کاربرد سنسورها در خودرو و انواع آن

در خودروهای امروزی، حسگر یا سنسور ( Sensor ) یکی از مهم‌ترین اجزای سیستم‌های الکترونیکی است که نقش چشم و گوش موتور را دارد. سنسورها در واقع حواس پنج‌گانه خودرو هستند. بدون آن‌ها، ECU نمی‌تواند وضعیت موتور یا شرایط محیط را درک کند و در نتیجه عملکرد خودرو از نظر مصرف سوخت، توان، و ایمنی مختل می‌شود.
در واقع حسگر یا سنسور قطعه‌ای است که وظیفه دارد یک کمیت فیزیکی یا شیمیایی مانند دما، فشار، سرعت، اکسیژن، ضربه، یا موقعیت را تشخیص دهد. سپس آن را به سیگنال الکتریکی تبدیل کند تا کامپیوتر خودرو ( ECU ) بتواند تصمیم مناسب بگیرد. در ادامه این مطلب از مجله اینترنتی خودروآموز، با بررسی کاربرد و انواع سنسور همراه باشید.

ظهور سنسورها، تحولی بزرگ

ظهور سنسورها در خودروها نقطه ‌عطفی در تاریخ مهندسی خودرو محسوب می‌شود، زیرا باعث شد خودروها از سیستم‌های کاملاً مکانیکی به سیستم‌های هوشمند و الکترونیکی تبدیل شوند. در ادامه بررسی می‌کنیم که چه تحولات و مزایایی با ورود سنسورها پدید آمد.

۱. افزایش دقت و بهینه‌سازی عملکرد موتور

قبل از استفاده از سنسورها، تزریق سوخت و زمان جرقه‌زنی به‌صورت مکانیکی و ثابت انجام می‌شد؛ اما با ظهور سنسورهایی مانند سنسور اکسیژن، دمای آب، و دور موتور، ECU توانست مقدار دقیق سوخت و زمان جرقه را در هر لحظه تنظیم کند. در نتیجه باعث کاهش مصرف سوخت، احتراق کامل‌تر و کاهش استهلاک موتور شد.

۲. کاهش آلایندگی و آلودگی هوا

سنسور اکسیژن، دمای هوا و مپ با کنترل دقیق نسبت سوخت و هوا ( نسبت استوکیومتریک ) باعث شدند احتراق ناقص به حداقل برسد. بنابراین منجر به کاهش گازهای سمی مانند CO و NOx و انطباق با استانداردهای محیط‌ زیستی جهانی ( مانند Euro 4 و Euro 5 ) شد.

۳. افزایش عمر قطعات مکانیکی

سنسورها با پایش مداوم دما، فشار و ضربات، به ECU اجازه می‌دهند تا از آسیب‌های زودرس جلوگیری کند؛ برای مثال، سنسور ناک مانع ضربه خوردن پیستون‌ها و سنسور فشار روغن مانع از کارکرد موتور بدون روغن می‌شود. این مزیت سبب افزایش عمر مفید موتور و کاهش هزینه‌های تعمیرات می‌شود.

۴. ارتقای ایمنی خودرو

با اضافه شدن سنسورهای ABS، ESP و سرعت چرخ‌ها، سیستم ترمز ضدقفل و کنترل پایداری در خودروها ممکن شد. در نتیجه کاهش خطر لغزش در ترمزهای شدید، حفظ کنترل خودرو در پیچ‌ها و افزایش امنیت سرنشینان را به ارمغان آورد.

۵. ایجاد سیستم‌های هوشمند و ارتباطی

ورود سنسورها زمینه‌ساز فناوری‌هایی مانند OBD ( عیب‌یابی هوشمند )، پارک خودکار، کنترل کروز، و سیستم‌های رانندگی خودکار شد. بنابراین خودروها توانستند خودشان مشکلات را شناسایی و گزارش کنند و حتی برخی عملکردها را خودکار انجام دهند.

۶. آسایش و راحتی بیشتر راننده

سنسورهای دمای اتاق، نور و باران باعث شدند سیستم تهویه، چراغ‌ها و برف‌پاک‌کن‌ها به‌صورت خودکار عمل کنند. این ویژگی افزایش رفاه، کاهش نیاز به دخالت راننده و رانندگی آسان‌تر را به همراه داشت.

۷. تعمیر و نگهداری پیشرفته‌تر

با وجود سنسورها، دیگر نیازی به حدس و آزمون و خطا نیست. مکانیک‌ها با دستگاه‌های دیاگ و داده‌های OBD می‌توانند عیب دقیق را تشخیص دهند. که این مزیت می تواند به کاهش هزینه تعمیر، افزایش سرعت و دقت در خدمات پس از فروش منجر شود.

بنابراین ظهور سنسورها خودرو را از یک ماشین مکانیکی ساده به یک سامانه الکترونیکی هوشمند تبدیل کرد. این تحول موجب شد خودروها ایمن‌تر، کم‌مصرف‌تر، پاک‌تر و راحت‌تر شوند و گامی بزرگ به‌سوی خودروهای خودران و هوشمند آینده برداشته شود.

کاربرد سنسورها در خودرو

سنسورها اطلاعات مختلفی را از بخش‌های گوناگون خودرو جمع‌آوری می‌کنند تا سیستم‌های کنترلی بتوانند عملکرد خودرو را بهینه کنند. در ادامه برخی از کاربردهای اصلی را مورد بررسی قرار می دهیم.

تنظیم عملکرد موتور

سنسورهایی مثل سنسور دما، اکسیژن، فشار هوا و موقعیت دریچه گاز به ECU کمک می‌کنند تا نسبت سوخت و هوا را دقیق تنظیم کند.

افزایش ایمنی خودرو

سنسور ABS، سنسور سرعت چرخ و سنسور زاویه فرمان به سیستم ترمز ضد قفل و کنترل پایداری کمک می‌کنند.

کنترل راحتی راننده

سنسور دما در کابین، سنسور نور، سنسور باران و… برای سیستم تهویه، روشنایی خودکار و برف‌پاک‌کن هوشمند استفاده می‌شوند.

تشخیص خطا و گزارش به راننده

کامپیوتر یا ECU خودرو با استفاده از داده‌های سنسورها می‌تواند خطاها را شناسایی کرده و با چراغ چک موتور به راننده هشدار دهد.

انواع سنسور

سنسورها در خودرو انواع مختلفی دارند که در ادامه همراه با توضیح عملکرد دقیق، محل نصب و نقش هرکدام در کارکرد خودرو مورد بررسی قرار گرفته است.

۱. سنسور دور موتور ( Crankshaft Position Sensor )

کار این سنسور تشخیص دور چرخش میل‌لنگ ( RPM ) و موقعیت دقیق آن است. معمولاً در نزدیکی فلایویل یا دنده‌های میل‌لنگ نصب می شود و با ارسال پالس‌های منظم به ECU، زمان تزریق سوخت و جرقه‌زنی را تنظیم می‌کند. از نشانه های خرابی این سنسور استارت نخوردن، ریپ زدن و روشن نشدن موتور است.

۲. سنسور میل‌سوپاپ ( Camshaft Position Sensor )

مشخص کردن موقعیت باز و بسته شدن سوپاپ‌ها نسبت به میل‌لنگ وظیفه این حسگر است. محل نصب آن روی سرسیلندر، در مجاورت میل‌سوپاپ می باشد. سنسور میل‌سوپاپ برای هماهنگی دقیق زمان جرقه و تزریق سوخت در موتورهای انژکتوری ضروری است. روشن شدن چراغ چک و کاهش توان موتور می‌تواند نشانه خرابی این سنسور باشد.

۳. سنسور دمای آب یا مایع خنک‌کننده ( ECT Sensor )

اندازه‌گیری دمای مایع خنک‌کننده موتور بر عهده این سنسور می‌باشد که روی بدنه ترموستات یا مسیر عبور آب نصب می شود. ECU بر اساس دمای موتور، میزان سوخت، دور فن رادیاتور و زمان جرقه را تنظیم می‌کند. روشن شدن فن در زمان نامناسب یا مصرف زیاد سوخت در حالت سرد از علائم خرابی این حسگر است.

۴. سنسور فشار هوای منیفولد ( MAP Sensor )

کاربرد این سنسور اندازه‌گیری فشار و خلا داخل منیفولد هوا است. محل نصب آن روی منیفولد هوا است و ECU با کمک این سنسور مقدار هوای ورودی به موتور را تشخیص داده و سوخت را متناسب تزریق می‌کند. نشانه خرابی این حسگر گاز نخوردن درست و افزایش مصرف سوخت می‌تواند باشد.

۵. سنسور جریان هوای ورودی ( MAF Sensor )

این حسگر در مسیر بین فیلتر هوا و دریچه گاز نصب می‌شود و وظیفه آن اندازه‌گیری دقیق حجم و چگالی هوای ورودی به موتور است. از سیگنال آن به ECU برای تنظیم نسبت هوا به سوخت استفاده می‌شود. در صورت خرابی می تواند باعث کند شدن شتاب، ریپ زدن و دود سیاه از اگزوز شود.

۶. سنسور اکسیژن ( O₂ Sensor )

این سنسور که روی منیفولد دود یا مسیر اگزوز نصب می‌شود، وظیفه سنجش میزان اکسیژن موجود در گازهای خروجی اگزوز را بر عهده دارد. ECU بر اساس داده آن، ترکیب سوخت و هوا را برای احتراق کامل تنظیم می‌کند.
در خودروهایی که اگزوز آن ها دارای مبدل کاتالیستی است، دو سنسور اکسیژن معمولا نصب می‌شود. سنسور دوم بعد از مبدل نصب می شود و وظیفه آن بررسی عملکرد درست مبدل کاتالیستی است.
خام سوزی و مصرف بالای سوخت و در نتیجه افزایش آلودگی و دود سیاه از نشانه های خرابی سنسور اکسیژن است.

۷. سنسور ناک ( Knock Sensor )

وظیفه تشخیص ضربه یا صدای غیرعادی احتراق ( ناک یا کوبش ) را بر عهده دارد و روی بلوک سیلندر نصب می‌شود. در صورت شناسایی ضربه، ECU زمان جرقه را تغییر می‌دهد تا از آسیب به موتور جلوگیری شود. صدای کوبش، افت قدرت، و روشن شدن چراغ چک از علائم خرابی این حسگر است.

۸. سنسور موقعیت دریچه گاز ( TPS Sensor )

این سنسور روی محور دریچه گاز قرار دارد و تشخیص میزان باز شدن پدال گاز را بر عهده دارد. سیگنالی که از این حسگر دریافت می شود تعیین می‌کند چه مقدار سوخت به محفظه سیلندر توسط انژکتور تزریق شود. گاز نخوردن یا لرزش در حالت درجا می تواند نشانه خرابی این سنسور باشد.

۹. سنسور ولتاژ باتری و دینام یا آلترناتور

وظیفه آن کنترل وضعیت شارژ باتری و عملکرد دینام است. در صورت افت ولتاژ، ECU دستور افزایش شارژ یا کاهش مصرف را می‌دهد. اگر خراب شود، معمولا چراغ باتری روی داشبورد روشن می‌شود.

۱۰. سنسور سرعت خودرو ( VSS Sensor )

محل نصب آن روی جعبه دنده یا چرخ‌ها است و اندازه‌گیری سرعت چرخ‌ها یا خودرو را بر عهده دارد. این حسگر اطلاعات را به ECU و سیستم ABS ارسال می‌کند. از کار افتادن کیلومترشمار یا ناهماهنگی در دنده‌های اتوماتیک می تواند نشانه های خرابی این سنسور باشد.

۱۱. سنسور دمای هوای ورودی ( IAT Sensor )

کار اندازه‌گیری دمای هوای واردشده به موتور را انجام می‌دهد. در هوای سرد یا گرم، میزان سوخت را اصلاح می‌کند تا احتراق بهینه شود. نشانه خرابی آن سخت روشن شدن خودرو در هوای سرد است.

۱۲. سنسور ABS ( مخفف Anti-lock Brake System Sensor )

این سنسور وظیفه تشخیص سرعت هر چرخ به‌صورت جداگانه را بر عهده دارد. در صورت قفل شدن یکی از چرخ‌ها، سیستم ترمز ضدقفل آن را رها می‌کند تا تعادل حفظ شود. روشن شدن چراغ ABS و عملکرد غیرعادی ترمز از نشانه های وجود ایراد در این حسگر است.

۱۳. سنسور فشار روغن

تشخیص سطح یا فشار روغن موتور بر عهده این سنسور است که روی بلوک موتور نصب می‌شود. روشن شدن چراغ هشدار روغن روی صفحه کیلومتر می تواند نشانگر وجود خرابی در این حسگر باشد.

۱۴. سنسور سطح سوخت

معمولا داخل باک سوخت نصب می‌شود و میزان بنزین موجود در باک را نشان می‌دهد. مقاومت متغیری دارد که سطح سوخت را به عدد یا نشانگر تبدیل می‌کند.

بنابراین سنسورها، اجزای کلیدی در کنترل الکترونیکی خودرو هستند. ترکیب داده‌های آن‌ها با ECU موجب کاهش مصرف سوخت، افزایش عمر موتور و ارتقای ایمنی رانندگی می‌شود.

سنسورهای جدید در خودروهای مدرن

در خودروهای مدرن، سنسورها نقش مغز و چشم‌های سیستم‌های هوشمند را دارند. پیشرفت آن‌ها باعث افزایش ایمنی، کارایی سوخت، راحتی راننده و کنترل دقیق موتور شده است. در ادامه، فهرست مهم‌ترین سنسورهای جدید و مدرن با توضیحات آورده‌ شده است.

۱. سنسور لیدار ( LiDAR )

کاربرد: در خودروهای خودران و سیستم‌های کمک‌راننده ( ADAS )
عملکرد: با تابش پرتو لیزر و اندازه‌گیری زمان بازگشت آن، نقشه سه‌بعدی اطراف خودرو را می‌سازد.
نتیجه: تشخیص عابر، خودرو، موانع و فاصله‌ها با دقت بالا.

۲. سنسور دوربین چندمنظوره

کاربرد: تشخیص خطوط جاده، علائم رانندگی، عابر پیاده و نور بالا / پایین خودکار.
عملکرد: تصویر را به ECU ارسال کرده و با الگوریتم هوش مصنوعی تحلیل می‌کند.
نمونه: در سیستم‌های Lane Assist، Park Assist، و ترمز اضطراری خودکار ( AEB ).

۳. سنسور رادار ( Radar Sensor )

کاربرد: کنترل فاصله با خودرو جلویی، سیستم کروز کنترل تطبیقی ( Adaptive Cruise Control ).
عملکرد: با ارسال امواج رادیویی و تحلیل بازتاب آن‌ها، فاصله و سرعت اجسام را تعیین می‌کند.

۴. سنسور دمای اگزوز ( EGT Sensor )

کاربرد: در موتورهای توربوشارژ یا دیزل برای کنترل دمای گازهای خروجی.
عملکرد: دما را به ECU می‌فرستد تا نسبت سوخت و هوا تنظیم شود.
مزیت: جلوگیری از آسیب به توربو و کاتالیست.

۶. سنسور موقعیت میل‌لنگ و میل‌سوپاپ ( CKP و CMP )

کاربرد: هماهنگی زمان جرقه و پاشش سوخت.
تحول: جایگزین دلکوهای مکانیکی شده و دقت احتراق را بالا برده است.

۷. سنسور زاویه فرمان ( Steering Angle Sensor )

کاربرد: در سیستم‌های کنترل پایداری ( ESP, ABS, Traction Control ).
عملکرد: زاویه دقیق چرخش فرمان را اندازه می‌گیرد تا خودرو در مسیر درست باقی بماند.

۸. سنسور حضور راننده و سرنشین ( Occupant Detection Sensor )

کاربرد: برای ایربگ‌ها و کمربند ایمنی هوشمند.
عملکرد: تشخیص وزن یا حضور فرد برای فعال کردن ایربگ.

۹. سنسور باتری هوشمند ( Intelligent Battery Sensor – IBS )

کاربرد: کنترل شارژ، دما و سلامت باتری در خودروهای هیبرید و برقی.
ویژگی: پیشگیری از خالی شدن باتری و مدیریت انرژی هوشمند.

۱۰. سنسور باران و نور ( Rain & Light Sensor )

کاربرد: فعال‌سازی خودکار برف‌پاک‌کن‌ها و چراغ‌ها.
راحتی: افزایش ایمنی در شرایط جوی متغیر.

۱۱. سنسور فشار باد تایر ( TPMS )

کاربرد: اطلاع از کاهش باد تایرها.
تحول: جلوگیری از ترکیدن لاستیک و کاهش مصرف سوخت.

۱۳. سنسور صوتی و اولتراسونیک

کاربرد: در پارک‌سنسر و سیستم هشدار برخورد.
عملکرد: با امواج صوتی فاصله تا موانع را می‌سنجد.

۱۴. سنسور گشتاور موتور ( Torque Sensor )

کاربرد: در فرمان برقی ( EPS ) و خودروهای هیبرید.
کارکرد: تشخیص نیروی وارد بر فرمان یا محور موتور برای تنظیم دقیق پاسخ‌دهی.

آینده سنسورها و هوش مصنوعی در حوزه خودرو

در آینده، سنسورها و هوش مصنوعی به ستون فقرات خودروهای نسل جدید تبدیل خواهند شد. ترکیب این دو فناوری، خودرو را از یک وسیلهٔ نقلیه ساده به یک موجود هوشمند، تحلیل‌گر و یادگیرنده بدل می‌کند.

۱. سنسورهای هوشمند و شبکه‌ای

در خودروهای آینده، سنسورها دیگر به‌صورت جداگانه عمل نخواهند کرد؛ بلکه در قالب یک شبکه هوشمند ارتباطی ( Sensor Fusion ) با هم همکاری می‌کنند.
برای مثال سنسور دوربین، رادار، لیدار و GPS با هم داده‌ها را ترکیب می‌کنند تا تصویری سه‌بعدی و دقیق از محیط ایجاد شود. این اطلاعات به ECU مرکزی یا پردازنده هوش مصنوعی خودرو ( AI ECU ) ارسال می‌شود تا تصمیم‌های لحظه‌ای گرفته شود.

۲. تشخیص رفتار راننده و یادگیری عادات او

هوش مصنوعی با استفاده از داده‌های سنسورها ( مثل زاویه فرمان، فشار پدال گاز، حالت چهره و چشم راننده )، می‌تواند رفتار راننده را تحلیل و پیش‌بینی کند؛ برای مثال هشدار خستگی و خواب‌آلودگی بدهد. یا حتی دما، موسیقی و حالت رانندگی را مطابق عادت راننده تغییر دهد.

۳. خودروهای خودران ( Autonomous Vehicles )

خودروهای تمام‌خودران آینده با ترکیب سنسورهای دقیق و هوش مصنوعی، توانایی رانندگی بدون دخالت انسان را خواهند داشت. سنسورهایی مانند LIDAR ( اسکن لیزری محیط )، Radar ( تشخیص اجسام در فاصله دور ) و Camera AI ( تحلیل تصویر با یادگیری عمیق ) به خودرو امکان می‌دهند موانع، علائم راهنمایی، عابرین و حتی رفتار دیگر رانندگان را پیش‌بینی کند.

۴. نگهداری هوشمند ( Predictive Maintenance )

هوش مصنوعی با استفاده از داده‌های سنسورها، وضعیت سلامت قطعات خودرو را لحظه‌به‌لحظه بررسی می‌کند. پیش از خراب شدن قطعه، سیستم هشدار می‌دهد و زمان دقیق سرویس را پیش‌بینی می‌کند. این فناوری باعث افزایش عمر خودرو و کاهش هزینه تعمیرات خواهد شد.

۵. ارتباط خودرو با خودرو و زیرساخت ( V2X )

در آینده، خودروها با استفاده از سنسورها و شبکه‌های ارتباطی ( 5G و بعدتر 6G ) با یکدیگر و با چراغ‌های راهنمایی یا جاده‌ها در ارتباط خواهند بود. به این ترتیب، خودروها می‌توانند:

• تصادفات را پیش‌بینی کنند.
• مسیرهای پرترافیک را دور بزنند.
• و با همکاری هم رانندگی ایمن‌تر و هوشمندتری ایجاد کنند.

۶. ترکیب هوش مصنوعی با انرژی پاک

در خودروهای برقی و هیبریدی آینده، سنسورها و هوش مصنوعی به بهینه‌سازی مصرف انرژی، کنترل باتری و مدیریت شارژ کمک می‌کنند تا خودرو بیشترین راندمان را داشته باشد.

بنابراین سنسورها پایه‌ی درک خودرو از محیط‌اند و هوش مصنوعی مغز تحلیلگر آن. در آینده، این دو با هم باعث می‌شوند خودروها ایمن‌تر، کارآمدتر، و حتی هوشمندتر از انسان در رانندگی باشند. هدف نهایی، ساخت خودروهایی است که نه‌تنها حرکت می‌کنند، بلکه می‌فهمند، تصمیم می‌گیرند و با محیط ارتباط دارند.

نتیجه‌گیری

سنسورها در خودروهای امروزی نقش حیاتی در هوشمندسازی، ایمنی، کاهش مصرف سوخت، کاهش آلودگی و افزایش راحتی راننده دارند. با جایگزینی سیستم‌های مکانیکی قدیمی با سنسورهای الکترونیکی، خودروها توانایی تشخیص شرایط جاده، کنترل دقیق احتراق، تنظیم اتوماتیک ترمز، روشنایی و دمای موتور را پیدا کرده‌اند.
در واقع، سنسورها « چشم‌ها و گوش‌های خودرو » هستند که داده‌ها را به ECU می‌فرستند تا تصمیمات دقیق و سریع گرفته شود. این تحول موجب شده خودروهای مدرن نه‌تنها ایمن‌تر و کم‌مصرف‌تر باشند، بلکه گامی به سوی خودران شدن و هوشمندی کامل بردارند.