Датчики частоти обертання колеса
застосування
Датчики частоти обертання колеса служать для визначення швидкості обертання коліс автомобіля (числа обертів колеса). Сигнали частоти обертання передаються по кабелю в блок управління ABS, ASR або ESP автомобіля, який індивідуально управляє силою гальмування кожного колеса. Цей контур регулювання запобігає блокуванню (при наявності ABS) або прокручування коліс (при наявності ASR або ESP) і гарантує стійкість і керованість автомобіля. Системи навігації також потребують сигналах частоти обертання колеса, щоб розраховувати пройдений шлях (наприклад, в тунелях або при відсутності сигналів супутника).
Конструкція і принцип дії
Сигнали для датчика частоти обертання колеса формуються за допомогою сталевого імпульсного датчика, жорстко з'єднаного з маточиною колеса (для пасивних датчиків), або мультіполюсного магнітно-імпульсного датчика (для активних датчиків). Цей імпульсний датчик має таку ж швидкість обертання, що і колесо, і проходить безконтактно чутливу зону головки датчика. Датчик «зчитує» без прямого контакту через повітряний зазор величиною до 2 мм (рис. 2).
Повітряний зазор (з невеликими допусками) служить для того, щоб забезпечити процес отримання сигналу без перешкод. Можливі перешкоди, такі як коливання, вібрації, температура, вологість, умови установки на колесі та ін. Виключаються.
Малюнок № 1 Пасивні (індуктивні) датчики частоти обертання
а Різцевий контактний штифт (плоский індуктор)
b Ромбоподібний контактний штифт (хрестоподібний індуктор)
Малюнок № 2 Креслення принципу дії пасивного датчика швидкості обертання
1 Постійний магніт
2 Магнітна котушка
3 полюсний контактний штифт
4 Импульсное колесо зі сталі
5 Магнітні лінії поля
Оскільки умови монтажу на колесі не скрізь однакові, існують різні форми полюсних контактних штифтів і різні варіанти монтажу. Найбільш поширені різцевий полюсний контактний штифт (рис. 1а, також званий плоским індуктором) і ромбоподібний контактний штифт (рис. Lb, також званий хрестоподібним індуктором). Обидва полюсних контактних штифта при монтажі повинні бути точно спрямовані до імпульсного кільцю.
Малюнок № 3 Вихідна напруга сигналу пасивного датчика швидкості обертання
а Пасивний датчик швидкості обертання з імпульсним кільцем
b Сигнал датчика при постійній швидкості обертання колеса
з Сигнал датчика при зростаючій швидкості обертання колеса
Активний датчик швидкості обертання
сенсорні елементи
В сучасних гальмівних системах використовуються практично виключно активні датчики швидкості обертання (рис. 4). Зазвичай вони складаються з герметично залитої пластиком кремнієвої інтегральної мікросхеми, распложенной в голівці датчика.
Поряд з магніторезистивну інтегральними мікросхемами (зміна електричного опору при зміні магнітного поля) фірма «Bosch» все ще використовує у великих обсягах сенсорні елементи Холла, які реагують на найменші зміни магнітного поля і тому можуть використовуватися при повітряних зазорах більшого розміру в порівнянні з пасивними датчиками швидкості обертання.
Активне (імпульсна) кільце
Як імпульсний кільця активного датчика швидкості обертання використовується мультіполюснное колесо. Йдеться про почергово розташованих постійних магнітах, розташованих у формі кільця на немагнітному металевому носії (рис. 6 і рис. 7а). Північний і південний полюси цих магнітів виконують функцію зубців імпульсного кільця. На інтегральну мікросхему датчика впливає постійно змінюється магнітне поле. Тому магнітний потік, що проходить через інтегральну мікросхему, також змінюється при обертанні мультіполюсного кільця.
Малюнок № 4 Активний датчик швидкості обертання
В якості альтернативи мультіполюсному кільцю можна використовувати сталеве зубчасте колесо. У цьому випадку на інтегральну мікросхему Холла встановлюється магніт, що виробляє постійне магнітне поле (рис. 7b). Під час обертання імпульсного кільця існуюче постійне магнітне поле піддається впливу «перешкод» через постійну зміну зубця-виїмки. В іншому принцип вимірювання, обробки сигналу і інтегральна мікросхема ідентичні таким в датчику без магніту.
Малюнок № 5 Експозиційний креслення з мультіполюсним імпульсним датчиком
1 Маточина колеса
2 Шарикопідшипник
3 Мультіполюсное кільце
4 Датчик швидкості обертання колеса
Характеристики
Типове явище для активного датчика швидкості обертання - інтеграція вимірювального елемента Холла, підсилювача сигналу і підготовки сигналу в інтегральної мікросхемі (рис. 8). Дані про швидкість обертання передаються у вигляді підводиться струму в формі прямокутних імпульсів (рис. 9). Частота імпульсів струму пропорційна числу оборотів колеса, а зчитування показань можливо майже до зупинки колеса (0,1 км / год).
Малюнок № 6 тивний датчик швидкості обертання в розрізі
1 Сенсорний елемент
2 Мультіполюсное кільце зі змінним
намагнічуванням північ-південь
Малюнок № 7 Креслення принципу роботи при визначенні швидкості обертання
а Інтегральна мікросхема Холлас мультіполюсним імпульсним датчиком
b Інтегральна мікросхема Холла зі сталевим
імпульсним кільцем і магнітом в датчику
1 Сенсорний елемент
2 Мультіполюсное кільце
3 Магніт
4 Сталеве імпульсна колесо
Напругу живлення знаходиться в діапазоні між 4,5 і 20 Вольт. Рівень прямокутного вихідного сигналу становить 7 мА (низький) і 14 мА (високий). При такій формі передачі цифрових сигналів, наприклад, індуктивний напруга перешкод є неефективним в порівнянні з пасивним індуктивним датчиком. Зв'язок з блоком управління здійснюється двопровідним кабелем.
Малюнок № 8 Блок-схема інтегральної мікросхеми Холла
Компактна конструкція і невелика вага дозволяють монтувати активний датчик швидкості обертання на підшипнику колеса або в ньому (рис. 10). Для цього підходять різні стандартні форми головки датчика.
Малюнок № 9 Перетворення сигналу в інтегральній мікросхемі Холла
а Вихідний сигнал
b Вихідний сигнал
0S1 Верхній поріг перемикання
US1 Нижній поріг перемикання
Малюнок № 10 Підшипник колеса з датчиків швидкості обертання
1 Датчик швидкості обертання
Цифрова обробка сигналу дозволяє передавати кодовану додаткову інформацію за допомогою Широтноімпульсна-модулируемого вихідного сигналу (рис. 11).
Визначення напрямку обертання коліс: це особливо необхідно для функції «Hill Hold Control», що запобігає відкат автомобіля назад під час підйому на гору. Визначення напрямку обертання також використовується для навігації автомобіля.
Визначення стану зупинки: ці дані також обробляються в функції «Hill Hold Control». Подальша обробка даних входить в розділ самодіагностики.
Якість сигналу датчика: можна передавати дані про якість сигналу датчика. За допомогою цього водій в разі помилки може отримати інформацію про необхідність своєчасно звернутися в сервісну службу.
Малюнок № 11 Кодована передача даних за допомогою широтно-імпульсно-модульованих сигналів
а Сигнал швидкості при русі назад
b Сигнал швидкості при русі вперед
з Сигнал, коли автомобіль стоїть
d Якість сигналу датчика, самодіагностика