Czujniki prędkości obrotowej kół są ważnym elementem niezbędnym do działania systemów takich jak układ ABS czy ESP. Dane z czujników są istotne także dla systemów kontroli podwozia, asystentów ruszania na wzniesieniu i innych podobnych układów. Zadaniem czujników jest dostarczenie informacji o aktualnej prędkości każdego z kół osobno.
W najprostszym wariancie, sterownik ABS przeciwdziała blokowaniu kół, poprzez zmniejszenie siły hamowania w przypadku zatrzymania koła. W bardziej złożonych systemach ESP sterownik dodatkowo wykrywa utratę przyczepności przy ruszaniu bądź przyspieszaniu oraz wykorzystuje dane z innych czujników (skręt kierownicy, przyspieszenie, obrót pojazdu) do aktywnego przeciwdziałania poślizgowi i utrzymaniu pożądanego toru jazdy.
Jak widzimy, działanie tych niepozornych elementów ma wpływ na bezpieczeństwo jazdy. Wyróżniamy dwa podstawowe warianty czujników ABS: czujniki aktywne oraz czujniki indukcyjne. Różnią się one zarówno budową i działaniem, jak i metodami diagnostyki. Dlatego warto umieć wstępnie rozpoznać rodzaj czujnika.
Czujniki indukcyjne (reluktancyjne, inaczej pasywne lub bierne) pojawiły się jako pierwsze. Element ten ma prostą budowę – składa się z magnesu stanowiącego rdzeń czujnika oraz cewki. Czujnik oraz obracające się koło zębate (pierścień impulsowy) tworzy obwód magnetyczny. Ruch obrotowy pierścienia impulsowego powoduje zmianę pola magnetycznego w cewce. Zmienne pole magnetyczne indukuje w uzwojeniu napięcie przemienne, zbliżone do sinusoidy, które stanowi sygnał wyjściowy z czujnika.
Zaletą czujników indukcyjnych jest prosta budowa oraz to, że nie potrzebują zasilania. Wadą jest fakt, że napięcie wyjściowe zależy od prędkości obrotowej koła, są więc mniej precyzyjne przy mniejszych prędkościach. Ponieważ sterownik ABS reaguje na napięcie powyżej pewnego progu, układ ma pewną minimalną prędkość obrotową, poniżej której nie jest w stanie wykryć ruchu koła. Czujniki te są zwykle większe i cięższe od czujników aktywnych. Współpracują z pierścieniem impulsowym połączonym np. z piastą koła lub półosią. Pierścień może być także elementem tarcz hamulcowych.
Czujniki aktywne (określane też jako czujniki hallotronowe) to elektroniczne układy zintegrowane z czujnikiem pola magnetycznego (może być to czujnik Halla lub magnetorezystancyjny). Same czujniki nie nadają się do współpracy ze sterownikiem, dlatego łączy się je ze zintegrowanym obwodem elektronicznym (najczęściej jest to niewielki układ scalony w obudowie czujnika). Jeśli czujnik ma współpracować ze stalowym pierścieniem impulsowym, wtedy przy czujniku hallotronowym umieszcza się magnes generujący pole magnetyczne. Z kolei magnetorezystancyjne (magnetorezystorowe) czujniki działają we współpracy z wielobiegunowym pierścieniem magnetycznym. Główną przewagą czujników Halla oraz magnetorezystancyjnych jest fakt, że nie wymagają do działania minimalnej prędkości obrotowej koła. Mierzą sygnał praktycznie od ruszenia pojazdu. Wynika to z faktu, że układ czujnika ABS generuje sygnał prostokątny o ustalonych poziomach w zależności od wykrycia pola magnetycznego.
Sam czujnik aktywny nie generuje sygnału – wymaga zasilania ze sterownika. Sposób przekazywania informacji jest znany z rozwiązań przemysłowych – czujnik prędkości obrotowej generuje sygnał prądowy. Jest to wygodne rozwiązanie – jedna para przewodów wystarczy do zasilania czujnika i odbioru danych. Typowy czujnik w stanie nieaktywnym pobiera bazowy prąd (ok. 7mA) który jest dwukrotnie zwiększany (14mA) gdy wyjście czujnika jest aktywne. Wyjście prądowe zwiększa odporność na zakłócenia, ułatwia także diagnostykę po stronie sterownika. Uszkodzony czujnik ABS może zostać wykryty przez sterownik jeśli pobierany prąd będzie nieprawidłowy. Stanie się tak również przy przerwaniu obwodu elektrycznego czujnika.
Klient najczęściej trafia do serwisu po tym gdy zaświeci się kontrolka ABS lub ESP na desce rozdzielczej. Ale awaria czujników ABS objawia się nie tylko poprzez aktywację kontrolki ABS, ale także przez blokowanie kół przy gwałtownym hamowaniu. Czujniki ABS przy tym należą do elementów dość podatnych na uszkodzenia ze względu na umiejscowienie. Bliskość drogi zwiększa ryzyko zabrudzenia, zawilgocenia lub uszkodzeń mechanicznych dotyczących zarówno samego czujnika jak i współpracującego koła impulsowego.
Wstępnie należy sprawdzić bezpieczniki odpowiadające za działanie układu. Ten prosty krok pozwala uniknąć wielu nieporozumień. Warto ocenić stan układu hamulcowego – tarcze hamulcowe i klocki. Najlepiej zbadać funkcjonowanie hamulców na stanowisku rolkowym. Następnie przeprowadzamy skanowanie testerem diagnostycznym w poszukiwaniu błędów systemu ABS.
Badanie układu ABS dobrze rozpocząć od kontroli wzrokowej elementów mechanicznych. Szczególnie zwracajmy uwagę na okablowanie czujników, którego uszkodzenie jest częstym problemem. Nieprawidłowe działanie czujnika ABS może wynikać np. z nadmiernego luzu łożyska koła. Jeśli pierścień impulsowy oddali się zbytnio od czujnika, będzie to powodować nieprawidłowy sygnał.
Metoda postępowania zależy od rodzaju czujnika. Jeśli nie wiemy z jakim czujnikiem mamy do czynienia, możemy zmierzyć jego napięcie zasilania. W tym celu odłączamy czujnik od sterownika i mierzymy napięcie po stronie wtyczki sterownika. Jeśli czujnik nie jest zasilany – mamy do czynienia z czujnikiem indukcyjnym (oczywiście pamiętajmy, że przyczyną może być także przerwany obwód bądź uszkodzony sterownik).
Jeśli korzystamy z testera czujników QST-5, nie musimy ustalać rodzaju czujnika przed pomiarem, tester zrobi to za nas. Wystarczy po rozpięciu wtyczek podłączyć sam czujnik do testera (sposób podłączenia jest dowolny).
Czujnik indukcyjny możemy sprawdzić mierząc jego rezystancję za pomocą multimetru. Wynik powinien być podobny dla kompletu czujników. Możemy teoretycznie zmierzyć jego indukcyjność (czujnik stanowi cewkę), lecz nie każdy uniwersalny przyrząd oferuje taki pomiar, a sama wartość może być duża (rzędu 1H lub więcej).
Jeśli dysponujemy QST-5 możemy zrobić to lepiej – nie tylko poznamy rezystancję i indukcyjność cewki czujnika, ale jednocześnie odczytamy parametry sygnału wyjściowego. Jeśli w trakcie testu zakręcimy kołem to zobaczymy aktualne oraz maksymalne wskazanie amplitudy napięcia oraz częstotliwości. W ten sposób możemy porównać czy czujniki działają podobnie.
Użytkownicy oscyloskopu mają dodatkowo możliwość wizualnego sprawdzenia równomierności generowanych impulsów. Z pomocą oscyloskopu zobaczymy np. jak uszkodzony ząb koła współpracującego z czujnikiem zakłóca sygnał.
W przypadku czujnika aktywnego bez dodatkowych narzędzi niewiele zdziałamy. Możemy co najwyżej zweryfikować napięcie zasilania – patrz wyżej. Takich czujników nie sprawdzimy za pomocą multimetru – po pierwsze i tak nie dowiemy się czy czujnik działa, a jeśli dany miernik wykonuje pomiar pod wyższym napięciem to możemy nawet uszkodzić czujnik.
Czujnik aktywny możemy sprawdzić za pomocą urządzenia QST-5. Możemy nie tylko obserwować sygnał z czujnika, ale również policzyć impulsy przypadające na pełny obrót. W tym celu wystarczy oznaczyć położenie koła i w trakcie testu obrócić go o dokładnie pełen obrót. Liczbę impulsów odczytujemy z ekranu urządzenia.
Użytkownicy oscyloskopu jak zawsze mogą liczyć na najwięcej danych. Trzeba pamiętać, że pomiar czujnika ABS nie dostarczy sygnału o dużej amplitudzie. Oscyloskop podłączamy między jedno z wyjść czujnika a masę sterownika. W ten sposób mierzymy napięcie na wewnętrznym rezystorze w sterowniku. Jest to sposób na pośredni pomiar sygnału, który jest sygnałem prądowym.
W przypadku czujników aktywnych szczególnie ważna jest kondycja pierścienia magnetycznego. Pierścień znajduje się najczęściej na boku łożyska koła. Pamiętajmy, że wizualne badanie pod kątem uszkodzeń niewiele da. Możemy skorzystać z karty testowej do pierścieni magnetycznych, ale najpewniejsze jest zweryfikowanie ilości i regularności impulsów oscyloskopem. Tylko w ten sposób sprawdzimy czy poziom pola magnetycznego jest odpowiedni dla współpracującego czujnika. Pamiętajmy, że pierścień można uszkodzić magnetycznie np. poprzez przechowywanie w pobliżu silnego magnesu.
Warto zdobyć podstawową wiedzę z zakresu czujników ABS, ponieważ ma to konkretny wpływ na pracę w warsztacie. Często nie są to elementy tanie, zwłaszcza gdy są zintegrowane z piastą koła. Lepsza znajomość tematu to więcej trafnych diagnoz i mniej niepotrzebnie wymienionych elementów. Pamiętajmy, że systemy ABS i ESP mają istotny wpływ na bezpieczeństwo jazdy. Wymiana czujnika ABS oraz innych elementów układu powinna odbywać się zgodnie z instrukcją serwisową producenta.
Autor: Inżynier Produktu Piotr Libuszowski
DeltaTech Electronics to polski producent i ekspert w branży automotive, który na bazie ponad 25 lat doświadczenia wyznacza trendy w innowacyjnej diagnostyce samochodowej.
To, co nadaje rytm naszej pracy, to wsłuchiwanie się w potrzeby klientów oraz śledzenie aktualnych problemów, z którymi mierzą się warsztaty samochodowe. Owocem tego jest oferta skrojona idealnie „na miarę” ich oczekiwań.
Cały cykl życia produktów od momentu projektowania rozwiązań, poprzez produkcję, kontrolę jakości i opiekę posprzedażową odbywa się w Firmie. Jakość tego procesu dokumentują liczne nagrody branżowe.
Naszą dumą jest szybkie wsparcie techniczne, polska jakość oraz setki zadowolonych klientów. Firma współpracuje z kluczowymi dystrybutorami w branży motoryzacyjnej.
