Антиблокувальна система (АБС) контролює параметри руху автомобіля за показаннями датчиків, встановлених на одному або декількох колесах.Про те, що таке датчик ABS і для чого він потрібен, яких він буває, як він працює і на яких принципах заснована його робота - дізнайтеся зі статті.
Що таке датчик ABS
Датчик ABS (також автомобільний датчик швидкості, DSA) — безконтактний датчик швидкості обертання (або швидкості) колеса транспортних засобів, обладнаних різними електронними системами активної безпеки та допоміжними системами управління.Датчики швидкості є основними вимірювальними елементами, які забезпечують роботу антиблокувальної системи гальм (ABS), системи курсової стійкості (ESC) і контролю тяги.Також показання датчиків використовуються в деяких системах управління АКПП, вимірювання тиску в шинах, адаптивного освітлення та ін.
Всі сучасні автомобілі і багато інших колісних транспортних засобів оснащені датчиками швидкості.На легкових автомобілях датчики встановлюються на кожне колесо, на комерційних і вантажних автомобілях датчики можуть бути встановлені як на всіх колесах, так і в диференціалах ведучих мостів (по одному на вісь).Таким чином, антиблокувальні системи можуть стежити за станом усіх коліс або коліс ведучих осей і на основі цієї інформації вносити зміни в роботу гальмівної системи.
Типи датчиків АБС
Усі існуючі DSA діляться на дві великі групи:
• пасивно – індуктивний;
• Активний — магніторезистивний на основі датчиків Холла.
Пасивні датчики не вимагають зовнішнього живлення і мають найпростішу конструкцію, але мають низьку точність і ряд недоліків, тому на сьогоднішній день вони малопридатні.Активні датчики ABS потребують живлення для роботи, дещо складніші за конструкцією та дорожчі, але дають максимально точні показання та надійні в роботі.Тому сьогодні активні датчики встановлюються на більшість автомобілів.
DSA всіх типів мають дві версії:
• Пряма (торцева);
•Куточок.
Прямі датчики мають форму циліндра або стрижня, на одному кінці якого встановлений чутливий елемент, на іншому - роз'єм або провід з роз'ємом.Датчики кута оснащені кутовим з'єднувачем або проводом з з'єднувачем, а також мають пластикову або металеву скобу з отвором під болт.
Конструкція та робота індуктивних датчиків АБС
Це найпростіший по конструкції і роботі датчик швидкості.В його основі лежить індуктор, намотаний тонким мідним дротом, всередині якого знаходиться досить потужний постійний магніт і залізний магнітопровод.Кінець котушки з магнітопроводом розташований навпроти металевої шестерні (імпульсного ротора), жорстко закріпленої на маточині колеса.Зуби ротора мають прямокутний профіль, відстань між зубами дорівнює або трохи перевищує їх ширину.
Робота цього датчика заснована на явищі електромагнітної індукції.У стані спокою в котушці датчика немає струму, так як вона оточена постійним магнітним полем - сигнал на виході датчика відсутній.Під час руху автомобіля зубці імпульсного ротора проходять поблизу магнітопровода датчика, що призводить до зміни магнітного поля, що проходить через котушку.В результаті магнітне поле стає змінним, яке, відповідно до закону електромагнітної індукції, створює в котушці змінний струм.Цей струм змінюється за законом синуса, а частота зміни струму залежить від швидкості обертання ротора, тобто від швидкості автомобіля.
Індуктивні датчики швидкості мають істотні недоліки - вони починають працювати тільки при подоланні певної швидкості і формують слабкий сигнал.Це унеможливлює роботу ABS та інших систем на низьких швидкостях і часто призводить до помилок.Тому пасивні ДСА індуктивного типу сьогодні поступаються місцем більш досконалим активним.
Конструкція та робота датчиків швидкості на основі елемента Холла
Датчики на основі елементів Холла є найпоширенішими завдяки своїй простоті та надійності.Вони засновані на ефекті Холла - виникненні поперечної різниці потенціалів в плоскому провіднику, поміщеному в магнітне поле.Таким провідником є квадратна металева пластина, розміщена в мікросхемі (інтегральній схемі Холла), яка також містить оцінювальну електронну схему, що формує цифровий сигнал.Ця мікросхема встановлена в датчик швидкості.
Конструктивно DSA з елементом Холла простий: в його основі лежить мікросхема, за якою знаходиться постійний магніт, а навколо може розташовуватися металева пластина-магнітопровод.Все це поміщено в корпус, в задній частині якого знаходиться електричний роз'єм або провідник з роз'ємом.Датчик розташований навпроти імпульсного ротора, який може бути виконаний у вигляді металевої шестерні або кільця з намагніченими ділянками, імпульсний ротор жорстко закріплений на маточині колеса.
Принцип дії датчика Холла полягає в наступному.Інтегральна схема Холла постійно генерує цифровий сигнал у вигляді прямокутних імпульсів певної частоти.У спокої цей сигнал має мінімальну частоту або зовсім відсутній.На початку руху автомобіля повз датчика проходять намагнічені секції або зубці ротора, що тягне за собою зміну струму в датчику - ця зміна відстежується схемою оцінки, яка формує вихідний сигнал.Частота імпульсного сигналу залежить від швидкості обертання колеса, яка використовується антиблокувальною системою.
DSA цього типу позбавлені недоліків індуктивних датчиків, вони дозволяють вимірювати швидкість обертання коліс буквально з перших сантиметрів руху автомобіля, точні і надійні в роботі.
Конструкція та робота анізотропних магніторезистивних датчиків швидкості
Магніторезистивні датчики швидкості засновані на анізотропному магніторезистивному ефекті, який є зміною електричного опору феромагнітних матеріалів при зміні їх орієнтації відносно постійного магнітного поля.
Чутливий елемент датчика являє собою «шаровий пиріг» з двох-чотирьох тонких пластин пермалою (особливий залізо-нікелевий сплав), на які нанесені металеві провідники, певним чином розподіляють силові лінії магнітного поля.Пластини та провідники розміщені в інтегральній схемі, яка також містить схему оцінки для формування вихідного сигналу.Ця мікросхема встановлена в датчик, розташований навпроти імпульсного ротора - пластикове кільце з намагніченими ділянками.Кільце жорстко кріпиться на маточині колеса.
Робота датчиків AMR зводиться до наступного.У стані спокою опір феромагнітних пластин датчика залишається незмінним, тому вихідний сигнал, що генерується інтегральною схемою, також не змінюється або зовсім відсутній.Під час руху автомобіля намагнічені ділянки імпульсного кільця проходять повз чутливий елемент датчика, що призводить до деякої зміни напрямку силових ліній магнітного поля.Це викликає зміну опору пластин пермалою, що контролюється схемою оцінки - в результаті на виході датчика формується імпульсний цифровий сигнал, частота якого пропорційна швидкості автомобіля.
Слід зазначити, що магніторезистивні датчики дозволяють відстежувати не тільки швидкість обертання коліс, а й напрямок їх обертання і момент зупинки.Це можливо завдяки наявності імпульсного ротора з намагніченими ділянками: датчик контролює не тільки зміну напрямку магнітного поля, але і послідовність проходження магнітних полюсів повз чутливий елемент.
ДСА цього типу є найбільш надійними, забезпечують високу точність вимірювання швидкості обертання коліс і ефективну роботу систем активної безпеки автомобіля.
Загальний принцип роботи датчиків швидкості в складі АБС та інших систем
Антиблокувальні системи, незалежно від встановлених в них датчиків, мають однаковий принцип дії.Блок управління ABS контролює сигнал, що надходить від датчиків швидкості, і порівнює його з попередньо розрахованими показниками швидкості і прискорення автомобіля (ці показники індивідуальні для кожного автомобіля).Якщо сигнал від датчика і параметри, зафіксовані в блоці управління, збігаються, система неактивна.Якщо сигнал від одного або декількох датчиків відхиляється від проектних параметрів (тобто колеса заблоковані), то система включається в гальмівну систему, запобігаючи негативним наслідкам блокування коліс.
Детальніше про роботу антиблокувальної системи та інших систем активної безпеки автомобіля можна прочитати в інших статтях сайту.
Час публікації: 24 серпня 2023 р