Датчик угла поворота для чего нужен
Датчик угла поворота автомобильного руля
Электронные системы современных автомобилей требуют большого количества данных, считываемых с датчиков, для бесперебойной работы программируемых функций. Одним из важных приборов, дающим информацию для электроусилителя руля, является датчик угла поворота рулевого колеса. Этот элемент системы управления автомобилем играет важную роль для безопасности при эксплуатации транспортного средства.
Измерение угла поворота руля датчиком
Какие виды бывают
В зависимости от производителя, модели автомобиля и года выпуска, применяются несколько типов датчиков, при помощи которых измеряется угол поворота руля, а также сопутствующие величины (скорость и направление поворота):
Последний — самый функциональный и современный вид сенсорных устройств, устанавливается на элитные марки автомобилей.
Принцип действия
Рассмотрим потенциометрическую систему. Она самая простая и компактная, не нуждается в электронных элементах в своем составе. Ее преимуществом является устойчивость к электромагнитным помехам. Работа прибора основана на пропорциональном изменении сопротивления датчика при различных углах поворота руля. Два переменных резистора, при повороте руля водителем, изменяют свое сопротивление, что фиксируется приемным электронным блоком.
Недостатком данных датчиков является изнашиваемость движущихся элементов.
В оптических сенсорах, применяют источник света в виде светодиодов, который попадает на фоторезисторы некоторыми импульсами через специально размеченный диск. При вращении рулевой колонки, срабатывает датчик угла поворота руля — фоторезисторы уменьшают свое сопротивление при попадании на них света, и наоборот. Диск состоит из внутренней и наружной плоскостей. Каждая из них предназначена для подачи светового сигнала, дающего информацию о разных параметрах — угле поворота и направлении движения руля.
К недостаткам системы относится отсутствие универсальности измерения. Такой параметр, как угловая скорость вращения недоступен. Для его регистрации применяются магниторезистивные элементы.
В магниторезистивном датчике поворота и измерения скорости движения рулевого колеса имеются движущиеся магниты. Они вращаются относительно неподвижных магниторезисторов, закрепленных в корпусе, при помощи зубчатых колес с определенным числом зубьев. Во время вращения магнитов происходит изменение магнитного поля, что влечет за собой изменение сопротивления резисторов.
В данный момент, магнитные приборы самые востребованные в России, а также на мировом рынке автомобилестроения, так как они достаточно точно помогают в регулировке работы электропривода руля.
Основные признаки неисправности
Иногда сенсоры устанавливают на рейку рулевой колонки, что увеличивает количество попадаемой пыли. Данное обстоятельство приводит к отказу электронной части датчика. Механическая часть подвергается коррозии.
О неисправности системы сигнализирует желтый либо красный свет на приборном табло. Водитель может почувствовать одностороннее усиление руля при поворотах или более слабое на одну из сторон. Явно почувствовать сбой можно, если вращение происходит очень туго, рывками.
Видео по теме
Датчик угла поворота руля – что это такое и зачем нужен?
16.10.2018 Автор: Master Service 28967
Наверное, многие водители слышали о датчике угла поворота руля или датчике положения руля, но мало кто осознает всю важность этого элемента рулевого управления. Вот вы знали, что от состояния датчика зависит работа всего электроусилителя руля?
Техническая информация о датчике
Датчик угла поворота руля – элемент ЭУРа (ЭГУРа), который определяет положение руля в диапазоне 720⁰ в каждую сторону. Чаще всего датчик стоит на рулевой электро колонке под рулем, реже – на валу распределителя рулевой рейки или над травмобезопасным валом колонки.
Датчик угла поворота руля для Mercedes-Benz E-Class
Что измеряет датчик:
Датчик связан с блоком управления электроусилителя, который, исходя из полученных данных, корректирует работу электромотора усилителя. Исправный датчик гарантирует высокую точностью работы электроусилителя.
Помимо ЭУРа и ЭГУРа, датчик угла поворота руля может быть связан с системами:
Существует три вида датчиков угла поворота руля, которые отличаются по принципам работы и конструкции:
Каталог рулевых колонок с EPS (электроусилителем руля)
Потенциометрический датчик относится к группе контактных датчиков. Узел состоит из двух потенциометров, которые установлены на рулевой колонке. Чтобы потенциометры правильно измеряли относительные и абсолютные углы поворотов руля, один из потенциометров смещен относительно второго на 90⁰.
Как работает такой датчик? Все очень просто – чем больше угол поворота руля, тем выше сопротивление на потенциометре. Сопротивление растет пропорционально углу поворота.
Главное преимущество потенциометрического датчика – простая конструкция, а главный недостаток – низкая надежность. В современных автомобилях данный вид датчиков встречается крайне редко.
Оптический датчик – более совершенный вариант сенсорного устройства. Узел состоит из кодирующего диска, светодиодов, фоторезисторов и блока определения полных оборотов вращения.
Оптический датчик угла поворота руля
Кодирующий диск прикреплен к валу рулевой колонки и состоит из внутреннего и внешнего сегментных колец. На внутреннем кольце равномерно расположены несколько отверстий, а на внешнем кольце отверстия расположены неравномерно. Устройство внутреннего сегментного кольца позволяет определить угол поворота руля, а с помощью внешнего кольца датчик определяет направление поворота руля.
Между кольцами стоят светодиоды, а с наружной части колец установлены фоторезисторы. Количество источников света и фоторезисторов зависит от модели датчика.
Как работает оптический датчик :
Оптические датчики встречаются чаще, чем потенциометрические.
В большинстве современных электроусилителей используют магниторезистивные датчики. Магниторезистивный датчик измеряет угол и направления поворота руля, а также определяет угловую скорость, с которой вы поворачиваете руль. Поэтому блок управления более точно определяет и задает скорость работы электромотора усилителя.
Конструкция магниторезистивного датчика:
Центральные элементы датчика – гигантские магниторезисторы (GMR) или их аналоги, анизотропные магниторезисторы (AMR). Подвижные магниты вращаются за счет зубчатой передачи, причем каждое следующее приводное колесо имеет зубьев на один больше, чем предыдущее.
Магниторезистивный датчик угла поворота руля
Как работает магниторезистивный датчик? ля каждого положения руля существует определенное положение подвижных магнитов. Магниторезисторы определяют положение магнитов, после чего блок управления на основании полученных данных рассчитывает угол, направление и угловую скорость поворота руля.
Магниторезистивные датчики самые современные и надежные из всех описанных.
Причины и признаки неисправностей датчика
Датчик угла поворота руля – точный и хрупкий элемент. Его показания сбиваются, если смещен физический ноль, нарушена геометрия подвески, отключился аккумулятор. Признаки неисправностей датчика положения руля:
Датчик, установленный на рулевой колонке
Что делать, если возникла проблема в работе датчика угла поворота руля? Вариант только один – ехать на специализированное СТО по ремонту рулевого управления. Только опытный мастер с подходящим оборудованием и инструментами, найдет причину неисправности рулевой колонки и устранит ее без серьезных последствий для всего рулевого управления.
Датчик угла поворота рулевого колеса: виды, устройство, принцип работы и цены
Рассмотрим принцип работы и устройство датчика угла поворота руля. Так же в статье наведены виды элементов, цена, причины и признаки неисправности, плюсы и минусы. В конце статьи видео-обзор замены датчика. Рассмотрим принцип работы и устройство датчика угла поворота руля. Так же в статье наведены виды элементов, цена, причины и признаки неисправности, плюсы и минусы. В конце статьи видео-обзор замены датчика.
Датчик угла поворота рулевого колеса предназначен для определения положения руля в диапазоне 720 градусов в каждую из сторон (влево или вправо). Чаще всего такой датчик производитель располагает на рулевой колонке, под самим рулем. Намного реже такой механизм устанавливают на валу распределителя или же над самым валом колонки. Рассмотрим, для чего предназначен механизм, его устройство и принцип работы.
Разновидность датчиков поворота руля
На сегодня мало кого из автолюбителей можно удивить наличием датчика угла поворота рулевого колеса, но вот разобраться в важности механизма и разновидностях может мало кто. Именно от этого датчика зависит управление рулевым механизмом, а так же вспомогательными системами безопасности и комфорта. Основой задачей такого механизма считается считывание угла поворота руля. Так же вычисление направления поворота руля, и с какой скоростью поворачивается руль автомобиля.
В свою очередь датчик связан с блоком управления электроусилителя руля. Последний, в зависимости от полученных данных элемента, корректирует работу электромотора усилителя. Именно такой исправный элемент гарантирует работу и точной всего электроусилителя руля. Как правило, с механизмом угла поворота рулевого колеса связывают такие системы безопасности:
Что касается разновидности датчиков угла поворота рулевого колеса, то специалисты выделяют три основные виды, которые можно встретить в наши дни. Принцип работы и конструкция таких элементов существенно отличается:
Рассмотрим каждый из видов, чтоб понять, в чем основная разница и как отличается принцип срабатывания.
Как устроен датчик поворота руля
Самым простым среди трех перечисленных вариантов считается потенциометрический датчик, он относится к разряду контактных механизмов. Основой для подобного вида элемента служат два потенциометра, которые чаще всего устанавливают на рулевой колонке автомобиля. Для корректной работы такого вида механизма, один из установленных потенциометров сдвигают на 90 градусов, относительно другого.
Второй вид датчика угла поворота рулевого колеса оптический – относится к разряду сенсорных элементов. В состав такого оптического элемента входит кодирующий диск, специальные светодиоды, фоторезисторы для съема информации, а так же электронный блок для определения полного оборота руля. Современные производители могут видеоизменять устройство элемента, но основное устройство и принцип работы остается одинаковым.
Последний, третий вид датчика угла поворота рулевого колеса – магниторезистивный. Именно такого типа элементы чаще всего встречаются в современных автомобилях и имеют минимальный процент поломок и недочетов. Как и предыдущие два типа элементов, он так же измеряет направление, частоту и угол поворота рулевого колеса автомобиля. Благодаря устройству, электронный блок управления более точно определяет данные и задает скорость работы электрического усилителя руля.
В перечень магниторезистивного элемента вход корпус, магниторезисторы, а так же подвижные магниты. Центральную часть элемента занимают большие магниторезисторы, так же известные, как элементы GMR или же их аналоги анизотропные магниторезисторы, маркируемые как AMR. Благодаря наличию зубчатой передачи в составе механизма, подвижные магниты могут вращаться. Интересный факт в том, что каждое последующее зубчатое колесо в механизме датчика имеет на один зуб больше, чем предыдущее, соответственно при ремонте стоит отчетливо сохранять рядность установки.
Как работает датчик поворота руля
Первым по списку идет датчик угла поворота рулевого колеса на основе потенциометра. Выше уже рассмотрено устройство такого механизма, что касается принципа работы, то он прост, с увеличением угла поворота рулевого колеса, увеличивается сопротивление на потенциометре. Сопротивление элемента пропорциональное относительно угла поворота руля.
Преимущество такого вида – это простота конструкции, но с минусов – ненадежная конструкция. Чаще всего потенциометрический датчик устанавливают на бюджетные модели или вовсе пытаются искоренить с рулевого механизма. Соответственно, на современных автомобилях он встречается очень редко.
Второй датчик – оптический, его принцип работы намного сложней, чем первого, но соответственно и качество работы на порядок лучше. Основную функцию работы выполняет кодирующий диск, который крепится к валу рулевой колонки автомобиля. В состав диска входят внешние и внутренние кольца. Как правило, на внутреннем кольце расположено несколько равномерных отверстий, на внешнем кольце отверстия расположили неравномерно.
Именно за счет такого расположения отверстий, устройство внутреннего кольца позволяет определить, на какой угол повернуто рулевое колесо. Внешнее кольцо позволяет элементу определить, в каком направлении осуществляется поворот руля. Для снятия информации, между кольцами инженеры установили светодиоды, а с наружной стороны колец установлены фоторезисторы (другими словами передатчик и приемник). Сколько светодиодов и фоторезисторов установлено на датчик, зависит от производителя и модели.Принцип работы такого датчика не сложный, когда водитель поворачивает рулевое колесо, свет от светодиодов попадает на фоторезисторы. В этот момент электрическая цепь генерирует напряжение, отверстия в кольцах прерывают луч света, соответственно меняется и напряжение. Электронный блок управления считывает данные относительно появления импульсов напряжения, их частоту и шифр (из-за этого детали и получили название кодового диска). В соответствии с полученными данными, рассчитывается направление поворота руля и угол рулевого колеса автомобиля. Именно за счет такого устройства, оптические датчики встречаются чаще в современных автомобилях.
Последний вид датчиков, принцип работы которого стоит рассмотреть – магниторезистивный. В отличие от предыдущих двух элементов, работа данного вида сложнее. Каждый поворот руля получает свое определенное положение подвижных магнитов элемента. В свою очередь магниторезисторы определяют положение подвижных магнитов и передают информацию на электронный блок управления. На основе полученных данных ЭБУ рассчитывает угол поворота руля, скорость, а так же направление. Благодаря такому устройству и точности работы, магинторезистивные элементы считаются самыми надежными и распространенными в современных автомобилях.
Какие бывают поломки датчиков руля
Как говорят, нет нечего идеально, соответственно и датчики угла поворота рулевого колеса так же выходят из строя. Так как это электромеханический узел автомобиля, поломку определить намного сложней и водитель без опыта попросту не сможет понять, рабочий элемент или нет. Самыми слабыми местами таких элементов считается проводка и металлические элементы, так как они постоянно подвижны.
Распространенной проблемой может быть защитный пыльник на распределительном валу. В случае его поломки, вал начинает ржаветь, несвоевременное устранение проблемы может довести ржу до датчика, а значит и он быстро выйдет из строя. Не менее пагубно на механизм угла поворота рулевого колеса влияет пыль и влага. Особенно это касается той ситуации, когда механизм располагается на рулевой рейке. Как показывает практика, в большинстве случаев первой выходит из строя электрическая цепь или же сама электроника. Такая ситуация намного хуже всех остальных, датчик в лучшем случае полностью выйдет из строя, в худшем варианте будет передавать неправдивые данные и неправильно определять угол наклона руля, направление и скорость.
Какой бы не был по типу элемент угла поворота руля – это точный и хрупкий механизм. Специалисты говорят: если смещается физический ноль, нарушена геометрия или отключался аккумулятор, то показания элемента угла могут быть не точными. Определить поломку или неисправность датчика угла поворота руля можно несколькими путями. Первое это индикатор на панели приборов, желтый – признак в ошибке работы, красный – полное отключение механизма. Сам же индикатор выглядит в виде руля, может моргать или постоянно гореть.
Еще несколько признаков неисправности механизма угла поворота рулевого колеса – тугое вращение руля, может вращаться рывками, появляются провалы или же дергается со стороны в сторону. Самый частый признак поломки датчика то запоздалый отклик поворота колес на поворот рулевого колеса, в результате автомобиль водит со стороны в сторону.
Плюсы и минусы наличия датчика угла
Наличие датчика угла поворота рулевого колеса в автомобиле это всегда плюс. Во-первых, параллельно будет установлен электроусилитель руля, во-вторых, на борту автомобиля может быть установлено множество активных систем безопасности. Например, система мониторинга движения по полосе, адаптивный круиз-контроль и прочие. Система отрабатывает поставленные задачи, точно выполняет указания водителя и улучшает безопасность автомобиля.
Среди минусов датчика угла поворота рулевого колеса возможность быстрого выхода из строя в самый неподходящий момент. В случае поломки, многие говорят о дорогом обслуживании, к тому же в большинстве случаев необходимо будет ехать в специальный сервисный центр. Другими словами, если элемент угла поворота руля выходит из строя, то самостоятельно его отремонтировать практически невозможно или же нужно искать донора. Так же минус в том, как и любая электроника, со временем механизм может начать давать сбои, а значит, некачественно будут работать другие активные системы безопасности.
Цена датчика угла руля автомобиля
Стоимость датчика угла поворота рулевого колеса автомобиля во многом зависит от марки, модели, а так же от самого вида элемента. Один и тот же механизм по виду не подойдет на разные автомобили. Производители автомобилей делают разные крепежи, контактные планки и прочие хитрости, чтоб снизить к минимуму возможность самостоятельного ремонта или замены.
Цены наведены на магниторезистивные датчики. Несмотря на то, что структура строения и принцип работы одинаковый, по внешнему виду они существенно отличаются, аналогично отличаются и по крепежу. Положительно или негативно наличие подобного датчика в автомобиле – мнение каждого. Как показывает статистика и практика, большинство автомобильных производителей внедряют такой механизм, так как на его основе строятся системы активной безопасности. Соответственно для водителя упрощается управление автомобилем, и повышается безопасность.
Видео-обзор замены датчика угла руля на Hyundai Tucson:
Что такое датчик угла поворота рулевого колеса и для чего он нужен?
Среди огромного количества автомобильных датчиков, которым и была посвящена наша отдельная статья, важную роль играет еще один неотъемлемый элемент современных автомобилей – это датчик угла поворота рулевого колеса. Как правило, располагается либо на самом рулевом механизме, либо в месте крепления рулевого колеса к рейке. Если вы не имеете никакого представления о назначении и принципе работы данного элемента, то прочитав данную статью, вы сразу же уясните для себя все нюансы относительно его функционала.
Для чего нужен датчик угла поворота рулевого колеса?
Совершенно понятно, что датчик определяет градус угла поворота, направление поворота рулевого колеса, но для чего все это нужно? Здесь необходимо вспомнить о наличии других электронных опций автомобиля, для которых наличие подобного датчика является обязательным. К таковым необходимо отнести систему круиз-контроля, относительно новейшие разработки — адаптивное освещение и адаптивная подвеска. Исходя из этого, датчик угла поворота рулевого колеса – это элемент, который необходим для работы не одной, а сразу нескольких систем.
Примечательно, что в зависимости от марки автомобиля, устройство датчика может заметно отличаться. К примеру, датчик угла поворота рулевого колеса на Мерседес, БМВ, Ауди, может заметно отличаться своим техническим составляющим. Поэтому разделяют 3 типа датчиков, которыми оснащались определенные марки и модели автомобилей.
Оптический датчик считается вполне надежным устройством, относительно других видов датчиков угла поворота. Устанавливается датчик угла поворота рулевого колеса на BMW автомобилях различных моделей, начиная от серии X, заканчивая легковыми представителями.
Магниторезистивный датчик – самый современный представитель, отличается расширенным функционалом в сравнении с собратьями. Устанавливается сей датчик угла поворота рулевого колеса на Мерседесы, да и на другие элитные марки авто.
Что касается потенциометического датчика, это устаревший тип и на современные авто он уже практически не устанавливается, ввиду имеющихся недостатков.
Принцип работы
Что касается работы датчика, возьмем за основу то же адаптивное освещение, которое оснащено поворотными фарами или дополнительными лампами, включающимися при повороте. Датчик фиксирует градус поворота рулевого колеса, отправляет эти данные в блок управления. Тот, в свою очередь, распределяет эти данные между системами и в случае с адаптивным освещением, при большом угле поворота осуществляется и поворот фары, или подключение дополнительных ламп, чтобы обеспечить водителю лучшую боковую видимость.
Разумеется, весь процесс работы приведен весьма условно, но теперь совсем не сложно представить важность этого датчика для других систем.
Надеемся, что вы получили хотя бы маленькое представление о том, что это – датчик угла поворота рулевого колеса. Отметим также, что в ряде случаев, когда с той или иной системой возникали неполадки, то виной этому являлся этот самый датчик. Поэтому диагностика правильности его работы – это одно из важнейших мероприятий.
Читайте также:
Энкодеры используются для преобразования линейного или вращательного движения в двоичный цифровой сигнал. Энкодер представляет собой устройство, вал которого соединяется с вращающимся валом исследуемого объекта, и обеспечивает электронный контроль угла поворота последнего. По принципу действия энкодеры подразделяются на оптические и магнитные.
На валу оптического энкодера установлен диск с окнами прерывания по периметру, напротив которых размещены светодиод и фототранзистор, обеспечивающие формирование выходного сигнала в виде последовательности прямоугольных импульсов с частотой, пропорциональной как количеству окон прерывания, так и скорости вращения диска/вала. Количество импульсов отображает угол поворота.
Оптические энкодеры выпускаются в виде инкрементальных и абсолютных датчиков.
Инкрементальные энкодеры имеют диск прерывания с множеством окон одинакового размера на основном радиусе и две считывающих оптопары, что позволяет фиксировать как угол поворота, так и направление вращения вала. На вспомогательном радиусе диска размещено единственное окно прерывания и соответствующая оптопара, определяющие исходное положение (начало отсчета).
Диск с линиями или прорезями, которые прерывают луч света на оптический датчик. Электронная схема подсчитывает прерывания луча и генерирует цифровые выходные импульсы энкодера.
Кодирующий диск — устройство для преобразования в цифровую форму величин угловых перемещений вала. На кодирующий диск наносится геометрическое изображение цифрового кода. Знаки разрядов кода наносятся на концентрической дорожки, причем ближе к периферии располагаются младшие (менее значащие) разряды.
В зависимости от способа съема кода (контактного, фотоэлектрического, электромагнитного, индукционного, электростатического и т. п.) геометрическое изображение кода составляется из участков электропроводящих и электроизолированных, прозрачных и непрозрачных, магнитных и немагнитных и т. п.
Преимущественно распространение получили кодирующие диски с разновидностями двоичного кода, исключающими возникновение ошибок при переходе через границы отдельных дискретных участков, когда некоторые разряды могут считываться по одну сторону границы, а некоторые — по другую (из-за неточной установки съемных устройств или из-за неодновременном считывания кода в процессе вращения диска. К числу таких кодов относятся т. н. фау-код (код Баркера) и рефлексный код (код Грея).
В некоторых оптических поворотных энкодерах используется отражательный кодирующий диск. На этом диске чередуются секции, которые поглощают свет или отражают его, а источник света вместе с приемником располагаются с одной стороны диска. При наличии только одного источника и приемника света последовательность импульсов от датчика позволяет выяснить, на сколько шагов повернулся диск относительно своего предыдущего положения.
Одиночный датчик не может указывать направление вращения, но если добавить вторую пару «источник приемник», отстоящую по фазе на 90 о от первой, то микроконтроллер по разности фаз между последовательностями импульсов сможет определить направление вращения диска.
Следует помнить, что любая система, которая определяет относительное вращение диска, но не может измерить его абсолютное угловое положение, является инкрементным датчиком.
Абсолютный энкодер имеет диск прерывания с концентрическими окнами на разных радиусах, относительные размеры которых определяются двоичным кодом, и которые считываются одновременно, давая кодированный выходной сигнал для каждой угловой позиции (код Грея, бинарный код. ).
Абсолютные энкодеры используются в приложениях, требующих обязательного сохранения поступающих данных в течение продолжительного времени, при этом они сложнее по конструкции и являются более дорогостоящими.
Абсолютные энкодеры с интерфейсом полевой шины имеют выходной интерфейс связи с полевой шиной по стандарту CANopen, ProfiBus, DeviceNet, Ethernet, InterBus и используют бинарный код при определении угла поворота. Вышеуказанные интерфейсы связи программируются по ряду параметров: например, направление вращения, разрешение по импульсам на один оборот, скорость передачи данных.
В магнитном энкодере высокоскоростное вращение внешнего вала, на котором закреплен цилиндрический постоянный магнит, воспринимается датчиком Холла, совмещенным на одном полупроводниковом кристалле с контроллером обработки сигналов.
При вращении полюсов постоянного магнита над микросхемой с датчиком Холла переменный вектор магнитной индукции наводит напряжение Холла, содержащее информацию о мгновенном значении угла поворота вала. Микроконтроллер обеспечивает быстрое преобразование напряжения Холла в параметр угла позиционирования
Возможность такого преобразования без непосредственного механического соединения элементов магнита и датчика Холла является основным преимуществом магнитных энкодеров, обеспечивает им высокую надежность и долговечность, и позволяет эффективно работать в высокоскоростных приложениях, связанных с промышленной автоматизацией, полиграфией, металлообработкой, инструментально-измерительным оборудованием.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети: