A bal oldali ház részben a villanymotorral hajtott ventillátorral
7. Az ESP rendszer perdülés érzékelője
A perdülés érzékelő a gépkocsi tömegközépponti függőleges tengely körüli elfordulás sebességét méri. Az első gépjárművekbe szerelt ilyen érzékelők a légiközlekedésben használatos változatok módosítása alapján készültek.
7.1. A Robert Bosch GmbH. perdülés érzékelők
A Bosch kezdetben piezo-kristályos érzékelőt alkalmazott. Az alábbi ábrán a torony szerűen, kissé kúposan kiemelkedő rész belsejében a magyarázó vázlaton bejelölt A – A’ és a B – B’ síkban elhelyezett piezo kristályokkal a réz hengert az önlengésszámnak megfelelő rezonanciában lebegve tartja. A hullám alakok szélső helyzeteit kissé felnagyítva a szaggatott vonallal megrajzolt ellipszisek szemléltetik. A C – C’ és a D – D’
síkban érzékelő piezo kristályokat helyeztek el. Ezek pontosan a rezgési „csomópontok”-ban vannak, ahol nincs elmozdulás. Ha a gépkocsi megperdül, vele együtt elmozdulnak a piezo kristályok is, de az önlengésszámmal rezgő és lebegő henger megtartja az eredeti helyzetét. Ezért az érzékelő kristályok most rezgést fognak detektálni. Annak intenzitása a perdülési sebességgel arányos. Ezt a kiértékelő elektronika feszültség jelként küldi az ESP elektronikának.
5.8. ábra - Első generációs Bosch perdülés érzékelő piezo-kristályos kivitelben
A fentiekben ismertetett változatot követte a jelenleg is használatban lévő második generációs mikromechanikai perdülés érzékelő. Nem csak személygépkocsiknál, de haszonjárműveknél is ezt alkalmazzák. Belsejében egy 7x7 mm-es szilícium chip található. Szerkezeti kialakítása csak 50 szeres nagyításban válik láthatóvá. A 600 µm vastagságú szilíciumlapkára viszik fel a szilíciumoxid-, majd egy 10 µm vastagságú poliszilícium réteget. Az érzékelő alaplapjából két 50 µm -es lapkát maratnak ki. Ezekből készülnek a rezgő tömegek, melyeket rugók tartanak a helyükön. A rezgési tengelyre merőlegesen poliszilíciumból készült kapacitív elven működő érzékelőt illesztenek rájuk. Hajszál vékony arany huzal létesít kapcsolatot az érzékelők és a kiértékelő elektronika között.
Ez utóbbi a rezgő tömegek gerjesztéséhez szükséges feszültséget is létrehozza, továbbá kiértékeli a mérési eredményeket. Az érzékelőket, a kiértékelő áramkört és a felületre szerelt többi elektromos egységet egy közös kerámia lapkára szerelik, melyet fém foglalatban helyeznek el. A házat atmoszférikus nyomású, száraz nitrogén gáz tölti ki. A külső burkolata műanyagból készül. Ezen alakítják ki a gépkocsi specifikus elektromos csatlakozókat és a rögzítési helyeket.
A gyújtás bekapcsolásakor a beépített gerjesztő egység a két kis rezgő tömeget vízszintes síkban egymással ellenkező fázisban és ellentétes irányban mozgatja. Amikor az érzékelő belsejében az egyenes vonalú mozgást végző tömegekkel függőleges tengelye körül elfordul, a vízszintes síkban Corioli erő keletkezik. Ez hatást fejt ki a rezgő tömegeken elhelyezett kapacitív elven működő gyorsulásérzékelők szeizmikus tömegeire.
A gyorsulásérzékelő ellentétes fázisú feszültségei egymásból kivonódnak, így megszűnnek a lineáris összetevők és kétszeres nagyságú a Corioli erővel arányos jel keletkezik. Ennek nagysága attól függ, hogy mekkora volt a gépkocsi perdülete. Az érzékelő analóg jelet szolgáltat a menetdinamikai szabályozó elektronikának. Az újabb változatoknak már analóg és digitális jelkimenete is van. Ez biztosítja a kompatibilitást és az alkalmazhatósága is így szélesebb körűvé válik. A működéshez szükséges tápfeszültséget az ESP elektronika szolgáltatja. A rendszer a bekapcsolást követően egy másodpercen belül válik üzemképessé. Menet közben az ESP elektronika folyamatosan ellenőrzi az érzékelő mechanikus és elektronikus részeinek állapotát.
A perdülés érzékelő mérési tartománya ± 1,4 g keresztirányú gyorsulás és ± 100 ˚/s perdülési sebesség. Az érzékenysége ± 0,2 ˚/s .
Az újabb perdülés érzékelő változat típusjelölése DRS-MM1.1 mely a gépkocsi függőleges tömegközépponti tengely körüli elfordulását érzékeli. Ezzel egyidejűleg méri a kereszt irányú gyorsulást is. Az érzékelőt rezgéscsillapítóval is ellátták és PT-CAN hálózaton keresztül adja át a mért értékeket az ESP elektronikának.
Működésellenőrzését szoftveresen úgy oldják meg, hogy az általa továbbított információkat összevetik a többi érzékelők jeleivel. Így végzi el az elektronika a plauzibilitás (elfogadhatósági) vizsgálatot.
5.9. ábra - Az ESP rendszer mikro-mechanikai perdülés érzékelője
7.2. Continental Teves perdülés érzékelő
Kezdettől fogva más elven működő perdülés érzékelőt alkalmazott a Continental Teves vállalat, de eredetileg ez is a légiközlekedésből származik. A keresztirányú gyorsulás érzékelővel egy közös házba szerelték be és a gépkocsi tömegközéppontjához a lehető legközelebb helyezték el.
A kettős hangvillából álló mikromechanikai érzékelő a függőleges tengely körüli elfordulás sebességét méri. Ha meghibásodik az ESP nem működik.
Az érzékelő szilícium kristályból készült kettős hangvillához hasonlító egyik része végzi a gerjesztést, a másik a mérést. 11 kHz-es váltakozó feszültséget rákapcsolva rezgésbe jön a gerjesztő rész. A mérő rész önfrekvenciája 11,33 kHz. A saját frekvenciával rezgő rész megtartja a rezgési síkját. A gépkocsi perdülésekor az érzékelőre ható erő csavaró nyomatékot fejt ki a szilícium kristályra, ezért elektromos töltés keletkezik benne. Ez előerősítő és erősítő áramkörök révén adja a jelet, amit az elektronika kiértékel.
A továbbfejlesztés során ez „intelligens érzékelővé” vált, mert saját kiértékelő elektronikával is ellátták, mely a perdüléssel és a kereszt irányú gyorsulással arányos jeleket feldolgozza és a mért értékeket a CAN hálózaton keresztüli adattáviratként küldi az ESP elektronikának. A működéséhez szükséges tápfeszültséget is az ESP központi elektronikától kapja.
5.10. ábra - A Continental Teves ESP rendszer perdülés érzékelője a tartóra szerelve
5.11. ábra - A Continental Teves perdülés érzékelője kettős hangvillával működik
A következő ábra szemlélteti a szilícium lapkából készített kettős hangvilla ként kialakított mikromechanikai érzékelő egyes belső áramköreinek kialakítását.
5.12. ábra - A Continental Teves kettős hangvillához hasonlító perdülés érzékelő belső áramköri egységei.
A jelenleg gyártásban lévő ESP MK 60 rendszernél a perdülés érzékelő már nem alkot külön egység.
Közvetlenül az elektronikába szerelik be, melyet a vállalat budapesti üzemében gyártanak. A gépkocsi tömegközéppontjától eltérő elhelyezése miatt a szoftvernél ezt korrekciós tényezővel veszik figyelembe. A fentiekben ismertetettől eltérő mérési elvű mikro-mechanikai perdülés érzékelőt a Panasonic szállítja be.
A most használatban lévő perdülés érzékelő magába ötvözi a kereszt irányú gyorsulás érzékelőt is, ezért szerkezeti kialakítása kissé összetetté vált.
5.13. ábra - A Continental Teves perdülés érzékelő és a Corioli erőt mérő mikro-mechanikai érzékelő működési elve
A perdülés érzékelő belső szerkezete és működési elve kissé megváltozott. A forgó villát használják a kocsiszekrény szögsebességének érzékelésére. A piezoelektromosan gerjesztett erő hatására menet közben a villára egy vibráció hat. A kocsiszekrény megpördülésekor az érzékelési módban a villára a Corioli erő hat. A rezgés és a rá szuperponálódó Corioli erő hatására a villa karjaiban elektromos töltés keletkezik, mely arányos a gépkocsi perdülési sebességével. Az egységbe szerelt erősítő ezt a jelet annyira felerősíti, hogy kiértékelhető legyen. A gerjesztett rezgés 8 kHz frekvenciájú. Két csatlakozó tömeg rezeg különböző módon.