Датчик угла поворота руля – устройство и функции
Наверное, многие водители слышали о датчике угла поворота руля или датчике положения руля, но мало кто осознает всю важность этого элемента рулевого управления. Вот вы знали, что от состояния датчика зависит работа всего электроусилителя руля?
Техническая информация о датчике
Датчик угла поворота руля – элемент ЭУРа (ЭГУРа), который определяет положение руля в диапазоне 720⁰ в каждую сторону. Чаще всего датчик стоит на рулевой электро колонке под рулем, реже – на валу распределителя рулевой рейки или над травмобезопасным валом колонки.
Датчик угла поворота руля для Mercedes-Benz E-Class
Что измеряет датчик:
- угол поворота руля;
- направление поворота;
- угловую скорость.
Датчик связан с блоком управления электроусилителя, который, исходя из полученных данных, корректирует работу электромотора усилителя. Исправный датчик гарантирует высокую точностью работы электроусилителя.
Помимо ЭУРа и ЭГУРа, датчик угла поворота руля может быть связан с системами:
- курсовой устойчивости;
- адаптивного круиз-контроля;
- помощи движения в полосе;
- адаптивного освещения;
- активного рулевого управления;
- активной подвески.
Виды датчиков
Существует три вида датчиков угла поворота руля, которые отличаются по принципам работы и конструкции:
- потенциометрические;
- оптические;
- магниторезистивные.
Потенциометрический датчик относится к группе контактных датчиков. Узел состоит из двух потенциометров, которые установлены на рулевой колонке. Чтобы потенциометры правильно измеряли относительные и абсолютные углы поворотов руля, один из потенциометров смещен относительно второго на 90⁰.
Как работает такой датчик? Все очень просто – чем больше угол поворота руля, тем выше сопротивление на потенциометре. Сопротивление растет пропорционально углу поворота.
Главное преимущество потенциометрического датчика – простая конструкция, а главный недостаток – низкая надежность. В современных автомобилях данный вид датчиков встречается крайне редко.
Оптический датчик – более совершенный вариант сенсорного устройства. Узел состоит из кодирующего диска, светодиодов, фоторезисторов и блока определения полных оборотов вращения.
Оптический датчик угла поворота руля
Кодирующий диск прикреплен к валу рулевой колонки и состоит из внутреннего и внешнего сегментных колец. На внутреннем кольце равномерно расположены несколько отверстий, а на внешнем кольце отверстия расположены неравномерно. Устройство внутреннего сегментного кольца позволяет определить угол поворота руля, а с помощью внешнего кольца датчик определяет направление поворота руля.
Между кольцами стоят светодиоды, а с наружной части колец установлены фоторезисторы. Количество источников света и фоторезисторов зависит от модели датчика.
Как работает оптический датчик :
- когда водитель поворачивает руль, свет от светодиодов попадает на фоторезисторы и в электрической цепи генерируется напряжение;
- электронный блок управления считывает данные по импульсам напряжения и рассчитывает угол и направления поворота руля.
Оптические датчики встречаются чаще, чем потенциометрические.
В большинстве современных электроусилителей используют магниторезистивные датчики. Магниторезистивный датчик измеряет угол и направления поворота руля, а также определяет угловую скорость, с которой вы поворачиваете руль. Поэтому блок управления более точно определяет и задает скорость работы электромотора усилителя.
Конструкция магниторезистивного датчика:
- корпус;
- магниторезисторы;
- подвижные магниты.
Центральные элементы датчика – гигантские магниторезисторы (GMR) или их аналоги, анизотропные магниторезисторы (AMR). Подвижные магниты вращаются за счет зубчатой передачи, причем каждое следующее приводное колесо имеет зубьев на один больше, чем предыдущее.
Магниторезистивный датчик угла поворота руля
Как работает магниторезистивный датчик? ля каждого положения руля существует определенное положение подвижных магнитов. Магниторезисторы определяют положение магнитов, после чего блок управления на основании полученных данных рассчитывает угол, направление и угловую скорость поворота руля.
Магниторезистивные датчики самые современные и надежные из всех описанных.
Причины и признаки неисправностей датчика
Датчик угла поворота – электромеханический узел. Соответственно, его слабые места – металлические элементы и проводка. Например, если лопнул защитный пыльник на валу распределителя, вал начнет ржаветь и если вовремя не устранить проблему, коррозия постепенно доберется и до датчика. Также если датчик стоит на рулевой рейке и на него попала влага и грязь, элементы электрической цепи могут выйти из строя и датчик перестанет работать или будет неправильно определять угол, направления и скорость поворота руля.
Датчик угла поворота руля – точный и хрупкий элемент. Его показания сбиваются, если смещен физический ноль, нарушена геометрия подвески, отключился аккумулятор. Признаки неисправностей датчика положения руля:
- желтый (ошибка в работе) или красный (полное отключение усилителя) индикаторы на приборной панели. Внешне индикатор выглядит как руль;
- руль вращается туго, рывками, проваливается, дергается из стороны в сторону;
- колеса с запозданием откликаются на повороты руля, автомобиль ведет в сторону.
Датчик, установленный на рулевой колонке
Что делать, если возникла проблема в работе датчика угла поворота руля? Вариант только один – ехать на специализированное СТО по ремонту рулевого управления. Только опытный мастер с подходящим оборудованием и инструментами, найдет причину неисправности рулевой колонки и устранит ее без серьезных последствий для всего рулевого управления.
steering.com.ua
Датчик угла поворота рулевого колеса (ESP)
Steering angle sensor – датчик угла поворота рулевого колеса. Необходим системе ESP для определения направления движения автомобиля заданного водителем. После этого блок управления ESP сравнивает показания с акселерометром и определяет находится ли машина в заносе. Если это так, то она выравнивает траекторию авто путем притормаживания одного или нескольких колес.Позже я постараюсь подробнее рассказать о процедуре адаптации для различных авто.
Недавно мне в руки попал неработающий датчик и я решил его разобрать с целью, так сказать, практического ознакомления с его устройством. Рабочий датчик разбирать стремно (и дорого 🙂 ) . Датчик от автомобиля Mercedes-Benz e210 с объемом двигателя 3.2 литра.
Итак, фото в студию! :
1 – корпус, 2 – сам датчик. 
Обратная сторона. 
1 – светодиод, 2 – фотоэлемент, 3 – контроллер, 4 – канавка. 
1 – шлейф, 2 – датчик, 3 – фишка подушки безопасности, 4 – бортик с прорезями разной длинны(плохо видно, пришлось выделить). 
1 – номер датчика (его необходимо указывать при заказе нового датчика). 
Принцип работы датчика достаточно прост. Имеется канавка. С одной ее стороны светодиоды, с другой – фотоэлементы. По канавке “бегает” бортик с прорезями (он является частью корпуса шлейфа). Контроллер анализирует сигналы с фотоэлементов и выдает блоку ESP угол с точностью до десятых долей.
На фишке датчика имеем 4 пина. На один приходит плюс, на другой масса (минус), и еще два пина на нижний и верхний CAN. По “кану” датчик и отдает сигнал на блок ESP.
В следующих статьях я расскажу о процедуре адаптации датчика в различных моделях авто. А также, если получится, отыщу в залежах хлама акселерометр и тоже его разберу (естественно с фото и описанием).
До скорых встреч!
under-hood.blogspot.com
Датчик положения рулевого колеса | Автомобильное
Датчик положения рулевого колеса вырабатывает сигналы, пропорциональные углу и направлению поворота рулевого колеса. Хотя существуют различные аналоговые датчики, ниже мы опишем датчик цифрового типа, использующий так называемый фотопрерыватель.
Фотопрерыватель представляет собой полупроводниковый прибор, содержащий пару из светоизлучающего диода и фототранзистора. В зависимости от наличия или отсутствия излучения светодиода фототранзистор открыт или закрыт.
Рис. Датчик положения рулевого колеса: 1 — диск рулевого управления; 2 — корпус датчика; 3 — фотопрерыватель; 4 — прорези.
Датчик положения рулевого колеса содержит, как показано на рисунке, фотопрерыватель и диск с прорезями, который помещается между светодиодом и фототранзистором фотопрерывателя. Фотопрерыватель устанавливается на рулевой колонке, а диск — на валу рулевого колеса. При повороте рулевого колеса диск вращается, и фототранзистор попеременно открывается и закрывается (переходит в состояние пропускания тока или отсечки). В результате появляется цифровой сигнал, содержащий информацию об угле поворота рулевого колеса. Однако при использовании только одного фотопрерывателя сигналы поворота влево и вправо оказываются одинаковыми, поэтому для обнаружения направления необходимы два фотопрерывателя. Направление определяется при этом по разности фаз сигналов фотопрерывателей. На рисунке показаны электрическая схема датчика и формы сигналов на выводах S1 и S2 схемы. Описанный датчик имеет 20 прорезей, что соответствует углу в 18′.
Рис. Схема датчика положения рулевого колеса и его сигналы
ustroistvo-avtomobilya.ru
Датчик угла поворота рулевого колеса автомобиля
Применение
Электронная программа стабилизации (ESP) должна вести автомобиль по заданному водителем курсу с целенаправленным воздействием на тормоз. Для этого в приборе управления заданный угол поворота рулевого колеса и заданное приводное усилие, прикладываемое к тормозной колодке, сопоставляется с фактическим поворотом, скоростью автомобиля и при необходимости отдельные колеса притормаживаются.
Для определения значения угла поворота рулевого колеса в принципе подходят все виды угловых датчиков. Но для обеспечения безопасности подходят модели, которые либо легко проверяются на правильность функционирования, либо — в идеальном случае — могут выполнять самопроверку. Используются потенциометры, оптические кодовые определители и магнитнорезистивные датчики.
В большинстве используемых датчиков требуется, прежде всего, постоянная регистрация и сохранение текущих данных о повороте рулевого колеса, поскольку ходовые угловые датчики могут осуществ- лять измерения не больше 360°, а рулевое колесо легкового автомобиля имеет угловой диапазон ±720° (четыре оборота).
| Рисунок № 1 Анизотропный магнитнорезистивный датчик угла поворота рулевого колеса LWS3 (принцип) | |
 |
|
Конструкция и принцип действия
Датчик угла поворота рулевого колеса с анизотропным магниторезистивным элементом
Датчик угла поворота рулевого колеса LWS3 работает с «анизотропными магниторезистивными датчиками» (АМР), электрическое сопротивление которых изменяется из-за направления внешнего магнитного поля. Информация об угле в диапазоне четырех полных оборотов формируется путем измерения угла поворота двух зубчатых колес, которые приводятся в действие зубчатым колесо расположенным на рулевом валу. Оба зубчатых колеса различаются на один зуб, за счет этого для каждого варианта положения рулевого колеса существует однозначная пара параметров угла.
| Рисунок № 2 AMR-датчик угла поворота рулевого колеса LWS3 (конструкция) |
 |
Благодаря математическому алгоритму (процесс вычислений по определенной схеме), рассчитывается угол поворота рулевого колеса, при этом можно корректировать точность измерений обоих анизотропных магниторезистивных датчиков. Дополнительно имеется возможность самоконтроля, когда через выход CAN можно передавать очень достоверный параметр измерения на прибор управления.
На рис. 1 схематично изображена конструкция датчика угла поворота рулевого колеса LWS3. На нем видны оба зубчатых колеса, в которые вставлены магниты. Над ними расположены датчики и электроника, обрабатывающая данные.
Другая модель — датчик угла поворота рулевого колеса LWS4, который четко измеряет угол поворота рулевого колеса на 180°. Он устанавливается на конце вала оси рулевого колеса (рис. 3).
Датчик угла поворота рулевого колеса с ГМР-элементом
Датчик LWS5 является первым датчиком угла поворота рулевого колеса, принцип работы которого основан на ГМР-эффекте (гигантский магниторезистивный эффект). Механическая конструкция и принцип действия заимствованы от LWS3. Модели LWS3 и LWS5 совместимы механически и электрически.
| Рисунок № 3 Анизотропный магниторезистивный датчик угла поворота рулевого колеса LWS4 для установки на конце вала управляемого моста | |
 |
|
Гигантские магниторезистивные слои наносятся на планаризированную поверхность схемы обработки данных (вертикальная интеграция). ГМР-мост для измерения сопротивлений и схема обработки данных соединены друг с другом с помощью монтажных соединений. Эти короткие соединения увеличивают устойчивость датчика к внешним помехам.
Оба ГМР-элемента измеряют направление линий поля обоих магнитов. В микропроцессоре по этим результатом рассчитывается угол поворота. Коммуникация между сенсорным элементом и микропроцессором осуществляется через цифровой интерфейс (СП-интерфейс). Рассчитанный параметр угла поворота передается микропроцессором по CAN шине.
Из-за высокой чувствительности — по сравнению с AMP-эффектом (анизотропным магниторезистивным) — датчик LWS5 может работать с менее мощным магнитом и большим воздушным зазором. Это значительно сокращает затраты на материал и дизайн. Угловой диапазон в 360° отдельного ГМР-элемента (для АМР типичным является диапазон 180°) позволяет в модели LWS5 использовать зубчатые кольца меньшего размера. Поэтому ему необходимо значительно меньшее монтажное пространство, по сравнению с моделью LWS3. Кроме того, он дает большой диапазон масштабирования, который отражает диапазон измерений (от ±90° до ±780°) и в градусах дублирования. За счет этого достигается возможность приведения датчика в соответствие со специфическими требованиями различных производителей автомобилей.
sto-universal.org.ua
Снятие и ремонт рулевого колеса
Здравствуйте, уважаемые автолюбители! Скажите, если бы в салоне автомобиля стояло управление, как в танке – рычажное, вы бы чувствовали и называли бы себя полноправным водителем. Скорее всего, нет.
А, коль скоро рулевое управление автомобиля является той системой, без которой мы в полной мере не ощущаем себя водителями, то на повестке дня: ремонт рулевого колеса.
Любовь водителя к рулю отложена у нас на подсознательном уровне. Вы можете поулыбаться, но даже в «сонниках» написано: если вы видите, что кто-то отломал руль на вашем авто, значит, что вы находитесь в полной растерянности. Поэтому рулевое управление автомобиля нам нужно содержать в полном порядке и уметь делать ремонт рулевой системы в рамках нашей компетенции.
Диагностика рулевого управления – куда повернуть руль для ремонта
Разборка насоса-дозатор рулевого управленияПризнаки неисправностей рулевого управления, которые мы вам сейчас приведем, являются условно-правильными. Вы же прекрасно понимаете то, что точный диагноз можно поставить только после вскрытия… рулевого механизма. А для этого нам нужно знать, как снять рулевое колесо. Но, вначале о признаках неисправностей рулевого управления.
- Руль «тяжелый» в обе стороны или во время быстрого вращения – в ГУР попал воздух, масло в бачке ГУРа недостаточно, либо слабый шкив, износился корпус рулевой рейки, плюс может быть нарушена регулировка развал – схождения.
- Руль «тяжелый» в центре означает износ корпуса рейки.
- Руль «тяжелый» лишь в одну сторону говорит о выходе из строя золотников рейки.
- Плохое возвращение руля в центральное положение – это могут быть неисправности в ходовой, нарушение развал-схождения колес, износ крестовины вала рулевой колонки либо износ рулевого механизма
- Основной причиной вибрации руля является, чаще всего, нарушенная балансировка колес.
- Люфт рулевого колеса означает: при покачивании руля вертикально – неисправность подшипников в ступицах, при покачивании руля горизонтально – рулевой наконечник требует замены. Допустимый люфт рулевого колеса вы увидите в мануале производителя к своему автомобилю.
- Cтук в рулевой колонке при покачивании руля или во время движения – характерный признак, указывающий на люфт руля вызванный увеличением зазора между шестерней и зубчатой рулевой рейкой.
Регулировка люфта рулевого колеса
Итак, коль скоро речь пошла о люфте рулевого колеса. Люфт руля измеряется простым приспособлением – люфтомером. Стрелка его закрепляется на рулевое колесо, а шкала на рулевую колонку.
Люфт руля – это угол свободного вращения рулевого колеса без движения (поворота) передних колес. По ГОСТ РФ люфт руля допускается до 10 градусов. На стендах в сервисе, если вы ленитесь проверить люфт самостоятельно или нет люфтомера, применяется датчик люфта руля -датчик угла поворота руля.
Замена датчика угла поворота рулевого колеса
На многих моделях сейчас устанавливаются датчики угла поворота рулевого колеса. В случае выхода его из строя, производится замена датчика. В принципе, эту операцию можно провести самостоятельно.
В первую очередь нужно снять рулевое колесо. Как снять рулевое колесо вам подскажет мануал от производителя для конкретной модели авто.
Затем снимаем кожух рулевой колонки, блок комбинированного переключателя и переключтель стеклоочистителя. Корпус комбинированного переключателя меняется полностью и постарайтесь не ронять его, так как датчик очень чувствителен к сотрясениям.
Регулировка рулевого управления на примере автомобиля Volkswagen Polo
Цель регулировки – переместить упор рулевой рейки. Регулировка производится при помощи регулировочного винта, который расположен в торцевой крышке рулевого механизма.
- Для доступа к регулировочному винту авто нужно поднять: на платформу либо на эстакаду.
- Колеса автомобиля устанавливаются прямо и покачивания рулевого колеса влево-вправо должны показать вам стук в рулевом управлении.
- Регулировочный винт вкручиваем, систематически проводя покачивания рулем. Стук пропал, значит нужно провести тест-драйв.
В случае, если руль тяжело возвращается, регулировочный винт нужно немного ослабить. И таким образом довести рулевое управление до нужного параметра: нет стука или явного люфта и руль свободно возвращается на место. Регулировку рулевого управления нужно проводить с помощником.
cartore.ru
Как устроен рулевой механихм в автомобиле?
Сегодня нам предстоит обсудить очень интересную тему – рулевое управление автомобиля. Это, наверное, самая важная часть машины, потому что без ее исправного состояния движение машины не то что невозможно, но и запрещается правилами дорожного движения. Мы сегодня рассмотрим устройство рулевого механизма, его назначение и все входящие в него элементы, и датчик положения руля и каждого колеса автомобиля.
Это очень интересная тема, и ее рассмотрение будет увлекательным.
Устройство и назначение
В целом каждый человек по-своему понимает назначение управления. Сформулируем этот термин с технической стороны. Рулевое управление автомобилем – это определенная система механизмов, которая предназначена для изменения и направления движения любого транспортного средства путем вращения рулевого колеса. Технически эти устройства состоят из неких узлов, что преобразуют вращение рулевого колеса в изменения положения колес автомобиля. Также можно тезисно сформулировать основное назначение управления:
- Максимальное увеличение усилия, что прикладывает человек к рулю.
- Транспортировка этого усилия.
- Возврат руля в исходное положение при снятии с него нагрузки.
В таком виде вся полученная информация будет еще лучше воспринята. В зависимости от типа автомобиля и конструкторских предпочтений человека, что его проектировал могут быть такие типы рулевого: реечный, червячный и винтовой. Поговорим о них немного подробнее.
Реечный является самым распространенным на сегодня и именно он ставится на большинство легковых автомобилей. Технологически такой механизм включает в себя шестерню и рулевую рейку. Рулевое колесо имеет вал, который и вращает водитель, шестерня же и размещается на этом валу и всегда находится в зацеплении с рейкой, которая имеет специальные зубья для этого. Вращение всего этого выглядит следующим образом: водитель смещает руль в нужную ему сторону смещая в сторону и шестерню на валу, что приводит к движению рейки. Рейка же тянет в нужную сторону рулевые тяги, которые уже смещают и колеса. Главным достоинством такого варианта – его простота и высокий коэффициент полезного действия при этом. Однако такой механизм очень чувствителен к ударам и вибрации.
Следующий в нашем списке будет червячный редуктор. Он включает в себя глобоидальный червяк, который соединен с валом рулевого колеса и небольшой ролик. На валу ролика есть сошку, которую инженеры разместили вне его корпуса, сошка же прикреплена к самим рулевым тягам. Во время вращения колеса выходит так, что червяк вращается и по нему же вращается и ролик, которые изменяет положение сошки и вследствие этого изменяется и положения тяг и колес автомобиля. Первое, где можно встретить червячный рулевой привод – советские автомобили классической серии. Здесь он есть на каждой модели. В общем, червяк можно встретить на многих джипах и грузовиках, там он работает идеально и лучшего невозможно придумать.
Последним в нашем списке будет винтовой редуктор. Он имеет герметичный корпус, в котором нашли свое место винт прямо на валу руля, гайку, что подвижно перемещается по валу и зубчатую рейку, которая нарезана на гайке.
По своему принципу работа такого механизма необычайно схожа с червячным механизмом. Здесь поворот руля перемещает надетую гайку на вал руля, гайка на винте смещает зубчатый сектор и, следом за ним, сошку. Она же, в свою очередь, уже тянет рулевые тяги, которые смещают положение колеса. Теперь мы рассмотрим один из электрических элементов управления, который неизменно присутствует в любом современном автомобиле, что в отечественном, что в импортном.
Электрика в рулевом управлении
В управлении применяется масса различной электрики, но самым ярким представителем этой части машины является датчик положения руля. Датчик положения необходим для формирования сигнала с абсолютным значением места колеса в диапазоне, что будет удобен для компьютера на борту автомобиля. Датчик положения руля может быть, как автономным блоком, так и лишь небольшим компонентом, что интегрирован в общую систему автомобиля. В любом случае сам датчик включает в себя некоторый механизм напоминающий редуктор, который выполняет роль грубого оценочного звена, который фиксирует точное количество поворотов колеса и его положение в 360-градусной шкале. На практике часто бывает так, что датчик положения, в общем, состоит из двух маленьких, которые имеют каждый свою шестерню и передаточное число у них также различается.
Сделано это для того, чтобы датчик давал более точные показания для бортового компьютера. Также может быть такое, что он представляет из себя более сложный механизм. Так, на оси руля могут быть специальные маркеры, который считывает оптическая головка, которую имеет датчик положения. Он фиксирует показания в двоичном формате и воспринимает эдакую кодировку для передачи ее в электронный блок управления.
Датчик положения может иметь различные функции, основная из которых – фиксация количества оборотов рулевого колеса и положения руля в определенные моменты поездки.
Вот мы и кратенько пробежались по всему управлению автомобилем, что нашей отечественно классики, что импортных заграничных вариантов. Как видим, ничего сложного, главное, хорошенько вникнуть во все это.
autodont.ru