В последние десятилетия механические автомобильные спидометры были заменены электронными системами измерения скорости, в которых важную роль играют датчики скорости.Все о современных датчиках скорости, их видах, конструкции и работе, а также их правильном выборе и замене – читайте в этой статье.
Что такое датчик скорости
Датчик скорости (датчик скорости автомобиля, DSA) — чувствительный элемент электронной системы измерения скорости автомобиля;Контактный или бесконтактный датчик, измеряющий угловую скорость вала в коробке передач или в редукторе ведущего моста и передающий результаты измерения на регулятор скорости или спидометр автомобиля.
Обратите внимание: в статье рассматривается только ДСА для измерения скорости автомобиля.О датчиках скорости колес, работающих в составе систем активной безопасности (АБС и других), рассказано в других статьях нашего сайта.
Датчики скорости могут входить в состав различных систем современного автомобиля:
● Спидометр – для измерения и указания текущей скорости движения и пройденного расстояния (с помощью одометра);
● Впрыск, зажигание и другие системы двигателя – для коррекции режимов работы силового агрегата в зависимости от скорости движения автомобиля и ее изменения (при разгоне и торможении);
● Системы активной безопасности и сигнализации – для коррекции скорости и траектории движения автомобиля в различных режимах, предупреждения о потенциально опасных ситуациях и т.д.;
● В некоторых автомобилях – гидроусилитель руля и системы комфорта.
ДСА, как и традиционный тросовый привод спидометра, устанавливается на коробке передач, раздаточной коробке или редукторе ведущего моста, отслеживая угловую скорость вторичного или промежуточного вала.Информация, полученная от датчика в виде электрических сигналов, передается на регулятор скорости или непосредственно на спидометр.Характеристики формируемых сигналов и способы подключения/интеграции датчиков с электроникой автомобиля зависят от их типа, конструкции и принципа работы.Это необходимо описать более подробно.
Функциональные возможности, виды, конструкция и принцип работы датчиков скорости.
Датчики скорости, независимо от типа и конструкции, генерируют сигналы, которые могут быть отправлены либо непосредственно на спидометр, либо на контроллер двигателя и связанные с ним электронные блоки управления.В первом случае датчик используется только для визуального определения скорости автомобиля.Во втором случае данные используются автомобильной электроникой для управления двигателем и другими системами, а сигнал на спидометр подается от контроллера.На современных автомобилях все чаще применяется второй способ подключения.
Измерить скорость с помощью DSA довольно просто.Датчик формирует импульсный сигнал (обычно прямоугольной формы), в котором частота повторения импульсов зависит от скорости вращения вала и, соответственно, от скорости автомобиля.Большинство современных датчиков выдают от 2000 до 25000 импульсов на километр, но наиболее часто используемый стандарт — 6000 импульсов на километр (для контактных датчиков — 6 импульсов на один оборот их ротора).Таким образом, измерение скорости сводится к вычислению контроллером частоты повторения импульсов, поступающих от ДСА в единицу времени, и переводу этой величины в понятные нам км/ч.
Датчики скорости делятся на две большие группы:
● Непосредственный привод от вала или контакта;
● Бесконтактный.
Установка контактного датчика скорости на коробке передач
К первой группе относятся датчики, на которые крутящий момент от вала коробки передач, оси или раздаточной коробки передается посредством ведущей шестерни и гибкого стального троса (или короткого жесткого вала).Датчик представляет собой устройство, которое считывает угловое вращение вала и преобразует его в электрические импульсы.Датчики этого типа получили широкое распространение, так как могут быть установлены вместо привода механического спидометра (что позволяет без дополнительных затрат модернизировать старые автомобили) и отличаются высокой надежностью.
Главный циферблат бесконтактного датчика скорости
Ко второй группе относятся датчики, не имеющие прямого контакта с вращающимся валом.Для измерения скорости таких датчиков на валу устанавливается вспомогательное устройство – ведущий диск или ротор.Бесконтактные устройства становятся все более популярными, они устанавливаются на многие современные модели отечественных автомобилей.
Все датчики работают на разных физических принципах.В контактных устройствах чаще всего используются эффект Холла и магниторезистивный эффект (МРЭ), а также оптопары (оптоэлектронные пары).В основе бесконтактных датчиков наиболее широко используется эффект Холла и гораздо реже MRE.Ниже описана конструкция и принцип работы каждого типа датчика.
Контактные датчики на основе эффекта Холла
Датчики этого типа основаны на эффекте Холла: если плоский проводник, по двум противоположным сторонам которого пропускают постоянный ток, поместить в магнитное поле, то на других его противоположных сторонах возникает электрическое напряжение.В основе DSA лежит микросхема Холла, в которую уже интегрированы пластина (обычно изготовленная из пермаллоя) и схема усилителя.В датчиках микросхема и магнит остаются неподвижными, а изменение магнитного поля осуществляется за счет вращающейся «занавески» — кольца с прорезями.Кольцо соединено с приводным тросом или валом, от которого оно получает вращение.Выходной сигнал с DSA подается на спидометр или контроллер через стандартный разъем, через который подается питание на микросхему Холла.
Бесконтактные датчики на основе эффекта Холла
Бесконтактный ДСА основан на том же эффекте, но в нем нет движущихся частей – вместо этого на валу агрегата (редуктора, мостового редуктора) расположен ротор или импульсный диск с намагниченными секциями.Между чувствительной частью датчика (с чипом Холла) и ротором имеется небольшой зазор, при вращении ротора в микросхеме формируется импульсный сигнал, который через штатный разъем подается на контроллер.
Схема работы бесконтактного датчика скорости
Контактные датчики на основе магниторезистивного эффекта
Конструкция датчика скорости с магниторезистивным элементом
Этот тип ДСА основан на магниторезистивном эффекте — свойстве некоторых материалов изменять свое электрическое сопротивление при помещении их в магнитное поле.Такие датчики аналогичны датчикам Холла, но в них используются чипы со встроенным магниторезистивным элементом (МРЭ) на основе полупроводниковых материалов.Чаще всего эти датчики имеют прямой привод, изменение магнитного поля осуществляется вращением кольцевого многополюсного магнита, формируемый сигнал подается на контроллер через стандартный разъем (через который осуществляется питание микросхемы с MRE предусмотрен).
Оптоэлектронные контактные датчики
Эти ДСА наиболее просты по конструкции, но они менее чувствительны и более инерционны, чем описанные выше.В основе датчика лежит оптопара – светодиод и фототранзистор, между которыми находится диск с прорезями, соединенный с приводным валом.При вращении диска световой поток между светодиодом и фототранзистором периодически прерывается, эти прерывания усиливаются и подаются на контроллер в виде импульсного сигнала.
Конструкция оптоэлектронного датчика скорости
Как правильно выбрать и заменить датчик скорости
Неисправный датчик скорости в современном автомобиле может быть источником различных проблем – от потери данных о скорости движения и пройденном расстоянии (перестают работать спидометр и одометр), до выхода из строя силового агрегата (нестабильный холостой ход, повышенный расход топлива, потеря мощности), гидроусилитель руля и системы безопасности.Поэтому в случае поломки ДСА его следует заменить как можно скорее.
Для замены следует брать только тот датчик, который стоял на автомобиле ранее, либо использовать устройства из числа рекомендованных автопроизводителем.В некоторых случаях можно подобрать «неродной» ДСА, но чаще всего это невозможно – датчик либо не становится на место, либо выдает неправильные показания при установке.Поэтому к экспериментам с подбором ДСА следует прибегать только в крайних случаях.
Замена датчика осуществляется в соответствии с инструкцией для данного конкретного автомобиля (или коробки передач, моста или раздаточной коробки).ДСА с прямым приводом обычно имеют резьбу под ключ и шестигранник (но не всегда – некоторые изделия имеют кольцо с поперечным рифлением), поэтому их замена сводится к выворачиванию старого устройства и вкручиванию нового.Бесконтактные датчики обычно крепятся одним или двумя винтами (болтами), продетыми через отверстие во фланце.Во всех случаях все работы необходимо выполнять со снятой с аккумулятора клеммой, перед демонтажем датчика необходимо отсоединить электрический разъем, а перед установкой нового очистить место его установки.
Заменить ротор бесконтактных датчиков сложнее – для этого необходимо частично разобрать блок (коробку, мост), а затем провести ремонтные работы в соответствии с инструкцией.
При правильном выборе и замене датчика скорости спидометр и различные системы автомобиля (в том числе и двигатель) сразу начинают работать.В будущем DSA обеспечит безопасную и комфортную эксплуатацию автомобиля.
Время публикации: 12 июля 2023 г.