1、汽車傳感器之車速傳感器摘要:汽車電子技術(shù)是汽車工業(yè)發(fā)展的核心技術(shù)之一。汽車傳感器作為汽車電子控制系統(tǒng)的信息源,是汽車電子控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部件,也是汽車電子技術(shù)領(lǐng)域研究的核心內(nèi)容之一,汽車傳感器的使用數(shù)量和技術(shù)水平?jīng)Q定了汽車控制系統(tǒng)的性能。本文主要介紹了汽車傳感器的發(fā)展、特點,對汽車傳感器中的車速傳感器的工作原理、分類、應(yīng)用情況等做了一個詳細描述。關(guān)鍵詞:車速傳感器;磁電式;霍爾式;光電式一、汽車傳感器的發(fā)展史在 20 世紀60 年代,汽車上僅有機油壓力傳感器、油量傳感器和水溫傳感器,它們與儀表或指示燈連接。進入 70 年代后,為了治理排放,又增加了一些傳感器來幫助控制汽車的動力系統(tǒng)因為同期出現(xiàn)的

2、催化轉(zhuǎn)換器、電子點火和燃油噴射裝置需要這些傳感器來維持一定的空燃比以控制排放。80 年代 ,防抱死制動裝置和氣囊提高了汽車安全性。今天,傳感器有用來測定各種流體溫度和壓力（如進氣溫度、氣道壓力、冷卻水溫和燃油噴射壓力等的傳感器;有用來確定各部分速度和位置的傳感器（如車速、節(jié)氣門開度、凸輪軸、曲軸、變速器的角度和速度、排氣再循環(huán)閥（EGR的位置等;還有用于測量發(fā)動機負荷、爆震、斷火及廢氣中含氧量的傳感器;確定座椅位置的傳感器;在防抱死制動系統(tǒng)和懸架控制裝置中測定車輪轉(zhuǎn)速、路面高差和輪胎氣壓的傳感器 ;保護前排乘員的氣囊,不僅需要較多的碰撞傳感器和加速度傳感器。面對制造商提供的側(cè)量、頂置式氣囊以及

3、更精巧的側(cè)置頭部氣囊,還要增加傳感器。二、汽車傳感器的特點汽車傳感技術(shù)是隨著汽車電子的發(fā)展而發(fā)展起來的一種技術(shù)。汽車傳感器是汽車電子控制系統(tǒng)的輸入裝置,它把汽車運行過程中的各種工況信息如車速、發(fā)動機運轉(zhuǎn)工況等轉(zhuǎn)化成電信號輸給中央控制單元,使發(fā)動機處于最佳工作狀態(tài)。汽車傳感器可對溫度、壓力、位置、轉(zhuǎn)速、加速度、流量、濕度、電磁、光電、氣體、振動等信息,進行實時、有效而準確的測量和控制。由于汽車行駛環(huán)境中溫度和氣候條件差別極大,因此要求傳感器具有極強的適應(yīng)能力,能在-40一100的環(huán)境中正常工作。同時,汽車傳感器還要經(jīng)受來自發(fā)動機內(nèi)部的各種干擾,以及行駛過程中的路況引起的振動。因此,汽車工業(yè)對傳感

4、器的要求極為苛刻,汽車傳感器必須具有穩(wěn)定性和精度高、響應(yīng)快、可靠性好、抗干擾和抗震能力強、使用壽命長等特點。三、車速傳感器車速傳感器檢測電控汽車的車速,控制電腦用這個輸入信號來控制發(fā)動機怠速,自動變速器的變扭器鎖止,自動變速器換檔及發(fā)動機冷卻風扇的開閉和巡航定速等其它功能。車速傳感器的輸出信號可以是磁電式交流信號,也可以是霍爾式數(shù)字信號或者是光電式數(shù)字信號,車速傳感器通常安裝在驅(qū)動橋殼或變速器殼內(nèi),車速傳感器信號線通常裝在屏蔽的外套內(nèi),這是為了消除有高壓電火線及車載電話或其他電子設(shè)備產(chǎn)生的電磁及射頻干擾,用于保證電子通訊不產(chǎn)生中斷,防止造成駕駛性能變差或其他問題,在汽車上磁電式及光電式傳感器是

5、應(yīng)用最多的兩種車速傳感器,在歐洲、北美和亞洲的各種汽車上比較廣泛采用磁電式傳感器來進行車速(VSS、曲軸轉(zhuǎn)角 (CKP 和凸輪軸轉(zhuǎn)角(CMP 的控制,同時還可以用它來感受其它轉(zhuǎn)動部位的速度和位置信號等,例如壓縮機離合器等。四、車速傳感器分類磁電式車速傳感器磁電式車速傳感器是一個模擬交流信號發(fā)生器,它們產(chǎn)生交變電流信號,通常由帶兩個接線柱的磁芯及線圈組成。這兩個線圈接線柱是傳感器輸出的端子,當由鐵質(zhì)制成的環(huán)狀翼輪(有時稱為磁組輪轉(zhuǎn)動經(jīng)過傳感器時,線圈里將產(chǎn)生交流電壓信號。磁組輪上的逐個齒輪將產(chǎn)生一一對應(yīng)的系列脈沖,其形狀是一樣的。輸出信號的振幅(峰對峰電壓與磁組輪的轉(zhuǎn)速成正比(車速,信號的頻率大

6、小表現(xiàn)于磁組輪的轉(zhuǎn)速大小。傳感器磁芯與磁組輪間的氣隙大小對傳感器的輸入信號的幅度影響極大,如果在磁組輪上去掉一個或多個齒就可以產(chǎn)生同步脈沖來確定上止點的位置。這會引起輸出信號頻率的改變,而在齒減少時輸出信號幅度也會改變,發(fā)動機控制電腦或點火模塊正是靠這個同步脈沖信號來確定觸發(fā)電火時間或燃油噴射時刻的。測試步驟:可以將系統(tǒng)驅(qū)動輪頂起,來模擬行駛時的條件,也可以將汽車示波器的測試線加長,在行駛中進行測試。波形結(jié)果車輪轉(zhuǎn)動后,波形信號在示波器顯示中心處的零伏平線上開始上下跳動,并隨著車速的提高跳動越來越高。波形顯示與例子十分相似,這個波形是在大約30英里/小時的速度下記錄的,它又不像交流信號波形,車

7、速傳感器產(chǎn)生的波形與曲軸和凸輪軸傳感器的波形的形狀特征十分相似的。通常波形在零伏線上下的跳變是非常對稱的,車速傳感器的信號的振幅隨車速增加。速度越快波形幅值就越高,而且車速增加,波形頻率也將增加,示波器將顯示有較多的波形震蕩。確定振幅、頻率和形狀等關(guān)鍵的尺度是正確的、可重復(fù)的、有規(guī)則的、可預(yù)測的。這是指波峰的幅值正常,兩脈沖間的時間不變,形狀是不變的且可預(yù)測的,尖峰高低不平是因傳感器的磁芯與磁組輪相碰所引起的,這可能是有傳感器的軸襯或傳動部件不圓造成的,尖峰丟失是損壞缺點的磁組輪造成的。不同型式的傳感器,其波形的峰值電壓和形狀有輕微的差異,另外由于傳感器內(nèi)部是一個線圈,所以故障是與溫度有關(guān)的,

8、在大多數(shù)情況下波形會變得短很多,變形也很大,同時還可能設(shè)定故障碼（DTC,故障在示波器上顯示的搖動線束,這可以更進一步確定磁電式傳感器是造成故障的根本原因,車速傳感器信號輸出最常見的故障是根本不產(chǎn)生信號,但如果駕駛汽車時波形是齊直的直線,那么應(yīng)該先檢查示波器和傳感器的連線,確定電路有沒有對地搭鐵,確認零部件能否轉(zhuǎn)動（塑料齒輪有沒有咬死等確認傳感器氣隙是否正常,然后再斷定傳感器?；魻柺杰囁賯鞲衅骰魻栃?yīng)傳感器（開關(guān)在汽車應(yīng)用中是十分特殊的,這主要是由于變速器周圍空間位置沖突,霍爾效應(yīng)傳感器是固體傳感器,它們主要應(yīng)用在曲軸轉(zhuǎn)角和凸輪軸位置上 ,用于開關(guān)點火和燃油噴射電路觸發(fā),它還應(yīng)用在其它需要控制

9、轉(zhuǎn)動部件的位置和速度控制電腦電路中?；魻栃?yīng)傳感器或開關(guān),由一個幾乎完全閉合的包含永久磁鐵和磁極部分的磁路組成,一個軟磁鐵葉片轉(zhuǎn)子穿過磁鐵和磁極間的氣隙,在葉片轉(zhuǎn)子上的窗口允許磁場不受影響的穿過并到達霍爾效應(yīng)傳感器,而沒有窗口的部分則中斷磁場,因此,葉片轉(zhuǎn)子窗口的作用是開關(guān)磁場,使霍爾效應(yīng)象開關(guān)一樣地打開或關(guān)閉 ,這就是一些汽車廠商將霍爾效應(yīng)傳感器和其它類似電子設(shè)備稱為霍爾開關(guān)的原因 ,該組件實際上是一個開關(guān)設(shè)備,而它的關(guān)鍵功能部件是霍爾效應(yīng)傳感器。測試步驟 :將驅(qū)動輪頂起模擬行使狀態(tài),也可以將汽車示波測試線加長進行行駛的測試。波形結(jié)果當車輪開始轉(zhuǎn)動時,霍爾效應(yīng)傳感器開始產(chǎn)生一連串的信號,脈沖

10、的個數(shù)將隨著車速增加而增加,與圖例相像,這是大約30英里/小時時記錄的,車速傳感器的脈沖信號頻率將隨車速的增加而增加,但位置的占空比在任何速度下保持恒定不變。車速傳感器越高,在示波器上的波形脈沖也就越多。確認從一個脈沖到另一個脈沖的幅度,頻率和形狀是一致的,這就是說幅度夠大通常等于傳感器的供電電壓 ,兩脈沖間隔一致,形狀一致,且與預(yù)期的相同。確定波形的頻率與車速同步,并且占空比決無變化,還要觀察如下內(nèi)容:觀察波形的一致性,檢查波形頂部和底部尖角。觀察幅度的一致性:波形高度應(yīng)相等,因為給傳感器的供電電壓是不變的。有些實例表明波形底部或頂部有缺口或不規(guī)則。這里關(guān)鍵是波形的穩(wěn)定性不變,若波形對地電位

11、過高,則說明電阻過大或傳感器接地不良。觀察由行駛性能問題的產(chǎn)生和故障碼出現(xiàn)而誘發(fā)的波形異常,這樣可以確定與顧客反映的故障或行駛性能故障產(chǎn)生的根本原因直接有關(guān)信號問題。雖然霍爾效應(yīng)傳感器一般設(shè)計能在高至150溫度下運行,但它們的工作仍然會受到溫度的影響,許多霍爾效應(yīng)傳感器在一定的溫度下（冷或熱會失效。如果示波器顯示波形不正常,檢查被干擾的線或連接不良的線束,檢查示波器和連線,并確定有關(guān)部件轉(zhuǎn)動正常（如 :輸出軸、傳感器轉(zhuǎn)軸等。當示波器顯示故障時,搖動線束,這可以提供進一步判斷,以確認霍爾效應(yīng)傳感器是否是故障的根本原因。光電式車速傳感器光電式車速傳感器是固態(tài)的光電半導(dǎo)體傳感器,它由帶孔的轉(zhuǎn)盤兩個光

12、導(dǎo)體纖維 ,一個發(fā)光二極管,一個作為光傳感器的光電三極管組成。一個以光電三極管為基礎(chǔ)的放大器為發(fā)動機控制電腦或點火模塊提供足夠功率的信號,光電三極管和放大器產(chǎn)生數(shù)字輸出信號(開關(guān)脈沖。發(fā)光二極管透過轉(zhuǎn)盤上的孔照到光電三極管上實現(xiàn)光的傳遞與接收。轉(zhuǎn)盤上間斷的孔可以開閉照射到光電三極管上的光源,進而觸發(fā)光電三極管和放大器,使之像開關(guān)一樣地打開或關(guān)閉輸出信號。從示波器上觀察光電式車速傳感器輸出波形的方法與霍爾式車速傳感器完全一樣,只是光電傳感器有一個弱點即它們對油或臟物在光通過轉(zhuǎn)盤傳遞的干涉十分敏感,所以光電傳感器的功能元件通常被設(shè)計成密封得十分好,但損壞的分電器或密封墊容器在使用中會使油或贓物進入

13、敏感區(qū)域,這會引起行駛性能問題并產(chǎn)生故障碼。五、汽車傳感器的發(fā)展趨勢現(xiàn)代社會對汽車性能的要求越來越高, 促使汽車傳感器技術(shù)不斷發(fā)展, 今后汽車傳感器的發(fā)展趨勢是實現(xiàn)微型化、智能化和多功能化, 開發(fā)新材料、新工藝和新型傳感器。微型化利用微電子機械系統(tǒng)(MEMS 技術(shù)和計算機輔助設(shè)計技術(shù)可以設(shè)計出低成本、高性能的微型傳感器。MEMS 的核心技術(shù)是研究微電子、微機械加工與封裝技術(shù)的巧妙結(jié)合, 期望能夠由此而制造出體積小巧但功能強大的新型系統(tǒng)。經(jīng)過幾十年的發(fā)展 , 尤其最近10 多年的研究與發(fā)展,MEMS 技術(shù)已經(jīng)顯示出了巨大的生命力,此項技術(shù)的有效采用將信息系統(tǒng)的微型化、智能化、多功能化和可靠性水平

14、提高到了一個新的高度。在當前技術(shù)水平下,微切削加工技術(shù)已經(jīng)可以生產(chǎn)出具有不同層次的 3D 微型結(jié)構(gòu) , 從而可以生產(chǎn)出體積非常微小的微型傳感器敏感元件。智能化智能化傳感器主要包括主傳感器、輔助傳感器及微型機的硬件設(shè)備等組成部分是能夠執(zhí)行信息處理和信息存儲,而且還能夠進行邏輯思考和結(jié)論判斷的傳感器系統(tǒng)。這一類傳感器相當于是微型機與傳感器的綜合體,將信號處理和控制電路集成到了單個的芯片中,具有自診斷、多參數(shù)混合測量、誤差補償?shù)忍攸c。多功能化將若干種敏感元件組裝在同一種材料或單獨一塊芯片上的一體化多功能傳感器具有體積小巧、能對不同種類的參數(shù)進行檢測的特點,它可以借助于敏感元件中不同的物理結(jié)構(gòu)或化學物質(zhì)及其各不相同的表征方式,用單獨一個傳感器系統(tǒng)來同時實現(xiàn)多種傳感器的功能。開發(fā)新材料開發(fā)新材料是傳感器技術(shù)的重要基礎(chǔ)。半導(dǎo)體和陶瓷材料是早期使用的傳感器材料 , 現(xiàn)在光導(dǎo)纖維、納米材料、超導(dǎo)材料等新型材料的出現(xiàn)為傳感器的發(fā)展開辟了新天地,隨著研究的不斷深入,將會有更多更新的傳感器材料被開發(fā)出來。開發(fā)新工藝傳感器的功能不僅與其材料有關(guān), 還與其加工技術(shù)有關(guān),加工技術(shù)的微精細化在傳感