Датчики автомобиля и их функции: 403 — Доступ запрещён – Датчики систем управления двигателем —

Содержание

Основные датчики в современном автомобиле и выполняемые ими функции&nbsp

Роль датчиков в автомобиле, для обеспечения его работы без сбоев, с каждым годом увеличивается.

Данные электронные средства позволяют водителю держать под контролем работу двигателя и других систем, затраты расходных материалов, вовремя обнаруживать неполадки, и позволяют обеспечить безопасную езду.

Классификация датчиков для автомобиля. С каждым годом количество их в автомобиле становится все больше. Электронные устройства могут различаться по собственным техническим параметрам, предназначению и особенностям применения. Классификация датчиков может быть выполнена по условиям использования и выполняемым функциям.

Приборы, относящиеся к первому классу, отвечают за работу и диагностику системы торможения, а также рулевого управления;

Датчики второго класса должны контролировать силовую установку, подвеску, шины и трансмиссию;

Третий класс датчиков должен отвечать за функции защиты и комфортабельную езду.

Степень развития современных технологий дает возможность производства датчиков из высокотехнологичных материалов. Это становится причиной того, что по сравнению с первыми выпущенными приборами, новые устройства электронного типа демонстрируют намного более длительную и качественную работу. Посредством использования инновационных технологий, стало возможным и уменьшение габаритных размеров датчиков, что имеет большую степень важности для тех машин, где имеется немалое количество датчиков и узлов. По конструкции, все электронные приборы могут быть разделены на две группы.

Интегральные датчики с наличием интеллектуальных возможностей, позволяют уменьшить создаваемую нагрузку на управляющий блок. Соединение приборов осуществляется при помощи гибких линий связи, что дает возможность использования нескольких приборов в связке. Датчики такого типа могут производить обработку даже сигнала небольшой интенсивности.

Электронные приборы, относящиеся к волоконно-оптическому типу, имеют особенность в виде высокой чувствительности к наличию загрязнений и высокого давления. Они имеют небольшой срок службы, и слабое восприятие помех электромагнитного характера. Подходящими такие сенсоры будут не для каждого типа машин, так как для их подключения потребуются особые разветвители и разъемы.

Датчики силовой установки. Для оптимизации ее работы, а также возможности контроля исправности узлов и механизмов, на машину устанавливают такие датчики:

Воздушный. Призван обеспечить слежение за количеством воздуха, которое поступает во впускной тракт. Несмотря на высокую надежность прибора, он боится присутствия влаги. Если данный прибор выйдет из строя, это проявится в неустойчивости работы, «троении» мотора, увеличении потребления топлива. Встраивание его осуществляется непосредственно за фильтром воздуха;

«Лямбда-зонд». Его задачей становится контроль за массовой долей кислорода, на выходе из коллектора. Прибор выполняет распределение уровня подачи топлива, по концентрации кислорода. Местом его расположения становится система отработанных газов;

В системе, отвечающей за регенерацию уже отработанных газов, могут располагаться датчики контроля концентрации оксида азота. Размещены они в дроссельном узле. При загрязнении устройства, результатом станет увеличение цикла регенерации;

Датчик дроссельной заслонки может получать данные с педали акселератора, и выполняет ее корректировку, в зависимости от температуры жидкости для охлаждения мотора. Чем ниже температура антифриза, тем меньше будет скорость вращения коленвала;

Итог. Кроме указанных выше, важную роль в обеспечении правильной работы автомобиля играют датчики давления, температуры и топливной системы. Это позволяет в полной мере выполнять контроль работы всех главных системы автомобиля.

Видео дня. Женщина, которая дала ребенку порулить на скорости, заплатит штраф 4 тыс руб

Читайте также

Датчики автомобильных электронных систем

Современные системы электронного автоматического управления раз­личными всевозможными техническими объектами, а также автомобильными бортовыми устройствами, имеют почти одинаковую похожую структуру.

Принцип работы различных датчиков ЭСАУ примерно одинаковый, — преобразование информации о значениях, которые преобразовываются из неэлектрических параметров в электрический сигнал — напряжение, ток, частоту, фазу и т. д. Полученные сигналы перевоплощаются в цифровой код и поступают в специальный микроконтроллер.

Микроконтроллер на основании значений этих сигналов и в соответствии с заложенным в него программным обеспечением принимает реше­ния, управляет через исполнительные механизмы (реле, соленоиды, электродвига­тели) объектом.

Возможность совершенствования автомобильных электронных систем во мно­гом зависит от наличия надежных, точных и недорогих датчиков.

В 60-х годах автомобили были оборудованы датчиками давления масла, уровня топлива, температуры, охлаждающей жидкости. Их выходы были подключены к стрелочным или ламповым индикаторам на щитке приборов.

В 70-х годах автомобильные компании начали бороться за уменьшение ко­личества токсичных выбросов из глушителя автомобиля — потребовались до­полнительные датчики для управления силовой установкой, которые необходи­мы для обеспечения нормальной работы электронного зажигания, системы впрыска топлива, трехкомпонентного нейтрализатора, для точного задания со­отношения воздух/топливо в рабочей смеси, для минимизации токсичности выхлопных газов.

В 80-х годах начали уделять больше внимания безопасности водителя и пасса­жиров — появились антиблокировочная система торможения (ABS) и воздушные мешки безопасности.

В силовом агрегате (в ДВС) датчики используются для измерения температуры и давления большинства текучих сред (температура всасываемого воздуха, абсо­лютное давление во впускном коллекторе, давление масла, температура охлажда­ющей жидкости, давление топлива в системе впрыска).

Почти ко всем движущимся частям автомобиля подключены датчики скорости или положения (скорость автомобиля, положение дроссельной заслонки, положе­ние коленчатого вала, положение распределительного вала, положение и скорость вращения вала в коробке переключения передач, положение клапана рециркуля­ции выхлопных газов).

Другие датчики определяют уровень детонации, нагрузку двигателя, пропуски воспламенения, содержание кислорода в выхлопных газах.

Есть датчики, которые определяют положение сидений.

В системе управления климатом (в климат-контроле) используются различные датчики в кондиционере для определения давления и температуры хладагента, температуры воздуха в салоне и за бортом.

После появления антиблокировочной системы торможения и активной подвес­ки потребовались датчики для определения скорости вращения колес, высоты ку­зова по отношению к шасси, давления в шинах.

Датчики удара и акселерометры нужны для правильного функционирования фронтальных и боковых воздушных мешков безопасности. Для переднего пасса­жирского сиденья с помощью датчиков определяют наличие пассажира, его вес. Эта информация используется для оптимального наддува мешка безопасности на переднем сиденье. Другие датчики используются для боковых и потолочных воз­душных мешков безопасности, а также специальных воздушных мешков для за­щиты шеи и головы.

На современных автомобилях антиблокировочные системы торможения заме­няются более сложными и эффективными системами управления стабильностью движения автомобиля. Возникает необходимость в новых датчиках. Разрабатыва­ются и уже имеются датчики скорости вращения автомобиля вокруг вертикальной оси, датчики для предупреждения столкновений (например радарные), датчики для определения близости других автомобилей, датчики положения рулевого ко­леса, бокового ускорения, скорости вращения каждого колеса, крутящего момента на валу двигателя и т. д. Управление тормозной системой автомобиля становится частью более общей и эффективной системы электронного управления курсовой устойчивостью и стабильностью движения.

Из сказанного ясно, что сегодня датчики устанавливаются практически во всех системах автомобиля.

На рис. 2.1, а показано наиболее рациональное расположение различных дат­чиков на автомобиле.

Датчики автомобильных электронных систем можно классифицировать по трем признакам:

принципу действия, типу энергетического преобразования и ос­новному назначению.

По принципу действия датчики подразделяют на электро контактные, потенци­ометры ческие, оптические, оптоэлектронные, электромагнитные, индуктивные, магниторезистивные, магнитострикционные, фото- и пьезоэлектрические, датчи­ки на эффектах Холла, Доплера, Кармана, Зеебека, Вигоида.

В зависимости от энергетического преобразования (рис. 2.1, б) датчики (Д) бывают активными (поз. 2 на рис. 2.1, б), в которых выходной электрический сигнал (ЭС) возникает как следствие входного неэлектрического воздействия (НВ) без приложения сторонней электрической энергии за счет внутреннего физического эффекта (например фотоэффекта), и пассивными (поз. 3 на рис. 2.1, б), в которых электрический сигнал (ЭС) есть следствие модуляции внешней электрической энергии (ВЭ) управляющим неэлектрическим воздейст­вием (НВ). Например, потенциометрический датчик, показанный па рис. 2.1,

б (поз. 5), является пассивным преобразователем угла поворота оси потенциомет­ра (чувствительного элемента ЧЭ) в электрический сигнал. Электрический сиг­нал (ЭС) появится на выходе потенциометра только после того, как на резистивную дорожку (П) будет подано внешнее напряжение (ВЭ). Следует отме­тить, что внутри датчика, посредством чувствительного элемента (ЧЭ), всегда имеет место внутреннее преобразование внешнего неэлектрического воздействия (НВ) в промежуточный неэлектрический сигнал (НС), что показано на рис. 2.1, б (поз. 1). Применительно к датчику угла поворота, угловое положение оси потенциометра является неэлектрическим сигналом (НС) на выходе чувствительного элемента. Этому неэлектрическому сигналу (НС) соответствует выходной электрический сигнал (ЭС) датчика, если поданное па резистивную дорожку (П) внешнее напряжение (ВЭ) постоянно (рис. 2.1,
б,
поз. 4). Линей­ная характеристика преобразования (рис. 2.1, б, поз. 6) может быть легко изме­нена на квадратичную, ступенчатую и любую нелинейную с заданной крутиз­ной, что достигается подбором конструктивных размеров (длины, ширины, тол­щины) резистивной дорожки.

Расположение датчиков на автомобиле

 Рис. 2.1, а. Расположение датчиков на автомобиле

1 — датчик конфигурации впускного коллектора с управляемой геометрией, 2 — датчик тахометра, 3 — датчик положения распределительного вала, 4 — датчик нагрузки двигателя, 5 — датчик положения коленчатого вала, 6 — датчик крутящего момента двигателя, 7 — датчик количества масла, 8 — датчик температуры охлаждающей жидкости, 9 — датчик скорости автомобиля,10 — датчик давления масла, 11— датчик уровня охлаждающей жидкости, 12 — радарный датчик системы торможения, 13 — датчик атмосферного давления, 14 — радарный датчик системы предотвращения столкновений, 15 — датчик скорости вращения ведущего вала коробки передач, 16 — датчик выбранной передачи в коробке передач, 17 — датчик давления топлива в рампе форсунок, 18 — датчик скорости вращения руля, 19 — датчик положения педали, 20 — датчик скорости вращения автомобиля относительно вертикальной оси, 21 — датчик противоугонной системы, 22 — датчик положения сиденья, 23 — датчик ускорения при фронтальном столкновении, 24 — датчик ускорения при боковом столкновении, 25 — датчик давления топлива в баке, 26 — датчик уровня топлива в баке, 27 — датчик высоты кузова по отношению к шасси, 28 — датчик угла поворота руля, 29 — датчик дождя или тумана, 30 — датчик температуры забортного воздуха, 31 — датчик веса пассажира, 32 — датчик кислорода, 33 — датчик наличия пассажира в сиденье, 34 — датчик положения дроссельной заслонки, 35 — датчик пропусков воспламенения, 36 — датчик положения клапана рециркуляции выхлопных газов, 37— датчик абсолютного давления в впускном коллекторе, 38 — датчик азимута, 39 — датчик скорости вращения колес, 40 — датчик давления в шинах.

Из приведенного примера ясно, что любой датчик всегда состоит, как мини­мум, из двух частей — из чувствительного элемента (ЧЭ), способного восприни­мать входное неэлектрическое воздействие (НВ), и из преобразователя (П) проме­жуточного неэлектрического сигнала (НС) от чувствительного элемента в выход­ной электрический сигнал (ЭС).

По назначению датчики классифицируются по типу управляющего неэлектри­ческого воздействия: датчики краевых положений, датчики угловых и линейных перемещений, датчики частоты вращения и числа оборотов, датчики относитель­ного или фиксированного положения, датчики механического воздействия, датчи­ки давления, датчики температуры, датчики влажности, датчики концентрации кислорода, датчик радиации и др.

► Датчики подключаются к ЭБУ или средствам индикации для передачи ин­формации о параметрах контролируемой среды. В автомобильных системах цепа и надежность имеют огромное значение и при прочих равных условиях всегда вы­бирают датчик с наименьшим числом соединителей. Если к датчику следует под­ключить 5—6 проводов (например, ЛДТ), целесообразно разместить микросхему обработки сигнала непосредственно на датчике и передавать данные контроллеру через последовательный интерфейс.

При подключении датчиков к ЭБУ следует иметь в виду, что шасси (масса) ав­томобиля не может быть использована в качестве измерительной земли. Между точкой подключения ЭБУ к массе и датчиком напряжение может падать до I В за счет токов силовых элементов по массе, что недопустимо как при штатной работе датчика, так и при его диагностике.

Подавляющее большинство датчиков из числа вышеперечисленных уже доста­точно широко используется на современных импортных и отечественных автомо­билях. Их устройство, работа и принципы диагностирования подробно описаны в [3] и [4|. Но есть и такие, которые появились относительно недавно и находятся на стадии внедрения в новейшие автомобильные системы. Описанию именно та­ких датчиков уделено наибольшее внимание в данной главе.

Расположение датчиков на автомобиле{jcomments on}

Основные датчики в двигателях современных автомобилей и какие функции они выполняют

Современные автомобили — это высокотехнологичная техника, в которой работа многих основных узлов полностью управляется электроникой. Революцией в моторостроении стало появление инжекторной технологии подачи топлива, после чего количество различных датчиков в двигателе существенно увеличилось. Основной блок управления автомобилем анализирует данные с различных модулей в моторе, принимая решение по увеличению или уменьшению оборотов, консистенции смеси и ряду других параметров. В этой статье мы расскажем вам об основных датчиках, которые используются в двигателях современных автомобилей.


Используемые в двигателях датчики

Датчик кислорода располагается не в самом моторе, а в выпускной системе. При этом у многих современных автомобилей имеется даже два и более таких модулей, что объясняется не только необходимостью оценки состояния выхлопа, но и требованиями экологии. Первый датчик обычно устанавливается перед катализатором, а второй уже после такого фильтра, и в зависимости от рассчитанных показателей блок управления работой может вносить соответствующие корректировки в степень обогащения топливной смеси.

Датчик детонации определяет в камере сгорания уровень детонации, и при её определении снижает обороты или же сигнализирует автовладельцу о необходимости прочистки бака и выполнения других ремонтных работ. Появление такой детонации приводит к повышенной нагрузке на двигатель, возникать она может по причине использования не слишком качественного топлива, так и нарушения опережения зажигания.

Датчик положения распредвала определяет положение цилиндров в их верхней точке. Полученные данные позволяют блоку управления впрыском подавать топливно-воздушную смесь в тот или иной цилиндр и правильно включать зажигание. Наличие этого датчика позволяет несколько улучшить мощностные характеристики современных двигателей.

Датчик коленвала рассчитывает обороты и положение коленчатого вала двигателя. Важность этого электронного блока понимают практически все без исключения автовладельцы, так как выход из строя коленвала и его неправильное положение может привести к серьезным поломкам, вплоть до необходимости выполнения капитального ремонта двигателя. Данные о положении коленвала также используются системой впрыска или же для установки угла опережения зажигания.


Датчик дроссельной заслонки считывает положение дросселя. Расположение заслонки будет напрямую зависеть от интенсивности нажатия на педаль акселератора. Полученные данные используются для корректировки объема подачи топлива.

Датчик массового расхода топлива находится в системе подачи кислорода непосредственно за воздушным фильтром. Наличие такой электроники позволяет правильно готовить топливно-воздушную смесь, а в последующем основной блок управления может корректировать подачу топлива или правильно подбирать обороты мотора на холостом ходу.

Датчик давления масла определяет уровень и давление в системе, своевременно предупреждая автовладельца о наличии проблем и нехватке смазки. Необходимо помнить, что при наличии подобной сигнализации следует незамедлительно заглушить двигатель и на эвакуаторе доставлять автомобиль в сервис для ремонта.

 

Датчик скорости определяет частоту вращения вала, позволяя не только отображать текущую скорость на спидометре, но и передает информацию в блок управления, для совместной работы с другими системами двигателя.

Датчик абсолютного давления устанавливается во впускном коллекторе, позволяя при необходимости корректировать топливно-воздушную смесь, обедняя или обогащая её состав.

Подведём итоги

Двигатели современных автомобилей имеют различные датчики, которые позволяют обеспечить необходимую экологичность, хорошую мощность мотора и сокращают расход топлива. Данные с таких модулей используются основным блоком управления, а при появлении каких-либо неисправностей система выводит на приборной панели или экран мультимедиа соответствующие надписи.

13.12.2019

Какие датчики в современном автомобиле: принцип работы и признаки неисправности

Датчик массового расхода воздуха (ДМРВ)

Назначение ДМРВ

Датчик массового расхода воздуха (сокр. ДМРВ) предназначен для преобразования расхода воздуха, поступающего в двигатель, в напряжение постоянного тока.

Информация датчика позволяет определить режим работы двигателя и рассчитать цикловое наполнение цилиндров воздухом на установившихся режимах работы двигателя, длительность которых превышает 0,1 секунды.

Принцип действия ДМРВ

Чувствительный элемент датчика построен на принципе терморезистивного анемометра и выполнен в виде платиновой нагреваемой нити. Нить нагревается электрическим током, а с помощью термодатчика и схемы управления датчика ее температура измеряется и поддерживается постоянной.

Если через датчик поток воздуха увеличивается, то платиновая нить начинает охлаждаться, схема управления датчика увеличивает ток нагрева нити, пока температура ее не восстанавливается до первоначального уровня, таким образом, величина тока нагрева нити пропорциональна расходу воздуха.
Вторичный преобразователь датчика преобразует ток нагрева нити в выходное напряжение постоянного тока.

Проблемы эксплуатации ДМРВ

С течением времени нить загрязняется, что приводит к смещению градуировочной характеристики датчика.
Для очистки нити от грязи после выключения двигателя (при выполнении определенных условий) нить прожигается до 900—1000°C импульсом тока в течении 1 секунды. Импульс управления прожигом формирует блок управления.

Очистка ДМРВ

Для промывки никак нельзя использовать кетоны и эфиры по трём причинам:

  1. Растворяют компаунд.
  2. При высыхании очень сильно охлаждают кристалл. Он может «лопнуть\треснуть».
  3. Растворяют «маску» на кристалле (это относительно не страшно, но в центре кристалла есть полимерная плёнка в окошке, похоже из полиэтилентерефталата, на которой тоже маска и металлическое напыление) Плёнка выдержит, но если маска смоется, плёнка деформируется и оторвётся.

Также категорически не рекомендуется:

  • лазить туда спичками\зубочистками и т.д.
  • промывать агрессивными или едкими жидкостями типа Виннса и Карбоклина.
  • Большинство растворителей карбовые очистители «Абро» и «Hi-Gear».
  • ВЭЛВовские аэрозоли содержат ацетон (про кетоны написано выше) и этиловый эфир ¬- их не использовать.

В общем, что остаётся для очистки?
WD-40. Там «соляра» и тяжёлые жирные кислоты. Моют хорошо, но надолго оставляют плёнку. Её надо смывать. Смывать нужно спиртами (этил / метил / изопропил) в смеси с дистиллированной водой (20% воды), или этил / бутил / пропил — ацетатами (Ч.Д.А.). Они с водой нормально смешиваются (но хозтоварные грязные, и оставляют налёт). Думаю, что лучше кристалл поливать из шприца с тонкой иголкой. А сушить «родным» вентилятором, включив его с компьютера. Ну, по крайней мере, искусственной смертью он не умрёт, а от естественной никто не застрахован. Хорошие результаты по промывке ДМРВ дает обычная промывка изопропиловым спиртом с предварительно разогретым, с помощью технического фена, до 60-70 градусов ДМРВ и промывочной жидкости.

Как продлить жизнь ДМРВ:

  1. Свовременная замена воздушного фильтра.
  2. Переодическая чистка корпуса воздушного фильтра и по возможности его патрубков.
  3. НЕ использование спортивных (нулевых) воздушных фильтров (особенно с пропитками).

Датчик положения дроссельной заслонки (ДПДЗ)

Датчик положения дроссельной заслонки установлен сбоку на дроссельном блоке на одной оси с приводом дроссельной заслонки. Датчик положения дроссельной заслонки считывает показания с положения педали «газа». Основной враг датчика положения дроссельной заслонки — мойщики двигателей.
Срок службы датчика положения дроссельной заслонки совершенно непредсказуем.

Нарушения в работе датчика положения дроссельной заслонки проявляются в повышенных оборотах на холостом ходу, в рывках и провалах при малых нагрузках.

Датчик детонации (ДД)

Датчик детонации установлен на блоке двигателя между вторым и третьим цилиндрами. Существуют два типа датчика детонации – резонансный (внешне как бочонок) и широкополосный (как таблетка). Датчики детонации разных типов не взаимозаменяемы.

Датчик детонации — это надежный элемент, но требует регулярной чистки разъема. Принцип работы датчика детонации основан на пьезоэлектрическом эффекте (как у пьезозажигалки). Чем сильнее удар, тем больше напряжение.
Отслеживает детонационные стуки двигателя. В соответствии с сигналом датчика детонации контроллер устанавливает угол опережения зажигания. Есть детонация — более позднее зажигание. Отказ или обрыв датчика детонации проявляются в «тупости» мотора и повышенному расходу топлива.
Он представляет собой пустотелый шестигранный корпус с резьбовым выступом для вкручивания в ДВС. Внутри корпуса обычным винтиком прикручивается двухслойный пьезоэлемент, который и вырабатывает ЭДС при воздействии на него колебаний звуковой частоты через корпус датчика.

Эти колебания с помощью пьезоэлемента преобразуются в аудиосигнал. Таким образом, с помощью ДД блок EFI «слышит», что происходит в двигателе во время его работы. То есть, это своеобразный микрофон, а точнее, пьезокерамический звукосниматель (как на проигрывателях виниловых пластинок).

Корпус по край залит специальным компаундом, по ощущению напоминающий хрупкую крошащуюся искусственную резину. Этот компаунд (на форуме его называют «смолой») не только защищает пьезоэлемент от воздействия окружающей среды, но еще и создаёт специфическую АЧХ (амплитудно-частотную характеристику) сигнала, так как спектр ДД должен лежать в области 1400-6000Гц с центральной частотой в районе 2700Гц (примерная частота детонации).

Если появляются детонационные процессы, то блок EFI автоматически изменяет угол опережения зажигания (УОЗ) до тех пор, пока детонационные процессы не сведутся к минимуму или вообще не ликвидируются.

Таким образом, ДД является неотъемлемой частью цепей коррекции формирования и наиболее эффективного сжигания топливной смеси. Выход из строя ДД сопровождается появлением ошибки самодиагностики, детонационными процессами в ДВС (при этом характерным так называемым «звоном пальцев»), худшей тягой, повышенным расходом топлива.

Датчик давления масла

Давление масла в системе контролируется специальным датчиком, установленным в масляной магистрали. Электрический сигнал от датчика поступает к контрольной лампе на приборной панели. На автомобилях также может устанавливаться указатель давления масла.

Датчик давления масла может быть включен в систему управления двигателем, которая при опасном снижении давления масла отключает двигатель.

На современных двигателях устанавливается датчик контроля уровня масла и соответствующая ему сигнальная лампа на панели приборов. Наряду с этим, может устанавливаться датчик температуры масла.

Датчик температуры охлаждающей жидкости (ДОЖ)

Датчик температуры охлаждающей жидкости установлен между головкой блока и термостатом. Датчик температуры охлаждающей жидкости имеет два контакта. Основное функциональное назначение датчика температуры охлаждающей жидкости — чем холоднее мотор, тем богаче топливная смесь.

Конструктивно датчик температуры охлаждающей жидкости представляет собой термистор (резистор), сопротивление которого изменяется в зависимости от температуры. Типовые значения 100 градусов — 177 Ом, 25 градусов — 2796 Ом, 0 градусов — 9420 Ом, -20 градусов — 28680 Ом. Температура охлаждающей жидкости влияет почти на все характеристики управления двигателем. Датчик температуры охлаждающей жидкости весьма надежен.

Основные неисправности — нарушение электрического контакта внутри датчика, нарушение изоляции или обрыв проводов.
Отказ датчика температуры охлаждающей жидкости — включение вентилятора на холодном двигателе, трудность запуска горячего мотора, повышенный расход топлива.

Датчик кислорода

Датчик кислорода (лямбда-зонд) установлен на приемной трубе глушителя. Серьезный, но весьма надежный электрохимический прибор.

Задача датчика кислорода — определение наличия остатков кислорода в отработавших газах. Есть кислород — бедная топливная смесь, нет кислорода — богатая. Показания датчика кислорода используются для корректировки подачи топлива. Категорически запрещается использование этилированного бензина.

Выход из строя датчика кислорода приводит к увеличению расхода топлива и вредных выбросов.

Датчик положения коленчатого вала (ДПКВ)

Датчик положения коленчатого вала предназначен для формирования электрического сигнала при изменении углового положения специального зубчатого диска, установленного на коленвале двигателя.

Датчик положения коленвала установлен около шкива коленвала и считывает сигналы по рискам. Это основной датчик, по показаниям которого определяется цилиндр, время подачи топлива и искры.

Конструктивно датчик положения коленвала представляет собой кусок магнита с катушкой тонкого провода. Очень вынослив.

Датчик положения коленвала работает в паре с зубчатым шкивом коленчатого вала. Отказ датчика — остановка двигателя. В лучшем случае ограничение оборотов двигателя в районе 3500 — 5000 об/ми.

Датчик фаз (распредвала ДКВ)

Устанавливается только на 16-ти клапанном двигателе. Информация используется для организации впрыска топлива в конкретный цилиндр.
Отказ датчика переводит топливоподачу в попарно-параллельный режим, что приводит к резкому обогащению топливной смеси.
Датчик фаз устанавливается на двигателе в верхней части головки блока цилиндров за шкивом впускного распредвала.
На шкиве впускного распредвала расположен задающий диск с прорезью. Прохождение прорези через зону действия датчика фаз соответствует открытию впускного клапана первого цилиндра.

Регулятор холостого хода (РХХ) (распредвала ДКВ)

РХХ является устройством, которое необходимо в системе для стабилизации оборотов холостого хода двигателя. РХХ представляет собой шаговый электродвигатель с подпружиненной конусной иглой.

Во время работы двигателя на холостом ходу, за счет изменения проходного сечения дополнительного канала подачи воздуха в обход закрытой заслонки дросселя, в двигатель поступает, необходимое для его стабильной работы, количество воздуха.

Этот воздух учитывается датчиком массового расхода воздуха (ДМРВ) и, в соответствии с его количеством, контроллер осуществляет подачу топлива в двигатель через топливные форсунки.

По датчику положения коленчатого вала (ДПКВ) контроллер отслеживает количество оборотов двигателя и в соответствии с режимом работы двигателя управляет РХХ, таким образом, добавляя или снижая подачу воздуха в обход закрытой дроссельной заслонки (см. Фото-2 и Фото-3).

На прогретом до рабочей температуры двигателе контроллер поддерживает обороты холостого хода. Если же двигатель не прогрет, контроллер за счет РХХ увеличивает обороты и, таким образом, обеспечивает прогрев двигателя на повышенных оборотах коленвала. Данный режим работы двигателя позволяет начинать движение автомобиля сразу и не прогревая двигатель.

Регулятор холостого хода установлен на корпусе дроссельной заслонки и крепится к нему двумя винтами. К сожалению, на некоторых автомобилях головки этих крепежных винтов могут быть рассверлены или винты посажены на лак, что может значительно усложнить демонтаж РХХ для его замены или прочистки воздушного канала. В таких случаях редко удается обойтись без демонтажа всего корпуса дроссельной заслонки.

РХХ является исполнительным устройством и его самодиагностика в системе не предусмотрена. Поэтому при неисправностях регулятора холостого хода лампа «CHECK ENGINE» не загорается. Симптомы неисправностей РХХ во многом схожи с неисправностями ДПДЗ (датчика положения дроссельной заслонки), но во втором случае чаще всего на неисправность ДПДЗ явно указывает лампа «CHECK ENGINE».

К неисправностям регулятора холостого хода можно отнести следующие симптомы:

  • неустойчивые обороты двигателя на холостом ходу,
  • самопроизвольное повышение или снижение оборотов двигателя,
  • остановка работы двигателя при выключении передачи,
  • отсутствие повышенных оборотов при запуске холодного двигателя,
  • снижение оборотов холостого хода двигателя при включении нагрузки (фары, печка и т.д.).

Для демонтажа регулятора холостого хода необходимо при выключенном зажигании отключить его четырехконтактный разъем и отвернуть два крепежных винта. Монтаж РХХ производят в обратной последовательности. Кроме того, уплотнительное кольцо на фланце следует смазать моторным маслом.

Датчики систем безопасности при движении автомобиля

 

Развитие технологий производства датчиков, позволило их применять в интеллектуальных системах безопасности, к которым относятся системы помощи водителю. В стремлении обеспечить конкурентоспособность своих автомобилей, производители поддерживая передовые технологии, внедряют их на новые машины. Вот о том, какими бывают датчики для систем повышения безопасности при движении автомобиля, мы и поговорим в этой статье.

 

Содержание

 

Ультразвуковая технология

 

В современных системах, помогающих при движении задним ходом и парковке (см. «Системы парковки автомобилей») исполь­зуются ультразвуковые датчики малой даль­ности действия (порядка 2,5 м). Они встраи­ваются в бамперы автомобилей и служат для вычисления расстояний до препятствий с целью контроля пространства при парковке и маневрировании. При приближении к пре­пятствию система выдает водителю звуковые и световые сигналы.

Более новые датчики с дальностью дей­ствия до 4,5 м позволяют использовать си­стему помощи при парковке, которая либо выдает водителю инструкции по оптималь­ной парковке, либо осуществляет руление при въезде на парковочное место, а водителю остается лишь следить за перемещением ав­томобиля в продольном направлении.

 

 

Конструкция ультразвукового датчика

 

Ультразвуковой датчик (рис. «Вид ультрозвукового датчика в разрезе» ) состоит из пластмассового корпуса со встроенным штырьковым разъемом, ультразвукового преобразователя (алюминиевого блока с диа­фрагмой, на внутреннюю часть которой при­клеен пьезокерамический элемент) и печатной платы с передающей и оценивающей электро­никой. Они электрически соединены с ЭБУ с помощью трех выводов, два из которых — пи­тающие. Третий, служащий в качестве двуна­правленной сигнальной линии, используется для активизации функции передачи сигналов и принятия возвращенного сигнала.

Принцип работы ультразвукового датчика

 

Ультразвуковой датчик принимает от ЭБУ циф­ровой импульс. Затем электроника заставляет колебаться алюминиевую диафрагму с прямоу­гольными импульсами на резонансной частоте (около 48 кГц) с типичным периодом порядка 300 мкс, в результате чего испускаются ультра­звуковые импульсы. Отраженный от препят­ствия звук снова заставляет колебаться диа­фрагму, между тем уже успокоившуюся (прием невозможен в течении периода успокоения, порядка 900 мкс). Эти колебания выводятся пьезоэлектрическим элементом в виде анало­гового электрического сигнала, который затем усиливается и преобразуется в цифровой.

Обычно ультразвуковые датчики для опи­санной области применения имеют селектив­ную характеристику испускания с широким диапазоном чувствительности по горизон­тали (для определения как можно большего количества объектов) и узким диапазоном чувствительности по вертикали (во избежа­ние отражений от земли).

 

 

Радарная технология на автомобиле

 

Радарная технология используется, помимо прочего, в адаптивном круиз-контроле (АСС) для определения движущихся впереди ав­томобилей и соответственной адаптации скорости движения. Излучаемые радаром электромагнитные волны отражаются от металлических поверхностей и других отра­жающих материалов и затем регистрируются приемной частью радара. Расстояние до объ­ектов в диапазоне чувствительности можно измерить на основании времени распростра­нения этих волн. Для измерения относитель­ной скорости используется эффект Допплера.

Благодаря своим превосходным свойствам в плане быстрого и точного измерения рас­стояния и относительной скорости радар также очень хорошо подходит для исполь­зования в системах активной и пассивной безопасности. Примерами таких систем являются прогнозирующие системы аварий­ного торможения и раннего распознавания столкновений.

Методы испытаний

 

Принимаемые сигналы сравниваются с пере­даваемыми по времени распространения или частоте. Используемые методы значительно различаются по способу сравнения сигналов. Передаваемые волны модулируются, чтобы принимаемый сигнал можно было уникально сопоставить передаваемому. Самыми рас­пространенными формами модуляции яв­ляются импульсная, где генерируются им­пульсы в 10-30 нс, что соответствует длине волны 3-10 м, и частотная, где вовремя пере­дачи мгновенная частота волн изменяется в зависимости от времени.

У всех радарных датчиков измерение рас­стояния основано на прямом или косвенном измерении времени распространения сиг­нала с момента его передачи и до момента его приема в виде отраженного сигнала.

 

 

Импульсная модуляция

 

В случае импульсной модуляции измеряется время распространения τ сигнала от его передачи до его приема. Принятый волновой пакет нужно демодулировать, чтобы извлечь нужную информацию. Учитывая скорость света, можно вычислить расстояние до дви­жущегося впереди автомобиля по разности времени. При прямом отражении оно опреде­ляется как двойное расстояние d до отража­теля, поделенное на скорость света с:

τ = 2d/с

Для расстояния d = 150 м и с ≈ 300 000 км/с время распространения τ≈1,0 мкс.

Импульсный радар испускает очень ко­роткие импульсы. Эти сигналы отражаются от предметов и возвращаются к датчику. Требуется измерить время распространения этих сигналов. На рис. «Блок-схема импульсного радара» показана блок-схема импульсного радара. Генератор с частотой, к примеру, 24 ГГц, передает сигналы на дели­тель мощности. Его выходные сигналы по­даются на два высокоскоростных переключа­теля в двух каналах, изображенных на схеме. В верхнем тракте (передающем) сигналы от генератора импульсов сначала модулируются и затем выдаются на высокоскоростной пере­ключатель (высокочастотный модулирую­щий переключатель). Из этого блока сигналы проходят на передающую антенну. В нижнем параллельном тракте (принимающем) ре­гулируемая задержка генерирует опорные сигналы, подаваемые на высокоскоростной переключатель в передающем тракте. При­нятый отраженный сигнал смешивается с выходным сигналом генератора, что слу­жит когерентным опорным значением для определения измерений частоты в принятом отраженном сигнале. Когерентность в этом контексте означает, что фаза переданного импульса остается сохраненной в опорном сигнале. Изменение определяется фильтром Допплера.

 

 

Излучаемая пиковая мощность в 20 дБм EIRP (уровень мощности при опорном зна­чении 1 мВт) дает расстояние измерения 20-50 м, в зависимости от размера и отражающих свойств данного предмета. Минимальное рас­стояние измерения составляет около 25 см.

Модуляция FMCW

 

На рис. «Блок-схема 4-х канального радара с частотно-модулированной незатухающей гармонической волной FMCW» показана блок-схема радара FMCW (частотно-модулированная незатухающая гар­моническая волны). Генератор на диоде Ганна в эхорезонаторе или новый генератор на базе SiGe параллельно подает сигналы, к примеру, на четыре патч-антенны, расположенные ря­дом друг с другом и также служащие для од­новременного приема отраженных сигналов. Установленная спереди пластмассовая линза Френеля фокусирует передаваемые и прини­маемые лучи, относительно оси автомобиля, в горизонтальном и вертикальном направле­ниях. Характеристики антенны в плане пере­дачи и приема имеют веерообразную форму в четырех разных направлениях из-за смещения антенн от центра. По расстоянию а до транс­портных средств, движущихся впереди, и по их относительной скорости Δv можно оценивать изменение ситуации относительно той, при которой они были обнаружены. Этот метод используется для обнаружения нескольких автомобилей.

 

 

Направленные ответвители разделяют передаваемые и принимаемые отраженные сигналы. Путем смешивания частоты приема и частоты передачи, находящиеся далее мик­шеры переносят частоту приема на более низ­кие частоты (0-300 кГц). Чтобы оценить их, низкочастотные сигналы оцифровываются и проходят высокоскоростной (гармонический) анализ Фурье для определения частот.

Метод работы разъясняется ниже на при­мере генератора Ганна. Частота генератора на основе диода Ганна непрерывно сравнивается с эталоном частоты диэлектрического резо­нансного генератора (DRO) и регулируется до определенной заданной величины. В данном случае напряжение питания диода Ганна изме­няется до тех пор, пока частота снова не будет соответствовать заданной. Через эту цепь с обратной связью, с пилообразными колеба­ниями, частота передачи fs генератора Ганна кратковременно повышается и понижается на 300 МГц каждые 100 мс (частотная модуляция). Сигнал, отраженный от впереди идущей ма­шины, изменяется в соответствии со временем его прохождения, как показано на рис. 4, т.е., при увеличении расстояния до впереди идущей машины — путем понижения частоты, а при уменьшении расстояния — путем повышения частоты fe на ту же величину Δf. Разность ча­стот Δf является прямой мерой расстояния а:

Δf = (fs -fе) = c1·а 

(например, с1 = 2 кГц/м).

Если же между двумя движущимися автомо­билями будет дополнительная относительная скорость Δv, то принимаемая частота fе уве­личивается (при приближении) или уменьша­ется, на основании эффекта Допплера, как при возрастании, так и при снижении расстояния между машинами пропорционально величине:

Δfd= c2·Δv

(например, с2 = 512 Гц на м/с).

Иными словами, имеются две дифферен­циальных частоты Δf1 и Δf2. Их сумма соот­ветствует расстоянию между автомобилями, а разность — относительной скорости Δv их движения (рис. «Измерение расстояния и скорости с помощью радиолокационной установки с частотно-модулированной незатухающей гармонической волной FMCW» ). При увеличении расстоя­ния:

Δf1 =fs-fe = Δf-Δfd = c1·а-c2·Δv

При уменьшении расстояния:

Δf2 =fs-fe = Δf+Δfd = c1·а+c2·Δv

Это значит, что:

a= (Δf-Δf1)/2c1

Δv = (Δf-Δf1)/2c2

 

 

Определение угла смещения объекта

 

Третьей основной величиной, помимо рас­стояния и относительной скорости, явля­ется боковое смещение (угол) объекта. Единственный способ измерить его — путем испускания луча радара в нескольких на­правлениях. Затем по отраженным сигна­лам определяется направление, из которого принят самый сильный отраженный сигнал. Чтобы определить угол, под которым радар находит объект, либо направляется один луч (сканирование), либо параллельно испуска­ются и анализируются несколько лучей.

Для измерения угла требуются не менее двух перекрывающихся лучей. Усиления амплитуд, измеряемых для определенного объекта в соседних лучах, позволяют сделать вывод об угле обзора. На практике сегодня используется четыре луча, с угловым разре­шением 1-2°.

Радар малой дальности (24 ГГц)

 

Используются два типа радаров малой даль­ности: узкополосные датчики и ультра широкополосные датчики (UWB). Диапазон узко­полосных датчиков составляет несколько МГц в диапазоне ISM (промышленность, наука и медицина) при 24 ГГц и они отли­чаются низкой разделяемостью объектов. Разделяемость объектов у датчика UWB с типичным диапазоном 5 ГГц — высокая, по­рядка нескольких сантиметров при удаленно­сти объектов около 1,5 м. Функции безопас­ности, реализованные с помощью датчиков этого типа (например, датчиков раннего рас­познавания столкновения) требуют коротких циклов измерения, порядка 2 мс и менее.

Диапазон типичных радарных датчиков ма­лой дальности составляет от 2 до 20-50 м, в зависимости от функции помощи водителю.

Датчики этого типа были впервые пред­ставлены в 2005 году в системах адаптивного круиз-контроля (АСС) с помощью при дви­жении в пробках. Здесь используются два радарных датчика малой дальности. Если с помощью этой сенсорной технологии потре­буется реализовать дополнительные функ­ции, то спереди и сзади автомобиля потребу­ется установить до четырех датчиков.

Радар большой дальности

 

Радар большой дальности (LRR), используе­мый для адаптивного круиз-контроля (АСС), сканирует зону перед движущимся автомоби­лем на расстояние до 250 м. Рабочая частота 76,5 ГГц (длина волны λ = 3,8 мм) допускает относительно низкопрофильные конструк­ции, необходимые в автомобилях.

Лидар

 

Лидары (лазерные локаторы ИК-диапазона) для адаптивного круиз-контроля (АСС) уже несколько лет используются в Японии. В принципе, лидары работают так же, как и радары, но отличаются от последних тем, что используют электромагнитные волны в инфракрасном диапазоне 800-1000 нм, а не микроволны в миллиметровом диапазоне. Лучи лидара могут иногда значительно за­глушаться туманом и условиями плохой видимости, особенно брызгами. Это может, соответственно, уменьшить дальность из­мерения. Поэтому они подходят для систем безопасности хуже, чем радары.

Инфракрасное излучение модулируется по интенсивности, но не по частоте. Блок-схема лидара показана на рис. «Блок-схема лидара«. Лидар создает модулированное инфракрасное излучение, отражаемое от предметов и принимаемое одним или несколькими фотодиодами в дат­чике. Модуляция может иметь следующие формы: прямоугольные волны, синусои­дальные колебания или импульсы. Модуля­тор передает информацию о модуляции на приемник. Таким образом, принятый сигнал можно сравнить с переданным, чтобы опре­делить либо фазовую разность сигналов, либо время их распространения, и на основа­нии этого вычислить расстояние до объекта. Отношение «сигнал-шум» очень сильно зависит от типа модуляции, наилучшие ре­зультаты достигаются при импульсной моду­ляции. Поэтому импульсная модуляция ис­пользуется на практике для лидаров большой дальности. Типичные значения длительности импульсов находятся в наносекундном диа­пазоне. Соответственно, длина импульсов со­ставляет порядка 1 метра. Для достижения точности измерения сантиметрового порядка можно использовать подходящие методы об­работки сигналов.

Горизонтальное и вертикальное разреше­ние достигается либо путем многолучевой конфигурации, либо путем механического сканирования. Преимущество механического сканирования состоит в очень высоком угло­вом разрешении при использовании всего одного приемно-передающего блока. Луче­вое сканирование реализуется либо путем использования поворотного зеркала, либо путем перемещения оптического элемента передатчика или приемника вперед-назад.

В отличие от большинства радарных дат­чиков, лидар не измеряет непосредственно скорость объекта. Скорость вычисляется путем дифференцирования сигнала расстоя­ния, в результате происходит определенная задержка и ухудшается качество сигнала. С другой стороны, хорошее горизонтальное разрешение сканирующего лидара намного превосходит разрешение типичного совре­менного радарного датчика.

 

 

Видеотехнология

 

Изображения несут в себе наибольшую часть информации, воспринимаемой чело­веком. Следовательно, очевидным методом в контексте разработки систем повышения безопасности при движении (DAS) является запись изображений, извлечение из них нуж­ных деталей и выявление опасных ситуаций посредством обработки изображений.

На первом этапе на рынок были выведены функции на основе видео — например, систем ночного видения, систем слежения за дорож­ной разметкой и распознавания дорожных знаков. На втором этапе функции, корректи­рующие динамику автомобиля через тормоза, рулевое управление и дроссельную заслонку (прежде всего при взаимодействии несколь­ких датчиков) открывают новые, эффектив­ные перспективы для надежного предотвра­щения ДТП и смягчения их последствий.

В этом контексте в автомобильной системе выполняются две различные задачи. Когда требуется создать особенно контрастное, яркое изображение, необходимое в системах ночного видения, производится обработка изображе­ния. Затем обработанное изображение выво­дится непосредственно на дисплей. Вторая за­дача предусматривает извлечение конкретного содержания изображения с помощью специ­альных алгоритмов (например, распознавание дорожных знаков). Принятую информацию можно затем использовать для предупрежде­ния водителя сигналами на дисплее или актива­ции соответствующих исполнительных органов.

Основные принципы фотосчитывания

 

Когда полупроводник освещается фотонами, создаются пары «электрон-дырка». Они, в свою очередь, генерируют электрическое поле, рекомбинируют и создают фотоэлек­трический ток. Здесь показатель «квантовая эффективность η» описывает количество пар «электрон-дырка», создаваемых одним фотоном.

Практически все проникающие в полупро­водник фотоны преобразуются в электри­ческие заряды. Однако существует сильная спектральная зависимость от средней длины поглощения, в которой возникает это фото­преобразование. Коротковолновый свет в принципе поглощается на поверхности по­лупроводника, а длинноволновый проникает глубоко внутрь него. Поэтому изображения с большим содержанием волн красного и инфракрасного диапазонов (например, си­стемы улучшения ночного видения) имеют гораздо меньший контраст, чем изображе­ния, записанные в коротковолновой части спектра. Поэтому для систем ночного виде­ния важно обрабатывать изображения в сто­рону улучшения контрастности. В системах любительского уровня перед камерой часто устанавливаются оптические фильтры для отсечки инфракрасной части спектра.

Фотоэлектрический ток растет пропор­ционально, на много порядков, падающему световому потоку и строго линеен в широ­ком динамическом диапазоне. Именно это делает полупроводниковые фотодатчики такой привлекательной перспективой для многочисленных систем массового спроса и измерительных систем.

Двумя наиболее важными фоточувствительными полупроводниковыми структурами являются фотодиод (рис. «Фотодиод» ) и металло­оксидный полупроводниковый конденсатор (МОП-конденсатор, рис. «МОП-канденсатор, работающий как интегрирующий фотодатчик» ), используемый в ПЗС-датчиках приборах с зарядовой связью. Обе эти полупроводниковых структуры изго­тавливаются по стандартным полупроводни­ковым технологиям.

Фотодиод состоит из сочетания полупрово­дниковых материалов с различными проводя­щими свойствами. В области пространствен­ного заряда на стыке двух полупроводниковых материалов существует электрическое поле. В то же время область пространственного за­ряда имеет определенную емкость, обратно пропорциональную ее толщине. Фотодиоды типично заряжаются до определенного по­тенциала и затем подвергаются воздействию света. Теперь фотоэлектрически генерируе­мые заряды распространяются по всей области пространственного заряда и накапливаются в фотодиодном конденсаторе. Остаточное на­пряжение измеряется сразу после облучения фотодиода светом. Разница между этим на­пряжением и напряжением сброса является мерой падающего света.

МОП-конденсатор (рис. «МОП-канденсатор, работающий как интегрирующий фотодатчик» ) состоит из по­лупроводникового материала, покрытого тонким оксидным слоем. На оксидный слой наносится металлический проводящий слой. При подаче положительного напряжения на металлический электрод МОП-элемента под изолирующим оксидным слоем создается область пространственного заряда стацио­нарных положительных зарядов. В случае падения света через прозрачный изолиро­ванный электрод (переднее облучение) или через подложку (заднее облучение) в этой зоне собираются фотоэлектрически генери­руемые электроны без возможности реком­бинирования и опока.

Типичное значение емкости фотодиода и МОП-конденсатора составляет 0,1 фФ/мкм.

ПЗС-матрицы

 

Для изготовления датчиков формирования изображений многие фотодиоды или МОП-конденсаторы соединяются в матрицы с большим числом пикселов. В то время как выходные сигналы фотодиодов соответ­ствуют мгновенным значениям светового потока (освещенности), следующие две структуры являются, по своей сути, интегри­рующими. Их сигнал соответствует общему количеству фотонов, проникших в датчик за время освещения. Такие датчики, в основном, нужны для изготовления линейных или одно­плоскостных матриц по принципу ПЗС (при­боры с зарядовой связью, CCD).

В случае с этими р-гс-фотодиодами лишь небольшая часть р-я-перехода чувствительна к излучению из-за экрана с вакуумным напы­лением. Но фотоэлектрически генерируемые заряды распространяются по всей области пространственного заряда и накапливаются там (в МОП-конденсаторе). Когда каналь­ный полевой униполярный МОП-транзистор закрыт, они могут опекать к совместно ис­пользуемой сигнальной линии (видеовыходу). МОП-транзистором управляет генератор син­хронизирующих импульсов через сдвиговый регистр (рис. «Линейное расположение фотодиодов с линией последовательного вывода«). Заряды, последовательно протекающие через видеовыход, являются мерой дозы излучения фотодиодов, активи­руемых в каждом случае.

Чтобы после облучения можно было сместить измерительный заряд по горизонтали, рядом с освещаемой зоной или коллекторным электро­дом располагаются дополнительные электроды, как показано на рис. «МОП-конденсатор с задней подсветкой и передающими электродами для переноса заряда«; вовремя интеграцион­ной фазы они находятся на нулевом потенциале. Если затем увеличить потенциал бокового пере­ходного электрода на положительное значение при одновременном уменьшении потенциала коллекторного электрода, то заряд можно сме­стить на соседний МОП-элемент, защищенный экраном от падения света.

Этот принцип переноса заряда формирует основу приборов с зарядовой связью. Со­гласно этому принципу аналоговые заряды можно смещать или передавать через мно­гие станции до полного преобразования в конце цепочки преобразований посредством усилителя заряда, к примеру, в сигнал напря­жения, который можно подать на быстрый аналогово-цифровой преобразователь.

Этот метод передачи заряда, который можно также рассматривать как аналоговый сдвиго­вый регистр, обеспечивает простую настройку длинных линейных множественных структур, а также матричных структур. Мельчайший элемент этих структур также называют пиксе­лом (pixel, сокращение от picture element). На данный момент максимально возможное ко­личество пикселов для линейных датчиков со­ставляет около 6000, а у матричных — порядка 2000-2000, т.е. четыре миллиона. Сегодняш­ние датчики для формирования изображе­ний в автомобилях работают с разрешением менее одного миллиона пикселов. Для более сложных автомобильных систем желательно иметь гораздо большее количество писелов. В камерах уровня потребительской электроники используются датчики с более чем 10 миллио­нами пикселов.

Размер пикселов, принимающих свет от традиционной линзы для передачи изобра­жений, сегодня варьируется в диапазоне 5-20 мкм. Соответственно, площадь матрицы составляет порядка 1 см2. Если требуется уменьшить размер отдельных пикселов для увеличения разрешения или стоимости ма­трицы, важно помнить, что повлечет за собой уменьшение количества фотонов, попадаю­щих на пиксел. Таким образом, ограничения по уменьшению размера пикселов диктуются неизбежным ухудшением соотношения «сигнал/шум»; с увеличением разрешения растет уровень цифрового шума.

Ограничивается даже заряд, поглощаемый отдельными, интегрирующими ячейками. При превышении этого предела заряд может «перетечь» в соседние ячейки. Это также называют эффектом расплывания изобра­жения, который в принципе ограничивает динамическую реакцию «светлый/темный» в ПЗС-технологии. Даже с дополнительными мерами против расплывания изображения эту динамическую реакцию едва удается уве­личить сверх величины около 50 дБ без до­полнительных мер, таких как регулируемые экран и время выдержки.

Как показано на рис. «Принцип работы ПЗС-матрицы«, создаваемые в фотодиоде фотоэлектрические заряды сна­чала смещаются из зоны экспозиции посред­ством перемещающихся электродов и управ­ляющих сигналов в сторону, в столбцовую структуру. Затем заряды всех столбиков по тому же принципу одновременно смещаются вниз, где они рядами перетекают в горизон­тальный «сдвиговый регистр». Оттуда они последовательно считываются и обрабаты­ваются.

 

 

Сегодня ПЗС-матрицы — наиболее распро­страненная полупроводниковая технология с датчиками для формирования изображений. Однако ограниченная реакция «светлый/тем­ный», относительно высокая потребляемая мощность по сравнению с другими техноло­гиями при трех разных рабочих напряжениях, и ограниченный диапазон температур не по­зволили им получить широкого распростра­нения в автомобилях.

 

 

КМОП-матрицы

 

Сегодня КМОП-матрицы являются более перспективным решением по сравнению с ПЗС-матрицами, и уже широко используются во многих областях. Здесь понятие «КМОП- матрица» может внести путаницу, потому что КМОП (сокращение от «комплементар­ный металлооксидный полупроводник») — это особая полупроводниковая технология. С другой стороны, ПЗС-матрица тоже со­держит МОП-структуры (структуры металлооксидных полупроводников). КМОП-матрицы существенно отличаются от ПЗС-матриц не только технологией изготовления, но и рядом особенностей.

Пикселы здесь считываются не последо­вательно, а по аналогии с ячейкой памяти в оперативном запоминающем устройстве, мо­гут активироваться по-отдельности, так как расположены в матричной структуре. С этой целью для каждого пиксела также интегри­рована активная электроника (APS, активный датчик пиксела).

Интегрирующие фотодиоды не исполь­зуются. Вместо них используются те, что в большой степени не зависят от времени вы­держки.

Значения яркости не пропорционально преобразуются в электрические сигналы, а логарифмируются. Поэтому они имеют схо­жую характеристику с человеческим глазом. Только это позволило увеличить динамиче­скую реакцию «светлый/темный» до более чем 100 дБ без дополнительных мер.

КМОП-матрицы реализуются не на основе стандартной КМОП-технологии. Вместо этого используется КМОП-технология, оптимизи­рованная до фотоэлектрического элемента, который, благодаря гораздо меньшей потре­бляемой мощности, чем у ПЗС-матриц, по­зволяет добавлять на матричный чип другую активационную и оценочную электронику.

Поскольку время доступа к отдельным пик­селам составляет порядка нескольких десят­ков нс, КМОП-матрицы допускают несколько более высокую частоту смены кадров, осо­бенно при использовании возможности счи­тывания только фрагментов изображения (субфрейминг), чего не позволяют сделать ПЗС-матрицы.

На рис. «КМОП-матрица» показан фрагмент структуры КМОП-матрицы. Отдельный пиксел состоит из фотодиода и канального полевого униполяр­ного МОП-транзистора (M0SFET) в качестве переключающего элемента. Каждый пиксел можно индивидуально активировать и считы­вать с него сигналы через матричную структуру.

Все фотодиоды заряжаются до противодей­ствующего напряжения смещения величиной около 5 В. Отдельные пикселы разряжаются до определенного напряжения под влиянием падающего света. Сигнал пискеля считывается путем активации соответствующих формиро­вателей строк и столбцов, в результате чего создается проводное соединение от пиксела к выходному усилителю. Затем пиксел снова заряжается через это соединение до ис­ходного противодействующего напряжения. Усилитель измеряет необходимый заряд для каждого пиксела. Это точно соответствует фотозаряду, накопленному пикселом. Таким образом, каждый пиксел можно считывать ин­дивидуально, а время выдержки можно опре­делить через внешнюю схему выборки адреса.

Эта APS-технология, при которой в ма­трицу интегрируется транзистор MOSFET, обеспечивает низкий уровень шумов. Самый простой пиксел APS состоит из фотодиода и трех MOSFET. Fla рис. «Схема пиксела HDRC в разрезе»  схематично изо­бражена структура пиксела HDRC (КМОП — технология с расширенным динамическим диапазоном). Светочувствительным элемен­том этого варианта КМОП-матрицы является фотодиод, поляризованный в направлении блокировки, последовательно соединенный с р-канальным МОП-транзистором (М1), работающим ниже напряжения открывания. Диодный ток, пропорциональный освещен­ности, также должен протекать через блоки­рованный транзистор. Напряжение его по­токового перехода UGs в широком диапазоне практически идеально логарифмически за­висит от протекающего фототока. Два других транзистора М2 и М3 служат для развязки сигнала, подаваемого через мультиплексор на быстрый 10-битный аналого-цифровой преобразователь.

Технология определения дальности

 

Формирователи изображений для определе­ния дальности — это датчики, все еще нахо­дящиеся на стадии разработки, сочетающие характеристики лидаров и видеокамер. Их можно считать видеодатчиками с дополни­тельной функцией измерения расстояния до ближайшего объекта каждым пикселом камеры. Наиболее известной технологией в современном автомобилестроении является фотонное смешивающее устройство (PMD).

Находящийся перед автомобилем объект подвергается модулированному облучению светодиодами в диапазоне, близком к инфра­красному. Для принятого фоточувствительным датчиком сигнала также оценивается время его распространения. Это создает трехмерное изображение окружающей автомобиль обстановки. Если все еще суще­ствующие проблемы можно преодолеть, то технологию PMD следует рассматривать как серьезную альтернативу другим датчикам в коротком и среднем диапазонах дальности.

В следующей статье я расскажу о мехатронике.

 

Рекомендую еще почитать:

Виды и назначения автомобильных датчиков

Виды и назначения автомобильных датчиков

Практически все узлы современного автомобиля оснащены датчиками для контроля и информирования водителя об их состоянии.

Датчики уровней жидкостей в автомобилях
Контроль над количеством технических жидкостей, а именно: моторного масла, стеклоомывающей и охлаждающей жидкостей выполняют датчики уровня. По принципу работы они разделяются на следующие:
— поплавковые;
— температурные;
— емкостные и ультразвуковые.
Наиболее давно и часто используются поплавковые датчики. Поплавок находится в контролируемой жидкости и способен перемещаться вместе с нею вверх либо вниз в зависимости от уровня. При падении уровня ниже допустимого срабатывает электрический контакт датчика, и приборная панель информирует водителя о возникшей неполадке.

Достоинством такого типа датчика является простота их изготовления и проверенная временем конструкция, что выражается в невысокой стоимости и легкости диагностирования неисправностей.
Недостатки заложены в самом принципе работы – это вероятность застревания поплавка вследствие загрязнения или перекоса, а также невозможность контролировать и отображать фактический уровень жидкости (срабатывание происходит только при минимальном уровне).

Температурные датчики контроля за уровнем состоят из металлического корпуса, в который помещена платиновая нить. Корпус датчика погружен в контролируемую жидкость некоторой частью корпуса. Нить нагревается от протекающего через нее электрического тока, затем фиксируется скорость ее остывания. Скорость остывания зависит от количества жидкости, в которую погружен корпус датчика. Получив данные о времени остывания нити датчика, бортовой компьютер автомобиля по заранее заложенному алгоритму рассчитывает и отображает фактическое количество жидкости.

Достоинствами температурных датчиков являются надежность (за счет отсутствия движущихся частей), простота конструкции, невысокая стоимость прибора.

Недостатки температурных датчиков выражаются в необходимости измерения температуры контролируемой жидкости (для уточнения показаний). Информацию данных датчиков обрабатывает бортовой компьютер, что требует наличия надежного контакта в цепи от датчика к компьютеру. Точность измерений обычно составляет 5-15%.

Емкостные и ультразвуковые датчики контроля за уровнем жидкости обычно устанавливают на автомашины премиум-класса и спортивные авто. Они представляют собой сложные устройства, часто с собственным микрокомпьютером, позволяют точно измерять уровень, а зачастую определяют и качество жидкости.

Датчики состояния тормозных накладок
Тормозные накладки в процессе эксплуатации изнашиваются, и возникает необходимость их замены. Скорость износа зависит от многих факторов: стиля вождения, состояния дорожного покрытия, качества и материала изготовления накладок, состояния подвески.

Сильный износ тормозной накладки приводит к износу тормозного диска, увеличению времени торможения и длины тормозного пути, что значительно увеличивает риск попадания в ДТП.

Для контроля за состоянием тормозных накладок служат датчики износа. В зависимости от типа автомобиля их количество варьируется от одного до четырех. Распространение получила установка двух датчиков: один на переднем колесе, второй на заднем. Датчики износа устанавливаются на внешней тормозной накладке.
Конструктивно датчик износа состоит из пластикового корпуса и сердечника из мягкого металла. Сердечник датчика устанавливается на уровне предельного износа тормозной накладки. При касании тормозного диска сердечником совершается замыкание цепи, и на приборную панель выводится сигнал о неисправности. Для снижения количества ложных срабатываний из-за попадания влаги, химических реагентов сигнал датчика, как правило, обрабатывается бортовым компьютером.

Последнее поколение датчиков устанавливается непосредственно в тормозную накладку и способно определять примерную степень износа. При этом сначала выводится предупреждающий сигнал о величине износа тормозных накладок, а затем аварийный сигнал.

Датчики контроля дверей
Для контроля состояния дверей автомобиля и обеспечения подсветки салона, багажника при открытии применяются датчики состояния.

Как правило, используют концевые выключатели, которые при закрытой двери нажаты и их цепь разомкнута. При открывании двери шток концевого выключателя освобождается, и контакт датчика замыкается. Длина штока подобрана таким образом, чтобы при неплотно закрытой двери контакт датчика оставался замкнутым. Информация о состоянии датчиков контроля двери или непосредственно выводится на панель приборов, или обрабатывается бортовым компьютером.

Подсветка салона и багажника включается реле, которое управляется контактом датчика состояния. Задержка по времени выключения, плавное выключение света реализуется специализированными реле: таймерами и димерами.

Подпишись на полезные статьи!

Зачем нужны автомобильные датчики — Автоэлектрик

Зачем нужны автомобильные датчики

Сегодня автомобили представляют собой устройства, в которых очень много самых разных опций. Контролирует их работу электроника.

Для того, чтобы поддерживать функционирование опций, нужны автомобильные датчики. Они отвечают за работу многих важных систем в машине, например, двигателя. Датчики необходимы для того, чтобы проинформировать электронику и владельца, если имеется какая-либо неисправность. Какие бывают датчики Наибольшее число датчиков имеется в ДВС.

Здесь очень важно контролировать движение деталей в силовом агрегате. За что отвечают датчики температуры В процессе работы разные узлы автомобиля имеют разную температуру. Двигатель в процессе движения машины имеет одну температуру, а жидкость охлаждения – другую.

Показатели датчиков крайне важны.

Есть датчик в системе климат — контроля. Датчики давления Они также необходимы для контроля за самыми различными характеристиками. Если в автомобиле двигатель работает на дизельном топливе, то обязательно будет установлен датчик, который определяет давление впрыска горючего. Есть датчики, которые отвечают за показания давления в шинах. Не менее важен датчик, который отвечает за давление масла в силовом агрегате. Показатели датчиков крайне необходимы. Ведь от этого зависит работоспособность автомобиля. Датчик расхода воздуха Многие двигатели имеют систему воздушного охлаждения. Они по-другому называются ДМРВ. Каждый двигатель должен работать в пределах определённой нормы. Датчики, которые определяют положение и скорость Двигатель машины – очень сложный, по своему устройству, силовой агрегат. В нем очень много разных деталей, которые находятся в постоянном движении. Например, коленчатый вал, распредвал.

Для того, чтобы механизмы агрегата работали нормально, используют специальные датчики, они позволяют определять скорость и положение. Некоторые из датчиков являются индуктивными. Он замеряет частоту вращения этого узла и передает данные, которые необходимы в блоке управления. Это нужно для того, чтобы топливо поступало в нужный момент. Датчики, контролирующие эмиссию отработанных газов Эти устройства предназначены для определения состава выхлопных газов. Это важно для безопасности окружающей среды. Датчики контролируют содержание кислорода, оксида азота.

За что отвечают магниторезистивные датчики Это последнее поколение устройств, которые стали устанавливать на автомобили не так давно. Измерения они производят, исходя из электронных импульсов. Каждый такой датчик имеет магнитное поле, показания основываются на силе сопротивления. Они передаются с блока, который отвечает за управление.

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о