Il sistema di frenata antibloccaggio (ABS) monitora i parametri di movimento del veicolo in base alle letture dei sensori installati su una o più ruote.Scopri cos'è un sensore ABS e perché è necessario, di che tipo è, come funziona e su quali principi si basa il suo lavoro: scoprilo dall'articolo.
Cos'è un sensore ABS
Il sensore ABS (anche sensore di velocità dell'automobile, DSA) è un sensore senza contatto della velocità di rotazione (o velocità) della ruota dei veicoli dotati di vari sistemi elettronici di sicurezza attiva e sistemi di controllo ausiliari.I sensori di velocità sono i principali elementi di misurazione che garantiscono il funzionamento del sistema di frenatura antibloccaggio (ABS), del sistema di controllo della stabilità (ESC) e del controllo della trazione.Inoltre, le letture dei sensori vengono utilizzate in alcuni sistemi di controllo della trasmissione automatica, misurazioni della pressione dei pneumatici, illuminazione adattiva e altri.
Tutte le auto moderne e molti altri veicoli a ruote sono dotati di sensori di velocità.Sulle autovetture i sensori sono installati su ciascuna ruota, sui veicoli commerciali e sui camion i sensori possono essere installati sia su tutte le ruote che nei differenziali degli assi motori (uno per asse).Pertanto, i sistemi di frenatura antibloccaggio possono monitorare le condizioni di tutte le ruote o delle ruote degli assi motori e, sulla base di queste informazioni, apportare modifiche al funzionamento del sistema di frenatura.
Tipi di sensori ABS
Tutti i DSA esistenti si dividono in due grandi gruppi:
• Passivo – induttivo;
• Attivo: magnetoresistivo e basato su sensori Hall.
I sensori passivi non richiedono alimentazione esterna e hanno il design più semplice, ma hanno una bassa precisione e una serie di svantaggi, quindi oggi sono di scarsa utilità.I sensori ABS attivi necessitano di energia per funzionare, sono un po' più complessi nella progettazione e più costosi, ma forniscono le letture più accurate e sono affidabili nel funzionamento.Pertanto, oggi sulla maggior parte delle auto sono installati sensori attivi.
I DSA di tutti i tipi hanno due versioni:
• Dritto (estremità);
•Angolo.
I sensori diretti hanno la forma di un cilindro o di un'asta, a un'estremità del quale è installato un elemento sensibile, all'altra - un connettore o un filo con un connettore.I sensori angolari sono dotati di un connettore angolare o di un filo con connettore e hanno anche una staffa in plastica o metallo con un foro per il bullone.
Progettazione e funzionamento dei sensori induttivi ABS
Questo è il sensore di velocità più semplice nella progettazione e nel funzionamento.Si basa su un induttore avvolto con un sottile filo di rame, all'interno del quale è presente un magnete permanente abbastanza potente e un nucleo magnetico di ferro.L'estremità della bobina con un nucleo magnetico si trova di fronte alla ruota dentata metallica (rotore a impulsi), montata rigidamente sul mozzo della ruota.I denti del rotore hanno profilo rettangolare, la distanza tra i denti è pari o leggermente superiore alla loro larghezza.
Il funzionamento di questo sensore si basa sul fenomeno dell'induzione elettromagnetica.A riposo non c'è corrente nella bobina del sensore, poiché è circondata da un campo magnetico costante - non c'è segnale all'uscita del sensore.Mentre l'auto è in movimento, i denti del rotore a impulsi passano vicino al nucleo magnetico del sensore, il che porta ad una variazione del campo magnetico che passa attraverso la bobina.Di conseguenza, il campo magnetico diventa alternato che, secondo la legge dell'induzione elettromagnetica, genera una corrente alternata nella bobina.Questa corrente varia secondo la legge del seno e la frequenza della variazione di corrente dipende dalla velocità di rotazione del rotore, cioè dalla velocità dell'auto.
I sensori di velocità induttivi presentano notevoli inconvenienti: iniziano a funzionare solo quando viene superata una certa velocità e formano un segnale debole.Ciò rende impossibile il funzionamento dell'ABS e di altri sistemi a basse velocità e spesso porta a errori.Pertanto, i DSA passivi di tipo induttivo lasciano oggi il posto a quelli attivi più avanzati.
Progettazione e funzionamento di sensori di velocità basati sull'elemento Hall
I sensori basati su elementi Hall sono i più comuni per la loro semplicità e affidabilità.Si basano sull'effetto Hall: la presenza di una differenza di potenziale trasversale in un conduttore piano posto in un campo magnetico.Tale conduttore è una piastra metallica quadrata inserita in un microcircuito (circuito integrato di Hall), che contiene anche un circuito elettronico di valutazione che genera un segnale digitale.Questo chip è installato nel sensore di velocità.
Strutturalmente, il DSA con un elemento Hall è semplice: si basa su un microcircuito, dietro il quale si trova un magnete permanente, attorno al quale è possibile posizionare un nucleo magnetico a piastra metallica.Tutto questo è riposto in una custodia, sul retro della quale è presente un connettore elettrico o un conduttore con connettore.Il sensore si trova di fronte al rotore di impulsi, che può essere realizzato sotto forma di un ingranaggio metallico o di un anello con sezioni magnetizzate, il rotore di impulsi è montato rigidamente sul mozzo della ruota.
Il principio di funzionamento del sensore Hall è il seguente.Il circuito integrato Hall genera costantemente un segnale digitale sotto forma di impulsi quadrati di una particolare frequenza.A riposo, questo segnale ha una frequenza minima o è completamente assente.All'inizio del movimento dell'auto, sezioni magnetizzate o denti del rotore passano accanto al sensore, il che comporta una variazione della corrente nel sensore: questa variazione viene monitorata dal circuito di valutazione, che genera il segnale di uscita.La frequenza del segnale a impulsi dipende dalla velocità di rotazione della ruota, utilizzata dal sistema di frenatura antibloccaggio.
I DSA di questo tipo sono privi degli svantaggi dei sensori induttivi, consentono di misurare la velocità di rotazione delle ruote letteralmente dai primi centimetri di movimento dell'auto, sono precisi e affidabili nel funzionamento.
Progettazione e funzionamento di sensori di velocità magnetoresistivi anisotropi
I sensori di velocità magnetoresistivi si basano sull'effetto magnetoresistivo anisotropo, che è un cambiamento nella resistenza elettrica dei materiali ferromagnetici quando il loro orientamento cambia rispetto a un campo magnetico costante.
L'elemento sensibile del sensore è una "torta a strati" di due o quattro sottili piastre di permalloy (una speciale lega di ferro-nichel), su cui sono applicati conduttori metallici, che distribuiscono in un certo modo le linee del campo magnetico.Le piastre e i conduttori sono inseriti in un circuito integrato, che ospita anche il circuito di valutazione per formare il segnale di uscita.Questo chip è installato in un sensore situato di fronte al rotore a impulsi: un anello di plastica con sezioni magnetizzate.L'anello è montato rigidamente sul mozzo della ruota.
Il funzionamento dei sensori AMR si riduce a quanto segue.A riposo la resistenza delle piastre ferromagnetiche del sensore rimane invariata, quindi anche il segnale in uscita generato dal circuito integrato non cambia o è del tutto assente.Mentre l'auto è in movimento, le sezioni magnetizzate dell'anello di impulsi passano accanto all'elemento sensibile del sensore, il che porta ad un certo cambiamento nella direzione delle linee del campo magnetico.Ciò provoca un cambiamento nella resistenza delle piastre in permalloy, che viene monitorato dal circuito di valutazione - di conseguenza, all'uscita del sensore viene generato un segnale digitale a impulsi, la cui frequenza è proporzionale alla velocità dell'auto.
Va notato che i sensori magnetoresistivi consentono di tracciare non solo la velocità di rotazione delle ruote, ma anche la direzione della loro rotazione e il momento dell'arresto.Ciò è possibile grazie alla presenza di un rotore a impulsi con sezioni magnetizzate: il sensore monitora non solo il cambiamento nella direzione del campo magnetico, ma anche la sequenza di passaggio dei poli magnetici oltre l'elemento sensibile.
I DSA di questo tipo sono i più affidabili, forniscono un'elevata precisione nella misurazione della velocità di rotazione delle ruote e l'efficace funzionamento dei sistemi di sicurezza attivi del veicolo.
Il principio generale di funzionamento dei sensori di velocità come parte dell'ABS e di altri sistemi
I sistemi di frenatura antibloccaggio, indipendentemente dai sensori installati al loro interno, hanno lo stesso principio di funzionamento.La centralina ABS monitora il segnale proveniente dai sensori di velocità e lo confronta con indicatori precalcolati di velocità e accelerazione del veicolo (questi indicatori sono individuali per ciascuna vettura).Se il segnale proveniente dal sensore ed i parametri registrati nella centralina coincidono il sistema è inattivo.Se il segnale proveniente da uno o più sensori si discosta dai parametri di progettazione (ovvero le ruote sono bloccate), il sistema è incluso nell'impianto frenante, prevenendo le conseguenze negative del bloccaggio delle ruote.
Maggiori informazioni sul funzionamento della frenata antibloccaggio e di altri sistemi di sicurezza attivi dell'auto possono essere trovate in altri articoli sul sito.
Orario di pubblicazione: 24 agosto 2023