Nas últimas décadas, os velocímetros mecânicos dos automóveis foram substituídos por sistemas eletrônicos de medição de velocidade, nos quais os sensores de velocidade desempenham um papel importante.Tudo sobre sensores de velocidade modernos, seus tipos, design e operação, bem como sua correta escolha e substituição - leia neste artigo.
O que é um sensor de velocidade
O sensor de velocidade (sensor de velocidade do veículo, DSA) é um elemento sensível do sistema eletrônico de medição de velocidade do veículo;Um sensor de contato ou sem contato que mede a velocidade angular do eixo na caixa de câmbio ou na caixa de câmbio do eixo motor e transmite os resultados da medição ao controlador de velocidade ou velocímetro do veículo.
Observação: o artigo discute apenas o DSA para medir a velocidade de um carro.Sobre sensores de velocidade das rodas operando como parte de sistemas de segurança ativa (ABS e outros), descritos em outros artigos do nosso site.
Os sensores de velocidade podem fazer parte de vários sistemas de um veículo moderno:
● Velocímetro - para medir e indicar a velocidade atual do movimento e a distância percorrida (através de hodômetro);
● Injeção, ignição e outros sistemas do motor - para corrigir os modos de funcionamento da unidade de potência, dependendo da velocidade do carro e suas alterações (durante aceleração e frenagem);
● Sistemas activos de segurança e alarme – para corrigir a velocidade e trajectória da viatura nos vários modos, alertar para situações potencialmente perigosas, etc.;
● Em alguns carros - direção hidráulica e sistemas de conforto.
O DSA, assim como o acionamento por cabo tradicional do velocímetro, é montado na caixa de câmbio, caixa de transferência ou caixa de câmbio do eixo motor, rastreando a velocidade angular do eixo secundário ou intermediário.As informações recebidas do sensor na forma de sinais elétricos são enviadas ao controlador de velocidade ou diretamente ao velocímetro.As características dos sinais gerados e os métodos de conexão/integração dos sensores com a eletrônica do veículo dependem de seus tipos, design e princípio de operação.Isso precisa ser descrito com mais detalhes.
Funcionalidade, tipos, design e princípio de funcionamento dos sensores de velocidade
Os sensores de velocidade, independentemente do tipo e design, geram sinais que podem ser enviados diretamente ao velocímetro ou ao controlador do motor e unidades de controle eletrônico associadas.No primeiro caso, o sensor é utilizado apenas para determinar visualmente a velocidade do veículo.No segundo caso, os dados são utilizados pela eletrônica automotiva para controlar o motor e outros sistemas, e o sinal para o velocímetro é alimentado pelo controlador.Nos veículos modernos, o segundo método de conexão é cada vez mais utilizado.
Medir a velocidade com DSA é bastante simples.O sensor gera um sinal de pulso (geralmente de formato retangular), no qual a taxa de repetição do pulso depende da velocidade de rotação do eixo e, consequentemente, da velocidade do carro.A maioria dos sensores modernos produz de 2.000 a 25.000 pulsos por quilômetro, mas o padrão mais comumente usado é 6.000 pulsos por quilômetro (para sensores de contato - 6 pulsos por rotação de seu rotor).Assim, a medição da velocidade se reduz ao cálculo pelo controlador da taxa de repetição dos pulsos provenientes do DSA por unidade de tempo, sendo a tradução desse valor em km/h compreensível para nós.
Os sensores de velocidade são divididos em dois grandes grupos:
● Acionado diretamente pelo eixo ou contato;
● Sem contato.
Instalando um sensor de velocidade de contato na caixa de engrenagens
O primeiro grupo inclui sensores aos quais o torque do eixo da caixa de engrenagens, eixo ou caixa de transferência é transmitido por meio de uma engrenagem motriz e um cabo de aço flexível (ou um eixo rígido curto).O sensor fornece um dispositivo que lê a rotação angular do eixo e a converte em impulsos elétricos.Sensores deste tipo são amplamente utilizados, pois podem ser instalados no lugar do acionamento de um velocímetro mecânico (que permite atualizar veículos antigos sem nenhum custo extra) e são altamente confiáveis.
Mostrador mestre do sensor de velocidade sem contato
O segundo grupo inclui sensores que não têm contato direto com o eixo rotativo.Para medir a velocidade de tais sensores, um dispositivo auxiliar é instalado no eixo - um disco mestre ou rotor.Dispositivos sem contato estão se tornando cada vez mais populares e são instalados em muitos modelos atuais de carros nacionais.
Todos os sensores operam com princípios físicos diferentes.Em dispositivos de contato, o efeito Hall e o efeito magnetorresistivo (MRE), bem como os optoacopladores (pares optoeletrônicos), são os mais utilizados.No cerne dos sensores sem contato, o efeito Hall é mais amplamente utilizado, e muito menos frequentemente o MRE.O projeto e o princípio de operação de cada tipo de sensor são descritos abaixo.
Sensores de contato baseados no efeito Hall
Sensores deste tipo são baseados no efeito Hall: se um condutor plano, por dois lados opostos pelos quais passa uma corrente contínua, é colocado em um campo magnético, então surge uma tensão elétrica em seus outros lados opostos.No coração do DSA está um chip Hall, no qual um wafer (geralmente feito de permalloy) e um circuito amplificador já estão integrados.Nos sensores, o microcircuito e o ímã permanecem estacionários, e a mudança no campo magnético é realizada por meio de uma “cortina” giratória - um anel com ranhuras.O anel é conectado a um cabo ou eixo de acionamento, do qual recebe rotação.O sinal de saída do DSA é enviado ao velocímetro ou controlador através de um conector padrão, através do qual a energia é fornecida ao chip Hall.
Sensores sem contato baseados no efeito Hall
O DSA sem contato é baseado no mesmo efeito, mas não há partes móveis nele - em vez disso, um rotor ou disco de pulso com seções magnetizadas está localizado no eixo da unidade (caixa de engrenagens, caixa de engrenagens do eixo).Existe um pequeno vão entre a parte sensível do sensor (com chip Hall) e o rotor, quando o rotor gira, um sinal de pulso é gerado no microcircuito, que é enviado ao controlador através de um conector padrão.
Esquema de operação de um sensor de velocidade sem contato
Sensores de contato baseados no efeito magnetorresistivo
Projeto do sensor de velocidade com elemento magnetorresistivo
Este tipo de DSA é baseado no efeito magnetorresistivo – propriedade de alguns materiais de alterar sua resistência elétrica quando colocados em um campo magnético.Esses sensores são semelhantes aos sensores Hall, mas utilizam chips com elemento magnetorresistivo integrado (MRE) baseado em materiais semicondutores.Na maioria das vezes, esses sensores possuem acionamento direto, a mudança no campo magnético é realizada girando o ímã multipolar em anel, o sinal gerado é fornecido ao controlador através de um conector padrão (através do qual a fonte de alimentação do microcircuito com MRE é fornecido).
Sensores de contato optoeletrônicos
Esses DSAs são os mais simples em design, mas são menos sensíveis e mais inerciais do que os descritos acima.O sensor é baseado em um optoacoplador - um LED e um fototransistor, entre os quais existe um disco com ranhuras conectadas ao eixo de transmissão.Quando o disco gira, o fluxo luminoso entre o LED e o fototransistor é interrompido periodicamente, essas interrupções são amplificadas e enviadas ao controlador na forma de um sinal de pulso.
Projeto do sensor de velocidade optoeletrônico
Como escolher e substituir o sensor de velocidade certo
Um sensor de velocidade defeituoso em um veículo moderno pode ser uma fonte de vários problemas - desde a perda de dados sobre a velocidade do movimento e a distância percorrida (o velocímetro e o hodômetro param de funcionar) até a interrupção da unidade de potência (marcha lenta instável, aumento do consumo de combustível, perda de potência), direção hidráulica e sistemas de segurança.Portanto, se o DSA quebrar, ele deverá ser substituído o mais rápido possível.
Para a troca, deve-se levar apenas o sensor que estava no carro anteriormente, ou utilizar dispositivos dentre os recomendados pela montadora.Em alguns casos, é possível selecionar um DSA “não nativo”, mas na maioria das vezes isso é impossível - o sensor não se encaixa ou fornece leituras incorretas durante a instalação.Portanto, experimentos com seleção de DSA devem ser utilizados apenas em casos extremos.
A substituição do sensor é realizada de acordo com as instruções deste veículo específico (ou caixa de câmbio, eixo ou caixa de transferência).Os DSAs de acionamento direto geralmente possuem rosca e hexágono prontos para uso (mas nem sempre - alguns produtos possuem um anel com ondulação transversal), portanto, substituí-los se resume a desparafusar o dispositivo antigo e aparafusar um novo.Os sensores sem contato são geralmente fixados com um ou dois parafusos (pernos) rosqueados através de um orifício no flange.Em todos os casos, todo trabalho deve ser realizado com o terminal retirado da bateria, antes de desmontar o sensor é necessário desconectar o conector elétrico, e antes de instalar um novo, limpar o local de sua instalação.
É mais difícil substituir o rotor dos sensores sem contato - para isso é necessário desmontar parcialmente a unidade (caixa, ponte) e depois realizar os reparos de acordo com as instruções.
Com a correta seleção e substituição do sensor de velocidade, o velocímetro e diversos sistemas do carro (incluindo o motor) começam a funcionar imediatamente.No futuro, a DSA garantirá uma operação segura e confortável do veículo.
Horário da postagem: 12 de julho de 2023