Senzory

Co jsou senzory?

Senzor je v nejširším slova smyslu měřicí zařízení. Vlivy prostředí, jako je teplota, vlhkost, světlo, plyny atd. jsou měřeny a převáděny na elektrické signály. Ty pak může zaznamenávat a interpretovat vyhodnocovací systém (řídicí jednotka). Řídicí jednotky pak vysílají signály aktorům, aby provedly potřebná nastavení nebo činnosti.

Například:
Teplota v interiéru vozidla se měří pomocí teplotního čidla. Elektronický řídicí systém vyhodnotí naměřenou teplotu jako příliš nízkou a aktivuje vytápění.

Senzory v motorovém vozidle

Při použití v motorovém vozidle se obvykle rozlišují tři hlavní kategorie senzorů:

• Senzory v hnacím ústrojí / motoru

Hnací ústrojí nebo jednotka motoru je skupina součástí v motorovém vozidle, která vytváří točivý moment a přenáší jej na hnací kola.
Senzory v této oblasti zajišťují bezproblémový chod této jednotky. Příkladem jsou snímače výfukových plynů, lambda snímače, snímače tlaku v motoru atd.

• Bezpečnostní senzory

Tyto senzory jsou nezbytné pro bezpečnost vozidla a jeho cestujících. Snímač rychlosti ABS například zabraňuje zablokování kola při brzdění. Senzory nárazu zajišťují aktivaci airbagu v případě nehody apod.

• Senzory pro zvýšení komfortu
  Komfortní senzory se starají o pohodlí řidiče. Příkladem je dešťový senzor.

Ten detekuje vlhkost na čelním skle, takže řídicí jednotka může elektronicky zapnout a regulovat stěrače.

Jaké typy senzorů jsou ve vozidle a jak se používají?

Tento glosář obsahuje informace o běžně používaných typech snímačů a o jejich funkci ve vozidle. Zahrnout do něj všechny existující senzory by přesáhlo rozsah, který je pro účely článku k dispozici.

Optické senzory

Optické nebo optoelektronické senzory detekují objekty v určitém spektru pomocí světla a následně mohou spustit požadované akce.
Zde jsou uvedeni některé typy optických senzorů.

LiDAR (Light Detection and Ranging)

Senzor LiDAR / laserový senzor využívá rotující laserový paprsek ke snímání, měření a záznamu okolí vozidla. Ze získaných dat lze vygenerovat trojrozměrný obraz okolí. (viz heslo „LiDAR“ v glosáři)

Dešťové senzory

Světelné diody vyzařují infračervené světlo, které se odráží od vnějšího povrchu čelního skla. Přijímací diody (fotodiody) přijímají odražené světlo. Pokud je povrch skla suchý, infračervené světlo se odráží na fotodiodu s téměř plnou intenzitou.  V tomto případě se hovoří o totálním odrazu. Když však prší, mění světelný paprsek působením kapek vody úhel, a proto se odráží jen částečně.
Rozdíl signálů poskytuje řídicí elektronice informaci o síle deště a ta pak může podle toho regulovat rychlost nebo časový interval stírání.

Kamery

Kamerové systémy se ve vozidlech používají mnoha různými způsoby:

• Přední kamera Mono (1 čočka) a stereo (2 čočky)
• Zadní kamera
• 360° a hlídání slepého úhlu (boční zrcátko)
• Kamera na noční jízdy a infračervená kamera
• Kamery vnitřního prostoru

Kamerové systémy mohou v kombinaci s dalšími senzory významně přispět k bezpečnosti. Nevýhodou kamerových systémů je, že nemohou měřit vzdálenosti. Kamery zachycují své okolí pouze ve dvourozměrných obrazech.

Senzory kvality ovzduší

Senzory kvality ovzduší pro vnitřní a vnější prostor jsou pro automobilový průmysl stále důležitější. Vzhledem k tomu, že vývoj jednoznačně směřuje k elektromobilitě, je velkým problémem faktor spotřeby energie. Značná část kapacity baterie se využívá k vytápění nebo chlazení prostoru pro cestující.
Pokud však zajistíte, aby vzduch v prostoru pro cestující mohl cirkulovat co nejdéle a aby byl čerstvý vzduch přiváděn pouze při zhoršení kvality vzduchu, výrazně tím snížíte potřebu energie. Samotné měření se provádí pomocí optického senzoru, který detekuje a vyhodnocuje částice nečistot.

Induktivní / magnetické senzory

Induktivní nebo magnetické senzory nacházejí své hlavní uplatnění při zjišťování pozice a polohy vozidla. Tyto komponenty se používají pro všechny účely, od měření rychlosti náprav (ABS) a otáček motoru až po určení trojrozměrné polohy vozidla (senzor převrácení). Často se zde používají i tak zvané Hallovy senzory.

Kapacitní senzory

Použití kapacitních senzorů je velice všestranné.
Typickým využitím v autě jsou senzory zrychlení. Lze tak měřit vibrace a zrychlené pohyby vozidla.
Využití se tak najde např. v senzoru nárazu u airbagu.

Další zástupce kapacitních snímačů je známý spíše pod názvem „kick senzor“.
Ten se postará o to, že když „kopnete“ nohou pod zadní nárazník, otevře či zavře kufr automobilu.

Ultrazvukové senzory

Ultrazvuk neboli sonar (Sound Navigation And Ranging) se používá k měření vzdáleností k objektům na kratší vzdálenosti (15 cm až max. 5,5 m). Jeho hlavní využití je v asistenci při parkování. Vysílají se pulzní ultrazvukové signály, které se odrážejí od objektu, a měří se doba chodu. Pomocí doby chodu pak lze vypočítat vzdálenost od objektu.

Radarové senzory

 zde se vysílá pulzní signál a měří se doba chodu do přijetí odraženého signálu. Zde je možné měřit vzdálenosti přesahující až 160 m. Radarové senzory se již nějakou dobu používají v prémiových vozidlech, ale nyní se stále častěji dostávají i do vozů střední třídy. Typickým využitím radarových senzorů je adaptivní tempomat. Zde radarový senzor trvale určuje vzdálenost od vozidla před vámi. Systém tak může automaticky udržovat konstantní bezpečnou vzdálenost. (viz také heslo „Radar“ v glosáři)

Tlakové senzory

Tlakové senzory obvykle pracují na principu diferenčního tlaku.
Dvě komory jsou od sebe hermeticky odděleny tenkou membránou.
Při rozdílu tlaků se membrána deformuje. Tato deformace je pomocí měřicích můstků převedena na proporcionální elektrický signál.

Typické aplikace tlakových senzorů jsou:

– měření tlaku v systémech recirkulace výfukových plynů
– detekce úniků v palivových systémech
– tlak v kabině
– detekce cestujících
– atd.

Senzory teploty

Snímače teploty v automobilech jsou obvykle realizovány pomocí termistorů (NTC). Tyto rezistory mění svou hodnotu odporu v závislosti na teplotě.
Proud je veden tím lépe, čím vyšší je teplota, tj. odpor s teplotou klesá.

Typickými aplikacemi jsou:

 – sledování teploty motoru
 – sledování teploty výfukových plynů
 – klimatizace
 – sledování teploty akumulátoru
 – atd.

Senzory vlhkosti

Z kombinovaných údajů poskytnutých čidlem vlhkosti a teploty (např. v základně vnitřního zrcátka) vypočítá řídicí jednotka klimatizace teplotu rosného bodu vzduchu, tj. teplotu, při které by vlhkost kondenzovala a způsobila zamlžení skla.
Tímto způsobem lze zabránit právě tomuto zamlžování a zajistit řidiči dobrý výhled. Často se vzhledem k použití kombinuje snímač teploty a vlhkosti v jednom čipu.

Senzory elektrického proudu

V souvislosti s e-mobilitou nabývá na významu měření spotřeby elektřiny.
Lze ji realizovat pomocí bočníků (nízko-odporových měřicích rezistorů) nebo snímačů magnetického pole. Měření musí být obousměrné, protože musí měřit a pokrývat jak provoz motoru a generátoru (tzv. rekuperaci) v elektrických pohonech, tak i externí nabíjení. Pomocí senzorů el. proudu lze mimo jiné měřit spotřebu, a tím i zbývající dojezd elektromobilu. Měření proudu při nabíjení baterie zabraňuje přebíjení a zajišťuje tak delší životnost baterie.

Závěr

Bez senzorů by provoz moderního vozidla nebyl možný. V každém vozidle jsou stovky těchto měřicích přístrojů. V souvislosti s přechodem na elektrický pohon se druhy senzorů ve vozidle mění. Zatímco senzory pro klasické motory (např. recirkulace výfukových plynů) postupně ztrácejí na významu, stále více se prosazují senzory pro měření proudu nebo kvality vzduchu. Výrazně se také zvyšuje počet všech senzorů potřebných k realizaci systémů ADAS a AD, jako jsou LiDAR, radar a kamery.