Senzori u automobilu- Vladica Sinadinovic 12023.doc

8/19/2019 Senzori u automobilu- Vladica Sinadinovic 12023.doc

1/17


2/17

Elektronski fakultet Univerzitet u Nišu

SEN'(RI ) A)T(M(BI*)

Senzori su delovi sistema koji pruzaju informacije neophodne mikrokontroleru za

odrzavanje optimalnog rada automobila. Najcesce su to naponski senzori, sa jasno

definisanim naponskim nivoima predstavljenim binarnim kodom. Na slici 1. su prikazane

neke od veza eletronskih komponenti sa mikrokontrolerom.

Slika 1.

Ele!troma+netni senzori

Elektromagnetni senzori se primenjuju za merenje brzine i odredjivanju ugaone pozicije

radilice pri startovanju i kontroli ubrzgavanja goriva. Interakcija struje i magnetizma

iskoriscena je na razlicite nacine da izazove odgovarajucu detekciju. Medjutim, samo dva tipa

elektromagnetnih senzora se primenjuju u automobilskim sistemima

• Senzori promenjive provodnosti

• Senzori na bazi !olovog "!all# efekta

Senzori na bazi promenljive provodnosti

$rimenjuju se u sistemu paljenja, u sistemu za dotok goriva, kao senzor brzine rotacije

tockova kod %&S'a. (azduh poseduje vecu provodnost od gvozdja i ta cinjenica je

iskoriscena kod ovih senzora. Senzor sa promenljivom provodnoscu i svim elementima koji

ulaze u njegov sastav dat je na slici ). *snovni elementi ovog senzora su

• +vozdeni rotor sa zubcanicima

• Stalni magnet

• Metalno kuciste za generisanje fluksa

•

alem namotan oko metalnog kucista po kome se indukuje napon.

2


3/17


Slika ).

-isk "rotor# na sebi ima nekolicinu zupcanika napravljenih tako da prolaze kroz vazdusni

dzep u magnetnom kolu. Napon indukovan u kalemu je posledica promene magnetnog fluksa

u kolu, nastalog rotiranjem zupcanika. Sto je brzina promene fluksa veca veci ce biti napon

koji se generise u kalemu. ada je zubcanik izvan dzepa napon je jednak nuli, ulaskom

zupcanika protok fluksa raste rapidno, sto prouzrokuje porast napona na maksimalnu

pozitivnu vrednost. Na slici . je prikazana zavisnost napona od promene polozaja zupcanika.

3


4/17


Slika .

Senzor polozaja radilice

Na slici /. je prikazan senzor polozaja radilice, u kome je rotor vezan za zamajac motora.

Stalni magnet i detekcioni kalem vezani su za blok cilindra. (elicina indukovanog napona

zavisi od brzine, sto je brzi motor to je veci napon. Svakim prolaskom zupcanika indukuje se

struja i pri velikim brzinama napon dostize do 100(, te se zbog toga primenjuju kola za

redukciju napona. cilju pruzanja vrhunskog 2-3'a "top dead centar# nedostaje zubcanik,

oznacen nedostatkom napona, I ovaj cep iskoriscen je za startovanje motora.

4


5/17


Senzor ABS-a

$incip rada mnogih %&S senzora isti je kao i crank senzora, ali svrha u koju se koristi je

dosta drugacija. pruzanju najefikasnijeg kocenja i mogucnosti vozacu da zadrzi kontrolu

nad vozilom tockovi ne blokiraju pri kocenju. %&S senzori se koriste za procenu prklizavanja

guma. 3ilj %&S senzora je detekcija trenutka blokiranja tockova. 4a5out senzora i naponskakarakteristika dati su na slici 6.

Slika 6.

Senzori na bazi Holovog efekta

!olov elemenet je mali poluprovodnicki element od npr. silicijuma. ada je vezan, onako

kako je to prikazano na slici 7., baterija ce izazvati protok struje kroz !olov element i kolo,

ali ne i u kolu koje pod pravim uglom u odnosu na kolo baterije. ada je magnetno polje

nametnuto !olovom elementu struja ce teci kroz kolo, u slucaju da magnetno polje ne dopire

do elementa struja ne tece. 8ezultat toga je mogucnost ukljucenja i iskljucenja struje zastitom

elementa od magnetnog polja metalnom plocicom. ada je metalna plocica postavljena naosovinu, izmedju magneta !olovog elementa, !olova struja se moze iskljucivati i ukljucivati

5


6/17


na zeljenim frekvencijama. Senzor daje izlaznu struju koja je priblizno konstantna pri svim

brzinama. !olovi senzori se koriste pri odredjivanju pozicije radilice za merenje brzine

motora, %&S'a9 Neki od primera upotrebe !olovog senzora a# u kabini, b# ispod haube dati

su na slici. Napon na izlazu !olovog senzora je dosta mali pa se praktikuje integrisanje

pojacavaca unutar kola, kao rezultat se na izlazu dobija digitalni signal.

a#

6


7/17


Slika 7.

(,tic!i senzori

$oluprovodnicki materijal izlozen dejstvu svetlosti, apsorbuje energiju sto izaziva izvesne

promene u elektricnom smislu. *vaj efekat iskoriscen je u optoelektricnim komponentama,

ciji su najreprezentativniji predstavnici fotodioda i fototranzitor. Na slici :. je prikazana je

primena optickog senzor brzine automobila. Snop infracrvene svetlosti prekinut je

rotirajucem zaklonom obrtne brzine jednake brzini kretanje vozila. Na taj nacin se detektujuci

element periodicno ukljucuje i iskljucuje frekvencijom jednakoj brzini vozila. *pticki senzori

koriste se u gotovo svim aplikacijama u kojima se koriste i elektromagnetni senzori s tim sto

ovi senzori zahtevaju mocne izvore napajanja.

Slika :.

Knoc! senzori sa+orevan-a

nock senzori se baziraju na piezoelektricnom efektu, odnosno na cinjenici da promena

pritiska izaziva elektricni implus detekcionog elementa. oristi se u sistemu kontrole motora, pa je idealni polozaj senzora u granicama cilndra bloka motora, sto je I prikazano na slici ;.

7


8/17


$roces paljenja regulise kontrolni program smesten u memoriji E3M'a. slovi pojave

eksplozije su visok pritisak u usisnoj grani i veliki ugao predpaljenja. Najcesce korisceni

materijali su kvarc I keramika $


9/17


Slika >.


10/17


Tem,eraturni senzori

Najcesce korisceni uredjaj za detekiju temperature je termistor koji se zasniva na konceptu

negativnog temperaturnog koeficijenta "N23#. (ecina provodnika ima pozitivni temp.koef.,

dok je poluprovodnicima svojstven N23, sto u osnovi znaci da sa smanjenjem temperature

raste otpornost. $rotok struje kroz termistor iskoriscen je za izrazavanje temperature. 2ipicnitemperaturni senzor prikazan je na slici 11.

Slika 11.

Senzor pruza informacije centralnoj kontrolnoj jedinici "E3# o temperaturi motora sto

omogucava pravljenje smese za odgovarajuce temperaturne uslove. $riblizna zavisnost

otpornosti od temperature prikazana je u tabelarnoj formi.

10


11/17


Senzor !ontrole visine vozila u to!u vozn-e

*vakav tip senzora koji se koristi u 2ojotinim sistemima kontrole visine prikazan je na slici1). Senzor radi na principu naponskog razdelnika.

Slika 1).

(ertikalni pokreti sasije auta u odnosu na tockove konvertovani su u kruzne pokrete cetkica

senzora. -etektovani napon zavisi od pozicija cetkica smestenih na suprotnim krajevima

otporne trake. Na slici vidimo signal koji senzor salje mikrokontroleru. tacki 1 amortizeri

su maksimalno napregnuti, sa povecanjem visine vozila napregnutost opada sto izaziva pad

napona, tacka ). trenutku kada je vesanje na najnizoj visini tacka . mikrokontroler salje

signal aktuatoru sto rezultuje postavljanjem na zahtevani nivo.

Senzor a,solutno+ ,ritis!a u cevi .MAP/

$ritisak vazduha ili smesa vazduh=gorivo, u usisnoj grani varira sa opterecenjem. $ritisak unutar usisne grane je poznat kao apsolutni pritisak. %psolutni pritisak je dobar pokazatelj

opterecenja motora I njegovo merenje igra veoma vaznu ulogu u procesu digitalnog paljenja isistemu dotoka goriva. 2akodje, precizan pokazatelj vazduha u motoru moze se dobiti iz

11


12/17


jacine apsolutnog pritiska i temperature, sistem koji koristi ovakav princip poznat je kao

princip ?koncentracije? brzine u kome M%$ senzor efikasno zamenjuje senzor protoka gasa.

2acno izracunavanje pritiska u grani, koje je veoma bitno u strategiji kontrole motora,

omogucavaju M%$ senzori, dostupni u vidu senzora koji na izlazu daju promenljivi napon i

senzori koji pomocu frekvencije reprezentuju pritisak. Najcesce korisceni M%$ senzori su

oni sa promenljivom otprnoscu, koji daju napon na izlazu do 6(. (arijacije u pritiskuizazivaju treperenje"savijanje# male silicijumske membrane, *vo savijanje utice na otpornost

otpornika u mostu i rezultuje promene u elektricnom signalu proporcionalne prtitisku. Na

slici 1). vidimo detalje detekcionog elementa i mosta sacinjenog od / otpornika koji se nalazi

na membrani.

Slika 1).

Na slicnom principu rada baziraju se i M%$ senzori promenljive kapacitivnosti i

induktivnosti. ao i kod svih ostalih sistema u automobilu veoma je vazno da imamo

preciznu sliku i podatke koji su bitni za rad sistema i uopste automobila.

Senzori izduvni0 +asova1E+o senzori

nameri za sto precizniji rad katalizatora izduvnih emisija, odnos vazduh=gorivo mora da

bude priblizno 161 a senzor izduvnih gasova je taj koji pomaze E3M'u u odrzavanju odnosa

vazduh=gorivo u okviru propisanih granica. E+* senzor stalno prati procenat kiseonika u

izduvnim gasovima i u trenutku kada je odnos vazduh=gorivo u usisniku motora naodgovarajucem nivou smesa ulazi u cilindar.Naponski signal E+* senzora je povezan sa

12


13/17


E3M'om da bi se kolicina ubirzganog goriva mogla menjati a sve u cilju odrzavanja

optimalnog odnosa vazduh=gorivo. 8eferetni odnos vazduh=gorivo za ispravnu hemijsku

smesu sagorevanja je @A1, pa zbog se zbog toga E+* senzor cesto naziva i labda senzor.

2 A

-va tipa E+* senzora se najcesce primenjuju, jedan radi na principu naponskih celija, drugi

relativne promene elektricne struje.

Naponski tip-Ego senzora

*vaj tip senzora zasnovan je na razlici izmedju vazdusnog atmosferskog pritiska i pritiska

kiseonika u izduvnim gasovima. visini mora, atmosferski vazduh sadrzi priblizno )1B

kiseonika po tezini, sto je ekvivalentno atmosferskom pritisku od 0.) bara. oncentracija

kiseonika sadrzana u izduvnim gasovima varira od 0 u bogatim smesama do 10B u slabim.

-elimicni pritisak kiseonika u izduvnim gasovima je u opsegu od nule do priblizno 0.01 bara.

Na slici se vidi da su elementi senzora u sustini celije"baterije#. *bloge su napravljene od

platine a sloj keramickog


14/17


E+* senzoru. *va promena napona iskoriscena je za okidanje E3M'a i promene dotoka

goriva na hemijski ispravan odnos @A1. 8ezultat ove akcije je variranje izlaza E+* senzora,

frekvencijom koja omogucavaju pravilan rad motora i odrzavanje funkcija katalizatora

ispravnim. $riblizan oblik naponske krive E+* senzora prikazan je na slici 1/.

Slika 1/.

8ad E+* senzora u mnogome zavisi od temperature koja je u uslova za optimalan rad

senzora oko )60 3. 8adi postizanja sto boljih performansi senzor je opremljen grejacem otpornog tipa sa / zice, od kojih su dve signalna i zica mase za senzor a dve zica napajanja I

mase za grejac. *vakav tip senzora prikazan je na slici 16. Naponski nivoi na izlazu variraju

od )00m( do ;00m(.

Slika 16.

Ego senzor otpornog tipa

Naponski E+* senzor je nesto sporiji od E+* senzora otpornog tipa jer titanojum'oksid

ima nesto brze vreme odziva od


15/17


"propelerima, elisama#, sto se moze videti na slici 17., koji se zasniva na principu naponskog

razdelnika.

Slika 17.

nutar senzora sonda naponskog razdelnika vezana je sa pivot propelera, radi detektovanja

ugaonog pomeraja propelera prikazanog u vidu napona na potenciometru. Na slici 1:. je

prikazan pojednostavljeni vid senzora protoka vazduha.


16/17


Slika 1;.

8adi naknadnog regulisanja tolerancije i razlicitih zahteva za motore u leru, pozeljno je da

odnos u smesi vazduh=gorivo bude podesiv. &ajpas sa prilagodivim propelerom pruza

mogucnost stvaranja idealne smese za razlcite zahteve motora. M%C senzor je u vezi sa

prekidacem pumpe za gorivo koji je kontrolisan inicijalnim pokretima zamajaca. *vakav

free'plot kontrolise se tankom oprugom i na taj nacin se obezbedjuje minimalni rizik odizbijanja pozara u pumpi za gorivo. M%C senzor je takodje u vezi sa temperaturnim

senzorom koji salje signal E3M'u radi proracuna protoka goriva.

16


17/17


*iteratura:

• Automotive Computer Controlled Systems - %llan D. M. &onnick

• Understanding Automotive Electronics - Dilliam &. 8ibbens, $h.-.

17

Documents

Senzori u automobilu- Vladica Sinadinovic 12023.doc