第六章 速度与减速度传感器的 结构、原理与检测,汽车传感器,第一节 概述 第二节 发动机转速传感器 第三节 车速传感器 第四节 轮速传感器 第五节 减速度传感器,第一节 概 述,车速传感器：其功用是检测汽车行驶速度，并把检测结果输入给汽车仪表系统，用于显示车速；或用于自动变速器系统、巡航定速系统等。车速通常通过直接或间接检测汽车轮胎的转速获得的。,发动机转速传感器：其功用是检测发动机转速，并把检测结果输入到汽车仪表系统显示发动机工况；或输入发动机控制系统和底盘某些控制系统的ECU，用于燃油喷射量、点火提前角、动力传动等控制。发动机转速的检测通常利用曲轴位置传感器的检测信号实现的。,应用在汽车上的速度/减速度传感器有：,车轮转速传感器：其功用是检测车轮转速，并把检测结果输入ABS/ASR系统ECU，用于汽车的制动或驱动控制。,减速传感器：其功用是检测汽车的减速度，并把检测结果输入ABS系统的ECU，用于汽车的制动或驱动控制。,速度/减速度传感器的结构、原理一览表,由于发动机转速的检测通常利用曲轴位置传感器的检测信号实现的。若已知曲轴旋转360 曲轴位置传感器发出的脉冲数，即可检测发动机转速。各种类型的曲轴位置传感器的结构、原理和检测在第四章已介绍。下面简单介绍美国GM公司霍尔式曲轴位置传感器，其它传感器不再重复。,第二节 发动机转速传感器,美国GM公司霍尔式曲轴位置传感器安装在曲轴前端，采用触发叶片式。曲轴皮带轮前端装内外两个带触发叶片的信号轮，与曲轴一起旋转。外信号轮均匀分布着18个触发叶片和 18个窗口，叶片和窗口的宽度为10 弧长，外信号轮每旋转1周产生18个脉冲信号，称为18信号。 内信号轮设有3个触发叶片和3个窗口，脉冲周期均为120曲轴转角的时间，脉冲上升沿分别产生于第1、4缸、第3、6缸和第2、5缸上止点前75 作为判别气缸基准信号，此信号相当于前述光电式曲轴位置传感器产生的120 信号。,美国GM公司的霍尔式曲轴位置传感器,第三节 车速传感器,检测汽车行驶速度，并把检测结果输入给汽车仪表系统用于显示车速；或将检测的车速信号输入到需要车速信号的汽车控制系统的ECU。,在汽车仪表系统中要显示车速；在汽车燃油喷射、自动变速器、ABS/ASR、巡航定速控制等系统中都要涉及到汽车的车速状况。车速通常通过直接或间接检测汽车轮胎的转速计算获得的。,1.功用,2.车速传感器的类型,车速传感器的类型有：舌簧开关式、电磁感应式、光电式、可变磁阻式、霍尔式等,（一）舌簧开关式车速传感器的结构、原理,1.传感器的结构,如图为舌簧开关式车速传感器的结构。舌簧开关式传感器安置在车速表转子附近，当车速表驱动软轴回转时，永久磁铁也回转，磁铁的 N、S 极将靠近或远离舌簧开关的触点。,接驱动软轴,一、舌簧开关式车速传感器的结构、原理与检测,如图当N、S磁极从接近舌簧开关到逐渐离开时，上下两个触点变为不同极性的磁极，触点互相吸引，开关变成闭合状态。,如图当N极或S极接近触点时，上下两个触点变为同一极性的磁极，触点互相排斥，所以舌簧开关断开。,2.传感器的工作原理,转子磁铁一般是4极的，车速表驱动轴每回转一圈，就会输出4个脉冲。,舌簧开关式车速传感器应用于电子式车速/里程表,用指针式万用表电压档检测舌簧开关式车速传感器，把表笔接在传感器连接器插头两端子上，起动机转动12s，观察电压表指针是否有脉冲电压产生，若无脉冲电压产生，表示传感器有故障，应当更换。,（二）舌簧开关式车速传感器的检测,一、电磁感应式车速传感器的结构、原理与检测,（一）电磁感应式车速传感器的结构、原理,1.传感器的结构,如图车速传感器由永久磁铁和电磁感应线圈组成，它被固定安装在变速器输出轴附近的壳体上，输出轴上的驻车锁定齿轮为感应转子。,驻车锁定齿轮,车速传感器,永久磁铁,感应线圈,电控组件,当变速器输出轴转动时，驻车锁定齿轮的凸齿，不断地靠近或离开车速传感器，使线圈内的磁通量发生变化，从而产生交流电，车速越高，输出轴转速也越高，感应电压脉冲频率也越高，电控组件根据感应电压脉冲的频率计算汽车行驶的速度。,2.传感器的工作原理,电磁感应式车速传感器安装在自动变速器输出轴附近的壳体上，用于检测自动变速器输出轴的转速。电控单元ECU根据车速传感器的信号计算车速，作为换挡控制的依据。该传感器的安装情况如图所示。,2.传感器的安装位置,（二）电磁感应式车速传感器的检测,1.开路检测：检测传感器的电阻。,2.模拟检测：检测传感器的输出波形。,3.开路检测：检测感应脉冲。,磁性物体,别克轿车车速传感器是电磁感应式，该传感器安装在自动变速器输入轴端。该传感器的安装情况如图所示。,（三）变速器输入轴车速传感器,三、光电式车速传感器的结构、原理与检测,光电式车速传感器的结构、原理与曲轴或凸轮轴光电式位置传感器基本相同，检测方法类似。,车速表软轴每转一圈，传感器产生20个脉冲。,车速表电路框图,光电车速传感器原理,四、可变磁阻式车速传感器的结构、原理与检测,磁阻效应（Magneto-resistance Effects）是指某些金属或半导体的电阻值随外加磁场变化而变化的现象。磁阻效应在金属里可以忽略，在某些半导体中较大。,1.传感器的结构,主要有两个器件：磁环和内装有磁阻元件的混合集成电路。,1.传感器的原理,如图所示，当多极磁环绕其轴旋转时，使靠近磁环的混合集成电路内的磁阻元件处的磁场变化，从而使磁阻元件的电阻发生变化。 混合集成电路在磁阻元件的电阻变化时，输出与多极磁环绕旋转速度相对应的脉冲信号。,该传感器的优点是多极磁环可安装在变速器的输出轴上，这样可以取消仪表的软轴。,混合集成电路,五、霍尔式车速传感器的结构原理,霍尔式车速传感器的结构、原理与曲轴或凸轮轴光电式位置传感器基本相同，检测方法类似。,混合集成电路,霍尔集成块的电路框图,第四节 轮速传感器,是检测车轮转速，并把检测结果输入ABS/ASR等用于制动或驱动控制的系统的ECU。,1.轮速传感器的功用,有关汽车制动或驱动的各类电子控制系统如：防抱死制动(ABS)、驱动防滑(ASR)或电子制动力分配(EBD)、转向制动控制(CBC)、电子稳定程序(ESP)等系统控制均需要获取车轮的转速状况。 车速通常检测汽车传动系统的转动，换算为汽车驱动轮的转速间接获得的。轮速传感器一般是直接检测车轮的转速且所有车轮的转速均检测。,2.轮速传感器的类型,本节介绍的轮速传感器有电磁式、霍尔式两类。其结构与原理与汽车其他位置的这类转速检测传感器类似。,1.传感器的结构,一、电磁式轮速传感器的结构、原理与检测,传感头：安装在不随车轮旋转的部件上，如转向节、悬架 支承、半轴套管或制动底板上。 齿 圈：安装在随车轮旋转的部件上，如轮毂、制动盘或 半轴上。,传感头,2.传感器的特点,电磁式轮速传感器结构简单、成本低、对粉尘污染不敏感，传感头不需外接电源。,输出信号的幅值和频率受转速影响大，抗电磁波干扰能力差，易产生误信号。 适于15 160 km/h,优点：,缺点：,2.传感器的安装部位,安装在前轮上,安装在后轮上,输出信号电压幅值不受转速的影响，频率响应高，抗电磁波干扰能力强。,二、霍尔式轮速传感器的结构、原理与检测,2.传感器的特点,1.传感器的结构、原理,3.传感器的安装,类似于电磁感应轮速传感器。,第五节 减速度传感器,减速度传感器又称G传感器，通常用于四轮驱动汽车的ABS/ASR等与汽车驱动与制动控制有关的系统上。 汽车高附着系数路面上制动时其减速度大，在低附着系数路面上制动时其减速度小，当汽车行驶在雪地、结冰路等低附着系数路面上时，采取相应措施，以提高制动性能。 汽车在在低附着系数行驶时，其驱动轮通常会出现滑转现象。两轮驱动的汽车上，ABS系统的ECU可根据轮速传感器传来的信号判断驱动车轮的滑转状况。 ABS系统在不同的附着系数路面将采用不同的防抱死制动方式。,用于获取汽车减速度信号；该信号送入ECU后，对路面的附着系数高低进行判断。,1.减速度传感器的功用,光电式减速度传感器由两个发光二极管、两个光敏三极管一个透光板和信号转换电路组成。,光电式减速度传感器的结构,一、光电式减速度传感器 的结构、原理,1.感器的结构,减速度传感器有光电式、水银式、差动式变压式等。,2.减速度传感器类型,汽车匀速行驶时，传感器的透光板静止不动；汽车制动时，即减速行驶时，透光板由于惯性则随着减速度的变化而沿汽车的纵轴方向进行摆动。,2.感器的工作原理,透光板的作用是穿过或隔断发光二极管到光电三极管之间的光线，以此控制光电三极管的开与关。两对发光二极管和光电三极管的组合可以将汽车的减速度分为4个等级。,光电式减速度传感器的工作原理,减速度率的等级与光敏三极管同断的关系,水银式减速度传感器的结构如图所示，它主要由水银和玻璃管组成，这种传感器应用在日产44全轮驱动汽车上。,二、水银式减速度传感器的结构、原理,1.传感器的结构,当汽车制动时，若减速度小，玻璃管内的水银球基本不动，则输出电极1、2均与搭铁接通，意味着汽车处在附着系数较小的路面上，图(a) ； 当汽车制动时，减速度大，水银在玻璃管内由于惯性作用前移，则输出电极1与搭铁接通，输出电极2与搭铁断开，意味着汽车处在附着系数较大的路面上，图(b)。,2.传感器的工作原理,三、差动变压器式减速度传感器的结构、原理,1.传感器的结构,1)差动变压器线圈,2)铁芯：汽车减速时， 铁芯受惯性力的作用 可向前移动。,日本三菱汽车应用了如图所示的减速度传感器。,3)弹簧：使移动后的铁 芯复位。,4)变压器油：对移动的 铁芯起着阻尼作用。,5)印制电路板：处理差 动变压器内感应电势 信号。,当汽车正常行驶时，差动变压器线圈内的铁芯处于线圈中间位置，输出电压为“0”； 当汽车减速时，由于铁芯受惯性力的作用向前移动，差动变压器内感应电势将发生变化，并以此变化作为ABS工作的控制信号。,2.传感器的工作原理,