Датчики выполняются контактными или бесконтактными. Контактные датчики подвержены износу, на оптические датчики отрицательно влияют пыль и влага. Поэтому в современных бесконтактных датчиках угловых и линейных перемещений, применяемых в автомобильной промышленности, чаще всего используются те или иные магнитные свойства чувствительных элементов.
Микровыключатели
Микровыключатели — это простейшие контактные датчики для фиксации определенного краевого положения механического объекта, например двери, стекла в стеклоподъемнике и т.п. При срабатывании микровыключателя в ЭБУ подается сигнал, соответствующий напряжению питания или общей шины. Для диагностики состояния такого датчика и его цепи он обычно включается по схеме, показанной на рис. 2.22.
Рис. 2.22. Микровыключатель с возможностью диагностирования
В этом случае по изменению входного напряжения ЭБУ различает рабочее или нерабочее состояние ключа и проводки. Недостатком микровыключателей является дребезг контактов. В ответственных схемах дребезг подавляют схемотехнически или программно.
Потенциометрические датчики
Потенциометры применяются на автомобиле в качестве датчиков положения (например, датчик положения дроссельной заслонки и т.п.). Современные автомобильные потенциометрические датчики имеют наработку на отказ больше, чем срок эксплуатации среднего автомобиля, выдерживают вращение движка со скоростью до 1000 оборотов в минуту в течение более 1000 часов.
Проволочные потенциометры характеризуются числом витков намотки на градус: от 1 до 8. Сопротивление проволочных потенциометров лежит в пределах 10...10000 Ом, оно задается с погрешностью 5%. Достоинство проволочных потенциометров — возможность реализации низкоомных датчиков. Недостатки: нелинейность, дискретность, быстрый износ (около 105 оборотов).
Чаще используются в качестве датчиков положения непроволочные потенциометры с напыленным на пластике или керамике резистивным покрытием. Щетки движка демпфируются для устойчивости к вибрациям. Сопротивление автомобильных непроволочных потенциометрических датчиков положения лежит в пределах 50...20000 Ом, с погрешностью 10...20%. Потенциометры используются в режиме делителя напряжения, погрешность их номинала не имеет большого значения. Линейность и разрешающая способность высокие.
При измерении линейных перемещений движок может перемешаться в пределах 10 мм...З м, при измерении угловых — до 355°.
Потенциометрические датчики запитываются напряжением 5 В от стабилизатора в ЭБУ. Это же напряжение подается на АЦП и компараторы, что делает систему «датчик — АЦП» нечувствительной к вариациям питающего и опорного напряжений.
Для оптимальной работы потенциометрических датчиков в микроэлектронных схемах ток через щетки движка ограничивается величиной порядка 0,1 мкА.
Потенциометры с пластиковой дорожкой, покрытой резистивным слоем, выдерживают более 107 оборотов для датчиков угловых перемещений и 107 ходов «вперед—назад» для датчиков линейных перемещений.
Хорошими примерами использования резистивных потенциометрических преобразователей на автомобиле являются датчики положения дроссельной заслонки и высоты кузова.
Датчик положения дроссельной заслонки — ДПДЗ (рис. 2.23) установлен сбоку дроссельного патрубка на оси дроссельной заслонкой. Он представляет собой резистор потенциометрического типа, один из выводов которого соединен с опорным напряжением (5 В) контроллера, а второй с массой контроллера. Третий вывод соединяет подвижный контакт ДПДЗ с измерительным входом контроллера, что позволяет контроллеру определять напряжение выходного сигнала ДПДЗ.
Рис. 2.23. Датчик положения дроссельной заслонки
Данные о положении дроссельной заслонки необходимы для расчета длительности импульсов управления форсунками. При повороте дроссельной заслонки (движением педали акселератора) изменяется напряжение на подвижном контакте ДПДЗ. При закрытом положении дроссельной заслонки выходной сигнал ДПДЗ ниже 0,7 В. При открытии дроссельной заслонки выходной сигнал соответственно возрастает. Полностью открытой заслонке соответствует выходное напряжение не менее 4 В. Контролируя выходное напряжение сигнала ДПДЗ, контроллер определяет текущее положение дроссельной заслонки (задаваемое водителем).
Рис. 2.24. Датчик высоты кузова
Датчики высоты кузова выполняются на основе обычных потенциометров, выходное напряжение датчика пропорционально высоте кузова по отношению к шасси (рис. 2.24). Такие датчики необходимы для работы системы управления активной подвеской.