アンチロック ブレーキ システム (ABS) は、1 つまたは複数の車輪に取り付けられたセンサーの読み取り値に従って、車両の動きのパラメーターを監視します。ABS センサーとは何か、なぜ必要なのか、その種類、仕組み、動作原理については、この記事をご覧ください。
ABSセンサーとは
ABS センサー (自動車速度センサー、DSA とも呼ばれます) は、さまざまな電子予防安全システムや補助制御システムが装備された車両の車輪の回転速度 (速度) を非接触で測定するセンサーです。速度センサーは、アンチロック ブレーキ システム (ABS)、スタビリティ コントロール システム (ESC)、トラクション コントロールの動作を保証する主要な測定要素です。また、センサーの読み取り値は、一部のオートマチック トランスミッション制御システム、タイヤ空気圧測定、適応照明などで使用されます。
すべての現代の自動車および他の多くの車輪付き車両には、速度センサーが装備されています。乗用車ではセンサーは各車輪に取り付けられますが、商用車やトラックではセンサーはすべての車輪と駆動軸の差動装置 (車軸ごとに 1 つ) の両方に取り付けることができます。したがって、アンチロック ブレーキ システムは、すべての車輪または駆動軸の車輪の状態を監視し、この情報に基づいてブレーキ システムの動作を変更できます。
ABSセンサーの種類
既存のすべての DSA は、次の 2 つの大きなグループに分けられます。
• 受動的 – 誘導的。
• アクティブ — 磁気抵抗効果があり、ホール センサーに基づいています。
パッシブセンサーは外部電源を必要とせず、最もシンプルな設計をしていますが、精度が低く、多くの欠点があるため、現在ではほとんど役に立ちません。アクティブ ABS センサーは動作するために電力を必要とし、設計がやや複雑で高価ですが、最も正確な読み取り値を提供し、動作の信頼性が高くなります。したがって、現在、ほとんどの車にアクティブセンサーが取り付けられています。
すべてのタイプの DSA には 2 つのバージョンがあります。
• ストレート (端)。
•コーナー。
ダイレクトセンサーはシリンダーまたはロッドの形をしており、その一端には感知要素が取り付けられ、もう一端にはコネクタまたはコネクタ付きのワイヤが取り付けられます。角度センサーには角度コネクタまたはコネクタ付きワイヤが装備されており、ボルト穴付きのプラスチックまたは金属製ブラケットも付いています。
ABS 誘導センサーの設計と操作
設計も操作も最もシンプルな速度センサーです。これは細い銅線を巻いたインダクタをベースにしており、その内部にはかなり強力な永久磁石と鉄の磁気コアがあります。磁気コアを備えたコイルの端は金属歯車 (パルス ローター) の反対側に位置し、ホイール ハブにしっかりと取り付けられています。ローターの歯は長方形の輪郭を持ち、歯間の距離はその幅と同じかわずかに大きいです。
このセンサーの動作は電磁誘導現象に基づいています。静止状態では、センサー コイルは一定の磁場に囲まれているため、センサー コイルには電流が流れず、センサーの出力には信号がありません。自動車の走行中、パルスローターの歯がセンサーの磁気コアの近くを通過し、コイルを通過する磁界が変化します。その結果、磁界が交流になり、電磁誘導の法則に従ってコイルに交流電流が発生します。この電流は正弦の法則に従って変化し、電流変化の周波数はローターの回転速度、つまり車の速度に依存します。
誘導式速度センサーには重大な欠点があります。一定の速度を超えて弱い信号を形成する場合にのみ機能し始めます。これにより、ABS やその他のシステムが低速で動作できなくなり、エラーが発生することがよくあります。したがって、今日では誘導型のパッシブ DSA が、より高度なアクティブ DSA に取って代わられています。
ホール素子を利用した速度センサーの設計と動作
ホール素子に基づくセンサーは、そのシンプルさと信頼性により最も一般的です。これらはホール効果、つまり磁場内に置かれた平面導体での横方向の電位差の発生に基づいています。このような導体は、超小型回路 (ホール集積回路) 内に配置された正方形の金属板であり、デジタル信号を生成する評価用電子回路も含まれています。このチップはスピードセンサーに搭載されています。
構造的には、ホール素子を備えた DSA は単純です。超小型回路に基づいており、その背後に永久磁石があり、その周囲に金属板の磁気コアを配置できます。これらすべてはケース内に配置され、その背面には電気コネクタまたはコネクタ付きの導体があります。センサーはパルス ローターの反対側に配置されており、パルス ローターは金属ギアまたは磁化部分を備えたリングのいずれかの形式で作成でき、パルス ローターはホイール ハブにしっかりと取り付けられています。
ホールセンサーの動作原理は次のとおりです。ホール集積回路は、特定の周波数の方形パルスの形式でデジタル信号を常に生成します。静止状態では、この信号の周波数は最小であるか、まったく存在しません。車の動きの開始時に、磁化された部分またはローターの歯がセンサーの横を通過します。これにより、センサー内の電流が変化します。この変化は、出力信号を生成する評価回路によって監視されます。パルス信号の周波数は、アンチロック ブレーキ システムで使用される車輪の回転速度によって異なります。
このタイプのDSAには誘導センサーの欠点がなく、文字通り車の動きの最初のセンチメートルからホイールの回転速度を測定でき、操作が正確で信頼性があります。
異方性磁気抵抗速度センサーの設計と操作
磁気抵抗速度センサーは、異方性磁気抵抗効果に基づいています。異方性磁気抵抗効果は、一定の磁場に対して強磁性材料の向きが変化するときの、強磁性材料の電気抵抗の変化です。
センサーの感応要素は、2 枚または 4 枚の薄いパーマロイ プレート (特殊な鉄ニッケル合金) の「層ケーキ」であり、その上に金属導体が適用され、磁力線を特定の方法で分散させます。プレートと導体は集積回路内に配置され、出力信号を形成するための評価回路も収容されています。このチップは、パルス ローターの反対側にあるセンサー (磁化された部分を備えたプラスチック リング) に取り付けられています。リングはホイールハブにしっかりと取り付けられています。
AMR センサーの動作は次のように要約されます。静止状態では、センサーの強磁性プレートの抵抗は変化しないため、集積回路によって生成される出力信号も変化しないか、まったく存在しません。自動車が走行している間、パルス リングの磁化された部分がセンサー感知素子の近くを通過し、これにより磁力線の方向に何らかの変化が生じます。これによりパーマロイ プレートの抵抗が変化し、評価回路によって監視されます。その結果、パルス状のデジタル信号がセンサーの出力で生成され、その周波数は車の速度に比例します。
磁気抵抗センサーを使用すると、車輪の回転速度だけでなく、回転方向や停止の瞬間も追跡できることに注意してください。これは、磁化された部分を備えたパルスローターの存在によって可能になります。センサーは、磁場の方向の変化だけでなく、検出素子を通過する磁極の順序も監視します。
このタイプの DSA は最も信頼性が高く、車輪の回転速度の測定とアクティブ車両安全システムの効果的な動作を高精度で実現します。
ABS およびその他のシステムの一部としての速度センサーの動作の一般原理
アンチロック ブレーキ システムは、搭載されているセンサーに関係なく、同じ動作原理を持っています。ABS コントロール ユニットは、速度センサーからの信号を監視し、事前に計算された車両の速度および加速度の指標と比較します (これらの指標は各車両に個別に適用されます)。センサーからの信号と制御ユニットに記録されたパラメーターが一致する場合、システムは非アクティブになります。1 つまたは複数のセンサーからの信号が設計パラメータから逸脱した場合 (つまり、車輪がブロックされた場合)、システムはブレーキ システムに組み込まれ、車輪のロックによる悪影響を防ぎます。
アンチロック ブレーキやその他のアクティブな自動車安全システムの動作に関する詳細については、このサイトの他の記事を参照してください。
投稿日時: 2023 年 8 月 24 日