Rola i zasada działania czujników temperatury termistora NTC w układach wspomagania kierownicy w pojazdach samochodowych

Czujniki temperatury NTC (o ujemnym współczynniku temperaturowym) odgrywają kluczową rolę w samochodowych układach wspomagania kierownicy, głównie w monitorowaniu temperatury i zapewnianiu bezpieczeństwa układu. Poniżej znajduje się szczegółowa analiza ich funkcji i zasad działania:

I. Funkcje termistorów NTC

1. Zabezpieczenie przed przegrzaniem
   • Monitorowanie temperatury silnika:W układach elektrycznego wspomagania kierownicy (EPS) długotrwała praca silnika może prowadzić do przegrzania z powodu przeciążenia lub czynników zewnętrznych. Czujnik NTC monitoruje temperaturę silnika w czasie rzeczywistym. Jeśli temperatura przekroczy bezpieczny próg, system ogranicza moc wyjściową lub uruchamia zabezpieczenia, aby zapobiec uszkodzeniu silnika.
   • Monitorowanie temperatury płynu hydraulicznego:W układach elektrohydraulicznego wspomagania układu kierowniczego (EHPS) podwyższona temperatura płynu hydraulicznego obniża jego lepkość, co pogarsza skuteczność wspomagania układu kierowniczego. Czujnik NTC zapewnia utrzymanie płynu w zakresie roboczym, zapobiegając degradacji uszczelnień i wyciekom.
2. Optymalizacja wydajności systemu
   • Kompensacja niskiej temperatury:W niskich temperaturach zwiększona lepkość płynu hydraulicznego może zmniejszyć skuteczność wspomagania układu kierowniczego. Czujnik NTC dostarcza danych o temperaturze, umożliwiając systemowi dostosowanie charakterystyki wspomagania (np. zwiększenie prądu silnika lub regulację otwarcia zaworów hydraulicznych) w celu zapewnienia spójnego czucia układu kierowniczego.
   • Kontrola dynamiczna:Dane dotyczące temperatury w czasie rzeczywistym optymalizują algorytmy sterowania, co przekłada się na zwiększenie efektywności energetycznej i szybkości reakcji.
3. Diagnostyka usterek i redundancja bezpieczeństwa
   • Wykrywa usterki czujników (np. przerwy/zwarcia), generuje kody błędów i aktywuje tryby awaryjne w celu utrzymania podstawowej funkcjonalności układu kierowniczego.

II. Zasada działania termistorów NTC

1. Zależność między temperaturą a odpornością
   Rezystancja termistora NTC maleje wykładniczo wraz ze wzrostem temperatury, zgodnie ze wzorem:

                                                             RT=R0​⋅eB(T1​−T01)

GdzieRT= opór w temperaturzeT,R0​ = rezystancja nominalna w temperaturze odniesieniaT0​ (np. 25°C) iB= stała materiałowa.

2. Konwersja i przetwarzanie sygnałów
   • Obwód dzielnika napięcia:Termostat NTC jest zintegrowany w obwodzie dzielnika napięcia z rezystorem stałym. Zmiany rezystancji wywołane temperaturą zmieniają napięcie w węźle dzielnika.
   • Konwersja i obliczanie AD:ECU konwertuje sygnał napięcia na temperaturę, korzystając z tablic wyszukiwania lub równania Steinharta-Harta:

                                                             T1​=A+Bln(R)+C(ln(R))3

• Aktywacja progowa:ECU uruchamia działania ochronne (np. redukcję mocy) na podstawie ustawionych progów (np. 120°C dla silników, 80°C dla płynu hydraulicznego).
2. Adaptacja środowiskowa
   • Solidne opakowanie:Wykorzystuje materiały odporne na wysokie temperatury, olej i wibracje (np. żywicę epoksydową lub stal nierdzewną) do trudnych warunków panujących w przemyśle motoryzacyjnym.
   • Filtrowanie szumów:Obwody kondycjonowania sygnału zawierają filtry eliminujące zakłócenia elektromagnetyczne.

     

III. Typowe zastosowania

1. Monitorowanie temperatury uzwojeń silnika EPS
   • Wbudowany w stojany silnika, umożliwiający bezpośrednie wykrywanie temperatury uzwojenia i zapobiegający uszkodzeniu izolacji.
2. Monitorowanie temperatury obwodu płynu hydraulicznego
   • Zainstalowane w kanałach obiegu płynu w celu sterowania regulacją zaworów sterujących.
3. Monitorowanie rozpraszania ciepła przez ECU
   • Monitoruje wewnętrzną temperaturę ECU, aby zapobiec degradacji podzespołów elektronicznych.

IV. Wyzwania techniczne i rozwiązania

• Kompensacja nieliniowości:Wysoka precyzja kalibracji lub linearyzacja częściowa poprawia dokładność obliczeń temperatury.
• Optymalizacja czasu reakcji:Małe czujniki NTC skracają czas reakcji termicznej (np. <10 sekund).
• Długoterminowa stabilność:Czujniki NTC klasy samochodowej (np. z certyfikatem AEC-Q200) gwarantują niezawodność w szerokim zakresie temperatur (od -40°C do 150°C).

Streszczenie

Termistory NTC w samochodowych układach wspomagania kierownicy umożliwiają monitorowanie temperatury w czasie rzeczywistym w celu ochrony przed przegrzaniem, optymalizacji wydajności i diagnostyki usterek. Ich podstawowa zasada działania wykorzystuje zmiany rezystancji zależne od temperatury, w połączeniu z konstrukcją obwodów i algorytmami sterowania, aby zapewnić bezpieczną i wydajną pracę. Wraz z rozwojem autonomicznej jazdy, dane dotyczące temperatury będą w dalszym ciągu wspierać konserwację predykcyjną i zaawansowaną integrację systemów.