现在汽车电子控制系统波形分析教程手册：第四章 车用传感器及其波形分析

1、第四章 车用传感器及波形分析第一节 车用传感器的分类在电子工程领域中，传感器（sensor）的发展历史已经超过了半个世纪。传感器就像人体的各个感觉器官一样，它把车辆在动作时的一些测量值转换成为电子信号，并输入到控制运算电路，使汽车能维持最适当的运作模式。传感器有许多不同的设计，其中有一些形式只不过是一种简单的开关，只负责对电路做ON-OFF的动作。而另外一些传感器则应用了较复杂的化学、物理或材料科学上的反应特性所制成，它们会在不同状态下产生特定的电压。不管采用哪种特性，大致来说，传感器都必须具备以下四种基本条件：持久的稳定性（repeatability）精确性（accuracy）特定的工作范围

2、（operating range）具有线形特性（linearity）线性代表传感器能够以一固定比例关系，将所测量的数值随时地呈现出来，它也间接地表示传感器的精度。见图4-1，所示为发动机所采用的各传感器位置装置图。图4-1 发动机传感器位置图汽车常用的传感器大致可以分图2-1发动机元件位置图为下述几类：速度传感器温度传感器流量传感器压力传感器位置传感器其他传感器在汽车电子电路逐步走向CAN（Controller Area Network ）控制局域网的趋势下，每一个传感器将可被用于数个系统中，而每个系统也都需要多个传感器来提供输入信号。例如轮速传感器（VSS）可同时用于ABS系统和发动机控制系

3、统，甚至是车身稳定控制系统（ESP）的控制信号。本章所列为常见传感器的分类及功能简介。见表4-1为汽车用传感器分类表。 汽车用传感器分类表 表4-1种类形式应用速度传感器电磁线圈式1 发动机转速传感器（RPM）2 曲轴转角传感器（CPS）3 汽缸位置传感器（CYL、TDC）4 轮速传感器5 车速传感器霍尔效应式光电式温度传感器热敏电阻式1 水温传感器（ECT）2 进气温度传感器（IAT、ACT）双金属式1热时开关铁氧体式1水温开关流量传感器流量计式1空气流量计（MAF）加热电阻式热线式、热膜式卡门涡流式压力传感器压容式1进气歧管压力传感器（MAP）压阻式1 机油压力开关2 MAP3 爆震传感器

4、压电感应式1爆震传感器压力传感器二氧化锆型1 跃变式氧传感器2 空燃比传感器二氧化钛型空燃比传感器稀薄空燃比（LAF）传感器位置传感器线型节气门位置传感器1节气门位置传感器霍尔元件型节气门位置传感器线型油门踏板位置传感器1油门踏板位置传感器霍尔元件型油门踏板位置传感器EGR位置传感器1EGR位置传感器第二节 速度传感器在汽车上所使用的速度传感器多数是用来检测物体旋转运动时的角速度变化率，即指圆弧长与时间的变化率。见图4-2所示。tSW= (单位时间内弧长的变化率)图4-2由于利用这样的检测方法可以获得运动物体的转角变化率，所以，汽车上的速度传感器起着给控制单元提供运动部件“位置”的重要作用。例

5、如，在发动机控制系统中使用的曲轴位置传感器，凸轮轴位置传感器等。以曲轴位置传感器为例，在发动机控制电脑ECM各输入信号中，CPS不只提供曲轴位于活塞上止点时的角度（位置）信号，更常常作为发动机转速信号用。曲轴位置传感器（或发动机转速传感器）通常装在飞轮壳、分电器内或曲轴皮带轮上。根据速度传感器所采用不同的原理产生输出信号，将速度传感器分成下列几种形式：电磁线圈式霍尔效应式光电式速度传感器除了可以用来检测发动机转速之外，也可检测车轮转速、变速器转速以及ABS泵电机转速等。一、电磁线圈式电磁线圈式速度传感器利用磁力线经切割而产生感应电压的原理制成，故又常称作磁阻式传感器。见图4-3，当曲轴旋转时，

6、由低磁阻金属制成的圆盘转轮跟着一起转动，在转轮上的凸齿便会周期性的切割由永久磁铁形成的磁场，磁力线回路因此便会出现扩散或集中的变化（即磁阻的增减），此变化使绕于其上的线圈感应出不同方向的电压。电压信号会因转速的加快而增大并且频率加快，反之，则电压信号变慢且变小，见图4-4所示。图4-3 电磁线圈式传感器原理图4-4 电磁线圈的感应电压与转速的关系a)转速快时，v大f高 b)转速慢时，v小f低德国BOSCH公司所开发的主动式轮速传感器（见图4-5），现在已经有逐渐取代传统电磁线圈式速度传感器的趋势。轮盘上交替制成不同磁极，随着转盘旋转，磁力线方向亦不断变换，使安装于旁边的传感器送出随转速变化的频

7、率信号。图4-5 主动式轮速传感器丰田皇冠3.0 ABS轮速传感器的信号波形见图4-6。图4-6皇冠轮速传感器波形 二、霍尔效应式1879年，就读于美国霍普金斯大学研究所的霍尔从研究中发现，在导体上流过与磁场方向垂直的电流时，导体便会产生出一微小电压（霍尔电压），霍尔电压与磁场强度成正比。这便是著名的霍尔效应。见图4-7所示，为霍尔效应原理图。 图4-7霍尔效应 霍尔效应装置常使用在汽车点火系统中，霍尔效应装置可以为晶体管点火系统提供触发信号。图4-8 霍尔组件与波形 见图4-8，通过转盘上的遮罩提供一低磁阻的磁路，可使磁力线不流过霍尔半导体元件。通过转盘不断地转动，霍尔元件可送出连续的方波信

8、号。三、光电式图4-9 光电式传感器除磁电式，霍尔式的传感器之外，在部分汽车的发动机控制系统中，还采用了光电式的传感器来检测曲轴转角和凸轮轴位置，如日产系列发动机以及现代部分发动机中，都有类似的装置。除此之外，在电子辅助转向系统以及电子控制悬架控制系统中都采用了光电式传感器来监控转向盘的转角。在这三种系统中，传感器的作用都一样。见图4-9所示，在回转传感器内有两个LED(发光二极管) 及两个光电晶体管.传感器安装在分电器内.带长形孔的圆盘安装在分电器轴上,随分电器轴旋转. 传感器里的两个LED将光从槽的一侧照向另一侧,而另一侧的光电晶体管则可检测到LED所射过来的光.随分电器轴一起转动的圆形盘

9、上的长形孔可以让光通过,但孔与孔间的部分则会阻止光的通过.因此,当圆盘旋转时,LED的光便会产生出连续的交替信号.日产光电式分电器的图片见图4-10。图4-10 日产光电式分电器四、发动机凸轮轴位置传感器 凸轮轴位置传感器向发动机ECU提供一缸上止点位置以及凸轮轴位置的信号，供发动机ECU来识别点火正时，同时，该信号还用于进行发动机爆震控制和确定燃油喷射正时和顺序，见图4-11所示。凸轮轴位置传感器在以往老式的车辆上，经常被安装在分电器中，但如今，大部分凸轮轴传感器作为一个单独元件安装在缸盖上，其安装位置有在凸轮轴前端、中部以及缸盖后部等几个位置。根据传感器的检测信号原理不同，可以分为磁感应式

10、、霍尔效应式以及光电式位置传感器。图4-11 凸轮轴位置传感器及波形带有凸舌的G信号板是在凸轮轴位置传感器对应的凸轮曲轴上。凸舌有1个或3个，与其他的传感器不一样，是根据发动机型号而定（附图中有三个凸舌）。当凸轮转动时，凸轮轴上的凸舌和传感器间的气隙改变。这个气隙改变就在传感器内装的感应线圈中产生电压，形成G信号。这个G信号被送至发动机ECU作为标准曲轴转角的信息（气缸位置的判别）。由发动机ECU将其和曲轴位置传感器送来的NE信号合并，来确定每个气缸点火用的压缩“上止点（TDC）”，和探测曲轴转角的信息（气缸位置的判别）角度。发动机ECU就用此来确定喷射时间和点火正时。（一）凸轮轴位置传感器信

11、号（霍尔式） 霍尔效应式凸轮轴位置传感器输出电压的幅值不变，频率随车速而改变。在检测时，应注意其以下几个特点，见图4-12。1 输出电压的幅值不变，频率随发动机转速变化而改变。2 波形的水平上限应达到参考电压，水平下限应几乎达到地电位，若离地电位太高，说明电阻太大或接地不良。3 电压的峰-峰值应等于参考电压。4 电压的转变应是垂直的直线。图4-12 霍尔效应式凸轮轴位置传感器波形特点夏利A+1.0使用的分电器内置式霍尔凸轮轴传感器.在分电器内有一个信号挡板。发动机曲轴旋转两圈，产生一个1缸上止点信号，如图4-13所示。这是目前在发动机控制系统采用的较多的一种凸轮轴信号方式，即采用5V信号电压来

12、提供1缸上止点信号，当霍尔元件信号被触发时，发出5V控制信号，来作为1缸上止点信号，或直接被用来给各个汽缸分配。图4-13 霍尔传感器波形和一般凸轮轴信号不同之处，普桑凸轮轴信号采用12V电压控制（见图4-14），而此信号直接进入点火器，来控制相应的汽缸进行点火控制，也就是说，每一个触发信号控制一个汽缸的点火。图4-14 普桑霍尔传感器波形（二）凸轮轴位置传感器信号（光电式） 光电式凸轮轴位置传感器输出电压的幅值不变，频率随发动机转速的变化而改变。在检测时，应注意其波形特点，见图4-15所示。1输出电压的幅值不变，频率随发动机转速变化而改变。2波形的水平上限应达到参考电压，3水平下限应几乎达到

13、地电位，若离地电位太高，说明电阻太大或接地不良。4电压的峰-峰值应等于参考电压。5电压的转变应是垂直的直线。图4-15 光电式凸轮轴位置传感器波形特点92款现代车用的分电器内置光电式凸轮轴传感器的波形图片见图4-16。在转子板上开有用于检测检测1缸上止点位置的检测窗。在检测窗的外侧，每隔180曲轴转角，还有4个长形孔，用来检测4个气缸活塞上止点的位置。和日产CA18E发动机不同之处，后者采用了4个180曲轴转角检测信号，在发动机转2圈过程中，将产生4次180信号，这些信号表示的是各汽缸的活塞位置，为了决定喷射顺序，把NO.1气缸的检测窗加宽，从曲轴角度上看是18，目的是便于识别气缸号数。图4-

14、16 现代光电式凸轮轴位置传感器波形（三）凸轮轴位置信号(磁感应式)磁感应式凸轮轴传感器一般单独安装在缸盖靠近凸轮轴的侧面或凸轮轴前端的链轮处，或安装在分电器内部。磁感应式凸轮轴位置传感器输出的电压和频率随发动机转速增加而增加。其波形具备以下特点，见图4-17所示。1 输出的电压和频率随发动机转速的变化而改变。2 波形的上下波动应在0V电位的上下基本对称。3 每一个最大峰值电压应差不多，若某一峰值电压低于其他，则应检查触发轮是否有缺角或偏心。4 每一个最小峰值电压应差不多，若某一峰值电压高于其他，则应检查触发轮是否有缺角或偏心。图4-17 磁感应式凸轮轴位置传感器波形特点丰田1MZ-FE发动机

15、磁感应式凸轮轴传感器信号波形见图4-18。图4-18 丰田1MZ-FE发动机磁感应式凸轮轴传感器波形日产风度A32凸轮轴传感器信号波形见图4-19。图4-19 日产风度A32凸轮轴传感器波形对于磁感应式凸轮轴传感器的信号波形，在观测分析时，重点检查曲线上是否有毛刺、杂波出现。其次，还要注意信号波形的相位，牢记，磁感应式传感器的信号，总是按照正弦波的形式出现的，如果在传感器的输出端子上出现反向的信号，则很有可能是传感器的插头端子错误排列引起的，这可能是由于错误的维修作业，使插头线束接错导致。 对于霍尔式或光电式的传感器来说，有两个观测波形的原则，如前所述，一是要注意信号的基准线是否正常，二是看信

16、号的最高点是否符合厂家的设定范围。下面的例子，是一个霍尔式凸轮轴传感器出现基准线偏差导致发动机无法起动的故障案例。见图4-20为道奇捷龙凸轮轴与曲轴位置传感器波形，兰色曲线为凸轮轴传感器波形，红色曲线为曲轴位置传感器波形。从图形上可以看出，曲轴传感器信号正常，而凸轮轴传感器的波形却很不正常，从波形峰值上看，5V电压的峰值没有问题，但看一下波形上的最小峰值，显示是3.1V，而霍尔传感器的正常波形是在0到5V之间变化。从这里，我们就可以看出传感器是存在异常的，由于信号始终处于高电位，导致发动机ECU无法正确的辨别1缸上止点位置，以至发动机无高压火花。更换一新的凸轮轴传感器，发动机能正常工作，此时观

17、测到见图4-21的波形。基准电压异常峰值电压正常图4-20 道奇异常凸轮轴传感器波形峰值电压正常图4-21 道奇正常凸轮轴传感器波形基准电压正常五、发动机转速及曲轴转角传感器图4-22 曲轴位置传感器及波形NE信号被发动机ECU用于探测曲轴角度和发动机转速。在部分车辆上，如风度A32，还采用了发动机转速传感器和曲轴转角传感器单独设置的情况，即在发动机曲轴正时带轮处安装有曲轴转角传感器，在发动机飞轮壳处安装有发动机转速传感器。触发轮由低磁阻的钢材制造。发动机ECU使用NE信号和G信号来计算基本喷射时间和基本点火提前角。和G信号相同，NE信号也是由曲轴位置传感器和安装于曲轴上的NE正时转子圆周上的

18、凸舌之间的气隙所产生。 如图4-22所示的传感器，NE正时转子圈上有34个凸舌和丢失两个的一个区段。丢失两齿的区段可用来探测曲轴角度，但是不能确定究竟是处于压缩循环的上止点（TDC）还是处于排气循环的上止点（TDC）。发动机ECU将NE信号和G信号相结合，来综合地和精确地确定曲轴角度。除此以外，有些信号发生器有12，24或其他数的凸舌，但是曲轴角度探测精度随凸舌数而变化。例如，12个凸舌的型号，其曲轴角度探测精度为30CA。在日产系列发动机上，采用了光电式的传感器，其发动机转角检测精度达到了1曲轴转角。提示：通过曲轴速度变化可以诊断缺火故障的发生。发动机ECU监测曲轴旋转变化 (持续进行)，当

19、曲轴旋转时间超出设定限值时，判定为有失火事件发生。除曲轴速度变化法可以检测失火故障外，还可以采用离子电流诊断法：通过对汽缸内离子电流的观测，诊断缺火。下面是由于失火造成的曲轴速度信号变化图4-23 没有失火发生时的曲轴信号波形图4-23是没有失火发生时的曲轴转角角度与发动机转速之间关系的波形。通过图4-24，可以看到，正常情况下，对于4缸发动机，在720曲轴转角内，每个活塞要到达上止点两次，其中一次是要开始做功行程，发动机曲轴转角速度要迅速增加，一次是压缩行程，曲轴转角速度要降低。具体到每180曲轴转角，同时有四个缸处于四个不同的状态，其中，对于曲轴转角速度影响最大的就是做功和压缩的两个气缸，

20、一个是增加曲轴角速度，而另一个则是降低曲轴角速度。这样，我们得到的就是曲轴角速度的两次波动。如果在发动机工作循环过程中，有一个气缸出现了单次的失火现象，可以想像的是由于单缸失火，会使处于做功的气缸失去对发动机的推力，曲轴转角速度就会降低，发动机的速度就会出现波动，如图4-25所示，在曲轴转角540时，2缸失火，导致发动机转速出现了较大的波动。与单缸连续失火（图4-26）不同之处，单次的失火影响的只是在一个发动机工作循环出现曲轴转角速度的变化，而在其余发动机循环过程中，曲轴角速度没有异常波动。图4-24 曲轴转角与发动机转速间关系图4-25 单个失火发生时的曲轴信号波形图4-26 单缸连续发生失

21、火时的曲轴信号波形如图4-26所示，对于单缸连续发生失火的情况时，可以看到在曲轴转角的同一角度，曲轴转角速度波动是连续发生的。（一）曲轴位置传感器（磁电式）磁电式的曲轴位置传感器输出电压和频率随发动机转速的增加而增加。其波形如图4-27所示，具备以下几个特点：1输出的电压和频率随发动机转速的变化而改变。2波形的上下波动应在0V电位的上下基本对称。3发动机每工作一个循环，波形上会出现两次一缸上止点的缺齿信号。4每一个最大峰值电压应差不多，若某一峰值电压低于其他，则应检查触发轮是否有缺角或偏心。5每一个最小峰值电压应差不多，若某一峰值电压高于其他，则应检查触发轮是否有缺角或偏心。注：早期的发动机转

22、速传感器波形，是连续的脉冲波形，没有缺齿信号。图4-27 磁感应式曲轴位置传感器波形的特点 图4-28 富康磁电式曲轴位置传感器波形富康磁电式曲轴位置传感器的信号波形见图4-28。柴油捷达曲轴位置传感器的信号波形见图4-29。图4-29 柴油捷达曲轴位置传感器波形（二）曲轴转角传感器（磁电式）图4-30 风度A32磁感应式曲轴转角传感器波形风度A32磁感应式曲轴转角传感器的信号波形见图4-30。其提供给发动机ECU关于曲轴转角的信号，而发动机转速信号由单独的发动机转速传感器提供。（三）发动机转速传感器信号（霍尔式）霍尔式发动机转速或曲轴位置传感器输出电压的幅值不变，频率随车速而改变。在检测时，

23、应注意其以下几个特点，如图4-31所示：1输出电压的幅值不变，频率随发动机转速变化而改变。2波形的水平上限应达到参考电压，水平下限应几乎达到地电位，。3. 若离地电位太高，说明电阻太大或接地不良。4. 电压的峰-峰值应等于参考电压。5. 电压的转变应是垂直的直线。图4-31 霍尔式曲轴位置传感器波形的特点图4-32 风度A32霍尔发动机转速传感器波形 风度A32的霍尔式的发动机转速传感器信号波形见图4-32。它向发动机ECU提供发动机的转速信号。其波形是连续不间断输出的方波脉冲信号。（四）曲轴位置传感器（霍尔式）图4-33 红旗霍尔式曲轴位置传感器波形 见图4-33是红旗霍尔式曲轴位置传感器波

24、形，波形中缺口处是1、6缸位于上止点位置。（五）曲轴位置传感器（光电式）光电式曲轴位置传感器输出电压的幅值不变，频率随发动机转速的变化而改变。在检测时，应注意其波形特点，见图4-34所示。1输出电压的幅值不变，频率随发动机转速变化而改变。2波形的水平上限应达到参考电压，3水平下限应几乎达到地电位，若离地电位太高，说明电阻太大或接地不良。4电压的峰-峰值应等于参考电压。5电压的转变应是垂直的直线。图4-34 光电式曲轴位置传感器波形的特点日产蓝鸟光电式曲轴位置传感器波形见图4-35所示，发动机曲轴旋转一圈，产生360个脉冲信号。图4-35日产蓝鸟光电式曲轴位置信号波形 现代光电式曲轴位置传感器波

25、形见图4-36。该传感器内置在分电器内，与日产发动机不同的是，发动机曲轴旋转两圈，产生4个气缸活塞位于上止点的信号。图4-36 现代光电式曲轴位置传感器波形（六）发动机转速与曲轴转角传感器波形风度A32发动机转速与曲轴转角传感器的对比波形见图4-37。其中发动机转速传感器采用的是霍尔式传感器，曲轴转角传感器是磁感应式传感器。用示波器的双通道波形测试功能，可以同时测试曲轴与凸轮轴位置传感器的信号，对诊断点火系统的故障很有帮助。从波形上，一是可以得到两个传感器工作是否正常，还可以帮助我们分析曲轴和凸轮轴位置传感器之间对应关系，及时地发现两个信号之间出现的不同步情况（如正时皮带安装错误，皮带跳齿等）

26、。图4-37 风度A32发动机转速与曲轴转角波形 （七）发动机曲轴位置传感器与凸轮轴传感器丰田佳美2AZ-FE发动机所采用的曲轴位置与凸轮轴位置传感器波形见图4-38，这两种传感器均采用了磁感应式传感器的形式。提示：在利用示波器对曲轴与凸轮轴位置传感器进行检测时，需要注意的是，在发动机处采得的传感器波形正确，并不代表着输入电脑的波形正确，这也是我曾经遇到的实际案例。当时也是佳美发动机出现1、2缸有高压火花，3、4缸无高压火花，并且都无喷油信号时，加之在发动机处测得的波形均正常，差一点就要更换发动机ECU了。因为用万用表检测线路未发现异常。而后，在发动机ECU测量时，发现了输入的波形失真，从而发

27、现了线路存在的问题。图4-38 磁电式曲轴与凸轮轴位置传感器波形现代车使用的分电器内置光电式曲轴与凸轮轴位置传感器波形见图4-39。从图中可以看出，发动机工作一个循环周期，产生4个曲轴位置信号，同时产生一个1缸上止点位置信号波形。图4-39 光电式曲轴位置与凸轮轴位置传感器波形（八）发动机转速、曲轴转角以及凸轮轴位置传感器目前来看，同时使用这三个信号的车辆越来越少，普遍采用的是曲轴位置传感器与凸轮轴位置传感器结合使用的方式。下图4-40是风度A32发动机所使用的三传感器同时使用的波形。图中，红色曲线为发动机转角传感器波形，兰色为凸轮轴位置传感器波形，绿色为发动机转速传感器波形。图4-40 发动

28、机转速、曲轴转角、凸轮轴位置传感器波形在前面凸轮轴传感器部分讲到过，道奇凸轮轴传感器基准电压失常的波形，其实，在车辆检修过程中，还有很多类似的例子，当然，有时并不是传感器出现问题导致的故障发生，很多时候，由于线路或电控单元出现问题，也会导致故障的发生，而这种时候，使用示波器对传感器进行检查，就显得非常重要。下面分别是两个例子来分别说明。例一发动机控制单元印刷线路爆裂，导致曲轴与凸轮轴传感器的共用接地断开，使传感器信号异常的波形。图4-41 传感器共用接地断路时的凸轮轴异常波形这是丰田子弹头车辆发生的一个故障案例。见图4-4为凸轮轴传感器受杂波干扰的图片，从图中，我们可以看到，凸轮轴传感器G1、

29、G2的信号波形曲线上出现了有规律的杂波，而这一杂波，其实就是曲轴位置传感器NE的感应波形。这是由于传感器共用接地断路，而使曲轴与凸轮轴传感器形成回路导致的异常波形。而这一异常波形造成的后果，就是发动机难以起动，并且随发动机转速增加，曲轴位置传感器的杂波幅值增大到某一值时，发动机ECU就会失去对1缸上止点的准确判断，导致点火错乱的发生，使发动机高速时失火、抖动、回火放炮。这个例子中是电控单元出现问题，其实，我们大家从中可以想到，如果在进入ECU前的接地线路出现断路，一样也是会出现这种结果。例二凸轮轴传感器插头端子错误连接，导致凸轮轴信号反相。反相的凸轮轴波形图4-42 凸轮轴传感器信号反相的波形

30、不知道大家对于以前的传统点火系统的改装有没有研究，在针对白金触点式的点火系统改造中，是利用在分电器中加装信号触发器来作为电子点火器的触发源的，可能有的技术人员遇到过这样的问题，当你不小心将触发器的输出信号线接错时，发动机会出现加速无力、回火放炮的故障，此时，无论如何转动分电器外壳，点火总是不正确。这就是由于由于输出信号反相导致的，因为你无论如何努力，信号总是差半个周期。当一个技术人员在对一台丰田1MZ-FE发动机凸轮轴传感器的插头进行维修时，不小心将插头的两个端子的顺序搞错了，就形成了这样的波形，见图4-42，这是大约在5年前使用红盒子MT3500采的波形。不幸的是，发动机ECU在采用传感器信

31、号的时候，利用的是信号的正半周的波形来作为一缸上止点的信号，这就造成发动机点火时刻的滞后，以致发动机难以起动。而幸运的是这种发动机的控制单元有根据曲轴位置传感器的信号和凸轮轴传感器的信号来计算相位差的功能，当发动机旋转某段时间后，由于相位超差，ECU判断出了这种异常的发生，因而禁止了凸轮轴传感器信号的使用，同时利用曲轴位置传感器的信号来计算出1缸的上止点位置，并将其作为控制的基础信号，同时使发动机故障灯点亮，来指示有故障发生。除了发动机控制系统所使用的发动机转速，曲轴转角或位置传感器以及凸轮轴位置传感器外，属于速度传感器范畴的还有ABS轮速传感器以及车速传感器。下面就其中比较典型的几个波形进行

32、介绍。六、ABS轮速传感器ABS轮速传感器，大部分是使用拾磁线圈型的传感器，还有就是使用磁阻元件型（主动轮速型）的，见图4-43所示。其原理前面已经讲到过，这里不再赘述。图4-43 ABS轮速传感器（一）ABS轮速传感器（磁感应式）奇瑞旗云的磁感应式ABS轮速传感器的波形见图4-44。图4-44 磁感应式ABS轮速传感器波形通常，波形在零伏线上下的跳变是非常对称的，轮速传感器的信号的振幅随轮速增加。速度越快波形幅值就越高，而且轮速增加，波形频率也将增加，示波器将显示有较多的波形震荡。确定振幅、频率和形状等关键的尺度是正确的、可重复的、有规则的、可预测的。这是指波峰的幅值正常，两脉冲间的时间不变

33、，形状是不变的且可预测的，尖峰高低不平是因传感器的磁芯与磁组轮相碰所引起的，这可能是有传感器的轴衬或传动部件不圆造成的，尖峰丢失是损坏缺点的磁组轮造成的。（二）ABS轮速传感器（MRE磁阻元件式）BMW 520I的磁阻元件型ABS轮速传感器波形见图4-45。图4-45 磁阻元件型ABS轮速传感器波形确认从一个脉冲到另一个脉冲的幅度，频率和形状是一致的，这就是说幅度够大通常等于传感器的供电电压，两脉冲间隔一致，形状一致，且与预期的相同。确定波形的频率与车速同步，并且占空比决无变化，还要观察如下内容：观察波形的一致性，检查波形顶部和底部尖角。通常，磁阻元件型的轮速传感器的信号触发轮是利用磁环的形式

34、装置在车轮轴承中的，因此，在检查维修中要注意其这一特性。其原理见图4-5。4.2.7 NT转速传感器（输入涡轮转速传感器）输入涡轮转速传感器属于磁感应式的传感器（见图4-46），检测的是自动变速器输入轴的转速信号，当发动机怠速运转，自动变速器位于P、N档位时，输入轴的转速与发动机曲轴转速一致，此时，涡轮转速传感器的信号始终输出，并且随发动机转速增加而加快，见图4-47所示。当车辆处于运动状态时，输入涡轮转速传感器会一直有磁电信号波形输出。通过把输入涡轮转速信号和中间轴齿轮转速信号相比较，发动机和变速器ECU根据各种情况决定齿轮换档时间并合适地控制发动机扭矩和液压，从而实现平稳换档。图4-46

35、输入涡轮转速传感器图4-47 发动机怠速时输入涡轮转速传感器信号当换档杆位于除P、N之外的任一位置（D、2、L或R档）时，如果车辆没有开动的话，输入轴处于静止状态（不旋转），此时，从NT转速传感器得到的信号一直为零，见图4-48所示。图4-48 除P、N档外，汽车停止不动时的输入涡轮转速传感器信号八、NC转速传感器（中间轴速度传感器）NC转速传感器检测中间轴齿轮转速，通过比较中间轴齿轮转速信号（NC）和直接离合器速度传感器（NT），ECM根据根据各种情况决定齿轮换档时间并合适地控制发动机扭矩和液压，从而实现平稳换档。图4-49 车速30KM/H时的中间轴速度传感器信号波形 当车辆静止不动时，中

36、间轴速度传感器信号始终为零。随车速增加，中间轴速度传感器信号的频率、幅值均增加。见图4-49是当车速达到30KM/H时测得的中间轴速度传感器信号波形。九、车速传感器图4-50 车速传感器的类型见图4-50所示，车速传感器有以下几种类型。（一）舌簧开关类型此传感器位于模拟式组合仪表内，如图所示，车速表拉索被它的四周磁铁所环绕，磁铁N极和S极有四处互换磁力位置，磁力随磁铁而转动，开启和闭合簧片开关的触点。换句话说，车速表拉索每转一圈，簧片开关将“通”和“断”四次。（二）光电偶合器类型此传感器位于组合仪表内，并装有光敏晶体管和发光二极管（LED）所构成的光电耦合器。LED发出的光被转动的槽轮反复地档

37、住和通过。槽轮四周共有20条槽。电缆每转一圈将会产生20个脉冲信号。（三）电磁感应类型此传感器附装在变速器上，探测变速器输出轴的转速。当变速器输出轴转动时，线圈的核和转子之间的间隙，因转子齿的作用而扩大和缩小。这样会使穿过核的磁场增大和缩小，在线圈内产生电压。车速传感器探测车辆正在行驶的实际速度。此传感器输出SPD信号，而发动机ECU则主要使用此信号来控制ISC系统和加速或减速时的空燃比，以及其他用途。提示：磁阻元件（MRE）型是车速传感器使用的主要类型，见图4-51所示。但是，目前有很多型号利用ABS ECU的SPD输出信号来代替车速传感器。 图4-51 宝马磁阻元件（MRE）型车速传感器波

38、形图4-52组合仪表内的车速传感器信号波形见图4-52是丰田2.4佳美位于组合仪表内的车速传感器信号波形。其信号波形也属于方波脉冲信号，该信号是ABS控制单元从驱动轮取得轮速信号，并将两个驱动轮的转速速度相加后，再除以二得出的轮速信号，经过41的降速处理之后，然后传输给组合仪表，组合仪表再按41的比例处理后得到如图4-52的波形。这是车速为20KM/H时从发动机ECU处测得的SPD信号波形。第三节温度传感器图4-53 温度传感器检测位置温度范围车外温度-4060发动机进气-40170车厢-2080冷暖器空调-2060蒸发器-1050发动机冷却液-40130发动机机油-40170蓄电池-4010

39、0燃料油-40120轮胎气温-40120排放废气-1001000制动卡钳-402000 汽车各部位检测的温度范围 表4-2水温传感器和进气温度传感器都有内装的热敏电阻，温度愈低则电阻愈高，相反，温度愈高则电阻值愈低。热敏电阻的电阻值地变化可用于探测冷却液和进气的温度。 见图4-53所示，发动机ECU的内装电阻器和传感器内的热敏电阻在电路中成串联。所以发动机ECU探测到的信号电压根据热敏电阻电阻值的变化而变化。当冷却液或进气的温度低时，热敏电阻器的电阻值变高，所以产生THW和THA信号是高电压值。 在发动机的冷却水温较低的状态下，如果ECU没有接到低温信号，则ECU按正常温度状态调控喷油量，因而

40、将造成混合所浓度较稀；在发动机的冷却水温较高的状态下，如果ECU没有接到高温信号，将造成混合气较浓，从而影响发动机工作稳定。温度升高温度降低图4-54 福特TEMPO进气温度传感器波形 见图4-54所示，为福特TEMPO进气温度传感器随外界温度变化，电压发生变化的波形。测试时，利用了热风机，对进气温度传感器加热，为了达到快速降温的目的，使用了乙醇来散热。从图中可以看到，随温度的增加，水温传感器的电压降低，反之，则电压升高。图4-55 风度A32水温传感器波形见图4-55为日产风度A32水温传感器在外界常温下的波形。当时的外界温度为6.7，此时，波形呈一不变的直线。第四节流量传感器空气流量计是最

41、重要的传感器之一，因为它被使用在L型EFI用来检测吸入空气质量或体积。吸入空气的质量或体积的信号用于计算基准喷射时间和基准点火提前角。 空气流量计大体分为两种类型：测定吸入空气质量的质量型空气流量计和体积型空气流量计，见图4-56所示。两种类型包括各自不同的方式： 质量型空气流量计：热线式 热膜式 体积型空气流量计：叶片式和光学卡尔曼涡流式 图4-56 流量传感器一、体积型空气流量计（一）叶片式空气流量计图4-57 叶片式空气流量计见图4-57所示，叶片式空气流量计由许多零件组成。当空气从空气滤清器流入空气流量计，气流推动计量板。当计量板压力与计量板回位弹簧力相等时，计量板就平衡在某一个位置。

42、与计量板轴向连接的电位计将吸入空气量转化成可以发送给发动机ECU的电压信号（VS信号）。正常的翼板式空气流量计怠速时的电压约为1V，油门全开时应 超过4V，空气流量的输出电压随空气流量的增加而升高，波形的幅值在气流不变时应保持稳定，一定的空气流量应有相对的电压输出，当输出电压同空气流量不符时，发动机的工作状况 将受到明显的影响。见图4-58是丰田prive 2TZ-FE发动机叶片式空气流量计急加速时的波形。其电压与常规传感器相反，随进气量增大，电压呈下降趋势。松开油门加速开始图4-58 丰田prive 2TZ-FE发动机叶片式流量计波形（二）光学卡尔曼涡流式图4-59 光学卡尔曼涡流式空气流量

43、计这种方式的空气流量计通过光电直接感应吸入空气量。这既简化了进气道的构造，也减少了吸入空气阻力。如果将一个物体放在气流通道内，在物体进气口便产生一个或多个涡流（卡尔曼涡流）。由于产生的卡尔曼涡流的频率与空气流速成比例，气流容积就可通过测量涡流频率来计算。 涡流是这样被检测的：通过把涡流的压力变化引向金属箔膜制成的反光镜表面，利用一对光敏付（发光二极管和光电晶体管）来检测反光镜的振动。 见图4-59所示进气量（KS）信号是一个脉冲信号。当进气量低时，信号频率也低。当进气量大时，信号就有很高的频率。 除了采用光学方式检测进气量信号的方法外，卡门涡流的检测方法还有很多种，如热阻式、热线式、压力差或超

44、声波检测式等等。开始加速时图4-60 92款现代卡尔曼流量计波形见图4-60为92年现代卡尔曼空气流量计波形。采用了超声波式检测方式 。波形后面密集部分为加速时的情况。从图中可以看出，无论进气量发生什么样的变化，信号的幅值始终为5V不变，只是信号的频率发生了变化，进气量大时，频率增加。 见图4-61是丰田LS400的卡尔曼空气流量计波形，其中密集部分为加速过程。图4-61 丰田凌志LS400卡尔曼流量计波形加速结束加速开始二、质量型流量传感器热线或热膜式图4-62 热线式空气流量计热线式或热膜式空气流量计的构造非常简单。见图4-62显示的构造紧凑、重量轻的质量型空气流量计是安装在进气道上的插入

45、型，它使一部分气流进入检测区域。如图所示，用作传感器的一条铂热线和热敏电阻被安放在检测区域。通过直接测量进气质量，检测精度可以提高并且几乎没有进气阻力。而且，由于没有使用专门的机械，这种流量计有很好的耐久性。现如今，热膜式的空气流量计有逐渐取代热线式空气流量计的趋势，这是因为，其可靠性更高。 见图4-62所示的空气流量计也有一个嵌入式进气温度传感器。热丝式空气流量计输出电压：怠速0.2-1V-油门全开时超载4V，全减 速时输出电压比怠速时的电压稍低。好坏的判断：其怠速时的输出电压是否为0.25-1V；燃油混合气是否昌 黑烟；油门全开时电压是否达到4V。见图4-63所示是宝马520i热线式空气流

46、量计的信号波形。这是在反复晃动节气门时测得的流量计信号波形。图4-63宝马520i热线式空气流量计突起的峰值图4-64 宝来1.6L热膜式空气流量计波形宝来1.6L发动机热膜式空气流量计的信号波形见图4-64，从图中，可以看出，在急加速过程中，波形前端有一个突起的峰值波形，然后，电压再从低到高变化，而此峰值电压，恰恰是发动机ECU用来判断是否处于急加速的判断依据。第五节 压力传感器根据检测信号方式的不同，压力传感器分为压容式、压阻式的类型。一、进气歧管压力传感器（压容式压力传感器）图4-65 进气歧管压力传感器歧管压力传感器与D型EFI一起用于检测歧管的进气压力。这是D型EFI中最重要的传感器

47、之一。利用此传感器内部的IC，歧管压力传感器将歧管进气压力传感为PIM信号。然后，发动机ECU根据此PIM信号，确定基本喷射时间和基本点火提前。 见图4-65所示，传感器单元内装有一个硅芯片，并结合一个保持在预定真空度的真空室。硅芯片的一侧暴露于歧管进气压力，另一侧则暴露于内部真空管。因为即使海拔高度有变化，歧管进气压力也能精确测量，所以，不需要采用高海拔补偿校正。 歧管进气压力的变化会造成硅芯片形状的变化，硅芯片的电阻值也会根据变形程度而变化。此电阻值变动经IC变换后所得的电压信号就是PIM信号。大多数进气压力传感器在真空时(全减速)产生的电压信号接近0V，在怠速时为1.25V，而当 节气门

48、全开时 输出的电压略低于5V。还有一种数字式进气压力传感器，在福特发动机控制系统上使用。当发动机真空度改变时，它的信号频率随之变化。但不管发动机的真空度如何变化，从传感器输出的电压信号都将保持不变。当没有真空时，它的输出信号为160Hz。在怠速时它的输出信号约为105Hz。波形的幅值应该是满5V。实测的进气歧管压力传感器波形见图4-66。图4-66 吉利8A进气歧管压力传感器波形从图中可以看出，怠速时，进气歧管压力传感器的电压在1.2V左右,急加速时,压力传感器的电压在4.1V左右。见图4-67是进气歧管压力变化的波形，测试方法是将发动机综合分析仪的管路压力测试软管连接到发动机的进气歧管的真空

49、接口上，启动发动机，检测真空压力的变化。图4-67 进气歧管压力变化波形二、增压压力传感器图4-68 宝来增压压力传感器波形增压压力传感器安装在使用废气涡轮增压系统的发动机上。见图4-68所示，为宝来1.8T发动机的增压传感器信号波形，怠速时，其电压为1.9V，急加速时，其信号电压为2-3V之间。三、爆震传感器（压电式）图4-69 爆震传感器爆震传感器附装在气缸体上，当探测到发动机爆震时，就向发动机ECU发出KNK信号。发动机ECU收到KNK信号后，就延迟点火正时，抑制爆震。 此传感器内有压电元件，当爆震在气缸体内造成振动，使此元件变形时，此元件就会产生AC电压。 发动机爆震频率处于6至13k

50、Hz范围内，根据发动机型号而定。应该根据每台发动机的爆震情况来选择使用爆震传感器。 常见的有两种爆震传感器类型。一个类型可产生窄振动频率范围内的高电压，另一个类型则产生宽振动频率范围内的高电压。见图4-69。除此外,还有一种安装在火花塞部位的火花塞座金属垫型爆震传感器,这种类型的爆震传感器是在火花塞的垫圈部位装上压电元件，其原理是根据火花塞螺栓处的压力变化,来检测汽缸内的压力变化,并将震动压力转换成电压信号输出，ECU据此来判断汽缸内是否发生了爆震。最新规格的奔驰S600，采用检测气缸内离子流变化的方式来判断缸内是否发生了爆震，在这种形式的发动机控制系统中，我们就看不到普通爆震传感器的影子了。

51、 目前，见图4-69所示能够检测出开路和短路的传感器也被采用，在这些类型电路中，常时供应2.5 V电压，KNK 信号或输出一个2.5 V基础频率。 图4-70 爆震传感器波形以500ms为测量时间得到的爆震信号波形见图4-70。以10ms为测量时间得到的爆震波形见图4-71。图4-71 爆震传感器波形在对爆震传感器进行检查时，可以在发动机停机时，利用木棒轻轻敲击缸体的方法，来观测示波器上的波形输出。见图4-72，是用木棒轻轻敲击缸体时得到的波形。轻轻敲击缸体图4-72 轻轻敲击缸体时的传感器波形四、机油压力开关信号采用机油压力指示灯的车辆，其机油压力感应塞在发动机不启动时，开关保持闭合，来自机

52、油指示灯的电流通过开关接地，指示灯点亮，而电压为0V。波形见图4-73所示。图4-73 发动机熄火时当发动机启动后，机油压力建立，机油压力感应塞内的开关在压力作用下断开，电压为12V，机油压力指示灯熄灭。波形见图4-74所示。图4-74发动机怠速时五、机油压力传感器信号虽然大部分车辆采用了机油压力开关信号的方式来指示机油压力的状况，但还是有部分车辆采用机油压力表的方式来指示机油压力，即随发动机转速的变化，通过机油压力表的指针来指示油压。下面是针对丰田4500巡洋舰的机油压力传感器进行的测试，分别在发动机熄火时打开点火开关、怠速以及急加速时进行的机油压力波形测试。见图4-75为打开点火开关时，测

53、得机油压力传感器电压波形始终为12V。图4-75 发动机熄火时的机油压力信号波形发动机怠速运转时，机油压力传感器的波形见图4-76所示。刚发动时，电压在12至14V之间变化，当发动机转速稳定后，此电压波形基本呈一直线。图4-76 怠速时机油压力信号波形见图4-77所示，加速过程中，机油压力传感器的电压波形随机油压力增加，电压急剧降低，直到限压阀打开时的在8V左右电压保持值。随发动机转速降低，机油压力又逐渐降低，直到恢复到怠速时的电压。限压阀打开图4-77 加速时的机油压力信号波形六、氧传感器（跃变式）图4-78 氧传感器为最大程度地发挥装有三元催化转化器（TWC）发动机的排气净化性能，必须将空

54、燃比保持在理论空燃比附近很窄的范围内。氧传感器能探测出排气内氧的浓度是否较理论空燃比时较浓或较稀。此传感器多数安装在排气歧管中，但是安装位置和安装数量随发动机而不同。 见图4-78所示，氧传感器内含有一件用陶瓷型材料二氧化锆元件(ZrO2)制成的元件。此元件的内侧和外侧都包着一层铂的薄覆盖层。环境大气被引导至传感器的内侧，传感器的外侧则直接暴露在排气中。处于高温（400752）时，如果锆元件内部表面上氧气浓度与外部表面上的氧气浓度相差太大时，此锆元件将产生电压。而且，铂是有催化作用，它能促使废气中氧气和一氧化碳（CO）之间产生化学反应。这样可减少废气中含氧量。增加了传感器敏感性。当空气-燃油混

55、合气较稀时，废气中氧气甚多。因以传感器内、外氧气浓度就没有多大差别，锆元件产生的电压很小（接近0V）。相反，当空气-燃油混合气较浓时，废气中几乎无氧。正因如此，传感器内、外侧氧气浓度之差很大，锆元件就产生相对而言的大电压（约1V）。 根据此传感器输出的OX信号，发动机ECU去增加或减少燃油喷油量，使平均空燃比保持在理论空燃比附近。 有些锆制的氧传感器配有加热器来加热此锆元件。此加热器也由发动机ECU控制。当进气量低时（换句话说就是当排气温度低），就向加热器输送电流来加热传感器。 图4-79 正常的氧传感器波形见图4-79所示，跃变式氧传感器的信号电压在 0.1-0.9 V之间变化，当混合气较稀时，排气中有大量的氧原子存在，这样氧传感器内外的氧原子浓度差异小，感生电压就较低；反之，当混合气较浓时，燃烧过程中，就有大量未燃烧的HC化合物存在，氧原子的数量就较低，这样，氧传感器内外的氧原子浓度就较大