Câu 1: Trình bày định nghĩa, ứng dụng và phân loại cảm biến trên ô tô? Định nghĩa: Ô tô ngày nay được trang bị một số lượng lớn các cảm biến. Chúng được coi như là một tập hợp thống nhất của các cảm biến. Các cảm biến này biến đổi các đại lượng hóa lý thành các đại lượng điện cần thiết cho các ECU trên ô tô thực hiện việc điều khiển động cơ, điều khiển hệ thống an toàn, tiện nghi. Cảm biến có nghĩa là thăm dò và chuyển đổi giá trị.
Nó chuyển đổi dạng đại lượng hóa lý (đại lượng không điện) gọi là đầu vào ϕ cùng với yếu tố gây nhiễu 𝑌 thành đại lượng đầu ra E – một đại lượng điện như: điện áp, dòng điện, tần số, xung… Cảm biến cũng có thể có chức năng xử lý tín hiệu hoặc không. Ứng dụng của cảm biến: Cảm biến và cơ cấu chấp hành hình thành lên giao điện của ô tô và các tính năng phức họp như lái, phanh, khung vỏ… cũng như chức năng dẫn hướng và định vị. Các tín hiệu phải được xử lí bởi mạch xử lí tín hiệu để đưa về dạng tiêu chuẩn yêu cầu bởi ECU.1: Cảm biến trên ô tô Các mạch xử lý tín hiệu này được chế tạo riêng cho từng cảm biến cụ thể và tương thích với 1 chiếc ô tô cụ thể. Bộ xử lý của ô tô sẽ xử lý phức hợp các tín hiệu này với các tín hiệu từ ECU liên kết và việc điều khiển của người lái.
Bộ phận hiển thị thông tin cho người lái các trạng thái hoạt động trong toàn bộ quá trình. Dưới đây là hệ thống điện tử trên ô tô hiện tại. Và nó còn tang nhanh chóng trong các năm tới đây.2: Hệ thống điện tử trên ô tô Các cảm biến trên ô tô có thể được phân chia thành 3 kiểu: + Kiểu chỉ thị/hành động + Kiểu tín hiệu liên tục + Kiểu tín hiệu dạng xung Phân loại cảm biến: Kiểu chỉ thị/hành động: Các cảm biến trong kiểu này lại có thể phân chia theo hai nhóm: + Nhóm cảm biến có chức năng phát hiện trạng thái đóng/mở. + Nhóm cảm biến về an toàn hay chống trộm.
+ Nhóm cảm biến theo dõi nhiên liệu, độ mòn hay thông tin về người lái/hành khách. Kiểu tín hiệu liên tục: Kiểu này có thể phân chia thành các nhóm sau: + Tín hiệu liên tục, tuyến tính: Nhóm này rất thích hợp cho dải đo rộng. + Tín hiệu liên tục, không tuyến tính: Nhóm này thường sử dụng cho phạm vi hẹp(tỉ lệ hòa khí, độ võng lò xo,….) + Tín hiệu không liên tục, dạng 2 bậc, nhiều bậc: Dùng để theo dõi giá trị giới hạn.3:Tín hiệu liên tục Kiểu tín hiệu dạng xung: + Tín hiệu tương tự: Dòng điện, điện áp, tần số, tỷ lệ thường trực trung. + Tín hiệu rời rạc: Tín hiệu số (mã nhị phân),… Hình 1.4: Tín hiệu dạng xung Câu 2: Nêu đặc điểm chung của cảm biến vị trí và phân tích các loại cảm biến vị trí ứng dụng trên ô tô? 2.
Cảm biến vị trí bướm ga Hình 1. Bướm ga 3 Vị trí: lắp ở trên trục bướm ga (cổ họng gió) Chức năng: Để xác định định độ mở của bướm ga, giúp điều chỉnh lượng phun nhiên liệu chính xác theo độ mở của bướm ga. Trên các dòng xe ô tô sử dụng hộp số tự động, vị trí bướm ga là thông số quan trọng để kiểm soát quá trình chuyển số. Phân loại: + Loại công tắc (tiếp điểm) + Loại biến trở (loại tuyến tính) + Loại Hall Các tín hiệu: -Tín hiệu không tải (IDL) dùng để điều khiển phun nhiên liệu khi động cơ họt động ở chế độ cầm chừng cũng như hiệu chirng thời điểm đánh lửa -Tín hiệu toàn tải (PSW) dung để tăng lượng xăng phun ở chế độ toàn tải để tăng công suất động cơ Nguyên lí hoạt động: Chuyển đổi vị trí góc mở bướm ga thành tín hiệu điện áp để gửi về ECU 2.
Cảm biến bàn đạp chân ga Hình 1. Bàn đạp chân ga Vị trí: được đặt ở chỗ cuối cùng của bàn đạp chân ga Chức năng: là bộ phận giúp đo vị trí và độ mở bàn đạp ga khi người lái nhấn vào bàn đạp xe. Qua đó, cảm biến bàn đạp sẽ gửi tín hiệu về ECU để điều khiển mô tơ bướm ga cho động cơ tăng tốc theo mong muốn của người điều khiển. Phân loại: + Cảm biến chân ga loại tuyến tính + Cảm biến chân ga loại Hall 4 Nguyên lí hoạt động: Cảm biến làm việc dựa trên nguyên lý chiết áp.
Bản thân cảm biến là 1 máy đo như sự tăng vòng tua và tăng điện áp. Cảm biến mức nhiên liệu Hình 1. Cảm biến mức nhiên liệu Vị trí: Được lắp đặt trong các bình chứa nhiên liệu của phương tiện Chức năng: là một trong các cảm biến có chức năng nhận biết vị trí,cho biết lượng nhiên liệu đang có trong bình chứa Nguyên lí hoat động: Sử dụng một hệ thống phao, con trượt có gắn điện trở. Khi phao dịch chuyển,biến chuyển động lên xuống của phao thành tín hiệu điện áp( điện trở thay đổi), báo cho bộ xử lý 2.
Cảm biến góc đánh lái Hình 1. Cảm biến góc lái Vị trí: bên dưới núm còi trên vô lăng Chức năng: ghi lại góc xoay của vô lăng, sau đó gửi tín hiệu về ECU để hệ thống nhận biết người lái đang muốn di chuyển xe về hướng nào 5 Nguyên lí hoạt động: sử dụng các điện áp khác nhau để thu được thông tin về góc và hướng quay, sau đó gửi tín hiệu này đến ECU để hệ thống nhận biết người điều khiển đang muốn xe di chuyển theo hướng nào. Lúc này, ECU sẽ sử dụng thuật toán để khớp vô lăng với bánh xe nhằm đảm bảo góc lái và hướng đi chính xác. Cảm biến độ cao thân xe Vị trí: Lắp ở đầu xe Chức năng: Điều khiển khoảng sang gầm xe,điều khiển độ cứng của các phần tử đàn hồi phù hợp với các tình huống Phân loại: + Cảm biến loại Hall + Cảm biến loại biến trở Hình 1.9 Cảm biến độ cao thân xe Nguyên lí hoạt động: Phát hiện độ cao thân xe trong việc điều khiển khoảng sang gầm xe để tăng độ ổn định ở tốc độ cao, đồng thời phát hiện sự nảy đuôi xe hoặc đầu xe để giúp hệ thống treo điện tử có điều khiển độ cứng của các phần tử đàn hồi phù hợp sao cho xe ổn định khi tăng tốc ,phanh gấp.
Cảm biến khoảng cách Hình 2. Cảm biến khoảng cách Vị trí: Đuôi xe Chức năng: Xác định khoảng cách từ ô tô tới các chướng ngại vật và thăm dò khoảng cách an toàn phía trước và phía sau ô tô kgi ra chuồng Nguyên lí hoạt động: dựa trên nguyên lí xung phản hồi. Nhận xung điều khiển từ ECU, trong thời gian 300 micro giây, mạch điều khiển của cảm biến kích hoạt màng nhôm bằng 1 xung vuông ở tần số cộng hưởng và khiến nó sinh ra song siêu âm. Xung 6 phản hồi từ vật cản sẽ đập trở lại màng nhôm và được truyền trở lại mạch tạo rung động.
Câu 3: Nêu đặc điểm trung của cảm biến vị trí và phân tích các loại cảm biến tốc độ ứng dụng trên oto? Cảm biến vị trí được biết đến là thiết bị được sử dụng để đo khoảng cách di chuyển của vật tham chiếu. Cảm biến sẽ xác định khoảng cách bằng 2 cách phổ biến. Đó là đo vị trí tuyến tính và đo góc trong tham chiếu đến điểm cố định. Cảm biến cũng sẽ phát hiện được vật thể có mặt hay vắng mặt.
Các loại cảm biến vị trí Cảm biến vị trí sử dụng các nguyên tắc cảm biến khác nhau để cảm nhận sự dịch chuyển của cơ thể. Tùy thuộc vào các nguyên tắc cảm biến khác nhau được sử dụng cho cảm biến vị trí, chúng có thể được phân loại như sau: Cảm biến vị trí đo điện thế Cảm biến vị trí đo điện thế được vận hành dựa trên nguyên tắc hiệu ứng điện trở. Một rãnh điện trở hoạt động như một yếu tố cảm biến, và một cái gạt nước được gắn vào cơ thể hoặc một phần của cơ thể có độ dịch chuyển cần đo. Cần gạt nước cũng tiếp xúc với đường đua.
Chuyển động của cần gạt làm thay đổi lực cản giữa một đầu của rãnh và gạt nước. Do đó, điện trở trở thành một chức năng của vị trí gạt nước và sự thay đổi điện trở trên mỗi đơn vị thay đổi ở vị trí cần gạt là tuyến tính. Theo dõi dẫn điện có thể được thực hiện tuyến tính hoặc góc tùy theo yêu cầu. Các bài hát được làm từ carbon, dây điện trở hoặc vật liệu piezoresistive.
Ưu điểm chính của cảm biến này là dễ sử dụng. Cảm biến vị trí điện dung Cảm biến vị trí điện dung được vận hành theo hai cấu hình sau: Bằng cách thay đổi hằng số điện môi – Trong cấu hình này, một vật thể có độ dịch chuyển cần đo được kết nối với vật liệu điện môi giữa các bản. Hằng số điện môi hiệu dụng giữa các bản trong quá trình chuyển động của cơ thể là kết quả của hằng số điện môi do không khí và vật liệu điện môi. Bằng cách thay đổi vùng chồng lấp – Trong cấu hình này, một thân được kết nối với một trong các tấm và tấm kia vẫn được cố định.
Vùng chồng lấp giữa các bản thay đổi theo chuyển động của cơ thể và khu vực chồng chéo thay đổi dẫn đến thay đổi điện dung giữa các bản. Cảm biến vị trí từ tính Cảm biến vị trí từ tính chủ yếu bao gồm các thành phần như nam châm vị trí, cảm biến vị trí từ tính đo khoảng cách giữa đầu đầu của thanh cảm biến và nam châm vị trí, mô- đun điện tử và ống dẫn sóng. 7 Một xung hiện tại được truyền xuống ống dẫn sóng từ mô-đun điện tử. Từ trường được tạo ra bởi xung hiện tại tương tác với từ trường từ nam châm vị trí do đó tạo ra sóng âm hoặc sóng biến dạng xoắn trong ống dẫn sóng.
Sóng căng truyền đến đầu cuối nơi thiết bị đón nhận cảm nhận được sự xuất hiện của nó. Sự khác biệt về thời gian giữa việc tạo ra xung thẩm vấn và sự xuất hiện của sóng biến dạng cho biết vị trí của nam châm vị trí. Cảm biến vị trí dựa trên hiện tại Khi một dòng điện xoay chiều được đặt vào cuộn dây, một từ trường chính được tạo ra dẫn đến sự hình thành dòng điện xoáy trong vật liệu dẫn điện. Ngược lại, dòng điện xoáy tạo ra trường thứ cấp có hiệu ứng trở kháng cuộn dây.
Sự hiện diện hay vắng mặt của vật liệu dẫn điện làm thay đổi trường thứ cấp và trở kháng cuộn dây.
