Otomobillerde Kullanılan Tüm Sensörler Ve Arızaları Nelerdir? Sensör Nasıl Çalışırlar?

otopazarla.com olarak sizler için hazırladığımız, sensörler ile ilgili tüm detayları bir araya getireceğiz.

Motorlu araçlarda, motor yönetimi, aktarma organları, sürüş güvenliği ve yol tutuşu, aktif ve pasif güvenlik sistemleri ve konfor sistemleri gibi donanımların doğru olarak çalıştırılabilmesi için, araçta ve çevrede meydana gelen, tüm fiziksel ve  kimyasal değişimleri algılayarak, ilgili elektronik kontrol ünitelerine gönderirler.

Sensörlerden Elektronik Kontrol Ünitesine Sinyal Aktarımı,  Otomobilin yöneticisi-beyni elektronik kontrol ünitesidir (ECU), sensörler bu yöneticiye gerçek zamanlı  bilgileri vermekle görevlidirler.

Bilgileri alan elektronik kontrol ünitesi bu bilgileri hafızasında daha önceden kayıtlı,  olması gereken değerlerle karşılaştırır ve yorumlar. Elektronik kontrol ünitesi yorumlama yaptıktan sonra, araçtaki aktivatörlere-aktörlere {iş yapan donanımlara} sinyal göndererek gerekli ayarlamaları yapar. 

Tüm bunlar göz açıp kapama süresinden çok daha kısa zamanda gerçekleşir. Yani özetle anlatmak gerekirse, Elektronik kontrol ünitesi (ECU) komutan, sensörler muhbir, aktörler ise asker gibi çalışır.

Sensörlerin Ölçtüğü Fiziksel Büyüklükler 

Basınç, sıcaklık, ses, ışık, hareket hızı, kütle vb. Ayrıca sensörler voltaj, akım şiddeti, direnç gibi elektriksel değişkenleri de ölçebilir.

Otomobillerde kullanılan sensörler genellikle analog sinyaller üretirler. Elektronik kontrol ünitelerindeki mikroişlemciler ise dijital sinyallerle çalışırlar ve dijital sinyalleri algılayabilirler. Bu sebeple bir sensörde üretilen analog sinyal, ya sensördeki bir elektronik devreyle, ya da elektronik kontrol ünitesindeki devreyle (analog/dijital çevirici) dijital sinyale dönüştürülür. Analog sinyalin, sensördeyken dijitale çevrilmesi, parazitten ekilenmesini de önler. Bazı sensörlerse dijital sinyal (kare dalga) üretirler, bunun için yapılarında bir elekronik devre vardır, bu durumda bu sensörlerin dijitale çevrilmesine gerek yoktur, ecu bu sinyalleri direkt algılayabilir.

Sensörlerde çokluca çok düşük voltajlar üretilir ve kablolarla elektronik kontrol ünitesine sinyal gönderilirken parazitler sebebiyle sinyalin kalitesi bozulur, bu ise ECU tarafından hatalı okumalara sebep olabilir. Bunu önlemek için, sensörlerin sinyalleri sensörlerdeki bir elektronik devreyle güçlendirilir, böylece hem ECU sinyali daha iyi okur, hem de parazit etkinin sinyali etkileme oranı çok azalmış olur. Sensör hatlarında veya CAN-BUS hatlarında paraziti önlemek için, kablolar birbirleri üzerine sarılır (sarmal) veya parazit koruyucu malzemeyle kaplanır.  

Araçlardaki Sensör Çeşitleri Nelerdir? Araçlardaki Sensör  Çalışma Prensipleri Nelerdir? 

1) Sıcaklık Sensörleri Nasıl Çalışır?

Sensöre bir besleme gerilimi verilir (5volt, 12volt gibi), sensörde bir direnç elemanı bulunur ve bu direnç elemanının direnç değeri (ohm), sıcaklığa  bağlı olarak değişir. Örneğin sıcaklık sensörlerinde NTC  (direnci sıcaklığa bağlı olarak değişen direnç) kullanılınır. Voltaj(V) sabitken, direnç(R) değişirse, akım da değişir(V=I.R ohm kanunu) .Kontrol ünitesi (veya ilgili donanımın elektronik devresi) bu direnç ve/veya akım değişimini bir voltaj değişimine (voltaj değerine) dönüştürür ve bu voltaj değerlerinden, sensörün gönderdiği sinyali anlamlandırır. Böylece elektronik kontrol ünitesi ilgili donanımdan almak istediği bilgiyi almış olur. Bu tip sensörler örneğin motor su sıcaklık sensörü, emilen hava sıcaklık sensörü, iç ortam sıcaklık sensörü gibi sensörlerde kullanılır.

2) Basınç Sensörleri Nedir Nasıl Çalışır?

Basınç ölçümündeyse, üzerine bir basınç,  kuvvet veya titreşim etkidiğinde, voltaj üreten piezo kristal plakalar kullanılır. Bu piezo sensörler bir plaka şeklinde sensörün içerisinde bulunur, üzerine etkiyen basınç veya titreşimin etkisiyle eğilen piezo diyafram plaka, bir elektrik voltajı üretir. Elektronik kontrol ünitesi, gönderilen voltajın büyüklüğüne bakarak, kuvvetin veya basıncın büyüklüğünü hesaplar. Örneğin: Mutlak basınç sensörü, turbo basınç sensörü gibi.

3) Endüktif Sensör Nedir? Endüktif Sensör Nasıl Çalışır?

Diğer en yaygın sensör tipiyse, hareketli parçaların konumu de dönüş hızlarını algılamak için kullanılan mıknatıslı endüktif (voltaj üreten) tip sensörlerdir. Bu sensörde bir doğal mıknatıs ve bir demir nüve üzerine sarılı bobin (tel sargı) bulunur, böylece manyetik alan güçlenmiş olur. Çalıştığı yerdeki hareketli parçaların hareketiyle, sensördeki manyetik alanda bir dalgalanma oluşturulur ve bunun sonunca bir voltaj sinyali üretilir, bu sinyalin tekrarlanma hızından (frekansından), bilgi alınmak istenen parçanın hızı hesaplanır. Bu tip sensörlere endüktif tip sensörler denmektedir.  

Sensörler ve hareketi ölçülen parça arasında bir temas yoktur, çok az bir boşluk vardır. Örneğin; krank devir sensörü.

4) Hall Effect Sensör Nasıl Çalışır? Hall Effect Sensör Çalışma Prensibi Nedir?

Doğal mıknatıs ve bobin ikilisinden, bobin çıkarılıp yerine bir yarı iletkenin eklenmesiyle, hall effect sensörleri elde edilir, yarı iletkene (hall elemanına) dik konumdaki doğal mıknatısın etkisiyle, hall elemanında bir sabit bir gerilim oluşur, önünden dönerek geçen bir sinyal dişi, manyetik alanı değiştirir ve bunun sonucu, hall elemanında bir voltaj dalgalanması üretilir, bu gerilim (voltaj) dalgalanması, elektronik bir devreyle dijital sinyal (on-off) olarak elektronik kontrol ünitesine gönderilir. Bu tip sensörler günümüz araçlarında yaygın olarak kullanılmaktadır, örneğin kam mili konum sensörü gibi.  

Sensörde üretilen sinyal dijital değildir, sistemdeki elektronik devre bunu dijital (kare dalga) sinyallere dönüştürür.

Sonuç olarak hall effect sensörler, endüktif sensör arasındaki fark şudur: Endüktif vericili doğal mıknatıslı sensör bobinlidir; fakat hall effect sensöründe bobin bulunmaz, bir yarı iletken plaka (hall elemanı) bulunur.

5) Potansiyometre Tipi Sensörler Nasıl olur? Potansiyometre Nedir?

Direnç değeri değiştirilebilen direnç elemanına potansiyometre denir.Parçanın hareket etmesiyle, parçaya bağlı ve üzerinden akım geçirilen bir telin, bir direnç pisti üzerinde hareket etmesi ve direnç değişiminden, ilgili parçanın konumunun (hareketinin) algılanması prensibine dayanan, potansiyometre tipi sensörler, motorlu araçlarda gaz kelebeği konum sensörü ve yakıt deposunda şamandıralı yakıt seviye sensörü olarak kullanılmaktadır.

6) Basit anahtar - Şalter sensörleri

Bu sensörler, elektrik devresindeki elektrik akımını keser veya iletilir. Bir çeşit açma kapama görevi görürler. Örneğin kapı direklerindeki yaylı şalterler, kapının açık veya kapalı olduğunu, kapının kapanıp yaylı şalteri bastırıp elektrik devresini kesmesiyle veya kapının açılıp kontak uçlarının temas etmesi sonucu elektrik devresinin tamamlanmasıyla (şasilenmesiyle) çalışırlar. Kapı sensöründen gelen açılma sinyaliyle, (kapı açıldığında) tavan lambası yanar, gösterge panelinde kapı açıldı ikazı çıkar, yokuş kalkış destek sistemi devreden çıkar, otomatik klimanın çalışma modu değiştirilir vb. bir donanımın çalışması düzenlenir. Bir sensörden gelen sinyal, otomobilde onlarca yerde kullanılabilir.

7) Fotocell Sensörler  

Bu sensörlerde, ışık şiddetine bağlı olarak akım üreten veya akımın geçiş miktarını değiştiren foto diyotlar kullanılır. Fotocell sensörler ışık şiddetini algılayarak bunu elektronik kontrol ünitesine gönderir. Aracın otomatik farları bu sensörden gelen sinyalle yakılır.

8) Yağmur Sensörü  

Yağmur sensörü aracın ön camına bakacak şekilde yerleştirilmiştir ve içerisinde bulunan kızıl ötesi diyot, kızıl ötesi (infrared) ışınlar gönderir, bu ışınlar camdan yansıyarak geriye foto diyota döner ve algılanır. Cam kirlendiğinde veya yağmurla ıslandığında, gönderilen kızıl ötesi ışın tam olarak camdan yansıyamaz ve bir kısmı camdan dışarı çıkar, daha az geri yansıyan ışının şiddetinden yağmur yağdığı ve yağmurun şiddeti hesaplanarak algılanır. Bu durumda cam silecekleri, yağmurun şiddetine bağlı olarak hız kademesi de uygun olacak şekilde çalıştırılır.

9) Park Sensörü Nedir? 

Aracın ön ve arka tamponlarında bulunan en az 4’er adet park sensörleri, aracın önünde veya arkasındaki nesnelere (duvar-araç) olan mesafesini algılar. Park sensörünün çalışma prensibi, ses ötesi (ultrasonic) dalgalar göndermek, ve nesnelere çarparak geri yansıyan bu ses ötesi dalgaları algılamak esasına dayanır. Kontrol ünitesi, gönderilen dalgayla geri yansıyan dalga arasındaki zaman farkından, aracın mesafesini hesaplar. Araç yakınlaştıkça, ses ötesi dalgalar daha çabuk yansıyacak, uzaklaştıkça daha uzun sürede yansıyacaktır. Bu zaman farkından, mesafe santimetre hassaslığında hesaplanır ve navigasyon ekranında veya gösterge panelinde mesaj olarak yazılır. Ayrıca “bip” şeklinde ses uyarısı da, mesafe yakınlaştıkça sıklaşarak sürücüyü uyarır.

Sensörlerin Adaptasyonu Nasıl Oluyor?

Tüm sensörlerin ölçme sonuçları, gerçek değerlerden bir miktar farklılık gösterir, yani aynı sensör, aynı ölçümü bir çok kez yaptığında, her defasında bir miktar sapmayla farklı sonuçlar verir, bu farklılıklar fabrikanın belirlediği tolerans değerlerinin içinde kaldığı sürece sorun yoktur, fakat tolerans değerler aşılırsa iki durum söz konusudur. Sensörlerin ölçüm sinyalleri, tolerans değerlerini de aşarak gerçek değerlerden sapma gösterirse, bu durumda sensörün diyagnostik programıyla yetkili serviste kalibrasyonu yapılmalı veya sensör yenisiyle değiştirilmelidir.

Bir sensörün kalibrasyon ayarı yapılarak, sensörün ölçüm yaparken alacağı referans değerler değiştirilmiş olur, böylece sensör artık yeni referans noktalarını baz alarak çalışacaktır. Örneğin gaz kelebeğinin kalibrasyonunda, kelebeğin belirli açıklık durumları referans olarak alınır. Bazı sensörler yapıları gereği kendi kendilerini kalibre ederler. 

Sensör Arızası Nedir Ve Nasıl Anlaşılır?

Sensör Arızası Nedir? Sensör Nasıl Çalışır?

Motorlu araçların çalışması ve yönetilmesinde sensörler çok büyük işleve sahiptir. Bazı sensör arızalarında motor çalışmasını sürdürebilirken veya en azından aracı bir teknik servise götürebilecek kadar çalışmasına müsaade edilirken, bazı çok önemli sensör arızaları motorun çalışamaz hale gelmesine sebep olabilir (krank konum sensörü veya eksantrik mili konum sensörü gibi). Tüm sensör çeşitlerini yukarıda yazmıştık. Motorda kullanılan sensörlerin arızalarında, bir arıza durumunda motor kontrol ünitesi (ECU), sensörün gönderdiği veriler yerine, hafızasındaki yedek verileri referans alarak motorun acil durum modunda çalışmasına izin verir. Böyle bir durumda motor devri yaklaşık 2000 devire sabitlenir ve en azından teknik servise kadar aracın kullanılabilmesi sağlanır.

Sensör Arızası Nasıl Anlaşılır?

Araçta kullanılan sensörlerin arızalanması genellikle elektronik kontrol ünitesi tarafından algılanır (ECU).  Bir sensörün ölçüm aralığı ve gönderebileceği sinyalin maksimum ve minimum değerleri belirlidir, eğer sensör bu değerlerin dışında bir sinyal gönderirse, ecu bunu arıza olarak algılar ve gösterge panelinde arıza lambasını yakar. 

Bu durumun bir istisnası şudur, bir sensör algıladığı bir büyüklüğe göre normalde 200-1000 milivolt arası voltaj üretiyor olsun, gerçekte 300 milivolt üretmesi gereken bir durumda 500 milivolt üretiyorsa, bu durum bir arıza olarak algılanmaz ve motor bu yanlış sensör verisine göre ayarlanır ve yönetilir, bu ise düşük performans yüksek yakıt tüketimi gibi sonuçlar doğurur. Fakat gelişen teknolojiyle, artık otomobillerdeki bir sensörün verisi, başka sensörlerden gelen sinyallerle karşılaştırılıyor ve olmaması gereken bir sinyal algılandığında bunun bir arıza olduğu sonucuna varılabiliyor.

Örneğin gaz pedalı konum sensöründen veya gaz kelebeği konum sensöründen gelen sinyalle, fren müşüründen gelen sinyal karşılaştırılır, normalde bu ikisinin sinyalleri aynı anda üretilemez, bunun gibi mantıksal sınamalarla sensörlerin doğru çalışıp çalışmadıkları kontrol edilebilir.

Motorlu araçlarda kullanılan sensörlerde bir arıza meydana geldiğinde, arızanın belirtisi üç şekikle ortaya çıkar:

1. Sensör yanlış değer gösterir. Bu değer sensörün gönderdiği sinyal değeri aralığında olabilir fakat gerçek olan doğru değeri vermiyordur. Örneğin hava kütle ölçer, emme manifolduna alınan havanın kütlesi oranında voltaj sinyali gönderir. Sinyal, hava geçişine göre 1 – 4,7 volt aralığında değişir. Çıkış sinyali bu aralıktadır fakat yanlış değerde sinyal üretiyordur, örneğin 4 volt olması gerekirken, 1,7 volt üretmesi gibi.

2. Sensör, değişmeyen ve sürekli aynı değerde sabit sinyal üretiyordur. Şartlara göre tanımlı sınırlı aralığında değişmesi gereken sinyal, örneğin 1 – 4,7 volt arasında, sürekli olarak 2 volt olarak kalıyordur.

3. Sensör, tanımlanmış aralığın dışındaki bir değerde sinyal üretiyordur. Örneğin 1-5 volt arası sinyal üretmesi gerekirken, 0,5 volt üretmesi gibi.

Bir sensörün arıza kontrolü, diyagnostik programıyla “aktüel değerler” menüsünden o anki ölçülen değerleri gözlenerek yapılabilir. Yine diyagnostik cihazıyla senörün voltaj sinyalleri “osiloskop” menüsüyle grafik olarak izlenebilir, olması gereken grafik verisiyle aradaki farktan arıza bulma ve tanılama işlemi hemen yapılabilir.

Motorlu araçlarda sensörler arızalandığında, araç OBD sisteminde bir arıza kodu hafızaya kaydedilir, arızayı teşhis etmek ve çözmek  için Diyagnostik Tekniği Uygulanır. Okunan arıza kodlarına göre işlem yapılır. 

Bunların dışında bir senörün arıza kontrolü avometreyle (mulitmetre) bağlantı uçlarından, voltaj ve direnç ölçümleri yapılarak gerçekleştirilebilir. Ölçülen değerler aracın atölye el kitabındaki teknik verilerle uyuşmalıdır. Aksi halde arızalıdır.

Not: Sensörlerin besleme voltajı genellikle 5 volttur.

Sensörlerden Elektronik Kontrol Ünitesine (ECU) Sinyal Aktarımı

Sistemdeki sensörlerden gelen sinyaller  çoğunca “analog sinyaller”dir. Örneğin  0,3 volt gibi bir değer olsun. ECU, kendi içinde dijital olarak çalışan bir bilgisayardır ve sensörlerden gelen analog sinyalleri algılayamaz. Bu sebeple sensörlerden gelen analog sinyaller, ECU kutusunda bulunan bir “Analog-Dijital Çevirici (A/D Çevirici)” tarafından dijital sinyallere dönüştürüldükten sonra, ECU deki hafıza birimlerine aktarılır ve ECU tarafından okunur.

Örneğin yakıt basınç sensörü, yakıt sıcaklı sensörü, emilen havanın sıcaklık sensörü, turbo basınç sensörü sinyallerinin tümü analog bir voltaj sinyalidir; bunlar dijitale çevrildikten sonra ECU de işlenir.

Bununla beraber ECU sensörlerden gelen dijital sinyaller de vardır, örneğin eksantrik mili konum sensörü (hall sensörü). Örneğin bazı tip gaz pedalı konum sensöründen PWM sinyali olarak bir dijital sinyal ECU’ye geldiğinde, bunun dijitale çevrilmesine gerek yoktur, direkt olarak ECU tarafından okunabilir.

Sensörlerden ECU’ye iletilen sinyaller her zaman analog değildir. Bazı sensörler direkt olarak dijital sinyal gönderebilirler. Bu durumda bu sensörlerin sinyallerinin ECU’de dijitale dönüştürülmesine gerek yoktur.

ÖRNEK:

1) Hall efekt prensibiyle çalışan tip krank mili konum sensörü, direkt kare dalga (dijital) sinyal üretip gönderir. (Endüktif tip krank konum sensörü tipi ise, atımlı analog voltaj sinyali gönderir, bu sinyal dijital sinyale (kare dalga sinyale) dönüştürülür.

2) Hall efekt prensibiyle çalışan tip eksantrik mili (kam mili) konum sensörü, direkt kare dalga (dijital-sayısal) sinyal üretip gönderir.

3) Gaz pedalı konum sensöründen PWM sinyali olarak bir dijital sinyal ECU’ye geldiğinde, bunun dijitale çevrilmesine gerek yoktur, direkt olarak ECU tarafından okunabilir.