Judesio davikliai tapo neatsiejama kasdienio gyvenimo dalimi, ypač automobilių pramonėje. Jie yra prietaisai, galintys aptikti bet kokį objektų judėjimą tam tikroje erdvėje, o jų pagrindinė funkcija yra reaguoti į aplinkoje vykstančius pokyčius ir siųsti signalą, kai užfiksuojamas judėjimas.
Judesio daviklių tipai ir veikimo principai
PIR (Pasyvieji infraraudonieji) davikliai
PIR (Passive Infrared) davikliai yra vieni iš labiausiai paplitusių. Jie fiksuoja kūno skleidžiamą infraraudonąją spinduliuotę. Kiekvienas šiltas objektas, įskaitant žmones ir gyvūnus, skleidžia tam tikrą šilumos energiją, kuri matoma infraraudonųjų spindulių diapazone. PIR davikliai nereaguoja į statinius objektus, bet jie sugeba užfiksuoti judėjimą, kai šilumos šaltinis (pavyzdžiui, žmogus) keičia savo padėtį.
PIR jutiklis veiksmingiau aptinka žmogaus kūno judesius, nes jis jautriau reaguoja į kūno temperatūros pokyčius nei į oro judėjimą. Be to, PIR jutiklis efektyviau naudoja energiją, nes neskleidžia jokių bangų.
PIR jutiklis yra geras pasirinkimas patalpoms, kuriose pagrindinis tikslas yra aptikti žmogaus judėjimą, pavyzdžiui, vonios kambaryje, miegamajame ar kabinete. PIR jutiklis taip pat yra geras pasirinkimas automatiniam šviesos perjungimui, nes jis efektyviau naudoja energiją.
Ultragarsiniai davikliai
Ultragarsiniai davikliai veikia išskirdami garso bangas, kurių žmogaus ausis negirdi. Jie matuoja laiką, per kurį banga grįžta atgal po atsimušimo nuo artimų objektų. Jei kažkas pradeda judėti, grįžusios bangos pokytis suaktyvina daviklį. Ultragarsiniai judesio jutikliai veikia garso generatoriaus pagalba, kuris fiksuoja virpesius, siekiančius 25-40 kHz dažnį. Šis garsas nėra girdimas žmogui, tačiau jutiklis jį užfiksuos.
Mikrobangų (radijo bangų) davikliai
Mikrobangų davikliai veikia panašiu principu kaip ir ultragarsiniai, tačiau vietoje garso bangų jie naudoja elektromagnetines bangas. Mikrobangos prasiskverbia per sienas, todėl šie jutikliai gali aptikti judesį net kitose patalpose. Radijo bangų judesio jutikliai veikia panašiai kaip ir ultragarsiniai, tačiau jie fiksuoja ne garso bangas, o spinduliuotę, kurios dažnis yra 2,5 GHz. Radijo bangos sėkmingai veikia ir didelėse patalpose, kuriose yra pertvaros.
Mikrobangų jutiklis yra atsparesnis klaidingiems suveikimams, nes jį sunkiau apgauti, pavyzdžiui, vėjui ar gyvūnams. Mikrobangų jutiklis efektyviau aptinka judesį didesniu atstumu ir sudėtingesnėmis sąlygomis, pavyzdžiui, tamsoje ar rūke. Jis yra geras pasirinkimas ten, kur judėjimas yra labiau kintamas, pavyzdžiui, pastato išorėje arba sandėlyje. Mikrobanginiai davikliai neturi galimybės "matyti" šilumos, todėl geriausia būtų naudoti su IR davikliais, sujungus lygiagrečiai.
Kombinuoti davikliai
Kadangi kiekvienas judesio daviklis turi savų trūkumų, kartais naudojami kombinuoti davikliai, kurie apjungia kelių tipų jutiklių technologijas, pvz., PIR ir mikrobangų arba ultragarsą. Jie sujungia du ar daugiau technologijų, pvz., PIR + mikrobangas.
Judesio daviklių pritaikymas ir privalumai
Judesio davikliai plačiai naudojami įvairiose srityse: saugumo sistemose, automatikoje, energijos taupymui. Didžiausias judesio daviklių privalumas - jų gebėjimas sumažinti energijos sąnaudas bei užtikrinti patogumą. Jie taip pat didina saugumo lygį, nes gali pranešti apie nepageidaujamus įsibrovėlius. Judesio jutikliai yra sistemos, kurios "pagauna" tam tikrą judesį, kai jis patenka į "saugomą" teritoriją. Užfiksavus - generuojamas signalas, kuris yra garsinis arba vaizdinis, ir pagal poreikius gali būti siunčiamas saugos tarnyboms.
Nuo signalizacijos iki apšvietimo, kuris ne tik lauke, tačiau ir kambaryje sureagavęs į judesį - labai palengvina žmogaus gyvenimą. Sistemos montuojamos ir dėl vėsinimo įrangų, kurios karštomis vasaros dienomis namuose bei biure padeda ne tik geriau jaustis, tačiau taip pat ir taupyti energiją.
Renkantis jutiklius reikia skirti dėmesio ne tik jų tipui, tačiau ir detalioms kiekvieno charakteristikoms. Galima įsigyti tokius, kurie nereaguoja, jeigu patalpoje yra asmuo/gyvūnas, kuris sveria iki 25 kg. Judesio jutikliai dažniausiai veikia baterijos pagalba, tačiau gali būti ir su mini akumuliatoriumi, kuris yra pakraunamas. Dauguma jų - belaidžiai, tad ne tik rasite jiems tinkamą vietą, tačiau ir pagal poreikius galėsite ją keisti. Galiausiai, jutikliai gali turėti savisaugos funkciją, kuri juos apsaugo nuo atidarymo bei išjungimo.
Judesio davikliai automobiliams: evoliucija ir reikšmė
Šiuolaikiniame automobilyje gali būti net 70-100 įvairių jutiklių, nors prieš trisdešimt metų jų būdavo vos keletas. Kiekvieną kartą, kai įsukate variklio raktą ar paspaudžiate stabdžių pedalą, įsijungia visa jutiklių armija, kuri stebi temperatūrą, slėgį, greitį, deguonies kiekį, ratų sukimąsi ir dar dešimtis kitų parametrų. Paprasčiausiai tariant, jutiklis - tai elektroninis prietaisas, kuris paverčia fizikinius dydžius (temperatūrą, slėgį, judėjimą) į elektrinius signalus, kuriuos gali suprasti automobilio kompiuteris. Galima sakyti, kad jutikliai yra automobilio pojūčiai - jo akys, ausys ir lytėjimo receptoriai.
Kodėl automobiliuose daugėja jutiklių?
Jutiklių skaičius automobiliuose smarkiai išaugo dėl dviejų pagrindinių priežasčių:
- Griežtėjantys ekologiniai reikalavimai: siekiama užtikrinti maksimaliai efektyvų kuro deginimą ir švarias išmetamąsias dujas.
- Saugumo didinimas: kad veiktų ABS, ESP, oro pagalvės ir kitos svarbios sistemos, būtina nuolat žinoti tikslią automobilio būklę.
Pagal NHTSA tyrimus, automobiliai, turintys daug pažengusių jutiklių, bendrai susiduria su mažiau avarijų. Aišku, kodėl gamintojai pastaruoju metu deda taip daug jutiklių į naujus modelius. Tai padeda atitikti saugos reikalavimus, tačiau svarbiausia - suteikia vairuotojams tikrą ramybę, žinant, kad automobilis rūpinasi jų sauga.
Šiuolaikiniai automobilio jutikliai bendrauja su variklio valdymo blokais (ECU), renkantys svarbią informaciją, kuri padeda ECU koreguoti variklio našumą realiu laiku. Kai visos šios dalys tinkamai bendrauja, automobiliai veikia geriau apskritai. Tyrimai rodo, kad geriausiai veikiantys jutiklių ir ECU ryšiai gali padidinti kuro naudą apie 15 procentų. Geresnis kuro ekonomiškumas reiškia mažesnes išlaidas degalų kolonėlėje - tai puiki žinia vairuotojams. Be to, tai sumažina žalingų išmetamųjų dujų kiekį, kas yra svarbu gamintojams, kurie šiandieną daug dėmesio skiria žaliosios technologijos klausimams.
Variklio valdymo sistemos jutikliai
Variklis yra automobilio širdis, o variklio valdymo sistema - tai tarsi kardiologas, kuris nuolat stebi jos būklę. Ši sistema apima daugybę svarbių jutiklių:
Deguonies jutiklis (Lambda zondas)
Deguonies jutiklis (lambda zondas) yra vienas svarbiausių variklio valdymo sistemoje. Jis įmontuotas išmetimo sistemoje ir matuoja deguonies kiekį išmetamosiose dujose po degimo proceso. Jo duomenys leidžia variklio kompiuteriui nuolat koreguoti kuro ir oro mišinio santykį, siekiant optimalaus efektyvumo:
- Per didelis deguonies kiekis rodo per liesą mišinį (per daug oro, per mažai kuro).
- Per mažas deguonies kiekis rodo per turtingą mišinį (per daug kuro, per mažai oro).
Kai O2 jutikliai pradeda blogėti, automobiliai išmeta daugiau taršos ir greičiau sunaudoja degalus nei įprastai. Todėl svarbu, kad šie jutikliai tinkamai veiktų, kad būtų įvykdomi aplinkosaugos reikalavimai ir sutaupoma būtų padaryta prie degalų įsigijimo.
Masinio oro srauto jutiklis (MAF)
Masinio oro srauto jutiklis (MAF) matuoja į variklį patenkančio oro kiekį. Ši informacija yra itin svarbi, kad kompiuteris galėtų tiksliai apskaičiuoti reikiamą įpurkšti kuro dozę.
Kolektoriaus absoliutaus slėgio jutiklis (MAP)
Kolektoriaus absoliutaus slėgio jutiklis (MAP) matuoja slėgį įsiurbimo kolektoriuje. Padidėjęs slėgis, atsirandantis stipriau paspaudus akceleratorių ir plačiau atsidarius droselinei sklendei, signalizuoja kompiuteriui apie vairuotojo poreikį didesnei galiai.
Alkohūninio veleno padėties jutiklis ir paskirstymo veleno padėties jutiklis
Alkohūninio veleno padėties jutiklis seka variklio sukimosi greitį ir stūmoklių padėtį. Be šios informacijos kompiuteris negalėtų tiksliai nustatyti kuro įpurškimo ir mišinio uždegimo momentų. Veleno ir paskirstymo veleno padėties davikliai svarbūs, kad variklio darbas būtų tinkamai sinchronizuotas, nes jie siunčia svarbią informaciją apie tai, kada žvakės turi kibirkštininkuoti ir kada į cilindrus turi būti įpurškiamas kuras. Tinkamas šio sinchronizavimo laikas leidžia varikliams veikti sklandžiau, o tai reiškia geresnį kuro sąnaudų efektyvumą ir mažiau žalingų išmetamųjų dujų. Automobiliai, kuriuose veikia gerai šie davikliai, paprastai kuro degina efektyviau.
Droselio padėties daviklis (TPS)
Droselio padėties daviklis, arba trumpai TPS, varikliuose atlieka labai svarbią funkciją. Jis stebi, kurią poziciją užima droselio sklendė, kad variklis žinotų, kiek jam reikia paduoti oro. Teisingas šio proceso vykdymas užtikrina, kad variklis sumaišytų tinkamą kiekį oro ir kuro, kad būtų pasiekiama gera kuro degimo kokybė. Kai su TPS kyla problemų, vairuotojai greitai tai pastebi. Automobilis gali dirbti nelygiai ant laisvųjų eiga ar net visiškai užgesti. Tokios problemos ne tik erzina vartotojus, bet ir verčia variklius dirbti sunkiau nei turėtų, greičiau sunaudojant kurą.
Temperatūros jutikliai
Temperatūra yra kritinis parametras automobilio veikimui. Per aukšta temperatūra gali sukelti variklio gedimus.
Aušinimo skysčio temperatūros jutiklis
Aušinimo skysčio temperatūros jutiklis, įsuktas į variklio bloką ar radiatorių, nuolat stebi variklio temperatūrą. Šaltam varikliui jis duoda komandą turtinti kuro mišinį, o įšilus - liesinti jį ekonomiškesniam važiavimui.
Įsiurbimo oro temperatūros jutiklis
Įsiurbimo oro temperatūros jutiklis matuoja į variklį patenkančio oro temperatūrą. Kompiuteris naudoja šią informaciją, kad kompensuotų oro retumą esant aukštesnei temperatūrai.
Alyvos temperatūros jutiklis
Alyvos temperatūros jutiklis, ypač svarbus sportiniams automobiliams, stebi alyvos temperatūrą, nes per karšta alyva praranda savo tepimo savybes.
NOx ir PM jutikliai
Šiuolaikinėse sąlygose gamintojams beveik būtina naudoti NOx ir PM jutiklius, jei jie nori, kad jų transporto priemonės atitiktų griežtas išmetamų teršalų normas. Šie įrenginiai stebi azoto oksidų kiekį ir dalelių medžiagą automobilio išmetamose dujose, užtikrindami, kad automobiliai neviršytų leistinų teršalų ribų. Reguliuojančių institucijų pateikti duomenys rodo, kad automobiliai, turintys tinkamus NOx jutiklius, išmeta mažiau teršalų, todėl miestai gali kovoti su smogu.
Jutikliai, užtikrinantys saugumą
Šie jutikliai yra kritiškai svarbūs šiuolaikinėms saugos sistemoms:
Ratų greičio jutikliai (ABS jutikliai)
Ratų greičio jutikliai (ABS jutikliai) matuoja kiekvieno rato sukimosi greitį. Jie veikia principu, kuomet magnetinis jutiklis, esantis šalia dantyto disko, generuoja elektros impulsus, kurių dažnis priklauso nuo rato sukimosi greičio. Ši informacija naudojama ne tik ABS (antiblokavimo stabdžių sistema), bet ir ESP (elektroninė stabilumo programa), traukos kontrolės sistemoms bei spidometrui. Jei stabdant vienas ratas sukasi lėčiau nei kiti, ABS sumažina stabdžių spaudimą tam ratui. Ratų sukiojimosi davikliai vaidina svarbų vaidmenį, kaip veikia automobilių ABS kartu su traukos kontrolės sistemomis. Šie mažyčiai įrenginiai nuolat siunčia atnaujinimus apie kiekvieno rato judėjimą, kad automobilis nepradėtų slysti arba neblokuotų ratų, kai kažkas stipriai paspaudžia stabdžius.
Vairo kampo jutiklis
Vairo kampo jutiklis stebi vairo padėtį. ESP sistema lygina vairuotojo numatytą važiavimo kryptį (pagal vairo kampą) su realia automobilio trajektorija (nustatyta pagal kitus jutiklius).
Giroskopiniai jutikliai
Giroskopiniai jutikliai (dar vadinami "yaw rate" jutikliais) matuoja automobilio sukimosi greitį aplink vertikalią ašį.
Padangų slėgio jutikliai (TPMS)
Padangų slėgio jutikliai (TPMS) būna dviejų tipų: tiesioginiai (siųstuvai, įmontuoti į ratus, siunčia informaciją apie slėgį ir temperatūrą) ir netiesioginiai (analizuojantys ratų sukimosi greitį). Šios sistemos informuoja vairuotojus, kai padangose slėgis tampa per žemas, todėl išvengiama pavojingų padangų sprogimų. Tinkamas padangų pripūtimas padeda ne tik užtikrinti saugumą kelyje, bet ir labai prisideda prie degalų sąnaudų. Įvairių tyrimų duomenimis, tinkamas padangų slėgis padeda pratęsti automobilio tarnavimo laiką ir sumažinti degalų suvartojimą maždaug 3 %.
Stabdžių skysčio slėgio jutikliai
Stabdžių skysčio slėgio jutikliai stebi stabdžių sistemos tinkamą veikimą.
Kuro slėgio jutiklis ir aukšto slėgio kuro siurblio jutikliai
Kuro slėgio jutiklis yra ypač svarbus tiesioginio įpurškimo varikliams, kur kuras tiekiamas dideliu slėgiu. Aukšto slėgio kuro siurblio jutikliai vaidina svarbų vaidmenį užtikrindami, kad dyzeliniai ir hibridinės transporto priemonės veiktų efektyviai. Jie informuoja sistemą apie esamą kuro slėgį, kad variklis galėtų tinkamai prisitaikyti. Kai šie jutikliai veikia gerai, jie sumažina kenksmingus išmetimus ir padeda automobiliams sutaupyti daugiau kuro.
Oro kondicionavimo sistemos slėgio jutikliai
Šie jutikliai stebi šaldymo agento slėgį oro kondicionavimo sistemoje.
Transporto priemonių smūgio jutikliai
Transporto priemonių smūgio jutikliai svarbūs užtikrindami vairuotojų ir keleivių saugumą. Šie įrenginiai registruoja staigius sustojimus arba susidūrimus ir laiku paleidžia oro pagalvėles, kad apsaugotų sėdinčiuosius. Tyrimai rodo, kad automobiliai, turintys gerus smūgio jutiklius, gali daug sumažinti sužalojimus lyginant su automobiliais, kuriuose jų nėra.
Pažangiosios pagalbinės sistemos
Šiuolaikinės transporto priemonės naudoja įvairius jutiklius pažangesnėms pagalbinėms sistemoms:
Ultragarsiniai parkavimosi jutikliai
Ultragarsiniai parkavimosi jutikliai, montuojami bamperių priekyje ir gale, skleidžia ultragarso bangas ir analizuoja jų atspindžius, taip apskaičiuodami atstumą iki kliūčių. Jie turi trūkumų: gali sunkiai aptikti plonus objektus ir būti paveikti lietaus ar purvo.
Radariniai jutikliai
Radariniai jutikliai, naudojantys radijo bangas, taikomi adaptyviai greičio palaikymo sistemai, aklosios zonos stebėjimui ir automatiniam avarinio stabdymo sistemai. Jie gali aptikti kliūtis daug didesniu atstumu nei ultragarsiniai jutikliai.
Kameros
Kameros šiuolaikiniuose automobiliuose ne tik perduoda vaizdą, bet ir, su vaizdo atpažinimo programine įranga, gali identifikuoti kelio ženklus, juostas, pėsčiuosius ir kitus automobilius.
Jutiklių gedimai ir priežiūra
Jutikliai veikia sudėtingomis sąlygomis: temperatūros svyravimai, vibracija, drėgmė, druska ir purvas. Dažniausiai jie genda ne dėl elektronikos gedimų, o dėl jutiklinės dalies užteršimo. Pavyzdžiui, alyvos garai gali padengti masinio oro srauto jutiklio karštą laidą, o prastos kokybės kuras gali "nuodyti" lambda zondą.
Kai sugenda jutiklis, automobilio kompiuteris paprastai tai pastebi ir užsidega perspėjimo lemputė ("Check Engine" ar kita). Kompiuteris įsimena klaidų kodą, kurį galima nuskaityti diagnostiniu įrenginiu. Kai kurie jutikliai gali veikti netiksliai, bet nesugesti visiškai, pavyzdžiui, neteisingai temperatūrą rodantis aušinimo skysčio jutiklis. Tai gali lemti neoptimalų variklio darbą. Priežastis dažnu atveju yra, tik ji ne visada akivaizdi. Šiaip pigiems bei paprastiems davikliams tai yra būdinga. Jų paskirtis - kokią lamputę įjungti ar pan.
Davikliai su laiku degraduoja - ypač tie, kur skirti veikimui vidaus sąlygose, bet priverčiami gyventi lauke ar nešildomose patalpose. Jų tamperių jungikliai irgi pradeda generuoti klaidingus aliarmus, kai sumontuojami nešildomose patalpose ar lauke.
Mikrobanginiai, jei lauke, reaguoja net į judančias medžių šakas, ypač, kai drėgniau. Iš patirties, mikrobanginiais valdomas apšvietimas dažnai suveikia net už sienos, už durų judant žmonėms. Net priešais lietaus ar nuotėkų vamzdį sumontuotas daviklis suveiks nuo nuleidžiamo vandens ar lyjant. Įprastus judesio daviklius vietomis trigeriuoja šikšnosparniai, paukščiai, žolė, medžių šakos.
Praktiškas patarimas: jei užsidegė perspėjimo lemputė, neignoruokite jos ilgai. Kai kurie gedimai gali sukelti greitus ir rimtus pažeidimus, kiti - tik padidinti kuro sąnaudas ir taršą.
Kur reikia patikimumo - kelis daviklius reikia statyti, gal net ir skirtingus ir/ar kombinuotus. Ten, kur tai tikrai svarbu - vienu metu lygiagrečiai gali veikti keli skirtingi, skirtingų technologijų davikliai, taip pat ir su skirtingais jautrumo lygiais. Geresnės centralės dažnai leidžia keisti ir zonos reagavimo laiką. Judesio jutikliai dažnai duoda bent 1s trukmės impulsus.
Ateities tendencijos automobilių jutiklių srityje
Automobilių jutiklių skaičius ir sudėtingumas nuolat auga. Autonominiams automobiliams reikės ištisos jutiklių armijos: lidarų, daugybės kamerų, radarų, GPS, giroskopų. Ateityje jutikliai taps dar tikslesni ir patikimesni. Jau dabar kuriami jutikliai, galintys nustatyti vairuotojo būseną (nuovargį, dėmesingumą) ir stebintys, ar keleiviai užsisegę diržus. Vis daugiau jutiklių duomenų naudojami ne tik automobilio valdymui, bet ir diagnostikai - automobilis gali pats įspėti apie artėjantį gedimą. Dar viena kryptis - jutiklių duomenų naudojimas draudimo kompanijų, kur stebima vairavimo elgsena (staigus stabdymas, greičio viršijimas) ir pagal tai formuojama draudimo įmoka. Jutikliai tampa vis mažesni ir pigesni, todėl tai, kas anksčiau buvo prabangių automobilių privilegija, dabar tampa standartu ir pigesnėse klasėse.
MEMS jutikliai daro didelį poveikį automobilių komponentų mažinimui, kartu išlaikant jų funkcionalumą. Šie mažyčiai įrenginiai leidžia gamintojams kurti kur kas mažesnes dalis, kurios vis tiek puikiai veikia. Kai automobiliai tampa lengvesni dėl šių mažų patobulinimų, jie geriau važiuoja ir sunaudoja mažiau kuro. Lengvesni automobiliai reiškia geresnį kuro sąnaudų efektyvumą, o tai ypač svarbu, kai automobilių įmonėms reikia atitikti griežtas išmetamų teršalų normas ir tenkinti šiuolaikinius klientų reikalavimus dėl ekologiškesnių transporto variantų.
Skirtingų jutiklių informacijos sujungimas keičia būdą, kuriuo veikia automatinio važiavimo automobiliai, padarydamas jų navigaciją kur kas tikslesnę nei anksčiau. Kai šios sistemos sujungia duomenis nuo kamerų, lidarų, radarų ir kitų jutiklių, jos sukuria geriausią vaizdą apie tai, kas vyksta aplink automobilį. Tai yra labai svarbu vairuotojų neturintiems automobiliams, nes tai reiškia mažiau klaidų ir saugesnes kelias visiems. Tyrimai rodo, kad automobiliai, naudojantys šį daugiapakopį jutiklių metodą, linkę veiksmingiau išvengti susidūrimų ir geriau suprasti sudėtingas situacijas kelyje. Azijos ir Ramiojo vandenyno regionas iš tiesų vadovauja gamindamas jutiklius, kontroliuodamas apie 60 % pasaulio rinkos. Tai, kad jie taip labai dominuoja, rodo, kiek daug pinigų ir pastangų šiame pasaulyje regione buvo įdėta į automobilių jutiklių technologijų tobulinimą.
tags: #judesio #daviklis #automobiliui