Датчик частоты вращения колеса

Датчик частоты вращения колеса (другое название – датчик скорости вращения колеса) предназначен для определения скорости вращения (числа оборотов) колеса автомобиля.

Сигналы датчика используются в работе многих систем активной безопасности, в том числе антиблокировочной системы тормозов, противобуксовочной системы, системы курсовой устойчивости. С помощью информации от датчиков соответствующие блоки управления регулируют силу торможения каждого колеса, что позволяет предотвратить их блокировку (проскальзывание) и в итоге обеспечить устойчивость (управляемость) автомобиля.

Показания датчика частоты вращения учитываются в управлении автоматической коробкой передач (при выборе передачи), системе адаптивного освещения (скорость движения), системе контроля давления в шинах (определение спущенной шины).

До 1998 года в качестве датчика частоты вращения колеса использовался пассивный датчик индуктивного типа. Конструктивно данный вид датчика объединяет два элемента – чувствительный и задающий. Чувствительный элемент включает катушку с железным сердечником (контактным штифтом) и постоянный магнит. Задающий элемент представляет собой зубчатое колесо, которое вращается совместно со ступичным подшипником.

Чувствительный элемент датчика создает постоянное магнитное поле. Зубчатое колесо, проходя через поле, приводит к его изменению, при этом при прохождении зуба колеса изменение магнитного поля максимальное. Магнитное поле индуцирует напряжение в цепи датчика. Количество импульсов напряжения, соответствующее количеству пройденных зубьев за определенный интервал времени, пропорционально частоте вращения колеса.

При всей своей простоте, датчик частоты вращения индуктивного типа не обеспечивает требуемой точности измерения, т.к. величина импульсов напряжения напрямую зависит от частоты вращения колеса (чем больше частота, тем сильнее импульс напряжения).

На современных автомобилях устанавливаются активные датчики частоты вращения колеса. В работе такие датчики используют внешнее напряжение питания. Конструктивно активный датчик состоит из чувствительного и задающего элементов. В зависимости от используемого физического эффекта различают магниторезистивные датчики частоты вращения и датчики Холла.

В магниторезистивном датчике при изменении магнитного поля изменяется сопротивление. В датчике Холла изменение магнитного поля приводит к изменению напряжения.

Задающий элемент активного датчика представляет собой пластмассовое кольцо, на поверхность которого нанесены намагниченные участки, т.н. мультиполюсное кольцо. Северный и южный полюса магнитов выполняют функции зубцов и впадин колеса.

Активные датчики обеспечивают высокую точность измерений, так как сила выходного сигнала не зависит от частоты вращения колеса. Кроме этого активный датчик имеет компактную конструкцию, что позволяет его устанавливать непосредственно в ступичном подшипнике. Цифровая обработка выходного сигнала дает дополнительные преимущества, например, позволяет использовать датчик для определения направления вращения колеса и его остановки.

Датчики вращения колес — для чего они, как они работают и каковы признаки их отказа?

Сегодня каждый новый автомобиль должен быть оснащен системой стабилизации, которая, в свою очередь, основана, среди прочего. на информацию из системы ABS. Это стандартно для всех автомобилей уже более десятка лет, и в принципе сегодня трудно купить подержанную машину без ABS. Читая описание работы системы ABS или ESP, мы всегда узнаем о загадочных датчиках, которые рассчитывают скорость колес автомобиля. Сегодня вы узнаете, что это за датчики, как они работают, почему они выходят из строя и каковы симптомы и последствия их отказа.

Основной задачей датчиков скорости вращения колес является сбор информации о скорости движения колес для системы ABS, контролирующей тормозное усилие. Когда скорость колеса падает ниже определенного значения, АБС включается и уменьшает тормозное усилие, чтобы колеса не скользили. Система ABS связывается с другими электронными системами, такими как система контроля тяги (TC) и система стабилизации (ESP), посылая им информацию о скорости отдельных колес. Это, в свою очередь, позволяет управлять другими компонентами, чтобы предотвратить боковое или продольное скольжение автомобиля. Вот и все, что касается цели и задач датчиков.

Датчики вращения колес делятся на пассивные и активные по принципу действия. На практике различие может быть определено таким образом, что пассивным датчикам не требуется внешнее питание для генерации выходного сигнала, а активным необходимо.

Пассивные датчики скорости вращения колес

Пассивные датчики взаимодействуют с кольцом или зубчатым диском, размещенным на ступице колеса или внешнем приводном валу, и чтобы было понятно — подсчитывает количество зубьев этого диска, посылая сигнал о количестве зубьев, которые его пропускают в данную единицу времени. Его рабочий элемент — это сердечник с обмоткой и магнитом, создающий поле, достигающее упомянутой стойки. Движение зубчатого колеса и зубьев, проходящих мимо датчика, и промежутки между ними вызывают изменения в магнитном поле датчика, что приводит к индукции напряжения в датчике. Значение этого напряжения считывается управляющим компьютером, который преобразует его в требуемую информацию.

Активные датчики скорости вращения колеса

Активные датчики работают совершенно по-другому, хотя они также взаимодействуют с диском, расположенным на колесе. Здесь, однако, мы имеем дело с многополярным магнитным кольцом, на поверхности которого имеются магнитные поля. Его можно визуализировать как колесо рулетки, на котором вместо черных и красных полей с числами у нас есть полярные поля N и S. В датчике, взаимодействующем с таким кольцом, есть полупроводниковые элементы, которые распознают изменяющееся магнитное поле, создаваемое кольцо. Это создает сигнал, который читается контроллером.

Датчики, использующие эффект Холла, являются более новым и определенно более популярным решением, так же как и датчик положения коленчатого вала. Здесь для взаимодействия с датчиком используются активный датчик с магнитом и импульсный экран. Когда колесо вращается, возникает небольшое напряжение и изменение магнитного поля, и эта информация поступает на контроллер. Датчики этих типов допускают больший зазор между циферблатом и датчиком.

Почему активные датчики — лучшее решение?

Прежде всего, они посылают сигналы в том числе и при гораздо меньшей скоростью вращения колес, чем пассивные датчики, что в сегодняшних стандартах работы систем, управляющих колеей автомобиля, имеет большое значение. Пассивные датчики реагируют только с минимальной скорости 3 км / ч, а активные — практически с 0,1 км / ч. Эти системы более чувствительны и работают более точно. Датчики, работающие с эффектом Холла, являются единственными, которые могут распознать, в каком направлении вращается колесо. Их эксплуатация позволяет упростить конструкцию ступиц колес или узлов привода. Кроме того, они меньше, легче, более устойчивы к температурам и вибрациям, менее чувствительны к помехам, а расстояние между датчиком и вращающимся элементом не влияет на правильную работу.

Симптомы отказа датчиков скорости колеса

Симптом, который указывает на неисправность датчиков скорости вращения колес — загораются ABS , ESP или TC (в зависимости от названия производителя, также VSC или DSC и др.), а иногда загорается контрольный двигатель, что означает, что в блоке управления двигателем сохранена ошибка. В этой ситуации также естественно, что АБС работает со сбоями.

Первым признаком повреждения датчиков скорости колеса является индикатор АБС или другие системы противоскольжения.

Причины выхода из строя датчиков скорости вращения колеса

Для начала вам нужно знать, что сам датчик не всегда отвечает за помехи в работе системы ABS, потому что точно такие же симптомы появятся, когда один из проводов поврежден. Также при езде на запасном колесе меньшего диаметра загорается соответствующий индикатор на приборной панели. Датчик или диск часто пачкаются, особенно зимой, когда на дорогах есть соль. Датчик не будет работать должным образом, когда есть люфт подшипника колеса. Зачастую причиной неполадок являются прозаические, например, слишком низкое давление в одной из шин или изменение размера шин на одной из осей. Иногда датчики не работают должным образом, когда аккумулятор находится в плохом состоянии или поврежден предохранитель, отвечающий за системы ABS и ESP. Сильно деформированные тормозные диски будут генерировать не только вибрации, но и ошибочные сигналы для датчиков. Бывает и так, что при замене подшипника на декодирующий диск он был установлен вверх ногами.

Сами датчики чрезвычайно надежны, и чаще всего происходит внутреннее короткое замыкание или механическое повреждение датчика. Чтобы убедиться, что проблема действительно вызвана датчиком вращения колеса, после тщательного осмотра и визуальной оценки датчиков и кабелей проверьте напряжение, подаваемое на датчик и его сигналы, с помощью соответствующих устройств (осциллограф или мультиметр). Если виновником сбоя является сам датчик, остается только его заменить. При замене обратите особое внимание на провода и их прокладку и убедитесь, что они надежно закреплены.

После замены запасного колеса на другое, может появиться сообщение о неисправности системы ABS

Изучаем Wheel Speed Sensor. Что может случиться?

Антиблокировочная система, антипробуксовочная система, электронная система контроля курсовой устойчивости – именно они сделали автомобиль наиболее безопасным и управляемым. Но эти системы не могут существовать без маленького датчика скорости вращения колеса, который стоит в ступице. Всё управление этими системами основано на получении корректной информации от этих датчиков. Естественно, если информация начинает искажаться, то рассчитывать на правильную работу ABS, ESC и прочих систем – не приходится. Давайте и поговорим о том, что может вызвать неправильную работу датчиков скорости.

Сегодня производители используют два типа датчиков скорости: магнитные и датчики Холла. Последние становятся все более и более популярными. С тех пор, как в автомобилях используется шина CAN, данные с датчика скорости вращения колеса интегрируются с информацией о скорости движения автомобиля, чтобы максимально точно управлять самыми разными системами контроля за движением автомобиля. Эти датчики устанавливаются порой даже на автомобилях, не оборудованных системами ABS, а данные, получаемые с них, используются в программах управления работой двигателя и трансмиссии.

Традиционный датчик скорости вращения колеса представляет собой зубчатое колесо (датчик оборотов) с датчиком магнитных импульсов. Внутри самого датчика имеется постоянный магнит, обмотанный катушкой из медной проволоки. Проходя через зубцы датчика оборотов, магнитное поле меняется и создает сигнал переменного тока, частота и сила которого меняется в зависимости от скорости вращения колеса. Датчик имеет два провода — заземление и провод, по которому сигнал подается на блок управления. Этот тип датчика часто также называют пассивным, поскольку он не пропускает через себя напряжение. Датчики этого типа начинают работать только после того, как скорость автомобиля вырастет до 8-10 км/ч. Датчик оборотов устанавливают на ось, тормозной диск или ШРУС.

Датчики такого типа очень чувствительны. Появление зазоров, как правило, требует замены датчика. Регулировке зазора поддается лишь малая доля таких датчиков. Для измерения зазора вам потребуется набор щупов из цветного металла. Если зазор окажется выше того, что указано в спецификации, то датчик, скорее всего, придется заменить. Любые деформации, трещины и потертости на поверхности датчика также не будут способствовать получению качественного сигнала.

Замена датчика должна выполняться с особой осторожностью. Даже небольшой скол на датчике может стать причиной неправильной работы, поэтому при снятии полуоси с поворотного кулака, не следует использовать никаких металлических рычагов и молотков. Искажение сигнала датчика скорости вращения колеса происходит также и при износе ступичного подшипника. Это особенно часто случается на небольших скоростях – менее 20 км/ч. В результате происходят ложные срабатывания ABS низких скоростях, в ситуации, когда колеса автомобилей сохраняют нормальное сцепление с дорогой. При таком характере срабатываний ABS следует в первую очередь проверить износ ступичных подшипников.

Что ещё влияет на показатели датчика скорости, установленного на колесе? Естественно, любые виды загрязнений. Это и дорожная грязь, и стружка, которая образуется при проточке тормозного диска на ступице. Что касается грязи и дорожных реагентов, то они сегодня не представляют серьезной опасности для данного датчика. Дело в том, что в последние годы получила широкое распространение герметичная ступица с интегрированным в неё датчиком скорости и подшипником. Такая конструкция практически не боится соли и дорожной пыли, и все же иногда такое случается и приводит к искажению сигнала датчика на малых скоростях движения.

Металлическая стружка, образуемая при проточке диска, прилипает к магнитам датчика и является причиной ухудшения и даже полного пропадания сигнала. И все же наиболее частой причиной плохого или отсутствующего сигнала с колесного датчика скорости является коррозия или обрыв провода. Поэтому, при поступлении автомобиля, обязательно проверьте все соединения. С помощью омметра проверьте сопротивление обмотки датчика и сравните полученные данные со спецификацией на данный узел. Самый лучший способ проверки целостности цепи – проверка сопротивления после отключения разъема ведущего на модуль ABS. Это позволят проверить полностью всю цепь. При подключении омметра, немного потрясите провода.

При замене датчика, убедитесь в том, что он соответствует оригинальному изделию. В частности, количество зубцов и диаметр датчика должны в точности соответствовать оригиналу. То же самое касается и шин. Установка шин другого диаметра или размера приводит к изменению скорости вращения колеса – это приводит к изменению сигналов датчика, поэтому советуйте своим клиентам придерживаться использования шин оригинального размера.

Работоспособность датчика также можно проверить с помощью вольтметра, переключив его в диапазон измерения милливольт. Обычная ручная раскрутка колеса должна вызывать появление сигнала переменного тока, но информативность такого теста крайне невысока. Он все лишь показывает, что датчик – работает. Правильно ли он работает, вы с помощью такой диагностики, не узнаете. Гораздо более информативным будет тест датчика с помощью цифрового осциллографа. Вы подключаете прибор к терминалу датчика, либо к модулю ABS и можете наблюдать синусоиду сигнала, который он выдает. Любые разрывы и скачки в этом сигнале свидетельствуют о том, что есть проблемы в зубчатом колесе, либо в сенсоре.

Новые датчик скорости, теперь активный

С пассивными датчиками скорости мы разобрались, теперь поговорим об активных. Такие датчики выдают более точные данные, особенно на малых скоростях. Кроме того, они могут отличать движение вперед, назад, и полную остановку автомобиля. Работа таких датчиков основана на эффекте Холла. Как правило, эти датчики оборудованы тремя проводами: земля, напряжение, сигнал. Иногда встречаются активные датчики с двумя проводами, без заземления. Внутри датчика размещен твердотельный модуль, который обрабатывает сигнал перед отправкой на контроллер управления.

Диагностика датчиков скорости

По большому счету, датчик скорости вращения колес – очень простое устройство. Однако, диагностика этого прибора может вызывать немалое количество проблем. Поскольку они являются важнейшей составной частью ABS и TCS и многолетние наблюдения диагностов за их работой показали, что неправильная работа этого датчика может выдавать самые разные коды ошибок, более того, может приводить к проблемам в работе автомобиля, без появления каких-либо ошибок и кодов в системе самодиагностики. Наиболее распространенная проблема – срабатывание системы ABS на скорости от 20 до 50 километров в час, при отсутствии гололеда и скольжения колес, и без записывания ошибки в блок управления ABS. Дело в том, что, как уже было сказано выше, сигнал переменного тока, который генерируется датчиком в процессе движения, пропорционален скорости движения автомобиля. На небольших скоростях это очень слабый сигнал, и помехи этого сигнала могут быть очень кратковременными – менее 1 секунды. Этого вполне достаточно, чтобы нарушить работу ABS, но мало для того, чтобы ошибка была записана в контроллере. Для записи кода ошибки нужно, чтобы сигнал прервался на 1-2 секунды. Тем не менее, регулярно повторяющийся сбой датчика – это очень серьезная проблема, на которую не следует закрывать глаза. На некоторых моделях автомобилей, это приводит не только к ложному срабатыванию ABS, но и к кратковременным провалам педали тормоза до пола.

Для диагностирования датчиков скорости, потребуется осциллограф с достаточно высоким разрешением. Кроме того, наиболее точную информацию о работе датчиков скорости вам может дать только дорожный тест. Диагностирование автомобиля с вывешенными колесами не может в точности воссоздать проблему, поскольку подвеска автомобиля на подъемнике не нагружена, а привода и ступичные подшипники работают с максимальной плавностью. Чтобы найти истинного виновника следует в первую очередь воссоздать проблему.

Очень часто специалисты интересуются тем, какие показатели амплитуды, частоты и напряжения переменного тока должен выдавать исправный датчик? К сожалению однозначного ответа на этот вопрос нет. Самое лучшее, то можно сделать в процессе измерений – это посмотреть на данные с точки зрения блока управления. Согласитесь, что данные с обоих передних колес при одинаковых условиях измерений должны быть одинаковыми, или очень близкими. Измерения с задних колес также должны выдавать очень близкие результаты. А вот измерение задних и передних датчиков может давать разные результаты. Соответственно, ваша задача в процессе измерений характеристик сигнала, который дает датчик – сравнить его со вторым датчиком на этой же оси. Если вам удастся найти заметные отклонения сигнала, то можно утверждать, что один из датчиков работает неверно.

В некоторых случаях, после замены неисправного датчика, проблема остается. Некоторые специалисты тут же начинают искать причину в другом месте. На самом же деле, она может сохраняться из-за износа в ступице, подшипнике ступицы, проводке и т. д. Обязательно проверьте все сопутствующие детали. И не забывайте проверить сам датчик перед установкой.