Pomiar w zastosowaniach motoryzacyjnych: Obszary zastosowań czujników kąta obrotu

Warunki otoczenia odgrywają istotną rolę w dokładnym rejestrowaniu danych. Na przykład są czujniki kąta obrotu mierzące nachylenie pojazdu (ugięcie zawieszenia) i wykorzystywane w układzie poziomowania nadwozia i/lub regulacji zasięgu świateł, które są umieszczone praktycznie bezpośrednio w zawieszeniu pojazdu. Tym samym są narażone często na niekorzystne warunki. Tym ważniejsza jest niewrażliwość czujników kąta obrotu na wilgoć (np. wodoszczelność, IP6K9K) i zmiany temperatury. Czujniki CIPOS® firmy HELLA nie tylko działają bezdotykowo, a więc są mechanicznie niezależne, ale także spełniają wymagania dotyczące niezawodności dzięki stabilnej konstrukcji korpusu. Na przykład elektronika jest umieszczona w spawanej laserowo obudowie z poliamidu PA66.

Mechanizm uruchamiający musi pracować płynnie i być odporny na działanie czynników mechanicznych i środowiskowych. Rzeczywisty ruch jest przekształcany w ruch obrotowy za pomocą metalowego lub plastikowego elementu łączącego za pośrednictwem wirnika. Czujnik mierzy dokładny kąt obrotu metodą indukcyjną. Na podstawie tych wartości sterownik ustawienia świateł reguluje zasięg świateł reflektorów (granicę światłocienia) za pomocą elektrycznych siłowników. Dodatkowo wartości te są wykorzystywane do aktywnego sterowania zawieszenia lub mają wpływ na sterowanie ESP.

HELLA oferuje również np. czujniki z wbudowanym sterownikiem ustawienia świateł (Sensor Integrated Electronic Control Unit, SIECU). Więcej na temat regulacji zasięgu świateł, technice i możliwych przyczyn usterek można znaleźć tutaj

Zasada działania czujnika kąta skrętu kierownicy również opiera się na indukcyjnej, pozbawionej tarcia technologii CIPOS®. Obecnie czujniki są często zintegrowane bezpośrednio z modułem sterującym elektromechanicznego układu wspomagania kierownicy i dlatego muszą być małe i kompaktowe. Niewielka przestrzeń montażowa wymaga solidnej, niezawodnej i jednocześnie precyzyjnej techniki pomiarowej. Zasada pomiaru kąta skrętu przez czujnik polega na wykrywaniu kąta obrotu i dużego kąta skręcenia wału. Wymaga to dużej szybkości pomiaru i absolutnie dokładnych wartości pomiarowych. Ponadto czujnik musi charakteryzować się wysokim poziomem kompatybilności elektromagnetycznej (EMC). Niezależne informacje o kącie skrętu wałów wyjściowego i wejściowego dostarczają różnych możliwości optymalizacji wydajności i funkcjonalności układu kierowniczego.

HELLA oferuje również zespolone czujniki momentu skrętu i kąta skrętu kierownicy. Moment skrętu opisuje siłę w Nm, która jest potrzebna do obracania koła kierownicy - w zależności od prędkości jazdy, wykonywanego skręcania kół oraz kąta skrętu. Kierowanie pojazdem przez kierowcę powinno być tak bezpieczne i komfortowe, jak to tylko możliwe. Koło kierownicy musi jednak również przekazywać odpowiednie informacje zwrotne.

Ponadto mechanik w warsztacie musi zwrócić uwagę na „wyzerowanie” czujnika kąta skrętu, na przykład po pracach regulacyjnych i pomiarowych przy podwoziu. Jeśli kąt skrętu kierownicy i kierunek jazdy nie są zgodne, mogą wystąpić problemy z systemami wspomagania, takimi jak układ stabilizacji toru jazdy. Należy przestrzegać informacji podanych przez producenta pojazdu.

Dawniej zużyte ścieżki ślizgowe w potencjometrze przepustnicy powodowały problemy i przyczyniały się do nierównej pracy silnika, dziś ten element jest zastępowany przez bezdotykowe czujniki kąta obrotu z technologią CIPOS®. W zależności od kąta otwarcia przepustnicy i prędkości jej uruchamiania korygowana jest dawka wtrysku i wyprzedzenie zapłonu. Dodatkowo sygnał z czujnika położenia przepustnicy jest wykorzystywany do wykrywania częściowego obciążenia silnika w funkcji prędkości obrotowej i masy zasysanego powietrza, jak również do wykrywania pełnego obciążenia (przepustnica całkowicie otwarta) oraz dezaktywacji regulacji lambda i wzbogacania mieszanki. W nowoczesnych pojazdach nie ma już mechanicznego połączenia między pedałem przyspieszenia a przepustnicą. Siłownik przepustnicy jest sterowany przez jednostkę sterującą silnika w zależności od sygnału z elektronicznego czujnika położenia pedału przyspieszenia (również z technologią CIPOS®). W tym kontekście używany jest również termin „gas-by-wire”. Dokładne położenie przepustnicy jest stale przekazywane do jednostki sterującej silnika.

Czujniki kąta obrotu typu CIPOS® (Contact Less Inductive Position Sensor) firmy HELLA mogą być używane w wielu aplikacjach do precyzyjnego i niezawodnego pomiaru kątów. Kąt jest określany indukcyjnie w sposób bezdotykowy i bez elementów zużywających się. Zapewnia to wysoką dokładność pomiaru przez cały okres eksploatacji. Ponieważ nie jest wymagany magnes, czujniki kąta obrotu gwarantują również niewrażliwość na pola magnetyczne i linie energetyczne. Dzięki temu technologia ta jest idealna do zastosowania w pojazdach elektrycznych.

Redundantne czujniki kąta obrotu (podwójne) umożliwiają detekcję awarii, a więc ogólny wzrost niezawodności systemów. Dzięki powtarzalnej charakterystyce sygnału wyjściowego (zależnej od zastosowanej struktury sensorycznej) możliwa jest realizacja różnych pozycji montażowych. Zwiększa to liczbę możliwych zastosowań. W zależności od wymagań czujniki kąta obrotu CIPOS® są przystosowane do następujących interfejsów do transmisji danych: w sposób analogowy, PWM, PSI 5 (interfejs czujnika peryferyjnego z linią dwuprzewodową) lub SENT.

Zaletą, na przykład czujników z interfejsem SENT (Single-Edge-Nibble-Transmission), jest wyjście cyfrowego sygnału napięciowego, który nie może być zniekształcony na drodze od czujnika do jednostki sterującej. Ponadto, w porównaniu z transmisją danych z modulacją szerokości impulsu lub częstotliwości, oferuje on tę zaletę, że w jednym protokole danych można przesłać do sześciu pakietów danych. Pozwala to na rejestrację kilku różnych wartości pomiarowych.

Autor: Georg Blenk, Krafthand Medien