W ostatnich dziesięcioleciach mechaniczne prędkościomierze samochodowe zostały zastąpione elektronicznymi systemami pomiaru prędkości, w których ważną rolę odgrywają czujniki prędkości.Wszystko o współczesnych czujnikach prędkości, ich typach, budowie i działaniu, a także właściwym ich wyborze i wymianie - przeczytasz w tym artykule.
Co to jest czujnik prędkości
Czujnik prędkości (DSA) jest czułym elementem elektronicznego układu pomiaru prędkości pojazdu;Czujnik kontaktowy lub bezdotykowy, który mierzy prędkość kątową wału w skrzyni biegów lub w skrzyni biegów osi napędowej i przekazuje wyniki pomiaru do regulatora prędkości lub prędkościomierza pojazdu.
Uwaga: w artykule omówiono wyłącznie DSA do pomiaru prędkości samochodu.O czujnikach prędkości kół działających w ramach systemów bezpieczeństwa aktywnego (ABS i innych), opisanych w innych artykułach na naszym portalu.
Czujniki prędkości mogą być częścią różnych systemów współczesnego pojazdu:
● Prędkościomierz – mierzy i wskazuje aktualną prędkość poruszania się oraz przebyty dystans (za pomocą licznika kilometrów);
● Układy wtryskowe, zapłonowe i inne silnika - w celu skorygowania trybów pracy zespołu napędowego w zależności od prędkości samochodu i jej zmian (podczas przyspieszania i hamowania);
● Aktywne systemy bezpieczeństwa i alarmowe – korygujące prędkość i tor jazdy samochodu w różnych trybach, ostrzegające o sytuacjach potencjalnie niebezpiecznych itp.;
● W niektórych samochodach - wspomaganie kierownicy i systemy komfortu.
DSA, podobnie jak tradycyjny napęd linkowy prędkościomierza, montowany jest na skrzyni biegów, skrzyni rozdzielczej lub skrzyni biegów osi napędowej, śledząc prędkość kątową wału wtórnego lub pośredniego.Informacje otrzymane z czujnika w postaci sygnałów elektrycznych przesyłane są do regulatora prędkości lub bezpośrednio do prędkościomierza.Charakterystyka generowanych sygnałów oraz sposoby łączenia/integrowania czujników z elektroniką pojazdu zależą od ich rodzaju, konstrukcji i zasady działania.Trzeba to opisać bardziej szczegółowo.
Funkcjonalność, rodzaje, budowa i zasada działania czujników prędkości
Czujniki prędkości, niezależnie od typu i konstrukcji, generują sygnały, które można przesłać bezpośrednio do prędkościomierza lub do sterownika silnika i powiązanych elektronicznych jednostek sterujących.W pierwszym przypadku czujnik służy wyłącznie do wizualnego określenia prędkości pojazdu.W drugim przypadku dane wykorzystywane są przez elektronikę samochodową do sterowania silnikiem i innymi układami, a sygnał do prędkościomierza podawany jest ze sterownika.W nowoczesnych pojazdach coraz częściej stosowana jest druga metoda połączenia.
Pomiar prędkości za pomocą DSA jest dość prosty.Czujnik generuje sygnał impulsowy (zwykle o kształcie prostokąta), w którym częstotliwość powtarzania impulsów zależy od prędkości obrotowej wału i odpowiednio od prędkości samochodu.Większość nowoczesnych czujników wytwarza od 2000 do 25 000 impulsów na kilometr, jednak najczęściej stosowanym standardem jest 6000 impulsów na kilometr (w przypadku czujników kontaktowych - 6 impulsów na obrót ich wirnika).Zatem pomiar prędkości sprowadza się do obliczenia przez sterownik częstotliwości powtarzania impulsów pochodzących z DSA w jednostce czasu i zrozumiałego dla nas przeliczenia tej wartości na km/h.
Czujniki prędkości dzielą się na dwie duże grupy:
● Napędzany bezpośrednio przez wał lub styk;
● Bezdotykowy.
Montaż kontaktowego czujnika prędkości na skrzyni biegów
Do pierwszej grupy zaliczają się czujniki, na które przekazywany jest moment obrotowy z wału skrzyni biegów, osi lub skrzyni rozdzielczej za pomocą przekładni napędowej i giętkiej stalowej linki (lub krótkiego sztywnego wału).Czujnik stanowi urządzenie, które odczytuje obrót kątowy wału i przetwarza go na impulsy elektryczne.Czujniki tego typu mają szerokie zastosowanie, ponieważ można je zamontować zamiast napędu mechanicznego prędkościomierza (co pozwala na modernizację starych pojazdów bez dodatkowych kosztów) i charakteryzują się dużą niezawodnością.
Główne pokrętło bezdotykowego czujnika prędkości
Do drugiej grupy zaliczają się czujniki, które nie mają bezpośredniego kontaktu z obracającym się wałem.Aby zmierzyć prędkość takich czujników, na wale instaluje się urządzenie pomocnicze - tarczę wzorcową lub wirnik.Urządzenia zbliżeniowe cieszą się coraz większą popularnością, montowane są w wielu aktualnych modelach samochodów krajowych.
Wszystkie czujniki działają na różnych zasadach fizycznych.W urządzeniach stykowych najczęściej wykorzystuje się efekt Halla i efekt magnetorezystancyjny (MRE), a także transoptory (pary optoelektroniczne).W sercu czujników bezdotykowych najczęściej stosowany jest efekt Halla, a znacznie rzadziej MRE.Poniżej opisano budowę i zasadę działania każdego typu czujnika.
Czujniki kontaktowe oparte na efekcie Halla
Czujniki tego typu działają w oparciu o efekt Halla: jeśli płaski przewodnik, przez który dwie przeciwne strony przepływa prąd stały, zostanie umieszczony w polu magnetycznym, to po jego przeciwnych stronach pojawi się napięcie elektryczne.Sercem DSA jest układ Halla, w którym zintegrowano już płytkę (zwykle wykonaną z permalloju) i obwód wzmacniacza.W czujnikach mikroukład i magnes pozostają nieruchome, a zmiana pola magnetycznego odbywa się za pomocą obracającej się „kurtyny” - pierścienia ze szczelinami.Pierścień jest połączony z kablem napędowym lub wałem, od którego otrzymuje obrót.Sygnał wyjściowy z DSA jest wysyłany do prędkościomierza lub sterownika poprzez standardowe złącze, przez które dostarczane jest zasilanie do układu Halla.
Czujniki bezdotykowe oparte na efekcie Halla
Bezdotykowy DSA opiera się na tym samym efekcie, ale nie ma w nim ruchomych części - zamiast tego na wale jednostki (skrzynia biegów, przekładnia osi) znajduje się wirnik lub tarcza impulsowa z namagnesowanymi sekcjami.Pomiędzy czułą częścią czujnika (z chipem Halla) a wirnikiem znajduje się niewielka szczelina, gdy wirnik się obraca, w mikroukładzie generowany jest sygnał impulsowy, który jest przesyłany do sterownika przez standardowe złącze.
Schemat działania bezdotykowego czujnika prędkości
Czujniki kontaktowe wykorzystujące efekt magnetorezystancyjny
Konstrukcja czujnika prędkości z elementem magnetorezystancyjnym
Ten typ DSA opiera się na efekcie magnetorezystancyjnym – właściwości niektórych materiałów polegających na zmianie ich rezystancji elektrycznej po umieszczeniu w polu magnetycznym.Takie czujniki są podobne do czujników Halla, ale wykorzystują chipy ze zintegrowanym elementem magnetorezystancyjnym (MRE) opartym na materiałach półprzewodnikowych.Najczęściej czujniki te mają napęd bezpośredni, zmiana pola magnetycznego odbywa się poprzez obrót pierścieniowego magnesu wielobiegunowego, wygenerowany sygnał doprowadzany jest do sterownika poprzez standardowe złącze (przez które zasilane jest mikroukład z MRE jest zapewniony).
Optoelektroniczne czujniki kontaktowe
Te DSA są najprostsze w konstrukcji, ale są mniej czułe i bardziej bezwładne niż te opisane powyżej.Czujnik zbudowany jest w oparciu o transoptor - diodę LED i fototranzystor, pomiędzy którymi znajduje się dysk ze szczelinami połączony z wałem napędowym.Kiedy dysk się obraca, strumień świetlny pomiędzy diodą LED a fototranzystorem jest okresowo przerywany, przerwania te są wzmacniane i wysyłane do sterownika w postaci sygnału impulsowego.
Konstrukcja optoelektronicznego czujnika prędkości
Jak wybrać i wymienić odpowiedni czujnik prędkości
Niesprawny czujnik prędkości we współczesnym pojeździe może być źródłem różnorodnych problemów – od utraty danych o prędkości poruszania się i przebytym dystansie (przestają działać prędkościomierz i licznik kilometrów), aż po awarię jednostki napędowej (niestabilna praca na biegu jałowym, zwiększone zużycie paliwa, utrata mocy), wspomaganie kierownicy i systemy bezpieczeństwa.Dlatego w przypadku awarii DSA należy go jak najszybciej wymienić.
Do wymiany należy zabrać tylko czujnik, który był wcześniej w samochodzie, lub skorzystać z urządzeń spośród zalecanych przez producenta samochodu.W niektórych przypadkach możliwe jest wybranie „nienatywnego” DSA, ale najczęściej jest to niemożliwe - czujnik albo nie wpada na miejsce, albo podaje nieprawidłowe odczyty podczas instalacji.Dlatego eksperymenty z doborem DSA należy przeprowadzać tylko w skrajnych przypadkach.
Wymiana czujnika odbywa się zgodnie z instrukcją dla tego konkretnego pojazdu (lub skrzyni biegów, osi lub skrzyni rozdzielczej).DSA z napędem bezpośrednim mają zwykle gwint pod klucz i sześciokąt (ale nie zawsze - niektóre produkty mają pierścień z karbowaniem poprzecznym), więc ich wymiana sprowadza się do wykręcenia starego urządzenia i wkręcenia nowego.Czujniki bezdotykowe mocuje się zazwyczaj za pomocą jednej lub dwóch śrub (śrub) przekręconych przez otwór w kołnierzu.We wszystkich przypadkach wszelkie prace należy wykonywać przy wyjętej końcówce z akumulatora, przed demontażem czujnika należy odłączyć złącze elektryczne, a przed montażem nowego oczyścić miejsce jego montażu.
Trudniej jest wymienić wirnik czujników bezdotykowych - w tym celu należy częściowo zdemontować jednostkę (skrzynkę, mostek), a następnie przeprowadzić prace naprawcze zgodnie z instrukcją.
Przy prawidłowym doborze i wymianie czujnika prędkości, prędkościomierz i różne układy samochodowe (w tym silnik) natychmiast zaczynają działać.W przyszłości DSA zapewni bezpieczną i komfortową eksploatację pojazdu.
Czas publikacji: 12 lipca 2023 r