2.6. Датчики угловых и линейных перемещений и положений

2.6.1. Общие сведения

Датчики угловых и линейных перемещений находят широкое применение на автомобиле. От простых - типа микровыключателя на двери, до сложных - типа линейных дифференциальных трансформаторов в активной подвеске. Назначение датчиков данного типа - преобразование углового или линейного перемещения в электрический сигнат.

Датчики выполняются контактными или бесконтактными. Контактные датчики подвержены износу, на оптические датчики отрицательно влияют пыль и влага. Поэтому в современных бесконтактных датчиках угловых и линейных перемещений, применяемых в автомобильной промышленности, чап1е всего используются те или иные магнитные свойства чувствительных элементов.

Переключатель

1 кОм

-О U+

2.6.2. Контактные датчики

Микровыключатели

Микровыктючатели - это простейшие контактные датчики для фиксации

определенного краевого положения механического объекта, например двери, стекла в стеклоподъемнике и т. п. При срабатывании микровыключагеля в ЭБУ подается сигнач, соответствующий напряжению питания или общей шины. Для диагностики состояния такого датчика и его цепи он обычно вк.лючается по схеме, показанной на рис. 2.22.

В этом случае по изменению входного напряжения ЭБУ различает рабочее или нерабочее состояние ключа и проводки. Недостатком микровыключателей является дребезг контактов. В ответственных схемах дребезг подавляют схемотехнически или программно.

кОм Г

-О Общий

Рис. 2.22. Микровыключатель с возможностью диагностирования

лу, содержится определиишя концентрация газа СО. Газ в приемной полости 1 поглощает инфракрасное излучение, его температура увеличивается и часть газа переходит в полость 2, что фиксируется расходо.мером. Вращение диска с отверстиями модулирует поток инфракрасного излучения, в результате газ в приемной камере периодически нагревается и охлаждается. Показания расходомера, фиксирующие переход газа СО из полости 1 в полость 2 и обратно представляют собой периодический разнополярный сигнат в виде напряжения. При введении в измерительную камеру выхлопных газов, содержащих СО, часть излучения в диапазоне, характерном для окиси углерода, будет поглощена и выходное напряжение расходомера из-.ме)1ится пропорционально содержанию СО в выхюие.

По такой же методике определяют содержание СН и COj. В новейших газоанализаторах определяется и концентрация окислов азота N0,.

Потенциометрические датчики

Потенциометры применяются па автомобиле в качестве датчиков положения (например, датчик иоложения дроссельной заслонки и т. п.). Современные автомобильные потенциометрические датчики имеют наработку на отказ больше, чем срок эксплуатации среднего автомобиля, выдерживают вращение движка со скоростью до 1000 оборотов в минуту в течение более 1000 часов.

Проволочные потенциометры характеризуются числом витков намотки на градус: от 1 до 8. Сопротивление проволочных потенциометров лежит в пределах 10... 10000 Ом, оно задается с погрешностью 5%. Достоинство проволочных потенциометров - возможность реализации тжзкоомных датчиков. Недостатки: нелинейность, дискретность, быстрый износ (около 10 оборотов).

Чаще используются в качестве датчиков положения непроволочные потенциометры с напыленным на пластике или керамике резистивным покрытием. Щетки движка демпфируются для устойчивости к вибрациям. Сопротивление автомобильных непроволочных потетшометрических датчиков положения лежит в пределах 50...20000 Ом, с погрешностью 10...20%. Потенцио.метры используются в ре-жи.ме делителя напряжения, погреппюсть их номипа-ча не имеет большого значения. Линейность и разрешающая способность высокие.

При измерении линейных перемещений движок может перемещаться в пределах 10 М.М...З м, при из.мерении угло-

вых - до 355 °.

Потенциометрические датчики запи-тываются напряжением 5 В от стабилизатора в ЭБУ. Это же напряжение подается на АЦП и компараторы, что делает систему датчик - АЦП нечувствительной к вариациям питающего и опорного напряжений.

Для оптимальной работы потенциометрических датчиков в .микроэлектронных схемах ток через щетки движка ограничивается величиной порядка 0,1 мкА.

Потенциометры с пластиковой дорожкой, покрытой резистивным слоем, выдерживают более 10 оборотов для датчиков угловых перемеп1ений и 10 ходов вперед - назад для датчиков линейных перемеще/шй.

Хорошими примерами использования резистивных потенцио.метрических преобразователей на автомобиле являются датчики положения дроссельной заслонки и высоты кузова.

Датчик положения дроссельной заслонки - ДПДЗ (рис. 2.23) установлен сбоку дроссельного патрубка на оси дроссельной заслонкой. Он представляет собой резистор потеициометрическо-

Купачок

Контакт холостого хода

Контакт

полной нагрузки

Рис. 2.23. Датчик положения дроссельной заслонки

го типа, один из выводов которого соединен с опорным напряжением (5 В) контроллера, а второй с массой контроллера. Третий вывод соединяет подвижный контакт ДПДЗ с измерительным входом контроллера, что позволяет контроллеру определять напряжение выходного сигнала ДПДЗ.

Данные о положении дроссельной заслонки необходимы для расчета длительности импульсов управления форсунками. При повороте дроссельной заслонки (движением педали акселератора) изменяется напряжение на подвижном контакте ДПДЗ. При закрытом положении дроссельной заслонки выходной сигнал ДПДЗ ниже 0,7 В. При открытии дроссельной заслонки выходной сигнал соответственно возрастает. Полностью открытой заслонке соответствует выходное напряжение не менее 4 В. Контролируя выходное напряжение сигнала ДПДЗ, контроллер определяет текущее положение дроссельной заслонки (задаваемое водителем). Датчики высоты кузова выполняются на основе обычных потенциометров, выходное напряжение датчика пропорционально высоте кузова по отношению к шасси (рис. 2.24). Такие датчики необходимы для работы системы управления активной подвеской.

Рис. 2.24. Датчик высоты кузова

2.6.3. Бесконтактные датчики

В некоторых автомобильных системах необходима информация об угловой скорости или угловом положении вращающегося вала. Такая информация вырабатывается бесконтактными датчиками частоты вращения. Известен ряд таких бесконтактных датчиков, в основу работы которых положены различные физические явления: магнитоэлектрические, на эффекте Холла, высокочастотные, оптоэ-лектронные, токовихревые, на эффекте Виганда, фотоэлектрические.

Оптические датчики

В оптических датчиках относительного углового положения используются све-томодулирующие (кодирующие) диски с симметричными прозрачными и непрозрачными секторами. Для прецизиоииых датчиков диски стеклянные, для обычных - металлические, которые стоят дешевле. Кодирующий диск освещается с одной стороны, с другой располагают фотоприемники. Кодирующий диск может иметь от 16 до 6000 позиций на оборот. Сектора часто располагают на двух радиусах, смепия их на половину длины отверстия, что в четыре раза увеличивает разрешающую способность. Используется и третья дорожка для раз.мещения маркера. На рис. 2.25 в качестве примера оптического датчика углового положения показан датчик положения рулевого колеса. Датчик содержит вращающийся диск с прорезями и три неподвижных оптоэлектронных пары. Диск вместе с рулем вращается .между светодиодами и фототранзисторами. При повороте руля на фототранзисторах вырабатываются последовательности электрических импульсов, по которым ЭБУ определяет угол и скорость поворота. Для определения направления поворота необходимо иметь два фотопрерывателя ST-1 и ST-2. Третий прерыватель ST-N фиксирует центральное положение рулевого колеса.