Czujniki obrotów kół – do czego służą, jak działają i jakie są objawy ich awarii?

Dziś każdy nowy samochód musi być wyposażony w system stabilizacji toru jazdy, który z kolei bazuje m. in. na informacjach pochodzących z systemu ABS. Ten jest w wyposażeniu seryjnym wszystkich samochodów od kilkunastu lat i w zasadzie trudno dziś kupić auto używane bez ABS. Czytając opis działania systemu ABS czy ESP zawsze dowiadujemy się o tajemniczych czujnikach liczących obroty kół samochodu. Dziś dowiecie się co to za czujniki, jak działają, dlaczego się psują i jakie są objawy oraz skutki ich awarii.

Podstawowym zadaniem czujników obrotów kół jest zbieranie informacji o prędkości obrotowej kół jezdnych dla systemu ABS, kontrolującego siłę hamowania. Gdy prędkość obrotowa kół spadnie poniżej określonej wartości, ABS włącza się i zmniejsza siłę hamowania by nie dochodziło do poślizgu kół.

System ABS komunikuje się z pozostałymi systemami elektronicznymi, takimi jak kontrola trakcji (TC) i system stabilizacji toru jazdy (ESP), przesyłając im informacje o prędkości obrotowej poszczególnych kół. To z kolei pozwala uruchamiać hamulce czy kontrolować inne podzespoły celem zapobieżenia poślizgowi poprzecznemu czy wzdłużnemu samochodu. To tyle jeśli chodzi o cel stosowania i zadania czujników.

Czujniki obrotów kół pod względem zasady działania dzieli się na pasywne i aktywne. W praktyce różnicę można określić w ten sposób, że czujniki pasywne nie potrzebują zasilania zewnętrznego by generować sygnał wyjściowy, a aktywne potrzebują.

Czujniki pasywne współpracują z pierścieniem lub tarczą zębatą umieszczoną na piaście koła lub przegubie napędowym zewnętrznym półosi i kolokwialnie mówiąc, liczy zęby tej tarczy wysyłając sygnał o liczbie zębów, które go mijają w określonej jednostce czasu. Jego elementem roboczym jest rdzeń z uzwojeniem oraz magnesem, generującym pole sięgające do wspomnianej zębatki.

Ruch tarczy zębatej i mijające czujnik zęby i przestrzenie między nimi powodują zmiany w polu magnetycznym czujnika, co skutkuje indukowaniem w czujniku napięcia. Wartość tego napięcia jest odczytywana przez komputer sterujący, który przetwarza to w wymaganą informację.

Czujniki aktywne pracują zupełnie inaczej, choć również współpracują z tarczą umieszczoną przy kole. Tu jednak mamy do czynienia z wielobiegunowym pierścieniem magnetycznym, na którego powierzchni są wyodrębnione pola magnetyczne. Można go zobrazować w taki sposób, że wygląda jak koło ruletki, na której zamiast pól czarnych i czerwonych z numerami, mamy pola biegunowe N i S.

W czujniku współpracującym z takim pierścieniem, znajdują się elementy półprzewodnikowe, które rozpoznają zmieniające się pole magnetyczne generowane przez pierścień. Dzięki temu powstaje sygnał, który jest odczytywany przez sterownik.

Nowszym i zdecydowanie popularniejszym rozwiązaniem są czujniki wykorzystujące zjawisko Halla, dokładnie tak jak czujnik położenia wału korbowego. Tu do współpracy z czujnikiem stosuje się aktywny czujnik z magnesem i impulsywną tarczę, tzw. koło dekodujące, zwykle umieszczone na uszczelniaczu łożyska koła. Gdy koło się obraca, pojawia się niewielkie napięcie oraz zmiana pola magnetycznego i te informacje trafiają do sterownika. Czujniki tego typu pozwalają zastosować większą szczelinę między tarczą a czujnikiem.

Dlaczego aktywne czujniki są rozwiązaniem lepszym? Przede wszystkim wysyłają sygnały przy znacznie mniejszej prędkości obrotowej kół niż czujniki pasywne, co w dzisiejszych standardach pracy układów kontrolujących tor jazdy samochodu ma ogromne znaczenie. Czujniki pasywne reagują dopiero od prędkości minimum 3 km/h, natomiast aktywne praktycznie od 0,1 km/h. Systemy te są czulsze i działają bardziej precyzyjnie.

Czujniki pracujące z wykorzystaniem zjawisko Halla jako jedyne potrafią rozpoznać, w którą stronę kręci się koło. Ich działanie pozwala na uproszenie konstrukcji piast kół czy przegubów napędowych. Poza tym są mniejsze, lżejsze, odporniejsze na temperatury i wibracje, mniej wrażliwe na zakłócenia, a odległość czujnika od elementu obrotowego nie ma wpływu na prawidłowość działania.

Objawem, który wskazuje na awarię czujników obrotów kół jest zapalenie się kontrolki ABS, ESP lub TC (w zależności od nazewnictwa producenta również VSC lub DSC i inne), a także czasami zapalenie się kontrolki check engine, co oznacza zapisanie błędu w sterowniku silnika. Naturalne jest również w takiej sytuacji nieprawidłowe działanie systemu ABS.

Na początek trzeba wiedzieć, że sam czujnik nie zawsze jest odpowiedzialny za zakłócenia w pracy układu ABS, bo dokładnie takie same objawy pojawią się gdy uszkodzony zostanie jeden z przewodów. Również jazda na kole dojazdowym o mniejszej średnicy spowoduje zapalenie się na desce rozdzielczej odpowiedniej kontrolki. Często dochodzi do zabrudzenia czujnika lub tarczy, zwłaszcza zimą, gdy na drogach zalega sól.

Czujnik nie będzie działał prawidłowo gdy luz na łożysku koła będzie już bardzo duży. Często przyczyny kłopotów są prozaiczne, na przykład zbyt niskie ciśnienie w jednej z opon lub zmiana rozmiaru opon jednej z osi. Bywa, że czujniki nie działają prawidłowo gdy akumulator jest w kiepskiej kondycji lub uszkodzony będzie bezpiecznik odpowiedzialny za systemy ABS i ESP.

Mocno zwichrowane tarcze hamulcowe będą generowały nie tylko wibracje, ale i błędne sygnały do czujników. Bywa i tak, że podczas wymiany łożyska z tarczą dekodującą zostało ono założone odwrotnie.

Same czujniki są wyjątkowo niezawodne, a najczęściej dochodzi do zwarcia wewnętrznego lub mechanicznego uszkodzenia czujnika. Aby upewnić się czy rzeczywiście winowajcą problemów jest czujnik obrotów kół, po dokładnych oględzinach i ocenie wzrokowej czujników i przewodów, należy przy użyciu odpowiednich urządzeń (oscyloskop lub multimetr) sprawdzić napięcie zasilające czujnik i sygnały z niego wychodzące.

Jeżeli bezwzględnie winowajcą awarii jest sam czujnik pozostaje jedynie go wymienić. Podczas wymiany należy zwrócić baczną uwagę na przewody i ich prowadzenie, oraz właściwe zamocowanie.

O opinię na temat czujników obrotów kół zapytaliśmy również eksperta z iParts.pl:

Czujniki prędkości obrotowej kół zbierają informacje dla takich systemów jak ABS czy ESP, gdzie dla ich poprawnej pracy potrzebne są informacje o aktualnych prędkościach wszystkich kół. Zdarza się, że czujniki te zawodzą, o czym informuje kontrolka na desce rozdzielczej. Wprawny diagnosta bardzo szybko stwierdzi usterkę odczytując kod błędu z pokładowego systemu diagnostyki. Zasadniczo czujniki nie należą do elementów, które ulegają naturalnemu zużyciu. Warto jednak zwrócić uwagę na ciężkie warunki pracy: woda, sól drogowa czy pył i kurz mogą doprowadzić do szybszego uszkodzenia czujników.