Obraz1

42

Czujniki prędkości obrotowej i prędkości jazdy Pomiar względnej prędkości obrotowej i liniowej

Rysunek 1

1    - magnes prętowy

2    - biegunowy trzpień magnetycznie miękki

3    - cewka indukcyjna

4    - szczelina powietrzna d_L

5    - ferromagnetyczne koło zębate (lub wirnik albo koło impulsowe)

6    - obszar lub znak odniesienia

A - odległość zębów

napięcie U_A, zmieniające się proporcjonalnie do strumienia magnetycznego <0

l/_A = l/_u = Zd*/dr

gdzie Z - liczba zwojów cewki.

Strumień 0 jest także funkcją położenia kątowego x i szczeliny powietrznej d_l, więc

0 = d(x, d_L)

a przy d_l = const

U_A= U_md = Zd(p/dxdx/dt

gdzie ćx/ćt - mierzona prędkość (obrotowa).

Równanie to wskazuje jednak wyraźną wadę czujników indukcyjnych: w razie trudności zachowania stałej grubości szczeliny powietrznej (np. wskutek drgań lub luzów) wytwarzają się takie same zmiany strumienia 0 jak przy zmianie prędkości. Efekt ten wywołuje impulsy napięcia, trudne lub w ogóle niemożliwe do odróżnienia od rzeczywistych sygnałów prędkości. Takie błędne impulsy mogą łatwo osiągać dużą amplitudę, gdyż strumień magnetyczny zmienia się wraz z wartością szczeliny powietrznej, a ponadto często mogą wywoływać odchylenia o dużej częstotliwości (np. od nierównomierności hamowania).

Z podanych powodów czujniki są czujnikami dynamicznymi. W zasadzie nie nadają się one do pomiaru bardzo małych prędkości (quasi-statycznych lub statycznych), gdyż ich sygnał wyjściowy wówczas zmniejsza się do zera. Wyjątkiem jest jedynie częstotliwość

nośna zasilająca czujniki cewkowe według zasady tłumienia lub prądów wirowych, która jednak w samochodzie prawie nie jest wykorzystywana.

Indukcyjne czujniki prędkości obrotowej składają się z trzech głównych części (rys. 1):

•    stałej cewki,

•    elementu z miękkiego żelaza,

•    magnesu trwałego.

Zmiana strumienia magnetycznego niezbędna do wytworzenia napięcia wyjściowego powstaje podczas przesuwania lub obracania elementu magnetycznie miękkiego lub twardego.

Czujniki przetwarzające strumień magnesu trwałego w cewce indukcyjnej zasilanej prądem stałym, byty dawniej powszechnie stosowane jako czujniki zwrotnego położenia tłoka (czujniki GMP) do ręcznego ustawiania kąta wyprzedzenia zapłonu (KWZ). Współcześnie stosowane czujniki magnetyczne składają się przeważnie z magnesu prętowego (rys. 1, poz.l) z magnetycznie miękkim trzpieniem biegunowym (2) i cewki indukcyjnej (3) z dwoma przyłączami. Obrót ferromagnetycznego koła zębatego (5) lub wirnika o podobnej budowie wskutek zmian strumienia magnetycznego indukuje w cewce proporcjonalne napięcie (o przebiegu zbliżonym do sinusoidy).

W celu polepszenia czułości czujnika trzpień biegunowy, koncentrujący strumień jest od przodu zaostrzony, tzn. tworzy „ostrze biegunowe”, które najczęściej przechodzi przez metalową albo plastykową obudowę odpowiednio dopasowaną do jego kształtu.

Na wirniku może znajdować się jeden lub więcej znaczników odniesienia (6). Na rysunku 2 pokazano przebiegi strumienia magnetycznego oraz indukowanego napięcia w przypadku pojedynczego znacznika odniesienia (rowek, krzywka, trzpień biegunowy). Do elektronicznego wykrywania obszaru oznakowanego stromym przejściem przez zero wykorzystuje się maksimum strumienia magnetycznego. Zgodnie z prawem indukcji magnetycznej amplituda sygnału we wszystkich fazach jest proporcjonalna do prędkości obrotowej.

Wystarczającą odporność na zakłócenia przy obliczaniu przez sterownik odległości wierzchołków podwójnego impulsu (lub okresowych impulsów napięcia) zapewnia sygnał napięcia U_m o wartości co najmniej