מערכת הבלימה למניעת נעילה (ABS) עוקבת אחר פרמטרי תנועת הרכב לפי קריאות חיישנים המותקנים על גלגל אחד או יותר.למד מהו חיישן ABS ולמה הוא נחוץ, באילו סוגים מדובר, כיצד הוא פועל ועל אילו עקרונות מבוססת עבודתו - גלה מהמאמר.
מהו חיישן ABS
חיישן ABS (גם חיישן מהירות רכב, DSA) הוא חיישן ללא מגע של מהירות הסיבוב (או המהירות) של גלגל הרכבים המצוידים במערכות בטיחות אקטיביות אלקטרוניות שונות ומערכות בקרה עזר.חיישני מהירות הם מרכיבי המדידה העיקריים המבטיחים את פעולת מערכת הבלימה נגד הנעילה (ABS), מערכת בקרת היציבות (ESC) ובקרת המשיכה.כמו כן, קריאות חיישנים משמשות בחלק ממערכות בקרת הילוכים אוטומטיות, מדידות לחץ אוויר בצמיגים, תאורה אדפטיבית ואחרות.
כל המכוניות המודרניות וכלי רכב רבים אחרים עם גלגלים מצוידים בחיישני מהירות.במכוניות נוסעים מותקנים חיישנים על כל גלגל, ברכבים מסחריים ובמשאיות ניתן להתקין חיישנים הן על כל הגלגלים והן בהפרשי ציר הנעה (אחד לכל ציר).כך, מערכות בלימה נגד נעילה יכולות לנטר את מצב כל הגלגלים או גלגלי סרני ההינע, ועל סמך מידע זה לבצע שינויים בפעולת מערכת הבלימה.
סוגי חיישני ABS
כל DSAs הקיימים מחולקים לשתי קבוצות גדולות:
• פאסיבי - אינדוקטיבי;
• פעיל - מגנוטוריסטי ומבוסס על חיישני הול.
חיישנים פסיביים אינם דורשים אספקת חשמל חיצונית ובעלי העיצוב הפשוט ביותר, אך יש להם דיוק נמוך ומספר חסרונות, כך שכיום הם מועילים מעט.חיישני ABS פעילים זקוקים לכוח כדי לעבוד, הם מעט מורכבים יותר בעיצובם ויקרים יותר, אך מספקים את הקריאות המדויקות ביותר ואמינים בתפעול.לכן, כיום מותקנים חיישנים פעילים ברוב המכוניות.
ל-DSA מכל הסוגים יש שתי גרסאות:
• ישר (סוף);
•פינה.
לחיישנים ישירים יש צורה של גליל או מוט, שבקצה אחד שלו מותקן אלמנט חישה, בקצה השני - מחבר או חוט עם מחבר.חיישני זווית מצוידים במחבר זוויתי או בחוט עם מחבר, ויש להם גם תושבת פלסטיק או מתכת עם חור בריח.
תכנון ותפעול חיישנים אינדוקטיביים ABS
זהו חיישן המהירות הפשוט ביותר בעיצוב ובתפעול.הוא מבוסס על פצע משרן עם חוט נחושת דק שבתוכו יש מגנט קבוע חזק למדי וליבה מגנטית מברזל.קצה הסליל עם ליבה מגנטית ממוקם מול גלגל ההילוכים המתכתי (רוטור דופק), המותקן בקשיחות על רכזת הגלגל.לשיני הרוטור פרופיל מלבני, המרחק בין השיניים שווה לרוחבן או מעט גדול ממנו.
פעולתו של חיישן זה מבוססת על תופעת האינדוקציה האלקטרומגנטית.במצב מנוחה, אין זרם בסליל החיישן, מכיוון שהוא מוקף בשדה מגנטי קבוע - אין אות במוצא החיישן.בזמן שהמכונית נוסעת, שיניו של רוטור הדופק עוברות ליד הליבה המגנטית של החיישן, מה שמוביל לשינוי בשדה המגנטי העובר דרך הסליל.כתוצאה מכך, השדה המגנטי הופך לחילופין, אשר על פי חוק האינדוקציה האלקטרומגנטית מייצר זרם חילופין בסליל.זרם זה משתנה בהתאם לחוק הסינוס, ותדירות שינוי הזרם תלויה במהירות הסיבוב של הרוטור, כלומר במהירות המכונית.
לחיישני מהירות אינדוקטיביים יש חסרונות משמעותיים - הם מתחילים לעבוד רק כאשר מתגברים על מהירות מסוימת ויוצרים אות חלש.זה לא מאפשר ל-ABS ולמערכות אחרות לפעול במהירויות נמוכות ולעתים קרובות מוביל לשגיאות.לכן, DSA פסיביים מהסוג האינדוקטיבי מפנים היום את מקומם לאקטיביים מתקדמים יותר.
תכנון ותפעול חיישני מהירות המבוססים על אלמנט הול
חיישנים המבוססים על אלמנטים של הול הם הנפוצים ביותר בשל הפשטות והאמינות שלהם.הם מבוססים על אפקט הול - התרחשות של הפרש פוטנציאל רוחבי במוליך מישור המוצב בשדה מגנטי.מוליך כזה הוא לוח מתכת מרובע המוצב במיקרו-מעגל (מעגל משולב של הול), המכיל גם מעגל אלקטרוני מעריך היוצר אות דיגיטלי.שבב זה מותקן בחיישן המהירות.
מבחינה מבנית, DSA עם אלמנט הול הוא פשוט: הוא מבוסס על מעגל מיקרו, שמאחוריו יש מגנט קבוע, וניתן למקם סביבו ליבה מגנטית לוחית מתכת.כל זה מונח במארז שבגבו יש מחבר חשמלי או מוליך עם מחבר.החיישן ממוקם מול רוטור הדופק, שיכול להתבצע בצורת גלגל שיניים מתכתי או טבעת עם קטעים ממוגנטים, רוטור הדופק מותקן בקשיחות על רכזת הגלגל.
עקרון הפעולה של חיישן הול הוא כדלקמן.המעגל המשולב של הול מייצר כל הזמן אות דיגיטלי בצורה של פולסים מרובעים של תדר מסוים.במצב מנוחה, לאות זה יש תדר מינימלי או שהוא נעדר לחלוטין.בתחילת תנועת המכונית עוברים קטעים ממוגנטים או שיני רוטור ליד החיישן, דבר הגורר שינוי בזרם בחיישן - שינוי זה מנוטר על ידי מעגל ההערכה, שיוצר את אות המוצא.תדירות אות הדופק תלויה במהירות הסיבוב של הגלגל, המשמשת את מערכת הבלימה נגד הנעילה.
DSA מסוג זה נטול החסרונות של חיישנים אינדוקטיביים, הם מאפשרים למדוד את מהירות הסיבוב של הגלגלים ממש מהסנטימטרים הראשונים של תנועת המכונית, הם מדויקים ואמינים בפעולה.
תכנון ותפעול של חיישני מהירות מגנטוריסטיים אנזוטרופיים
חיישני מהירות מגנטוריסטיים מבוססים על האפקט המגנוטורסיסטי האניזוטרופי, שהוא שינוי בהתנגדות החשמלית של חומרים פרומגנטיים כאשר הכיוון שלהם משתנה ביחס לשדה מגנטי קבוע.
האלמנט הרגיש של החיישן הוא "עוגת שכבות" של שתיים או ארבע לוחות פרמלוי דקות (סגסוגת ברזל-ניקל מיוחדת), שעליה מוחלים מוליכים מתכתיים, המפיצים את קווי השדה המגנטי בצורה מסוימת.הלוחות והמוליכים ממוקמים במעגל משולב, המכיל גם את מעגל ההערכה ליצירת אות המוצא.שבב זה מותקן בחיישן הממוקם מול רוטור הדופק - טבעת פלסטיק עם חתכים ממוגנטים.הטבעת מותקנת בקשיחות על רכזת הגלגל.
פעולת חיישני AMR מסתכמת לדברים הבאים.במצב מנוחה, ההתנגדות של הלוחות הפרומגנטיים של החיישן נשארת ללא שינוי, כך שגם אות הפלט שנוצר על ידי המעגל המשולב אינו משתנה או נעדר לחלוטין.בזמן שהמכונית נוסעת, חלקים ממוגנטים של טבעת הדופק עוברים ליד אלמנט חישת החיישן, מה שמוביל לשינוי מסוים בכיוון של קווי השדה המגנטי.זה גורם לשינוי בהתנגדות של לוחות הפרמלוי, המנוטר על ידי מעגל ההערכה - כתוצאה מכך, נוצר אות דיגיטלי פועם במוצא החיישן, שתדירותו פרופורציונלית למהירות המכונית.
יש לציין כי חיישנים מגנטוריסטיבים מאפשרים לך לעקוב לא רק אחר מהירות הסיבוב של הגלגלים, אלא גם את כיוון הסיבוב שלהם ואת רגע העצירה.זה אפשרי בשל נוכחות של רוטור דופק עם קטעים ממוגנטים: החיישן עוקב לא רק אחר השינוי בכיוון השדה המגנטי, אלא גם את רצף המעבר של הקטבים המגנטיים על פני אלמנט החישה.
DSAs מסוג זה הם האמינים ביותר, הם מספקים דיוק גבוה במדידת מהירות סיבוב הגלגלים ותפעול יעיל של מערכות בטיחות אקטיביות לרכב.
העיקרון הכללי של פעולת חיישני מהירות כחלק מ-ABS ומערכות אחרות
למערכות בלימה נגד נעילה, ללא קשר לחיישנים המותקנים בהן, יש את אותו עיקרון פעולה.יחידת בקרת ה-ABS עוקבת אחר האות המגיע מחיישני המהירות ומשווה אותו לאינדיקטורים מחושבים מראש של המהירות והתאוצה של הרכב (אינדיקטורים אלו הינם אינדיבידואליים עבור כל מכונית).אם האות מהחיישן והפרמטרים שנרשמו ביחידת הבקרה תואמים, המערכת אינה פעילה.אם האות מחיישנים אחד או יותר חורג מפרמטרי התכנון (כלומר, הגלגלים חסומים), אז המערכת כלולה במערכת הבלמים, ומונעת את ההשלכות השליליות של נעילת הגלגלים.
מידע נוסף על פעולת בלימה נגד נעילה ומערכות בטיחות אקטיביות אחרות לרכב ניתן למצוא במאמרים נוספים באתר.
זמן פרסום: 24 באוגוסט 2023