汽车电器及电子技术 第7章汽车电子控制技术基础

1、第第7 7章章 汽车电子控制技术基础汽车电子控制技术基础主讲：贠海涛主讲：贠海涛汽车电器与电子技术汽车电器与电子技术8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院本章主要内容本章主要内容n 汽车电子控制系统的基本组成n 汽车传感器结构与工作原理n 电子控制器的基本结构、工作原理n 执行器的结构与工作原理8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.1 概 述1.汽车电子控制技术发展概况 20世纪60年代：燃油喷射、速度控制、制动防抱死等方面的电子控制装置，由晶体管分立元件组成； 20世纪70年代初期：集成电

2、路的应用； 1976年，美国通用公司首次将微处理器应用于汽车发动机点火控制； 20世纪90年代，信息技术在汽车上得到发展。电子化仪表、电子地图和GPS系统。8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.1 概 述u现代汽车：微处理器为控制核心的控制系统已广泛地运用于汽车发动机、底盘及车身的各个系统中，汽车已成为机电一体化的产品。u未来的汽车：高度智能化，应用功能强大的微型计算机，其综合处理信息的速度和能力更高，使各控制系统工作更加协调一致。u红外摄像，微波雷达、激光雷达、超声波测距与测速雷达等汽车电子控制技术实现汽车自动驾驶也不会太遥远。u车间距自

3、动控制、障碍物监测和报警、汽车跑偏自动纠正、司机疲劳驾驶及酒后提醒报警等。8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.1 概 述2.汽车电子控制系统的基本组成u传感器：将发动机的工况及状态、汽车的行驶工况和状态等物理参量转变为电信号，输送给电子控制器。u电子控制器：对各传感器输入的电信号进行综合的处理，作出实时的判断，并输出控制信号。u执行器：根据控制器的控制信号作出相应的控制动作，将控制参量迅速调整到设定的值，使控制对象工作在设定的状态。8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院3. 汽车电子控制系

4、统分类u发动机电子控制系统v 点火控制系统、燃油喷射控制系统、发动机怠速控制系统、废气再循环控制系统、配气机构电子控制技术（可变气门正时系统 ，VVT）等。u底盘电子控制系统v 制动防抱死控制系统、驱动防滑控制系统、自动变速箱控制系统、悬架电子控制系统、动力转向控制系统、巡航控制系统。u车身电子控制系统v 自动空调、电子仪表、安全气囊、电子防盗系统 7.1 概 述8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.2 传感器传感器的组成传感器的分类车用传感器的种类传感

5、器的发展趋势8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.2.1 传感器的组成传感器由敏感元件、转换元件、测量电路三部分组成。敏感元件敏感元件转换元件转换元件测量电路测量电路辅助电源电路辅助电源电路非电量非电量电量电量8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.2.1 传感器的组成u敏感元件是指能直接感受（或响应）被测量的部分，即将被测量通过传感器的敏感元件转换成与被测量有确定关系的非电量或其它量。u转换元件则将上述非电量转换成电参量。u测量电路的作用是将转换元件输入的电参量经过处理转换成电压、电流或

6、频率等可测电量，以便进行显示、记录、控制和处理的部分。 8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院传感器实例：电子式车速表8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院传感器实例：冷却液温度传感器8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.2.2 传感器的分类u按输入量分：温度、压力、速度、加速度、位移、湿度等；u按测量原理分：电磁原理、固体物理学理论；u按结构与物理性质分：结构型、物性型。8/cb/65097564青岛理工

7、大学汽车与交通学院7.2.3 传感器的发展趋势u传感器的固态化、小型化u传感器集成与多功能化u传感器的智能化8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.3 车用传感器发动机：发动机：向发动机的电子控制单元（向发动机的电子控制单元（ECU）提供发动机的工作状况信息，提供发动机的工作状况信息， 对发动机工作状况进行精确控制对发动机工作状况进行精确控制 温度、压力、位置、转速、流量、气体浓度和爆震传感器等温度、压力、位置、转速、流量、气体浓度和爆震传感器等 汽车传感器：汽车电子控制系统的信息源，关键部件，核心技术内容汽车传感器：汽车电子控制系统的信息源

8、，关键部件，核心技术内容 普通轿车：约安装几十到近百只传感器，普通轿车：约安装几十到近百只传感器， 豪华轿车：传感器数量可多达二百余只。豪华轿车：传感器数量可多达二百余只。 底底 盘：盘：控制变速器系统、悬架系统、动力转向系统、制动防抱死系统等控制变速器系统、悬架系统、动力转向系统、制动防抱死系统等 车速、踏板、加速度、节气门、发动机转速、水温、油温车速、踏板、加速度、节气门、发动机转速、水温、油温 车车 身：身：提高汽车的安全性、可靠性和舒适性等提高汽车的安全性、可靠性和舒适性等 温度、湿度、风量、日照、加速度、车速、测距、图象等温度、湿度、风量、日照、加速度、车速、测距、图象等 常用车用传

9、感器8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.3 车用传感器根据被测量分类： 流量传感器 位置传感器 压力传感器 温度传感器 浓度传感器 爆震传感器 速度传感器 碰撞传感器（加速度）8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.3.1 流量传感器一、流量传感器概述1. 空气流量传感器的功用与类型 空气流量传感器是测定吸入发动机的空气流量的传感器。 （1）功用：电子控制汽油喷射发动机为了在各种运转工况下都能获得最佳浓度的混合气，必须正确地测定每一瞬间吸入发动机的空气量，以此作为ECU计算(控制)喷油量

10、的主要依据。如果空气流量传感器或线路出现故障，ECU得不到正确的进气量信号，就不能正常地进行喷油量的控制，将造成混合气过浓或过稀，使发动机运转不正常。 8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.3.1 流量传感器8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.3.1 流量传感器（2）流量传感器类型 根据检测进气量的方式分为D型（压力型）、L型（流量型）； 按其结构型式可分为翼片式、量芯式、热线式、热膜式、卡门涡旋式等几种。8/cb/65097564青岛理工大学汽车与

11、交通学院7.3.1 流量传感器uD型（压力型）流量传感器：它依据发动机负荷状况，测出进气歧管中绝对压力的变化，并将其转换成电压信号，与转速信号一起送到ECU，作为确定基本喷油量的依据。怠速与加速时进气量相差40倍，最大流速达80m/s，D型流量传感器的检测精度不高，但价格低。uL型（流量型）：检测吸入进气管的空气流量。分为体积型（翼片式、量芯式、卡门涡旋式）和质量型（热线式、热膜式 ），质量型空气流量传感器无运动部件，且气流流动阻力小工作性能稳定，检测精度高，但制造成本较高。热膜式寿命长。8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.3.1 流量传

12、感器热丝式与热膜式流量传感器（1）基本结构 感知空气流量的铂金属丝或铂金属膜、根据进气温度进行修正的温度补偿电阻(冷线)、控制热丝或铂金属膜电流并产生输出信号的控制线路板、空气流量传感器的壳体等。（2）特点 响应速度快，检测精度不受进气气流脉动的影响，进气阻力小、无磨损部件。目前大多数中高档车如别克、尼桑、沃尔沃采用热丝式；马自达、捷达都市先锋、新捷达王、红旗CA7220E、桑塔纳2000GSi等采用热膜式。8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院v 结构8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.

13、3.1 流量传感器（3）工作原理）工作原理 把通电加热的铂丝置于空气流中，使铂丝温度和把通电加热的铂丝置于空气流中，使铂丝温度和吸入空气温度差保持一定。铂丝成为惠斯顿电桥中的吸入空气温度差保持一定。铂丝成为惠斯顿电桥中的一个臂。一个臂。控制电路控制电路热丝热丝温度传感器温度传感器防护网防护网A A：集成电路；：集成电路；R RH H：热线电阻：热线电阻R RK K：温度补偿电阻：温度补偿电阻R RA A：精密电阻：精密电阻 R RB B：电桥电阻：电桥电阻8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.3.1 流量传感器原理电路A A：集成电路；：集

14、成电路；R RH H：热线电阻：热线电阻R RK K：温度补偿电阻：温度补偿电阻R RA A：精密电阻：精密电阻 R RB B：电桥电阻：电桥电阻8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.3.1 流量传感器测量原理 热丝温度由混合集成电路A保持其温度与吸入空气温度相差一定值，当空气质量流量增大时，混合集成电路A使热丝通过的电流加大，反之，则减小。这样，就使得通过热丝RH的电流是空气质量流量的单一函数，即热丝电流IH随空气质量流量增大而增大，或随其减小而减小，一般在50-120mA之间变化。8/cb/65097

15、564青岛理工大学汽车与交通学院7.3.1 流量传感器（4）特性曲线8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.3.1 流量传感器8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.3.2 位置传感器1.曲轴位置传感器的分类 曲轴位置传感器(CPS, Crankshaft Position sensor )，又称为发动机转速与曲轴转角传感器。8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.3.2 位置传感器（1） 曲轴位置传感器的功用 曲轴位置传感器的功用：它采集

16、发动机曲轴转速与曲轴转角信号送至电控单元，以便计算并控制喷油提前角与点火提前角。确定活塞处于压缩（或排气）冲程上止点的位置。8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.3.2 位置传感器（2） 曲轴位置传感器的类型 光电式、磁电式、霍尔式光电式：日产公爵王、三菱与猎豹吉普车磁电式：丰田系列车霍尔式：红旗CA7220E、切诺基吉普车 捷达AT与GTX、桑塔纳2000GSi及3000、奥迪200轿车采用磁电式曲轴位置传感器与霍尔式凸轮轴位置传感器。8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院2.2.光电式曲

17、轴位置传感器光电式曲轴位置传感器（1 1）结构：信号发生器和）结构：信号发生器和带缝隙和光孔的信号盘带缝隙和光孔的信号盘 7.3.2 位置传感器8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院 信号盘随分电器轴转动，产生透光和遮光交替变化。信号盘随分电器轴转动，产生透光和遮光交替变化。当发光二极管的光束照到光敏二极管时，光敏二极管产生当发光二极管的光束照到光敏二极管时，光敏二极管产生电压；当发光二极管光束被挡住时，光敏二极管电压为电压；当发光二极管光束被挡住时，光敏二极管电压为0。发光管发光管分火头分火头密封盖密封盖信号盘信号盘电路电路 光敏二极管光敏二

18、极管输出信号输出信号光敏二极管光敏二极管发光二极管发光二极管遮光盘遮光盘7.3.2 位置传感器8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院工作原理图7.3.2 位置传感器8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.3.2 位置传感器（2）工作原理 信号发生器固装在分电器壳体上，主要由两只发光二极管、两只光敏二极管（分别对应信号盘内圈孔和信号盘外圈孔）和电子电路组成。两只发光二极管分别正对着光敏二极管，发光二极管以光敏二极管为照射目标。信号盘位于发光二极管和光敏二极管之间，当信号盘随发动机曲轴运转时，因信

19、号盘上有光孔，产生透光和遮光的交替变化，造成信号发生器输出表征曲轴位置（信号盘内圈孔）和转角（信号盘外圈孔）的脉冲信号。 8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.3.2 位置传感器u信号盘结构信号盘结构u信号盘有内外两圈孔，外圈有信号盘有内外两圈孔，外圈有360360个孔，用来感测曲轴转角并将个孔，用来感测曲轴转角并将其转化为电压脉冲信号（其转化为电压脉冲信号（ NeNe信号，信号， 曲轴转角信号），电控单元根据该曲轴转角信号），电控单元根据该信号计算发动机转，并控制汽油喷信号计算发动机转，并控制汽油喷射正时和点火正时。射正时和点火正时。u信

20、号盘内圈有信号盘内圈有6 6个孔（个孔（ 6 6缸发动缸发动机），产生机），产生 G G信号（压缩冲程上止信号（压缩冲程上止点信号，点信号， 120120信号），其中第信号），其中第1 1缸透光孔比其它缸透光孔稍长），缸透光孔比其它缸透光孔稍长），用来感测第用来感测第1 1缸压缩上止点缸压缩上止点 ，由于，由于信号发生器安装位置的关系，在活信号发生器安装位置的关系，在活塞上止点前塞上止点前7070输出。输出。 8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.3.2 位置传感器uG信号（汽缸上止点位置信号，120信号）：信号发生器安装位置的关系，120

21、信号（6缸发动机）在活塞上止点前70输出。 由于第1缸透光孔比其它缸透光孔稍长， G信号发生器输出一宽脉冲，ECU接受到该信号时即判定为第1缸压缩上止点位置前70。uNe信号（曲轴转角信号，1信号发生器）： Ne信号发生器输出360个脉冲，每个脉冲周期高电位对应1（信号盘上透光孔间隔角度为0.5 ，遮光部分角度为0.5 ），低电位亦对应1，共表征曲轴转角720。u 喷油提前角和点火提前角可控制在1曲轴转角内。8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.3.2 位置传感器3.磁感应式曲轴与凸轮轴位置传感器8/cb

22、/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.3.2 位置传感器4.霍尔式曲轴位置传感器 霍尔式曲轴位置传感器是利用霍尔效应的原理，产生与曲轴转角相对应的电压脉冲信号的。它是利用触发叶片或轮齿改变通过霍尔元件的磁场强度，从而使霍尔元件产生脉冲的霍尔电压信号，经放大整形后即为曲轴位置传感器的输出信号。8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.3.2 位置传感器（1）霍尔效应UH = RHIB 霍尔传感器的优点：v输出信号为方波；v输出电压与转速无关。d8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.3

23、.2 位置传感器（2）霍尔传感器结构 由触发叶轮、永久磁铁、导磁板（磁轭）和霍尔集成电路等组成。 其中霍尔集成电路由霍尔元件、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组成。当电源电压为14V时，霍尔集成电路输出高电平达9.8V；当电源电压为5V时，霍尔集成电路输出高电平达4.8V。而低电平为0.1-0.3V。8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.3.2 位置传感器v霍尔集成电路原理图8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.3.2 位置传感器（3）霍尔信号发生器的工作原理 霍

24、尔信号发生器由永久磁铁、导磁板和霍尔集成电路等组成。内外信号轮侧面各设置一个霍尔信号发生器。信号轮转动时，每当叶片进入永久磁铁与霍尔元件之间的空气隙时，霍尔集成电路中的磁场即被触发叶片所旁路（或称隔磁），这时不产生霍尔电压；当触发叶片离开空气隙时，永久磁铁2的磁通便通过导磁板3穿过霍尔元件，这时产生霍尔电压。 8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院永久磁铁永久磁铁霍尔元件霍尔元件触发轮触发轮 当触发叶轮上的叶片进入永久磁铁与霍尔元件之间当触发叶轮上的叶片进入

25、永久磁铁与霍尔元件之间时，磁场被叶片旁路，不产生霍尔电压；当缺口部分进时，磁场被叶片旁路，不产生霍尔电压；当缺口部分进入磁铁与霍尔元件之间时，磁力线进入霍尔元件，传感入磁铁与霍尔元件之间时，磁力线进入霍尔元件，传感器输出电压信号。器输出电压信号。7.3.2 位置传感器8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.3.2 位置传感器例1：美国GM公司的霍尔式曲轴位置传感器安装在曲轴前端，采用触发叶片的结构型式。在发动机的曲轴皮带轮前端固装着内外两个带触发叶片的信号轮，与曲轴一起旋转。外信号轮外缘上均匀分布着18个触发叶片和18个窗口，每个触发叶片和窗

26、口的宽度为10弧长；内信号轮外缘上设有3个触发叶片和3个窗口，3个触发叶片的宽度不同，分别为100、90和110弧长，3个窗口的宽度亦不相同，分别为20、30和10弧长。由于内信号轮的安装位置关系，宽度为100弧长的触发叶片前沿位于第1缸和第4缸上止点（TDC）前75，90弧长的触发叶片前沿在第6缸和第3缸上止点前75，110弧长的触发叶片前沿在第5缸和第2缸上止点前75。 8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.3.2 位置传感器结构结构8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.3.2 位置

27、传感器输出特性8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.3.2 位置传感器外信号轮每旋转1周产生18个脉冲信号（称为18X信号），1个脉冲周期相当于曲轴旋转20转角的时间，ECU再将1个脉冲周期均分为20等份，即可求得曲轴旋转1所对应的时间，并根据这一信号，控制点火时刻。该信号的功用相当于光电式曲轴位置传感器产生1信号的功能。内信号轮每旋转1周产生3个不同宽度的电压脉冲信号（称为3X信号），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ECU判别气缸和计算点火时刻的基准信号，此信号相当于

28、前述光电式曲轴位置传感器产生的120信号。 8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.3.3 节气门位置传感器功用：将节气门的开度（发动机的负荷）大小转化为电信号输入发动机ECU，以确定空燃比的大小。在电子控制自动变速器中，节气门位置传感器信号要输入变速器ECU，作为变速器换档时机和变矩器锁止时机的主要信号。节气门位置传感器的类型：（1）从结构上可分为触点式、可变电阻式、触点与可变电阻组合式；（2）从输出信号分为线性型和开关性。8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.3.3 节气门位置传感器h

29、ttp:/8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院1. 1. 开关式节气门位置传感器开关式节气门位置传感器 传感器由与节气门轴联动的凸轮、动触点、怠速传感器由与节气门轴联动的凸轮、动触点、怠速触点、满负荷触点（功率触点）等组成。动触点接微触点、满负荷触点（功率触点）等组成。动触点接微机电源，当节气门全关闭时，怠速触点与动触点接通；机电源，当节气门全关闭时，怠速触点与动触点接通；当节气门开度达当节气门开度达50%50%以上时，满负荷触点与动触点接通；以上时，满负荷触点与动触点接通；而当节气门开度在全闭至而当节气门开度在全闭至50%50%之间时，动触点悬空。之间

30、时，动触点悬空。 7.3.3 节气门位置传感器8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.3.3 节气门位置传感器8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院输出特性与发动机工况7.3.3 节气门位置传感器8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院2. 2. 组合式节气门位置传感器组合式节气门位置传感器 组合式节气门位置传感器由怠速触点、线性电位计组合式节气门位置传感器由怠速触点、线性电位计及滑动触点、节气门轴和壳体组成。由节气门轴带动电及滑动触点、节气门轴

31、和壳体组成。由节气门轴带动电位计的滑动触点，在不同的节气门开度下，接入回路的位计的滑动触点，在不同的节气门开度下，接入回路的电阻不同电阻不同 。怠速触点在节气门全闭或开度小于。怠速触点在节气门全闭或开度小于1.21.2时时闭合，输出低电平，开度大于闭合，输出低电平，开度大于1.21.2时断开，输出高电时断开，输出高电平。平。7.3.3 节气门位置传感器8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.3.3 节气门位置传感器8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院自动变速器汽车用节气门位置传感器7.3.3

32、 节气门位置传感器8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院五、节气门位置传感器自动变速器汽车用节气门位置传感器输出特性8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.3.3 车身位置传感器1.车身位置传感器结构8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院2.车高传感器的工作原理 当车身高度发生变化时，导杆随摆臂上下摆动，从而通过轴驱动窄缝板转动，信号发生器的输出信号随之进行通（ON）、断(OFF)变换。7.3.3 车身位置传感器http:/211.64.192

33、.58/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.3.4 转向角度传感器 1.转向角度传感器（1）功用：监测驾驶者转动方向盘的角度和速度，以便对急转弯进行调整。 （2）结构8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院光电式转角传感器 v 安装位置和构造v 电路原理v 工作原理7.3.4 转向角度传感器8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.3.4 转向角度传感器8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.3.4 转向角度传感器工作原理 电控单

34、元根据两组光电耦合元件输出信号导通（ON）与截止（OFF）频率可计算方向盘的转动角度和速度。 同时由于两组光电耦合元件在安装时错开一定角度，使其导通（ON）与截止（OFF）变换的相位相差90，这样可根据其导通的先后次序可判定方向盘的转向。当方向盘向左转动时，No.2光电耦合元件比 No.1 光电耦合元件先导通（ON）；当方向盘向右转动时，No.1 光电耦合元件比No.2光电耦合元件先导通（ON）。8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.3.5 压力传感器1.进气歧管绝对压力传感器（1）结构 硅膜片、真空室、混合集成电路、真空室接头和线束插头等

35、组成（如图）。（2）功用 进气歧管绝对压力传感器用于D型汽油喷射系统。它在汽油喷射系统中所起的作用和空气流量传感器相似。进气歧管绝对压力传感器根据发动机的负荷状态测出进气歧管内绝对压力（真空度）的变化，并转换成电压信号，与转速信号一起输送到电控单元（ECU），作为确定喷油器基本喷油量的依据。 8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.3.5 压力传感器（3）进气歧管绝对压力传感器结构图8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.3.5 压力传感器v 硅膜片结构8

36、/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.3.5 压力传感器v 硅膜片电路8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.3.5 压力传感器半导体压敏电阻式：半导体压敏电阻式：由硅片、集成电路和真空室组成。由硅片、集成电路和真空室组成。原理：原理：压力变化，硅片变形，应变电阻阻值变化，电桥输出压力变化，硅片变形，应变电阻阻值变化，电桥输出 电压变化。电压变化。8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.3.6 氧传感器氧传感器（浓度传感器）：用来检测混合气的空燃比比化学计量比浓还是稀，向EC

37、U发出反馈信号，调节喷油量，将混合气空燃比控制在化学计量比附近使三元催化转化器转换效率最高。 8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.3.6 氧传感器氧传感器分类：氧化锆传感器、氧化钛式传感器 在三元催化转化器的上游安装一个氧传感器，由于排气中的氧气浓度可以反映空燃比的大小，氧传感器用来检测混合气的空燃比比化学计量比浓还是稀，向ECU发出反馈信号，调节喷油量，将混合气空燃比控制在理论值附近，使三元催化转化器转换效率最高。这种控制方式称为闭环控制方式。 最常用的氧传感器是氧化锆式氧传感器。氧化锆传感器内侧通大气，外侧裸露在排气中。 http:/

38、8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.3.6 氧传感器1.二氧化锆氧气传感器（1）结构 二氧化锆氧气传感器的基本元件是二氧化锆（r2）陶瓷，因其为固定电解质管，亦称锆管。锆管固定在带有安装螺丝的固定套内，锆管内表面与大气相通，外表面与排气相通，其内外表面都覆盖着一层多孔性的铂膜作为电极。 氧传感器只有在高温时(端部达到300C以上)其特性才能充分体现，才能输出电压。它在约800C时，对混合气的变化反应最快，而在低温时这种特性会发生很大变化。 8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院氧化锆氧传感器氧化锆氧传

39、感器7.3.6 氧传感器8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院（2）工作原理 在高温及铂的催化作用下，带负电的氧离子吸附在氧化锆套管的内外表面上。由于大气中的氧气比废气中的氧气多，套管上与大气相通一侧比废气一侧吸附更多的负离子，两侧离子的浓度差产生电动势。当套管废气一侧的氧浓度低时，在电极之间产生一个高电压(0.61V)，这个电压信号被送到ECU放大处理，ECU把高电压信号看作浓混合气，而把低电压信号看作稀混合气。根据氧传感器的电压信号，电脑按照尽可能接近14.71的理论最佳空燃比来稀释或加浓混合气。 氧传感器是电子控制燃油计量的关键传感器。7

40、.3.6 氧传感器8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.3.6 氧传感器8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.3.6 氧传感器（3）正常工作条件 发动机温度高于60C； 氧传感器自身温度高于300C； 发动机在怠速或部分负荷工况。8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院2.2.二氧化钛（二氧化钛（i i2 2）氧传感器氧传感器 二氧化钛氧传感二氧化钛氧传感器是利用半导体材料器是利用半导体材料二氧化钛的电阻值，二氧化钛的电阻值，随排气中氧含量

41、的变随排气中氧含量的变化而改变的特性制成化而改变的特性制成的，是一种电阻型氧的，是一种电阻型氧传感器。传感器。 7.3.6 氧传感器8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.3.6 氧传感器8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院正常工作条件 发动机温度高于60C； 氧传感器自身温度高于600C； 发动机在怠速或部分负荷工况。7.3.6 氧传感器8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.3.7 温度传感器1.热敏电阻式温度传感器（1）进气温度传感器

42、8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.3.7 温度传感器（2）工作电路8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.3.7 温度传感器vNTC温度传感器特性8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.3.7 温度传感器2.热敏铁氧体温度传感器（1）结构 由热敏铁氧体、磁铁、干簧管组成（如图）。8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.3.7 温度传感器（2）热敏铁氧体温度传感器的工作原理 所谓热敏铁

43、氧体是利用了下述物理现象的一种材料，即当磁性材料的温度超过居里点时，磁性会很快地丧失。居里点不随时间的变化而改变，这是因为它仅取决于所使用材料的成分比，而且居里点的精度较好，并可以加以设定。用于温控开关：如发动机散热器的电风扇控制。 当外界温度由低升高穿越居里温度时，软磁环的磁导率迅速下降，通过干簧管的磁通密度减小，使干簧管的状态发生改变（簧片接通或断开）；当外界温度由高降低穿越居里温度时，软磁环的磁导率迅速增加，通过干簧管的磁通密度增大，使干簧管的状态发生改变（簧片接通或断开），从而实现其温度控制开关状态。 8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通

44、学院7.3.8 爆震传感器v 爆震检测方法：一是检测气缸压力；二是检测发动机振动；三是检测燃烧噪声。目前常用检测发动机振动的方法来判断有无爆震。爆震传感器有磁致伸缩式和压电式两种。v 爆震传感器：通过检测缸体表面的震动信号，以判断发动机是否产生爆震。 v 磁致伸缩式爆震传感器的使用温度为-40125，频率范围为510kHz；压电式爆震传感器在中心频率5.417kHz处，其灵敏度可达200mV/g，在振幅为0.1g10g范围内具有良好线性度。 8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院1.1.磁致伸缩式爆震传感器磁致伸缩式爆震传感器 7.3.8 爆震

45、传感器8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院2.2.压电式爆震传感器压电式爆震传感器 7.3.8 爆震传感器8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院爆震传感器8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.3.9 碰撞传感器1.1.滚球式碰撞传感器滚球式碰撞传感器（1 1）结构）结构 8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.3.9 碰撞传感器（2）工作原理8/cb/6

46、5097564青岛理工大学汽车与交通学院7.3.9 碰撞传感器2.2.滚轴式碰撞传感器滚轴式碰撞传感器8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.3.9 碰撞传感器3.3.偏心锤式传感器偏心锤式传感器（1 1） 结构结构8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.3.9 碰撞传感器（2 2）工作原理）工作原理8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.3.9 碰撞传感器4.4.水银开关式碰撞传感器（安全传感器水银开关式碰撞传感器（安全传感器 ）http

47、:/8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.3.9 碰撞传感器5.5.阻尼弹簧式传感器阻尼弹簧式传感器8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.3.10 速度传感器v 功用：将汽车行驶速度转化为电信号。v 类型：光电式、磁感应式、磁阻电阻式、笛簧开关式8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.3.10 速度传感器1.1.光电式光电式8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.3.10 速度传感器（1）结构 光

48、电耦合器由发出光线的发光二极管、接收光线的光敏三极管和一个开有20条可透过光线的窄槽的转轮组成。开槽转轮由常规车速表的软轴驱动，其转速根据车速的快慢而变化，发光二极管与光敏三极管相对安装于槽轮的上下两侧，由槽轮隔开。（2）工作原理 当转轮转动时，由于轮子不断遮断发光二极管射发射的光束，使光敏三极管时通时断，每当轮槽与发光二极管对准时，发光二极管所发光通过轮槽到达光敏三极管，光敏三极管便产生电压脉冲信号。 8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.3.10 速度传感器2.磁阻电阻磁阻电阻式速度传感器式速度传感器（1 1）结构）结构http:/21

49、8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.3.10 速度传感器（2）磁性电阻元件的工作原理 当电流方向和磁力线方向平行时磁性电阻元件上的电阻最大。相反，当电流方向与磁力线方向成直角时，磁性电阻元件上的电阻最小。该车速传感器可在60km/h车速时以637rpm的转速旋转，并在每转中输出20个脉冲信号。 8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.3.10 速度传感器8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.3.10 速度传感器（2）工作原理 该传感器采用一个多极磁铁

50、附加在驱动轴上，当传动齿轮带动驱动轴旋转时，磁铁随之旋转而使磁力线发生变化。集成电路上磁性电阻元件中的电阻值随着磁力线的变化而变化，电阻的变化导致电桥中输出电压的变化，经过比较器后，产生出每转20个脉冲信号。 8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.3.10 速度传感器3.3.笛簧开关速度传感器笛簧开关速度传感器（1 1）组成）组成 笛簧开关（一对触点，触点臂为笛簧开关（一对触点，触点臂为磁性材料）、永磁转子（通过钢缆随磁性材料）、永磁转子（通过钢缆随变速器输出轴一起旋转）。变速器输出轴一起旋转）。（2 2）工作原理）工作原理 开关触点位于一

51、个磁极之下时，开关触点位于一个磁极之下时，两个触点臂产生磁性相同的磁极，在两个触点臂产生磁性相同的磁极，在磁力排斥下触点断开（图磁力排斥下触点断开（图(a)(b)(a)(b)）；）；开关触点位于二个磁极之下时，两个开关触点位于二个磁极之下时，两个触点臂产生磁性相反的磁极，在磁力触点臂产生磁性相反的磁极，在磁力吸引下触点闭合（图吸引下触点闭合（图(b)(b)） 。这样转。这样转子旋转，触点开闭与转子速度成正比，子旋转，触点开闭与转子速度成正比，电路产生相应的方波信号。电路产生相应的方波信号。8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.3.11 轮速

52、传感器（车轮速度传感器）v 功用v 类型：磁感应式、霍尔式8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.3.11 轮速传感器（1）结构 它由永磁体2、极轴5和感应线圈4等组成,极轴头部结构有凿式和柱式两种。 1. 1. 磁感应式轮速传感器磁感应式轮速传感器8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.3.11 轮速传感器8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.3.11 轮速传感器8/cb/65097564青岛理工大学

53、汽车与交通学院7.3.11 轮速传感器 磁感应式轮速传感器结构简单、成本低，但存在下述缺点：一是其输出信号的幅值随转速的变化而变化。若车速过慢，其输出信号低于1V，电控单元就无法检测；二是响应频率不高。当转速过高时，传感器的频率响应跟不上；三是抗电磁波干扰能力差。目前，国内外ABS系统的控制速度范围一般为15160km/h，今后要求控制速度范围扩大到8260km/h以至更大，显然电磁感应式轮速传感器很难适应。 8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.3.11 轮速传感器2.2.霍尔轮速传感器霍尔轮速传感器（1 1）结构：霍尔轮速传感器也是由传

54、感头和齿圈组成。）结构：霍尔轮速传感器也是由传感头和齿圈组成。传感头由永磁体，霍尔元件和电子电路等组成，永磁体传感头由永磁体，霍尔元件和电子电路等组成，永磁体的磁力线穿过霍尔元件通向齿轮，如下图的磁力线穿过霍尔元件通向齿轮，如下图 。8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.3.11 轮速传感器（2）工作原理 当齿轮位于图中(a)所示位置时，穿过霍尔元件的磁力线分散，磁场相对较弱；而当齿轮位于图中(b)所示位置时，穿过霍尔元件的磁力线集中，磁场相对较强。齿轮转动时，使得穿过霍尔元件的磁力线密度发生变化，因而引起霍尔电压的变化，霍尔元件将输出一个

55、毫伏(mV)级的准正弦波电压。此信号还需由电子电路转换成标准的脉冲电压。 霍尔轮速传感器具有以下优点：其一是输出信号电压幅值不受转速的影响。；其二是频率响应高。其响应频率高达20kHz，相当于车速为1000km/h时所检测的信号频率；其三是抗电磁波干扰能力强。因此，霍尔传感器不仅广泛应用于ABS轮速检测，也广泛应用于其控制系统的转速检测。8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.3.12 减速度（加速度）传感器 汽车在高附着系数路面制动时，减速度很大，而在低附着系数路面（如冰雪路面）制动时，减速度很小，ABS必须要有减速度传感器的信号才能判别路

56、面状况。v 功用：将汽车的减速度信号转换成电信号输入ABS的ECU，以便判别路面状况并采取相应的控制。v 类型：光电式、水银式、差动变压器式、半导体式8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.3.12 减速度（加速度）传感器1.1.光电式减速度（加速度）传感器光电式减速度（加速度）传感器（1 1）结构）结构8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.3.12 减速度（加速度）传感器（2）工作原理 当汽车减速时，透光盘沿汽车纵向摆动，减速度不同，透光盘摆动的角度也不一样。减速度越大，透光盘摆动的角度

57、越大，二组光电耦合器件的工作状态随之而变。根据二组光电耦合器件的输出信号将减速度分为4个等级： 低减速率1（光电三极管1、光电三极管2均导通）； 低减速率2 （光电三极管1截止、光电三极管2导通）； 中减速率（光电三极管1、光电三极管2均截止）； 高减速率（光电三极管1导通、光电三极管2截止）。8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.3.12 减速度（加速度）传感器v 水银式减速度结构8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.3.12 减速度（加速度）传感器v 工作原理 汽车在高附着系数路面制

58、动时，减速度很大，传感器中的水银在惯性力作用下前移（后面玻璃管），电路断开；而在低附着系数路面（如冰雪路面）制动时，减速度很小，传感器玻璃管中的水银基本不动，电路闭合。v 这种传感器还可作横向加速度传感器。由于汽车急转弯时横向加速度传感器中的水银上移使电路断开，ABS可根据这一信号调整左右车轮制动分泵压力，提高ABS的制动性能。 8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.3.13 开关控制信号1.蓄电池电压信号 蓄电池正极直接与ECU连接，不受任何开关控制。功用：（1）蓄电池电压变化时，ECU修正喷油持续时间；（2）蓄电池电压变化时，ECU修正

59、点火线圈初级电路导通时间；（3）保存存储器中的故障代码。8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.3.13 开关控制信号2.点火开关信号8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.3.13 开关控制信号3.3.启启动动信信号号与与安安全全开开关关信信号号电电路路8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.3.13 开关控制信号3.启动信号作用4.空挡安全开关信号（电路同启动信号）5.空调（A/C）开关信号（见下图）

60、8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.4 电子控制器电子控制器 电子控制器通常被简称为ECU(Electric Control Unit)。主要由三部分组成：输入电路微机输出电路8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院8/cb/65097564青岛理工大学汽车与交通学院7.4 电子控制器电子控制器 1.输入电路 作用：将传感器、开关等各种形式的输入信号进行预处理，转换为计算机可接受的数字信号。（1）数字信号输入电路 数字信号只有高电平和低电平两种状态，信息由矩形波的个数或疏密来表示。它通过输入