Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Техника arrow Датчики автомобильных электронных систем управления и диагностического оборудования

Классификация датчиков автомобильных электронных систем управления и диагностического оборудования

Количество датчиков в современном автомобиле исчисляется десятками, а их функции достаточно широки, и они отвечают не только за исправную работу двигателя, но и за безопасность движения транспортного средства и людей, в нем находящихся, делают условия поездки комфортными.

Современные диагностические приборы позволяют снимать коды неисправностей и характеристики токов и напряжений данных датчиков, но без правильного понимания предназначения, устройства и принципа работы датчиков сложно поставить диагноз работоспособности электронной системы управления (ЭСАУ) в целом.

Автомобильные датчики, независимо от устройства и функциональных особенностей предназначены для преобразования физической величины, например расхода воздуха, температуры, или химической, например состава газа, в электрический сигнал определенной формы, величины и скважности.

Датчики, как и исполнительные механизмы ЭСАУ, представляют собой периферийные устройства линии связи между транспортным средством с его сложными приводами, тормозами, шасси и работой агрегатов общецелевого использования, включая навигационные устройства, и блоками управления, обрабатывающие получаемые сигналы датчиков. Переходные устройства (адаптеры) обычно используются для преобразования сигналов датчика в стандартную форму сигнала, необходимую для передачи информации в блок управления. Элементы индикации обеспечивают водителя автомобиля информацией о статическом и динамическом состоянии автомобиля как едином синергетическом процессе.

Классификацию автомобильных датчиков проводят по назначению:

  • • по функции (разомкнутые и замкнутые цепи управления);
  • • по надежности и резервированию;
  • • по способу контроля и получения информации.

Различают датчики по характеристике:

  • • датчики с непрерывной линейной характеристикой, которые используются в контуре регулирования в широком диапазоне измерений;
  • • датчики с непрерывной нелинейной характеристикой для контроля какого-либо параметра, что осуществляется в пределах узкого диапазона измерения в системах с обратной связью;
  • • с дискретной многоступенчатой: управление в случаях, когда требуется точное определение величины сигнала, если достигается его предельное значение;
  • • датчики с дискретной двухуровневой характеристикой (иногда с явлением гистерезиса) для контроля поправки прямого или последующего регулирования.

Датчики классифицируют по типу выходного сигнала.

Пропорциональный выходной сигнал:

  • • амплитуде, величине тока или напряжения;
  • • частоте или периодичности;
  • • продолжительности импульса (коэффициенту заполнения импульсов).

Дискретный выходной сигнал:

  • • двухуровневый (двоичный) сигнал;
  • • многоуровневый сигнал с неравномерной градуировкой;
  • • многоуровневый сигнал равномерный или цифровой.

По условиям эксплуатации и надежности автомобильные датчики подразделяют на три класса:

  • • класс 1 — рулевое управление, тормоза, защита пассажира;
  • • класс 2 — двигатель, трансмиссия, подвеска, шины;
  • • класс 3 — комфорт, информация, диагностика, противоугонная зашита.

Развитие современных технологий автомобильной электроники позволяет не только расширить применение различных датчиков в автомобиле, но и существенно уменьшить их размеры и повысить надежность.

Концепцию миниатюризации датчиков позволяют осуществить:

  • • технологии гибридных интегральных микросхем и подложек (датчики температуры и давления);
  • • полупроводниковые технологии (контроль частоты вращения, например, датчиком Холла);
  • • микромеханика (датчики измерения ускорения и давления);
  • • технологии микросистем (сочетание микромеханики, микроэлектроники, а при необходимости и микрооптики).

Разработаны и применяются принципиально новые конструкции датчиков:

  • • интегральные интеллектуальные датчики для системы управления, которые развиваются от локальных электронных схем обработки сигналов с гибридными и монолитными встроенными датчиками до комплексных цифровых схем с аналого-цифровыми преобразователями и микрокомпьютерами (мехатрони-ка), полностью использующими прецизионные возможности датчика. Достоинствами этих устройств являются уменьшение нагрузки на блок управления;
  • • однородные, гибкие, шиносовместимые с линии связи CAN;
  • • использование многочисленных датчиков;
  • • возможность обработки низкоинтенсивных и ВЧ-сигналов (усиление, локальная демодуляция);
  • • хранение индивидуальных коэффициентов коррекции в памяти PROM для улучшения характеристик и компенсации погрешностей датчика, а также обшей балансировки работы датчика и электронного блока управления.

Волоконно-оптические датчики. Уровень интеграции этих датчиков состоит в том, что они абсолютно невосприимчивы к электромагнитным помехам, однако чувствительны к воздействию давления (датчики с хорошей по интенсивности чувствительностью), до некоторой степени к загрязнению и подвержены старению. В настоящее время доступны недорогие пластиковые волокна с диапазоном рабочих температур, пригодным для автомобилей. Еше одним минусом, не позволяющим широко использовать данную технологию, является то, что этим датчикам требуются специальные ответвители и соединительные разъемы. Они должны быть внешними и внутренними.

Внешне расположенные оптические датчики, в которых оптическое волокно только проводит свет и сигнал возникает за его пределами.

Внутреннее расположение датчика, когда сигнал возникает непосредственно внутри оптических волокон.

По типам датчики классифицируют на датчики положения (перемещение или угол поворота). Эти датчики могут иметь конструкцию с подвижными контактами или бесконтактную (при непосредственной близости к месту измерения) для регистрации перемещения и угла. Это самый распространенный на автомобильной технике тип. Наиболее известными примерами таких устройств являются датчики, определяющие:

  • • положение дроссельной заслонки;
  • • положение педали управления подачей топлива;
  • • положение сиденья и автомобильного зеркала заднего вида;
  • • ход и положение тяги механизма управления;
  • • уровень топлива в баке;
  • • перемещение сервомеханизма сцепления, препятствие на пути движения автомобиля;
  • • угол поворота рулевого колеса;
  • • угол наклона автомобиля;
  • • угол отклонения от траектории движения автомобиля;
  • • положение педали тормоза.

Некоторые параметры в автомобиле датчики этого типа позволяют определять косвенно:

  • • угол отклонения дроссельной заслонки (скорость потока воздуха);
  • • перемещение подпружиненной массы (ускорение);
  • • перемещение диафрагмы (давление);
  • • статический прогиб подвески (вертикальная регулировка пучка света фары автомобиля);
  • • угол закручивания торсиона (момент).

Кроме обычного, часто встречаемого применения такие устройства в современных автомобилях начали контролировать и дополнительные параметры:

  • • перемещение механизма сцепления;
  • • определение дистанции до другого автомобиля или препятствия;
  • • определение угла поворота рулевого колеса;
  • • определение угла поворота колеса;
  • • определение угла наклона автомобиля;
  • • определение угла отклонения от заданной траектории движения автомобиля и угла положения педали тормоза.

Эти датчики представляют собой потенциометры со скользящими (подвижными) контактами, измеряют линейные и угловые перемещения благодаря пропорциональной связи между длиной проволоки или дорожки и ее электрическим сопротивлением, индукционные или генераторного типа:

  • • измерительная дорожка в потенциометрических датчиках обычно добавляется несколькими последовательными резисторами Я для защиты от перегрузок;
  • • стандартное подключение подвижного контакта потенциометра выполняется с помощью второй контактной дорожки, состоящей из того же материала, нанесенного на проводящую подложку. Во избежание износа и погрешности измерения ток в зоне контакта минимизируют до нескольких миллиампер, а устройство в целом защищается от пыли;
  • • датчики с кольцом закорачивания, которые являются элементами переменной индуктивности и состоят из сердечника, набранного из пластин (прямоугольной, скругленной и-образной или Е-образной формы) магнитомягкой стали, катушки индуктивности и подвижного кольца закорачивания, выполненного из меди или алюминия. Вихревые токи в кольце закорачивания замыкают магнитное поле в зоне между катушкой и кольцом. Поскольку движущаяся масса относительно мала, для целей измерения можно использовать почти всю длину датчика. Изменение контурных выводов сказывается на характеристике датчика: уменьшение расстояния между выводами по отношению к концу измеряемого диапазона улучшает ее, приводя к достаточно хорошей линейности характеристики. В зависимости от материала и формы рабочий диапазон лежит в интервале до 550 кГц;
  • • полудифференциальные датчики, в которых для получения большой точности используется подвижное измерительное и неподвижное эталонное кольцо закорачивания. Например, на дизельных топливных насосах высокого давления линеиныи датчик перемещения зубчатой рейки и датчик углового положения исполнительного механизма насосов распределительного типа. С их помощью проводят измерения, которые соответствуют индуктивным делителям напряжения (обработка данных типа Ы/Ъ2 либо (Ы - Ь2) / (Ы + Ь2)) или элементам-определителям частоты в генераторной схеме, дающим сигнал, пропорциональный частоте. Датчики данной конструкции обладают хорошими характеристиками помехозащищенности и простым цифровым преобразованием сигнала. При этом диапазон измерения достаточно велик, обычно 4;
  • • «интеллектуальные» датчики с кольцом закорачивания, благодаря объединению датчика со схемой генерирования сигналов имеют упрощенный сердечник. Поскольку в датчике и схеме можно использовать общее долевое уравновешивание и температурную компенсацию, точность измерений такого датчика существенно повышается;
  • • датчики соленоидно-плунжерного, дифференциально-дроссельного и дифференциально-преобразовательного типа функционируют на основе изменения индуктивности отдельной катушки и пропорционального отношения делителей напряжения с подвижными сердечниками;

. ВЧ -датчики (высокочастотные) с вихревыми токами (со встроенной электронной схемой) применяются для бесконтактных (в непосредственной близости к объекту) измерений, например контроля угла открытия дроссельной заслонки. Катушки этих датчиков лишены ферромагнитного сердечника; изменения индуктивности в них наводятся электропроводными элементами специальной формы (спойлерами), которые выбираются в зависимости от объекта измерения или совмещаются с ним. Поскольку рабочие частоты высоки (в диапазоне нескольких мегагерц), электронная схема выработки сигнала является частью датчика;

• для контроля угла открытия дросселя используются катушки с двумя обмотками.

В табл. 2.3 приведен перечень электронных систем и их датчиков, обеспечивающих экономические, экологические показатели автомобиля и систем, обеспечивающих безопасность дорожного движения и комфорт в салоне автомобиля.

LT1

О

Таблица 2.3. Перечень электронных датчиков и систем, влияющих на экологические и экономические показатели двигателя и на безопасность дорожного движения автомобиля

Датчики электронных систем управления

Электронная система управления

Функции электронной системы управления

Электронные системы, определяющие экологические и экономические показатели автомобиля

Частоты вращения коленчатого вала.

Частоты вращения распределительного вала.

Положения распределительного вала.

Температуры охлаждающей жидкости.

Температуры воздуха на всасывании.

Положения педали газа.

Расхода воздуха на всасывании.

Детонации.

Состава смеси в камере сгорания.

Состава смеси на выходе из нейтрализатора.

Связь по линии CAN

Микропроцессорная система впрыскивания топлива

и зажигания

Регулирование состава смеси и угла опережения

зажигания

Частоты вращения коленчатого вала.

Частоты вращения вала топливного насоса высокого давления. Температуры охлаждающей жидкости.

Температуры всасываемого воздуха.

Давления наддува.

Хода плунжера топливного насоса высокого давления.

Хода иглы топливной форсунки.

Расхода воздуха.

Состава смеси в камере сгорания.

Состава смеси после нейтрализатора О Г.

Связь по линии CAN с другими ЭСАУ

Микропроцессорные системы управления рабочим процессом дизельных двигателей:

управление насосом высокого давления;

электромагнитными форсунками или пьезофорсунками;

насос-форсунками

Регулирование дозированием топлива, углом опережения начала впрыскивания топлива, давлением наддува, токсичностью О Г

Глава 2. Классификация датчиков автомобильных электронных...

Датчики электронных систем управления

Электронная система управления

Функции электронной системы управления

Положения распределительного вала ДВС.

Положения коленчатого вала.

Скорости автомобиля.

Выключателя стоп-сигнала.

Положения селектора управления режимом парковки. Выключателя блокировки.

Температуры мотор-генераторов.

Частоты вращения роторов мотор-генераторов, сочлененных с ДВС и трансмиссией.

Силы тока в обмотках мотор-генераторов.

Температуры охлаждающей жидкости системы охлаждения инвертора.

Величины напряжения инвертора.

Контактора цепи «+» и «-» В В Б.

Сопротивления изоляции цепей ВВБ, главного резистора блока управления и главного реле.

Температуры инвертора мотор-генератора, сочлененного сДВС.

Положения педали акселератора (основной датчик).

Связь с линией CAN.

Связь с главным реле.

Столкновения (удара).

Температуры генератора инвертора.

Связь с насосом системы охлаждения инвертора

Микропроцессорная система управления инвертором комбинированной (гибридной) силовой установки

Выбор режима работы мотор-генератора, соединенного с ДВС, и силового мотор-генератора для обеспечения тягового режима работы и зарядки высоковольтной батареи (ВВБ), контроль состояния элементов системы

2.2. Классификация датчиков автомобильных электронных систем...

іл

ГО

Датчики электронных систем управления

Электронная система управления

Функции электронной системы управления

Положения селектора режимов.

Частоты вращения ротора мотор-генераторов.

Температуры рабочей жидкости трансмиссии

Микропроцессорная система управления трансмиссией (режимом парковки, заднего хода, движения, нейтрального положения селектора)

Выбор режимов движения автомобиля, контроль состояния элементов системы

Температуры воздуха, подаваемого в батарею.

Силы тока от батареи.

Температуры каждого соединительного блока.

Температуры сборки элементов ВВЮ.

Связь с главным реле блока батареи.

Связь с выключателем блокировки, сопротивления изоляции высоковольтного пучка проводов инвертора

Микропроцессорная система управления и контроля высоковольтной батареи (ВВБ) гибридной силовой установки

Контроль системы вентиляции внутренней полости высоковольтной батареи, ее работоспособности и степени заряженности,

температурного режима работы

Электронные системы, обеспечивающие пассивную и активную безопасность автомобиля,

и информационные системы помощи водителю

Положения рулевого колеса.

Момента поворота рулевого колеса

Электронная система электрического усилителя руля

Улучшение управляемости рулем и автоматической парковкой автомобиля

Глава 2. Классификация датчиков автомобильных электронных...

Датчики электронных систем управления

Электронная система управления

Функции электронной системы управления

Частоты вращения колес автомобиля.

Положения педали тормоза.

Выключатель стоп-сигнала.

Реле № 1 и № 2 АБС и П БС.

Положения рулевого колеса.

Концевой выключатель.

Уровня тормозной жидкости в тормозном бачке.

Давления тормозной жидкости в главном тормозном цилиндре РТС1, РТС2 (регулятор тормозных сил).

Положения нулевой точки рулевого колеса 1/2.

Сигналы включения электромагнитных клапанов модулятора АБС.

Контроля остановки автомобиля при торможении SCS (stop control system).

Давления в тормозном цилиндре.

Замедления движения автомобиля.

Бокового перемещения автомобиля

Электронная система улучшения управляемости автомобиля

Улучшение управляемости автомобиля.

Устойчивость автомобиля при экстренном торможении на скользкой дороге и при трогании с места

и в гору

Солнечного света комбинации приборов.

Давления масла в ДВС.

Температуры охлаждающей жидкости ДВС.

Скорости автомобиля.

Уровня топлива в баке.

Видеообозрения дорожной ситуации

Информационная система (электронная комбинация приборов)

Обеспечение информацией о состоянии ДВС и других агрегатов и систем автомобиля

2.2. Классификация датчиков автомобильных электронных систем...

Датчики электронных систем управления

Электронная система управления

Функции электронной системы управления

Температуры наружного воздуха.

Солнечного света.

Температуры воздуха в салоне.

Влажности в салоне.

Температуры за испарителем кондиционера.

Сигнал работы двигателя в режиме холостого хода.

Сигнал запуска ДВС.

Положения заслонки смешивающихся потоков воздуха

Система климат-контроля в салоне автомобиля

Обеспечение комфортных условий пассажирам и водителю

Бокового и переднего внешнего удара по корпусу автомобиля. Наличия ключа в замке зажигания

Система пассивной безопасности (подушки безопасности)

Обеспечение безопасности водителю и пассажирам

при возникновении столкновения автомобиля с препятствием и другим автомобилем

Выключатели концевые открытой двери, капота и крышки багажника

Система защиты от угона (центральный замок)

Защита от несанкционированного вскрытия дверей автомобиля и от его угона

Расхода топлива.

Скорости автомобиля

Маршрутизатор (маршрутный компьютер)

Определение текущих параметров расхода топлива,

времени в пути и т. д.

Глава 2. Классификация датчиков автомобильных электронных...

Датчики электронных систем управления

Электронная система управления

Функции электронной системы управления

Приемная спутниковая антенна

Навигационная система

Определение оптимального маршрута движения автомобиля

Положения рулевого колеса

Система заднего видеообзора

Обеспечение обзора сзади автомобиля при его маневрировании

Положения педали газа.

Положения селектора передачи

Микропроцессорная система поддержания постоянной скорости движения автомобиля (спидостат)

Поддержание выбранной скорости движения

Давления в шинах

Электронная система контроля давления в шинах

Контроль давления с целью обеспечения безопасности движения автомобиля

Мультиплексная система обмена информацией между электронными системами автомобиля

и для диагностики электронных систем

Всех электронных систем

Мультиплексная система связи электронных систем

автомобиля

Обеспечение связи между электронными системами управления по обмену информацией и встроенной системой самодиагностики

2.2. Классификация датчиков автомобильных электронных систем...

Контрольные вопросы

  • 1. Каковы физические принципы, используемые в датчиках ЭСАУ и диагностического оборудования?
  • 2. Какие основные законы магнетизма применяют в датчиках ЭСАУ?
  • 3. Каковы принципы индуктивного, емкостного, термоэлектрического и фотоэлектрического датчиков?
  • 4. Каковы методы измерения неэлектрических величин электрическими методами?
  • 5. Какие основные неэлектрические величины параметров автомобиля требуют преобразования в электрические величины?
  • 6. Каковы принципы применения тензорезисторов в качестве чувствительных элементов?
  • 7. Каковы наиболее важные измеряемые параметры для преобразования неэлектрических величин в электрические?
  • 8. Каковы методы измерения температуры в автомобилях?
  • 9. Каковы основные направления совершенствования конструкции датчиков?
  • 10. Каковы причины появления «виртуальных» и «интеллектуальных» датчиков ЭСАУ?
  • 11. Как классифицируют датчики ЭСАУ?
  • 12. Каковы основные принципы классификации датчиков ЭСАУ?
  • 13. Каким образом классифицируют ЭСАУ автомобилей и какие датчики применяют для этих систем управления?
  • 14. Какая электронная система использует информацию всех датчиков автомобильных электронных систем?
 
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   След >
 

Популярные страницы