Датчик угла поворота рулевого колеса является одним из датчиков положения, которые широко используются в электронных системах автомобиля. В отличие от других датчиков датчик угла поворота рулевого колеса определяет угловое перемещение в широком диапазоне (свыше 720° в каждую сторону или четыре полных оборота рулевого колеса). Датчик устанавливается на рулевой колонке между переключателем и рулевым колесом, реже – на рулевом механизме.
Датчик угла поворота рулевого колеса служит для определения угла поворота (относительный угол), направления поворота (абсолютный угол) и угловой скорости рулевого колеса. Перечень функций определяется потребностями конкретной системы автомобиля. Таким образом, с помощью датчика угла поворота рулевого колеса определяется направление движения, которое задает водитель.
Датчик угла поворота рулевого колеса используется в работе нескольких автомобильных систем: курсовой устойчивости,адаптивного круиз-контроля, помощи движению по полосе,электрогидравлического усилителя рулевого управления,электромеханического усилителя рулевого управления, активного рулевого управления, адаптивного освещения, активной подвески.
В качестве датчика угла поворота рулевого колеса используется несколько типов датчиков, построенных на различных физических принципах измерений: потенциометрический, оптический и магниторезистивный.
Потенциометрический датчик угла поворота рулевого колеса
Потенциометрический датчик угла поворота рулевого колеса относится к контактным датчикам. Он включает два потенциометра, закрепленных на рулевой колонке. Один потенциометр смещен относительно другого на 90°, что позволяет определять относительный и абсолютный углы поворота рулевого колеса. Изменение сопротивления потенциометра пропорционально углу поворота рулевого колеса. Ввиду невысокой надежности, связанной с наличием подвижных контактов, потенциометрические датчики в рулевом управлении в настоящее время почти не применяются.
Оптический датчик угла поворота рулевого колеса
Более совершенным сенсорным устройством является бесконтактный оптический датчик угла поворота рулевого колеса. Датчик объединяет кодирующий диск, источники света, светочувствительные элементы, блок определения полных оборотов вращения.
Кодирующий диск жестко закреплен на рулевой колонке. Он имеет два сегментарных кольца – внутреннее и наружное. На внутреннем кольце равномерно по окружности размещены прямоугольные отверстия, на наружном кольце отверстия расположены неравномерно. Конструкция внутреннего кольца позволяет определять величину угла поворота рулевого колеса. С помощью внешнего кольца оценивается направление вращения рулевого колеса в любой момент времени.
Между кольцами расположены источники света – светодиоды. Снаружи колец установлены светочувствительные элементы –фоторезисторы. Количество светодиодов и фоторезисторов различается в зависимости от конструкции датчика. При попадании луча света от светодиода на датчик, в электрической цепи генерируется напряжение, при отключении света – напряжение падает. На основании импульсов напряжения электронный блок управления рассчитывает угол и направление поворота рулевого колеса.
Магниторезистивный датчик угла поворота рулевого колеса
Магниторезистивный датчик угла поворота рулевого колеса является более универсальным устройством, т.к. помимо относительного и абсолютного угла поворота рулевого колеса позволяет определять его угловую скорость. Конструктивно датчик включает два магниторезистивных элемента, закрепленных в корпусе датчика. Магниторезисторы взаимодействуют с двумя подвижными магнитами.
В основе датчика лежат гигантские магниторезисторы (GMR) или анизотропные магниторезисторы (AMR). Каждый из магнитов вращаются посредством зубчатой передачи. Приводные зубчатые колеса имеют различное количество зубьев, отличающееся на единицу. Измерения построены на том, что для каждого положения рулевого колеса существует свое положение магнитов, которое фиксируют магниторезисторы. На основании этого электронный блок управления определяет величину угла поворота, его направление и скорость.