Новая схема передачи сигнала от датчика АБС к ЭБУ автомобиля | Статья в журнале «Молодой ученый»

Библиографическое описание:

Сатонин А. А., Сатонина О. А., Балакина Е. В. Новая схема передачи сигнала от датчика АБС к ЭБУ автомобиля // Молодой ученый. — 2014. — №6. — С. 231-235. — URL https://moluch.ru/archive/65/10639/ (дата обращения: 23.10.2018).

Рассмотрены основные недостатки системы измерения угловой скорости колеса автомобиля, используемые в АБС, являющиеся причинами неисправностей в её работе и отказов. Предложены возможные варианты использование современных усовершенствованных технологий для устранения недостатков системы.

В современной технике регулирования и измерения параметров большинства процессов возрастает роль отрасли изготовления и применения датчиков.

Постоянно развиваясь, отрасль изготовления датчиков, является основой для совершенствования уже существующих и создания принципиально новых систем автоматического регулирования. В этой связи автомобильные электронные системы имеют возможность постоянного развития. Современный автомобиль можно позиционировать как результат синтеза механики (непосредственно отрасли машиностроения в классическом её понимании) и электроники. Совокупность механических и электронных с информационными технологиями объединяют в единое понятие — мехатронные системы. Мехатронные системы автомобиля по своему функциональному назначению можно разделить на три основные группы: системы управления ходовой частью и трансмиссией, системы управления двигателем, системы управления оборудованием салона. Остановимся на системе управления ходовой частью.

Система управления ходовой частью контролирует процесс движения автомобиля, изменение траектории и торможение автомобиля. Воздействуя на подвеску, рулевое управление, а также тормозную систему, в частности антиблокировочную систему (АБС), речь о которой пойдёт далее, обеспечивает необходимые параметры движения.

В первую очередь необходимо акцентировать внимание на том, что безотказность — это важнейшее эксплуатационное свойство автомобиля. Поэтому рассмотрим параметры, от которых зависит безотказность классических датчиков угловой скорости, применяемых в АБС автомобилей, а именно на основе индуктивных датчиков и дифференцированных датчиков Холла.

Индуктивный датчик, представленный на рисунке 1, относится к пассивным датчикам антиблокировочной системы автомобиля. В большинстве случаев такие датчики обладают более крупными размерами, нежели их аналоги, при этом имеют меньшую точность, что значительно влияет на безотказность автомобиля. Вместе с тем датчики рассматриваемого типа начинают выполнять свои функции лишь в момент достижения колесом автомобиля определённой минимальной скорости вращения, что в определённых ситуациях может отрицательно отразиться на безопасности.

Основной принцип работы датчиков индуктивного типа заключается в следующем: постоянный магнит создает магнитное поле, которое проходит через катушку и зубчатое колесо, а затем назад. Вращение зубчатого колеса приводит к изменению поля, что в свою очередь возбуждает электрический ток (так называемая синусоида) в зависимости от наличия зуба [2, 4].

Схема индуктивного датчика ABS компании TRW

Рис. 1. Индуктивный датчик АБС

1. Постоянный магнит; 2. Корпус; 3. Железный сердечник; 4. Катушка; 5. Зазор; 6. Зубчатое колесо с опорным зазором (зуба нет)

Дифференцированные датчики Холла относятся к группе активных датчиков АБС, поскольку они для начала своего функционирования нуждаются во внешнем питании. Датчики Холла, наряду со своей высочайшей точностью, очень чувствительны к выбору места установки, а это не всегда удобно, и сильно чувствительны к загрязнению, которое неизбежно при эксплуатации автомобиля.

Принцип измерения описанного типа датчиков основан на так называемом эффекте Холла. Бесконтактное обнаружение магнитных полей. Чувствительный элемент датчика называется ИС Холла. Этот элемент встроен в датчик. Постоянный магнит формирует магнитное поле позади ИС Холла. Магнитное поле проходит через ИС Холла и зубчатое колесо. Когда зубчатое колесо вращается, магнитное поле изменяется. ИС измеряет изменение поля и принимает во внимание изменение прямоугольного сигнала [2, 4].

Схема датчика Холла компании TRW

Рис. 2. Дифференцированный датчик Холла

1. Зубчатое колесо; 2. Соединитель; 3. Выходной сигнал; 4. Постоянный магнит; 5. Магнитное поле; 6. Интегральная схема (ИС) Холла

В целом правильное функционирование классической системы измерения угловой скорости колеса антиблокировочной системы (основанной на одном из описанных выше типов датчиков) зависит в большей степени от следующих условий и факторов:

1.                  Наличие постоянной электрической связи между датчиком и электронным блоком управления (ЭБУ), которая осуществляется посредством электропроводки. окисление токоведущих проводов или обрыв проводки — основные причины отсутствия электросвязи, и как следствие неисправной работы АБС или её отказа;

2.                  Несоблюдение предписаний по монтажу датчика могут повлечь проблемы и стать причиной отказа АБС при последующей эксплуатации автомобиля. Основным фактором в этом случае будет несоблюдение величин зазоров, нормированных заводом изготовителем. При монтаже величина зазор определяется посадкой и правильным закрепление датчика [3], а это не всегда может быть обеспеченно по причине недостаточного уровня квалификации ремонтного рабочего, выполняющего операцию (особенно в условиях весьма распространённого самостоятельно гаражного ремонта, выполняемого автовладельцами, и так называемых «гаражных автосервисов»);

3.                  Следствием неправильно демонтажа и последующей установки элементов также становится износ посадки вал-отверстие. Рассматривается дальнейшее возникновение дефектов при последующей эксплуатации, во многих случаях сбой в работе АБС могут быть вызваны такими дефектами подшипников ступицы, как износ, задиры, коррозия, которые повлекут за собой появление осевого и радиального биений. Последние непосредственно влияют на величину зазора между коммутирующим кольцом и чувствительным элементом датчика.

4.                  Стоит остановиться и на изменениях коммутирующих элементов. Изменение нормального выходного сигнала с датчика — нарушение его пропорциональной зависимости от развиваемой колесом угловой скорости, часто возникает по причине изменением геометрических, физических и структурных свойств задающего элемента датчика (зубчатый или магнитный ротор, установленный на ступице). Причинами этому могут служить металлические намагничивающиеся и налипающие частицы износа деталей узлов систем автомобиля, в частности тормозной системы.

Анализируя всё вышесказанное и принимая во внимания всё описанные причины появления дефектов и отказов в работе АБС, мы можем говорить о том, что решением обозначенных проблем предлагаемое нами принципиально новую схему передачи сигнала от датчика в ЭБУ автомобиля, изображённую на схеме (рисунок 3).

1.jpg

Рис. 3. Принципиальная схема беспроводной передачи от датчика в ЭБУ автомобиля

Рассмотрим схему более подробно. Первое её принципиальное отличие от ныне существующих — это установка ДУС — акселерометра непосредственно на автомобильное колесо (см. рис. 4) [1, с. 494]. Выполнить это позволяет современный уровень развития и уже существующий опыт использования в других отраслях технологий микроэлектромеханических систем (МЭМС) — устройств, объединяющие в себе микромеханические и микроэлектронные компоненты. Главное преимущество этой технологии — это её компактность, что и позволило предложить описанный вариант установки датчика. Для устранения отрицательного воздействия на работу датчика загрязнений, датчик помещается в герметичный корпус.

Основным преимуществами такого способа установки ДУС является значительное повышение точности измерения угловой скорости, что достигается за счёт исключения воздушного зазора между чувствительным элементом датчика и коммутирующим кольцом.

Погрешность, возникающие при измерении угловой скорости автомобильного колеса можно уменьшить за счёт установки в нескольких датчиков с различными диапазонами измерения, или двух- или трёхкомпонентных датчиков, способных производить измерения вдоль двух или трёх осей соответственно.

Предложенное решение установки датчика непосредственно на автомобильное колесо затрудняет возможность проводной передачи сигнала от датчика к ЭБУ. Решением этой проблемы с нашей точки зрения может стать использование таких беспроводных технологий передачи данных, как Bluetooth- или RF-передатчиков, осуществляющих связь между сенсором и контроллером. Такие передатчики помимо того, что решат свою основную задачу в предложенной нами схеме работы АБС, ещё и значительно упростят электросистему автомобиля путём отказа от части проводки. А это в свою очередь позволит в целом повысить надёжность автомобиля.

Крепление датчика.jpg

Рис. 4. Место крепления датчика на колесе автомобиля

1. Обод колеса; 2. Подшипник ступицы; 3. Ступица; 4. Датчик

Литература:

1.                  Балакина Е. В., Сатонин А. А. Микроэлектромеханический датчик угловой скорости автомобиля. В кн.: Материалы международно-практической конференции Инновации на основе информационных и коммуникационных технологий. / Под ред., С. У. Увайсова; Отв. за вып. И. А. Иванов — М.: МИЭМ НИУ ВШЭ, 2012, c. 492–495. [Электронный ресурс]. URL: http://window.edu.ru/resource/335/78335/files/info2012.pdf (дата обращения: 24.04.2014).

2.                  Бараночников М. Л. Микромагнитоэлектроника. Т. 1. — М: ДМК Пресс, 2001. — 544 с. ил. (Серия «Учебник») Электронная версия 373 с.

3.                  Сысоева, С. С. Датчики скорости автомобиля. Анализ конструкций и перспективы развития / Сысоева С. С // Компоненты и технологии. — 2004. — № 8. — С.84–89.

4.                  https://www.trwaftermarket.com/ru-RU/ (дата обращения: 24.04.2014).

Основные термины (генерируются автоматически): датчик, зубчатое колесо, система управления, магнитное поле, угловая скорость, автомобильное колесо, ИСА Холла, дифференцированный датчик Холла, чувствительный элемент датчика, индуктивный датчик.


Похожие статьи

Применение датчиков положения ротора для создание...

вентильный двигатель, датчик положения ротора, датчик Холла, силовой магнит, использование датчиков Холла, полупроводниковый коммутатор, положение ротора, частота вращения ротора, двигатель, магнитное поле.

Разработка многоканального цифрового амперметра

эффект Холла, магнитное поле, датчик Холла, величина тока, амперметр, измерительный шунт, Выходное напряжение, измерительный трансформатор тока, PFF, AEC.

Принцип работы системы курсовой устойчивости автомобиля

Рис. 1. Принцип работы датчика скорости колёс. Рис. 2. Активный датчик частоты вращения колеса. Блок управления делает опрос 4-х датчиков вращения колес. Опрашивается также положения рулевого колеса и датчик продольного и поперечного ускорения автомобиля.

Дифференциальный датчик магнитного поля на основе...

Приведено описание принципа работы и представлены результаты экспериментального исследования датчика постоянного магнитного поля, в основу работы которого положен нелинейный магнитоэлектрический эффект.

Ориентация робота в условиях коридорной местности

Определены достоинства и недостатки использования ультразвуковых датчиков в системе ориентации робота.

В качестве альтернативы, мною было предложено использовать базу от старой машинки на пульте управления уже с 4 колесами, задним приводом и передней...

Универсальное программно-аппаратное устройство для...

При использовании датчика с аналоговым выходом данные передаются на специальную регистрирующую аппаратуру.

Принципы построения системы контроля состояния датчиков в навигационных системах подвижных наземных объектов.

Программно-аппаратный комплекс для измерения угловой...

Предложенная модель обработки сигнала представлена на рисунке 4. Недостатки данного метода заключаются в необходимости крепления датчика угловой скорости на валу двигателя, наличие схемы с делителем частоты.

Датчики давления индуктивные дифференциальные...

Индуктивные датчики давления ДМИ, см. [10], предназначены для измерения мгновенных значений пульсаций давления воздуха и нейтральных

Усилители работают под управлением программного обеспечения «Recorder», установленного на внешнем устройстве управления.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Применение датчиков положения ротора для создание...

вентильный двигатель, датчик положения ротора, датчик Холла, силовой магнит, использование датчиков Холла, полупроводниковый коммутатор, положение ротора, частота вращения ротора, двигатель, магнитное поле.

Разработка многоканального цифрового амперметра

эффект Холла, магнитное поле, датчик Холла, величина тока, амперметр, измерительный шунт, Выходное напряжение, измерительный трансформатор тока, PFF, AEC.

Принцип работы системы курсовой устойчивости автомобиля

Рис. 1. Принцип работы датчика скорости колёс. Рис. 2. Активный датчик частоты вращения колеса. Блок управления делает опрос 4-х датчиков вращения колес. Опрашивается также положения рулевого колеса и датчик продольного и поперечного ускорения автомобиля.

Дифференциальный датчик магнитного поля на основе...

Приведено описание принципа работы и представлены результаты экспериментального исследования датчика постоянного магнитного поля, в основу работы которого положен нелинейный магнитоэлектрический эффект.

Ориентация робота в условиях коридорной местности

Определены достоинства и недостатки использования ультразвуковых датчиков в системе ориентации робота.

В качестве альтернативы, мною было предложено использовать базу от старой машинки на пульте управления уже с 4 колесами, задним приводом и передней...

Универсальное программно-аппаратное устройство для...

При использовании датчика с аналоговым выходом данные передаются на специальную регистрирующую аппаратуру.

Принципы построения системы контроля состояния датчиков в навигационных системах подвижных наземных объектов.

Программно-аппаратный комплекс для измерения угловой...

Предложенная модель обработки сигнала представлена на рисунке 4. Недостатки данного метода заключаются в необходимости крепления датчика угловой скорости на валу двигателя, наличие схемы с делителем частоты.

Датчики давления индуктивные дифференциальные...

Индуктивные датчики давления ДМИ, см. [10], предназначены для измерения мгновенных значений пульсаций давления воздуха и нейтральных

Усилители работают под управлением программного обеспечения «Recorder», установленного на внешнем устройстве управления.

Задать вопрос