Układ przeciwblokujący (ABS) monitoruje parametry ruchu pojazdu na podstawie odczytów czujników zamontowanych na jednym lub większej liczbie kół.Dowiedz się, czym jest czujnik ABS i do czego jest potrzebny, jakie są jego rodzaje, jak działa i na jakich zasadach opiera się jego działanie - dowiesz się z artykułu.
Co to jest czujnik ABS
Czujnik ABS (także czujnik prędkości samochodu, DSA) to bezdotykowy czujnik prędkości obrotowej (lub prędkości) koła pojazdu wyposażonego w różne elektroniczne systemy aktywnego bezpieczeństwa i pomocnicze systemy sterowania.Czujniki prędkości to główne elementy pomiarowe zapewniające działanie układu przeciwblokującego (ABS), układu kontroli stabilności (ESC) i kontroli trakcji.Odczyty czujników są również wykorzystywane w niektórych systemach sterowania automatyczną skrzynią biegów, pomiarach ciśnienia w oponach, oświetleniu adaptacyjnym i innych.
Wszystkie nowoczesne samochody i wiele innych pojazdów kołowych są wyposażone w czujniki prędkości.W samochodach osobowych czujniki montuje się na każdym kole, w pojazdach użytkowych i ciężarowych czujniki można montować zarówno na wszystkich kołach, jak i w mechanizmach różnicowych osi napędowej (po jednym na oś).Dzięki temu układy przeciwblokujące mogą monitorować stan wszystkich kół lub kół osi napędowych i na podstawie tych informacji dokonywać zmian w działaniu układu hamulcowego.
Rodzaje czujników ABS
Wszystkie istniejące DSA są podzielone na dwie duże grupy:
• Pasywny – indukcyjny;
• Aktywny — magnetorezystancyjny i oparty na czujnikach Halla.
Czujniki pasywne nie wymagają zewnętrznego zasilania i mają najprostszą konstrukcję, ale mają niską dokładność i szereg wad, dlatego dziś są mało przydatne.Aktywne czujniki ABS do pracy wymagają zasilania, są nieco bardziej złożone w konstrukcji i droższe, ale zapewniają najdokładniejsze odczyty i są niezawodne w działaniu.Dlatego dziś w większości samochodów instalowane są aktywne czujniki.
DSA wszystkich typów ma dwie wersje:
• Prosty (koniec);
•Narożnik.
Czujniki bezpośrednie mają postać cylindra lub pręta, na jednym końcu którego zamontowany jest element czujnikowy, a na drugim - złącze lub przewód ze złączem.Czujniki kąta wyposażone są w złącze kątowe lub przewód ze złączem, a także posiadają plastikowy lub metalowy uchwyt z otworem na śrubę.
Budowa i działanie czujników indukcyjnych ABS
Jest to najprostszy czujnik prędkości w konstrukcji i działaniu.Opiera się na cewce indukcyjnej nawiniętej cienkim drutem miedzianym, wewnątrz której znajduje się dość mocny magnes trwały i żelazny rdzeń magnetyczny.Koniec cewki z rdzeniem magnetycznym znajduje się naprzeciw metalowego koła zębatego (wirnika impulsowego), sztywno osadzonego na piaście koła.Zęby wirnika mają profil prostokątny, odległość między zębami jest równa lub nieco większa od ich szerokości.
Działanie tego czujnika opiera się na zjawisku indukcji elektromagnetycznej.W spoczynku w cewce czujnika nie ma prądu, ponieważ jest otoczona stałym polem magnetycznym - na wyjściu czujnika nie ma sygnału.Podczas jazdy samochodu zęby wirnika impulsowego przechodzą w pobliżu rdzenia magnetycznego czujnika, co powoduje zmianę pola magnetycznego przechodzącego przez cewkę.W rezultacie pole magnetyczne staje się zmienne, co zgodnie z prawem indukcji elektromagnetycznej generuje w cewce prąd przemienny.Prąd ten zmienia się zgodnie z prawem sinusa, a częstotliwość zmian prądu zależy od prędkości obrotowej wirnika, czyli od prędkości samochodu.
Indukcyjne czujniki prędkości mają istotne wady - zaczynają działać dopiero po przekroczeniu określonej prędkości i tworzą słaby sygnał.Uniemożliwia to działanie ABS i innych systemów przy niskich prędkościach i często prowadzi do błędów.Dlatego pasywne DSA typu indukcyjnego ustępują dziś miejsca bardziej zaawansowanym aktywnym.
Konstrukcja i działanie czujników prędkości opartych na elemencie Halla
Czujniki oparte na elementach Halla są najczęściej spotykane ze względu na swoją prostotę i niezawodność.Opierają się one na efekcie Halla – występowaniu poprzecznej różnicy potencjałów w płaskim przewodniku umieszczonym w polu magnetycznym.Przewodnikiem takim jest kwadratowa płytka metalowa umieszczona w mikroukładzie (układ scalony Halla), w którym znajduje się także elektroniczny układ oceniający generujący sygnał cyfrowy.Ten chip jest zainstalowany w czujniku prędkości.
Strukturalnie DSA z elementem Halla jest prosty: opiera się na mikroukładzie, za którym znajduje się magnes trwały, a wokół można umieścić metalowy rdzeń magnetyczny.Wszystko to umieszczono w obudowie, z tyłu której znajduje się złącze elektryczne lub przewód ze złączem.Czujnik znajduje się naprzeciwko wirnika impulsowego, który może być wykonany w postaci metalowej przekładni lub pierścienia z namagnesowanymi sekcjami, wirnik impulsowy jest sztywno zamontowany na piaście koła.
Zasada działania czujnika Halla jest następująca.Układ scalony Halla w sposób ciągły generuje sygnał cyfrowy w postaci impulsów kwadratowych o określonej częstotliwości.W spoczynku sygnał ten ma minimalną częstotliwość lub jest całkowicie nieobecny.Na początku ruchu samochodu obok czujnika przechodzą namagnesowane sekcje lub zęby wirnika, co powoduje zmianę prądu w czujniku - zmiana ta jest monitorowana przez układ przetwarzający, który generuje sygnał wyjściowy.Częstotliwość sygnału impulsowego zależy od prędkości obrotowej koła wykorzystywanej przez układ przeciwblokujący.
DSA tego typu pozbawione są wad czujników indukcyjnych, pozwalają mierzyć prędkość obrotową kół dosłownie od pierwszych centymetrów ruchu samochodu, są dokładne i niezawodne w działaniu.
Budowa i działanie anizotropowych magnetorezystancyjnych czujników prędkości
Magnetorezystancyjne czujniki prędkości działają w oparciu o anizotropowy efekt magnetorezystancyjny, czyli zmianę rezystancji elektrycznej materiałów ferromagnetycznych, gdy zmienia się ich orientacja względem stałego pola magnetycznego.
Czułym elementem czujnika jest „warstwowiec” składający się z dwóch lub czterech cienkich płytek permallojowych (specjalnego stopu żelaza i niklu), na które nałożone są metalowe przewodniki, rozprowadzające w określony sposób linie pola magnetycznego.Płytki i przewodniki są umieszczone w obwodzie scalonym, w którym znajduje się również obwód przetwarzający, tworzący sygnał wyjściowy.Układ ten jest zainstalowany w czujniku umieszczonym naprzeciwko wirnika impulsowego - plastikowym pierścieniu z namagnesowanymi sekcjami.Pierścień jest sztywno osadzony na piaście koła.
Działanie czujników AMR sprowadza się do następujących rzeczy.W spoczynku rezystancja płytek ferromagnetycznych czujnika pozostaje niezmieniona, więc sygnał wyjściowy generowany przez układ scalony również się nie zmienia lub jest całkowicie nieobecny.Podczas jazdy samochodu namagnesowane odcinki pierścienia impulsowego przechodzą przez element czujnikowy czujnika, co prowadzi do pewnej zmiany kierunku linii pola magnetycznego.Powoduje to zmianę rezystancji płytek permallojowych, która jest monitorowana przez układ analizujący – w efekcie na wyjściu czujnika generowany jest pulsacyjny sygnał cyfrowy, którego częstotliwość jest proporcjonalna do prędkości samochodu.
Należy zaznaczyć, że czujniki magnetorezystancyjne pozwalają śledzić nie tylko prędkość obrotu kół, ale także kierunek ich obrotu i moment zatrzymania.Jest to możliwe dzięki obecności wirnika impulsowego z namagnesowanymi sekcjami: czujnik monitoruje nie tylko zmianę kierunku pola magnetycznego, ale także kolejność przechodzenia biegunów magnetycznych przez element czujnikowy.
DSA tego typu są najbardziej niezawodne, zapewniają dużą dokładność pomiaru prędkości obrotowej kół i efektywne działanie aktywnych systemów bezpieczeństwa pojazdu.
Ogólna zasada działania czujników prędkości w ramach ABS i innych układów
Układy przeciwblokujące, niezależnie od zainstalowanych w nich czujników, działają na tej samej zasadzie.Jednostka sterująca ABS monitoruje sygnał pochodzący z czujników prędkości i porównuje go z wcześniej obliczonymi wskaźnikami prędkości i przyspieszenia pojazdu (wskaźniki te są indywidualne dla każdego samochodu).Jeżeli sygnał z czujnika i parametry zapisane w centrali są zgodne, system jest nieaktywny.Jeżeli sygnał z jednego lub większej liczby czujników odbiega od parametrów konstrukcyjnych (tzn. koła są zablokowane), wówczas układ wchodzi w skład układu hamulcowego, zapobiegając negatywnym skutkom zablokowania kół.
Więcej informacji na temat działania przeciwblokad i innych aktywnych systemów bezpieczeństwa samochodu można znaleźć w innych artykułach na stronie.
Czas publikacji: 24 sierpnia 2023 r