1、速度與減速度傳感器的 結(jié)構(gòu)、原理與檢測,汽車傳感器,第一節(jié) 概述 第二節(jié) 發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器 第三節(jié) 車速傳感器 第四節(jié) 輪速傳感器 第五節(jié) 減速度傳感器,第一節(jié) 概 述,車速傳感器：其功用是檢測汽車行駛速度，并把檢測結(jié)果輸入給汽車儀表系統(tǒng)，用于顯示車速；或用于自動變速器系統(tǒng)、巡航定速系統(tǒng)等。車速通常通過直接或間接檢測汽車輪胎的轉(zhuǎn)速獲得的。,發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器：其功用是檢測發(fā)動機轉(zhuǎn)速，并把檢測結(jié)果輸入到汽車儀表系統(tǒng)顯示發(fā)動機工況；或輸入發(fā)動機控制系統(tǒng)和底盤某些控制系統(tǒng)的ECU，用于燃油噴射量、點火提前角、動力傳動等控制。發(fā)動機轉(zhuǎn)速的檢測通常利用曲軸位置傳感器的檢測信號實現(xiàn)的。,應用在汽車上的速度/

2、減速度傳感器有：,車輪轉(zhuǎn)速傳感器：其功用是檢測車輪轉(zhuǎn)速，并把檢測結(jié)果輸入ABS/ASR系統(tǒng)ECU，用于汽車的制動或驅(qū)動控制。,減速傳感器：其功用是檢測汽車的減速度，并把檢測結(jié)果輸入ABS系統(tǒng)的ECU，用于汽車的制動或驅(qū)動控制。,速度/減速度傳感器的結(jié)構(gòu)、原理一覽表,由于發(fā)動機轉(zhuǎn)速的檢測通常利用曲軸位置傳感器的檢測信號實現(xiàn)的。若已知曲軸旋轉(zhuǎn)360 曲軸位置傳感器發(fā)出的脈沖數(shù)，即可檢測發(fā)動機轉(zhuǎn)速。各種類型的曲軸位置傳感器的結(jié)構(gòu)、原理和檢測在第四章已介紹。下面簡單介紹美國GM公司霍爾式曲軸位置傳感器，其它傳感器不再重復。,第二節(jié) 發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器,美國GM公司霍爾式曲軸位置傳感器安裝在曲軸前端，采用

3、觸發(fā)葉片式。曲軸皮帶輪前端裝內(nèi)外兩個帶觸發(fā)葉片的信號輪，與曲軸一起旋轉(zhuǎn)。外信號輪均勻分布著18個觸發(fā)葉片和 18個窗口，葉片和窗口的寬度為10 弧長，外信號輪每旋轉(zhuǎn)1周產(chǎn)生18個脈沖信號，稱為18信號。 內(nèi)信號輪設有3個觸發(fā)葉片和3個窗口，脈沖周期均為120曲軸轉(zhuǎn)角的時間，脈沖上升沿分別產(chǎn)生于第1、4缸、第3、6缸和第2、5缸上止點前75 作為判別氣缸基準信號，此信號相當于前述光電式曲軸位置傳感器產(chǎn)生的120 信號。,美國GM公司的霍爾式曲軸位置傳感器,第三節(jié) 車速傳感器,檢測汽車行駛速度，并把檢測結(jié)果輸入給汽車儀表系統(tǒng)用于顯示車速；或?qū)z測的車速信號輸入到需要車速信號的汽車控制系統(tǒng)的ECU。

4、,在汽車儀表系統(tǒng)中要顯示車速；在汽車燃油噴射、自動變速器、ABS/ASR、巡航定速控制等系統(tǒng)中都要涉及到汽車的車速狀況。車速通常通過直接或間接檢測汽車輪胎的轉(zhuǎn)速計算獲得的。,1.功用,2.車速傳感器的類型,車速傳感器的類型有：舌簧開關(guān)式、電磁感應式、光電式、可變磁阻式、霍爾式等,（一）舌簧開關(guān)式車速傳感器的結(jié)構(gòu)、原理,1.傳感器的結(jié)構(gòu),如圖為舌簧開關(guān)式車速傳感器的結(jié)構(gòu)。舌簧開關(guān)式傳感器安置在車速表轉(zhuǎn)子附近，當車速表驅(qū)動軟軸回轉(zhuǎn)時，永久磁鐵也回轉(zhuǎn)，磁鐵的 N、S 極將靠近或遠離舌簧開關(guān)的觸點。,接驅(qū)動軟軸,一、舌簧開關(guān)式車速傳感器的結(jié)構(gòu)、原理與檢測,如圖當N、S磁極從接近舌簧開關(guān)到逐漸離開時，上

5、下兩個觸點變?yōu)椴煌瑯O性的磁極，觸點互相吸引，開關(guān)變成閉合狀態(tài)。,如圖當N極或S極接近觸點時，上下兩個觸點變?yōu)橥粯O性的磁極，觸點互相排斥，所以舌簧開關(guān)斷開。,2.傳感器的工作原理,轉(zhuǎn)子磁鐵一般是4極的，車速表驅(qū)動軸每回轉(zhuǎn)一圈，就會輸出4個脈沖。,舌簧開關(guān)式車速傳感器應用于電子式車速/里程表,用指針式萬用表電壓檔檢測舌簧開關(guān)式車速傳感器，把表筆接在傳感器連接器插頭兩端子上，起動機轉(zhuǎn)動12s，觀察電壓表指針是否有脈沖電壓產(chǎn)生，若無脈沖電壓產(chǎn)生，表示傳感器有故障，應當更換。,（二）舌簧開關(guān)式車速傳感器的檢測,一、電磁感應式車速傳感器的結(jié)構(gòu)、原理與檢測,（一）電磁感應式車速傳感器的結(jié)構(gòu)、原理,1.傳感

6、器的結(jié)構(gòu),如圖車速傳感器由永久磁鐵和電磁感應線圈組成，它被固定安裝在變速器輸出軸附近的殼體上，輸出軸上的駐車鎖定齒輪為感應轉(zhuǎn)子。,駐車鎖定齒輪,車速傳感器,永久磁鐵,感應線圈,電控組件,當變速器輸出軸轉(zhuǎn)動時，駐車鎖定齒輪的凸齒，不斷地靠近或離開車速傳感器，使線圈內(nèi)的磁通量發(fā)生變化，從而產(chǎn)生交流電，車速越高，輸出軸轉(zhuǎn)速也越高，感應電壓脈沖頻率也越高，電控組件根據(jù)感應電壓脈沖的頻率計算汽車行駛的速度。,2.傳感器的工作原理,電磁感應式車速傳感器安裝在自動變速器輸出軸附近的殼體上，用于檢測自動變速器輸出軸的轉(zhuǎn)速。電控單元ECU根據(jù)車速傳感器的信號計算車速，作為換擋控制的依據(jù)。該傳感器的安裝情況如圖所

7、示。,2.傳感器的安裝位置,（二）電磁感應式車速傳感器的檢測,1.開路檢測：檢測傳感器的電阻。,2.模擬檢測：檢測傳感器的輸出波形。,3.開路檢測：檢測感應脈沖。,磁性物體,別克轎車車速傳感器是電磁感應式，該傳感器安裝在自動變速器輸入軸端。該傳感器的安裝情況如圖所示。,（三）變速器輸入軸車速傳感器,三、光電式車速傳感器的結(jié)構(gòu)、原理與檢測,光電式車速傳感器是利用光敏元器件將軸類零件的旋轉(zhuǎn)運動周期性（遮光和透光交替）地將電壓信號傳遞給ECU，常用的主要部件有光敏二極管、光敏晶體管及光電池,車速表軟軸每轉(zhuǎn)一圈，傳感器產(chǎn)生20個脈沖。,圖 光電轉(zhuǎn)速傳感器原理 1光源 2、4、6透鏡 3半透明膜片 5被

8、測軸 7光電管,圖 直射型光電式轉(zhuǎn)速計的工作原理 1被測軸 2圓盤 3光源 4光電管,一般安裝在分電器內(nèi)或曲軸前端，由信號發(fā)生器和帶光孔的信號盤組成，如圖所示。信號盤與分電器軸或曲軸一起轉(zhuǎn)動，信號盤外圈有360條光刻縫隙，傳感器裝在分電器內(nèi)時產(chǎn)生曲軸轉(zhuǎn)角1。的信號。稍靠內(nèi)有間隔60。均布的6個光孔，產(chǎn)生曲軸轉(zhuǎn)角120。的信號，其中一個光孔稍寬，用以產(chǎn)生相對于1缸上止點的信號。,信號發(fā)生器安裝在分電器殼體上。由兩只發(fā)光二極管、兩只光敏二極管和電路組成。兩只發(fā)光二極管正對著兩只光敏二極管，信號盤上有光孔，起透光和遮光交替變化的作用，使信號發(fā)生器輸出脈沖信號。當發(fā)光二極管的光束照到光敏二極管時，光敏

9、二極管產(chǎn)生電壓；當發(fā)光二極管光束被擋住時，光敏二極管電壓為0。這些電壓信號經(jīng)電路部分整形放大后輸送給ECU，ECU根據(jù)這些信號計算發(fā)動機轉(zhuǎn)速和曲軸位置。,車速表電路框圖,光電車速傳感器原理,光電式車速傳感器 光電式車速傳感器的結(jié)構(gòu)如圖3-75所示，它用于數(shù)字式速度表上，由發(fā)光二極管（LED）、光敏三極管以及裝在速度表驅(qū)動軸上的遮光板構(gòu)成。,圖8-28 光電式車速傳感器的工作原理 1光電耦合元件 2發(fā)光二極管 3遮光板 4電壓（5V） 5光敏晶體管 6傳感器輸出信號 7搭鐵,四、可變磁阻式車速傳感器的結(jié)構(gòu)、原理與檢測,磁阻效應（Magneto-resistance Effects）是指某些金屬或

10、半導體的電阻值隨外加磁場變化而變化的現(xiàn)象。磁阻效應在金屬里可以忽略，在某些半導體中較大。,1.傳感器的結(jié)構(gòu),主要有兩個器件：磁環(huán)和內(nèi)裝有磁阻元件的混合集成電路。,1.傳感器的原理,如圖所示，當多極磁環(huán)繞其軸旋轉(zhuǎn)時，使靠近磁環(huán)的混合集成電路內(nèi)的磁阻元件處的磁場變化，從而使磁阻元件的電阻發(fā)生變化。 混合集成電路在磁阻元件的電阻變化時，輸出與多極磁環(huán)繞旋轉(zhuǎn)速度相對應的脈沖信號。,該傳感器的優(yōu)點是多極磁環(huán)可安裝在變速器的輸出軸上，這樣可以取消儀表的軟軸。,混合集成電路,五、霍爾式車速傳感器的結(jié)構(gòu)原理,霍爾式車速傳感器的結(jié)構(gòu)、原理與曲軸或凸輪軸光電式位置傳感器基本相同，檢測方法類似。,混合集成電路,霍爾

11、集成塊的電路框圖,第四節(jié) 輪速傳感器,是檢測車輪轉(zhuǎn)速，并把檢測結(jié)果輸入ABS/ASR等用于制動或驅(qū)動控制的系統(tǒng)的ECU。,1.輪速傳感器的功用,有關(guān)汽車制動或驅(qū)動的各類電子控制系統(tǒng)如：防抱死制動(ABS)、驅(qū)動防滑(ASR)或電子制動力分配(EBD)、轉(zhuǎn)向制動控制(CBC)、電子穩(wěn)定程序(ESP)等系統(tǒng)控制均需要獲取車輪的轉(zhuǎn)速狀況。 車速通常檢測汽車傳動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動，換算為汽車驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)速間接獲得的。輪速傳感器一般是直接檢測車輪的轉(zhuǎn)速且所有車輪的轉(zhuǎn)速均檢測。,2.輪速傳感器的類型,本節(jié)介紹的輪速傳感器有電磁式、霍爾式兩類。其結(jié)構(gòu)與原理與汽車其他位置的這類轉(zhuǎn)速檢測傳感器類似。,1.傳感器的結(jié)構(gòu),一

12、、電磁式輪速傳感器的結(jié)構(gòu)、原理與檢測,傳感頭：安裝在不隨車輪旋轉(zhuǎn)的部件上，如轉(zhuǎn)向節(jié)、懸架 支承、半軸套管或制動底板上。 齒 圈：安裝在隨車輪旋轉(zhuǎn)的部件上，如輪轂、制動盤或 半軸上。,傳感頭,2.傳感器的特點,電磁式輪速傳感器結(jié)構(gòu)簡單、成本低、對粉塵污染不敏感，傳感頭不需外接電源。,輸出信號的幅值和頻率受轉(zhuǎn)速影響大，抗電磁波干擾能力差，易產(chǎn)生誤信號。 適于15 160 km/h,優(yōu)點：,缺點：,2.傳感器的安裝部位,安裝在前輪上,安裝在后輪上,輸出信號電壓幅值不受轉(zhuǎn)速的影響，頻率響應高，抗電磁波干擾能力強。,二、霍爾式輪速傳感器的結(jié)構(gòu)、原理與檢測,2.傳感器的特點,1.傳感器的結(jié)構(gòu)、原理,3.傳

13、感器的安裝,類似于電磁感應輪速傳感器。,第五節(jié) 減速度傳感器,減速度傳感器又稱G傳感器，通常用于四輪驅(qū)動汽車的ABS/ASR等與汽車驅(qū)動與制動控制有關(guān)的系統(tǒng)上。 汽車高附著系數(shù)路面上制動時其減速度大，在低附著系數(shù)路面上制動時其減速度小，當汽車行駛在雪地、結(jié)冰路等低附著系數(shù)路面上時，采取相應措施，以提高制動性能。 汽車在在低附著系數(shù)行駛時，其驅(qū)動輪通常會出現(xiàn)滑轉(zhuǎn)現(xiàn)象。兩輪驅(qū)動的汽車上，ABS系統(tǒng)的ECU可根據(jù)輪速傳感器傳來的信號判斷驅(qū)動車輪的滑轉(zhuǎn)狀況。 ABS系統(tǒng)在不同的附著系數(shù)路面將采用不同的防抱死制動方式。,用于獲取汽車減速度信號；該信號送入ECU后，對路面的附著系數(shù)高低進行判斷。,1.減速

14、度傳感器的功用,光電式減速度傳感器由兩個發(fā)光二極管、兩個光敏三極管一個透光板和信號轉(zhuǎn)換電路組成。,光電式減速度傳感器的結(jié)構(gòu),一、光電式減速度傳感器 的結(jié)構(gòu)、原理,1.感器的結(jié)構(gòu),減速度傳感器有光電式、水銀式、差動式變壓式等。,2.減速度傳感器類型,汽車勻速行駛時，傳感器的透光板靜止不動；汽車制動時，即減速行駛時，透光板由于慣性則隨著減速度的變化而沿汽車的縱軸方向進行擺動。,2.傳感器的工作原理,透光板的作用是穿過或隔斷發(fā)光二極管到光電三極管之間的光線，以此控制光電三極管的開與關(guān)。兩對發(fā)光二極管和光電三極管的組合可以將汽車的減速度分為4個等級。,光電式減速度傳感器的工作原理,減速度率的等級與光敏三極管同斷的關(guān)系,水銀式減速度傳感器的結(jié)構(gòu)如圖所示，它主要由水銀和玻璃管組成，這種傳感器應用在日產(chǎn)44全輪驅(qū)動汽車上。,二、水銀式減速度傳感器的結(jié)構(gòu)、原理,1.傳感器的結(jié)構(gòu),當汽車制動時，若減速度小，玻璃管內(nèi)的水銀球基本不動，則輸出電極1、2均與搭鐵接通，意味著汽車處在附著系數(shù)較小的路面上，圖(a) ； 當汽車制動時，減速度大，水銀在玻璃管內(nèi)由于慣性作用前移，則輸出電極1與搭鐵接通，輸出電極2與搭鐵斷開，意味著汽車處在附著系數(shù)較大的路面上，圖(b)。,2.傳感器的工作原理,三、差動變壓器式減速度傳感器的結(jié)構(gòu)、原理,1.傳感器的結(jié)構(gòu)