سنسور پدال گاز

 یا سنسور موقعیت پدال گاز

ACCسنسور – Accelerator pedal position sensors

سنسور پدال گاز یکی از اجزای حیاتی و مهم در سیستم مدیریت موتور (سوخت و جرقه) در خودروهای امروزی به شمار می‌رود. این سنسور در موتورهایی که دارای دریچه گاز برقی هستند بکار برده می‌شود.در این مقاله تخصصی، قصد داریم به طور کامل به شرح وظیفه، نحوه عملکرد و بررسی انواع سنسور موقعیت پدال گاز بپردازیم. شایان ذکر است که عملکرد دقیق، علائم خرابی سنسور پدال گاز  و روش‌های کاربردی عیب‌یابی، در مقالات مجزای دیگر این مجموعه به صورت تفصیلی بررسی خواهند شد.

سنسور پدال گاز چیست و چه وظیفه‌ای دارد؟

در سیستم‌هایی که دارای موتور دریچه گاز هستند (یا به قول عموم سیم گاز برقی)، اهرم‌بندی مکانیکی (سیم گاز معمولی) از پدال گاز تا دریچه گاز وجود ندارد. بلکه روی دریچه گاز یک موتور الکتریکی نصب شده است که پروانه‌ای دریچه گاز را حرکت می‌دهد. شکل 1 تفاوت مدل مکانیکی و برقی را نشان می‌دهد.

سمت راست: سیستم با دریچه گاز برقی      سمت چپ: سیستم با دریچه گاز مکانیکی

شکل 1- مقایسه فرمان مکانیکی و الکتریکی در دریچه گاز

برای اینکه این موتور بتواند به‌اندازه‌ای که راننده پدال گاز را فشار می‌دهد باز شود. لازم است میزان حرکت پدال گاز به روشی سنجیده شود همانطور که از نام این سنسور بر می‌آید (Accelerator pedal position sensors) سنسور موقعیت پدال گاز، میزان فشرده‌شدن پدال گاز توسط راننده را تشخیص می‌دهد و آن را به اطلاع ایسیو می‌رساند.

چرا از پدال گاز برقی و سنسور پدال گاز استفاده می‌شود؟

برای دستیابی به حالت ایدئال مصرف سوخت و آلایندگی ضروری است که نسبت اختلاط هوا و سوخت متناسب با پارامترهای زیادی مانند دور موتور، دمای محیط، فشار محیط و…تغییر کند. پارامتر میزان هوا ورودی به موتور توسط دریچه گاز کنترل می‌شود. قطعاً راننده نمی‌تواند به‌صورت دقیق پارامترهای مورد مرتبط را تشخیص دهد. در حالتی که از سیم گاز فیزیکی (معمولی) بین پدال گاز و دریچه گاز استفاده می‌شود. تمام حرکت پدال گاز به دریچه گاز منتقل می‌شود؛ بنابراین احتمال زیاد میزان فشرده‌شدن پدال گاز باحالت ایدئال هوای موردنیاز متفاوت خواهد بود. اگرچه باتوجه‌به این مقدار توسط عملکرد واحد استپر موتور (Stepper Motor) تصحیح می‌شود بااین‌حال به شرایط ایدئال برای کاهش مصرف سوخت و آلایندگی نمی‌توان دست پیدا کرد؛ اما در حالتی که از سنسور پدال گاز و موتور دریچه گاز استفاده می‌شود. پدال گاز مستقیماً به دریچه گاز متصل نیست. شکل 2 این حالت را نشان می‌دهد.

1- پدال گاز 2- سنسور موقعیت پدال گاز 3- ECM 4- موتور دریچه گاز 5- مجموعه دریچه گاز 6- سنسور موقعیت دریچه گاز
شکل 2- ساختار و اجزا اصلی سیم گاز برقی

همانطور که در شکل 2 مشاهده می‌شود ابتدا موقعیت پدال گاز توسط سنسور روی این پدال به ECM یا همان ایسیو موتور اطلاع داده می‌شود. سپس ایسیو پارامترهای مختلف را بررسی کرده و فرمان ضروری برای میزان باز شدن دریچه گاز را به موتور دریچه گاز ارسال می‌کند و همزمان از روی سنسور دریچه گاز، بازخورد (فید بک) به ECM داده می‌شود. در صورت لزوم ایسیو موتور تغییراتی در فرمان باز شدن دریچه گاز اعمال خواهد کرد.

انواع سنسور پدال گاز

به روش‌های مختلف می‌توان سنسور موقعیت پدال گاز را دسته‌بندی کرد. شکل 3 معروف‌ترین دسته بندی را نشان می‌دهد.

• سنسور پدال گاز پتانسیومتری
• سنسور پدال گاز از نوع اثر هال
• سنسور پدال گاز القایی

شکل 3- انواع سنسور پدال گاز

همانطور که در شکل 2 ملاحظه می‌شود این نوع سنسور به دو دسته بزرگ تقسیم بندی می‌شوند. نوع تماسی و غیر تماسی. نوع تماسی از نوع مقاومتی است این نوع به نوع پتانسیومتری نیز معروف است. نوع غیر تماسی خود به دو دسته اثر هال و القایی تقسیم می‌شود. نوع پتانسیومتری نسبت به نوع اثر هال قیمت تمام شده کمتری دارد و در خودرو های بیشتری استفاده می‌شود. نوع اثر هال دقت بیشتری دارد و البته قیمت تمام شده ان بیشتر از نوع پتانسیومتری خواهد بود.

سنسور پدال گاز پتانسیومتری

متداول‌ترین نوع سنسور موقعیت پدال گاز، نوع پتانسیومتری است. در این نوع سنسورها عموماً از دو یا سه مقاومت متغیر (پتانسیومتر) استفاده می‌شود که تغییرات مقاومت آنها بر اساس میزان فشرده‌شدن پدال گاز است. نوع دو مقاومتی نسبت به نوع سه مقاومتی متداول‌تر است. (شکل 4)

شکل 4- سنسور پدال گاز از نوع پتانسیومتری

سنسورهای پتانسیومتری ارزان و قابلیت عملکرد مناسبی دارند. شکل 5 نمونه بسیار ساده از ارتباط بین سنسور پدال گاز و ایسیو موتور را نشان می‌دهد.

1- سنسور موقعیت پدال گاز 2-ECM
شکل 5- شماتیک ارتباط ایسیو و سنسور پدال گاز

تغییرات مقاومت پتانسیومتر سبب ایجاد تغییرات ولتاژ شده و ECM بر اساس ولتاژ دریافتی می‌تواند موقعیت پدال را تشخیص دهد. باتوجه‌به فراوانی این مدل در بازار ایران در یک مقاله مجزا عملکرد و ساختار آن تشریح خواهد شد.

سنسور پدال گاز از نوع اثر هال

یکی دیگر از انواع سنسورهایی که به‌عنوان سنسور موقعیت پدال گاز استفاده می‌شود، سنسور از نوع اثر هال است. شکل 6 نمونه ای از این سنسور را نشان می‌دهد.

1- واحد آهنربا 2- پدال گاز 3- واحد اثر هال
شکل 6- سنسور پدال گاز از نوع اثر هال

همانطور که در مقاله سیستم جرقه از نوع اثر هال اشاره شد. سنسور اثر هال یکی دیگر از سنسورهایی است که با آن می‌توان موقعیت سنجی انجام داد. این سنسور به‌صورت کلی از یک واحد مگنتی (آهنربایی) و یک واحد اثر هال تشکیل شده است. تغییر موقعیت مگنت نسبت به اثر هال می‌تواند سیگنال‌های متفاوتی ایجاد کند. همانطور که در شکل 6 مشاهده میشود واحد مگنت به پدال گاز متصل است تغییرات زاویه پدال گاز سبب ایجاد تغییر زاویه مگنت نسبت به واحد اثر هال شده و تغییرات مورد نظر اعمال میشود. برای افزایش کیفیت در این نوع نیز از دو سنسور اثر هال استفاده میشود. پایه سیگنال در این سنسور نیز خروجی ولتاژ است بنابراین واحد ECM میتواند بر اساس ولتاژ دریافتی موقعیت پدال را مشخص کند.

سنسور پدال گاز از نوع القایی

در مقاله سیستم جرقه از نوع القایی، بیان شد که یکی دیگر از روش‌های موقعیت سنجی در سنسورها استفاده از واحد القایی است؛ بنابراین می‌توان از این نوع سنسور نیز برای تعیین موقعیت پدال گاز استفاده کرد. این سنسور که با نام CIPOS (Contactless Inductive Position Sensor) نیز شناخته می‌شود. شکل 7 ساختار این سنسور را نشان میدهد.

1- سنسور القایی 2- پدال گاز 3- استاتور 4- روتور
شکل 7- سنسور پدال گاز از نوع القایی

اساس کار این سنسور بر اساس یک سیم‌پیچ و یک ماده رسانا و یک آهنربا طراحی شده است. اگرچه سنسورهای القایی مورداستفاده در پدال از همان قوانین کلی سنسور القایی پیروی می‌کنند؛ اما ساختار و اجزا آن به دلیل ابعاد و میزان زاویه حرکت، بسیار پیچیده‌تر و در نتیجه گران‌قیمت‌تر خواهد بود. این نوع سنسور از نظر دسته‌بندی در سطح 4 سنسورها قرار می‌گیرد بنابراین قابلیت اتصال به شبکه (مالتی پلکس) را نیز دارا است. جدول شکل 8 این سنسورها با هم مقایسه شده اند.

مقایسه مشخصات و مزایای انواع سنسور موقعیت پدال گاز

جدول 8- جدول مقایسه سنسورهای پدال گاز

نویسنده: مهندس بهروز خطیبی