Polityka prywatności - poznaj szczegóły » [ X ]
PODZIEL SIĘ



OCEŃ
5.0

Czujniki w nowoczesnych samochodach

Na pokładzie współczesnego auta jest około setki czujników. Wykonują one tysiące pomiarów na sekundę, a dzięki nim nasz dwuślad ma odpowiednie osiągi, spełnia normy czystości spalin i jest bezpieczny.  

Roman Popkiewicz, Stefan Myszkowski 2015-01-07
VW Passat

Definicja czujnika jest elegancko prosta – to element, który przekształca dowolną wielkość fizyczną na jakąś wielkość elektryczną. Po jednej stronie zmieniają się siły, stężenia, przepływy, ciśnienia i temperatury, z drugiej wtórują im impulsy elektryczne. W pracy czujnika liczą się dokładność i szybkość działania, ale także odporność na zakłócenia, które zawsze się w jakiejś formie pojawiają.

Ostrzenie samochodowych zmysłów to wynalazek ostatniego ćwierćwiecza, wymuszony przez coraz pełniejszą elektronizację samochodów. Coraz szybsze komputery pokładowe i ich coraz bardziej zaawansowane oprogramowanie potrzebują coraz większej liczby informacji. Sterowniki silników, skrzyń biegów, układów przeniesienia napędu, a także systemów bezpieczeństwa (ABS, ESP, poduszek powietrznych, nawet pasów) są coraz doskonalsze, ale też do działania potrzebują coraz precyzyjniejszych danych. Poza tym zastępują coraz więcej funkcji mechanicznych, np. korektor siły hamowania jest teraz funkcją układu ABS.

Zadanie czujnika to przetworzenie bodźca fizycznego lub chemicznego na sygnał elektryczny.

Dziś, nowoczesny czterokołowy pojazd zwany samochodem osobowym doskonale orientuje się w sytuacji własnej oraz otoczenia. Dzięki jednym czujnikom wie, które miejsca są w kabinie zajęte, inne mówią mu z jaką prędkością kręci się każde koło, jeszcze inne zauważają zmierzch i deszcz. Czujnik obrotu wokół pionowej osi kontroluje czy ruchy auta odpowiadają skrętowi kół, przepływomierz mówi ile kilogramów powietrza dostaje się w każdej sekundzie do silnika, czujnik tlenu czuwa aby oddech auta pozostawał czysty, a czujnik jakości powietrza wącha powietrze w układzie klimatyzacji.

Samych czujników ciśnienia jest mała armia. Pod kontrolą są ciśnienie w kolektorze dolotowym, ciśnienie otoczenia, ciśnienie doładowania, ciśnienie w układzie chłodzenia, ciśnienie paliwa i oleju, ciśnienie w samym zbiorniku paliwa, ciśnienie w komorze spalania, ciśnienie w układzie recyrkulacji spalin, ciśnienie spalin w układzie wydechowym, ciśnienie oleju w układzie przeniesienia napędu, ciśnienie cieczy w układzie hamulcowym, ciśnienie oleju w układzie wspomagania kierownicy, ciśnienie powietrza w oponach, ciśnienie w układach klimatyzacji, a w autach z pneumatycznym zawieszeniem – ciśnienie w miechach pneumatycznych. Podobnie jest z temperaturą, a raczej z całą grupą temperatur.

Ekologia
Czujnik tlenu, czyli tzw. sonda Lambda, to jeden z najważniejszych czujników w samochodzie. Ceramiczny element pomiarowy pracuje w temperaturze ponad 300 ºC i porównuje zawartość tlenu w spalinach ze stałą zawartością tlenu np. w powietrzu. Na tej podstawie sterownik określa skład spalonej mieszanki.
 

Z informacji gromadzonych przez „samochodowe narządy zmysłu” korzystają nawet urządzenia, które na pierwszy rzut oka mało kto by o to podejrzewał. Na przykład, w większości aut nawet radioodtwarzacz potrzebuje do pracy czujnika prędkości – aby określić głośność. Z kolei nowoczesne układy hamulcowe wykorzystują czujniki deszczu, żeby regularnie osuszać tarcze hamulcowe z filmu wodnego (poprzez samoczynne zbliżenie klocków do tarczy).

Aktualna tendencja jest taka, by liczbę czujników zminimalizować – tak by pomiary danego parametru nie były dublowane. A były dublowane, dopóki nie było sieci przesyłu danych i każdy system miał swoje czujniki. Obecnie coraz częściej mamy do czynienia z grupą czujników, z informacji których korzystają wszystkie systemy, połączone sieciami wymiany danych. Różne układy czerpią więc dane z tych samych źródeł.

Dobrym przykładem działania tego rodzaju rozwiązań może być sytuacja, kiedy we współczesnym zelektronizowanym samochodzie kierowca wciska pedał hamulca. Informacja o tym natychmiast trafia do układu ABS (który w pierwszym rzędzie uruchamia funkcję rozdziału sił hamowania), do układu ESP, systemu pre-safe, systemu pomagającego utrzymać auto w pasie ruchu, od razu też wyłącza się tempomat (jeśli był włączony).

Sterowniki systemu ESP z funkcjami automatycznego hamowania i systemu pre-safe jeszcze nie wkraczają do działania, ale przechodzą w tryb gotowości. Kiedy w którymś z systemów jakiś parametr zostanie przekroczony – czyli albo koła się zblokują, albo obrót auta wokół osi nie będzie się zgadzał z kątem skrętu kół – natychmiast podejmują działanie. Wtedy informacja od hamulców staje się tylko jednym z rozpatrywanych czynników.

Jeśli chodzi o silnik, układ napędowy, bezpieczeństwo i komfort, samochód potrafi zmierzyć w zasadzie wszystko co jest mu do życia niezbędne. Z jakością oleju włącznie – żeby określić optymalny termin jego wymiany. Potrafi też rozpoznać nieuchronność kolizji i w ułamkach sekundy, jakie pozostały do uderzenia ograniczyć luzy w napięciu pasów bezpieczeństwa, ustawić odpowiednio zagłówki, a nawet postawić do pionu oparcia foteli. Elektronika w żadnej dziedzinie nie stoi w miejscu i w dziedzinie czujników i przesyłu danych w każdym sezonie pojawiają się kolejne nowości. Przede wszystkim, poza nielicznymi elementami pomiarowymi, dzisiaj we wszystkich samochodach przesył danych między czujnikiem a sterownikiem odbywa się analogowo. Firmy coraz głośniej zapowiadają transmisję całkowicie cyfrową, która jest bardziej odporna na zakłócenia (np. spowodowane indukowaniem się napięć w sąsiadujących przewodach).

Co jeszcze samochód sam będzie potrafił zmierzyć albo wywęszyć? Przede wszystkim będzie uzyskiwał coraz więcej szczegółowych danych. Więcej rzeczy będzie mierzonych bezpośrednio – np. ciśnienia w komorach spalania, które dziś są określane pośrednio, poprzez wahania prędkości obrotowej. Dzięki temu dane będą dokładniejsze. Niedługo przejdziemy też na indywidualne sterowanie składem mieszanki dla każdego z cylindrów – wszystko w imię wyższej sprawności silnika.

Rodzaje czujników
Podstawowe rodzaje czujników służą do pomiaru lub określenia:
> ciśnienia – płynów i gazów;
> temperatury – płynów i gazów;
> przyspieszenia – w tym opóźnienia, np. w wyniku kolizji;
> pozycji – mierzone są kąty obrotu, np. naciśnięcie pedału gazu;
> prędkości obrotowej – np. wału korbowego, kół, wałka wyjściowego w skrzyni biegów;
> siły i momentu obrotowego – np. siły nacisku na oś, na pedał hamulca itp.;
> przepływu – np. powietrza, spalin;
> stężeń gazów – tlenu w układzie wydechowym, jakości powietrza w układzie klimatyzacji itp.;
> innych czynników – jak odległość, ściemnianie, intensywność deszczu.

Czujniki w samochodzie

Silnik i układ napędowy
Czujniki ciśnienia
Np. ciśnienia oleju, paliwa, otoczenia albo ciśnienia powietrza w układzie dolotowym (to ostatnie jest miarą obciążenia silnika).

Czujnik ciśnienia doładowania
Ma go każdy mechanicznie lub turbodoładowany silnik. Czujnik dba o to, aby do silnika trafiła wymagana ilość powietrza.

Przepływomierz
Tzw. masowy – określa masę powietrza wpadającego do silnika; jest to informacja niezbędna dla prawidłowego doboru dawki paliwa.

Sterowanie silnikiem
Przepływomierz masowy informuje ile kg powietrza w każdej sekundzie napływa do silnika. Przelatujące przez niego powietrze schładza płytkę, która jest stale podgrzewana. Energia potrzebna do ogrzania płytki mówi o masie przelatującego powietrza. Do tej masy dobiera się ilość paliwa.
 

Czujnik spalania stukowego
Wykrywa nieprawidłowy (zbyt gwałtowny) przebieg procesu spalania w silnikach benzynowych.

Czujnik pozycji kątowej
Z wielką precyzją określa np. w jakim położeniu jest wałek rozrządu.

Czujnik ciśnienia w układzie dolotowym
Jest potrzebny, aby określić stopień obciążenia silnika.

Czujnik wysokociśnieniowy
Służy do pomiaru ciśnień w układach wtryskowych, zarówno w silnikach Diesla, jak i w jednostkach benzynowych z bezpośrednim wtryskiem.

Czujnik tlenu
Czyli tzw. sonda Lambda. Mierzy zawartość tlenu w spalinach. Jeden z najważniejszych czujników w samochodzie, dba o spełnianie norm czystości.

Czujnik prędkości obrotowej
Przede wszystkim wału korbowego, ale również wałka na wyjściu ze skrzyni biegów (informacja potrzebna dla prędkościomierza).

Czujnik ciśnienia w zbiorniku paliwa
Niezbędny do diagnostyki pokładowej.

Czujnik pozycji pedału gazu
Z jego informacji korzystają sterownik silnika oraz układ ESP.

Komfort

Czujniki deszczu i zmierzchu
Wykorzystywane do automatycznego sterowania pracą wycieraczek oraz reflektorów.

Ultradźwiękowe czujniki odstępu
Podstawowe dla wszystkich systemów ułatwiających parkowanie; dziś dostępne nawet w tanich autach.

Czujnik odstępu (radar)
Wykorzystywany przez aktywne tempomaty oraz systemy pre-crash. Na podstawie zmian odległości pozwala np. określić ryzyko kolizji.

Czujnik deszczu i zmierzchowy
Wysyła wiązkę świetlną, która po przejściu przez szybę ulega odbiciu, jeśli trafi na kroplę wody. Element pomiarowy mierzy odbicie i na tej podstawie określa się intensywność deszczu. Z kolei do oceny zmierzchu wykorzystuje się fotodiody. Zintegrowane w jednym module czujniki Helli pozwalają na łatwy montaż i efektywne sterowanie.
 

Czujnik kąta obrotu wokół osi środkowej samochodu
Wykorzystywany przez układ nawigacji, pozwala na bieżąco określać pozycję i kierunek jazdy samochodu.

Czujniki jakości powietrza, wilgotności i temperatury
Na bieżąco wykorzystywane przez układ klimatyzacji.

Bezpieczeństwo

Czujnik pochylenia wzdłużnego
Mierzy położenie nadwozia względem osi kół; służy do regulacji automatycznego ustawienia zasięgu reflektorów.

Czujnik wysokiego ciśnienia
W układzie hydraulicznym. Dzięki jego informacjom układ ESP precyzyjnie orientuje się o wartości ciśnienia w układzie hamulcowym.

Czujnik mierzący siłę obrotu na wale kierownicy
Pozwala dobrać charakterystykę wspomagania, w zależności od prędkości jazdy.

Czujnik kąta obrotu kierownicy
Niezbędny dla układu ESP – dzięki temu czujnikowi układ „wie”, co zamierza zrobić kierowca.

Bezpieczeństwo
Czujnik kąta obrotu i przyspieszenia bocznego – firmy Bosch. Ciężarek na sprężynie jest połączony z jedną z dwóch płytek kondensatora (druga płytka jest nieruchoma). Przyspieszenie działające na ciężarek zmienia pojemność kondensatora, która jest na bieżąco mierzona. Ten typ czujnika jest wykorzystywany w nowoczesnych układach ESP do pomiarów przyspieszenia bocznego.
 

Czujnik opóźnienia i czujniki określające czy miejsca są zajęte
To one decydują o tym czy i które poduszki powietrzne zostaną odpalone w chwili wypadku.

Czujnik kąta obrotu nadwozia i czujniki prędkości obrotowej kół
Podstawowe czujniki wykorzystywane przez układy ESP i ABS.

Czujnik zużycia klocków hamulcowych
Prosty czujnik, który informuje o konieczności wymiany klocków hamulcowych (a przy okazji chroni tarcze przed zniszczeniem).

Czujnik wychylenia bocznego
Wykrywa sytuacje, kiedy auto mogłoby się przewrócić i daje sygnał do uruchomienia systemów bezpieczeństwa (np. napinaczy pasów i pałąka bezpieczeństwa)

Czujnik ciśnienia powietrza w ogumieniu
Jeszcze do niedawna stosowany w drogich autach, dziś już obowiązkowy we wszystkich. Ostrzega kierowcę o spadku ciśnienia w oponach.

Czujnik pochylenia
Czujnik systemu alarmowego, wykrywający np. próbę uniesienia samochodu.

Komentarze

 
 

Wypełnij to pole:

  • avatar
    zgłoś
    <p>Jest ich coraz więcej, dbają o bezpieczeństwo, ekologię i osiągi. Powoli wyręczają kierowcę z... bycia kierowcą. Co robią poszczególne czujniki, za co są odpowiedzialne? O tym w tekście.</p><br /><br /><a href="/technika/czujnik-elektronika-nowoczescnosc-technika,18717,1">Zobacz artykuł</a>
    auto motor i sport, 2015-01-07 16:26:56
ZOBACZ RÓWNIEŻ Zamknij