Датчик

Холла /

Статоры

Выходной сигнал

20 40 60 ejKlOO 120 140 160 180

Угловое положение

Рис. 2.30. Датчик абсолютного углового положения с чувствительным элементом Холла

Однако стоимость аналоговых датчиков Холла высокая, кро.ме того, на их чувствительность влияет температура (порядок 0,001/°С). Стоимость - очень существенный фактор Д..ЛЯ автомобильных датчиков, поэтому в датчиках Холла применяются более дешевые магнитные материалы с низкой температурной стабильностью: ферриты и сплавы AlNiCo (0,002...0,02/°С). Приходится вводить внешние компенсирующие элементы, програ.ммировать характеристики датчика через интерфейс.

Сельсины и дифференциальные трансформаторы

В качестве датчиков абсолютного углового положения на автомобилях начинают применяться вращающиеся трансформаторы (сельсины). Ранее они считались слишком дорогостоящими. Сельсины характеризуются высокой разрешающей способностью (до 7), работают в тяжелых внешних условиях. Обмотки [50-Збуждения запитываются напряжением с частотой 400...20000 Гц, обычно для автомобилей 2...5 кГц. Угловое положение ротора декодируется по сигналам с

Электродвижущая сила самоиндукции Холла очень мала и поэтому должна быть усилена вблизи кристалла для того, чтобы устранить влияние электромагнитных помех. Конструктивно элемент Холла и преобразовательная схема, содержащая усилитель, пороговый элемент, выходной каскад и стабилизатор напряжения, выполняются в виде интегратьной микросхемы, которая называется магнитоун-равляемой интегральной схемой.

Такие интегральные схемы (ИС) с датчиками Холла выпускаются дискретными и аналоговыми. Дискретные ИС применяются в датчиках относительного положения и скорости. Аналоговые - в датчиках абсолютного положения вместо контактных поте1щиометрических. Дискретные датчики Холла, работающие в условиях подкапотного пространства, имеют погрешность менее 0,5% и используются, как правило, в качестве датчиков положения коленчатого или распределительного валов, в системах зажигания. Описание конструкции и принципа действия датчика-распределителя зажигания на эффекте Холла см. в [3].

Выходное напряжение аналоговых датчиков Холла пропорционально магнитной индукции поля и напряжению питания, что упрощает их сопряжение с АЦП. На практике для определения углового 1юложения может при.меняться аналоговый датчик Холла, конструкция которого показана на рис. 2.30. При повороте кольцевого магнита относительно статоров, между которыми размещен датчик Холла, выходное напряжение датчика меняется. В диапазоне 150° характеристика линейна, погрешность преобразования ме)1ее 1%. В подобных датчиках нет трущихся частей, кроме подшипников, они безынерционны и имеют высокую надежность.

синусной и косинусиой обмоток специальной микросхемой в цифровой код (R-D - convenor).

В качестве датчиков абсолютного линейного положения находят применение линейные дифференциа,1Ы1ые трансформаторы. Выходной сигнал может быть декодирован специализированной ИС.

Магниторезистивные датчики

В магниторезистивных датчиках используется способность некоторых материалов, например, сплава FeNi, менять свое сопротивление под воздействием изме-нения напряженности магнитного поля. Такие датчики, как и датчики Холла, безынерционны, также могут работать на нулевой частоте. В рабочем диапазоне магниторсзистора его сопротивление меняется в пределах 2,5% по ква;1ратично.му закону функции косинуса. Магниторезисторы встраивают в интегральную схе.му, где размещают и цепи обработки сигпача. Имеются также магниторезисторы с большей чувствительностью: 4... 15%.

2.7. Радарные и другие специальные датчики

Антенна

а = 9°

2.7.1. Радарные и ультразвуковые датчики

Автомобильные радарные датчики работают на сверхвысоких радиочастотах в диапазоне 20... 100 ГГц. Для определения скорости сближения автомобиля с фронтальным препятствием на дороге используется эффект Доплера.

Акселерометры используются в системах безопасности, ABS, навигационных системах, активной подвеске.

Еще в 1969 году фирма Lukas устапавли-вала эксперимента.льный доплеровский радиорадар с несущей частотой 24 ГГц на автомобиле Ford Zodiakдля получения информации о скорости сближения и расстоянии до объекта перед автомобилем. На поворотах такой радар часто давал ложные сигна,1ы тревоги, когда деревья и дорожные знаки отража,1и сигна..! излучателя.

В современных радиорадарных системах эта проблема решается за счет сложной цифровой обработки сигнала и значительного повышения частоты излучения (в Европе - это 77 ГГц), что дает более высокое разрешение и повышает по.мехоустойчи-вость. В радиоизлучателе используется сканирующая антенна или три неподвижных анте1П1ы, смонтированные под передним

пластиковым бампером. Такие антенны посылают вперед радиолуч с размером растра 3x9° (рис. 2.31). Радиосигналы отражаются от других авто.мобилей, неподвижных препятствий и обрабатываются в ЭБУ примерно 20 раз в секунду с учетом собственной скорости автомобиля и положения руля. Радар дает информацию о фронтальных препятствиях перед автомобиле.м, объекты па обочине (деревья и дорожные знаки) не вызывают ложных срабатываний.

Растр

Рис. 2.31. Растр радиоизлучателя

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, поддерживается безопасная скорость сближения. В случае возможного столкновения ЭБУ использует средства звукового и визуального предупреждения.

На рис. 2.32 представлен радарный датчик АСС для адаптивного круиз-контроля фирмы BOSCH. В блоке размещены приемопередающая антенна диаметром 75 мм, радиорадар с модуляцией частоты, контроллер.

По.мимо радиоарадарных датчиков разработаны и уже применяются ультразвуковые датчики сближения. Ультразвуковые датчики излучают узконаправленные звуковые волны на частоте 40 кГц. Для определения скорости сближения и расстояния до обнаруженных но 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.

Рис. 2.32. Радиорадарный датчик АСС с контроллером

2.7.2. Датчики ускорения (акселерометры)

Некоторые твердотельные материалы обладают электрической чувствительностью к механическим воздействиям. Такие материалы часто используются для преобразования механических величин в электрические.

На их основе создаются пьезоэлектрические и тензорезистивные акселерометры, которые в автомобильных электронных системах чаще всего используются как датчики ускорения.

Пьезоэлектрические акселерометры

Этот тип датчиков ускорения широко используется для вибрационных измерений, т. к. это точные, надежные и простые устройства. На рис. 2.33 показана базовая конструкция акселерометра, работающая в компрессионном режиме. Чувствительность автомобильных акселерометров составляет около 20 мВ/g.

При деформации (сжатии) пьезокристалла на его гранях появляется электрический сигна.л, пропорциона.льный в данном случае ускорению. Рабочий диапазон частоты 5... 100000 Гц. Для обработки сигнала от пьезоэлектрического датчика используется электронный усилитель-формирователь, собранный по схеме рис. 2.34.

Пьезоэлектрические акселерометры имеют малые размеры и выпускаются в интегральном исполнении. После принятия мер по термокомпенсации эти датчики ускорения имеют погрешность не хуже 0,5% в температурном диапазоне -40...+ 110°С.