ここ数十年で、機械式の自動車速度計は電子速度測定システムに置き換えられ、速度センサーが重要な役割を果たしています。最新の速度センサー、その種類、設計、操作、正しい選択と交換については、この記事をお読みください。
スピードセンサーとは
速度センサー (車速センサー、DSA) は、電子車速測定システムの敏感な要素です。ギアボックスまたはドライブアクスルギアボックス内のシャフトの角速度を測定し、測定結果を車両のスピードコントローラーまたはスピードメーターに送信する接触または非接触センサー。
注: この記事では、車の速度を測定するための DSA についてのみ説明します。予防安全システム (ABS など) の一部として動作する車輪速センサーについては、当社 Web サイトの他の記事で説明されています。
速度センサーは、現代の車両のさまざまなシステムの一部として使用できます。
● 速度計 - 現在の移動速度と移動距離を測定して表示します (走行距離計を使用)。
● 噴射、点火、その他のエンジン システム - 車の速度とその変化 (加速時と制動時) に応じて、パワー ユニットの動作モードを修正します。
● アクティブセキュリティおよび警報システム - さまざまなモードで車の速度と軌道を修正し、潜在的に危険な状況を警告します。
● 一部の車では、パワーステアリングおよびコンフォートシステム。
DSA は、従来のスピードメーターのケーブル ドライブと同様に、ギアボックス、トランスファー ケース、またはドライブ アクスル ギアボックスに取り付けられ、セカンダリ シャフトまたは中間シャフトの角速度を追跡します。センサーから電気信号の形で受け取った情報は、スピードコントローラーに送信されるか、直接スピードメーターに送信されます。生成される信号の特性と、センサーを車両電子機器に接続/統合する方法は、センサーの種類、設計、動作原理によって異なります。これについてはさらに詳しく説明する必要があります。
速度センサーの機能、種類、設計、動作原理
速度センサーは、種類や設計に関係なく、速度計に直接送信することも、エンジン コントローラーや関連する電子制御ユニットに送信することもできる信号を生成します。最初のケースでは、センサーは車両の速度を視覚的に判断するためにのみ使用されます。2 番目のケースでは、データは自動車電子機器によってエンジンやその他のシステムを制御するために使用され、速度計への信号はコントローラーから供給されます。最新の車両では、2 番目の接続方法がますます使用されています。
DSA を使用した速度の測定は非常に簡単です。センサーはパルス信号 (通常は長方形) を生成します。この信号のパルス繰り返し率はシャフトの回転速度、したがって自動車の速度に依存します。最新のセンサーは 1 キロメートルあたり 2000 ～ 25000 パルスを生成しますが、最も一般的に使用されている標準は 1 キロメートルあたり 6000 パルスです (接触センサーの場合、ローターの 1 回転あたり 6 パルス)。したがって、速度の測定は、コントローラによる単位時間当たりの DSA からのパルスの繰り返し率の計算と、この値を私たちが理解できる km/h に変換することに帰着します。
速度センサーは 2 つの大きなグループに分けられます。
● シャフトまたは接点によって直接駆動されます。
●非接触です。
ギアボックスに接触式速度センサーを取り付ける
最初のグループには、ギアボックス シャフト、アクスル、またはトランスファー ケースからのトルクが、ドライブ ギアとフレキシブル スチール ケーブル (または短い剛性シャフト) によって伝達されるセンサーが含まれます。センサーは、シャフトの角回転を読み取り、それを電気インパルスに変換するデバイスを提供します。このタイプのセンサーは、機械式スピードメーターの駆動装置の代わりに取り付けることができ (追加費用なしで古い車両をアップグレードできる)、信頼性が高いため、広く使用されています。
非接触スピードセンサーマスターダイヤル
2 番目のグループには、回転シャフトと直接接触しないセンサーが含まれます。このようなセンサーの速度を測定するために、マスターディスクまたはローターという補助装置がシャフトに取り付けられます。非接触型デバイスはますます普及しており、国産車の現行モデルの多くに搭載されています。
すべてのセンサーは異なる物理原理に基づいて動作します。接触デバイスでは、ホール効果と磁気抵抗効果 (MRE)、およびフォトカプラ (光電子ペア) が最もよく使用されます。非接触センサーの中心では、ホール効果が最も広く使用されており、MRE はそれほど使用されていません。各タイプのセンサーの設計と動作原理を以下に説明します。
ホール効果に基づく接触センサー
このタイプのセンサーはホール効果に基づいています。つまり、直流電流が流れる 2 つの反対側の平坦な導体が磁場内に置かれると、もう一方の反対側に電圧が発生します。DSA の中心となるホール チップには、ウェハ (通常はパーマロイ製) と増幅回路がすでに統合されています。センサーでは、超小型回路と磁石は静止したままで、磁場の変化は回転する「カーテン」、つまりスロットのあるリングによって行われます。リングは駆動ケーブルまたはシャフトに接続されており、そこから回転を受けます。DSA からの出力信号は、標準コネクタを介して速度計またはコントローラに送信され、そこから電力がホール チップに供給されます。
ホール効果に基づく非接触センサー
非接触 DSA も同じ効果に基づいていますが、その中に可動部品はありません。代わりに、磁化されたセクションを備えたローターまたはパルス ディスクがユニット (ギアボックス、アクスル ギアボックス) のシャフトに配置されています。センサーの感応部分 (ホール チップ付き) とローターの間には小さな隙間があり、ローターが回転すると超小型回路内でパルス信号が生成され、標準コネクタを介してコントローラーに送信されます。
非接触速度センサーの動作スキーム
磁気抵抗効果を利用した接触センサー
磁気抵抗素子を使用した速度センサー設計
このタイプの DSA は、磁気抵抗効果 (磁場に置かれたときに電気抵抗が変化する一部の材料の特性) に基づいています。このようなセンサーはホール センサーに似ていますが、半導体材料をベースとした統合磁気抵抗素子 (MRE) を備えたチップを使用します。ほとんどの場合、これらのセンサーは直接駆動を備えており、磁場の変化はリング状の多極磁石を回転させることによって実行され、生成された信号は標準コネクター (このコネクターを介してマイクロ回路の電源が供給されます) を介してコントローラーに供給されます。 MRE が提供されます)。
光電子接触センサー
これらの DSA は設計が最も単純ですが、上記の DSA よりも感度が低く、慣性が大きくなります。センサーはフォトカプラ (LED とフォトトランジスタ) に基づいており、その間にドライブ シャフトに接続されたスロットを備えたディスクがあります。ディスクが回転すると、LEDとフォトトランジスタの間の光束が周期的に遮断され、その遮断が増幅されてパルス信号の形でコントローラーに送信されます。
光電子速度センサーの設計
適切なスピードセンサーの選択と交換方法
最新の車両の速度センサーの故障は、移動速度や走行距離に関するデータの損失（速度計や走行距離計が機能しなくなる）から、パワーユニットの故障（不安定なアイドリング、燃料消費量の増加、動力の損失）、パワーステアリングおよびセキュリティシステム。したがって、DSA が故障した場合は、できるだけ早く交換する必要があります。
交換の場合は、以前に車に取り付けられていたセンサーのみを取り出すか、自動車メーカーが推奨するデバイスの中からデバイスを使用する必要があります。場合によっては、「非ネイティブ」DSA を選択できることもありますが、ほとんどの場合これは不可能です。センサーが所定の位置に設置されていないか、インストール中に誤った測定値が得られるためです。したがって、DSA の選択に関する実験は、極端な場合にのみ行う必要があります。
センサーの交換は、この特定の車両 (またはギアボックス、アクスル、トランスファー ケース) の指示に従って実行されます。ダイレクト ドライブ DSA には通常、ターンキー ネジと六角形が付いています (ただし、常にそうとは限りません。一部の製品には横方向の波形のリングが付いています)。したがって、それらを交換するには、古いデバイスを取り外して新しいデバイスをねじ込む必要があります。非接触センサーは通常、フランジの穴に通した 1 つまたは 2 つのネジ (ボルト) で取り付けられます。いずれの場合も、すべての作業はバッテリーから端子を取り外した状態で実行する必要があります。センサーを分解する前に、電気コネクターを取り外し、新しいコネクターを取り付ける前に、取り付け場所を掃除する必要があります。
非接触センサーのローターを交換することはより困難です。そのためには、ユニット（ボックス、ブリッジ）を部分的に分解し、指示に従って修理作業を実行する必要があります。
速度センサーを正しく選択して交換すると、速度計とさまざまな自動車システム (エンジンを含む) がすぐに動作し始めます。将来的には、DSA は車両の安全で快適な運行を保証します。
投稿日時: 2023 年 7 月 12 日