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1、第五章 位置传感器与角度传感器,应用在汽车上的位置传感器：曲轴位置传感器、节气门位置传感器、液位传感器和车辆高度传感器等。（1）曲轴位置传感器（凸轮轴位置传感器）：发动机电子控制系统的主要部件，是控制发动机点火正时、曲轴位置的信号源。用于检测活塞上止点信号和曲轴转角信号，它也是测量发动机转速的信号。（2）节气门位置传感器：电子燃油喷射系统中用于检测节气门开度的传感器。电脑利用其传递过来的信号计算发动机负荷，作为点火时间，排气再循环控制，怠速控制和变速器换档点等的重要参数。,概 述,（3）液位传感器：用于检测燃油箱油量、冷却液液位和润滑油液位等。（4）车辆高度传感器：简称车高传感器，它用来把车身
2、高度的变化转变为电信号输入电子控制单元，ECU根据高度变化信号控制执行元件，调节车身高度。,5.1 曲轴位置传感器,一、定义：曲轴位置传感器也称曲轴转角传感器（CPS，Crankshaft Position Sensor）。凸轮轴(Camshaft）位置传感器又称为气缸识别传感器（CIS，Cylinder Identification Sensor）。二、类型：（1）电磁脉冲式（2）霍尔效应式（3）光电效应式三、安装位置：曲轴皮带轮或链轮侧面，或凸轮轴前端，或分电器。,电磁脉冲式曲轴位置传感器,根据电磁感应定律，当W匝线圈在均恒磁场中运动时，设穿过线圈的磁通为，则线圈的感应电势e为：,一、磁感
3、应原理,二、磁感应式曲轴位置传感器的工作原理,图5-1 磁感应式传感器工作原理（b）接近；（c）对正；（d）离开1-信号转子；2-传感器线圈；3-永久磁铁；4-支架,磁感应式传感器组成：信号转子、传感线圈、永久磁铁等。,图5-2 传感器线圈中的磁通和电动势E波形（a）低速时输出波形；（b）高速时输出波形,(b),(d),(c),（1）不需要外加电源，永久磁铁起着将机械能转换为电能的作用，其磁能不会损失。（2）发动机转速越高，磁通变化率也就越大，传感线圈中的感应电动势也就越高。,三、磁感应式曲轴位置传感器的特点,光电传感器：光信号转变成为电信号的器件。一、光电效应 物体吸收了光能后转换为该物体中
4、某些电子的能量，从而产生的电效应。光电传感器的工作原理基于光电效应。光电效应分为外光电效应和内光电效应两大类。1、外光电效应 在光线的作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应。向外发射的电子叫做光电子。基于外光电效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。,5.1.2 光电式曲轴位置传感器,2、内光电效应 当光照射在物体上，使物体的电阻率发生变化，或产生光生电动势的现象叫做内光电效应，它多发生于半导体内。根据工作原理的不同，内光电效应分为光电导效应和光生伏特效应两类：（1）光电导效应 在光线作用下，电子吸收光子能量从键合状态过渡到自由状态，而引起材料电导率的变化，这种现象被称为光
5、电导效应。基于这种效应的光电器件有光敏电阻。（2）光生伏特效应 在光线作用下能够使物体产生一定方向的电动势的现象叫做光生伏特效应。基于该效应的光电器件有光电池和光敏二极管、三极管。,二、光电式曲轴位置传感器,1、结构,图 5-3,组成：信号发生器、信号盘（即信号转子安装在传感器轴上）、配电器、传感器壳体和线束插头等。,信号发生器结构,2、工作原理,图5-4 光电式传感器工作原理1-发光二极管LED；2-信号盘；3-光敏三极管,图5-5 光电式曲轴位置传感器输出波形,Ne信号（转速与转角信号）,G信号（上止点信号）,5.1.3 霍尔式曲轴位置传感器,一、霍尔元件的结构和工作原理 半导体薄片置于磁
6、感应强度为B 的磁场中，磁场方向垂直于薄片，当有电流I 流过薄片时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势UH，这种现象称为霍尔效应。霍尔效应是美国约翰霍普金斯大学物理学家霍尔博士首先发现的。,二、霍尔式曲轴与凸轮轴传感器工作原理,图5-7 霍尔式传感器结构原理图,结构：触发叶轮、霍尔集成电路、导磁钢片（磁轭）与永久磁铁。霍尔式集成电路有霍尔元件、放大电路、稳压电路、温度补偿电路、信号变换电路和输出电路等组成。,原理：当叶片进入气隙时，霍尔集成电路中的磁场被叶片旁路，霍尔电压 U H 为零，集成电路输出级的三极管截止，传感器输出的信号电压U0为高电平。反之则反。,各种类型曲轴位置传感器的特点：
7、,电磁感应式传感器优点:结构简单，坚固耐用、能适应较高温度环境、能利用齿轮轮齿产生脉冲，应用广泛；缺点：输出电压的峰值随转速的大小而变化，在发动机启动时的低速状态下，感应电压很低，影响控制精度。光电式传感器优点：属于非接触式测量，输出的是数字信号，有利于电脑处理；缺点：对油或赃物在光通过转盘传递的干涉十分敏感。霍尔效应式传感器优点：输出的信号是矩形脉冲，适合用于电脑数字系统，信号电压的大小与发动机转速无关。,5.2 节气门位置传感器,节气门位置传感器（TPS Throttle Position Sensor)又称节气门开度传感器开关。安装在节气门体上节气门轴的一端。随着驾驶员对加速踏板的控制，
8、节气门位置发生改变。,一、节气门位置传感器的作用,将节气门开度（即发动机负荷）大小转变为电信号输入发动机 ECU，以便确定空燃比的大小。在装备电子控制自动变速器的汽车上，节气门位置传感器信号还要输入变速器电控单元（ECT ECU)，作为确定变速器换挡时机和变矩器锁止时机的主要信号。一方面用来确定节气门的开度位置，另一方面反应节气门的开闭速度。可能引发的故障：（1）行驶性能不良，动力不足；（2）加速不圆滑；（3）发动机熄火；（4）怠速转速不稳定。,二、节气门位置传感器的类型,按结构不同，节气门位置传感器分为触点式、可变电阻式、触点与可变电阻组合式 3 种类型。按输出信号的类型不同，节气门位置传感
9、器可分为线性（量）输出型和开关（量）输出型 2 种。,1、编码式节气门位置传感器（开关（量）输出型）,图5-9 编码器式节气门位置传感器结构图,结构与作用：IDL触点（用以检测怠速状态）；PSW触点（用于检测高负荷状态），ACC1和ACC2（用于检测加减速状态）。安装位置：安装在节气门室上，与节气门连动。,工作原理：,（1）怠速时,（2）加速时,（3）高负荷时,（4）减速时,图5-10 编码式TPS输出特性,输出特性：,2、线性可变电阻型节气门位置传感器（线性（量）输出型）,（1）结构组成：可变电阻、滑动触点、节气门轴、壳体。,线性量TPS结构与特性图,图5-12 线性TPS与ECU连接图,工
10、作原理：,触点在电阻体上滑动，利用变化的电阻值，测得与节气门开度对应的线性输出电压，根据输出的电压值，可知节气门开度。节气门开度输出信号VTA则使ECU对喷油量进行控制，以获得相应的功率。随着节气门开度的增大，节气门开度输出电压线性增大。,3、综合式节气门位置传感器,工作原理：,一个触点可在电阻体上滑动，利用变化的电阻值，测得与节气门开度对应的线性输出电压，根据输出的电压值，可知节气门开度。另一个电刷触点在节气门全关闭时与怠速触点IDL接触。IDL信号主要用于断油控制和点火提前角的修正。节气门开度输出信号VTA则使ECU对喷油量进行控制，以获得相应的功率。,5.3 其它位置传感器,转向传感器（
11、方向盘转动方向与转动角度传感器）（SAS Steering angle Sensor)又称为方向盘位置传感器。作用：用来检测方向盘（或转向轴）的转动方向与转动角度。以实现人们对悬架系统的操纵性和行车稳定性的要求，控制车辆姿势的变化，提高驾乘舒适性。安装在转向轴上。,5.3.1 转向传感器,一、结构,图5-14 转向传感器结构图（a）安装位置；（b）传感器结构1-传感器壳体；2-信号圆盘；3-光电耦合元件；4-遮光孔；5-转向轴,二、工作原理,光电耦合元件电路,输出信号波形,原理：光电效应光电耦合组件之间的光断续地通断旋转角度三极管导通截止的速度转向器的速度先导通的脉冲信号转向器的旋转方向,5.
12、3.2 光电式车高传感器,车高传感器即车身高度传感器（或车身位置传感器）。作用：将车身位置（高度）变化的信号输入到电子调节悬架系统电控单元（EMS ECU），以便调节车身位置（高度）。电子控制悬架系统对小轿车车身位置（高度）的调节范围一般为10mm30mm。安装在轮胎的挡泥板上。,一、结构,图5-15 车高传感器结构图,信号发生器结构图,二、工作原理,车高传感器的连接关系,5.3.3 液位传感器,汽车上使用的液位传感器分模拟量输出型和开关型两类。模拟输出型液位传感器主要用于检测燃油箱油量，有浮子式可变电阻式、电热式、电极式传感器等；开关输出型液位传感器用于测量制动液液位、洗涤液液位、冷却液液位
13、，在液位减少到一定值时，产生开关接通、闭合转换，这种传感器有热敏电阻式、浮子式笛簧开关式和电极式等。,一、浮子笛簧开关式液位传感器,结构图,工作原理,电路原理图,应用实例,水,检测水箱冷却液液位,二、浮子可变电阻式液位传感器,结构图,工作原理,应用实例,汽油油量表电路图,三、热敏电阻式液位传感器,热敏电阻的温度特性,工作原理,燃油箱电路图,五、电极式液位传感器（用于检测蓄电池液位）,电极式液位传感器的结构,蓄电池液位传感器电路（a）规定液位时（b）液位不足时,原理：规定液位时，铅棒上产生电动势VTr1导通，电流：蓄电池正极点火开关VTr1蓄电池负极液位不足时，铅棒上不产生电动势VTr1截止A点电位上升VTr2导通报警灯亮,5.3.4 溢流环位置传感器,随着柴油机电子控制系统的发展、电子控制式VE型分配式喷油泵在柴油机上得到了广泛的应用。在该泵上需检测溢流环的位置，目前应用较广泛的是用可调电感式溢流环位置传感器。,原理：铁芯与被检测部件一齐上下移动，线圈的电感发生变化，与基准信号相比，输出信号的变化反应被检测部件的位置。,
