Otomotiv Sensörleri ve Kontrol Ünitesi Devre Prensibi

Otomotiv Sensörleri ve Elektronik Kontrol Ünitesi

Otomotiv sensörleri ve kontrol ünitesi, modern araçlarda motor ve diğer elektronik sistemlerin doğru çalışabilmesi için sürekli bilgi alışverişi yapar. Sensörler; sıcaklık, basınç, konum, devir ve benzeri fiziksel büyüklükleri algılayarak kontrol ünitesinin değerlendirebileceği elektriksel sinyallere dönüştürür. Kontrol ünitesi ise aldığı bu sinyalleri işleyerek ilgili sistemlerin çalışmasını yönetir.

Sensörlerin çalışma prensibini anlayabilmek için yalnızca sensörün ne ölçtüğünü bilmek yeterli değildir. Sensörün besleme gerilimi, sensör şasisi, sinyal hattı, pull-up ve pull-down dirençleri ile kontrol ünitesinin sinyali nasıl değerlendirdiği de bilinmelidir. Bu yazıda otomotiv sensörleri ve kontrol ünitesi arasındaki devre prensibi; potansiyometre, basınç sensörü, NTC sıcaklık sensörü ve Hall sensörü örnekleri üzerinden açıklanmaktadır.

Araçlarda kullanılan sensörlerin genel görevleri ve farklı sensör çeşitleri hakkında bilgi edinmek için Motorda Kullanılan Sensörler konusunu inceleyebilirsiniz. Sensörlerden gelen bilgilerin işlendiği elektronik kontrol ünitesinin temel yapısı için ise Elektronik Kontrol Ünitesi Nedir? içeriğinden yararlanabilirsiniz.

1- Kontrol Ünitesi ve Sensörlerin Devre Prensibi

Elektronik kontrol ünitesi, sensörlerden aldığı elektriksel sinyalleri değerlendirerek sistemin çalışma durumunu belirler. Sensörün yapısına göre kontrol ünitesi sensöre besleme gerilimi ve sensör şasisi sağlayabilir; sensörden gelen sinyal ise analog gerilim, frekans, PWM veya dijital anahtarlama biçiminde olabilir.

A) Sensörlerin Gerilim Beslemesi

Birçok elektronik sensör çalışabilmek için bir gerilim beslemesine ihtiyaç duyar. Bu besleme doğrudan kontrol ünitesinden sağlanabileceği gibi sistem tasarımına göre başka bir besleme hattından da gelebilir. Bu nedenle sensör kontrolünde besleme, şasi ve sinyal uçlarının araç üreticisinin elektrik şemasından belirlenmesi gerekir.

Sensör Şasisi

Bazı sensörlerde referans şasisi doğrudan kontrol ünitesinden sağlanır. Bunun amacı, araç gövdesi veya motor üzerindeki bağlantılarda oluşabilecek gerilim düşümlerinin hassas sensör sinyallerini etkilemesini azaltmaktır.

Sensör şasisi ile akü negatif kutbu veya araç gövdesi her durumda aynı bağlantı noktası olarak düşünülmemelidir. Teşhis sırasında sensörün elektrik şeması ve üretici ölçüm değerleri esas alınmalıdır.

5 Volt Referans Gerilimi

Otomotiv elektronik sistemlerinde birçok sensör için kontrol ünitesi tarafından düzenlenmiş yaklaşık 5 V referans gerilimi kullanılabilir. Bu gerilim özellikle potansiyometrik konum sensörleri ve bazı basınç sensörleri gibi elemanlarda yaygındır.

Ancak sensörün besleme gerilimi ile sinyal hattında ölçülen gerilim her zaman aynı olmak zorunda değildir. Örneğin belirli bir Hall sensörü 5 V ile beslenirken sinyal hattındaki pull-up devresi farklı bir gerilime bağlı olabilir. Bu nedenle ölçüm sonucu sensör ve kontrol ünitesi devresinin tasarımına göre değerlendirilmelidir.

12 Volt Besleme

Bazı sensörler ve elektronik devreler tasarımlarına göre 12 V araç elektrik sistemi üzerinden beslenebilir. Dolayısıyla her sensörde otomatik olarak 5 V besleme aranması doğru değildir. Doğru besleme değeri ilgili aracın elektrik şeması ve servis verilerinden kontrol edilmelidir.

B) Sensör Sinyallerinin Özellikleri

Sensör sinyallerinin yapısı kullanılan sensör teknolojisine göre değişir. Bazı sensörler değişken bir analog gerilim üretirken bazıları dijital, frekans veya PWM biçiminde sinyal gönderebilir.

Direnç değişimiyle çalışan sensör devrelerinde sensör ile kontrol ünitesindeki pull-up veya pull-down direnci birlikte bir gerilim bölücü oluşturabilir. Sensörün direnci değiştikçe kontrol ünitesinin ölçtüğü gerilim de değişir. Kontrol ünitesi bu gerilimi sıcaklık, konum veya başka bir fiziksel büyüklüğe dönüştürerek değerlendirir.

Bir sinyal hattının açık devre olması durumunda ölçülecek gerilim de devrenin pull-up veya pull-down yapısına bağlıdır. Pull-up kullanılan bir devrede açık sinyal hattı besleme seviyesine yaklaşabilirken pull-down kullanılan bir devrede sıfıra yakın gerilim görülebilir. Bu özellik arıza teşhisinde önemli bir ipucu sağlayabilir.

2- Potansiyometre Tipi Konum Sensörleri

Potansiyometreler, otomotiv sistemlerinde mekanik bir konumun elektriksel gerilime dönüştürülmesinde kullanılabilir. Aşağıdaki örnekte klima sistemindeki bir ayar motorunun potansiyometre devresi görülmektedir.

Potansiyometrik sensörlerde genellikle sabit bir referans gerilimi ve şasi bağlantısı bulunur. Hareketli uç, mekanik konuma bağlı olarak bu iki seviye arasında değişen bir sinyal gerilimi oluşturur. Kontrol ünitesi bu çıkış gerilimini değerlendirerek parçanın konumunu belirler.

Klima klapesi ayar motorları veya elektronik gaz kelebeği gibi bazı sistemlerde konum sensörünün çalışma aralığı kontrol ünitesine tanıtılabilir. Adaptasyon veya temel ayar işlemi sırasında kontrol ünitesi sistemin çalışma sınırlarını öğrenerek mekanik toleransları ve sensör değerlerini değerlendirebilir.

Gaz kelebeğinin konumunun nasıl algılandığını daha ayrıntılı incelemek için Gaz Kelebeği Konum Sensörü konusundan yararlanabilirsiniz.

Potansiyometre Devresinde Oluşabilecek Arızalar

Potansiyometrik sensör ve bağlantılarında oluşabilecek bazı arızalar şunlardır:

• Referans gerilimi hattında kısa devre veya kopukluk
• Sensör şasisi hattında kopukluk veya yüksek direnç
• Sinyal hattının artı veya şasiye kısa devre olması
• Sinyal hattında kopukluk
• Sensör değerinin izin verilen çalışma aralığının dışına çıkması
• Potansiyometre üzerinde aşınma nedeniyle kesintili veya kararsız sinyal oluşması
• Ayar motorunun mekanik olarak sıkışması veya hareket süresinin normalden uzun olması

Kontrol ünitesinin bu arızalardan hangilerini tespit edip arıza kodu olarak kaydedebileceği sistemin donanımına ve teşhis yazılımına bağlıdır. Sensör arızalarında yalnızca arıza koduna bakmak yerine besleme, şasi, sinyal ve tesisat kontrollerinin birlikte yapılması gerekir.

3- Basınç Sensörü

Basınç sensörleri, sistemdeki basıncı elektriksel bir sinyale dönüştürerek kontrol ünitesine iletir. Aşağıdaki örnekte araç klima sisteminde kullanılan yüksek basınç sensörüne ait bir devre şeması görülmektedir.

Bazı klima basınç sensörlerinde basınç bilgisi PWM sinyali biçiminde kontrol ünitesine iletilebilir. Kaynak devre örneğinde yaklaşık 5 bar soğutucu akışkan basıncında yaklaşık %25, 32 bar civarında ise yaklaşık %75 PWM görev oranı verilmiştir. Bu değerler belirli bir sistem örneğine aittir ve bütün araçların basınç sensörleri için genel değer olarak kullanılmamalıdır.

Bu örnek devrede sensör soketi çıkarıldığında sinyal hattındaki pull-down direnci nedeniyle sıfıra yakın gerilim ölçülebilir. Başka sistemlerde devre yapısı farklı olabileceğinden ölçüm sonuçları her zaman ilgili aracın elektrik şemasıyla karşılaştırılmalıdır.

Bazı otomatik klima sistemlerinde basınç bilgisi klima kontrol ünitesi tarafından alınarak araç haberleşme ağı üzerinden motor kontrol ünitesine iletilebilir. Bazı sistemlerde ise basınç sensörü doğrudan motor veya başka bir kontrol ünitesine bağlı olabilir. Bu bilgi kompresörün ve soğutma fanlarının kontrolünde kullanılabilir.

Klima sisteminin genel çalışma yapısı için Araçlarda Klima Sistemi Nasıl Çalışır?, bakım ve sistem kontrolleri için ise Araç Klima Bakımları konularını inceleyebilirsiniz.

4- NTC Sıcaklık Sensörü

NTC, sıcaklık arttıkça elektrik direnci azalan bir termistör türüdür. Otomotiv sistemlerinde motor soğutma suyu, emme havası ve farklı sistem sıcaklıklarının ölçülmesinde NTC sensörlerden yararlanılabilir.

Tipik bir NTC sensör devresinde kontrol ünitesindeki pull-up direnci ile NTC termistör bir gerilim bölücü oluşturur. Sensör sıcaklığı değiştikçe NTC’nin direnci değişir ve bunun sonucunda kontrol ünitesinin ölçtüğü sinyal gerilimi de değişir.

Birçok NTC devresinde referans kaynağı olarak yaklaşık 5 V kullanılır. Ancak kontrol ünitesinin sensör giriş devresi ve ölçülen değerler araç üreticisine göre değişebilir.

NTC sensör veya tesisatındaki kısa devre ve açık devre gibi arızalar sinyal geriliminin normal çalışma aralığının dışına çıkmasına neden olabilir. Kontrol ünitesi uygun teşhis stratejisine sahipse bu durumu algılayarak arıza kodu kaydedebilir.

NTC sensörler yalnızca “düşük sıcaklık sensörü” olarak değerlendirilmemelidir. Kullanılabilecek sıcaklık aralığı sensörün tasarımına bağlıdır. Çok yüksek sıcaklıkların ölçüldüğü egzoz sistemlerinde ise uygulamaya bağlı olarak farklı direnç sensörleri, termokupllar veya başka sıcaklık algılama teknolojileri kullanılabilir.

Motor sıcaklığının kontrol ünitesi tarafından nasıl algılandığını görmek için Soğutma Suyu Sıcaklık Sensörü konusunu inceleyebilirsiniz.

5- Hall Şalteri (Elektronik Şalter)

Hall etkisinden yararlanan elektronik şalterler, mekanik temas gerektirmeden konum veya hareket bilgisinin algılanmasında kullanılabilir. Aşağıdaki örnekte debriyaj konum sensörüne ait devre şeması görülmektedir.

Bu örnekte Hall prensibine göre çalışan elektronik şalter iki temel sinyal durumu üretir. Sensörün çıkış katı, kontrol ünitesindeki pull-up direnciyle birlikte çalışarak sinyal hattının yüksek veya düşük seviyede algılanmasını sağlar.

Örnek devrede pull-up direnci 5 V hattına bağlı olduğu için sinyalin yüksek seviyesi yaklaşık 5 V olabilir. Ancak Hall sensörlerinde besleme gerilimi ile çıkış sinyalinin seviyesi kullanılan devre tasarımına göre farklılık gösterebilir.

6- Hall Sensörü

Hall sensörleri motor yönetim sistemlerinde devir ve konum bilgilerinin belirlenmesinde yaygın olarak kullanılabilir. Aşağıdaki örnekte motor devir bilgisinin algılanmasında kullanılan Hall tipi bir sensörün devre yapısı gösterilmektedir.

Hall tipi sensörlerde çıkış katının yapısına göre kontrol ünitesindeki pull-up direnci sinyal hattının yüksek seviyeye çekilmesini sağlayabilir. Sensör aktif olduğunda çıkış katı sinyal hattını düşük seviyeye çekerek dijital bir sinyal oluşturabilir.

Bu nedenle bir Hall sensöründe görülen pozitif sinyal seviyesinin her durumda doğrudan sensör tarafından üretildiğini düşünmek doğru değildir. Bazı devrelerde yüksek sinyal seviyesi kontrol ünitesindeki pull-up devresi tarafından oluşturulur.

Sensörün çalışma gerilimi ile sinyal hattındaki gerilim seviyesi de aynı olmak zorunda değildir. Örneğin belirli bir devrede sensör 5 V ile beslenirken sinyal hattı farklı bir pull-up gerilimi kullanabilir. Bunun mümkün olup olmadığı ilgili sensör ve kontrol ünitesi tasarımına bağlıdır.

Krank mili konumunun motor yönetimindeki görevini ve sensör sinyallerini daha ayrıntılı incelemek için Krank Mili Konum Sensörü konusundan yararlanabilirsiniz. Benzer şekilde Eksantrik Mili Konum Sensörü de motorun konum bilgisinin belirlenmesinde önemli sensörlerden biridir.

Otomotiv Sensörleri Nasıl Kontrol Edilir?

Otomotiv sensörleri ve kontrol ünitesi arasındaki elektriksel bağlantı kontrol edilirken sensörün türü ve devre yapısı önceden belirlenmelidir. Her sensörde aynı gerilim değerlerini aramak doğru bir teşhis yöntemi değildir.

Sensör kontrolünde genel olarak şu noktalar değerlendirilebilir:

• Sensörün besleme gerilimi
• Sensör şasisi ve gerilim düşümü
• Sinyal hattının açık veya kısa devre durumu
• Sensör çıkış sinyalinin değişimi
• Soket ve kablo bağlantılarının durumu
• Kontrol ünitesinde kayıtlı arıza kodları
• Diagnostik cihazdaki canlı sensör değerleri
• Gerekli durumlarda sinyalin osiloskopla incelenmesi

Ölçülen değerler mutlaka ilgili araç ve sistem için üreticinin belirttiği teknik verilerle karşılaştırılmalıdır. Sensörün çıkış değeri tek başına parçanın kesin olarak arızalı olduğunu göstermeyebilir; besleme, şasi, kablo tesisatı ve kontrol ünitesi giriş devresi de kontrol edilmelidir.

Genel arıza teşhis yaklaşımı için Arıza Arama Tavsiyeleri konusunu inceleyebilirsiniz.

Sensörler ve Kontrol Ünitesi Hakkında Sonuç

Otomotiv sensörleri ve kontrol ünitesi birlikte çalışarak motor ve araç sistemlerinin çalışma koşullarının sürekli izlenmesini sağlar. Potansiyometre tipi konum sensörleri, basınç sensörleri, NTC sıcaklık sensörleri ve Hall sensörleri farklı elektriksel çalışma prensiplerine sahip olduğundan her sensör kendi devre yapısına göre değerlendirilmelidir.

Sensör arızalarının teşhisinde besleme gerilimi, sensör şasisi, sinyal hattı ve kontrol ünitesinin devre yapısının birlikte incelenmesi önemlidir. Bu nedenle sensör değişimine karar vermeden önce elektriksel ölçümler, tesisat kontrolleri ve mümkünse canlı veriler birlikte değerlendirilmelidir.

Sensörler ve ECU Kontrolleri Hakkında Sık Sorulan Sorular

Otomotiv sensörleri nasıl kontrol edilir?

Sensörün türüne göre besleme gerilimi, sensör şasisi, sinyal hattı, direnç veya çıkış sinyali kontrol edilir ve ölçüm sonuçları üretici teknik değerleriyle karşılaştırılır.

Her sensörde 5 volt referans gerilimi bulunur mu?

Hayır. Bazı sensörlerde yaklaşık 5 V referans gerilimi kullanılırken bazı sensörler 12 V ile beslenebilir veya farklı bir devre yapısına sahip olabilir.

Hall sensörü nasıl sinyal üretir?

Hall sensörü manyetik alan değişimini algılayarak çıkış durumunu değiştirir. Kullanılan devre yapısına göre kontrol ünitesindeki pull-up direnci sinyal hattının yüksek seviyesini oluşturabilir.

NTC sensörün direnci sıcaklıkla nasıl değişir?

NTC termistörde sıcaklık arttıkça elektrik direnci azalır. Kontrol ünitesi bu direnç değişimini gerilim değişimi olarak algılayarak sıcaklık bilgisini belirleyebilir.

Sensör arızasında yalnızca arıza koduna bakmak yeterli midir?

Hayır. Arıza kodunun yanında sensörün beslemesi, şasisi, sinyal hattı, soketleri, kablo tesisatı ve gerektiğinde canlı verileri kontrol edilmelidir.

Otomotiv elektrik-elektronik sistemleri, sensörler, ECU kontrolleri ve diğer teknik eğitim içeriklerine MotorDersi ana sayfasından ulaşabilirsiniz.