Глава 2. Датчики новітніх автомобільних електронних систем

Доріжка герметика

РИС. 2.3. Сучасний інтегральний датчик тиску в захисному корпусі

барометричні датчики і датчики тиску, застосовувані для виміру розрідження у впускному трубопроводі, може бути різних конструкцій. Датчики тиску дискретного дії є пристрій, де замикання і розмикання контактів відбуваються під впливом пружною мембрани, що відчуває яка вимірюється тиск.

Датчики тиску безперервного дії є або потенціометр, повзунок якого пов'язані з мембраною, або котушку індуктивності, в ко¬торую мембрана під впливом тиску всувається магнітний сердечник.

Сучасні інтегральні датчики (рис. 2.3) підключаються до мікропроцесору ЭБУ через комутатор і аналого-цифровий перетворювач (АЦП). Для 8-разрядного контролера крок дискретизації їх може становити до запланованих 4 мс, для 16-разрядного —-до 2 мс.

Похибка датчика абсолютного тиску у впускному колекторі зазвичай близько 1%.

Датчик барометричного тиску працює у діапазоні 60... 115 кПа, має похибка близько 1,5%. Скраю робочого діапазону, як у температурі, і щодо тиску, похибка зростає.

Рис 2.4. Спрощена електрична схема датчика абсолютного (атмосферного) тиску

з ланцюгами компенсації:

А — ланцюг температурної компенсації,

У — вимірювальний міст,

З — підстроювання нуля, Про — коефіцієнт посилення,

Є — термокомпенсація підсилювача

Датчики абсолютного тиску в двигуна з наддувом працюють у діапазоні тиску 20...200 кПа.

Розглянуті датчики мають, як правило, інтегральне виконання і кріпляться до стінок відповідних трубопроводів.

Рис. 2.5. Датчик розрідження у впускному трубопроводі

Широке торгівлі поширення набули напівпровідникові датчики з перетворювачем тиску кремнієвому кристалі, у якого використовується резистивний ефект (рис. 2.4, 2.5). На поверхні кристала сформований місток опорів, струм якими змінюється під впливом деформації. Потім струм посилюється і температурна компенсація. Ці датчики відрізняються невеликі розміри і високої надійністю. Інтегральні датчики дуже технологічні, їх вихідний сигнал уніфікований для підключення до аналоговим чи імпульсними входам мікроконтролера

Щодо тиску залежно від конструкції датчика несе величина вихідного напруги або його частота.

Таблиця 2.3

У табл. 2.3 наведено характеристики деяких датчиків абсолютного тиску.

Глава 2. Датчики новітніх автомобільних електронних систем

2.2.2. Датчики тиску в рідинних середовищах

На автомобілях вони традиційно засновані на перетворення переміщення пружною діафрагми у безвихідь перемикача чи движка потенціометра. Такою принципі працюють все датчики тиску олії на ДВС колишніх конструкцій. Сьогодні електромеханічні датчики замінюються на кремнієві чи керамічні інтегральні. У самім корпусі датчика розміщують уніфіцируючі перетворювачі. Є захист від електромагнітних перешкод, мікросхеми працюють за нормальної температури -40...+150 "З за умов вібрацій, при тиску до 500 рsi (3440 кПа), в агресивних хімічних середовищах. Із міркувань вартості корпусу датчиків виготовляються з пластмаси, стійкою r переліченим впливам.

Інформації про тиску олії на коробці перемикання передач використовується контролером, управляючим перемиканням швидкостей. Вимоги до датчику тут таку ж, як і за вимірі тиску олії вбираються у двигуні.

Тиск рідини у гальмівній гідравлічної системі значно вищий, ніж у коробці перемикання передач. Наприклад, в АВ5 він може досягати 500 рsi (3440 кПа). Тиск рідини у гальмівній системі автомобіля близько 150 рsi (1030 кПа), воно вимірюється датчиками на легкових автомобілях на етапі випробувань, і на важких вантажівках при експлуатації. На пасажирському автомобілі достатньо лиш мати один датчик тиску контролю за гідравлічної системою. Наприклад, у системі АВ5-VI фірми РМ тиск оцінюється по току електродвигунів насосів.

2.2.3. Нові застосування датчиків тиску

Описувані нижче датчики використовуються на стадії розробки нових автомобільних систем. Їх застосування на серійних автомобілях визначається ціною, запитами споживача, вимогами законодавства, необхідністю при діагностиці.

Система контролю тиску повітря на шинах

Система дає змоги стежити за тиском в шинах і їх зменшенні нижче рівня на щитку приладів автомобіля загоряється ламповий чи світлодіодний індикатор.

Кожному колесу відповідає окремий індикатор. Знижений тиск у шинах підвищує їхню зношеність, і навіть витрати, можуть призвести до втрати управління автомобілем, підвищену — веде до вібраціям. На рис. 2.6 показані блок-схема системи контролю тиску в шинах і розміщення датчика в колесі автомобіля.

Система складається з з трьох основних елементів. На ободі колеса встановлено мембранний мініатюрний датчик тиску (перший елемент), який замикає контакти за незначного зниження тиску в шині і тим самим створює вторинну ланцюг для високочастотного випромінювача (другий елемент), розміщеним на вузлі кріплення гальмівних колодок (па супорті). Датчик тиску постійно відбувається на безпосередній близькості до випромінювача під час обертання колеса. Факт появи вторинної ланцюга для випромінювача фіксується ЭБУ. На приладовому щитку загоряється контрольний індикатор (третій елемент), відповідний колесу зі зниженим тиском в шині. Система вимірює тиск з точністю до ±50 мілібар. При нагріванні на 10 "З тиск у шині підвищується на 1,5 рsi (10,33 кПа). Підвищення температури повітря на шині позначається на точності датчика тиску і викликає хибних спрацюючих системи.

2.6. Система контролю тиску в шинах:

а — розміщення на колесі;

б — блок схема

У другому варіанті контроль тиску повітря на шинах містить аналогові датчики тиску і температури. Ці датчики розміщуються в шинах і передають безконтактним способом інформацію в ЭБУ тиск і температурі, навіть коли автомобіль нерухомий. Враховуються також швидкість і завантаження автомобіля.

Тиск у системі рециркуляції вихлопних газів

Система рециркуляції вихлопних газів (ехhaust gas recirculation — ЕСК) варта зменшення змісту окислів азоту (N0,) в вихлопних газах. У присутність сонячного світла NO входить у реакцію з вуглеводнем, створюючи канцерогенний фотохімічний зміг.

Вперше система ЕGК застосували автомобілями Сhrysler в 1972 року. Окисли азоту виникають за нормальної температури в камері згоряння вище 1370 °З (2500 °Р). У певних режимах роботи двигуна, коли виробляється відбір повної потужності, наприклад, при рівномірному русі по шосе, можна знизити температуру згоряння робочої суміші, т. е. вдатися до зменшення потужності. Це досягається запровадженням невеликої кількості (6... 10%) вихлопних газів з випускного у впускний колектор. Оскільки вихлопні гази інертні, всі вони розбавляють ТВ-суміш, не змінюючи співвідношення повітря/пальне.

З 80-х EGR є частиною електронної системи управління двигуном. Відповідно до вимогами до бортовим діагностичним системам другого покоління ОВD-II, систему управління двигуном постійно контролює справність клапана EGR, т. до. вихід його з експлуатації призводить до збільшення забруднення довкілля вихлопними газами автомобіля.

Наприклад, автомобілями Ford в трубі між EGR і впускним колектором робиться вставка з каліброваним отвором і вимірюється диференціальний тиск на обидва її боків. Коли клапан EGR відкривається, це тиск убуває, що фіксується комп'ютером з допомогою датчика диференціального тиску. Коли клапан EGR закритий, тиск з обох боків вставки стає однаковим.

На серійних автомобілях можуть також застосовуватися датчики становища клапана EGR.. Становище клапана модулюється залежно від розрідження у

впускному колекторі за принципом широтно-импульсної модуляції чи 3-разрядного цифро аналогового перетворювача, як у різної комбінації відкриваються 3 електроклапана з пересіченням щодо 1-2-4. Зміна тиску 50 мм рт. ст. достатньо відкривання клапана. Диференціальний тиск зазвичай одно 200 мм рт. ст.

Тиск Парів палива на баці

Автомобіль виробляє токсичні відходи при експлуатації, які у довкілля: 60% як вихлопних газів під час руху, 20% як картерних газів і 20% з допомогою випарів палива. Для зменшення шкідливого впливу випарів палива останні з бака вступають у адсорбер з активуючих вугіллям, обсягом 850... 1000 см3, де нагромаджуються і спалюються в двигуна в належний час. На рис. 2.7 показано система уловлювання парів бензину з паливного бака, у якій керувати продувкою адсорбера використовується клапан з диференційним датчиком тиску між тиском в за дросельної зоні впускного колектора і тиском парів палива на баку. робочий діапазон ±0,5 рsi (3,5 кПа).

Рис. 2.7. Система уловлювання парів бензину

Тиск бензину на рампі

Регулятори тиску палива на рампі форсунок зазвичай виконують механічними і розміщують безпосередньо на рампі. У деяких моделях (наприклад, 5,9-литровый Dodge Magnum) паливний фільтр і регулятор тиску розміщенні у баку, що виключає повернення нагрітого палива, зменшує його випаровування. Є системи подачі палива зі стабілізацією тиску в рампі без поворотній лінії, де паливний електронасос включається системою стабілізації періодично.

Кидки тиску

Такі явища можуть бути у різних автомобільних системах. Наприклад, у системі подачі палива нормальне тиск менше 75 рsi (520 кПа), а й у час форсунок може бути стрибки до 300 рsi (2070 кПа).

2.2. Датчики тиску

Під час зворотної спалахи у впускному колекторі тиск піднімається до 75 рsi (520 кПа).

Традиційні методи боротьби з кидками тиску: механічні стопори і фільтри, раціональна (ударостійка) конструкція датчиків. У середовищі сучасних інтегральних датчиках тиску використовуються кремнієві чутливі елементи. Їх модуль пружності 30 ТО6 рsi (буде не гірший, ніж в стали), а напруга плинності вищий (180...300 р$1). У міцному корпусі такі датчики зазвичай витримують кидки тиску.

2.2.4. Нові конструкції датчиків тиску

Мембранні потенціометричні датчики

Чутливим елементом є гнучка діафрагма чи мембрана. При зміні тиску її переміщення перетворюється на становище движка потенціометра. Для потенціометричних датчиків характерні підвищений рівень шуму, знос, статична тертя утрудняє регулювання буде в діапазоні менш 0,5% від номіналу.

Резистивний дротовий потенціометр зі ковзним контактом — одне з найбільш і ефективних перетворювачів переміщення. На його використання потрібно лише з'єднати ковзний контакт (движок) з які йшли об'єктом, а решту потенціометра закріпити нерухомо. Але движок потенціометра контактує з окремими витками на котушці, тому вихідний сигнал (напруга) перетворювача змінюється не безупинно, а вигляді перемежованих малих великих стрибків. Малий стрибок має місце, коли движок замикає дві сусідні витка, великий стрибок відповідає моменту переходу движка ось до чого витку і розмикання контакту з попереднім витком. Отже, дозвіл цього перетворювача залежить від діаметра намотанного дроту й то, можливо поліпшено шляхом застосування більш тонкого дроти. Для потенціометра з щільністю намотки 50 витків на міліметр, що близько до практичного межі, граничне дозвіл становить 20 мкм.

Сьогодні у потенціометричних датчиках використовується плівкове покриття резистивний доріжки. Докладніше про потенціометричних та інших традиційних датчиках ЭСАУ див. [3].

Датчики тиску основі лінійних диференційних трансформаторів (ЛДТ)

У цих датчиках усунення діафрагми перетворюється на переміщення сердечника ЛДТ. Такі датчики раніше автомобілями не застосовувалися.

Лінійний диференціальний трансформатор — це електромеханічне пристрій, виробленого вихідний електричний сигнал, пропорційний переміщенню феромагнітного сердечника. ЛДТ складається з первинної і двох вторинних обмоток, симетрично розташованих на циліндричному каркаса. Вільно рухомий всередині обмоток феромагнітний сердечник у вигляді стрижня забезпечує зв'язок цих обмоток через магнітний потік. На рис. 2.8 показана конструкція ЛДТ і приведено його принципова електрична схема.

При порушенні первинної обмотки з допомогою зовнішнього джерела не ремінної напруги у двох вторинних обмотках наводяться ЭДС взаємоіндукції. Побічні обмотки включені послідовно і зустрічно, тому результатний вихідний сигнал перетворювача є різницю цих напруг дорівнює нулю, коли сердечник перебуває у центральної (чи нульової)