Автомобильные датчики давления ТОП-10 инноваций

Вождение автомобиля имело бы совершенно иной опыт без включения в систему таких приборов, как автомобильные датчики давления. Эти устройства, используются в конструкции современного транспортного средства не только как датчики контроля накачки шин. Такие приборы помогают управлять практически всеми компонентами легковой (грузовой) машины в полном смысле слова.

Автомобильные датчики давления + десять инновационных применений

Начиная от функционала системы торможения и заканчивая работой многих других узлов, как то:

• электрические стеклоподъёмники,
• устройства выхлопа газов,
• гидроусилитель рулевого управления и многое другое.

Все критически важные систем автомобиля полагаются на датчики, посредством которых измеряются и контролируются ключевые параметры. Этот момент стал центральным фактором в деле повышения безопасности на дорогах, снижения уровня загрязнений, улучшения качества вождения.

Однако как именно автомобильные датчики давления позволяют создавать более совершенные электрические и механические узлы? Какие приходится решать задачи производителям машин? Попробуем разобраться с помощью обзора ТОП-10 инновационных разработок.

Инновация #1: Контроль неисправностей гидравлических тормозов

Ощущение лёгкости работы системы торможения, к чему многие привыкли, отзывчивость педали тормоза под ступнёй ноги – эти моменты обусловлены сложным сочетанием компонентов механики, включая автомобильные датчики давления. Система такого рода определяет уровень силы, приложенной водителем к педали тормоза, и увеличивает эту силу для  получения нужного эффекта.

Здесь применяется автомобильный датчик абсолютного давления для контроля вакуума, поддерживаемого внутри двух отдельных камер тормозного усилителя. При нормальных условиях эксплуатации, когда педаль тормоза нажата, атмосферное давление устремляется внутрь одной из камер. Увеличивается сила воздействия на диафрагму, что, в свою очередь, создаёт усилие, прилагаемое к основному цилиндру.

Когда педаль тормоза отпускается, вакуум внутри камеры восстанавливается с помощью специального насоса или путём отбора через коллектор. Состояние неисправности возникает, если вакуум в одной или обеих камерах не поддерживается. Автомобильный датчик абсолютной измеряемой величины используется для контроля давления внутри камер.

Благодаря этому же устройству, отправляется сигнал водителю или системам управления двигателем, если давление внутри камер недостаточное для нормального функционирования системы. Без функционала измерения параметра внутри камер, система способна внезапно выйти из строя. Появляется риск потери эффективного торможения именно в тот момент, когда это необходимо.

Для обеспечения безопасности тормозной системы производители машин применяют автомобильные датчики абсолютного давления, установленные внутри коллектора (MAP — Manifold Absolute Pressure). Приборы могут поставляться в корпусах для поверхностного монтажа с возможностями измерения в диапазоне 10 — 150 кПа, с точностью до 1%.

Инновация #2: Оптимизация топливной смеси под давление воздуха

Повышение эффективности двигателей внутреннего сгорания во многом связано с получением топливной смеси, подходящей для преобладающих условий. Этот момент предусматривает фактическую и желаемую скорость, но также и регулировку текущей скорости двигателя, температуры мотора и коллектора.

Однако необходимо измерять не только температуру воздуха. Давление здесь также является важным фактором при регулировке топливной смеси и момента зажигания. В этом случае автомобильные датчики абсолютного давления используются для предоставления системе управления двигателем всей необходимой информации.

Автомобильные датчики, в частности, применяют для измерения давления внутри коллектора. Поскольку воздух втягивается из окружающей среды, осуществляется также измерение давления внешнего воздуха. Атмосферное давление воздуха оказывает значительное влияние на топливную смесь.

Поэтому, измеряя этот параметр с последующей компенсацией изменений, система EMS настраивает двигатель на оптимальную эффективность, независимо от того, находится ли автомобиль на уровне моря или на высоте 5-5 тысяч км над уровнем моря. Здесь также используются датчики типа MAP, но в этом случае диапазон измерений требуется расширить до 400 кПа.

Инновация #3: Автоматическая очистка выхлопных фильтров

Дизельное топливо позиционируется одним из наиболее распространённых видов топлива транспортных средств. Особенно актуальным является этот тип питания для:

• крупнотоннажных,
• строительных,
• сельскохозяйственных машин.

Соответственно, автомобильные датчики давления жизненно важны для обеспечения максимальной чистоты дизельных двигателей.

Фильтры твердых частиц внутри дизельного двигателя применяют для улавливания сажи и других частиц, присутствующих в составе выхлопных газов, прежде чем эти газы выбрасываются в атмосферу. Конечно же, фильтры нуждаются в очистке, которая осуществляется путем сжигания твёрдых частиц.

Этого можно добиться либо с помощью активной системы, нагревающей фильтр до температуры, при которой сгорает сажа, либо с помощью пассивной системы, где применяется катализатор. В случае с активной системой (картинка выше) автомобильные датчики давления применяют для измерения давления выхлопных газов.

Процесс очистки запускается, когда давление внутри сажевого фильтра (DPF — Diesel Particulate Filter) достигает порогового значения. Это пороговое значение допустимо измерить посредством двух датчиков абсолютного давления (перепад значений).

Инновация #4: Сенсор уплотнения каталитического нейтрализатора

Для пассивной системы уничтожение частиц в составе выхлопных газов обеспечивает каталитический нейтрализатор. Здесь применяется автомобильный датчик давления с целью определения эффективности работы системы даже при низких температурах двигателя.

Каталитический нейтрализатор должен быстро нагреваться до температуры, при которой достигается эффективность работы. Как правило, температурное значение здесь превышает параметр 300°C. Между тем, очевидный момент — когда двигатель холодный, каталитический нейтрализатор тоже имеет аналогичное состояние.

Подача воздуха внутрь выпускного коллектора запускает экзотермический процесс, способствующий повышению температуры каталитического нейтрализатора. После достижения рабочей температуры, насос клапана вторичного воздуха отключается, система закрывается клапаном. Использование в схеме автомобильного датчика абсолютного давления, расположенного между насосом и клапаном, обеспечивает контроль закрытия клапана.

Инновация #5: Мониторинг рециркуляции выхлопных газов

Снижение вредных выбросов двигателя машины – преследуемая цель производителей. Одним из инструментов решения такой задачи является рециркуляция части выхлопных газов. Этот метод эффективен как для бензиновых, так и дизельных двигателей. Методика приводит к снижению температуры внутри камеры сгорания, чем сокращается количество генерируемого и выбрасываемого оксида азота.

Схема управления процессом рециркуляции газа опирается на использование автомобильного датчика абсолютного давления контроля на клапане. Без этого контроля система работает нестабильно по рециркуляции газа. Производители датчиков постоянно стремятся улучшать автомобильные датчики давления для работы в суровых условиях окружающей среды.

Инновация #6: Контроль давления критических жидкостей

Распространённым применением электронного автомобильного датчика давления является измерение параметров системных жидкостей:

• моторного масла,
• масла коробки передач,
• трансмиссионного масла,
• гидравлических масел тормозной системы, системы охлаждения, топливной системы.

Электронные автомобильные датчики давления неизбежно присутствуют в таких средах, поэтому требуют соответствующего изготовления.

Типичным здесь является пьезорезистивный эффект, определяющий изменение сопротивления материала в результате отклонения, вызванного силой текучей среды. Автомобильные датчики давления, предназначенные для этой области применения, способны выдерживать экстремальные условия, имеют высокую степень защиты. Диапазон измерений приборов 0 — 600 бар в диапазоне рабочих температур от -40 до +125°C.

Инновация #7: Защита пальцев пассажиров от зажима дверьми

Электрическое закрывание дверей автомобилей — современное новшество в плане комфорта. Однако это новшество не исключает риск травм пассажиров. Между тем, автомобильные датчики давления выручают и здесь. Благодаря внедрению датчиков относительной измеряемой величины, подключенных к герметичному шлангу, установленных по краю дверной коробки, любое препятствие обнаруживается быстро и надёжно.

Даже небольшое сжатие шланга вызывает повышение силы внутри среды, что мгновенно улавливается датчиком относительной величины и передаётся в систему безопасности автомобиля. Если дверь активирована электрически, закрывание блокируется. Аналогично осуществляется контроль работы окон.

Автомобильные датчики давления, разработанные для этого применения, совместимы с протоколом PSI5 (Peripheral Sensor Interface 5). По сути, это интерфейс между датчиками подушек безопасности и блоками управления двигателем. Автомобильные датчики, разработанные для этого, критически важного с точки зрения безопасности применения, работают в диапазоне 50 — 110 кПа.

Инновация #8: Контроль утечки паров мотора машины

Частью работы производителей автомобилей является защита окружающей среды от потенциально вредных паров, производимых двигателями внутреннего сгорания. Новые бензиновые автомобили отныне имеют в конструкции систему, которая предотвращает выход этих паров из герметичной топливной системы. Система направляет пары в область испарительной системы, где содержится активированный уголь.

Здесь воздух смешивается с парами, после чего смесь безопасно сжигается двигателем. Известные как системы контроля выбросов парниковых газов (EVAP — Evaporative Emission Control), эти устройства проходят строгие испытания. Автомобильный датчик абсолютной величины постоянно проверяет целостность герметичной среды, обеспечивает контроль утечки.

Для этого применения подходят барометрические автомобильные датчики, как правило, расположенные внутри топливного бака. Приборы обеспечивают аналоговый или цифровой выход, поддерживают диапазон измерения от 40 до 115 кПа, с точностью до 1%.

Инновация #9: Активация подушек безопасности

Повышение степени безопасности пассажиров автомобиля – одна из главных задач производителей машин. Многие современные автомобили имеют подушки безопасности не только на передней панели. Фактически эти средства размещены по всему салону, включая области дверей, для защиты пассажиров на случай бокового удара.

Внезапное изменение давления внутри дверной полости при боковом ударе обнаруживается посредством автомобильного датчика относительного действия. Причём обнаружение таким способом выполняется намного быстрее, чем при использовании других методов.

Использование правильного типа датчиков для такого применения обеспечивает срабатывание системы безопасности автомобиля всего за несколько сотых долей секунды. Боковые подушки надуваются намного быстрее, чем подушки фронтальной области. Такое действие видится очевидным, учитывая близость двери к пассажиру.

Инновация #10: Активация подушек безопасности пешехода

Случаи наезда автомобиля на пешехода – трагическая реальность. Поэтому было разработано нововведение, где используются автомобильные датчики для срабатывания предохранительного механизма (активная система капота). Этот механизм предназначен для снижения травм пешехода, в случае столкновения с автомобилем.

Автомобильные датчики относительного давления помещаются в область переднего бампера машины. Приборы способны моментально обнаружить малейшую деформацию бампера. В этом случае система безопасности автомобиля активирует резерв сжатого воздуха моторного отсека, которым толкает капот вверх и в сторону передней части автомобиля.

Поднятый капот создаёт своего рода барьер между пешеходом и более твёрдыми компонентами двигателя, тем самым снижая потенциальную силу удара. Некоторые модели транспорта предусматривают также выброс подушки безопасности из области моторного отсека. Такой подушкой закрывается лобовое стекло, чем дополнительно обеспечивается защита пешехода.

Заключение на датчики механических машин

Автомобильные сенсоры играют решающую роль в каждой из рассмотренных инноваций. Приборы обеспечивают:

• более чистую,
• плавную,
• безопасную поездку.

Автомобильный рынок в настоящее время является одним из крупнейших, где внедряются и реализуются датчики давления. Скорее всего, тенденция останется в росте по причине огромного разнообразия способов использования датчиков и сохраняющегося спроса на эти способы.

---

При помощи информации: Avnet