Как устроены и работают электронные датчики скорости для автомобилей

Автомобильные спидометры уже давно не ограничиваются в своем функционировании лишь механикой. Сегодня для измерения скорости применяются электронные датчики скорости, считающие электрические импульсы при помощи оптоэлектронной или магниторезистивной схем. Таким образом, современные датчики скорости — это датчики двух типов — оптоэлектронные и бестросовые (на базе магниторезистивного элемента).

К оптоэлектронному датчику механическое вращение передается от так называемого «тросика спидометра», идущего от коробки передач автомобиля, а уже внутри самого датчика, при помощи блока фотопрерывания, скорость вращения тросика преобразуется в электрические импульсы соответствующей частоты. Что же касается датчика бестросового, то его магниторезистивный элемент просто устанавливается в трансмиссию, поэтому тросик ему вообще не нужен.

Итак, оптоэлектронный датчик приводится в действие вращающимся тросом, идущим от ведомого вала коробки передач. На рисунке вы можете видеть конструкцию такого датчика.

Здесь вращающийся от приводного троса диск с прорезями пересекает рабочую зону фотопрерывателя, а электронная схема при этом считает импульсные сигналы, каждый из которых вырабатывается при прохождении очередной прорези диска через детектор. Очевидно, частота сигналов пропорциональна скорости вращения приводящего троса.

На схеме оптоэлектронного датчика видно, что импульсы снимаются с коллектора транзистора Tr1, причем данный транзистор будет открыт тогда, когда на фототранзистор в его базовой цепи сквозь прорезь будет попадать свет от светодиода.

Если же прорезь диска уйдет со своего места, и фототранзистор окажется отделен от светодиода зубцом, то транзистор Tr1 закроется, хотя светодиод по прежнему будет излучать свет. Так генерируются впадины и вершины импульсов на коллекторе транзистора Tr1, — это и есть сигналы, которые далее подсчитываются.

На этом рисунке приведена конструкция датчика на основе магниторезистивного элемента.

Приводная ось такого датчика сопрягается с ведомым валом коробки передач посредством шестерни. На данной оси закреплен многополюсный кольцевой магнит, формирующий при своем вращении изменяющийся с определенной скоростью магнитный поток для детектора.

Изменяющийся магнитный поток от вращающегося на оси магнита действует на измерительную схему, а именно — на ее магниторезистивный элемент, сопротивление которого изменяется под действием магнитного поля.

Изменяющееся сопротивление фиксируется мостовой схемой, в итоге за один оборот получается 20 импульсов. Поскольку резистивный элемент устроен так, что его сопротивление зависит от внешнего магнитного потока, то получается следующая схема работы элемента.

Когда магнитный поток, пронизывающий элемент под прямым углом, максимален — сопротивление резистивного элемента минимально и значит ток через него максимален, а когда направление магнитного потока параллельно току через элемент — сопротивление резистивного элемента максимально, и ток через него минимален.

Компаратор фиксирует разность падений напряжения на измерительном мосте, соответственно выходной транзистор закрывается и открывается при каждой смене полюсов магнита, вращающегося на оси датчика. Сигналы снимаются с коллектора выходного транзистора, их частота далее подсчитывается цифровой схемой.

Датчики того и другого типов при скорости 60 км/ч получают 637 оборотов в минуту, причем на каждый оборот приходится по 20 импульсов. Нетрудно подсчитать, что при скорости 80 км/ч оборотов у датчика будет 849,333 в минуту, и соответственно частота импульсов окажется равной 283,111 Гц. Так с помощью датчика скорости и измеряется скорость движения транспортного средства.

Электрооборудование автомобиля — состав, устройство и принцип действия