KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT
Tổng quan các loại cảm biến trên ô tô

Với tốc độ phát triển nhanh chóng của các công nghệ hiện đại, ô tô giờ đây đã có một sự bùng nổ về số lượng các loại cảm biến khác nhau. Cảm biến trên ô tô chính là “giác quan”. Chúng là một bộ phận cơ bản trong hệ thống điều khiển điện tử, ghi nhận các biến đổi về vật lý cũng như hóa học và chuyển thành tín hiệu điện cung cấp cho bộ phận điều khiển trung tâm.

​

A. Các loại cảm biến trên ô tô

1. Cảm biến vị trí – Position sensors (khoảng cách – distance / góc độ – angle):

– Được sử dụng để ghi lại vị trí của:

  • Bướm ga.
  • Trục cam
  • Bàn đạp ga hoặc bàn đạp phanh.
  • Khoảng cách và góc phun trong bơm cao áp (diesel)
  • Mức xăng trong bình.
  • Góc lái.
  • Góc dốc.

– Các cảm biến siêu âm & radar được sử dụng trên ô tô để xác định khoảng cách từ các chướng ngại vật đến các phương tiện và hỗ trợ phát tín hiệu cho người lái có được thông tin cũng nằm trong loại cảm biến vị trí.

2. Cảm biến tốc độ & vận tốc (Speed & velocity sensors):

– Được sử dụng để xác định:

  • Tốc độ trục khuỷu.
  • Tốc độ trục cam.
  • Tốc độ bánh xe.
  • Bơm cao áp.

– Cảm biến lệch hướng (yaw rate sensor) cũng thuộc loại này. Cảm biến lệch hướng có nhiệm vụ phát hiện sự chuyển động quay của chiếc xe theo trục của chính nó và cung cấp thông tin cho hệ thống cân bằng điện tử ESP.

3. Cảm biến gia tốc (Acceleration sensors): 

– Cảm biến gia tốc ghi lại khả năng tăng tốc của thân xe và được sử dụng trong các hệ thống an toàn thụ động (túi khí, dây đai an toàn, thanh cuộn) và hệ thống ổn định lái xe như ABS và ESP, cũng như trong điều khiển khung gầm.

4. Cảm biến áp suất (Pressure sensors):

– Được sử dụng để xác định giá trị:

  • Áp suất hút / nạp liệu.
  • Áp suất nhiên liệu, Áp suất phanh.
  • Áp suất lốp.
  • Áp suất bình chứa dầu ( ở hệ thống ABS & trợ lực lái)
  • Áp suất môi chất làm lạnh (hệ thống điều hòa không khí – A/C System).
  • Sự thay đổi áp suất trong hộp số tự động.
5. Cảm biến nhiệt độ (Temperature sensors):

– Được sử dụng để xác định nhiệt độ của các bộ phận:

  • Nhiệt độ khí nạp.
  • Nhiệt độ bên trong & bên ngoài cabin.
  • Nhiệt độ giàn lạnh (A/C system).
  • Nhiệt độ nước làm mát.
  • Nhiệt độ dầu bôi trơn động cơ.
  • Nhiệt độ khí trong lốp.
6. Cảm biến lực & mô-men (Force & torque sensor):

– Được sử dụng để xác định:

  • Lực bàn đạp.
  • Lực phanh & mô-men đánh lái
  • Trọng lượng của người ngồi trên xe (ARS system).
7. Cảm biến lưu lượng (Flow – meters):

– Được sử dụng để nắm bắt yêu cầu nhiên liệu & lượng không khí được hút vào bởi động cơ.

8. Cảm biến khí thải (Gas sensors):

– Gas Sensors ghi nhận thành phần có trong khí thải (cảm biến oxy, cảm biến NOx) hoặc phát hiện hàm lượng chất độc hại có trong lượng khí nạp hoặc nhiên liệu.

B. MỘT VÀI CẢM BIẾN DÙNG ĐỂ CUNG CẤP TÍN HIỆU ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ

1. Cảm biến xung – trục khuỷu (Pulse sensor – crankshaft):

– Có nhiệm vụ nắm bắt tốc độ động cơ và vị trí của trục khuỷu. Bộ phận điều khiển sử dụng các giá trị này để tính toán xung phun và xung đánh lửa.

2. Cảm biến vị trí trục cam (Camshaft position sensor):

– “Camshaft position sensor” được đặt ở nắp máy và quét một bánh răng vòng ở trục cam. Dùng để xác định điểm chết trên của máy số 1 hoặc các máy, đồng thời xác định vị trí của trục cam để xác định thời điểm đánh lửa (với động cơ xăng) hay thời điểm phun nhiên liệu (động cơ phun dầu điện tử Common rail) cho chính xác.

3. Cảm biến lưu lượng khí nạp (Air mass meter):

– Được lắp đặt giữa vỏ bộ lọc khí và ống nạp. Nó đo khối lượng không khí được hút vào bởi động cơ. Biến này cung cấp cơ sở để tính toán lượng nhiên liệu phải cung cấp cho động cơ, đảm bảo tỷ lệ A/F phù hợp.

4. Cảm biến nhiệt độ khí nạp / Nhiệt độ bên ngoài / bên trong cabin:

– Có nhiệm vụ nắm bắt nhiệt độ của không khí xung quanh. Các giá trị đo được sử dụng để điều khiển các hệ thống khác nhau (ví dụ: hệ thống điều hòa không khí) hoặc làm giá trị hiệu chỉnh cho hệ thống phun. Vị trí lắp đặt được xác định bởi nhiệt độ không khí cần đo.

5. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát (coolant temperature sensor):

– Được gắn vít trong hệ thống làm mát. Đầu đo nhô vào chất làm mát và ghi lại nhiệt độ của nó.

– Bộ điều khiển sử dụng giá trị này để điều chỉnh lượng nhiên liệu được bơm vào động cơ.

6. Cảm biến vị trí bướm ga (Thortte position sensor):

– Nó được gắn vào trục bướm ga và theo dõi góc mở của bướm ga. Từ các giá trị đó, thiết bị điện tử động cơ tính toán lượng nhiên liệu được phun dựa trên các yếu tố khác.

7. Cảm biến kích nổ (Knock sensor):

– Kích nổ là một trong những hiện tượng cháy không được kiểm soát trong động cơ xăng (hỗn hợp hòa khí cháy trước khi được bugi đánh lửa – nguyên nhân do nhiệt độ & áp suất cuối kì nén quá cao).

– Kích nổ sẽ gây ra các tiếng gõ liên tục có thể làm hỏng động cơ, nên cần phải được kiểm tra và điều chỉnh. Bộ điều khiển động cơ đánh giá các tín hiệu điện áp nhận được từ cảm biến kích nổ và điều chỉnh điểm đánh lửa trong phạm vi ngay dưới mức được gọi là giới hạn gõ.

  • Knock Sensor được giám sát bởi bộ điều khiển.

8. Cảm biến áp suất đường ống nạp (Intake pipe pressure sensor):

– Có nhiệm vụ đo độ chân không của bướm ga và chuyển giá trị này đến bộ phận điều khiển động cơ dưới dạng tín hiệu điện.

– Điều này được kết hợp với giá trị của cảm biến nhiệt độ không khí để có thể tính được khối lượng không khí được hút vào.

9. Cảm biến oxy (oxy sensor):

– Oxy sensor đo hàm lượng oxy còn lại trong khí thải để đảm bảo hỗn hợp đốt tối ưu mọi lúc. Trong đó, có một nguyên tố hóa học (titan dioxide / zirconium dioxide) và hàm lượng oxy còn lại của khí thải làm lệch điện áp, sau đó tín hiệu được ECU tiếp nhận và điều chỉnh lượng phun phù hợp.

C. CÁC CẢM BIẾN THUỘC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHƯƠNG TIỆN:

1. Tốc độ bánh xe (Wheel speed sensor):

– Tín hiệu từ cảm biến tốc độ bánh xe được sử dụng để điều khiển các hệ thống an toàn như ABS và ASR cũng như hệ thống GPS để tính khoảng cách di chuyển. Khi bị hỏng sẽ ảnh hưởng đến hoạt động của các hệ thống an toàn, gây nguy hiểm cho người sử dụng.

2. Hộp số (Transmission sensor)

– Dùng để ghi nhận tốc độ đầu vào và đầu ra của hộp số (AT) – Input Speed Sensor & Output Speed Sensor. Bộ phận điều khiển sẽ nhận tín hiệu tốc độ, tính toán và điều chỉnh áp suất dầu các solenoid trong quá trình sang số và để quyết định tỷ số truyền động thích hợp.

3. Khoảng cách (Distance sensor):

– Distance Sensor được sử dụng để ghi nhận tốc độ lái xe. Chúng được gắn trên hộp số hoặc cầu Thông tin mà cảm biến khoảng cách thu được là cần thiết cho đồng hồ tốc độ, hệ thống kiểm soát hành trình và kiểm soát sự truyền động.

Cảm biến khoảng cách xe BMW 740Li

4. Mức dầu bôi trơn / mức nước làm mát (Engine oil level / coolant level):

– Vì lý do an toàn khi vận hành và nâng cao sự thoải mái, mức dầu động cơ, chất làm mát và nước rửa kính phải được theo dõi bằng các cảm biến. Các cảm biến mức độ gửi tín hiệu đến bộ điều khiển động cơ kích hoạt đèn báo.

5. Mài mòn má phanh (Brake lining wear):

– Brake Lining Wear được đặt trên lớp má phanh và có cùng độ mòn. Khi đạt tới một ngưỡng nào đó, đèn báo sẽ hiện lên để người điều khiển phương tiện được biết.

6. Các cảm biến an toàn:

– Thông tin cảm biến cung cấp cơ sở cho chức năng của nhiều hệ thống an toàn chủ động và thụ động. Nhờ những tiến bộ đáng kể trong việc phát triển các cảm biến mới, đã có sự gia tăng không ngừng về khả năng của các hệ thống hỗ trợ lái xe và an toàn trong những năm gần đây. Do đó, chúng có vai trò chính trong việc tăng độ an toàn trên đường cho người người khiển.

D. YẾU TỐ BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG:

– Cảm biến làm cho phương tiện hiện đại không chỉ an toàn hơn mà còn ít gây ô nhiễm môi trường hơn. Nó cung cấp thông tin cơ bản để đốt cháy nhiên liệu sạch và hiệu quả trong động cơ, từ đó cho phép giảm giá trị khí thải và mức tiêu thụ nhiên liệu.

– Cuối cùng, nó hỗ trợ hoạt động của các hệ thống xử lý khí thải hiệu quả cao. Các ví dụ bao gồm bộ chuyển đổi xúc tác 3 chiều có kiểm soát, bộ lọc hạt diesel hoặc bộ chuyển đổi xúc tác DeNOx.

BVT
  • Anh6