Автоматика и сигнализация для наземных транспортных средств

Рост количества различных наземных транспортных средств (автомобилей, мотоциклов, велосипедов и т. п.) требует принятия специальных мер по предотвращению дорожно-транспортных происшествий и повышению безопасности движения. Многое здесь зависит от технического состояния транспортных средств и дорог, личных физических данных водителей и пешеходов, а также от совершенства различных сигнальных устройств. В данной главе рассматриваются несложные по устройству и конструкции автоматические сигнальные приспособления, способствующие повышению безопасности движения на дорогах.

Автоматический сигнальный фонарь. Нередко бывает так, что из-за поломки или по иной причине водителю приходится оставлять прицеп или часть груза на обочине или даже на проезжей части дороги. В светлое время дня прицеп или груз могут быть вовремя замечены водителями движущихся мимо автомобилей, но в вечернее и ночное время для обозначения посторонних неподвижных предметов, находящихся на дороге, необходимо устанавливать красные сигнальные огни. Сделать это не всегда удается, так как для питания сигнальных огней требуются аккумуляторы или мощные батареи, а также нужно включать и выключать эти огни.

На рис. 62 приведена принципиальная схема экономичного автоматического сигнального фонаря, описанного в журнале американских радиолюбителей. Достоинством фонаря является то, что он включается только при наступлении темноты и светится не непрерывно. а вспышками, с частотой до 50 раз в минуту. Поэтому энергии двух примененных элементов типа D, аналогичных отечественным элементам 373, может хватить на несколько месяцев работы. Импульсный режим работы достигнут тем, что сигнальная лампа Л1 (2,5 ВХ0,12 А) включена в цепь коллектора транзистора Т2, который вместе с транзистором Т1 и деталями R2C1 образует несимметричный мультивибратор, частота повторения импульсов которого около 1,2 Гц. Достоинство мультивибратора, построенного по схеме рис. 62 с использованием транзисторов различной проводимости,— высокая экономичность, так как здесь от батарей потребляется ток только в момент вспышки лампы. Частота вспышек может быть сделана еще меньше путем увеличения емкости конденсатора С1.

Фонарь включается только с наступлением темноты, потому что между базой и эмиттером транзистора Т1 включен фоторезистор, т. е. такой резистор, сопротивление которого резко меняется при изменении яркости освещения его чувствительной поверхности. При дневном освещении сопротивление фоторезистора R1 мало (несколько килоом), он сильно шунтирует цепь база — эмиттер транзистора Т1 и поэтому мультивибратор не генерирует. С наступлением темноты сопротивление фоторезистора значительно возрастает, его шунтирующее влияние ничтожно и мультивибратор начинает работать. Для изготовления сигнального фонаря можно использовать транзисторы МП41А (Т1) и МП38 (Т2), фоторезистор ФСК-1Г. При отсутствии такого можно применить фоторезисторы ФС-1А, ФС-К1. Световой указатель поворота для мотоцикла. Практика показывает, что безопасность езды на мотоцикле и велосипеде повышается, если снабдить их передними и задними световыми указателями поворота.

На рис. 63 приведена принципиальная схема подобного простого указателя. Устройство описано в журнале бразильских радиолюбителей. Основа устройства — несимметричный мультивибратор на транзисторах T1 и T2. Нагрузкой транзистора Т2 являются (в зависимости от направления поворота) цепи осветительных ламп Л1Л2 или Л3Л4. Цепи ламп коммутируются тумблером B1 на два рабочих и одно нейтральное (среднее) положение. Указатель питается от аккумулятора или батареи напряжением 4,5 В.

При изготовлении указателя могут быть использованы транзисторы типа ГТ402Д, индикаторные лампы 2,5 ВХ0.15 А и батарея 3336Л. Лампы Л1 и Л3 размещают слева и справа на руле, а Л2 и Л4 — за багажником, соответственно слева и справа по направлению движения.

Электрифицированный знак аварийной остановки. Согласно международным правилам дорожного движения в случае вынужденной остановки транспортного средства на проезжей части дороги на определенном расстоянии перед ним должен быть установлен знак аварийной остановки, имеющий вид равностороннего треугольника и снабженный светоотражающими рефлекторами. В ночное время такой сигнал должен дополнительно подсвечиваться.

На рис. 64, а приведена принципиальная схема импульсного электрифицированного знака, мигание которого в ночное время позволяет увеличить дальность его видимости. Это повышает безопасность движения. Описание устройства помещено в бразильском радиожурнале. Знак аварийной остановки выполнен в виде равностороннего треугольника, снабженного шестью светоотражающими рефлекторами красного цвета. Он дополнительно подсвечивается малогабаритными осветительными лампами, которые коммутируются мультивибратором, собранным на транзисторах Т1 и Т2. Осветительные лампы включены в две гирлянды, соединенные так, как показано пунктиром на рис. 64, б.

Питание для знака в вечернее время осуществляется от бортового аккумулятора. Напряжение питания на транзисторы подается через диодный мост Д1 — Д4. Поэтому описанный знак можно без каких-либо переделок использовать в автомобилях с заземленным «плюсом» или «минусом» бортовой сети, а также не бояться порчи транзисторов при случайном неправильном включении полюсов источника питания. В устройстве можно использовать транзисторы П213Б или П214 — П217 с коэффициентом Вст=30-40, Диоды типа Д242 и автомобильные лампы 12 ВХ4 кд. Яркость свечения может быть увеличена путем замены ламп 12 В на 6 В (от мотоцикла). Опасность перегорания этих ламп мала, так как на диодах и транзисторах напряжение падает около 2 В, а сами лампы работают в импульсном режиме.

Электронные сигнализаторы остатка горючего и перегрева автомобильного двигателя. Безопасность движения автомобиля порой зависит от того, вовремя ли заметил водитель, что кончается горючее или перегревается двигатель. Для контроля за этим имеются специальные стрелочные указатели, питающиеся от бортовой электрической сети. Принцип их действия иллюстрируется схемами, приведенными на рис. 65, а и б соответственно. Указатель расхода бензина представляет собой амперметр, включенный в сеть через реостат R1 (рис. 65, а). Положение ползунка этого реостата зависит от уровня горючего в баке, фиксируемого специальным поплавком, соединенным с ползунком. Указатель температуры воды (или иной охлаждающей жидкости) —это также амперметр, включенный в бортовую сеть через терморезистор R1 помещенный в охлаждающую жидкость.

Эти приборы не предупреждают водителя автоматически об окончании горючего или перегреве двигателя, что является их недостатком. Но они могут, если их снабдить несложными полупроводниковыми приставками—сигнализаторами, реагирующими на предельные показания этих указателей, подавать специальные световые и звуковые сигналы Электронная часть такого сигнализатора может быть выполнена по схеме, приведенной на рис. 66, а (когда к шасси автомашины присоединен минус бортовой сети) или рис. 66,б (когда к шасси присоединен плюс). Описание заимствовано из американского радиожурнала.

 Сигнализаторы представляют собой усилители постоянного тока, собранные на транзисторах Т3. в коллекторную цепь которых включен сигнальный элемент. На схеме показана маломощная лампа накаливания на напряжение 12,6 В, но это может быть также обмотка реле, при срабатывании которого контакты замыкают цепь, включающую звуковой прибор. Управляющее напряжение на базу транзистора Т3 поступает с правого по схеме плеча триггера Шмитта, собранного на транзисторах Т1 и Т2. В свою очередь напряжение на вход триггера Шмитта, заставляющее его опрокидываться, подается через цепь Д1R1C1 с выхода чувствительного элемента соответствующего указателя, показания которого должны быть взяты под контроль. Опрокидывание триггера, т. е. резкое изменение напряжений на коллекторах транзисторов T1 и T2, происходит тогда, когда напряжение на входе сигнализатора достигнет определенного значения, которое устанавливается при помощи переменного резистора R4 применительно к каждому автомобилю в отдельности. Тогда на базу транзистора T3, находящегося до того в закрытом состоянии, подается отпирающее напряжение. В результате этого транзистор Т3 входит в режим насыщения, ток в коллекторной цепи достигает максимума, и лампа загорается (либо срабатывает реле, и замыкаются контакты в цепи звукового сигнала).

Для изготовления сигнализатора по схеме рис. 66, а могут быть использованы транзисторы типов МП111—МП113 (Т1 и Т2), ГТ402 (Т3), имеющие Всх=30 и более. В сигнализаторе по схеме рис. 66,6 возможно применение транзисторов типов МП114 — МП116 (T1 и Т2), а также ГТ404, имеющих Вст=30 и более. В обоих случаях диод Д1 должен быть кремниевым, например, типа Д103 — Д106 или Д226 с любым буквенным индексом.

«Водитель, не спи за рулем!» Так назвал свой прибор один американский инженер, разработавший простое устройство для подачи звукового сигнала при малейшей попытке водителя хотя бы на миг задремать за рулем во время езды. На рис. 67 приведена принципиальная схема разработанного устройства, основой которого является автогенератор частоты 300 кГц на транзисторе Т1. Кроме него, в устройстве имеются усилительный каскад на транзисторе Т2, выпрямитель, собранный по схеме удвоения напряжения на диодах Д1 и Д2, а также усилитель постоянного тока на транзисторах Т3 и Т4, нагруженный обмоткой исполнительного реле R1.

Устройство работает следующим образом. Автогенератор на транзисторе Т1 выполнен по трехточечной схеме с емкостной обратной связью. База транзистора Т1 через конденсатор С3 соединена с узким металлизированным ободком, нанесенным по внешнему обводу штурвала автомобиля. В нормальном состоянии водитель держит штурвал уверенно одной или обеими руками. Когда на устройство подано питание, ввиду того, что его антеннна (антенной назван металлизированный ободок) непосредственно связана с телом человека и через него с корпусом автомобиля, в автогенераторе нарушается баланс фаз и генерация отсутствует, выходное напряжение выпрямителя равно нулю и реле обесточено. Но достаточно водителю ослабить или вовсе отпустить руки от штурвала, что может наступить при засыпании, как связь антенны с корпусом автомобиля ослабляется или полностью устраняется; автогенератор начинает генерировать колебания с частотой 300 кГц, которые далее усиливаются, выпрямляются и фильтруются. Полученное постоянное напряжение подается на усилитель постоянного тока, заставляя сработать сигнальное реле Р1.

В устройстве приняты специальные меры для повышения надежности его работы. Во-первых, напряжение питания на автогенератор и усилитель подается через диодный стабилизатор R6Д3. Во-вторых, введен регулятор чувствительности сигнализатора (переменный резистор R4). Вращая ползунок резистора, можно подобрать порог срабатывания индивидуально для каждого автомобиля и водителя. Кроме того, в устройстве имеется переменный резистор R5, с помощью которого подбирается уровень сигнала, достаточный для срабатывания реле.

При изготовлении устройства по схеме рис. 67 могут быть использованы транзисторы КТ312 или КТ315 с любыми буквенными индексами (Т1—Т3) и МП114—МП116 (Т4). Диоды Д1 и Д2 —Д103 или Д105, Д18, Д20. Стабилитрон Д3 может быть типа КС156А или КС162А. Диод Д4 желателен типа Д7Б или Д226А.

Питание лампы дневного света от бортовой сети. Известно, что такие операции, как ремонт двигателя или устранения каких-либо неполадок в системе зажигания, а также в трубопроводах, лучше всего производить при дневном свете. А как быть, если неисправность должна быть устранена в ночное время? Можно, конечно, воспользоваться переносной лампой, но она дает узкое направленное излучение света, при котором много теней, утомляющих зрение. Значительно лучшие результаты можно получить, если применить лампу дневного света, которая дает освещение, практически лишенное теней. Но существует мнение, что заставить работать такую лампу от бортовой сети автомобиля напряжением всего 12 В невозможно, так как лампы рассчитаны на напряжение 127 или 220 В

На рис. 68 представлена принципиальная схема простого преобразователя напряжения, с помощью которого можно осуществлять питание маломощной лампы дневного света (мощностью до 8 — 10 Вт) от автомобильного аккумулятора.

Преобразователь напряжения представляет собой автогенератор, собранный на транзисторе Т1, включенном по схеме с общим коллектором, и работающий на частоте около 20 кГц. Частота генерации определяется индуктивностью первичной обмотки трансформатора Tp1 и суммарной емкостью конденсаторов С1, С2, пересчитанной к выводам обмотки I. С помощью транзистора Т1 постоянное напряжение бортовой сети преобразуется в прямоугольные импульсы, следующие в различной полярности с частотой генерации. С помощью повышающей обмотки II амплитуда импульсов повышается до 220—230 В, что обеспечивает свечение лампы дневного света Л1. В ней необходимо раскалить нити накала, размещенные в торцах лампы. Для этого в трансформаторе Тр1 предусмотрены обмотка III и отвод от обмотки II.

Повышенная частота генерации преобразователя частоты (обычно она бывает не выше 3—5 кГц) позволяет упростить конструкцию трансформатора Tp1 и полностью исключить неприятный свист и гудение, свойственное лампам дневного света, питающимся от источника переменного тока низкой частоты.

Трансформатор Tp1 представляет собой катушку из нескольких секций, размещенную в ферритовом броневом сердечнике внешним диаметром 25 мм Первая секция обмотки I (по схеме — снизу) содержит 26 витков провода ПЭВ-1 0,4. Вторая, верхняя по схеме секция, имеет 10 витков провода ПЭВ-1 0,2 мм. Обмотка II содержит 350 витков провода ПЭВ-2 0,15 мм с отводом от 18-го витка, а обмотка III — 20 витков ПЭВ-2 0,2 мм. Начала всех обмоток на рис. 68 обозначены точками. Для удобства нахождения выводов обмоток рекомендуется при намотке надевать на них разноцветные полихлорвиниловые трубочки.

Все детали преобразователя напряжения размещены внутри металлического корпуса размерами 26Х60Х106 мм. Транзистор Т1 устанавливают непосредственно на Поверхности корпуса, который в данном случае играет роль дополнительного теплоотвода. Применять какие-либо изолирующие прокладки из лавсана или слюды нет необходимости, так как по схеме корпус транзистора, соединенный с его коллектором, должен иметь электрический контакт с корпусом устройства (для бортовой сети с заземленным плюсом).

Следует сказать о ряде характерных особенностей включения лампы дневного света по схеме рис. 68. Во-первых, нити накала обычно включают лишь в начальный момент пуска лампы, и после того как она начнет работать, их отключают от сети. Здесь нити светятся постоянно, что позволило исключить установку сложного и громоздкого оборудования для размыкания нитей накала. При этом увеличение потребляемого тока незначительно, и им можно пренебречь, так как оно составляет десятые доли ампера. Во-вторых, для ограничения рабочего тока через лампу обычно применяют громоздкие дроссели, включаемые последовательно с лампой.

В этом устройстве вследствие высокой частоты питания лампы оказалось возможным ограничиться применением конденсатора С3 на рабочее напряжение 400—600 В.

Для изготовления устройства по схеме рис. 68 можно использовать среднечастотпый кремниевый сплавной транзистор большой мощности типа П701 с Вст=30-100, конденсаторы С1 и С2 типа МБМ на рабочее напряжение 160 В и С3 того же типа, но на напряжение 500—750 В. Для намотки трансформатора Tp1 можно использовать броневой сердечник типа Б26 (внешний диаметр 26 мм) из феррита марки 2000НН или 1000НН. Моточные данные указаны выше.

Налаживание преобразователя напряжения заключается в измерении выходного напряжения на обмотке II трансформатора Три Оно должно соответствовать напряжению питания лампы (220 В) и потребляемому от сети току (около 0,6 А). Отсутствие напряжения или тока либо чрезмерное потребление последнего будет свидетельствовать о неисправности детали или о неправильном присоединении выводов трансформатора. Яркость свечения лампы регулируют, подбирая сопротивление резистора R2, частоту генерации — емкость конденсатора С2. При этом следует учитывать, что емкость проводников, идущих к лампе дневного света, косвенно влияет на суммарную емкость резонансного контура генератора.

Описанная выше конструкция может найти применение не только при работе под капотом двигателя в ночное время, но также для освещения салона автомобиля или рабочего места в кузове машины технической помощи.