In den letzten Jahrzehnten wurden mechanische Autotachometer durch elektronische Geschwindigkeitsmesssysteme ersetzt, bei denen Geschwindigkeitssensoren eine wichtige Rolle spielen.Alles über moderne Geschwindigkeitssensoren, deren Typen, Aufbau und Funktionsweise sowie deren richtige Auswahl und Austausch – lesen Sie in diesem Artikel.
Was ist ein Geschwindigkeitssensor?
Der Geschwindigkeitssensor (Fahrzeuggeschwindigkeitssensor, DSA) ist ein empfindliches Element des elektronischen Fahrzeuggeschwindigkeitsmesssystems.Ein berührender oder berührungsloser Sensor, der die Winkelgeschwindigkeit der Welle im Getriebe oder im Antriebsachsgetriebe misst und die Messergebnisse an den Geschwindigkeitsregler oder Tachometer des Fahrzeugs übermittelt.
Bitte beachten Sie: Der Artikel befasst sich nur mit DSA zur Messung der Geschwindigkeit eines Autos.Über Raddrehzahlsensoren, die als Teil aktiver Sicherheitssysteme (ABS und andere) arbeiten, beschrieben in anderen Artikeln auf unserer Website.
Geschwindigkeitssensoren können Teil verschiedener Systeme eines modernen Fahrzeugs sein:
● Tachometer – zum Messen und Anzeigen der aktuellen Bewegungsgeschwindigkeit und der zurückgelegten Strecke (mithilfe eines Kilometerzählers);
● Einspritz-, Zünd- und andere Motorsysteme – zur Korrektur der Betriebsarten des Aggregats in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs und deren Änderungen (beim Beschleunigen und Bremsen);
● Aktive Sicherheits- und Alarmsysteme – um die Geschwindigkeit und Flugbahn des Fahrzeugs in verschiedenen Modi zu korrigieren, vor potenziell gefährlichen Situationen zu warnen usw.;
● In einigen Autos – Servolenkung und Komfortsysteme.
Der DSA wird wie der herkömmliche Seilzugantrieb des Tachometers am Getriebe, Verteilergetriebe oder Antriebsachsgetriebe montiert und verfolgt die Winkelgeschwindigkeit der Sekundär- oder Zwischenwelle.Die vom Sensor empfangenen Informationen in Form elektrischer Signale werden an den Geschwindigkeitsregler oder direkt an den Tacho gesendet.Die Eigenschaften der erzeugten Signale und die Art und Weise der Anbindung/Integration von Sensoren an die Fahrzeugelektronik hängen von deren Art, Aufbau und Funktionsprinzip ab.Dies muss genauer beschrieben werden.
Funktionalität, Typen, Aufbau und Funktionsprinzip von Geschwindigkeitssensoren
Geschwindigkeitssensoren, unabhängig von Typ und Bauart, erzeugen Signale, die entweder direkt an den Tacho oder an die Motorsteuerung und zugehörige elektronische Steuergeräte gesendet werden können.Im ersten Fall dient der Sensor lediglich zur visuellen Bestimmung der Fahrzeuggeschwindigkeit.Im zweiten Fall werden die Daten von der Automobilelektronik zur Steuerung des Motors und anderer Systeme verwendet und das Signal an den Tacho wird vom Steuergerät geliefert.Bei modernen Fahrzeugen kommt zunehmend die zweite Anschlussart zum Einsatz.
Die Geschwindigkeitsmessung mit DSA ist ganz einfach.Der Sensor erzeugt ein Impulssignal (meist rechteckig), bei dem die Impulswiederholungsrate von der Drehzahl der Welle und damit von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs abhängt.Die meisten modernen Sensoren erzeugen 2.000 bis 25.000 Impulse pro Kilometer, der am häufigsten verwendete Standard ist jedoch 6.000 Impulse pro Kilometer (für Kontaktsensoren – 6 Impulse pro Umdrehung ihres Rotors).Somit reduziert sich die Geschwindigkeitsmessung auf die Berechnung der Wiederholungsrate der vom DSA pro Zeiteinheit kommenden Impulse durch den Controller und die für uns verständliche Umrechnung dieses Wertes in km/h.
Geschwindigkeitssensoren werden in zwei große Gruppen unterteilt:
● Direktantrieb durch die Welle oder Kontakt;
● Kontaktlos.
Einbau eines Anlegegeschwindigkeitssensors am Getriebe
Zur ersten Gruppe gehören Sensoren, auf die das Drehmoment von der Getriebewelle, Achse oder dem Verteilergetriebe über ein Antriebsrad und ein flexibles Stahlkabel (oder eine kurze starre Welle) übertragen wird.Der Sensor stellt ein Gerät dar, das die Winkeldrehung der Welle liest und in elektrische Impulse umwandelt.Sensoren dieser Art sind weit verbreitet, da sie anstelle des Antriebes eines mechanischen Tachos eingebaut werden können (was die Aufrüstung alter Fahrzeuge ohne zusätzliche Kosten ermöglicht) und eine hohe Zuverlässigkeit aufweisen.
Berührungsloser Geschwindigkeitssensor-Hauptskala
Zur zweiten Gruppe gehören Sensoren, die keinen direkten Kontakt zur rotierenden Welle haben.Um die Geschwindigkeit solcher Sensoren zu messen, wird auf der Welle ein Hilfsgerät installiert – eine Masterscheibe oder ein Rotor.Kontaktlose Geräte erfreuen sich immer größerer Beliebtheit und sind in vielen aktuellen Modellen heimischer Autos verbaut.
Alle Sensoren funktionieren nach unterschiedlichen physikalischen Prinzipien.In Kontaktgeräten werden am häufigsten der Hall-Effekt und der magnetoresistive Effekt (MRE) sowie Optokoppler (optoelektronische Paare) verwendet.Als Herzstück berührungsloser Sensoren wird am häufigsten der Hall-Effekt und viel seltener MRE verwendet.Der Aufbau und die Funktionsweise jedes Sensortyps werden im Folgenden beschrieben.
Kontaktsensoren basierend auf dem Hall-Effekt
Sensoren dieser Art basieren auf dem Hall-Effekt: Wird ein Flachleiter, durch dessen zwei gegenüberliegende Seiten ein Gleichstrom fließt, in ein Magnetfeld gebracht, so entsteht auf seinen anderen gegenüberliegenden Seiten eine elektrische Spannung.Herzstück des DSA ist ein Hall-Chip, in dem bereits ein Wafer (meist aus Permalloy) und eine Verstärkerschaltung integriert sind.Bei Sensoren bleiben Mikroschaltung und Magnet stationär und die Änderung des Magnetfeldes erfolgt durch einen rotierenden „Vorhang“ – einen Ring mit Schlitzen.Der Ring ist mit einem Antriebskabel oder einer Antriebswelle verbunden, von der er eine Drehung erhält.Das Ausgangssignal des DSA wird über einen Standardstecker an den Tachometer oder Controller gesendet, über den der Hall-Chip mit Strom versorgt wird.
Berührungslose Sensoren basierend auf dem Hall-Effekt
Das berührungslose DSA basiert auf dem gleichen Effekt, enthält jedoch keine beweglichen Teile. Stattdessen befindet sich auf der Welle des Aggregats (Getriebe, Achsgetriebe) ein Rotor oder eine Impulsscheibe mit magnetisierten Abschnitten.Zwischen dem empfindlichen Teil des Sensors (mit Hall-Chip) und dem Rotor besteht ein kleiner Spalt. Wenn sich der Rotor dreht, wird im Mikroschaltkreis ein Impulssignal erzeugt, das über einen Standardstecker an die Steuerung gesendet wird.
Funktionsschema eines berührungslosen Geschwindigkeitssensors
Kontaktsensoren basierend auf dem magnetoresistiven Effekt
Geschwindigkeitssensordesign mit magnetoresistivem Element
Diese Art von DSA basiert auf dem magnetoresistiven Effekt – der Eigenschaft einiger Materialien, ihren elektrischen Widerstand zu ändern, wenn sie in ein Magnetfeld gebracht werden.Solche Sensoren ähneln Hall-Sensoren, verwenden jedoch Chips mit einem integrierten magnetoresistiven Element (MRE) auf Basis von Halbleitermaterialien.Am häufigsten verfügen diese Sensoren über einen Direktantrieb. Die Änderung des Magnetfelds erfolgt durch Drehen des mehrpoligen Ringmagneten. Das erzeugte Signal wird dem Controller über einen Standardstecker zugeführt (über den die Stromversorgung des Mikroschaltkreises erfolgt). MRE wird bereitgestellt).
Optoelektronische Kontaktsensoren
Diese DSAs sind im Design am einfachsten, aber sie sind weniger empfindlich und träger als die oben beschriebenen.Der Sensor basiert auf einem Optokoppler – einer LED und einem Fototransistor, zwischen denen sich eine Scheibe mit Schlitzen befindet, die mit der Antriebswelle verbunden ist.Wenn sich die Scheibe dreht, wird der Lichtfluss zwischen der LED und dem Fototransistor periodisch unterbrochen, diese Unterbrechungen werden verstärkt und in Form eines Impulssignals an die Steuerung gesendet.
Optoelektronisches Geschwindigkeitssensordesign
So wählen und ersetzen Sie den richtigen Geschwindigkeitssensor
Ein defekter Geschwindigkeitssensor in einem modernen Fahrzeug kann verschiedene Probleme verursachen – vom Verlust von Daten über die Bewegungsgeschwindigkeit und die zurückgelegte Strecke (Tachometer und Kilometerzähler funktionieren nicht mehr) bis hin zur Störung des Aggregats (instabiler Leerlauf, erhöhter Kraftstoffverbrauch, Leistungsverlust), Servolenkung und Sicherheitssysteme.Daher sollte das DSA bei einem Ausfall so schnell wie möglich ersetzt werden.
Für den Austausch sollten Sie nur den Sensor nehmen, der zuvor am Auto vorhanden war, oder Geräte verwenden, die vom Autohersteller empfohlen werden.In einigen Fällen ist es möglich, einen „nicht nativen“ DSA auszuwählen, aber meistens ist dies unmöglich – der Sensor passt entweder nicht an seinen Platz oder liefert während der Installation falsche Messwerte.Daher sollte auf Experimente mit der Auswahl von DSA nur in extremen Fällen zurückgegriffen werden.
Der Austausch des Sensors erfolgt gemäß den Anweisungen für dieses bestimmte Fahrzeug (oder Getriebe, Achse oder Verteilergetriebe).Direktantriebs-DSAs haben normalerweise ein schlüsselfertiges Gewinde und einen Sechskant (aber nicht immer – einige Produkte haben einen Ring mit Querriffelung), sodass der Austausch darauf hinausläuft, das alte Gerät herauszudrehen und ein neues einzuschrauben.Berührungslose Sensoren werden normalerweise mit einer oder zwei Schrauben (Bolzen) befestigt, die durch ein Loch im Flansch geschraubt werden.In jedem Fall müssen alle Arbeiten mit von der Batterie entferntem Pol durchgeführt werden. Vor der Demontage des Sensors muss der elektrische Stecker abgezogen werden und vor dem Einbau eines neuen Steckers muss der Installationsort gereinigt werden.
Bei berührungslosen Sensoren ist es schwieriger, den Rotor auszutauschen. Dazu ist eine teilweise Demontage des Geräts (Box, Brücke) und anschließende Reparaturarbeiten gemäß Anleitung erforderlich.
Bei richtiger Auswahl und Austausch des Geschwindigkeitssensors beginnen der Tacho und verschiedene Fahrzeugsysteme (einschließlich des Motors) sofort zu funktionieren.DSA sorgt künftig für eine sichere und komfortable Bedienung des Fahrzeugs.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 12. Juli 2023