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。传 感 器结 构安 装 位 置工作原理 发动机转速 传感器 舌簧开关式 分电电器内部 舌簧开关 电电磁感应应式 柴油机喷喷油泵泵、汽油机分电电器电电磁感应应 车速传感器舌簧开关式 车车速表转转子附近 舌簧开关 电电磁感应应式 变变速器输输出轴轴附近的壳体上 电电磁感应应 光电电式 速度表内 光电电效应应 可变变磁阻式 变变速器壳体内 改变变磁阻 轮速传感器 电电磁感应应式 驱动轮驱动轮 上、从动轮动轮 上、后桥桥 主减速器壳上或变变速器输输出轴轴 上 电电磁感应应 霍尔式 霍尔效应应 减速传感器光电电式 车车身、车车架上惯惯性作用 水银银式 差动变压动变压 器 式 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 司霍尔式曲轴轴位置传传感器，其它传感器不再重复。第二节 发动机转速传感器美国GM公司霍尔式曲轴轴位置传传感器安装在曲轴轴前端， 采用触发发叶片式。曲轴轴皮带轮带轮 前端装内外两个带带触发发叶片 的信号轮轮，与曲轴轴一起旋转转。外信号轮轮均匀分布着18个触 发发叶片和 18个窗口，叶片和窗口的宽宽度为为10 弧长长，外信 号轮轮每旋转转1周产产生18个脉冲信号，称为为18信号。内信号轮设轮设 有3个触发发叶片和3个窗口，脉冲周期均为为 120曲轴转轴转 角的时间时间 ，脉冲上升沿分别产别产 生于第1、4缸、 第3、6缸和第2、5缸上止点前75 作为为判别别气缸基准信号， 此信号相当于前述光电电式曲轴轴位置传传感器产产生的120 信号 。磁场被旁路磁场未旁路发动机转速传感器曲轴旋转360 18脉冲美国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。 舌簧开关式车速传感器舌簧开关转子磁铁游丝指针输出接驱动软轴一、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 信 号 处理电路车速表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.传感器的工作原理感 应 电 压时间-U+U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.传感器的安装位置驻车锁定齿轮车速传感器输出轴（二）电磁感应式车速传感器的检测感 应 电 压时间-U+U1.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。输入车速 传感器 驱动链轮车速传感器 磁性转轮磁性传感头连接插座（三）变速器输入轴车速传感器车 速 传 感 器输入轴三、光电式车速传感器的结构、原理与检测车速表软轴光耦合器件遮光板车速表软轴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。记忆电路计数器定时电路 整形电路判断电路1/5分频电路车速 传感器km/h车速传感器 专用IC显示电路其他控制系统报警蜂鸣器100km/h 报警灯车速表 软轴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、原理与检测车速传感器多极磁环混合集成电路磁阻效应（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。触发叶轮带导板的永久磁铁霍尔集成块 霍尔传感器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.传感器的特点高速时 低速时时间电 压电磁式轮速传感器 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转向节轮毂齿圈传感器悬架支承半轴齿圈传感器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、原理霍尔元件磁体齿圈霍尔元件磁体齿圈霍尔元件磁场较弱霍尔元件磁场较强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。 发光二极管透光板光敏晶体管信号转换电路光敏晶体管透光板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。透光板减速度 传感器匀速行驶时减速行驶时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。 透光板透光板 透光缝1号2号光敏 晶体管光敏 晶体管发光 二极管开关光电式减速度传感器的工作原理减速度 速率低减速率1低减速率2中等减速率高减速率光敏 晶体管1通断断通光敏 晶体管2通通断断透光板 位置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、原理汽车行驶方向玻璃管玻璃管水银a)低附着系数路面制动时b)高附着系数路面制动时搭铁输出电极1输出电极21.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)。汽车行驶方向玻璃管玻璃管水银a)低附着系数路面制动时b)高附着系数路面制动时搭铁输出电极1输出电极22.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.传感器的结构线圈铁芯变压器油弹簧印制 电路板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“