Kas tie automobilių jutikliai ir kodėl jų taip daug
Šiuolaikiniame automobilyje gali būti net 70-100 įvairių jutiklių, nors prieš trisdešimt metų jų būdavo vos keletas. Kiekvieną kartą, kai įsukate variklio raktą ar paspaudžiate stabdžių pedalą, įsijungia visa jutiklių armija, kuri stebi temperatūrą, slėgį, greitį, deguonies kiekį, ratų sukimąsi ir dar dešimtis kitų parametrų.
Paprasčiausiai tariant, jutiklis – tai elektroninis prietaisas, kuris paverčia fizikinius dydžius (temperatūrą, slėgį, judėjimą) į elektrinius signalus, kuriuos gali suprasti automobilio kompiuteris. Galima sakyti, kad jutikliai yra automobilio pojūčiai – jo akys, ausys ir lytėjimo receptoriai. Be jų šiuolaikinis automobilis būtų aklas ir kurčias, nesuprantantis, kas vyksta aplink ir viduje.
Kodėl jų taip išdaugėjo? Pirma, griežtėjo ekologiniai reikalavimai – variklis turi deginti kurą maksimaliai efektyviai, o išmetamosios dujos turi būti švarios. Antra, saugumas – norint, kad veiktų ABS, ESP, oro pagalvės ir kitos sistemos, reikia tiksliai žinoti, kas vyksta su automobiliu kiekvienu momentu. Trečia, patogumas – šiuolaikiniai vairuotojai nori automatinių klimato kontrolės sistemų, parkavimosi padėjėjų, aklosios zonos stebėjimo ir panašių dalykų.
Variklio valdymo jutikliai – širdies gydytojai
Variklis yra automobilio širdis, o variklio valdymo sistema – tai tarsi kardiologas, kuris nuolat stebi jos būklę. Čia dirba tikra jutiklių komanda.
Deguonies jutiklis (lambda zondas) yra vienas svarbiausių. Jis įmontuotas išmetimo sistemoje ir matuoja, kiek deguonies lieka išmetamosiose dujose po degimo. Jei deguonies per daug – reiškia, mišinys per liesas (per daug oro, per mažai kuro). Jei per mažai – mišinys per turtingas. Variklio kompiuteris pagal šią informaciją nuolat koreguoja kuro įpurškimą, siekdamas idealaus santykio. Šiuolaikiniuose automobiliuose būna net du ar trys tokie jutikliai – vienas prieš katalizatorių, kitas po jo.
Masinio oro srauto jutiklis (MAF) matuoja, kiek oro įsiurbia variklis. Tai labai svarbu, nes kompiuteris turi žinoti tikslų oro kiekį, kad galėtų apskaičiuoti, kiek kuro reikia įpurkšti. Šis jutiklis paprastai veikia karšto laido principu – oras vėsina įkaitintą laidą, o pagal tai, kiek energijos reikia išlaikyti jo temperatūrą, apskaičiuojamas oro srautas.
Kolektoriaus absoliutaus slėgio jutiklis (MAP) matuoja slėgį įsiurbimo kolektoriuje. Kai labai stipriai spaudžiate akseleratorių, droseline sklendė atsidaro plačiau, slėgis kolektoriuje pakyla, ir kompiuteris supranta, kad vairuotojas nori daugiau galios. Kai atpaleidžiate pedalą – slėgis krenta, variklis pereina į taupymo režimą.
Dar yra alkūninio veleno padėties jutiklis, kuris seka, kaip greitai sukasi variklis ir kokioje padėtyje yra stūmokliai. Be šios informacijos kompiuteris nežinotų, kada tiksliai reikia įpurkšti kurą ir uždegti mišinį. Yra ir išpūtimo veleno padėties jutiklis, kuris padeda tiksliai valdyti vožtuvų atidarymo ir uždarymo laiką.
Temperatūros stebėtojai visur ir visada
Temperatūra automobiliui yra kritinis parametras. Per karšta – variklis gali perkaisti ir sugesti. Per šalta – kuras neefektyviai dega, tepalai netinkamai tepasi.
Aušinimo skysčio temperatūros jutiklis yra įsuktas į variklio bloką ar radiatorių ir nuolat stebi, ar variklis neperkais. Kai automobilis šaltas, šis jutiklis duoda komandą turtinti kuro mišinį (šaltam varikliui reikia daugiau kuro), o kai įšyla – mišinys tampa liesu ir ekonomišku. Jei temperatūra pakyla per aukštai, užsidega perspėjimo lemputė prietaisų skydelyje.
Įsiurbimo oro temperatūros jutiklis matuoja, kokios temperatūros oras patenka į variklį. Šiltas oras yra retesnis (mažiau deguonies tūrio vienetui), todėl kompiuteris turi tai kompensuoti. Žiemą, kai oras šaltas ir tankus, variklis gali dirbti efektyviau.
Yra ir alyvos temperatūros jutiklis, kuris svarbus ypač sportiniams automobiliams. Kai alyva per karšta, ji praranda tepimo savybes. Kai per šalta – per tiršta ir nesiekia visų variklio dalių.
Ratų greičio ir padėties jutikliai – stabilumo sargai
Šie jutikliai yra kritiškai svarbūs šiuolaikinėms saugos sistemoms. Kiekviename rate (o kartais ir kitose vietose) yra jutikliai, kurie stebi, kas vyksta su automobiliu.
Ratų greičio jutikliai (ABS jutikliai) matuoja, kaip greitai sukasi kiekvienas ratas. Jie veikia paprastai – šalia sukančio disko su dantukais yra magnetinis jutiklis, kuris generuoja elektros impulsus, kai pro jį praeina dantukai. Kuo greičiau sukasi ratas, tuo dažnesni impulsai.
Ši informacija naudojama ne tik ABS sistemai (kuri neleidžia ratams užsiblokuoti stabdant), bet ir ESP stabilumo kontrolei, traukos kontrolei, net spidometrui. Jei vienas ratas sukasi lėčiau nei kiti stabdant – ABS sumažina stabdžių spaudimą tam ratui. Jei vienas ratas suka greičiau startavimo metu – traukos kontrolė sumažina galią tam ratui.
Vairo kampo jutiklis stebi, kur pasuktas vairas. ESP sistema lygina, kur vairuotojas nori važiuoti (pagal vairo kampą) su tuo, kur realiai važiuoja automobilis (pagal kitus jutiklius). Jei skiriasi – reiškia, automobilis slysta, ir sistema įsikiša: pritaiko stabdžius atskirems ratams, sumažina variklio galią.
Giroskopiniai jutikliai (jie dar vadinami „yaw rate” jutikliais) matuoja, kaip greitai automobilis sukasi aplink vertikalią ašį. Tai padeda ESP sistemai suprasti, ar automobilis nepradeda suktis (rotacija), ko vairuotojas nenori.
Slėgio matavimo meistrai
Slėgis automobiliuose matuojamas daugelyje vietų, ir kiekvienas matavimas turi savo tikslą.
Padangų slėgio jutikliai (TPMS) yra dviejų tipų. Tiesioginiai – tai maži siųstuvai, įmontuoti į kiekvieną ratą, kurie radijo bangomis siunčia informaciją apie slėgį ir temperatūrą padangoje. Netiesioginiai – naudoja tuos pačius ABS jutiklius: jei padanga nusileido, jos skersmuo sumažėja, ji sukasi šiek tiek greičiau nei kitos, ir sistema tai pastebi.
Stabdžių skysčio slėgio jutikliai stebi, ar tinkamai veikia stabdžių sistema. Jei slėgis nukrenta – galbūt nutekėjo skystis, ir tai pavojinga.
Kuro slėgio jutiklis ypač svarbus tiesioginio įpurškimo varikliams, kur kuras į cilindrus tiekiamas labai aukštu slėgiu (net 200 barų). Slėgis turi būti tiksliai kontroliuojamas, kad įpurškimas būtų optimalus.
Yra net oro kondicionavimo sistemos slėgio jutikliai, kurie stebi šaldymo agento slėgį. Jei slėgis per žemas – sistema išsijungia, kad nesugestų kompresorius.
Parkavimosi ir saugos padėjėjai
Šie jutikliai padeda vairuotojui saugiai manevruoti ir išvengti avarijų.
Ultragarsiniai parkavimosi jutikliai yra tie maži apvalūs daiktai bamperio gale ir priekyje. Jie veikia kaip šikšnosparniai – skleidžia ultragarso bangas ir klauso atgarsio. Pagal tai, kaip greitai sugrįžta garsas, apskaičiuojamas atstumas iki kliūties. Paprastai automobiliuose būna 4-8 tokie jutikliai – kuo daugiau, tuo tiksliau sistema „mato” aplinką.
Šie jutikliai turi trūkumų – jie blogai veikia su plonais objektais (pavyzdžiui, stulpeliais), gali suklaidinti lietus ar purvinas paviršius. Todėl naujesniuose automobiliuose juos papildo kameros.
Radariniai jutikliai naudojami pažangesnėms sistemoms – adaptyviam greičio palaikymui, aklosios zonos stebėjimui, automatiniam avarinio stabdymo sistemai. Jie veikia panašiai kaip ultragarsiniai, tik naudoja radijo bangas, kurios gali „matyti” daug toliau – net 200 metrų. Paprastai radarai montuojami automobilio priekyje (už grotelių) ir galuose (bamperiuose).
Kameros šiuolaikiniuose automobiliuose yra ne tik vaizdui rodyti. Priekinė kamera su vaizdo atpažinimo programine įranga gali „matyti” kelio ženklus, juostas, pėsčiuosius, kitus automobilius. Tai leidžia veikti juostos išlaikymo sistemoms, pėsčiųjų aptikimo sistemoms ir net pusiau autonominiam važiavimui.
Kaip jutikliai genda ir ką daryti
Jutikliai nėra amžini. Jie dirba sunkiomis sąlygomis – temperatūros svyravimai nuo -30 iki +100 laipsnių, vibracija, drėgmė, druska žiemą, purvas. Todėl anksčiau ar vėliau jie gali sugedti.
Dažniausiai jutikliai genda ne dėl to, kad sudega jų elektronika, o dėl to, kad užsiteršia jų jutiklinė dalis. Pavyzdžiui, masinio oro srauto jutiklio karštą laidą gali padengti alyvos garai iš karterio vėdinimo sistemos. Lambda zondą gali „nunuodyti” blogos kokybės kuras su priedais. Parkavimosi jutiklius gali užkimšti purvas ar ledas.
Kai sugenda jutiklis, automobilio kompiuteris paprastai tai pastebi ir užsidega „Check Engine” lemputė arba kita perspėjimo lemputė. Kompiuteris įsimena klaidų kodą, kurį galima nuskaityti diagnostiniu įrenginiu. Tai labai palengvina gedimo paiešką – nebereikia spėlioti, kas negerai, kompiuteris pats pasako, kuris jutiklis neveikia.
Kai kurie jutikliai gali dirbti netiksliai, bet nesugesti visiškai. Pavyzdžiui, aušinimo skysčio temperatūros jutiklis gali rodyti neteisingą temperatūrą – tada variklis dirbs neoptimaliai, nors ir veiks. Tokius gedimus sunkiau diagnozuoti.
Praktiškas patarimas: jei užsidegė perspėjimo lemputė, nevažiuokite ilgai jos nekreipdami dėmesio. Kai kurie gedimai (pavyzdžiui, perkaitęs variklis) gali labai greitai sukelti rimtų pažeidimų. Kiti (pavyzdžiui, sugedęs deguonies jutiklis) tik padidins kuro sąnaudas ir teršalų kiekį, bet automobilis važiuos. Bet geriau nedelsti – kuo greičiau nustatomas gedimas, tuo pigiau jį pašalinti.
Ateitis – dar daugiau jutiklių ir dar daugiau galimybių
Automobilių jutiklių skaičius ir sudėtingumas tik didės. Autonominiams automobiliams reikia tikros jutiklių armijos – lidarų (lazerinio skenavimo prietaisų), daugybės kamerų, radarų, GPS, giroskopų. Tokie automobiliai turi „matyti” aplinką geriau nei žmogus.
Ateityje jutikliai taps dar tikslesni ir patikimesni. Jau dabar kuriami jutikliai, kurie gali nustatyti vairuotojo būseną – ar jis pavargęs, ar dėmesingas. Yra jutiklių, kurie stebi, ar visi keleiviai užsisegę diržus. Kuriami jutikliai, kurie gali nustatyti kelio dangos būklę (ar šlapia, ar apledėjusi) ir automatiškai pritaikyti automobilio valdymą.
Įdomu tai, kad vis daugiau jutiklių duomenų naudojami ne tik automobilio valdymui, bet ir diagnostikai. Automobilis gali pats „suprasti”, kad artėja gedimas (pavyzdžiui, pradeda blogiau veikti koks nors komponentas), ir įspėti vairuotoją iš anksto. Tai vadinama prognozine diagnostika.
Dar viena kryptis – jutiklių duomenų naudojimas draudimo kompanijų. Jau yra sistemų, kurios stebi, kaip vairuojate (ar staigiai stabdote, ar viršijate greitį), ir pagal tai skaičiuoja draudimo įmoką. Tai kelia privatumo klausimų, bet technologiškai visiškai įmanoma.
Taip pat jutikliai tampa vis mažesni ir pigesni. Tai, kas prieš dešimtmetį buvo tik prabangių automobilių privilegija, dabar tampa standartu ir pigesnėse klasėse. Parkavimosi jutikliai, padangų slėgio stebėjimas, stabilumo kontrolė – visa tai dabar yra net nebrangių automobilių bazinėje komplektacijoje.
Jutikliai keičia ne tik tai, kaip veikia automobiliai, bet ir tai, kaip juos remontuojame. Anksčiau geras mechanikas galėjo diagnozuoti gedimą pagal garsus, kvapus, automobilio elgesį. Dabar be kompiuterio ir diagnostinio įrenginio beveik neįmanoma nieko sutvarkyti. Tai reiškia, kad automobilių servisai turi investuoti į brangią įrangą ir mokytis nuolat, nes technologijos keičiasi labai greitai.
Bet svarbiausia – jutikliai daro automobilius saugesnius, ekonomiškesnius ir patogesnius. Dėl jų sumažėjo avarijų, sumažėjo kuro sąnaudos, sumažėjo teršalų išmetimai. Tai technologijos, kurios dirba tyliai fone, bet be kurių šiuolaikinis automobilis būtų neįsivaizduojamas. Kiekvieną kartą, kai sėdate į automobilį ir jis sklandžiai užsiveda, stabiliai važiuoja, saugiai stabdo – dėkokite tiems dešimtims mažų elektroninių prietaisėlių, kurie nepaliauja stebėti ir valdyti šimtus parametrų kiekvieną sekundę.