В останні десятиліття на зміну механічним автомобільним спідометрам прийшли електронні системи вимірювання швидкості, в яких важливу роль відіграють датчики швидкості.Все про сучасні датчики швидкості, їх види, конструкцію та роботу, а також їх правильний вибір і заміну - читайте в цій статті.
Що таке датчик швидкості
Датчик швидкості (vehicle speed sensor, DSA) — чутливий елемент електронної системи вимірювання швидкості автомобіля;Контактний або безконтактний датчик, який вимірює кутову швидкість вала в коробці передач або в коробці передач ведучого моста і передає результати вимірювань на регулятор швидкості автомобіля або спідометр.
Зверніть увагу: у статті розглядається лише DSA для вимірювання швидкості автомобіля.Про датчики частоти обертання коліс, що працюють у складі систем активної безпеки (АБС та інші), розказано в інших статтях нашого сайту.
Датчики швидкості можуть входити до складу різних систем сучасного автомобіля:
● Спідометр - для вимірювання та індикації поточної швидкості руху та пройденого шляху (за допомогою одометра);
● системи упорскування, запалювання та інші системи двигуна - для корекції режимів роботи силового агрегату в залежності від швидкості руху автомобіля та її змін (при розгоні та гальмуванні);
● Активні системи безпеки та сигналізації – для корекції швидкості та траєкторії руху автомобіля в різних режимах, попередження про потенційно небезпечні ситуації тощо;
● У деяких автомобілях - гідропідсилювач керма та системи комфорту.
DSA, як і традиційний тросовий привід спідометра, встановлюється на коробку передач, роздавальну коробку або коробку передач ведучого моста, відстежуючи кутову швидкість вторинного або проміжного валу.Отримана від датчика інформація у вигляді електричних сигналів надходить на регулятор швидкості або безпосередньо на спідометр.Характеристики генерованих сигналів і способи підключення/інтеграції датчиків до електроніки автомобіля залежать від їх типів, конструкції та принципу дії.Про це потрібно розповісти докладніше.
Функціональність, види, конструкція та принцип дії датчиків швидкості
Датчики швидкості, незалежно від типу та конструкції, генерують сигнали, які можуть надсилатися або безпосередньо на спідометр, або на контролер двигуна та відповідні електронні блоки керування.У першому випадку датчик використовується тільки для візуального визначення швидкості автомобіля.У другому випадку дані використовуються автомобільною електронікою для управління двигуном та іншими системами, а сигнал на спідометр подається від контролера.На сучасних автомобілях все частіше використовується другий спосіб підключення.
Виміряти швидкість за допомогою DSA досить просто.Датчик формує імпульсний сигнал (зазвичай прямокутної форми), в якому частота повторення імпульсів залежить від швидкості обертання вала і, відповідно, від швидкості автомобіля.Більшість сучасних датчиків виробляють від 2000 до 25000 імпульсів на кілометр, але найчастіше використовується стандарт 6000 імпульсів на кілометр (для контактних датчиків - 6 імпульсів на оберт їх ротора).Таким чином, вимірювання швидкості зводиться до розрахунку контролером частоти повторення імпульсів, що надходять від DSA в одиницю часу, і перекладу цієї величини в зрозумілі для нас км/год.
Датчики швидкості діляться на дві великі групи:
● Безпосередньо приводиться в рух валом або контактом;
● Безконтактний.
Установка контактного датчика швидкості на КПП
До першої групи відносяться датчики, на які крутний момент від вала коробки передач, осі або роздавальної коробки передається за допомогою приводу і гнучкого сталевого троса (або короткого жорсткого вала).Датчик забезпечує пристрій, який зчитує кутове обертання вала та перетворює його в електричні імпульси.Датчики цього типу знайшли широке застосування, так як можуть встановлюватися замість приводу механічного спідометра (що дозволяє без додаткових витрат модернізувати старі автомобілі) і відрізняються високою надійністю.
Головний диск безконтактного датчика швидкості
До другої групи відносяться датчики, які не мають безпосереднього контакту з обертовим валом.Для вимірювання частоти обертання таких датчиків на валу встановлюють допоміжний пристрій - головний диск або ротор.Безконтактні пристрої стають все більш популярними, вони встановлюються на багатьох актуальних моделях вітчизняних автомобілів.
Усі датчики працюють на різних фізичних принципах.У контактних пристроях найчастіше використовують ефект Холла і магніторезистивний ефект (МРЕ), а також оптрони (оптоелектронні пари).В основі безконтактних датчиків найбільш широко використовується ефект Холла і набагато рідше MRE.Конструкція та принцип роботи кожного типу датчика описані нижче.
Контактні датчики на основі ефекту Холла
Датчики цього типу засновані на ефекті Холла: якщо плоский провідник, через дві протилежні сторони якого пропускають постійний струм, помістити в магнітне поле, то на інших його протилежних сторонах виникає електрична напруга.В основі DSA лежить мікросхема Холла, в яку вже вбудовані пластина (зазвичай з пермалою) і схема підсилювача.У датчиках мікросхема і магніт залишаються нерухомими, а зміна магнітного поля здійснюється за рахунок обертової «штори» - кільця з прорізами.Кільце з'єднане з приводним тросом або валом, від якого воно отримує обертання.Вихідний сигнал від DSA надходить на спідометр або контролер через стандартний роз'єм, через який подається живлення на мікросхему Холла.
Безконтактні датчики на основі ефекту Холла
Безконтактний ДСА заснований на тому ж ефекті, але в ньому немає рухомих частин - замість нього на валу агрегату (редуктора, осьового редуктора) розташований ротор або імпульсний диск з намагніченими секціями.Між чутливою частиною датчика (з мікросхемою Холла) і ротором є невеликий зазор, при обертанні ротора в мікросхемі формується імпульсний сигнал, який через стандартний роз'єм надходить на контролер.
Схема роботи безконтактного датчика швидкості
Контактні датчики на основі магніторезистивного ефекту
Конструкція датчика швидкості з магніторезистивним елементом
Цей тип DSA заснований на магніторезистивному ефекті - властивості деяких матеріалів змінювати свій електричний опір при розміщенні в магнітному полі.Такі датчики схожі на датчики Холла, але в них використовуються мікросхеми з вбудованим магніторезистивним елементом (MRE) на основі напівпровідникових матеріалів.Найчастіше ці датчики мають прямий привід, зміна магнітного поля здійснюється обертанням кільцевого багатополюсного магніту, сформований сигнал подається на контролер через стандартний роз'єм (через який здійснюється живлення мікросхеми з ІМН надається).
Оптоелектронні контактні датчики
Ці DSA є найпростішими за конструкцією, але вони менш чутливі та більш інерційні, ніж описані вище.В основі датчика лежить оптрон - світлодіод і фототранзистор, між якими знаходиться диск з шліцами, з'єднаний з приводним валом.При обертанні диска світловий потік між світлодіодом і фототранзистором періодично переривається, ці переривання посилюються і передаються на контролер у вигляді імпульсного сигналу.
Конструкція оптоелектронного датчика швидкості
Як правильно вибрати і замінити датчик швидкості
Несправний датчик швидкості в сучасному транспортному засобі може бути джерелом різних проблем - від втрати даних про швидкість руху і пройденого шляху (перестають працювати спідометр і одометр), до збою в роботі силового агрегату (нестабільний холостий хід, підвищена витрата палива, втрата потужності), гідропідсилювач керма та системи безпеки.Тому, якщо DSA виходить з ладу, його слід якомога швидше замінити.
Для заміни слід брати тільки той датчик, який був на автомобілі раніше, або використовувати прилади з числа рекомендованих автовиробником.У деяких випадках можливий вибір «нерідного» DSA, але найчастіше це неможливо - датчик або не стає на місце, або дає невірні показання при установці.Тому до експериментів з підбором DSA слід вдаватися лише в крайніх випадках.
Заміна датчика проводиться відповідно до інструкції до даного автомобіля (або коробки передач, моста або роздавальної коробки).ДСА з прямим приводом зазвичай мають різьблення і шестигранник під ключ (але не завжди - деякі вироби мають кільце з поперечним гофруванням), тому їх заміна зводиться до вивертання старого пристрою і вкручування нового.Безконтактні датчики зазвичай кріпляться одним або двома гвинтами (болтами), прокрученими через отвір у фланці.У всіх випадках всі роботи необхідно проводити зі знятою клемою з акумулятора, перед демонтажем датчика необхідно від'єднати електричний роз'єм, а перед установкою нового очистити місце його установки.
У безконтактних датчиків замінити ротор складніше - для цього необхідно частково розібрати вузол (коробку, міст), а потім провести ремонтні роботи згідно з інструкцією.
При правильному підборі і заміні датчика швидкості відразу починає працювати спідометр і різні системи автомобіля (в тому числі і двигун).У майбутньому DSA забезпечить безпечну та комфортну експлуатацію автомобіля.
Час публікації: 12 липня 2023 р