CÔNG TY CỔ PHẦN CÔNG NGHỆ ĐỈNH CAO TTECH JSC.,

10 ỨNG DỤNG CẢM BIẾN ÁP SUẤT TRONG OTO

25-02-2021 17:51

10 ứng dụng cảm biến áp suất trong ô tô

Các cảm biến áp suất được sử dụng rộng rãi trên một chiếc xe hiện đại, giúp quản lý mọi thứ từ phanh đến cửa sổ điện, khí thải cho đến trợ lực lái….

Trên thực tế, hầu hết các hệ thống quan trọng trên xe đều dựa vào cảm biến áp suất để đo lường và giám sát các thông số chính.

Điều này đảm bảo yếu tố an toàn khi lưu thông trên đường, giảm thiểu ô nhiễm và cải thiện trải nghiệm lái xe của chúng ta.

Nhưng chính xác thì cảm biến áp suất giúp xe chạy tốt hơn như thế nào và các nhà sản xuất cần biết gì để làm được điều đó?

1. Phát hiện sớm các lỗi trong hệ thống phanh thủy lực

Hệ thống trên ô tô phát hiện áp lực bạn đang tác động lên bàn đạp phanh, sau đó khuyếch đại nó để giúp thao tác hiệu quả hơn.

Các hệ thống này sử dụng một cảm biến áp suất tuyệt đối để giám sát chân không được duy trì trong hai khoang riêng biệt bên trong servo phanh (xem sơ đồ ).

Trong điều kiện hoạt động bình thường, khi đạp phanh, áp suất khí quyển sẽ chảy vào một trong các khoang.

Điều này làm tăng áp suất lên màng ngăn, do đó, làm tăng áp lực tác dụng lên xi lanh chính.

Khi nhả bàn đạp phanh, môi trường chân không được khôi phục bằng cách sử dụng nguồn chân không. Có thể thông qua một máy bơm chuyên dụng hoặc hút từ ống góp.

Tình trạng lỗi phát sinh nếu chân không trong một hoặc cả hai khoang không thể được duy trì hoặc khôi phục. 

Cảm biến áp suất tuyệt đối được sử dụng để theo dõi áp suất trong các khoang và cảnh báo cho người lái xe. Hoặc hệ thống quản lý động cơ nếu áp suất bên trong các khoang không đủ thấp để có hiệu quả.

Nếu không có cách đo áp suất bên trong các khoang, hệ thống có thể bị lỗi mà người lái xe không biết và dẫn đến tình trạng đột ngột mất hiệu quả phanh ngay khi cần thiết.

Các nhà sản xuất đang sử dụng cảm biến áp suất tuyệt đối Manifold (MAP) trong loại ứng dụng này.

Có thể được cung cấp trong các gói lắp trên bề mặt và có thể đo áp suất trong phạm vi từ 10 đến 150 kPa (kilopascal) với độ chính xác 1% trên toàn bộ phạm vi đo.

2. Tối ưu hóa hỗn hợp nhiên liệu để phù hợp với áp suất không khí

Việc làm cho động cơ đốt trong hoạt động hiệu quả nhất có liên quan đến việc tạo ra hỗn hợp nhiên liệu phù hợp với các điều kiện hiện tại.

Tất nhiên, điều này bao gồm tốc độ thực tế và mong muốn, nhưng cũng bao gồm việc điều chỉnh tốc độ động cơ hiện tại, nhiệt độ động cơ và ống góp.

Tuy nhiên, thông số cần đo không chỉ là nhiệt độ không khí; áp suất không khí cũng là một yếu tố quan trọng khi điều chỉnh hỗn hợp nhiên liệu và thời điểm đánh lửa.

Ở đây, cảm biến áp suất tuyệt đối được sử dụng để cung cấp cho hệ thống quản lý động cơ (EMS) thông tin cần thiết.

Các cảm biến được sử dụng để đo áp suất bên trong ống góp và do không khí được hút vào từ khu vực xung quanh nên áp suất không khí bên ngoài cũng vậy.

Áp suất không khí khí áp có thể có ảnh hưởng đáng kể đến hỗn hợp nhiên liệu, vì vậy bằng cách đo và bù đắp những thay đổi. EMS có thể điều chỉnh động cơ để đạt hiệu quả tối ưu, cho dù xe đang ở mực nước biển hay cao hơn 20.000 feet.

Cảm biến MAP cũng được sử dụng ở đây, nhưng trong trường hợp này, chúng cần có khả năng đo áp suất cao tới 400 kPA.

3. Làm sạch bộ lọc khí thải tự động

Nhiên liệu diesel là một trong những dạng nhiên liệu phổ biến nhất cho các phương tiện giao thông.

Đặc biệt là các phương tiện vận tải lớn, xây dựng và nông nghiệp, cảm biến áp suất rất quan trọng trong việc làm cho động cơ diesel sạch nhất có thể.

Các bộ lọc bên trong động cơ được sử dụng để thu giữ muội than và các hạt khác có trong khí thải trước khi nó có thể thoát vào khí quyển.

Các bộ lọc sau đó cần được làm sạch, được thực hiện bằng cách đốt cháy các hạt.

Điều này có thể đạt được bằng cách sử dụng hệ thống tích cực làm nóng bộ lọc đến nhiệt độ nơi muội than bốc cháy hoặc hệ thống thụ động sử dụng chất xúc tác.

Trong hệ thống hoạt động (xem sơ đồ bên trên), các cảm biến áp suất được sử dụng để đo áp suất khí thải.

Quá trình làm sạch được kích hoạt khi áp suất qua bộ lọc hạt động cơ diesel (DPF) đạt đến ngưỡng.

Điều này có thể được đo bằng cách sử dụng hai cảm biến áp suất tuyệt đối hoặc một cảm biến chênh lệch áp suất.

4. Đảm bảo bộ chuyển đổi xúc tác được làm kín

Trong một hệ thống thụ động, các hạt trong khí thải bị phá hủy bằng cách sử dụng một bộ chuyển đổi xúc tác.

Trong trường hợp này, một cảm biến áp suất được sử dụng để đảm bảo hệ thống có thể hoạt động hiệu quả ngay cả ở nhiệt độ động cơ thấp.

Bộ chuyển đổi xúc tác cần nhanh chóng tăng nhiệt độ để hoạt động hiệu quả.

Thông thường, nó cần đạt trên 300 ° C nhưng khi động cơ nguội, bộ chuyển đổi xúc tác cũng vậy.

Đưa không khí vào ống xả sẽ kích hoạt quá trình tỏa nhiệt, giúp tăng nhiệt độ của bộ chuyển đổi xúc tác.

Máy bơm cho van khí thứ cấp được ngắt và hệ thống được làm kín bằng van.

Sử dụng cảm biến áp suất tuyệt đối đặt giữa máy bơm và van cung cấp sự đảm bảo cần thiết rằng van được đóng đúng cách và phần còn lại của hệ thống được bảo vệ khỏi khí thải độc hại.

5. Giám sát tuần hoàn khí thải

Các nhà sản xuất ô tô đang cần phải giảm lượng khí thải tổng thể của động cơ, và một phương án được áp dụng là tuần hoàn một phần khí thải.

Hiệu quả ở cả động cơ xăng và động cơ diesel, kỹ thuật làm giảm nhiệt độ trong buồng đốt, có tác dụng giảm lượng Nitơ Oxit sinh ra và thải ra.

Điều khiển quá trình tuần hoàn khí động cơ (EGR) liên quan đến việc sử dụng cảm biến áp suất tuyệt đối để theo dõi áp suất tại van.

Nếu không có sự kiểm soát đó, hệ thống có thể trở nên không ổn định dẫn đến việc tuần hoàn khí quá nhiều hoặc quá ít.

Các nhà sản xuất cảm biến không ngừng nỗ lực cải tiến quy trình của họ để cung cấp các cảm biến áp suất có khả năng chịu đựng tốt hơn trong các môi trường khắc nghiệt trong loại ứng dụng này.

6. Kiểm tra áp suất của chất lỏng

Có lẽ công dụng phổ biến nhất của cảm biến áp suất điện tử là đo áp suất của các chất lỏng quan trọng của xe như dầu động cơ, hộp số và dầu truyền động, và dầu thủy lực trong hệ thống phanh, hệ thống làm mát và hệ thống nhiên liệu.

Cảm biến áp suất điện tử sẽ có một phần cấu trúc của nó tiếp xúc với chất lỏng được đo, vì vậy chúng cần phải chắc chắn và đàn hồi.

Thông thường, nó sẽ sử dụng hiệu ứng piezoresistive, phát hiện sự thay đổi điện trở của vật liệu do sự lệch hướng gây ra bởi áp suất do chất lỏng tạo ra.

Các cảm biến áp suất nhắm mục tiêu đến không gian ứng dụng này thường sẽ có thể chịu được môi trường khắc nghiệt và đạt tiêu chuẩn IP 6k 9k (kín bụi, chịu áp suất cao) và có thể đo áp suất từ 0

bar đến 600 bar trên một phạm vi nhiệt độ hoạt động từ -40 đến +125 ° C.

7. Ngăn chặn tình trạng kẹt tay tại cánh cửa

Đóng cửa bằng điện trên ô tô là một sự đổi mới tuyệt vời nhưng nếu ngón tay của bạn (hoặc ai đó nhỏ hơn) lọt vào giữa cửa và khung không đúng lúc, sự cố có thể dẫn đến – nhưng cảm biến áp suất luôn sẵn sàng trợ giúp.

Sử dụng cảm biến áp suất tương đối được kết nối với một ống kín và được gắn xung quanh mép của khung cửa, mọi vật cản có thể được phát hiện một cách nhanh chóng và đáng tin cậy.

Bất kỳ lực nén nào của ống dẫn đều làm cho áp suất bên trong tăng lên, áp suất này sẽ được cảm biến áp suất tương đối thu nhận ngay lập tức và chuyển đến hệ thống an toàn của xe.

Nếu cửa được kích hoạt bằng điện, nó sẽ ngừng đóng; kỹ thuật tương tự cũng được áp dụng cho các cửa sổ.

Các cảm biến được thiết kế cho ứng dụng mới này thường tuân theo giao thức PSI5 (Giao diện cảm biến ngoại vi 5). Giao thức ban đầu được phát triển như một giao diện đáng tin cậy giữa cảm biến túi khí và ECU, đồng thời sử dụng một cặp xoắn mang cả nguồn và dữ liệu.

Cảm biến áp suất được thiết kế cho ứng dụng quan trọng về an toàn này hoạt động trong phạm vi khoảng 50 đến 110 kPa.

8. Phát hiện hơi rò rỉ

Một phần trách nhiệm của các nhà sản xuất ô tô là giữ cho môi trường không có hơi độc hại tạo ra từ động cơ đốt.

Các loại xe chạy xăng mới hiện nay có một hệ thống ngăn không cho những hơi này thoát ra khỏi hệ thống nhiên liệu đã được bịt kín, thông thường bằng cách chuyển hơi tới một hệ thống bay hơi có chứa than hoạt tính.

Không khí được trộn với hơi để chúng có thể được động cơ đốt cháy một cách an toàn.

Được gọi là hệ thống kiểm soát khí thải bay hơi (EVAP), chúng được kiểm tra nghiêm ngặt.

Một cảm biến áp suất tuyệt đối luôn giám sát độ kín của hệ thống, cảnh báo cho xe (và người lái) nếu xảy ra rò rỉ.

Nếu không có cảm biến áp suất giám sát hệ thống, hơi có thể thoát ra ngoài gây ô nhiễm môi trường

Cảm biến khí áp có thể sẽ được đặt bên trong bình nhiên liệu và có thể cung cấp đầu ra tương tự hoặc kỹ thuật số, đo phạm vi áp suất trong khoảng 40 đến 115 kPa với độ chính xác 1,5 kPa hoặc cao hơn.

9. Kích hoạt túi khí nhanh hơn

Các nhà sản xuất ô tô liên tục đổi mới để nâng cao độ an toàn cho hành khách.

Những chiếc xe hiện đại không chỉ có túi khí trong bảng điều khiển; chúng có tất cả xung quanh nội thất.

Bao gồm cả túi khí trong cửa để bảo vệ người ngồi trong trường hợp va chạm bên cạnh.

Sự thay đổi áp suất đột ngột xảy ra trong khoang cửa khi va chạm bên có thể được phát hiện bằng cách sử dụng cảm biến áp suất tương đối.

Thường nhanh hơn nhiều so với sử dụng các kỹ thuật khác.

Việc sử dụng đúng loại cảm biến trong ứng dụng này sẽ cho hệ thống an toàn của ô tô triển khai túi khí trong vòng vài phần trăm giây. Và thường nhanh hơn nhiều so với hệ thống túi khí phía trước hoạt động.

Điều này là cần thiết vì việc gần cửa với hành khách làm giảm đáng kể thời gian phản ứng so với hệ thống túi khí trên bảng điều khiển.

10. Giải phóng túi khí cho người đi bộ

Trong trường hợp không may ô tô đâm vào người đi bộ, sử dụng cảm biến áp suất để triển khai cơ chế an toàn (hệ thống nắp ca-pô chủ động).

Để giảm tác động đến người đi bộ nếu họ tiếp đất trên nắp ca-pô.

Bằng cách đặt các cảm biến áp suất tương đối vào cản trước của ô tô, mọi biến dạng của cản có thể được phát hiện ngay lập tức.

Nếu điều này xảy ra, hệ thống an toàn của ô tô có thể kích hoạt dự trữ khí nén trong khoang động cơ, đẩy nắp ca-pô lên và hướng về phía trước xe.

Nắp ca-pô nâng cao (như hình bên phải) tạo ra một rào cản giữa người đi bộ và các bộ phận cứng hơn của động cơ. Do đó làm giảm mức độ nghiêm trọng tiềm ẩn của tác động.

Một số xe hơi cũng triển khai một túi khí từ khoang động cơ bao phủ kính chắn gió để bảo vệ người đi bộ.

Cảm biến áp suất đóng một vai trò quan trọng trong tất cả những cải tiến này. Giúp cho một chiếc xe sạch hơn, êm ái hơn và an toàn hơn.

Từ một loạt các tính năng an toàn đến giảm thiểu ô nhiễm và tối ưu hóa hiệu suất động cơ, cảm biến áp suất là trung tâm của trải nghiệm lái xe hiện đại.

Cảm biến áp suất còn được sử dụng để làm gì?

Ứng dụng trong ô tô, tự động hóa tòa nhà, tiêu dùng và thiết bị đeo, ứng dụng y tế và công nghiệp.