Измерение угла поворота руля

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):

  • Потенциометрического типа. Это простейшее контактное устройство, состоящее из двух потенциометров, расположенных под углом 90ᵒ друг к другу. Обычно устанавливаются на рулевой колонке. Со временем изнашивается, так как имеет подвижные контакты.
  • Оптического типа. Это более современный и надежный вариант датчика измерения угла поворота рулевого колеса. В его состав входит специальный кодирующий диск, преобразователи (светодиоды, фоторезисторы) и приемный блок.
  • Магниторезистивного типа. Точно определяет угол, направление и скорость поворота. Состоит из корпуса, подвижных магнитных пластин и магниторезисторов. Служит регулятором скорости электродвигателя усилителя руля.

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

Источник

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.

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:

  • адаптивный круиз-контроль;
  • система курсовой устойчивости;
  • адаптивное освещение (переключение дальнего света и контроль встречного транспорта);
  • помощник движения по полосе;
  • активное (адаптивное) рулевое управление авто;
  • активная подвеска (механизм подруливания).

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:

  1. оптический;
  2. потенциометрический;
  3. магниторезистивный.

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.

Приблизительная цена датчика угла поворота руля
Марки и модель автомобиля Цена от, $ долл.
Opel Vivaro 30
Mercedes-Benz ML 100
Lexus RX300/330/350/400 80
Subaru Forester S12 2007 110
Mercedes-Benz Vito W639 16
Nissan Leaf 81

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:


Источник

Как выбрать датчик поворота руля

Среди массы комплектующих автомобиля можно выделить группу деталей с достаточно сложным функционалом, который не до конца понят многими автолюбителями. К этой группе часто относят датчик угла поворота, а также датчик положения руля. Такие датчики нашли широкое применения в автомобилях с электрическим усилителем руля. Хоть об их назначении несложно догадаться по одному лишь названию, в действительности они взаимодействуют с целым рядом автомобильных систем, отвечающих за безопасное и комфортное вождение. В данном материале Avto.pro разберется с устройством датчиков положения руля, их классификацией, неисправностями и методиками выбора. Материал будет особенно полезен владельцам новых иномарок с продвинутым оснащением.

Классификация датчиков поворота руля

Датчик поворота, иногда датчик рулевого колеса, SAS – это основные наименования устройств, ответственных за определение относительного и абсолютного угла поворотов руля , а также его направления и угловой скорости. Полное название на английском: Steering Angle Sensor (обычно сокращается до SAS). Устройство работает в тандеме с автомобильной электроникой и в случае его неисправности перестанут нормально работать такие системы: усилитель, адаптивное освещение, адаптивный круиз-контроль, активная подвеска (подруливание), активное рулевое управления, курсовая устойчивость, помощь движению по полосе. Сам датчик может быть:

  • Потенциометрическим;
  • Оптическим;
  • Магниторезистивным.

Устройства обычно делят на две большие группы : контактные и сенсорные (бесконтактные). Контактным является потенциометрический датчик, который, как можно понять из его названия, представляет собой потенциометр (по факту сразу пару потенциометров), учитывающих направление и угол поворота руля. Оптический датчик относят к разряду сенсорных, а вот магниторезистивный часто выделяют в особую категорию устройств. Давайте подробнее рассмотрит конструкцию этих датчиков.

Как устроены потенциометрический датчик

Контактный потенциометрический датчик состоит из пары потенциометров, смещенных друг относительно друга на 90°. Устройство фиксируется на рулевой колонке. Благодаря разнесению потенциометров датчик может определять не только относительный, но и абсолютный угол поворота. По мере вращения рулевого колесо изменяется сопротивление датчика, а вместе с ним и параметры сигнала . Блок управления принимает сигналы, расшифровывает их и «понимают», как было повернуто рулевое колесо. У потенциометрических датчиков есть несколько недостатков:

  • Они оснащены подвижными (скользящими) контактами, склонными к окислению и истиранию;
  • Подвижные контакты могут отсоединяться под действием вибраций или ускорения.

Такие устройство сложно назвать надежными и ведущие автоконцерны отказываются от их использования в системах, требующих оценки и направления поворота рулевого колеса. К слову, схожие по своему устройству датчики также используются для определения угла открытия дроссельной заслонки, а также уровня топлива в топливном баке. Кроме того, потенциометрические датчики используются в модулях педали газа. Недостатки данных устройств отчасти компенсируются тем, что во многих случаях их работоспособность удается восстановить при помощи чистки.

Как устроены оптические датчики

В силу серьезных недостатков потенциометрических устройств автомобильные концерны начинают отказываться от их использования, а в качестве замены выбирают оптические датчики . Подобные устройства отлично показывают себя в тех случаях, когда необходимо оценить скорость вращения какого-либо объекта. Оптические датчики поворота руля состоят из:

  • Кодирующего диска;
  • Сегментных колес (внутреннего и внешнего);
  • Светодиодов;
  • Фоторезисторов.

Датчик закреплен на валу рулевой рейки . Суть его работы заключена в следующем: при проворачивании рулевого колеса свет от работающих светодиодов улавливается фоторезистором через сегмент диска с отверстием, а в самом датчике генерируется напряжение; получив импульсы определенной частоты и напряжения, электроника «понимает» на какой угол провернут руль и каково направления вращения. Благодаря особой конструкции внутреннего сегментного кольца датчик может определить угол поворота , а вот внешнее кольцо позволяет определять направления поворота . Светодиоды расположены прямо между кольцами, на наружной стороне которых расположены фоторезисторы.

По мнению специалистов, оптические датчики демонстрируют более высокую точность измерений, чем большинство электрических измерителей. Кроме того, они весьма надежны. Однако у автоконцернов появился веский повод отказаться и от них. Дело в том, что оптические датчики восприимчивы к перегревам и загрязнению . Автотранспорт эксплуатируется именно в таких условиях, так что даже если устройство не перегревается, то со временем между кольцами и на фоторезисторах скапливается пыль.

Как устроены магниторезистивные датчики

Наиболее надежными и универсальными сегодня принято считать магниторезистивные датчики угла поворота. Они не только определяют относительный и абсолютный угол, но и вычисляют угловую скорость рулевого колеса , которую должны учитывать некоторые автомобильные системы. Устройства состоит из:

  • Пары измерительных шестерней (зубчатых колец) с неодинаковым числом зубцов;
  • Электронной платы с магниторезисторами;
  • Пары подвижных магнитов с постоянным магнитным полем.

Принцип работы датчика заключается в том, что в зависимости от изменения положения рулевой колонки меняется и положение магнитов. Это положение фиксируется магниторезисторами, которые генерируют сигналы, передающиеся электронному блоку управления. Блок расшифровывает сигналы и получают информацию как о величине угла поворота руля, так и о его скорости и направлении. Магниторезистивные датчики разделе на 2 подтипа: GMR и AMP . Первые работают на эффекте гигантского магнетосопротивления, а вторые используют анизотропный магниторезистивный элемент.

Как отмечают инженеры, наиболее практичными являются GMR-датчики . Они могут работать с магнитами малой мощности, причем незначительное увеличение воздушного зазора не сказывается на их работоспособности. Как результат, такие датчики можно изготавливать по упрощенной схеме и с использованием меньшего объема материалов. Отличить AMP- и GMR-датчики можно даже по габаритам – вторые значительно меньше , так как используют зубчатые кольца небольшого диаметра. При этом в силу специфической ценовой политики большинства производителей и автоконцернов устройства обоих подтипов могут продаваться по примерно одинаковой цене.

Подробнее о неисправностях

Датчик поворота рулевого колеса является электромеханическим устройством, так что он страдает от тех же «болезней», что и большинство автомобильных датчиков. Среди них: нарушение работоспособности вследствие загрязнения, невысокая устойчивость к нагреву, склонность к коррозии при нарушении целостности пыльника или другого защитного элемента. В случае нарушения целостности контактов или обрыва проводки устройство полностью выходит из строя . Судить о наличии неисправностей можно по косвенным признакам:

  • Загоранию индикатора на панели приборов: если светит желтый, то датчик работает неправильно, а если красный – устройство неработоспособно;
  • Запоздалый отклик колес на манипуляции с рулевым колесом;
  • Тугое или слишком свободное вращения руля, провалы, рывки автомобиля из одной стороны в другую;
  • Наличие кодов ошибок датчика, как-то

Практика успела показать, что поломка датчик может произойти очень быстро и автолюбитель никак не сможет к ней подготовиться. Итогом этого станет снижение работоспособности целого ряда вспомогательных систем, как-то ассистента сохранения полосы. То же самое наблюдается при отключении аккумулятора, нарушении геометрии зубчатых колес (если датчик магниторезистивный) и во многих других случаях. Наиболее простые, но вместе с тем и не слишком распространенные в наше время потенциометрические устройство иногда удается восстановить. Обслуживание оптических датчиков также дает результат, но далеко не во всех случаях.

Как выбрать новый датчик поворота и провести калибровку

Рекомендуем выбирать в качестве замены тот же датчик, что уже установлен в вашем автомобиле. Переход с устройств одного типа на другой возможен, но автолюбители нужно будет проконсультироваться со специалистом. В некоторых случаях датчики двух разных моделей одинакового типа оказываются взаимозаменяемыми. Например, существуют пары AMP и GMR-устройств, полностью совместимых друг с другом как механически, так и электрически. Такие датчики зачастую удается найти лишь благодаря продвинутым и регулярно обновляющимся кросс-базам электронных магазинов и маркетплейсов. Подбирать устройство можно по:

  • Основным параметрам автомобиля: марке, модели, году выпуска, комплектации, параметрам двигателя;
  • Каталожному номеру датчика.

Так как потенциальный покупатель обычно не знает каталожных номеров запчастей, ему стоит сразу начинать поиск по параметрам своего транспортного средства. Найдя совместимые с вашим автомобилем датчики, изучите их характеристики. Если характеристики не указаны, то попытайтесь найти их на сторонних сайтах. Отдавайте предпочтение устройствам с большим диапазоном масштабирования . Немаловажный момент: покупайте датчики от проверенных производителей. В идеале стоит брать оригинальную запчасть, однако продукция фирм, являющихся поставщиками на конвейеры автоконцернов, тоже подойдет. Хорошими примерами таких фирм являются немецкие Bosch и TRW . Более доступные по цене аналоги предлагают:

Оригинал может обойтись дороже аналога в несколько раз, однако если вы хотите избавиться от проблем с датчиком на долгое время, то стоит потратиться. Чем новее автомобиль, тем дороже будет покупка. Не рекомендуем брать б.у. устройства, так как их остаточный эксплуатационный ресурс может оказаться малым и в перспективе ближайшего года вам придется повторно менять датчик и проводить адаптацию (калибровку). Процедура калибровки зависит от типа устройства и модели автомобиля. В отдельных случаях водителю может потребоваться помощь специалиста. Есть несколько основных вариантов:

  • Калибровка по ходу езды. Производится главным образом на автомобилях с современными магниторезистивными устройствами. Достаточно проехать на крейсерской скорости от нескольких секунд до минуты;
  • Самокалибровка. Может быть произведена на некоторых моделях авто при помощи проворачивания руля до крайних положений с дальнейшим поворотом ключа;
  • Калибровка при помощи диагностического сканера. Производители рекомендуют осуществлять калибровку на ровной поверхности, т.е. не поднимая автомобиль.

Как уже было указано выше, методики адаптации (калибровки) будут зависеть от модели автомобиля и установленного на нем датчика поворота. В случае необходимости применения специального диагностического оборудования автолюбители стоит обратить к официальному дилеру . Учитывайте, что новый датчик строго необходимо откалибровать, иначе ESP, поворачиваемые фары, активное управление и многие другие системы не будут нормально работать. Повторная калибровка также требуется в тех случаях, когда на автомобиле был заменен ЭБУ или блок ABS.

Вывод

Датчик угла поворота рулевого колеса – приятная опция многих современных автомобилях. Без этого устройства работоспособность множества полезных систем автомобиля окажется под вопросом. Современные оптические и магниторезистивные датчики имеют большой эксплуатационный ресурс, однако действие вибрации, высоких температур и, разумеется, времени не щадит и их. В отдельных случаях новый датчик может стоить до 1000$. В отключении устройства нет особого смысла, так что автолюбителям с ограниченным бюджетом стоит присмотреться к аналогам от азиатских производителей.

Если Вам понравилась публикация, поделитесь новостью в социальных сетях и подписывайтесь на канал .

Источник

Поделиться с друзьями
Моя стройка
Adblock
detector