Kontrola czujników ABS
Czujniki prędkości obrotowej kół są nie tylko kluczowym elementem układów ABS/ESP, ale są wykorzystywane także przez inne systemy pojazdu, takie jak asystent parkowania czy wspomaganie ruszania ze wzniesienia.
- Zadaniem czujników ABS jest dostarczanie informacji o prędkości obrotowej poszczególnych kół.
- Pierwsze tego typu czujniki składały się z cewki, magnesu oraz elementów tworzących obwód magnetyczny.
- Kolejną generację czujników stanowią czujniki aktywne, oparte na detektorach elektronicznych, takich jak czujniki Halla czy elementy magnetorezystancyjne (MR).
- Sygnał z takiego detektora jest zbyt słaby, aby przekazać go bezpośrednio do sterownika układu.
- Typowe czujniki aktywne dostarczają wyłącznie informację o prędkości obrotowej. Aby przesłać więcej danych, należy przyjąć schemat kodowania, który to umożliwi.
- Kodowanie opiera się na modulacji szerokości impulsów stanu wysokiego. Impulsy te mają ustaloną szerokość, która zawsze jest wielokrotnością 45 µs.
Pomiar prędkości kół
Zadaniem czujników ABS jest dostarczanie informacji o prędkości obrotowej poszczególnych kół. Aby można było stworzyć system zapobiegający blokowaniu się kół w trakcie hamowania, konieczne jest zastosowanie podzespołu, który pozwoli wykryć ten stan.
Pierwsze tego typu czujniki składały się z cewki, magnesu oraz elementów tworzących obwód magnetyczny. Zęby na wieńcu koła, które przesuwają się obok czujnika, wpływają na zmianę pola magnetycznego i indukowanie się przemiennego napięcia w cewce. Układ jest bardzo prosty, ale ma pewne wady. Główną jest to, że koło musi obracać się odpowiednio szybko, aby wytwarzany sygnał był prawidłowo wykrywany.
Kolejną generację czujników stanowią czujniki aktywne, oparte na detektorach elektronicznych, takich jak czujniki Halla czy elementy magnetorezystancyjne (MR). Sygnał z takiego detektora jest zbyt słaby, aby przekazać go bezpośrednio do sterownika układu. Aktywne czujniki prędkości kół zawierają układy elektroniczne, które dostarczają sterownikowi sygnały w ustalonym standardzie. Elementy takie wymagają zasilania, które jest dostarczane przez sterownik.
Stosowanym standardem jest wyjście prądowe o dwóch stanach: niskim (7 mA) i wysokim (14 mA). Rozwiązanie tego typu jest nie tylko bardziej odporne na zakłócenia, ale pozwala zasilać czujnik i odbierać sygnał jedną parą przewodów. Dodatkowo łatwo wykryć problem z obwodem – pobór prądu nie powinien spadać poniżej 7 mA (dopuszczalna tolerancja dla obydwu progów prądowych to ±20%). Czujniki tego typu nie wymagają minimalnej prędkości – działają od momentu ruszenia. Dodatkowo są małe i lekkie.
Pomiary oscyloskopowe
W przypadku czujników indukcyjnych sprawa jest prosta – podłączamy wejście oscyloskopu do obu przewodów prowadzących z czujnika. Kręcąc kołem, uzyskujemy sygnał przemienny, którego częstotliwość oraz amplituda rosną wraz z obrotami koła.
Ale jak podłączyć czujnik aktywny? Wcześniej wskazano, że czujniki tego typu mają wyjście prądowe. Czy powinniśmy przerywać obwód i dołączyć jakiś rezystor? Okazuje się, że twórcy układu już rozwiązali ten problem. Sterownik podaje zasilanie na jedno z wyprowadzeń czujnika, podczas gdy drugie jest podłączone do masy przez wbudowany w sterowniku rezystor. Spadek napięcia na rezystorze jest wykorzystywany do pomiaru prądu płynącego przez czujnik. Wystarczy więc masę sondy połączyć z masą sterownika, a sygnał – do odpowiedniego wyprowadzenia czujnika (ilustracja 1). Zmiany prądu w obwodzie będziemy obserwować jako zmiany napięcia na przebiegu. Zmiany te nie są duże (typowo rzędu 0,5–1 V).
Zależnie od posiadanego urządzenia należy wybrać odpowiednią skalę oraz podstawę czasu. Posiadacze oscyloskopów dedykowanych motoryzacji zwykle mogą skorzystać z predefiniowanych ustawień. W oscyloskopie Scope DT firmy DeltaTech Electronics wybieramy z listy podzespołów „Czujnik ABS”, a następnie wskazujemy opcję „Aktywny”.
Kodowanie dodatkowych parametrów w czujnikach DF 11i
Typowe czujniki aktywne dostarczają wyłącznie informację o prędkości obrotowej. Aby przesłać więcej danych, należy przyjąć schemat kodowania, który to umożliwi. Dość rozpowszechnionym typem czujnika jest DF 11i (litera „i” oznacza czujnik inteligentny), w dalszej części artykułu omówimy szczegółowo, jakie sygnały generuje taki czujnik i jak je interpretować. Czujniki DF 11i mogą przekazywać do sterownika takie informacje, jak kierunek obrotów czy ostrzeżenie o niskim natężeniu pola magnetycznego.
Kodowanie opiera się na modulacji szerokości impulsów stanu wysokiego. Impulsy te mają ustaloną szerokość, która zawsze jest wielokrotnością 45 µs (0,045 ms).
Jak rozpoznać czujniki DF 11i?
Informacja o rodzaju czujnika może pojawić się w danych serwisowych pojazdu. Istnieje jednak prosta metoda, która pozwoli szybko zidentyfikować sprawny czujnik działający w tym standardzie. Typowe czujniki aktywne wytwarzają sygnał tylko w przypadku zmiany pola magnetycznego. Czujniki DF 11i generują sygnał nawet przy nieruchomym kole lub umieszczone z dala od pierścienia magnetycznego. W takiej sytuacji będą wytwarzać impulsy co 0,737 s (daje to ok. 81 impulsów na minutę). Mamy więc bardzo prostą metodę rozpoznania tego konkretnego wariantu – są to czujniki, które samoczynnie generują sygnał o podanej specyfice.
Interpretacja danych
Jeśli mamy już podłączony oscyloskop, należy skorzystać z opcji pomiaru szerokości impulsu – jest to funkcja dostępna w większości oscyloskopów cyfrowych. W razie jej braku zawsze można zmierzyć czas w oparciu o podziałkę ekranu i wybraną skalę czasu. W użytym oscyloskopie Scope DT wystarczy wywołać menu „Pomiary”, następnie na liście pomiarów dotyczących osi czasu wybrać „Szerokość WDT+”. Pod tym symbolem odczytamy interesującą nas wartość na ekranie obok przebiegu (ilustracja 2).
MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE
Przy obrocie koła czujnik generuje impulsy przy każdej zmianie bieguna na obracającym się pierścieniu magnetycznym, który współpracuje z czujnikiem. Ponieważ element zawiera więcej niż jeden czujnik pola magnetycznego, może wskazywać kierunek obrotów dzięki obserwacji, w jakiej kolejności poszczególne detektory napotykają zmianę pola.
Obrót koła w kierunku, który odpowiada jeździe do przodu, powoduje wytwarzanie impulsów o szerokości 0,18 ms (ilustracja 3, przebieg c). Natomiast jazda do tyłu jest sygnalizowana impulsami o szerokości 0,9 ms (przebieg b). Tak dzieje się w prawidłowych warunkach pracy czujnika.
Układ zawarty w czujniku cały czas ocenia natężenie pola magnetycznego, które pochodzi od impulsatora. Jeśli szerokość szczeliny między pierścieniem magnetycznym a czujnikiem jest zbyt duża, osłabia to pole. Stan ten jest zgłaszany przez wydłużenie impulsów. Jazda do przodu przy zbyt niskim natężeniu pola odpowiada impulsom 0,72 ms (e), a jazda do tyłu – 0,36 ms (d). Czujnik sygnalizuje w ten sposób swoje nieoptymalne położenie względem impulsatora, przy czym czujnik nadal może funkcjonować niezawodnie i wykrywać kierunek obrotów. Jest to jednak stan, który wymaga skontrolowania ustawienia samego czujnika, a także położenia i stanu łożyska. Zbyt niskie natężenie pola może być także spowodowane częściowym rozmagnesowaniem pierścienia impulsowego. Przy dalszym spadku natężenia pola, blisko granicy wykrycia, są generowane impulsy o stałej szerokości 45 µs (0,045 ms) niezależnie od kierunku obrotu (a). Czujnik sygnalizuje w ten sposób, że pole magnetyczne jest zbyt słabe do bezbłędnej pracy i oceny kierunku obrotów.
Tak jak wspomniano wcześniej, przy braku zmiany pola magnetycznego (koło pozostaje nieruchome), sygnał wyjściowy także jest generowany – czujnik wytwarza impulsy co 737 ms, a czas ich trwania wynosi 1,44 ms (f).
Znaczenie praktyczne
Spośród wielu elektronicznych czujników, w jakie wyposażane są współczesne samochody, czujniki prędkości obrotowej kół są stosunkowo częstym tematem rozważań serwisantów. Dzieje się tak z kilku powodów.
Po pierwsze, układy ABS/ESP odpowiadają za bezpieczeństwo jazdy, więc zaświecenie się kontrolki sygnalizującej niesprawność układu jest traktowane poważnie. Po drugie, umieszczone są stosunkowo blisko drogi (z reguły przy samym łożysku koła). W tym miejscu bywają narażone na wiele niekorzystnych zjawisk, takich jak wibracje, zawilgocenie i brud. Podatną na uszkodzenia częścią jest okablowanie, które w tych warunkach często ulega uszkodzeniom mechanicznym.
Zrozumienie, jak działają i jakimi możliwościami dysponują inteligentne czujniki ABS, z pewnością pomoże w codziennej praktyce warsztatowej. Prosty i szybki pomiar oscyloskopowy pozwala uzyskać dodatkowe dane dotyczące czujnika i warunków jego pracy. Uzyskujemy je w sposób niezależny od sterownika układu i jego własnych funkcji diagnostycznych. Zamiast obawiać się bardziej zaawansowanych czujników, wykorzystajmy wskazówki, jakie same nam dostarczają.
