Zespół
prof. dr hab. inż. Piotr Dudziński, prof. zw. PWr. - kierownik zespołu, mgr inż. Jakub Chołodowski

Reklama

Istota wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest czujnik do pomiaru przemieszczeń, w szczególności przeznaczony do pomiaru deformacji opony koła jezdnego w interakcji z podłożem dowolnego typu, także podatnym gruntem. Pomiar deformacji z użyciem urządzenia odbywa się z wnętrza koła, z podziałem na trzy niezależne, rejestrowane jednocześnie składowe w kierunkach promieniowym, poprzecznym i stycznym do opony. Wg wiedzy autorów w chwili publikacji zgłoszenia patentowego brak było przetwornika zdolnego do jednoczesnego pomiaru deformacji opon z separacją ww. składowych i charakteryzującego się prostą zasadą działania oraz łatwym do przewidzenia, małym błędem pomiaru, co stanowi o innowacyjności zaproponowanego rozwiązania.

Przetwornik deformacji wg wynalazku ma postać miniaturowej konstrukcji mechanicznej łączącej wewnętrzną powierzchnię opony z obręczą koła. Wprowadzany jest do wnętrza opony przez hermetyczną śluzę zintegrowaną z obręczą. W świetle śluzy, nieruchomo względem niej, mocowana jest podstawa przetwornika. W podstawie zawieszony jest przegubowo liniowy czujnik położenia z wysuwnym trzpieniem zakończonym stożkową końcówką pomiarową. Końcówka dociskana jest z kolei, siłą sprężyny, w wybranym punkcie do wewnętrznej powierzchni opony. W warunkach deformacji, końcówka ta porusza się wraz z powierzchnią opony, odwzorowując jej ruchy względem obręczy w kierunkach odpowiadającym mierzonym składowym deformacji. Skutkuje to zmianą wzajemnego położenia elementów przetwornika. Jednemu przypadkowi deformacji odpowiada dokładnie jedna konfiguracja urządzenia, przy czym bieżąca konfiguracja daje się określić na podstawie sygnałów pomiarowych pochodzących z czujników zintegrowanych w konstrukcji przetwornika. W najprostszym przypadku, ugięcie promieniowe opony skutkuje wsuwaniem się trzpienia liniowego czujnika położenia. Wystąpienie składowych deformacji w kierunkach poprzecznym i stycznym opony skutkuje dodatkowo wychylaniem się trzpienia na boki. Kąt wychylenia trzpienia również podlega pomiarowi. W wariancie pierwszym wynalazku odbywa się on dotykowo, z użyciem dwóch czujników kąta sprzęgniętych mechanicznie z obudową liniowego czujnika położenia przez specjalnej konstrukcji ramiona osadzone obrotowo w podstawie przetwornika oraz przekładnie mechaniczne. W wariancie drugim orientacja kątowa trzpienia pomiarowego względem obręczy koła jest wyznaczana bezdotykowo. Obliczana jest przez mikroprocesor zarządzający pracą całego przetwornika deformacji na podstawie sygnałów pochodzących z elektronicznych modułów pomiarowych, z których pierwszy zamocowany jest do obręczy koła, zaś drugi do obudowy liniowego czujnika położenia. Każdy ze wspomnianych modułów tworzą trzy czujniki: żyroskop, akcelerometr i magnetometr o trzech osiach czułości, wykonane w technologii mikromechanicznej (MEMS).

W chwili obecnej wynalazek jest na etapie prac prototypowych. Wraz z ich ukończeniem zostanie on wdrożony w praktyce badawczej laboratorium Katedry Inżynierii Maszyn Roboczych i Pojazdów Przemysłowych Wydziału Mechanicznego Politechniki Wrocławskiej, a w miarę zainteresowania współpracą, również w innych jednostkach badawczo- rozwojowych.

Potencjał komercjalizacji

Wynalazek po wdrożeniu posłuży do eksperymentalnej identyfikacji sztywności i współczynników tłumienia opon. Ich znajomość pozwala m.in. na wyznaczanie oporu toczenia pojazdów po dowolnym podłożu, a globalnie ich energochłonności. Wskaźniki opon możliwe do wyznaczenia przy pomocy opracowanego przetwornika są ponadto niezbędne w modelowaniu zagadnień statycznych i dynamicznych pojazdów, np.: drgań nadwozia, czy stateczności wywrotnej, tj. ich odporności na wywracanie się w warunkach eksploatacyjnych.

Wyniki eksperymentów prowadzonych z użyciem wynalazku dostarczać będą zatem danych wejściowych dla badań symulacyjnych decydujących o doborze optymalnego, z punktu widzenia bezpieczeństwa i manewrowości, typu podwozia i rozkładzie mas projektowanych pojazdów oraz zmierzających do poprawy komfortu pracy operatorów. Zainteresowane wynikami badań parametrów opon będą przede wszystkim działy badań i rozwoju przedsiębiorstw z obszaru inżynierii pojazdów.