Датчики управления двигателем автомобиля (стр. 6 из 12)
В эту группу входят датчики положения — например, распределительного и коленчатого валов, дроссельной заслонки, педали акселератора, датчик массового расхода воздуха, датчик давления воздуха во впускном патрубке, датчик скорости автомобиля, датчики температуры (в частности, температуры охладителя), датчик детонации, датчики уровня топлива и масла. Кроме того, в указанную группу входят и новые типы, например многопараметрические и мультисенсорные датчики контроля процесса горения в цилиндрах (давления и температуры) или состояния масла двигателя (рис. 13).
2. Датчики систем контроля эмиссии, к которым относятся: датчик концентрации кислорода, датчик положения клапана системы рециркуляции отработавших газов, датчик эмиссии летучих паров, датчик газа, датчик температуры отработавших газов и некоторые другие. Среди новых применений датчик концентрации мочевины, которая помогает в очистке выхлопов дизеля рис. 14
3. Датчики систем контроля корпуса и колес:
o полуактивная или активная подвеска;
o электронноконтролируемаяподвеска ECS (ELECTRONICALLY CONTROLLED SUSPENSION);
o АБС, TPMS (TIRE PRESSURE MONITORING SYSTEM) — системаконтролядавленияшин;
o электронные системы контроля доступа в кабину;
o контроль положения окон, дверей, сидений, солнечной крыши, стеклоочистителей, зеркал.
Рис.14. Датчики систем контроля эмиссии, включая Powerdrivetrain: а — лямбда=зонд для измерения концентрации кислорода Bosch LSM11; б — датчик концентрации кислорода Denso; в — датчик положения клапана системы рециркуляции отработавших газов SiemensVDO; г — датчик Kavlico для контроля уровня топлива в текущих и будущих применениях (с целью минимизации эмиссии летучих паров) независимо от содержания этанола, метанола и топливных аддитивов; д — датчики газа NOx и соотношения воздух/топливо SiemensVDO; е — датчик температуры отработавших газов SiemensVDO; ж, з — датчики уровня и концентрации мочевины Kavlico (ж) и SiemensVDO (з), и — дифференциальный датчик давления Kavlico для регулирования расхода (скорости процессов) EGR — для снижения образования NOx; к — датчик давления паров топлива в бензиновом баке Kavlico (для определения утечки согласно OBDII).
К этой группе относятся датчик положения подвески, датчик давления воздуха в амортизаторах, активные и пассивные дверные ключи, датчик тока батареи, датчик доступа к двери без ключа, датчик скорости колеса, датчик силы торможения, датчики положения и некоторые другие (рис. 14).
3. Датчики концентрации кислорода OXYGEN SENSORS (или датчики газа Gas Sensors — oxygen и NOx sensors).
Сегодня актуальны следующие технологии датчиков oxygen sensors и NOx sensors:
· электрически нагреваемые датчики на основе диоксида циркония ZrO2 (датчики с диоксидом циркония ZrO2, нагреваемые выхлопным газом, в настоящее время не актуальны);
· электрически нагреваемые планарные датчики с малой термической массой на основе керамики ZrO2;
· электрически нагреваемые датчики на основе диоксида титана TiO2;
· электрически нагреваемые, планарные датчики с малой термической массой, двухкамерные датчики на основе ZrO2;
· двухкамерные датчики на основе ZrO2.
Эти датчики определяют состав выхлопных газов, гарантируя, что он остается в пределах норм, и подают сигналы обратной связи к системам контроля двигателя — для регулирования соотношения ТВС с целью оптимизации сгорания топлива и минимизации эмиссии.
4. Микромеханические датчики массового расхода воздуха MASS AIRFLOW SENSORS (для регулирования ТВС).
5. Датчики температуры TEMPERATURE SENSORS:
o термисторы с отрицательным или положительным температурным коэффициентом;
o резистивные датчики температуры (пленочные платиновые датчики);
o платиновые термопары;
o бесконтактные инфракрасные датчики.
Указанные датчики посылают информацию автомобильному компьютеру об окружающей температуре в различных частях автомобиля. Кроме измерения температуры в салоне, они измеряют температуру масла, воздуха, охлаждающей жидкости — во впускном патрубке, коробке передач, на коленчатом валу и других частях автомобиля, а также детектируют присутствие или положение пассажира.
6. Датчики давления Pressure Sensors применяют следующие актуальные технологии:
o пьезорезистивные микромеханические датчики;
o пьезорезистивные поликремниевые модули на стали;
o емкостные микромеханические датчики;
o емкостные керамические модули.
Автомобильные датчики положения. Современные технологии и
новые перспективы. Актуальные классические принципы
оптоэлектроники в автоэлектронике
Последнее время в связи с появлением большого числа недорогих и надежных магнитоуправляемых ИС и, главным образом, новых магнитных энкодеров Холла инженеры, занимающиеся вопросами автоэлектроники, стали отрицательно относиться к использованию оптической технологии в таких применениях, как детектирование положения и скорости посредством оптических датчиков. Веским аргументом против оптических компонентов является их чувствительность к загрязнениям и повышенной температуре — условиям, типичным для автомобильной среды, а также более высокая цена, если сравнивать такие компоненты с новыми угловыми энкодерами Холла.
И все-таки за пределами данных ограничений оптические датчики — более высокоточные, чем многие электрические измерители, а кроме того, характеризуются высокой разрешающей способностью и высокой надежностью. Базовые принципы технологии разрабатывались и оттачивались многие годы, и именно оптические принципы составляют основу сегодняшних энкодеров, в том числе и магнитных.
Оптические датчики
Все известные оптические (и многие неоптические) схемы детектирования движения сводятся к двум базовым схемам, показанным на рис. 15,16 Схемы работы устройств проиллюстрированы рис. 15
Рис. 15. Базовая схема оптического детектирования движения — прерыватель а–в — щелевой оптический (фотоэлектрический) датчик — оптопрерыватель (оптрон или оптопара): 1 — корпус датчика; 2 — светодиод; 3 — фоточувствительный элемент (фототранзистор или фотодиод); а — конструкция датчика: 4 — элементы для монтажа корпуса; 5 — терминалы для монтажа на печатной плате; б — линейный прерыватель — датчик линейной скорости (цифровой индикации определенного линейного положения): 4 — линейный ротор (линейно перемещающийся элемент) с чередующимися оптически прозрачными и оптически непрозрачными участками; 5 — терминалы для монтажа на печатной плате; в — датчик угловой скорости (индикации определенного углового положения); 4 — вращающийся ротор — крыльчатка с непрозрачными лопастями; 5 — вращающийся вал; г — аналог оптопрерывателя — щелевой датчик скорости Холла: 1 — корпус датчика; 2 — магнит; 3 — датчик Холла (униполярный ключ); 4 — магнитопровод; 5 — терминалы для монтажа на печатной плате; 6 — вращающийся ротор — крыльчатка с лопастями из ферромагнитного материала; 7 — вращающийся вал.
Рис. 15а–в демонстрируют принцип работы типичного щелевого оптического переключателя-оптопрерывателя, или оптрона. В пластмассовом корпусе расположены светодиод и фотодетектор, например фототранзистор, разделенные воздушным зазором в теле корпуса. Свет от светотодиода попадает на фототранзистор, который переходит в состояние насыщения. Если в зазоре появляется непрозрачный элемент — ротор, путь света между светодиодом и фототранзистором блокируется, что вызывает переключение выхода фототранзистора к высокому уровню.
Излучающие светодиоды могут функционировать как в видимом, так и в инфракрасном спектре. Для работы датчика необходимо, чтобы конструкция корпуса и ширина элементов ротора обеспечивали чередование светопередачи и перекрытия оптического канала. Существенно уменьшить ширину оптических кодовых элементов и повысить разрешение устройства позволяют лазерные диоды. Расстояние от датчика до детектируемого объекта в пределах ширины рабочего зазора несущественно, но если необходим больший рабочий диапазон, также применяются лазерные светодиоды.
Щелевые оптопрерыватели широко используются для детектирования скорости двигателя, на валу которого размещен ротор, периодически блокирующий оптический канал, но в автоэлектронике их применение ограничено чувствительностью к загрязнениям и температурам (обычно 80 °C). Необходимо отметить, что некоторые современные устройства, например инфракрасные диоды и фототранзисторы Honeywell, работают и при температурах до 125 °C.
В значительной степени проблему также решает интерпретация схемы прерывателя на основе датчика Холла (рис. 16г), но, в отличие от оптопрерывателя, к размерам крыльчатки предъявляются требования минимальной ширины лопасти, что в свою очередь ограничивает пространственное разрешение датчика.
Рис. 16. Оптический (фотоэлектрический) датчик рефлективного типа 1 — корпус датчика; 2 — светодиод; 3 — фоточувствительный элемент (фототранзистор или фотодиод); 4 — терминалы для монтажа на печатной плате; а — конструкция датчика; б — датчик линейной скорости (индикации определенного линейного положения): 5 — линейный ротор с чередующимися участками с высокой отражательной способностью и низкой отражательной способностью (оптически прозрачными); в — датчик угловой скорости (индикации определенного углового положения); 5 — вращающийся ротор — крыльчатка с чередующимися участками с высокой отражательной способностью и низкой отражательной способностью (оптически прозрачными); 6 — вращающийся вал; г — датчик угловой скорости со специальной конструкцией ротора: 5 — вращающийся ротор с низкой отражательной способностью фона (черного цвета); 6 — чередующиеся полосы ротора с высокой отражательной способностью; 7 — вращающийся вал.