Антиблокировочная система тормозов (АБС) контролирует параметры движения автомобиля по показаниям датчиков, установленных на одном или нескольких колесах.Подробнее о том, что такое датчик АБС и зачем он нужен, каких он бывает типов, как он работает и на каких принципах основана его работа – узнайте из статьи.
Что такое датчик АБС
Датчик ABS (также автомобильный датчик скорости, DSA) — бесконтактный датчик скорости вращения (или скорости) колеса транспортных средств, оснащенных различными электронными системами активной безопасности и вспомогательными системами управления.Датчики скорости являются основными измерительными элементами, обеспечивающими работу антиблокировочной системы тормозов (ABS), системы стабилизации (ESC) и антипробуксовочной системы.Также показания датчиков используются в некоторых системах управления АКПП, измерения давления в шинах, адаптивного освещения и других.
Все современные автомобили и многие другие колесные транспортные средства оснащены датчиками скорости.На легковых автомобилях датчики устанавливаются на каждое колесо, на коммерческих и грузовых автомобилях датчики могут быть установлены как на все колеса, так и в дифференциалы ведущих мостов (по одному на ось).Таким образом, антиблокировочные системы тормозов могут контролировать состояние всех колес или колес ведущих мостов и на основе этой информации вносить изменения в работу тормозной системы.
Типы датчиков АБС
Все существующие DSA делятся на две большие группы:
• Пассивно-индуктивный;
• Активный — магниторезистивный, на основе датчиков Холла.
Пассивные датчики не требуют внешнего питания и имеют наиболее простую конструкцию, но обладают низкой точностью и рядом недостатков, поэтому на сегодняшний день они малопригодны.Активным датчикам ABS для работы требуется питание, они несколько сложнее по конструкции и дороже, но обеспечивают наиболее точные показания и надежны в работе.Поэтому сегодня на большинство автомобилей устанавливаются активные датчики.
ДСА всех типов имеют две версии:
• Прямой (конец);
•Угол.
Датчики прямого действия имеют форму цилиндра или стержня, на одном конце которого установлен чувствительный элемент, на другом — разъем или провод с разъемом.Датчики угла оснащаются угловым разъемом или проводом с разъемом, а также имеют пластиковый или металлический кронштейн с отверстием для болта.
Устройство и работа индуктивных датчиков АБС.
Это самый простой по конструкции и работе датчик скорости.В его основе лежит индуктор, намотанный тонкой медной проволокой, внутри которого находится достаточно мощный постоянный магнит и железный магнитопровод.Конец катушки с магнитопроводом расположен напротив металлической шестерни (импульсного ротора), жестко закрепленной на ступице колеса.Зубья ротора имеют прямоугольный профиль, расстояние между зубьями равно или немного больше их ширины.
Работа этого датчика основана на явлении электромагнитной индукции.В состоянии покоя ток в катушке датчика отсутствует, так как она окружена постоянным магнитным полем – сигнал на выходе датчика отсутствует.Во время движения автомобиля зубцы импульсного ротора проходят вблизи магнитопровода датчика, что приводит к изменению магнитного поля, проходящего через катушку.В результате магнитное поле становится переменным, что по закону электромагнитной индукции генерирует переменный ток в катушке.Этот ток изменяется по закону синуса, а частота изменения тока зависит от скорости вращения ротора, то есть от скорости автомобиля.
Индуктивные датчики скорости имеют существенные недостатки – они начинают работать только при преодолении определенной скорости и формируют слабый сигнал.Это делает невозможным работу АБС и других систем на малых скоростях и часто приводит к ошибкам.Поэтому пассивные ДСА индуктивного типа сегодня уступают место более совершенным активным.
Конструкция и работа датчиков скорости на основе элемента Холла.
Датчики на основе элементов Холла получили наибольшее распространение благодаря своей простоте и надежности.В их основе лежит эффект Холла — возникновение поперечной разности потенциалов в плоском проводнике, помещенном в магнитное поле.Такой проводник представляет собой квадратную металлическую пластину, помещенную в микросхему (интегральную схему Холла), которая также содержит оценивающую электронную схему, формирующую цифровой сигнал.Эта микросхема установлена в датчике скорости.
Конструктивно ДСА с элементом Холла прост: в его основе лежит микросхема, за которой находится постоянный магнит, а вокруг может располагаться металлическая пластина-магнитопровод.Все это помещено в корпус, в задней части которого имеется электрический разъем или проводник с разъемом.Датчик расположен напротив импульсного ротора, который может быть выполнен как в виде металлической шестерни, так и кольца с намагниченными участками, импульсный ротор жестко закреплен на ступице колеса.
Принцип работы датчика Холла следующий.Интегральная схема Холла постоянно генерирует цифровой сигнал в виде прямоугольных импульсов определенной частоты.В состоянии покоя этот сигнал имеет минимальную частоту или вовсе отсутствует.В начале движения автомобиля мимо датчика проходят намагниченные участки или зубцы ротора, что влечет за собой изменение тока в датчике – это изменение отслеживается оценочной схемой, формирующей выходной сигнал.Частота импульсного сигнала зависит от скорости вращения колеса, которую использует антиблокировочная система тормозов.
ДСА этого типа лишены недостатков индуктивных датчиков, они позволяют измерять скорость вращения колес буквально с первых сантиметров движения автомобиля, точны и надежны в работе.
Конструкция и работа анизотропных магниторезистивных датчиков скорости.
Магниторезистивные датчики скорости основаны на анизотропном магниторезистивном эффекте, который представляет собой изменение электрического сопротивления ферромагнитных материалов при изменении их ориентации относительно постоянного магнитного поля.
Чувствительный элемент датчика представляет собой «слоеный пирог» из двух или четырех тонких пластин пермаллоя (специального железо-никелевого сплава), на который нанесены металлические проводники, определенным образом распределяющие силовые линии магнитного поля.Пластины и проводники помещены в интегральную схему, в которой также находится схема обработки для формирования выходного сигнала.Эта микросхема установлена в датчике, расположенном напротив импульсного ротора — пластиковом кольце с намагниченными участками.Кольцо жестко закреплено на ступице колеса.
Работа датчиков АМР сводится к следующему.В состоянии покоя сопротивление ферромагнитных пластин датчика остается неизменным, поэтому выходной сигнал, формируемый интегральной схемой, также не меняется или полностью отсутствует.Во время движения автомобиля намагниченные участки импульсного кольца проходят мимо чувствительного элемента датчика, что приводит к некоторому изменению направления силовых линий магнитного поля.Это вызывает изменение сопротивления пермаллоевых пластин, которое контролируется оценочной схемой – в результате на выходе датчика формируется импульсный цифровой сигнал, частота которого пропорциональна скорости автомобиля.
Следует отметить, что магниторезистивные датчики позволяют отслеживать не только скорость вращения колес, но и направление их вращения и момент остановки.Это возможно благодаря наличию импульсного ротора с намагниченными участками: датчик отслеживает не только изменение направления магнитного поля, но и последовательность прохождения магнитных полюсов мимо чувствительного элемента.
ДСА этого типа являются наиболее надежными, они обеспечивают высокую точность измерения скорости вращения колес и эффективную работу систем активной безопасности автомобиля.
Общий принцип работы датчиков скорости в составе АБС и других систем
Антиблокировочные системы тормозов, независимо от установленных в них датчиков, имеют одинаковый принцип работы.Блок управления АБС отслеживает сигнал, поступающий от датчиков скорости, и сравнивает его с заранее рассчитанными показателями скорости и ускорения автомобиля (эти показатели индивидуальны для каждого автомобиля).Если сигнал датчика и параметры, записанные в блоке управления, совпадают, система неактивна.Если сигнал одного или нескольких датчиков отклоняется от расчетных параметров (то есть колеса блокируются), то система включается в тормозную систему, предотвращая негативные последствия блокировки колес.
Более подробную информацию о работе антиблокировочной системы тормозов и других систем активной безопасности автомобиля можно найти в других статьях сайта.
Время публикации: 24 августа 2023 г.