Šiuolaikiniai automobiliai yra aprūpinti gausybe modernių sistemų, užtikrinančių saugumą ir gerinančių vairavimo patirtį. Šios sistemos pasikliauja įvairiais jutikliais, kurie veikia kaip automobilio „pojūčiai“, nuolat stebėdami aplinką ir transporto priemonės būklę.
Kas yra jutiklis?
Jutiklis - tai elektroninis prietaisas, kuris fizikinius dydžius (temperatūrą, slėgį, judėjimą) paverčia elektriniais signalais, kuriuos gali suprasti automobilio kompiuteris. Galima sakyti, kad jutikliai yra automobilio akys, ausys ir lytėjimo receptoriai. Šiuolaikiniame automobilyje gali būti net 70-100 įvairių jutiklių, nors prieš trisdešimt metų jų būdavo vos keletas. Kiekvieną kartą, kai įsukamas variklio raktas ar paspaudžiamas stabdžių pedalas, įsijungia visa jutiklių armija, kuri stebi temperatūrą, slėgį, greitį, deguonies kiekį, ratų sukimąsi ir dar dešimtis kitų parametrų.
Jutiklių skaičiaus didėjimas yra susijęs su dviem pagrindinėmis priežastimis:
- Griežtėjantys ekologiniai reikalavimai: Variklis turi deginti kurą maksimaliai efektyviai, o išmetamosios dujos turi būti švarios.
- Saugumas: Norint, kad veiktų ABS, ESP, oro pagalvės ir kitos sistemos, reikia tiksliai žinoti, kas vyksta su automobiliu kiekvienu momentu.
Subaru "EyeSight" sistema ir atstumo jutikliai
Subaru automobiliuose ypač svarbią vietą užima sistema „EyeSight“, kuri atskiria žmones nuo stovinčių automobilių. Ji naudoja dvi vaizdo kameras, įmontuotas priekinio lango viršuje, kurios tarpusavyje sujungtos su specialiai sureguliuota stabdžių sistema. Šios kameros atpažįsta pėsčiuosius ir automobilius. Vos tik kameros nustato, kad objektas pateko į mašinos važiavimo trajektoriją, pasigirsta garsinis signalas.
Jeigu automobilio greitis neviršija 30 km/val., sistema, užfiksavusi kliūtį, sustos arba pristabdys. Ši naujovė taip pat naudinga išsiblaškiusiems vairuotojams, nes sistema primena apie potencialias kliūtis, įvertina atstumą iki jų ir ragina elgtis apdairiai.
Pagrindinės automobilio saugumo sistemos, veikiančios su atstumo jutikliais
Adaptyvi greičio palaikymo kontrolė (ACC)
ACC yra pažangi pagalbinė vairavimo sistema, skirta padidinti transporto priemonės saugumą ir vairavimo komfortą. Skirtingai nuo įprastos greičio palaikymo kontrolės, kuri palaiko vienodą greitį, ACC automatiškai reguliuoja greitį, kad išlaikytų saugų atstumą iki priekyje važiuojančio automobilio. Ši sistema gali sumažinti stresą intensyviame eisme ir padėti išvengti susidūrimų dėl išsiblaškymo ar pavėluotos reakcijos. Tačiau svarbu atsiminti, kad ACC nėra autonominės vairavimo sistemos pakaitalas, todėl visuomet derėtų atidžiai stebėti aplinką.
Kaip patikrinti ACC
Norėdami patikrinti ACC, nustatykite konkretų greitį ir atstumą iki kliūties priekyje. Atsargiai važiuokite paskui kitą automobilį ir stebėkite, kaip jūsų transporto priemonė prisitaiko prie situacijos kelyje. Sistema turėtų sklandžiai didinti arba mažinti greitį, o esant reikalui - ir visai sustabdyti automobilį. Staigūs manevrai arba uždelstas veikimas gali reikšti problemas, todėl rekomenduojama sistemą išbandyti skirtingomis eismo sąlygomis (esant nedideliam ir intensyviam eismui, važiuojant skirtingais greičiais ir pan.).
Aklosios zonos stebėjimo sistema (BSD)
BSD sistema yra naudinga aptinkant automobilius ar kitas kliūtis aklojoje zonoje - plote, kurio vairuotojas įprastai nemato nei veidrodėliuose, nei per langus. Ši sistema naudoja kelis jutiklius, kameras arba radarinius daviklius, kurie vaizdinėmis arba garsinėmis priemonėmis perspėja apie galimą pavojų. Nors BSD sistema sumažina susidūrimų riziką, ja taip pat nederėtų visiškai pasitikėti, nes ji gali pasiųsti netikrą įspėjimą esant ekstremalioms oro sąlygoms arba apsinešus jutikliams.
Kaip patikrinti BSD sistemą
Tikrinant BSD sistemos veikimą, reikėtų pasirinkti kelio atkarpą su keliomis eismo juostomis ir vidutiniškai intensyviu judėjimu. Įsitikinkite, kad žinote, kaip sistema perspėja apie automobilius aklojoje zonoje (pvz., vaizdinis perspėjimas šoniniuose veidrodėliuose, įspėjimas skydelyje ar tiesioginis vaizdas iš kameros). Įjunkite sistemą ir važiuokite - vos aptikusi kliūtį BSD sistema apie tai praneš ir perspės, kad rikiuotis nėra saugu.
Įspėjimo apie priekinio susidūrimo pavojų sistema
Šios sistemos (dar žinomos kaip susidūrimo švelninimo sistemos) gali pateikti vaizdinius, garsinius ir kitokius signalus, kai transporto priemonė artėja prie kliūties, pvz., pėsčiojo, lėčiau judančio ar visai sustojusio automobilio. Kaip ir kitos pažangios pagalbinio vairavimo sistemos (ADAS), įspėjimo apie kliūtį priekyje sistema naudoja įvairius jutiklius keliui skenuoti ir susidūrimo su kliūtimi rizikai vertinti. Šie jutikliai vertina kitų automobilių greitį, artėjimo greitį ir atstumą iki kliūties ir apie tai informuoja vairuotoją.
Kaip patikrinti įspėjimo apie priekinio susidūrimo pavojų sistemą
Sistemos patikra apima imitacines situacijas, kurios padeda įvertinti gebėjimą aptikti galimą pavojų ir perspėti vairuotoją arba imtis veiksmų susidūrimui išvengti. Svarbu įsidėmėti, kad minimalus greitis, būtinas sistemos įsijungimui, skiriasi priklausomai nuo automobilio (dažniausiai 16-32 km/val.). Pasirinkite tuštesnę kelio atkarpą, pastatykite kokį nors objektą (pvz., putplasčio lakštą ar kartoninę dėžę) saugiu atstumu priešais savo automobilį. Pradėkite važiuoti jo link reikiamu greičiu, užtikrinant pakankamą atstumą saugiai sustoti, jei sistema nesuveiktų. Artėjant link kliūties stebėkite sistemos veikimą - ji apie artėjantį susidūrimą turėtų perspėti garsiniu arba vaizdiniu signalu, o jeigu įdiegta tokia funkcija - ir automatiniu stabdymu.
Avarinio stabdymo sistema (AEB)
AEB sistema dažnai yra susieta su įspėjimo apie priekinio susidūrimo pavojų sistemomis, nes ji taip pat skenuoja kelią ir perspėja apie kliūtis. Skirtumas tas, kad nesureagavus į perspėjimus ir nesiėmus jokių veiksmų kritinėje situacijoje, AEB gali automatiškai pradėti stabdyti ar net visai sustabdyti automobilį, kad išvengtų galimo susidūrimo ar sumažintų jo padarinius.
Kaip ją patikrinti
Kaip ir perspėjimo apie galimą priekinį susidūrimą, taip ir AEB veikimas gali būti patikrintas tuščioje stovėjimo aikštelėje pastačius minkštą kliūtį. Tuomet reikia pradėti važiuoti jos link saugiu ir kontroliuojamu greičiu, įsitikinus, kad vos prireikus galėsite pats sustabdyti automobilį. Artėjant kliūties link, AEB sistema turėtų ją aptikti ir aktyvuoti automatinį stabdymą, prieš tai pateikdama vaizdinius ar garsinius perspėjimus.
Parkavimo jutiklių sistema
Parkavimo jutikliai yra maži apvalūs prietaisai, montuojami bamperio gale ir priekyje. Jie veikia ultragarsu, skleisdami bangas ir klausydami atgarsio. Pagal atgarsio grįžimo laiką apskaičiuojamas atstumas iki kliūties. Ši sistema palengvina statymą ir manevravimą siaurose vietose, ypač tamsiu paros metu.
Mažiausias kliūties aptikimo atstumas galinių jutiklių atveju yra 22 cm, o priekinių - 15 cm. Parkavimo jutikliai gali laiku įspėti vairuotoją apie priartėjimą ne tik prie didelių, bet ir prie mažų objektų. Tai ypač patogu tamsiu paros metu ar lyjant.
Šie jutikliai turi trūkumų - jie blogai veikia su plonais objektais (pavyzdžiui, stulpeliais), gali suklaidinti lietus ar purvinas paviršius. Tačiau, remiantis kai kurių Vakarų tyrimų ir statistikos biurų nuomone, statymo radarai labai sumažina nemalonių atsitikimų riziką, o automobiliuose, kur sudėtinga matyti jo užpakalinę dalį, ir dideliuose sedanuose toks įrenginys yra būtinas. Sistemos komplektą sudaro garso ir (ar) šviesos LED ar LCD atstumo davikliai, 90-120 laipsnių matymo kampu horizontaliai ir vertikaliai. Užpakalinių jutiklių procesorius paleidžia sistemą, kai įjungiama atbulinė pavara. Judant į priekį ar stojant, sistema išjungiama, kad netrukdytų vairuotojui.
Kiti svarbūs jutikliai automobilyje
Variklio jutikliai
Variklis yra automobilio širdis, o variklio valdymo sistema - tai tarsi kardiologas, kuris nuolat stebi jos būklę. Štai keletas svarbiausių variklio jutiklių:
- Deguonies jutiklis (lambda zondas): Įmontuotas išmetimo sistemoje, matuoja deguonies kiekį išmetamosiose dujose po degimo. Pagal šią informaciją variklio kompiuteris nuolat koreguoja kuro įpurškimą, siekdamas idealaus santykio. Subaru automobiliuose gali būti keli deguonies jutikliai: vienas prieš katalizatorių (lambda zondas 1), kitas - po jo (lambda zondas 2), stebintis katalizatoriaus veikimo efektyvumą.
- Masinio oro srauto jutiklis (MAF): Matuoja, kiek oro įsiurbia variklis. Ši informacija būtina kompiuteriui, kad galėtų tiksliai apskaičiuoti, kiek kuro reikia įpurkšti.
- Kolektoriaus absoliutaus slėgio jutiklis (MAP): Matuoja slėgį įsiurbimo kolektoriuje. Kai akseleratorius stipriai spaudžiamas, droseline sklendė atsidaro plačiau, slėgis kolektoriuje pakyla, ir kompiuteris supranta, kad vairuotojas nori daugiau galios.
- Alkūninio veleno padėties jutiklis: Seka, kaip greitai sukasi variklis ir kokioje padėtyje yra stūmokliai. Be šios informacijos kompiuteris nežinotų, kada tiksliai reikia įpurkšti kurą ir uždegti mišinį.
Temperatūros jutikliai
Temperatūra automobiliui yra kritinis parametras, nes per karštas variklis gali perkaisti ir sugesti.
- Aušinimo skysčio temperatūros jutiklis: Įsuktas į variklio bloką ar radiatorių ir nuolat stebi, ar variklis neperkais. Kai automobilis šaltas, šis jutiklis duoda komandą turtinti kuro mišinį, o kai įšyla - mišinys tampa liesu ir ekonomišku.
- Įsiurbimo oro temperatūros jutiklis: Matuoja, kokios temperatūros oras patenka į variklį. Šiltas oras yra retesnis (mažiau deguonies tūrio vienetui), todėl kompiuteris turi tai kompensuoti.
- Alyvos temperatūros jutiklis: Svarbus ypač sportiniams automobiliams, nes per karšta alyva praranda tepimo savybes.
Saugumo ir stabdymo sistemų jutikliai
- Ratų greičio jutikliai (ABS jutikliai): Matuoja, kaip greitai sukasi kiekvienas ratas. Jie veikia paprastai - šalia sukančio disko su dantukais yra magnetinis jutiklis, kuris generuoja elektros impulsus. Kuo greičiau sukasi ratas, tuo dažnesni impulsai. Ši informacija naudojama ne tik ABS sistemai (kuri neleidžia ratams užsiblokuoti stabdant), bet ir ESP stabilumo kontrolei, traukos kontrolei, net spidometrui.
- Vairo kampo jutiklis: Stebi, kur pasuktas vairas. ESP sistema lygina, kur vairuotojas nori važiuoti (pagal vairo kampą) su tuo, kur realiai važiuoja automobilis (pagal kitus jutiklius).
- Giroskopiniai jutikliai („yaw rate” jutikliai): Matuoja, kaip greitai automobilis sukasi aplink vertikalią ašį.
- Padangų slėgio jutikliai (TPMS): Yra dviejų tipų: tiesioginiai - maži siųstuvai, įmontuoti į kiekvieną ratą, kurie radijo bangomis siunčia informaciją apie slėgį ir temperatūrą padangoje; netiesioginiai - naudojantys ABS ratų greičio jutiklius nustatyti slėgio pokyčiams.
- Stabdžių skysčio slėgio jutikliai: Stebi, ar tinkamai veikia stabdžių sistema.
- Kuro slėgio jutiklis: Ypač svarbus tiesioginio įpurškimo varikliams, kur kuras į cilindrus tiekiamas labai aukštu slėgiu.
Kameros ir radariniai jutikliai
- Radariniai jutikliai: Naudojami pažangesnėms sistemoms - adaptyviam greičio palaikymui, aklosios zonos stebėjimui, automatiniam avariniam stabdymui. Jie veikia panašiai kaip ultragarsiniai, tik naudoja radijo bangas, kurios gali „matyti” daug toliau - net 200 metrų.
- Kameros: Šiuolaikiniuose automobiliuose yra ne tik vaizdui rodyti. Priekinė kamera su vaizdo atpažinimo programine įranga gali „matyti” kelio ženklus, juostas, pėsčiuosius, kitus automobilius.
Jutiklių gedimai ir priežiūra
Jutikliai dirba sunkiomis sąlygomis - temperatūros svyravimai nuo -30 iki +100 laipsnių, vibracija, drėgmė, druska žiemą, purvas. Dažniausiai jutikliai genda ne dėl to, kad sudega jų elektronika, o dėl to, kad užsiteršia jų jutiklinė dalis. Pavyzdžiui, masinio oro srauto jutiklio karštą laidą gali padengti alyvos garai iš karterio vėdinimo sistemos. Lambda zondą gali „nunuodyti” blogos kokybės kuras su priedais.
Kai sugenda jutiklis, automobilio kompiuteris paprastai tai pastebi ir užsidega „Check Engine” lemputė arba kita perspėjimo lemputė. Kompiuteris įsimena klaidų kodą, kurį galima nuskaityti diagnostiniu įrenginiu. Kai kurie jutikliai gali dirbti netiksliai, bet nesugesti visiškai. Pavyzdžiui, aušinimo skysčio temperatūros jutiklis gali rodyti neteisingą temperatūrą - tada variklis dirbs neoptimaliai, nors ir veiks.
Praktiškas patarimas: jei užsidegė perspėjimo lemputė, nevažiuokite ilgai jos nekreipdami dėmesio. Kai kurie gedimai (pavyzdžiui, perkaitęs variklis) gali labai greitai sukelti rimtų pažeidimų. Kiti (pavyzdžiui, sugedęs deguonies jutiklis) tik padidins kuro sąnaudas ir teršalų kiekį, bet automobilis važiuos.
Keičiant atsparumo jutiklį, rekomenduojama naudoti kokybiškas atsargines dalis, kurios atitinka gamintojo specifikacijas. Dažnai rekomenduojama keisti jutiklius poromis (prieš ir po katalizatoriaus), ypač jei automobilis yra didesnio amžiaus. Tinkamai parinkta variklinė alyva, atitinkanti aukščiausius standartus (pvz., "Comline 5W-30 sintetinė 4L" ar "CASTROL EDGE TITANIUM FST 0W30 4L", atitinkančios EURO4, EURO5 reikalavimus ir sukurtos su pažangiomis technologijomis), padeda išlaikyti variklį švarų ir efektyvų, taip prisidedant prie jutiklių ilgaamžiškumo. Taip pat svarbu naudoti alyvas, tinkamas automobiliams su DPF filtrais, pavyzdžiui, "MOTUL 8100 X-CLEAN EFE 5W30 1L".
Jutiklių ateitis
Automobilių jutiklių skaičius ir sudėtingumas tik didės. Autonominiams automobiliams reikia tikros jutiklių armijos - lidarų (lazerinio skenavimo prietaisų), daugybės kamerų, radarų, GPS, giroskopų. Ateityje jutikliai taps dar tikslesni ir patikimesni. Jau dabar kuriami jutikliai, kurie gali nustatyti vairuotojo būseną - ar jis pavargęs, ar dėmesingas. Yra jutiklių, kurie stebi, ar visi keleiviai užsisegę diržus.
Vis daugiau jutiklių duomenų naudojami ne tik automobilio valdymui, bet ir diagnostikai. Automobilis gali pats „suprasti”, kad artėja gedimas (pavyzdžiui, pradeda blogiau veikti koks nors komponentas), ir įspėti vairuotoją iš anksto. Jutikliai keičia ne tik tai, kaip veikia automobiliai, bet ir tai, kaip juos remontuojame. Anksčiau geras mechanikas galėjo diagnozuoti gedimą pagal garsus, kvapus, automobilio elgesį. Dabar be kompiuterio ir diagnostinio įrenginio beveik neįmanoma nieko sutvarkyti.
Svarbiausia - jutikliai daro automobilius saugesnius, ekonomiškesnius ir patogesnius. Dėl jų sumažėjo avarijų, sumažėjo kuro sąnaudos, sumažėjo teršalų išmetimai. Tai technologijos, kurios dirba tyliai fone, bet be kurių šiuolaikinis automobilis būtų neįsivaizduojamas.
Kaip veikia spidometro jutikliai
Spidometro jutikliai paverčia objekto greitį išmatuojamu elektriniu signalu (tokiu kaip įtampa, dažnis ar impulsų skaičius), kuris vėliau elektroniniu būdu apdorojamas, kad būtų galima įvesti adatą arba ekrane parodyti greičio vertę. Jų pagrindinis principas yra pagrįstas elektromagnetine indukcija, Holo efektu, fotoelektriniu efektu arba Doplerio efektu.
1. Elektromagnetinės indukcijos greičio jutiklis
Kaip tai veikia:
Pagal Faradėjaus elektromagnetinės indukcijos dėsnį, kai laidininkai (pavyzdžiui, ritės) juda magnetiniame lauke, nupjaunant magnetinio lauko linijas susidaro indukuota elektrovaros jėga (EMF) (įtampa). Indukcijos EMF dydis yra proporcingas greičiui, kuriuo laidininkas nupjauna magnetinio lauko liniją.
Struktūra:
- Magnetinės šerdys ir ritės: pritvirtintos jutiklio korpuse, kad susidarytų stabilus magnetinis laukas.
- Magnetinė šerdies ašis, sujungta su matuojamu objektu: Kai objektas juda, jis verčia šerdies veleną suktis, todėl ritė nupjauna magnetinio lauko liniją.
- Išvesties signalas: indukuota elektrovaros jėga (įtampa) yra proporcinga greičiui ir nereikalauja išorinio maitinimo šaltinio (pasyvioji konstrukcija).
Taikymas:
- Variklio greičio jutiklis: montuojamas ant varančiosios ašies korpuso arba transmisijos korpuso, kintamosios srovės signalai generuojami sukant magnetinį ratą (rotorių su krumpliaračiais). Signalo amplitudė yra proporcinga greičiui, o dažnis atspindi greitį.
- Vibracijos stebėjimas: Pavyzdžiui, greičio jutiklis SZ-6K stebi vibracijos greitį, amplitudę ir dažnį, kad iš anksto įspėtų apie besisukančių mašinų, tokių kaip siurbliai ir ventiliatoriai, gedimus.
Privalumai ir trūkumai:
- Privalumai: Paprasta struktūra, patikima, žemo dažnio atsakas, nereikia išorinio maitinimo šaltinio.
- Trūkumai: mažas dydis, netinka greičio matavimui; jautrūs temperatūrai, reikalauja kompensavimo grandinės.
2. Holo efekto greičio jutiklis
Kaip tai veikia:
Kai elektros srovė praeina per puslaidininkį (Holo elementą), esantį magnetiniame lauke, ji sukuria įtampos skirtumą (Holo įtampa), statmeną srovės ir magnetinio lauko krypčiai. Keičiantis magnetinio lauko stiprumui, kinta ir Holo įtampa, sukeldama kvadratinių bangų impulsus, proporcingus greičiui.
Struktūra:
- Holo elementas: užtikrina nuolatinę darbinę srovę.
- Trigerio pavara / magnetinio poliaus ratas: keičia magnetinio lauko stiprumą, kai sukasi išmatuota ašis.
- Išvesties signalas: dažnis yra proporcingas greičiui, amplitudė priklauso nuo tolimesnės grandinės formavimo.
Paskirtis:
- Automobilinis alkūninio veleno / skirstomojo veleno padėties jutiklis: suaktyvina uždegimo ir degalų įpurškimo grandines.
- Ratų greičio jutiklis (ABS): aptinka ratų greitį, kad stabdant neužblokuotų.
Privalumai ir trūkumai:
- Privalumai: bekontaktis matavimas, ilgas tarnavimo laikas, greitas atsako greitis, patogus skaitmeninio išvesties signalo apdorojimas.
- Trūkumai: reikalingas išorinis maitinimo šaltinis, reikia įjungti taikinį (pavarą / stulpą).
3. Fotoelektrinio efekto greičio jutiklis
Kaip tai veikia:
Greitis matuojamas šviesos spinduliavimu, blokavimu arba atspindžiu. Šviesos šaltinio (pvz., LED) šviesa apšviečia besisukančio objekto (arba perforuoto/dantyto disko) paviršių, o šviesai jautrus imtuvas (pvz., fotodiodas) aptinka šviesos pokyčius ir sukuria impulsinį signalą.
Konstrukcija:
- Šviesos šaltinis ir imtuvas: išdėstyti vienas priešais kitą (perdavimas) arba toje pačioje pusėje (atspindys).
- Kodinis diskas / atspindintis žymeklis: keičia šviesos kelią sukimosi metu, generuodamas impulsus.
- Išvesties signalas: dažnis yra proporcingas greičiui ir reikalauja tolesnio grandinės apdorojimo.
Paskirtis:
- Servovarikliai, CNC staklės, spausdintuvas ir kiti didelio tikslumo matavimai.
- Optinis pelės greičio matavimas: judėjimo greitis apskaičiuojamas aptikus atspindėtos šviesos pokyčius darbalaukyje.
Privalumai ir trūkumai:
- Privalumai: bekontaktis, didelis tikslumas, greitas reakcijos laikas.
- Trūkumai: jautrus taršai, gali trikdyti aplinkos šviesa, sudėtinga struktūra.
4. Doplerio efekto greičio jutiklis
Kaip tai veikia:
Kai bangos šaltinis juda stebėtojo atžvilgiu, pasikeičia stebėtojo gaunamų bangų dažnis (Doplerio poslinkis). Jutikliai skleidžia elektromagnetines bangas (radaro bangas arba lazerius), kurių dažnis proporcingas objekto greičiui.
Naudojimas:
- Greičio matavimas: Radariniai spidometrai, lazeriniai greičio matuokliai.
- Pramoninis stebėjimas: Metalo lakštų ir popieriaus vielos greičio matavimas.
- Skysčio greičio matavimas: Lazeriniai Doplerio greičio matuokliai (LDV) matuoja skysčio ar dujų srauto greitį.
Privalumai ir trūkumai:
- Privalumai: bekontaktis, ilgo atstumo matavimas, didelis tikslumas.
- Trūkumai: didelė kaina, reikia sutelkti dėmesį į tikslą, kampas turi įtakos matavimo rezultatams (reikia kosinuso kompensuoti).