Схема эмулятора датчиков ABS

Системой ABS называют комплекс датчиков и блок управления, который изменяет работу тормозных контуров в зависимости от состояния дорожного полотна. Это помогает избежать заносов на влажном или обледеневшем асфальте. Система работает в автоматическом режиме, но если хотя бы один из датчиков выходит из строя, возникает сбой в работе всего комплекса, так как к блоку управления не будут проходить сигналы.

Датчики ABS – это магнитные или электронные устройства, которые устанавливаются на все четыре ступицы и передают сведения к электронному блоку о фактических скоростях колес. Существует два типа таких элементов: пассивные и активные.

Пассивные датчики состоят из корпуса, стального сердечника, магнита, импульсного колечка и катушки. Во время поездки информация о скорости вращения колеса передается на электронный блок. При изменении параметра система самостоятельно изменяет давление тормозной жидкости в трубках, это позволяет разблокировать колодки, не дав автомобилю уйти в занос.

Активные датчики ABS состоят из полупроводников, микросхем. Они более точны, чем пассивные, но нуждаются в подаче питания. А при сильном загрязнении элементов или воздействии электромагнитных полей, точность их срабатывания снижается.

Все виды датчиков ABS работают при участии электромагнитных полей. Если на элементы воздействуют посторонние наводки, то могут возникнуть системные сбои.

Типы датчиков АБС

Все существующие ДСА делятся на две больших группы:

• Пассивные — индуктивные;
• Активные — магниторезистивные и на основе датчиков Холла.

Пассивные датчики не требуют внешнего питания и имеют простейшую конструкцию, однако обладают невысокой точностью и рядом недостатков, поэтому сегодня находят незначительное применение. Активные датчики АБС для работы нуждаются в электропитании, несколько сложнее по конструкции и дороже, однако обеспечивают наиболее точные показания и надежны в работе. Поэтому сегодня на большинство легковых автомобилей устанавливаются именно активные датчики.

ДСА всех типов имеют два исполнения:

• Прямые (торцевые);
• Угловые.

Прямые датчики имеют вид цилиндра или стержня, в одном торце которого устанавливается чувствительный элемент, на другом — разъем или провод с разъемом. Угловые датчики оснащаются угловым разъемом или проводом с разъемом, также они имеют пластиковый или металлический кронштейн с отверстием для болта.

Конструкция и работа индуктивных датчиков АБС

Это наиболее простой по конструкции и работе датчик скорости. Его основу составляет катушка индуктивности, намотанная тонким медным проводом, внутри которой размещен достаточно мощный постоянный магнит и железный магнитный сердечник. Торец катушки с магнитным сердечником располагается напротив металлического зубчатого колеса (импульсного ротора), жестко установленного на ступице колеса. Зубцы ротора имеют прямоугольный профиль, расстояние между зубцами равны или несколько больше их ширины.

Работа данного датчика основана на явлении электромагнитной индукции. В покое в катушке датчика нет тока, так как ее окружает постоянное магнитное поле — на выходе датчика нет сигнала. Во время движения автомобиля вблизи магнитного сердечника датчика проходят зубцы импульсного ротора, что приводит к изменению проходящего через катушку магнитного поля. В результате магнитное поле становится переменным, что согласно закону электромагнитной индукции порождает в катушке переменный ток. Этот ток изменяется по закону синуса, причем частота изменения тока зависит от скорости вращения ротора, то есть — от скорости движения автомобиля.

Индуктивные датчики скорости имеют существенные недостатки — они начинают работать только при преодолении определенной скорости и формируют слабый сигнал. Это делает невозможной работу АБС и других систем на малых скоростях и часто приводит к ошибкам. Поэтому пассивные ДСА индуктивного типа сегодня уступают место более совершенным активным.

Конструкция и работа анизотропных магниторезистивных датчиков скорости

Магниторезистивные датчики скорости основаны на анизотропном магниторезистивном эффекте — изменении электрического сопротивления ферромагнитных материалов при изменении их ориентации относительно постоянного магнитного поля.

В качестве чувствительного элемента датчика выступает «слоеный пирог» из двух или четырех тонких пермаллоевых пластин (специальный железоникелевый сплав), на которые наносятся металлические проводники, определенным образом распределяющие силовые линии магнитного поля. Пластины и проводники помещены в интегральную схему, в которой также находится оценивающая схема для формирования выходного сигнала. Данная микросхема устанавливается в датчик, располагающийся напротив импульсного ротора — пластикового кольца с намагниченными участками. Кольцо жестко устанавливается на ступице колеса.

Работа AMR-датчиков сводится к следующему. В покое сопротивление ферромагнитных пластин датчика остается неизменным, поэтому формирующийся интегральной схемой выходной сигнал также не изменяется или вовсе отсутствует. Во время движения автомобиля мимо чувствительного элемента датчика проходят намагниченные участки импульсного кольца, что приводит к некоторому изменению направления силовых линий магнитного поля. Это вызывает изменение сопротивления пермаллоевых пластин, что отслеживается оценивающей схемой — в результате на выходе датчика формируется импульсный цифровой сигнал, частота которого пропорциональна скорости движения автомобиля.

Следует заметить, что магниторезистивные датчики позволяют отслеживать не только скорость вращения колес, но также направление их вращения и момент остановки. Это возможно благодаря наличию импульсного ротора с намагниченными участками: датчик отслеживает не просто изменение направления магнитного поля, но и очередность прохождения магнитных полюсов мимо чувствительного элемента.

ДСА данного типа являются наиболее надежными, они обеспечивают высокую точность измерения скорости вращения колес и эффективную работу активных систем безопасности автомобиля.

Эмулятор датчиков ABS

Сегмент рынка датчиков ABS стремительно развивается. На сегодняшний день они присутствуют
более чем в 90% автомобилей. На транспортном средстве может быть от двух до четырех
таких датчиков. Как правило, они располагаются напротив подшипника. На всех подшипниках
третьего поколения применяется данная технология, предусматривающая установку 4 датчиков
на одном автомобиле.

Этот несложный проект найдет применение везде, где производится ремонт систем ABS/EBS полуприцепов и грузовых автомобилей. Он позволяет значительно ускорить ремонтные работы. Система позволяет эмулировать сигналы датчиков скорости вращения колес для электронного блока управления ABS (ECU – Electronic Control Unit).

Используя этот прибор, можно подавать на ЭБУ сигнал и считывать результаты через диагностический тестер без необходимости вращения колес. Эмулятор имеет преимущество во время обслуживания системы ABS, когда необходимо проверить правильность работы блока управления с точки зрения чтения этих сигналов.

Устройство имеет 4 выхода. Большинство грузовых автомобилей имеют конфигурацию 4S, полуприцепы 2S (иногда 4S), прицепы 4S, и поэтому эмулятор удовлетворяет большинству распространенных систем конфигурации ABS/EBS.

Сигнал правильно работающих датчиков имеет синусоидальную форму и амплитуду около 1 В. Его частота зависит от скорости вращения колес, однако, не превышает нескольких сотен герц. Этот сигнал имеет переменную полярность. Все эти свойства учтены в этом проекте.

Принципиальная схема эмулятора датчиков ABS приведена ниже. Генератор синусоидальных колебаний переменной частоты выполнен на операционном усилителе US1A. Это классическая схема с мостом Вина, с той лишь разницей, что в качестве элемента стабилизации амплитуды колебаний работают диоды D1-D4, две пары соединенных последовательно.

Благодаря такому решению, не требуется применение ламп накаливания, термисторов или других неудобных в использовании элементов, которые, для правильной работы, требуют значительного количества энергии.

Падение напряжения на одном диоде составляет около 0,7 В, значит, максимальная амплитуда выходного сигнала составляет около 1,4 В. Однако это решение имеет один недостаток: открытие диода происходит практически скачкообразно выше порогового напряжения, что приводит к искажениям сигнала.

Это видно на осциллограмме ниже. Однако, как показали испытания, это не оказывает отрицательного влияния на работу и интерпретацию этого сигнала ЭБУ.

Частота сигнала может изменяться в пределах 2,5…900 Гц, что достигается путем регулировки с помощью потенциометра POT1. Повторитель напряжения выполнен на микросхеме US1D. С него сигнал поступает на потенциометр PR1, обеспечивая при этом ничтожно малую нагрузку в цепи генератора. Этим потенциометром производиться регулировка амплитуды выходного сигнала.

Операционные усилители US1B и US1С — это связанные друг с другом повторители напряжения, которые обеспечивают всей системе, так называемую искусственную массу, что исключает необходимость использования двухполярного источника питания.

Синусоидальный сигнал фиксированной амплитуды поступает на входы четырех независимых повторителей напряжения. Преимуществом этого является то, что повреждение одной зоны на входе контроллера ECU не влияет на другой. Резисторы R7…R10 имитируют внутреннее сопротивление датчиков, которое составляет около 1 кОм.

Поскольку блок ECU контролирует правильность функционирования датчика через его внутреннее сопротивление, то описанный эмулятор обнаруживается как типичный датчик скорости вращения колеса.

Элементы эмулятора датчиков ABS монтируется на односторонней печатной плате размером 56 мм×60 мм.

Правильно собранная схема сразу готова к работе. Питать эмулятор датчиков можно от батареи типа 6F22 с напряжением 9 В, при этом ток потребления составляет около 13мА.

Вращение контакта потенциометра PR1 в сторону конденсатора C1, вызывает увеличение амплитуды, а в сторону C3 – уменьшение. Вращение ручки POT1 в сторону R4 приводит к уменьшению частоты, в сторону R3   к увеличению. Изменяя частоту, мы изменяем скорость чтения ECU. Амплитуда должна составлять около 1 В, но она может потребовать коррекции для различных типов контроллеров (ЭБУ).

Подводя итог, скажем, что данный эмулятор датчиков ABS генерирует идентичный сигнал, который вырабатывают реальные датчики скорости вращения колес системы ABS.