой сцеплений, иными словами пока в работе одна коробка, второе сцепление находится в режиме ожидания, и при поступлении команды без промедлений включает в работу вторую коробку.

Такой принцип работы КПП позволяет очень эффективно использовать весь функционал двойного сцепления, и создаёт отличную динамику автомобиля и комфорт при езде. Что же касается расхода топлива во всех режимах поездки, то следует отметить что он, у КПП с двойным сцеплением ниже, чем у классических автоматов, но чуть более выше, чем у роботизированной коробки передач. Самым существенным недостатком двойного сцепления, является высокая стоимость самой системы и её технического обслуживания.

Рассмотрим работу трансмиссии с двумя сцеплениями DCT (dual clutch transmission) на примере 6-ступенчатой коробки DSG концерна Volkswagen. У коробки два вторичных вала с расположенными на них ведомыми шестернями и синхронизаторами -- как у шестиступенчатой «механики» Гольфа. Фокус в том, что первичных валов тоже два: они вставлены друг в друга по принципу матрёшки. Каждый из валов соединяется с двигателем через отдельное многодисковое сцепление. На внешнем первичном валу закреплены шестерни второй, четвёртой и шестой передач, на внутреннем -- первой, третьей, пятой и заднего хода. Допустим, автомобиль начинает разгон с места.

Включается первая передача (муфта блокирует ведомую шестерню первой передачи). Замыкается первое сцепление, и крутящий момент через внутренний первичный вал передаётся на колёса. Поехали! Но одновременно с включением первой передачи умная электроника прогнозирует последующее включение второй -- и блокирует её вторичную шестерню. Именно поэтому такие коробки ещё называют преселективными. Таким образом, включены две передачи сразу, но заклинивания не происходит, -- ведущая шестерня второй передачи находится на внешнем валу, сцепление которого пока разомкнуто. Состояние DSG при движении на первой передаче. Муфтами блокированы шестерни 1-й и 2-й передач. Когда машина достаточно разгонится и компьютер решит повысить передачу, размыкается первое сцепление и одновременно замыкается второе. Крутящий момент теперь идёт через внешний первичный вал и пару второй передачи. На внутреннем валу уже выбрана третья. При замедлении те же операции происходят в обратном порядке. Переход происходит практически без разрыва потока мощности и с фантастической скоростью. Серийная коробка Гольфа переключается за восемь миллисекунд. Сравните со 150 мс на Ferrari Enzo! Состояние DSG после переключения на 2-ю передачу. 3-я передача ожидает своей очереди. Еще раз отметим, что коробки с двойным сцеплением экономичнее и быстрее традиционных механических, а также более комфортны, чем «автоматы».

Главный их недостаток -- высокая цена. Вторую проблему -- неспособность передавать большой крутящий момент -- решили с появлением DSG фирмы Ricardo на 1000-сильном купе Bugatti Veyron. Но пока удел большинства суперкаров -- «роботы». Хотя, например, коробка Ferrari 599 GTB Fiorano -- не чета опелевскому Изитронику: время переключения у суперробота исчисляется десятками миллисекунд. Сегодня коробки DCT есть не только у Фольксвагена, но и у компаний BMW, Ford, Mitsubishi и FIAT. Преселективные коробки признали даже инженеры Porsche, которые используют в своих машинах только проверенные технологии. Аналитики прогнозируют, что в будущем наиболее распространёнными трансмиссиями станут DCT и вариаторы.

А дни третьей педали, похоже, сочтены -- скоро она исчезнет даже из самых драйверских спорткаров. Человечество выбирает то, что удобнее. Вариатор эта самая молодая, а следовательно пока ещё не доведённая до оптимального состояния и имеющая много недостатков, система трансмиссии, но конструкторы пророчат вариаторам большое будущее. По своему принципу работы и техническому устройству, вариатор является наиболее простым и функциональным видом трансмиссии.

Смысл работы вариатора заключается в передаче крутящего момента от двигателя к приводам колёс, через ряд шкивов разных размеров, а передача между шкивами осуществляется через цепи, ремни и металлические ремни, в зависимости от необходимой мощности и скорости, происходит натяжка цепи и в работу включается необходимый элемент вариатора

Хотя автомобили, оснащенные вариатором, появились уже давно, но они пока еще не столь популярны, как автомобили с традиционными коробками передач. Впервые бесступенчатый вариатор CVT был применен еще в 1958 году.

Его серийно ставили на малогабаритные голландские автомобили DAF, а позже патент на вариаторы был унаследован фирмой Volvo. Но широкого распространения данный тип коробки передач в то время не получил из-за низкой надежности и малого КПД. Только сейчас, благодаря современным технологиям, вариаторы становятся достойными конкурентами традиционных КП. А автором, этого поистине гениального изобретения, был Леонардо да Винчи, который еще в 1490 году предложил конструкцию, принцип работы которой реализован в современном вариаторе.

Преимущества.Визуально автомобиль, оборудованный бесступенчатым вариатором CVT, не будет отличаться от машин с автоматической коробкой передач. Он также имеет две педали и рычаг переключения скоростей P, R, N, D. Но в отличие от автомата, имеющего конечное количество скоростей, вариатор обладает бесконечным множеством передач, «переключение» между которыми проходит совершенно незаметно. Как таковых «переключений» и нет, а есть плавное изменение передаточного числа в зависимости от скорости автомобиля. Эта особенность является и самым главным преимуществом моделей, оборудованных вариатором, который обеспечивает оптимальную динамику движения, делая ход автомобиля плавным, без толчков и рывков.

Еще одним важным преимуществом является высокая экономичность таких автомобилей, поскольку двигатель работает в наиболее выгодном для данной ситуации режиме.

Недостатки.Но, наряду с явными преимуществами, данный тип коробки передач бесступенчатый вариатор CVT, имеет и свои недостатки. Прежде всего - это недолговечность, а также сравнительно дорогое обслуживание: для вариатора необходима специальная трансмиссионная жидкость, ремень приходится менять каждые 100-150 тыс. км, масло можно менять реже, чем в АКП, но стоит оно дороже. Кроме того, основной недостаток - это небольшая, с современной точки зрения, мощность двигателя, которую могут «переварить» вариаторы. Именно этим объясняется тот факт, что изначально этот вид трансмиссии применяли исключительно в машинах малого класса.

В большинстве случаев и сейчас автомобили с большим объемом двигателя, как правило, оснащены классическими коробками передач, хотя ситуация начинает меняться. Одной из самых крупных и мощных моделей, оснащенной клиноременным вариатором, является Ниссан Мурано с двигателем V6, объемом 3,5 л и мощностью 234 л.с.Принцип работы бесступенчатого вариатора CVT.Чтобы понять, как же работает бесступенчатый вариатор CVT, рассмотрим подробнее его устройство на примере клиноременного вариатора со шкивами переменного диаметра. Наряду с ним существуют еще цепные, тороидальные вариаторы, но самым распространенным остается клиноременной.

Принципиальная схема автоматической бесступенчатой коробки передач автомобиля на основе нового адаптивного вариатора представлена на рис. 1.

На этой схеме вариатор включает всего два ряда центральных фрикционных дисков - внешних 10 и внутренних 5 с зажатыми между ними сателлитами 7 при помощи тарельчатых (или просто плоских дисковых) пружин 4 и 9, соответственно. Однако по схеме понятно, что этих рядов может быть сколь угодно много, сколько выдержат по прочностным и жесткостным показателям оси сателлитов 11, и их подшипники 6.

Не исключаются и промежуточные поддерживающие опоры на осях 11, преимущественно при числе рядов выше четырех. Число сателлитов в одном ряде преимущественно шесть, хотя для мощных устройств с малым диапазоном варьирования их может быть до 12.

Подшипники 6 осей 11 находятся на одном конце поворотных рычагов 21, на других концах которых размещены противовесы 12, одна группа которых снабжена роликами 13, находящимися в фасонных прорезях 22 диска 14, связанного с выходным валом 19.



Рис. 1. Схема автоматической бесступенчатой коробки передач автомобиля на основе нового планетарного дискового адаптивного вариатора: 1 - ось поворотных рычагов; 2 - пакет пластин; 3 - водило; 4 - тарельчатая пружина; 5 - внутренний центральный фрикционный диск; 6 - подшипники сателлитов; 7 - сателлит; 8 - фрикционы; 9 - плоская дисковая пружина; 10 - внешний центральный фрикционный диск; 11 - ось сателлитов; 12 - противовес; 13 - ролик; 14 - прорезной диск; 15 - рычаг; 16 - пружина; 17 - рычажный механизм; 18 - каретка; 19 - выходной вал; 20 - эпицикл; 21 - поворотный рычаг; 22 - фасонная прорезь прорезного диска; ЖСМ - жидкий смазочный материал.

Поворотные рычаги 21 сидят на осях 1, закрепленных в водиле 3. Ролики 13 отжимаются на периферию пружинами 16, усилие которых может изменяться принудительно с помощью рычажного механизма 17, воздействие на который осуществляется рычагом 15 через систему выжимных подшипников. Рычаг может передвигаться как вручную, так и с помощью усилителей, имеющих упругую характеристику (например, пневмокамер, управляемых от пневмосистемы автомобиля). Следует отметить, что вариатор является прогрессивным и без механизма изменения усилия пружин. Но тогда он будет иметь всего одну «мягкую» рабочую характеристику, например, как у гидротрансформатора или электродвигателя постоянного тока с последовательным возбуждением. Описанный механизм изменения усилия пружин (как в сторону его уменьшения, так и увеличения) изменяет лишь степень «мягкости» характеристики вариатора, позволяя работать на любом режиме, что особенно важно для автомобильной автоматической трансмиссии. В таком случае рычаг 15 будет связан с педалью управления скоростью автомобиля, с дополнительным усилителем или без него.

Крутящий момент от маховика двигателя к первичному валу коробки передач передается через пакет круглых стальных пластин 2, при этом функции сцепления выполняют фрикционы 8. При зажатии правого пакета фрикционов тормозится эпицикл 20, что в совокупности с перемещением каретки 18, связанной телескопически с выходным валом 19, влево позволяет получить передачи переднего хода. Для получения передач заднего хода зажимается левый пакет фрикционов, при этом тормозится водило 3. Эпицикл 20 вращается в сторону, противоположную вращению первичного вала и соединяется с выходным валом перемещением каретки 18 вправо. Нейтрали соответствует промежуточное или центральное положение каретки 18.

При изменении крутящего момента на выходном валу 19, ролик 13, находящийся до этого в прорези 22 в уравновешенном состоянии, под действием усилий пружин 4, 9, 16, тангенциальных усилий рабочего момента и других усилий в механизме вариатора, изменяет свое положение в прорези, меняя при этом передаточное отношение. Нажимные пружины 4 и 9 при этом упруго деформируются за счет расклинивающего действия сателлитов, что при вращении фрикционных дисков связано с ничтожным сопротивлением трению, и имея специально подобранные характеристики «сила-деформация», обеспечивают оптимальный по КПД нажим фрикционных дисков, с запасом в = 1,25...1,5. Прорезь 22 может быть выполнена и такого профиля, когда она лишь уменьшает или полностью устраняет усилие перевода ролика 13 при изменении передаточного отношения. Таким образом, свойство прогрессивности является как бы «врожденным» свойством, присущим конструкции вариатора, и достигается лишь подбором формы прорези 22 и жесткости пружины 16.

Краткое техническое задание

1) Общие сведения

Полное наименование системы: система логического управления автоматическим переключением скоростей. Условное обозначение: СУАПС.

2) Назначение и цели создания системы

СУАПС предназначена для обеспечения автоматического (без прямого участия водителя) выбора соответствующей текущим условиям движения ступени (передачи). Данная система должна привести к улучшение эксплуатационных качеств автомобиля, а так же снизить объем нагрузки, возлагаемой на водителя во время движения.

3) Объекты автоматизации

Объектами автоматизации являются: конструктивные составляющие трансмиссии автомобиля, к которым относится в главным образаом коробка передач, в свою очередь состоящая из гидротрансформатора, планетарных редукторов, фрикционных и обгонных муфт, соединительных валов и барабанов.

4) Требования к системе в целом

Система должна определять моменты переключения скоростей и формировать или выбирать требуемые законы управления. Пользователем является водитель, задача которого сводится к СУАПС выбору на начальном этапе движения режима работы коробки передач. В дальнейшем водитель может уже не отвлекаться на переключение передач и полностью сосредоточиться на управлении автомобилем.

В целях обеспечения надежности и безопасности система должна диагностировать электронный блок управления при каждом переключение скорости.

Требования безопасности должны соответствовать ГОСТ 12.2.007.0, ГОСТ 12997 и ГОСТ 258861.

5) Технические данные и характеристики автоматической коробки передач А5143

Таблица 1.1. Технические данные и характеристики автоматической коробки передач A5143

Микропрограмма работы схемы

Рисунок 2.1 - Микропрограмма работы схемы

Синтез автомата Мили

Входные сигналы системы:

U1 - Сигнал от педали тормоз;

U2 - Сигнал от двигателя (обор. в % = или ? 40);

U3 - Сигнал с датчика определения скорости.

Выходные сигналы:

V1 - Инициализация;

V2 - Нажать педаль газ;

V3 - Разорвать сцепления;

V4 - Включить следующую передачу;

V5 - Поддерживать 90 % оборотов двигателя;

V6 - Измерить текущую скорость;

V7 - Сменить на передачу соответствующую скорости в данный момент

Состояния:

Q0 - Сцепление соединено;

Q1 -Нажата педаль газ;

Q2 -Принимается решение о переключении передачи;

Q3 -Проверяется скорость, определяется передача;

Q4 -Нажата педаль тормоз;

Q5 - Переключена передача.

Рисунок 2.2 - Блок-схема работы автомата



Рисунок 2.3 - Граф автомата

Таблица 2.2. Синтезированная схема формирования управляющих сигналов

Исходные состояния	Исходные состояния триггеров	Состояния триггеров после перехода	Условие перехода	Сигналы на D входы триггеров
	T3	T2	T1	T3	T2	T1		D3	D2	D1
Q0	0	0	0	0	0	1	1	0	0	1
Q1	0	0	1	0	1	0	1	0	1	0
Q2	0	1	0	0	1	0		0	1	0
Q2	0	1	0	0	1	0		0	1	0
Q2	0	1	0	0	1	1		0	1	1
Q2	0	1	0	1	0	0		1	0	0
Q3	0	1	1	0	1	0		0	1	0
Q3	0	1	1	0	1	0		0	1	0
Q4	1	0	0	1	0	0		1	0	0
Q4	1	0	0	1	0	1		1	0	1
Q5	1	0	1	0	1	0	1	0	1	0

Таблица

Рисунок 2.4 - Автомат Мили

Реальные логические элементы по отдельности - довольно редкое явление. Их объединяют по несколько однотипных логических элементов в одну микросхему. В таком случае возможно множество различных вариантов построения этого автомата. Один из возможных вариантов автомата Мили приведен в Приложении 1

Расчет надежности

На этом этапе проектирования будет произведён расчёт надёжности устройства, которая является одним из важнейших параметров функционирования любого электронного устройства.

В целом надёжность устройства определяется надёжностью каждого элемента отдельно. Под надежностью понимают свойство того или иного объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующие нормальную работоспособность объекта.

Отказом называется полная или частичная утрата работоспособности прибором. Главной частью понятия надёжности является понятие безотказности. Безотказностью называют свойство прибора сохранять работоспособность в течение заданного времени в определенных условиях эксплуатации.

Увеличение уровня интеграции интегральных микросхем ведет к повышению надежности устройств за счет сокращения главным образом паяных и контактных соединений, надежность которых на один-два порядка ниже по сравнению с надежностью соединений в корпусе ИС. Причем по мере совершенствования технологии число отказов ежегодно падает на 50-70 %. Современные полупроводниковые ИМС выдерживают эксплуатационные нагрузки в следующих пределах: по температуре от -196 до +200С по вибропрочности и виброустойчивости - до 100 в диапазоне частот (2...5)*10³ Гц. Надежность обеспечивается техническими и организационно-техническими мерами. Технические меры обеспечения надежности содержат два основных направления: обеспечение надежности ИС и конструкций РЭА. Организационно-технические меры включают в себя проектные мероприятия.

Подбор элементов

При выборе микросхем для реализации принципиальной схемы разработанного устройства был проведен анализ параметров микросхем различных серий и структур, выпускаемой отечественной промышленностью.

На сегодняшний день выпускается множество серий цифровых микросхем, основным различием которых является тип применяемой логики. Вообще различают такие основные технологии: резисторно-связная логика (РСЛ), эмиттерно-связная логика (ЭСЛ), диодно-транзисторная логика (ДТЛ), транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ) и др.

В результате проведенного анализа было принято решение о целесообразности применения в данном устройстве микросхем технологии ТТЛ, поскольку функциональный набор микросхем данной структуры содержит все необходимые элементы для разработанной схемы. Ещё одно достоинство этой структуры состоит в том, что напряжение питания для всех серий микросхем ТТЛ одинаково, что упрощает решение вопроса питания всего устройства.

Необходимые ИМС:

К155ЛН1

Микросхема представляет собой шесть логических элементов НЕ.

Необходимое количество: 1 шт.

Использовано элементов: 3 из 6

К155ЛИ1

Микросхема представляет собой четыре логических элемента 2И.

Необходимое количество: 3 шт.

Использовано элементов: 7 из 8

К155ЛЛ1

Микросхема представляет собой четыре логических элемента 2ИЛИ.

Необходимое количество: 1 шт.

Использовано элементов: 4 из 4

К155ТМ5

Микросхема представляет собой четыре D-триггера.

Необходимое количество: 1 шт.

Использовано триггеров: 3 из 4

К155ИД12

Микросхема представляет собой дешифратор на 3 входа и 8 выходов для управления шкалой со сдвигом одной точки.

Необходимое количество: 1 шт.

Расчетная часть

Количественная оценка надежности производиться с помощью различных параметров. Чаще всего используется интенсивность отказов .

Данные о надежности ИМС определяются по формуле:

=10^-10(413+6,66Х+1,03У)[Ч^-1];

где Х -- число элементов в МС, У -- число выводов в ИМС.

Если время выражать в часах, то единица будет час в минус первой степени. Таким образом, интенсивность отказов определяется как относительное число элементов, отказавших за один час работы. Также необходимо учесть надежность соединений: соединения контактные -- 10^-7 ч^-1;соединение пайкой -- 10^-9 ч^-1; провода печатные или обычные в расчете на 1мм --10^-9 ч^-1.

Для определения надежности спроектированного устройства необходимо знать надежность всех использованных микросхем. Воспользовавшись формулой определим отдельно надежность каждой микросхемы:

Таблица

К155ЛН1:	=10-10(413+6,663+1,036) 4,3910-8 ч-1;
К155ЛИ1:	=10-10(413+6,667+1,038) 4,6710-8 ч-1;
К155ЛИ1:	=10-10(413+6,667+1,038) 4,6710-8 ч-1;
К155ЛИ1:	=10-10(413+6,668+1,038) 4,7410-8 ч-1;
К155ЛЛ1:	=10-10(413+6,664+1,034) 4,4410-8 ч-1;
К155ТМ5:	=10-10(413+6,663+1,034) 4,37 10-8 ч-1;
К155ИД12:	=10-10(413+6,661+1,038) 4,2810-8 ч-1;

Для получения надежности всей схемы необходимо сложить все полученные результаты по расчетам надежности микросхем, получив тем самым общий показатель интенсивности отказов данного проектируемого устройства:

_общ=3,1610^-7 ч^-1;

В начальной стадии проектирования системы обычно производят приблизительный расчет ее надежности. Сущность расчета сводится к определению количественных характеристик надежности:

Р(t) - вероятность безотказной работы в определенном интервале времени.

То - наработка на отказ, или среднее время безотказной работы восстановленного изделия между отказами, т.е. математическое ожидание времени исправной работы. Эта величина характеризует надежность однотипных изделий до их первого отказа.

Вероятность безотказной работы:

;

Среднее время безотказной работы:

Анализ показывает, что все элементы, входящие в схему, влияют на безотказность ее работы, таким образом, что схема с точки зрения надежности представляет цепочку последовательно соединенных элементов.

Таблица 3.3.1. Результаты расчета надежности

№ микросхемы	Наименование микросхемы	N, шт.	л, 10-8 ч-1
1	К155ЛН1	1	4,39
2	К155ЛИ1	1	4,67
3	К155ЛИ1	1	4,67
4	К155ЛИ1	1	4,74
5	К155ЛЛ1	1	4,44
6	К155ТМ5	1	4,37
7	К155ИД12	1	4,28
Суммарная интенсивность отказов		31,6

Заключение

При выполнении данного курсового проекта была разработана и рассчитана система логического управления автоматического управления автомобилем. Полученное устройство удовлетворяет условиям технического задания.

Список используемой литературы

1.Сулимов Ю.И. Руководство к выполнению курсового проекта для студентов специальности 210100.68.

2.Арсеньев Ю.Н. Журавлев В.М. Проектирование систем логического управления на микропроцессорных средствах.

3.ГОСТ 34.602-89 - Комплекс стандартов на автоматизированные системы. Техническое задание на создание автоматизированной системы.

4.ГОСТ 2.106-96 - Единая система конструкторской документации

5.http://www.mtomd.info - инженерный портал

6.http://global-t.ru/vseobakpp.html - сайт ВСЕ об АКПП

7.http://www.chipinfo.ru - выбор микросхем.

Размещено на Allbest.ru