Що спільного у прискорення, гальмування, рульового керування та перемикання передач? Всі ці процеси, що стосуються безпечного водіння, вимагають точного визначення положення механічних вузлів і управління їх переміщенням. У сучасному автомобілі ці функції реалізуються за участю безконтактних індукційних датчиків положення, які також називають датчиками траєкторії або датчиками кута положення. Вже зараз вони відіграють ключову роль у все більшій кількості автомобілів, а скоро без них і зовсім буде не обійтися. Пояснюємо, чому так, як вони працюють, що таке технологія CIPOS і який внесок зробила компанія HELLA.
Індукційний датчик служить для контролю положення деталі механізму без безпосереднього контакту з ним і реагує на переміщення контрольованого об'єкта. Наприклад тут датчик знаходиться в - в актуаторі дросельної заслінки. Фото (тут і далі): HELLA
Що таке технологія CIPOS і чому вона важлива
CIPOS (від англ. Contactless Inductive Position Sensors) – це запатентована технологія компанії HELLA, на основі якої розроблені безконтактні індукційні датчики положення, що відповідають вимогам електромагнітної сумісності. Технологія була розроблена інженерами німецької компанії наприкінці 1990-х років. Сьогодні вона застосовується в електронних датчиках педалей, рульового механізму, датчиках вирівнювання положення кузова, а також датчиках положення, встановлених на валах двигуна. Ця ж технологія використовується в привідному механізмі турбонаддуву (актуаторі), в дросельних заслінках, реле решітки радіатора і в електромагнітних клапанах.
Принцип дії датчика заснований на явищі електромагнітної індукції, коли у замкнутому провіднику, що знаходиться в змінному магнітному полі, виникає електричний струм.
Особливість безконтактних датчиків CIPOS полягає не тільки в їх високій надійності і безвідмовності. Крім цього, вони дозволяють визначати положення контрольованої деталі в абсолютних величинах. Завдяки цьому датчик може повідомити в блок управління правильні дані відразу ж після вмикання живлення. У цьому перевага абсолютних датчиків перед інкрементальними, яким після включення потрібне калібрування для визначення «точки відліку». Цифрову обробку сигналів виконують розроблені HELLA чіпи, що входять в конструкцію кожного датчика CIPOS.
Основу датчиків CIPOS складають статор і ротор. Сам статор складається з котушки збудження, прийомних котушок і доповнений чіпом обробки сигналів. Тут ротор – пасивний елемент із замкнутою обмоткою і особливою формою. Індукційний зв'язок між котушкою збудження, ротором і трьома прийомними котушками призводить до виникнення вимірюваних сигналів, що залежать від положення ротора, які відправляються потім в чіп.
Оскільки зараз інженери-конструктори прагнуть до зменшення маси і габаритів автомобілів з метою економії енергоресурсів, компоновка агрегатів стає все більш щільною. В результаті в моторному відсіку стає тісніше і, відповідно, спекотніше. Компактні і конструктивно гнучкі датчики CIPOS здатні працювати в умовах вібрації, підвищеної вологості і при екстремальних температурах від -40° C до + 170° C і більше. При цьому їх форма, габарити і діапазон вимірювань легко адаптуються для вирішення конкретних завдань.
Технологія CIPOS залишається одним з ключових компонентів автомобілів з функцією автономного водіння і електромобілів. Електромобілі з використанням безщіткових двигунів мають значний ККД і, відповідно, генерують більше вироблення струму. У датчиках CIPOS, що працюють індуктивно в діапазоні 3-4 МГц, не використовуються постійні електромагніти, а отже, в силу природних властивостей вони не схильні до впливу магнітних полів, створюваних струмом двигуна.
Приклади застосування індукційних датчиків в автомобілі
Як вже зазначалось, датчики мають різні області використання і розміщуються в різних частинах автомобілю. У продуктовій лінійці HELLA є безліч індукційних датчиків.
Ось приблизний, але не повний, перелік вузлів і агрегатів, де в сучасних автомобілях застосовуються індукційні датчики:
• датчики положення дросельної заслінки і педалі газу;
• датчики педалі гальма і зчеплення;
• приводний механізм турбонаддуву;
• датчик реле управління радіаторною решіткою (так звані «зябра»);
• різні електромагнітні клапани.
Датчики кута нахилу встановлюються на шасі автомобіля для управління автоматичним вирівнюванням фар або активного управління підвіскою. Також використовуються для контролю натискання на педалі акселератора, гальма, зчеплення
Датчик положення дросельної заслінки (TPS) встановлюється в корпус дросельної заслінки і забезпечує контроль положення заслінки в усьому діапазоні температур
Датчик діапазону трансмісії служить для більш точного керування положенням шестернею в системі трансмісії
Датчик моменту і кута повороту – найважливіший елемент електропідсилювача керма, особливо в автономних автомобілях
Датчик положення розподільного валу служить, для визначення точного положення валу двигуна в момент запуску і передачі цієї інформації в блок керування двигуном. Він встановлюється на кінці валу або в наскрізному отворі. Такий датчик придатний для установки на двигуни з електронним управлінням, при цьому діапазон вимірювань повністю адаптується до особливостей мотора
750 мільйонів і буде більше
Поєднання можливостей і надійності індукційних датчиків забезпечують їм широку сферу застосування. Це є прикладом насправді масового виробу. За два десятиліття компанія HELLA виготовила понад 750 мільйонів датчиків, і їх випуск зростає.
Індукційні датчики є необхідним компонентом автоматики, широко застосовуються в електромобілях. Це закономірно, адже в рух електромобіль приводиться електромоторами, що створюють несприятливе електромагнітне середовище, в якому складно працювати сенсорам, влаштованим за альтернативними принципами. У найближчі два-три десятиліття електромобілів буде випускатися набагато більше. Навіть General Motors оголосила про відмову від випуску автомобілів з ДВС після 2035 року. А значить, і виробництво і застосування індукційних датчиків буде розширюватись.
Переваги індукційних датчиків
З конструкції індукційних датчиків витікають дві їх важливих (зокрема, для автомобілебудування) властивості: по-перше, вони в процесі експлуатації не зношуються (в них просто нема чому ламатися); по-друге, з'являється можливість зробити корпус датчика водонепроникним.
Використання для живлення котушки змінного струму високої частоти підвищує захищеність датчиків від завад: вони не реагують на магнітні поля, що виникають при роботі електромоторів і при протіканні великих струмів по дротах, прокладених поблизу датчиків.
Індукційні датчики відрізняються від інших типів сенсорів також іншими перевагами:
• високою точністю;
• швидким спрацьовуванням і безінерційністю;
• здатністю працювати в широкому діапазоні температур;
• здатністю працювати у вологому і хімічно агресивному середовищі;
• конструктивною гнучкістю.
В роботі індукційних датчиків дуже мало систематичних похибок. Хоча вони чутливі до нестабільності напруги живлення, це вирішується незначним удосконаленням електричної схеми їх підключення.
Більше інформації про компанію HELLA, її дистриб'юторів і контакти дивіться за посиланням…
Індукційний датчик служить для контролю положення деталі механізму без безпосереднього контакту з ним і реагує на переміщення контрольованого об'єкта. Наприклад тут датчик знаходиться в - в актуаторі дросельної заслінки. Фото (тут і далі): HELLA
Що таке технологія CIPOS і чому вона важлива
CIPOS (від англ. Contactless Inductive Position Sensors) – це запатентована технологія компанії HELLA, на основі якої розроблені безконтактні індукційні датчики положення, що відповідають вимогам електромагнітної сумісності. Технологія була розроблена інженерами німецької компанії наприкінці 1990-х років. Сьогодні вона застосовується в електронних датчиках педалей, рульового механізму, датчиках вирівнювання положення кузова, а також датчиках положення, встановлених на валах двигуна. Ця ж технологія використовується в привідному механізмі турбонаддуву (актуаторі), в дросельних заслінках, реле решітки радіатора і в електромагнітних клапанах.
Принцип дії датчика заснований на явищі електромагнітної індукції, коли у замкнутому провіднику, що знаходиться в змінному магнітному полі, виникає електричний струм.
Особливість безконтактних датчиків CIPOS полягає не тільки в їх високій надійності і безвідмовності. Крім цього, вони дозволяють визначати положення контрольованої деталі в абсолютних величинах. Завдяки цьому датчик може повідомити в блок управління правильні дані відразу ж після вмикання живлення. У цьому перевага абсолютних датчиків перед інкрементальними, яким після включення потрібне калібрування для визначення «точки відліку». Цифрову обробку сигналів виконують розроблені HELLA чіпи, що входять в конструкцію кожного датчика CIPOS.
Основу датчиків CIPOS складають статор і ротор. Сам статор складається з котушки збудження, прийомних котушок і доповнений чіпом обробки сигналів. Тут ротор – пасивний елемент із замкнутою обмоткою і особливою формою. Індукційний зв'язок між котушкою збудження, ротором і трьома прийомними котушками призводить до виникнення вимірюваних сигналів, що залежать від положення ротора, які відправляються потім в чіп.
Оскільки зараз інженери-конструктори прагнуть до зменшення маси і габаритів автомобілів з метою економії енергоресурсів, компоновка агрегатів стає все більш щільною. В результаті в моторному відсіку стає тісніше і, відповідно, спекотніше. Компактні і конструктивно гнучкі датчики CIPOS здатні працювати в умовах вібрації, підвищеної вологості і при екстремальних температурах від -40° C до + 170° C і більше. При цьому їх форма, габарити і діапазон вимірювань легко адаптуються для вирішення конкретних завдань.
Технологія CIPOS залишається одним з ключових компонентів автомобілів з функцією автономного водіння і електромобілів. Електромобілі з використанням безщіткових двигунів мають значний ККД і, відповідно, генерують більше вироблення струму. У датчиках CIPOS, що працюють індуктивно в діапазоні 3-4 МГц, не використовуються постійні електромагніти, а отже, в силу природних властивостей вони не схильні до впливу магнітних полів, створюваних струмом двигуна.
Приклади застосування індукційних датчиків в автомобілі
Як вже зазначалось, датчики мають різні області використання і розміщуються в різних частинах автомобілю. У продуктовій лінійці HELLA є безліч індукційних датчиків.
Ось приблизний, але не повний, перелік вузлів і агрегатів, де в сучасних автомобілях застосовуються індукційні датчики:
• датчики положення дросельної заслінки і педалі газу;
• датчики педалі гальма і зчеплення;
• приводний механізм турбонаддуву;
• датчик реле управління радіаторною решіткою (так звані «зябра»);
• різні електромагнітні клапани.
Датчики кута нахилу встановлюються на шасі автомобіля для управління автоматичним вирівнюванням фар або активного управління підвіскою. Також використовуються для контролю натискання на педалі акселератора, гальма, зчеплення
Датчик положення дросельної заслінки (TPS) встановлюється в корпус дросельної заслінки і забезпечує контроль положення заслінки в усьому діапазоні температур
Датчик діапазону трансмісії служить для більш точного керування положенням шестернею в системі трансмісії
Датчик моменту і кута повороту – найважливіший елемент електропідсилювача керма, особливо в автономних автомобілях
Датчик положення розподільного валу служить, для визначення точного положення валу двигуна в момент запуску і передачі цієї інформації в блок керування двигуном. Він встановлюється на кінці валу або в наскрізному отворі. Такий датчик придатний для установки на двигуни з електронним управлінням, при цьому діапазон вимірювань повністю адаптується до особливостей мотора
750 мільйонів і буде більше
Поєднання можливостей і надійності індукційних датчиків забезпечують їм широку сферу застосування. Це є прикладом насправді масового виробу. За два десятиліття компанія HELLA виготовила понад 750 мільйонів датчиків, і їх випуск зростає.
Індукційні датчики є необхідним компонентом автоматики, широко застосовуються в електромобілях. Це закономірно, адже в рух електромобіль приводиться електромоторами, що створюють несприятливе електромагнітне середовище, в якому складно працювати сенсорам, влаштованим за альтернативними принципами. У найближчі два-три десятиліття електромобілів буде випускатися набагато більше. Навіть General Motors оголосила про відмову від випуску автомобілів з ДВС після 2035 року. А значить, і виробництво і застосування індукційних датчиків буде розширюватись.
Переваги індукційних датчиків
З конструкції індукційних датчиків витікають дві їх важливих (зокрема, для автомобілебудування) властивості: по-перше, вони в процесі експлуатації не зношуються (в них просто нема чому ламатися); по-друге, з'являється можливість зробити корпус датчика водонепроникним.
Використання для живлення котушки змінного струму високої частоти підвищує захищеність датчиків від завад: вони не реагують на магнітні поля, що виникають при роботі електромоторів і при протіканні великих струмів по дротах, прокладених поблизу датчиків.
Індукційні датчики відрізняються від інших типів сенсорів також іншими перевагами:
• високою точністю;
• швидким спрацьовуванням і безінерційністю;
• здатністю працювати в широкому діапазоні температур;
• здатністю працювати у вологому і хімічно агресивному середовищі;
• конструктивною гнучкістю.
В роботі індукційних датчиків дуже мало систематичних похибок. Хоча вони чутливі до нестабільності напруги живлення, це вирішується незначним удосконаленням електричної схеми їх підключення.
Більше інформації про компанію HELLA, її дистриб'юторів і контакти дивіться за посиланням…
