انواع سنسور ماشین و کارکرد آنها

با افزایش قطعات الکترونیکی، خودروها در گذر زمان پیچیده‌تر شده‌اند و یکی از مهم‌ترین تجهیزات الکترونیکی، حسگر یا سنسور خودرو است. حسگرهای مختلفی در ماشین‌های امروزی وجود دارد که جنبه‌های مختلفی از وسیله نقلیه را کنترل و اطلاعات را به راننده یا ECU (واحد کنترل الکترونیکی) ارسال می‌کنند. هر کدام از انواع سنسور خودرو وظیفه خاصی را بر عهده دارد.

سنسور خودرو چیست؟

حسگر خودرو یک دستگاه الکترونیکی است که بخش‌ها و قطعه‌های مختلف خودرو را کنترل و اطلاعات را به راننده یا ECU (واحد کنترل الکترونیکی) ارسال می‌کند. در شرایط خاص، ECU بر اساس اطلاعات دریافتی از سنسور، به‌طور خودکار تنظیماتی را روی بخش خاص انجام می‌دهد. نکات زیر جزئیات بیشتری را در مورد حسگرهای خودرو پوشش می‌دهد.

حسگرها می‌توانند بخش‌های مختلف خودرو مانند دما، سیستم خنک‌کننده، موتور، فشار روغن، سطح آلایندگی، سرعت وسیله نقلیه و غیره را کنترل کنند. بهترین مثال برای درک نحوه عملکرد حسگرها، اندام‌های حسی انسان (چشم، بینی، دهان، زبان و دست) است. آنها سیگنال‌هایی را به مغز ارسال می‌کنند که منجر به تصمیم‌گیری می‌شود.

به‌طور مشابه، حسگرهای خودرو سیگنال‌هایی را به ECU ارسال می‌کنند تا تنظیمات مناسب را انجام یا به راننده هشدار دهد. سنسورها از لحظه روشن شدن موتور، دائما جنبه‌های مختلف خودرو را کنترل می‌کنند. در یک خودروی مدرن، حسگرها در همه جا از موتور گرفته تا کم‌اهمیت‌ترین قطعه الکتریکی خودرو، وجود دارند.

وظایف سنسور خودرو

انواع سنسور ماشین از اجزای ضروری خودروهای مدرن هستند؛ زیرا اطلاعات حیاتی را برای سیستم‌های کنترل خودرو فراهم می‌کنند. این حسگرها جنبه‌های مختلف عملکرد خودرو از جمله سرعت، دما، فشار و سایر پارامترهای حیاتی را اندازه‌گیری و کنترل می‌کنند.
یکی از وظایف اصلی سنسورها، بهبود ایمنی است.

برای مثال، سیستم ترمز ضد قفل (ABS) از حسگرهای چرخ برای کنترل سرعت هر چرخ استفاده می‌کند. اگر در حالی که خودرو همچنان در حال حرکت است، چرخ از گردش باز ایستد، ABS فشار ترمز را کاهش می‌دهد تا از لیز خوردن جلوگیری کند و اطمینان حاصل شود که راننده کنترل خودرو را حفظ می‌کند. به‌طور مشابه، سیستم کیسه هوا از حسگرها برای تشخیص تغییرات ناگهانی در سرعت خودرو استفاده می‌کند و در صورت برخورد، کیسه هوا را برای محافظت از سرنشینان فعال می‌کند.

عملکرد ضروری دیگر سنسور ماشین، بهبود مصرف سوخت است. حسگرهایی مانند حسگر اکسیژن، حسگر فشار سوخت و حسگر جریان هوا با هم کار می‌کنند تا سیستم سوخت رسانی خودرو را بهینه کرده و اطمینان حاصل کنند که موتور با راندمان کار می‌کند. حسگرها با نظارت بر مخلوط سوخت و هوا، می‌توانند جریان سوخت را برای بهتر شدن بازده احتراق تنظیم کنند و در نتیجه مصرف سوخت و آلایندگی را کاهش دهند. به‌طور کلی حسگرها نقش اساسی در بهبود عملکرد، ایمنی و بازده خودرو دارند.

انواع سنسور ماشین

جزئیات بیشتر در مورد انواع حسگرهای خودرو و کاربرد آنها در ادامه آمده است.

حسگر جریان هوا (MAF)

مف سنسور به‌طور معمول یک حسگر جریان هوای جرمی سیم داغ است که در مسیر ورودی هوا قرار دارد. این سنسور با استفاده از یک المنت سیم گرم‌شده که هوا از کنار آن عبور می‌کند، مقدار هوای ورودی به موتور را اندازه‌گیری می‌کند. میزان اتلاف گرما با چگالی و جریان هوا مطابقت دارد. این داده‌ها برای محاسبه دقیق تزریق سوخت و زمان جرقه برای احتراق بهینه به ECU ارسال می‌شود. خرابی این حسگر باعث می‌شود موتور بیش از حد سوخت دریافت کند یا مخلوط سوخت کم باشد که در نتیجه منجر به کاهش قدرت، احتراق ناقص، خاموش شدن یا افزایش آلایندگی می‌شود.

حسگر ضربه موتور یا ناک سنسور

سنسور ضربه یل ناک یک سنجشگر ضربه است که به بلوک موتور متصل می‌شود و ارتعاشات ناشی از احتراق زودرس یا ضربه موتور را تشخیص می‌دهد. ناک زدن می‌تواند به مرور زمان به پیستون‌ها، رینگ‌ها، یاتاقان‌ها و… آسیب برساند. حسگر ناک ضربه زدن را تشخیص و اطلاعات را به ایسیو ارسال می‌کند تا ایسیو نیز با تغییر در زمان جرقه و میزان پاشش، آن را کنترل کند.

سنسور دور موتور

سنسور دور موتور یا سرعت‌ موتور، معمولا یک حسگر اثر هال است که بالای میل لنگ (فلای ویل) نصب می‌شود و سرعت و موقعیت میل لنگ را در هنگام چرخش کنترل می‌کند. این امر به ECU اجازه می‌دهد تا زمان تزریق سوخت و جرقه را برای هر سیلندر بر اساس موقعیت میل لنگ به طور دقیق تنظیم کند. زمان‌بندی مناسب این رویدادها برای عملکرد روان موتور، ارائه قدرت و کنترل آلایندگی حیاتی است.

سنسور موقعیت میل سوپاپ

سنسور موقعیت میل سوپاپ روی سرسیلندر نصب می‌شود و چرخش میل سوپاپ را مانیتور می‌کند. این اطلاعات به ECU کمک می‌کند تا باز و بسته شدن سوپاپ‌های ورودی و خروجی را با رویدادهای تزریق سوخت و جرقه هماهنگ کند. این زمان‌بندی دقیق تنفس موتور را برای افزایش قدرت و کاهش مصرف بهینه خواهد کرد.

سنسور فشار مطلق منیفولد (MAP)

سنسور مپ یا حسگر فشار مطلق منیفولد (MAP) روی منیفولد ورودی هوا نصب شده است. این حسگر تغییرات فشار خلأ داخل منیفولد را با تغییر بار موتور اندازه‌گیری می‌کند. ECU از داده‌های MAP برای محاسبه بار و بهینه‌سازی نسبت هوا به سوخت استفاده می‌کند. خرابی این حسگر باعث بد کار کردن موتور، کاهش قدرت و مشکلات آلایندگی می‌شود.

سنسور موقعیت دریچه گاز یا پتانسیومتر

سنسور موقعیت دریچه گاز این سنسور روی بدنه دریچه گاز نصب شده و با فشار دادن پدال گاز، زاویه دریچه گاز را اندازه‌گیری می‌کند. این ورودی به ECU کمک می‌کند تا میزان تقاضای قدرت از سوی راننده را تعیین و نسبت هوا به سوخت و زمان‌بندی مورد نیاز را محاسبه کند. خرابی این سنسور باعث رفتار غیرعادی موتور می‌شود.

سنسور ولتاژ

این سنسور با کنترل ولتاژ سیستم، به تنظیم دینام برای حفظ شارژ مناسب کمک می‌کند. همچنین بر اساس بار الکتریکی، دور آرام را بهینه خواهد کرد. این سنسور از خالی شدن باتری و شارژ بیش از حد آن نیز جلوگیری می‌کند.

سنسور اکسیژن

سنسور اکسیژن که در منیفولد اگزوز نصب شده است، میزان اکسیژن را برای تعیین اینکه مخلوط هوا به سوخت غنی است یا فقیر، کنترل می‌کند. اطلاعات دریافتی از حسگر اکسیژن به ایسیو اجازه می‌دهد تا مخلوط را به طور دقیق برای بهینه‌سازی حداکثر راندمان موتور کنترل کند. آلودگی این سنسورها باعث مصرف سوخت نامناسب و افزایش آلایندگی می‌شود.

حسگر NOx

این سنسور که بعد از کاتالیزور قرار دارد، سطوح انتشار اکسیدهای نیتروژن را تشخیص می‌دهد. ECU از این داده برای اطمینان از عملکرد صحیح کاتالیزور و ایجاد تنظیمات برای کاهش انتشار NOx استفاده می‌کند. سطوح بالای NOx نسوخته نشان‌دهنده وجود مشکلات موتور است.

سنسور دما

حسگرهای دمای مایع خنک‌کننده یا فشنگی آب، هوای ورودی و اگزوز، دماهای کارکرد موتور را اندازه‌گیری می‌کنند. ECU از این خوانش ها برای مدیریت زمان‌بندی احتراق، رساندن سوخت، فن‌های خنک‌کننده و چراغ‌های هشداردهنده برای جلوگیری از آسیب ناشی از گرمای بیش از حد استفاده می‌کند.

حسگر دمای سوخت

این حسگر با استفاده از ترمیستور یا ترموکوپل، دمای سوخت را در ریل سوخت‌رسانی که به انژکتورها منتهی می‌شود، به‌طور دقیق اندازه‌گیری می‌کند. این حسگر نحوه تغییر دمای سوخت در هنگام گرم شدن موتور و استارت مجدد در حالت گرم را کنترل می‌کند. از آنجایی که چگالی سوخت با افزایش دما کاهش می‌یابد، ECU از این داده برای تنظیم عرض پالس انژکتور برای رساندن مقدار صحیح سوخت استفاده می‌کند. سوخت سردتر و متراکم‌تر به زمان پالس کمتری نیاز دارد. ECU همچنین می‌تواند بر اساس نوسانات سوخت و فشار بخار در دماهای مختلف، دور آرام را تغییر دهد تا از خاموش شدن موتور جلوگیری کند.

سنسور سرعت یا دوران چرخ (ABS)

حسگرهای سرعت چرخ از سیم پیچ و آهنربا استفاده می‌کنند تا با گردش چرخ، یک سیگنال AC تولید کنند. سنسورهای فعال از نوع حلقه‌ای دارای یک حلقه دندانه‌دار روی محور هستند که از کنار نوک سنسور عبور می‌کند. فرکانس و ولتاژ سیگنال به‌طور دقیق سرعت چرخش و جهت چرخ را نشان می‌دهد. این سنسورهای فعال داده‌ها را به سیستم ترمز ABS، کنترل کشش و کنترل پایداری ارسال می‌کنند تا لغزش لاستیک و قفل شدن چرخ‌ها را در هنگام ترمز یا شتاب گیری شدید تشخیص دهند.

حسگر پارک

حسگرهای فراصوت کوتاه برد که در سپرهای جلو و عقب قرار دارند، امواج صوتی با فرکانس بالا ساطع کرده و زمان بازگشت اکو را برای تشخیص موانع نزدیک اندازه‌گیری می‌کنند. پردازش پیشرفته سیگنال دیجیتال بر اساس زمان سپری شده بین انتشار و بازگشت، فاصله تا مانع را در هنگام رانندگی با سرعت کم یا پارک کردن تعیین می‌کند. سیستم کمکی پارک با بوق‌های صوتی و گرافیک بصری روی صفحه نمایشگر داشبورد که نزدیکی موانع را نشان می‌دهد، به راننده هشدار داده تا از ضربه، خراش و برخوردهای پرهزینه‌تر جلوگیری شود.

سنسور باران

سنسور باران دو نوع نوری و مادون قرمز دارد. حسگر باران نوری از یک منبع نور LED استفاده می‌کنند که به سمت یک منشور هدایت می‌شود که نور را با زاویه ۴۵ درجه به سمت یک حسگر عکس بازتاب می‌دهد. هنگامی که قطرات باران به شیشه برخورد می‌کنند، نور را پراکنده کرده و ولتاژ اندازه‌گیری شده توسط سنسور را کاهش می‌دهند.

سنسورهای مادون قرمز هم به‌طور مشابه کار می‌کنند اما فقط طیف مادون قرمز را تشخیص می‌دهند. ولتاژ متغیری که توسط قطرات باران ایجاد می‌شود، بدون نیاز به دستور راننده، موتور برف پاک‌کن را فعال می‌کند. این امر با فعال کردن خودکار برف پاک‌کن‌ها در مواقع مورد نیاز، ایمنی و راحتی بیشتری را فراهم می‌آورد.

حسگر فشار باد لاستیک (TPMS)

حسگرهای نظارت بر فشار باد لاستیک به صورت بی‌سیم در داخل هر لاستیک روی لبه چرخ یا والو سوپاپ نصب می‌شوند. آنها حاوی ترانسدیوسر فشار، منبع تغذیه باتری و یک فرستنده بی‌سیم هستند. همچنین سنسورهای دینامیکی دما را اندازه‌گیری می‌کنند. سنسورها سیگنال‌های RF را با داده‌های فشار و دما به یک ماژول گیرنده مرکزی ارسال می‌کنند. اگر فشار ۲۵ درصد از حد تعیین شده توسط راننده کاهش یابد، گیرنده یک چراغ هشدار را برای هشدار به راننده در مورد فشار کم یا نشتی قبل از تأثیر بر ایمنی، فعال می‌کند.

حسگر زاویه فرمان

این حسگر که روی ستون فرمان نصب شده است، از طریق حسگرهای مغناطیسی، نوری یا پتانسیومتری، زاویه دقیق و سرعت چرخش فرمان را ردیابی می‌کند. با تشخیص موقعیت و حرکت غربیلک فرمان، می‌تواند قصد و ورودی‌های راننده را تعیین کند. این داده‌ها به بهبود پایداری خودرو، هشدار خروج از خط، سیستم‌های پارک اتوماتیک و سایر عملکردهای کنترل شاسی پیشرفته برای ایمنی و قابلیت رانندگی بهتر کمک می‌کند.

حسگر شتاب سنج

این حسگر کلیدی اینرسی، نیروهای گرانشی طولی و عرضی را با استفاده از یک المان لرزان میکروسکوپی اندازه‌گیری می‌کند. ترکیب این سیگنال‌های شتاب با ژیروسکوپ، حسگر حرکتی کامل سه‌محوره را فراهم می‌کند. این داده‌ها به سیستم‌های کیسه هوا در تعیین ضربه‌های خطرناک و استقرار با سرعت و نیروی مناسب کمک می‌کند. همچنین مانورهای تهاجمی، پرتاب‌های شدید و شیب بدنه شدید را برای سیستم‌های جلوگیری از واژگونی تشخیص می‌دهد.

ژیروسکوپ

ژیروسکوپ‌های میکروسکوپی MEMS از عناصر لرزان برای اندازه‌گیری دقیق جهت‌گیری و سرعت زاویه‌ای در محورهای X و Y و Z استفاده می‌کنند. این امر میزان گام، انحراف و چرخش را تعیین می‌کند. داده‌های ژیروسکوپ ورودی‌های شتاب‌سنج را تکمیل می‌کند تا حرکت خودرو را در تمام جهات به طور کامل تعریف کند. این حسگر حرکتی جامع شش‌محوره، داده‌های حیاتی را برای سامانه کنترل پایداری، سیستم کمکی تغییر خط و سیستم‌های رانندگی خودکار به منظور بهبود ایمنی فراهم می‌کند.

حسگر نقطه کور (Blind Spot Sensor)

سنسور نقطه کور با استفاده از رادار، امواج فراصوت یا حسگرهای نوری که در سپر عقب خودرو نصب شده‌اند، به‌طور مداوم نقاط کور جانبی خودرو را کنترل می‌کند. هنگامی که وسیله نقلیه دیگری در این نقاط شناسایی شود، چراغ‌های هشدار LED روی آینه‌های جانبی یا نمایشگر مرکزی روشن می‌شوند. این هشدار به راننده در مورد وجود ترافیک در نقاط کور که از دید او پنهان است، هشدار می‌دهد تا از تغییر خطرناک لاین و تصادفات جلوگیری کند. حسگرهای رادار بر خلاف دوربین و فراصوت، در تمام شرایط آب و هوایی کار می‌کنند.

حسگر دید در شب (Night Vision Sensor)

این حسگر با استفاده از دوربین مادون قرمز و نمایشگر، دید راننده را فراتر از برد چراغ‌های جلو تقویت می‌کند. حسگرهای مادون قرمز بر اساس اختلاف دما، ردپای گرم اجسام زنده را در مقابل پس زمینه خنک‌تر تشخیص می‌دهند. نرم‌افزار این سیستم عابران پیاده، حیوانات و موانع موجود در جاده را شناسایی کرده و در صورت احتمال برخورد، هشدارهایی را ارائه می‌دهد تا به راننده زمان بیشتری برای عکس‌العمل و جلوگیری از تصادفات، به ویژه در سرعت‌های بالا بدهد.

دوربین تشخیص خواب آلودگی راننده

این دوربین که روی ستون فرمان نصب شده است، از الگوریتم‌های بینایی برای ردیابی موقعیت سر، پلک زدن، جهت نگاه و ریز حرکات صورت استفاده می‌کند. با نظارت بر راننده، سیستم تشخیص خواب آلودگی راننده می‌تواند خواب‌آلودگی، حواس‌پرتی و بی‌توجهی را که منجر به تصادف می‌شود، تشخیص دهد. این دوربین با هشدارهای صوتی و تصویری روی داشبورد، رانندگان خواب‌آلود را بیدار می‌کند یا رانندگان حواس‌پرت را تشویق می‌کند تا دوباره روی جاده تمرکز کنند.

حسگر فراصوت کمکی پارک

سنسورهای پارکینگ فراصوت با برد کوتاه در سپرهای جلو و عقب خودرو قرار دارند. آنها امواج صوتی با فرکانس بالا ارسال کرده و زمان بازگشت پژواک را برای تشخیص موانع ثابت و متحرک نزدیک به خودرو در هنگام مانور با سرعت کم اندازه‌گیری می‌کنند. سیستم کمکی پارک با استفاده از صداهای هشدار و نمایشگرهای بصری که نزدیکی و موقعیت اجسام را نشان می‌دهند، به راننده هشدار می‌دهد تا از خراش‌های جزئی و برخورد جلوگیری کند.

حسگر ورود بدون کلید

سنسور ورود بدون کلید که در کنار در سمت راننده نصب شده است، سیگنال‌های رادیویی رمزگذاری شده را از کلید یدکی خودرو در نزدیکی وسیله نقلیه تشخیص می‌دهد. این حسگر قبل از باز کردن درب‌ها و فعال کردن دکمه استارت، کد کلید صحیح را تایید می‌کند. مالکان خودرو بدون نیاز به فشار دادن هیچ دکمه‌ای می‌توانند در حالی که کلید در جیب یا کیف آنها قرار دارد، خودرو را باز کنند، وارد شوند و آن را روشن کنند.

سنسور و دوربین دنده عقب

یک سنسور و دوربین با زاویه دید عریض که در مرکز عقب خودرو نصب شده است، نمای مستقیمی از پشت خودرو را به صفحه نمایش داشبورد منتقل می‌کند. این امر به راننده کمک می‌کند تا به راحتی افراد، اشیا و موانعی را که هنگام عقب رفتن از طریق پنجره عقب قابل مشاهده نیستند، شناسایی کند. سنسور و همچنین دوربین دنده عقب از تصادف پرهزینه با ساختمان‌ها، تیرهای برق و مهم‌تر از همه، کودکان خردسال و حیوانات خانگی در مسیر پشت سر جلوگیری می‌کند.

مزایای سنسور خودرو

استفاده از سنسور ماشین، رانندگی را به کاری راحت‌تر و امن‌تر تبدیل کرده است

• سهولت در رانندگی
• تشخیص آسان اجزای معیوب در خودرو
• اطمینان از نگهداری صحیح موتور
• امکان کنترل خودکار برخی از عملکردها مانند برف پاک کن ها و چراغ‌های جلو
• تنظیم دقیق توسط واحد کنترل الکترونیکی (ECU) با اطلاعات دریافتی از حسگرها
• هشدار به راننده در صورت خرابی یا نقص اجزای خودرو

معایب حسگرهای خودرو

هر چند انواع سنسور خودرو باعث افزایش راحتی و ایمنی در خودروها شده است، اما معایبی نیز دارد که برای حفظ سلامت خود و خودرو باید به آنها توجه داشت.

• خرابی سنسورها با گذشت زمان
• هزینه تعمیر و تعویض بالا

نتیجه گیری

استفاده از سنسور خودرو باعث افزایش ایمنی و راحتی ماشین‌ها شده و در عین حال عیب‌یابی آنها را نیز راحت‌تر کرده است. بهتر است به‌صورت دوره‌ای برای اطمینان از عملکرد آنها یا انجام تمیزکاری (در صورت لزوم) به متخصص مراجعه کنید و از سالم بودن سنسورها مطمئن شوید. زیرا خرابی سنسورها می‌تواند کارکرد موتور، مصرف سوخت و ایمنی ماشین را تحت تأثیر قرار دهد.

نویسنده: حسین باباپور