Ремонт и техническое обслуживание автомобилей




Специальные датчики




Радарные и ультразвуковые датчики

Для реализации функций круиз-контроля, беспилотного управления автомобилем используются автомобильные радарные датчики, которые работают на сверхвысоких радиочастотах в диапазоне 20...100 ГГц. Определение скорости сближения автомобиля с фронтальным препятствием на дороге реализуется в таких датчиках с помощью эффекта Доплера.

радарные и ультразвуковые датчики автомобилей

В 1969 году для получения информации о скорости сближения и расстоянии до объекта перед автомобилем фирма Lukas применила экспериментальный доплеровский радиорадар с несущей частотой 24 ГГц на автомобиле Ford Zodiak. На поворотах, когда деревья и дорожные знаки отражали сигнал излучателя, радар часто давал ложные сигналы тревоги.

В современных радиорадарных системах эта проблема решается за счет цифровой обработки сигнала и значительного повышения частоты излучения (в Европе: 76,5 ГГц), что дает более высокое разрешение и повышает помехоустойчивость.
В радиоизлучателе имеется сканирующая антенна или три неподвижных антенны, прикрепленные под передним пластиковым бампером.
Такие антенны посылают вперед радиоволны размером растра 3×9° (рис. 37), которые отражаются от других автомобилей, неподвижных препятствий и обрабатываются в ЭБУ с частотой примерно 20 Гц с учетом собственной скорости автомобиля и положения руля. Современные радиорадарные датчики передают информацию о фронтальных препятствиях перед автомобилем, причем объекты на обочине (деревья и дорожные знаки) не вызывают ложных срабатываний.

Современные радарные системы обнаруживают препятствия на расстоянии до 150 метров, определяют расстояние до объекта с точностью до 1 метра и скорость сближения с точностью до 1 км/час. Информация о препятствии поступает в ЭБУ, который через исполнительный механизм управляет специальной дроссельной заслонкой, не связанной с педалью водителя, поддерживая безопасную скорость сближения.
В случае критического сближения ЭБУ использует средства звукового и визуального предупреждения, а также, при соответствующей технической реализации, передает информацию в ЭБУ системы стабилизации для обеспечения замедления автомобиля с помощью тормозных колесных механизмов.

Адаптивный круиз-контроль (ACC) фирмы BOSCH имеет радарный датчик (рис. 1 а), в котором размещается приемопередающая антенна, радиорадар с модуляцией частоты и контроллер.

радиорадарный датчик систмы адаптивного круиз-контроля

Рис. 1.
а) Радиорадарный датчик АСС с контроллером
б) Растр радиоизлучателя

Кроме радиоарадарных датчиков в современных автомобилях применяются ультразвуковые датчики сближения, излучающие узконаправленные звуковые волны на частоте 40 кГц. Для определения скорости сближения и расстояния до обнаруженных по отраженному сигналу объектов здесь, как и в радиорадаре, используется эффект Доплера.
Скорость распространения звуковой волны (340 м/с при 15 °С) зависит от свойств атмосферы.

***

Датчики детонации

Датчики детонации используются для обнаружения детонации (не контролируемого взрыва) при сгорании рабочей смеси в цилиндрах двигателя. Особенно склонны к детонации современные двигатели с высокой степенью сжатия.
Детонация вызывает сильную высокочастотную вибрацию и перегрев двигателя, что может привести к механическому разрушению его деталей.
Датчик прикрепляется к блоку цилиндров и реагирует даже на слабую детонацию.

В зависимости от параметров электронной схемы усиления и преобразования, датчики детонации выполняются резонансными или широкополосными. В резонансных датчиках амплитуда выходного напряжения резко возрастает и превышает пороговый уровень на одной (резонансной) частоте детонации.
В широкополосных датчиках амплитуда выходного напряжения превышает пороговый уровень в диапазоне частот детонации.

Детонация определяется методом измерения вибрации цилиндров с помощью пьезоэлектрического датчика (рис. 2 а).
Во время детонации резонансная частота инерционной массы 6 совпадает с частотой детонации двигателя (обычно 6...12 кГц), что ведет к механическому воздействию на кварцевую пластину 4 и формированию высокочастотного сигнала переменного напряжения на контактных кольцах 5 для ЭБУ (рис. 2 в).

ЭБУ двигателя фильтрует сигнал с датчика детонации, производит аналого-цифровое преобразование. После момента зажигания (вероятное время появления детонации) производится сравнение сигнала с датчика детонации с заданным уровнем (рис. 2 б). При обнаружении детонации ЭБУ уменьшает угол опережения зажигания во всех цилиндрах или только в одном. В случае обнаружения неисправности ЭБУ существенно (на 10…15º) снижает углы опережения зажигания на большинстве режимов работы двигателя для гарантированного недопущения детонации. При исчезновении детонации ЭБУ начинает постепенно увеличивать угол опережения зажигания до появления детонации вновь и т. д.

Таким образом, ЭБУ с помощью датчика детонации удерживает двигатель в эффективном режиме работы на грани детонации.
При отсутствии детонации, на выходе датчика действует постоянное напряжение 2,5 В, получаемое в результате работы делителя из резисторов. Сигнал детонации изменяется в обе стороны от этого уровня (в диапазоне 0…5 В).

датчик детонации автомобильного двигателя

Рис. 2.
а) Датчик детонации: 1 - штекерный разъем; 2 - корпус; 3 - прижимная втулка; 4 - пьезоэлемент; 5 - контактные кольца; 6 - инерционная масса; 7 - упругая прижимная шайба; 8 - гайка;
б) Выходной сигнал датчика детонации;
в) Определение детонации

***




Датчики состояния электрических цепей

Все автомобильные ЭБУ постоянно контролируют состояние электрических цепей датчиков. В качестве датчиков состояния обычно используются резистивные шунты, делители напряжения и обмотки токовых реле.
Например, для того чтобы ЭБУ отличал закрытое или открытое состояние ключа от неисправностей в проводке, в цепи имеются дополнительные резисторы (рис. 3). Исправной проводке соответствует сопротивление R+Rs = 1050 Ом при разомкнутом ключе и R = 50 Ом при замкнутом.
Любые другие значения ЭБУ воспримет как неисправность датчика или цепи и вносит эту информацию в постоянную память с соответствующим кодом ошибки.

специальные датчики контактного типа

Рис. 3.
а) датчик контактного типа: 1 - сопротивление датчика R = 50 Ом; 2 - шунт Rs = 1 кОм; 3 -контакты датчика;
б) схема индикации неисправности лампы на основе геркона: 1-лампочка на дисплее; 2-контактные пластинки из магнитопроводящего материала; 3 - контакты; 4 - электромагнитная катушка; 5 - контролируемая лампа;
в) датчик износа тормозных колодок: 1 - основное сопротивление; 2 - шунт; 3 - тормозной диск; 4 - заделанная проволочная петля; 5 - накладка колодки;
г) поплавковый датчик уровня: 1 - основное сопротивление; 2 - шунт; 3 - геркон; 4 - магнит; 5 - поплавок;
д) щуп с нагреваемым проводом: 1 - нагреваемый провод (с положительным температурным коэффициентом); 2 - шунт; 3 - корпус щупа; 4 - сигнальная лампа

Для работы в агрессивных средах (масло, топливо) применяются герметичные магнитоуправляемые контакты – герконы с катушкой или постоянным магнитом.
При включении зажигания все сигнальные лампочки на панели будут гореть в течение примерно 5 секунд для проверки исправности самих лампочек и их цепей.
По истечению этого времени лампочки погаснут, если все контролируемые системы исправны. Если в какой-либо цепи неисправность, система контроля подает питание на сигнальную лампочку, оповещая водителя о ней.

Также герконы используются для контроля за исправностью лампочек осветительных приборов. Ток, питающий контролируемую лампу 5 (рис. 3, б), проходит через катушку 4, которая намагничивает контактные пластинки 3 геркона. Пластинки притягиваются и замыкают контакты.
Если контролируемая лампа перегорает, то лампочка на панели приборов 1 гаснет.

Существуют герконы с двумя катушками, намотанными в противоположных направлениях, которые контролируют две лампы. Ток на каждую из ламп проходит через свою катушку. Пока горят обе лампы, магнитные потоки катушек противодействуют друг и другу и контакты геркона остаются, разомкнутыми.
При перегорании одной из ламп магнитный поток одной из катушек прерывается, и оставшаяся катушка замыкает контакты геркона, в результате чего сигнальная лампочка загорается.

Для контроля предельного износа тормозных колодок, на глубине, соответствующей предельной толщине накладки 2 мм, заделана проволочная петля (рис. 3, в).
Когда износ достигает этой глубины, конец петли стирается и цепь разрывается. В этот момент к сопротивлению контрольной цепи 180 Ом последовательно добавляется сопротивление шунта 1200 Ом и ЭБУ включает лампочку на приборной панели.

В некоторых датчиках уровня жидкости встроен поплавковый выключатель, где к рычагу поплавка прикреплен магнит (рис. 3, г).
В верхней части бака укреплен геркон. Когда бак полон и поплавок находится вверху, магнит оказывается вблизи геркона и своим магнитным полем замыкает контакты. По мере опускания поплавка магнитное поле в области геркона ослабевает и наступает момент, когда контакты геркона размыкаются.
При размыкании контактов сопротивление датчика скачком возрастает с 180 до 1380 Ом. Для ЭБУ это является сигналом к включению лампочки на панели приборов.

Датчик уровня жидкости может выполняться в виде щупа с нагреваемым проводом. В стержень щупа заделан проволочный резистор сопротивлением 7…8 Ом (рис. 3, д). Резистор расположен ниже уровня жидкости. Из щупа выходят провода, идущие к блоку управления.

При включении зажигания ЭБУ начинает подавать на щуп ток около 0,25 А короткими импульсами длительностью около 2 секунд.
Если резистор находится в масле, тепло быстро отводится маслом. Если же уровень масла опустится, ниже резистора, хотя бы на 3 мм, тепло не будет отводиться маслом и резистор нагреется за время пропускания тока до более высокой температуры, его сопротивление увеличится, и блок управления включит сигнальную лампочку.

Емкостной датчик уровня жидкости. В стенку бачка охлаждающей жидкости заделаны два не изолированных металлических электрода, образующих обкладки конденсатора. К обкладкам подведен переменный ток низкого напряжения, и высокой частоты.
Пока контакты погружены в жидкость, сопротивление конденсатора велико, когда жидкость опуститься ниже уровня заделки электродов, сопротивление резко упадет, так как диэлектрическая проницаемость воздуха выше, чем жидкости. Уменьшение сопротивления конденсатора блок управления воспринимает как сигнал к включению лампочки на приборной панели.

***

Принципы диагностирования датчиков



Главная страница


Специальности

Учебные дисциплины

Олимпиады и тесты