第6章和第10章--转速传感器与速度传感器

1、第六章第六章 速度与减速度传感器的速度与减速度传感器的 结构、原理与检测结构、原理与检测 汽车汽车传感器传感器第一节第一节 概述概述 第二节第二节 发动机转速传感器发动机转速传感器 第三节第三节 车速传感器车速传感器第四节第四节 轮速传感器轮速传感器第五节第五节 减速度传感器减速度传感器 第一节第一节 概概 述述 车速传感器车速传感器：其功用是检测汽车行驶速度，并把检测结：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；或用于自果输入给汽车仪表系统，用于显示车速；或用于自动变速器动变速器系统、巡航定速系统等。系统、巡航定速系统等。车速通常通过直接或间接检测汽车车速通常通

2、过直接或间接检测汽车轮胎的转速获得的。轮胎的转速获得的。 发动机转速传感器发动机转速传感器：其功用是检测发动机转速，并把检：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；或输入发动机发动机控制系统和底盘某些控制系统的控制系统和底盘某些控制系统的ECU，用于，用于燃油喷射量、点燃油喷射量、点火提前角、动力传动等控制。火提前角、动力传动等控制。发动机转速的检测通常利用发动机转速的检测通常利用曲曲轴位置传感器的检测信号实现的轴位置传感器的检测信号实现的。应用在汽车上的速度应用在汽车上的速度/减速度传感器有：减速度传感器有： 车轮转

3、速传感器车轮转速传感器：其功用是检测车轮转速，并把检测结：其功用是检测车轮转速，并把检测结果输入果输入ABS/ASR系统系统ECU，用于汽车的制动或驱动控制。，用于汽车的制动或驱动控制。 减速传感器减速传感器：其功用是检测汽车的减速度，并把检测结：其功用是检测汽车的减速度，并把检测结果输入果输入ABS系统的系统的ECU，用于汽车的制动或驱动控制。，用于汽车的制动或驱动控制。传传 感感 器器结结 构构安安 装装 位位 置置工作原理工作原理发动机转速发动机转速传感器传感器 舌簧开关式舌簧开关式 分电器内部分电器内部 舌簧开关舌簧开关 电磁感应式电磁感应式 柴油机喷油泵、汽油机分电器柴油机喷油泵、汽

4、油机分电器电磁感应电磁感应 车速传感器车速传感器舌簧开关式舌簧开关式 车速表转子附近车速表转子附近 舌簧开关舌簧开关 电磁感应式电磁感应式 变速器输出轴附近的壳体上变速器输出轴附近的壳体上 电磁感应电磁感应 光电式光电式 速度表内速度表内 光电效应光电效应 可变磁阻式可变磁阻式 变速器壳体内变速器壳体内 改变磁阻改变磁阻 轮速传感器轮速传感器 电磁感应式电磁感应式 驱动轮上、从动轮上、后桥主驱动轮上、从动轮上、后桥主减速器壳上或变速器输出轴上减速器壳上或变速器输出轴上 电磁感应电磁感应 霍尔式霍尔式 霍尔效应霍尔效应 减速传感器减速传感器光电式光电式 车身、车架上车身、车架上惯性作用惯性作用

5、水银式水银式 差动变压器式差动变压器式 速度速度/ /减速度传感器的结构、原理一览表减速度传感器的结构、原理一览表 由于由于发动机转速的检测通常利用发动机转速的检测通常利用曲轴位置传感器曲轴位置传感器的检测的检测信号实现的信号实现的。若已知曲轴旋转若已知曲轴旋转360360 曲轴位置曲轴位置传感器传感器发出的脉发出的脉冲数，即可检测发动机转速。冲数，即可检测发动机转速。各种类型的各种类型的曲轴位置曲轴位置传感器的传感器的结构、原理和检测在第四章已介绍。下面简单介绍结构、原理和检测在第四章已介绍。下面简单介绍美国美国GM公司霍尔式曲轴位置传感器公司霍尔式曲轴位置传感器，其它传感器不再重复。，其它

6、传感器不再重复。第二节第二节 发动机转速传感器发动机转速传感器 美国美国GM公司公司霍尔式曲轴位置传感器安装在曲轴前端，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信号轮，与曲轴一起旋转。外信号轮均匀分布着18个触发叶个触发叶片片和和 18个窗口个窗口，叶片和窗口的宽度为，叶片和窗口的宽度为10 弧长弧长，外信号轮每外信号轮每旋转旋转1周产生周产生18个脉冲信号个脉冲信号，称为称为18 信号信号。 内信号轮设有内信号轮设有3个触发叶片和个触发叶片和3个窗口，

7、脉冲周期均为个窗口，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曲轴转角的时间，脉冲上升沿分别产生于第1、4缸、第缸、第3、6缸和第缸和第2、5缸上止点前缸上止点前75 作为判别气缸基准信号，此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信号相当于前述光电式曲轴位置传感器产生的120 信号信号。磁场被旁路磁场被旁路磁场未旁路磁场未旁路发动机转速传感器发动机转速传感器曲轴旋转曲轴旋转360 18脉冲脉冲美国美国GM公司的霍尔式曲轴位置传感器公司的霍尔式曲轴位置传感器第三节第三节 车速传感器车速传感器 检测汽车行驶速度，并把检测结果输入给汽车仪表系统检测汽车行驶速度

8、，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、自在汽车仪表系统中要显示车速；在汽车燃油喷射、自动动变速器、变速器、ABS/ASR、巡航定速控制等系统巡航定速控制等系统中都要涉及到汽车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。计算获得的。1.1.功用功用2.2.车速传感器的类型车速传感器的类型 车速传感器的类型有：车速传感器的类型有：舌簧

9、开关式舌簧开关式、电磁感应式电磁感应式、光电光电式式、可变磁阻式可变磁阻式、霍尔式霍尔式等等（一）舌簧开关式车速传感器的结构、原理（一）舌簧开关式车速传感器的结构、原理1.1.传感器的结构传感器的结构 如图为舌簧开关式如图为舌簧开关式车速传感器的结构。舌车速传感器的结构。舌簧开关式传感器安置在簧开关式传感器安置在车速表转子附近，当车车速表转子附近，当车速表驱动软轴回转时，速表驱动软轴回转时，永久磁铁也回转，磁铁永久磁铁也回转，磁铁的的 N、S 极将靠近或远极将靠近或远离舌簧开关的触点。离舌簧开关的触点。 舌簧开关舌簧开关式车速传感器式车速传感器舌簧开关舌簧开关转子转子磁铁磁铁游丝游丝指针指针输

10、出输出接驱动软轴接驱动软轴一、舌簧开关式车速传感器的结构、原理与检测一、舌簧开关式车速传感器的结构、原理与检测 如图当如图当N、S磁极从接近舌簧磁极从接近舌簧开关到逐渐离开时，上下两个触开关到逐渐离开时，上下两个触点变为不同极性的磁极，触点互点变为不同极性的磁极，触点互相吸引，开关变成闭合状态。相吸引，开关变成闭合状态。 如图当如图当N极或极或S极接近触点极接近触点时，上下两个触点变为同一极时，上下两个触点变为同一极性的磁极，触点互相排斥，所性的磁极，触点互相排斥，所以舌簧开关断开。以舌簧开关断开。2.2.传感器的工作原理传感器的工作原理 转子磁铁一般是转子磁铁一般是4极极的，车速表驱动轴每回

11、转一圈，就的，车速表驱动轴每回转一圈，就会输出会输出4个脉冲。个脉冲。舌簧开关式车速传感器应用于电子式车速舌簧开关式车速传感器应用于电子式车速/ /里程表里程表信信 号号处理电路处理电路车速表车速表里程表里程表用用指针式指针式万用表万用表电压档检测电压档检测舌簧开关式车速传感器，把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，起动机转动表笔接在传感器连接器插头两端子上，起动机转动1 2s，观，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。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（

12、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、原理与检测（一）电磁感应式车速传感器的结构、原理（一）电磁感应式车速传感器的结构、原理1.1.传感器的结构传感器的结构如图如图车速传感器由永久磁铁和电磁感应线圈组成，它被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。定齿轮为感应转子。 驻车锁定齿轮驻车锁定齿轮车速传感器车速传感器永久磁铁永久磁铁感应线圈感应线圈电控组件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

13、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。驶的速度。 2.2.传感器的工作原理传感器的工作原理感感应应电电压压时间时间-U+U 电磁感应式车速传感器安装在电磁感应式车速传感器安装在自动变速器输出轴自动变速器输出轴附近附近的壳体上，用于检测自动变速器输出轴的转速。电控单元的

14、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。据。该传感器的安装情况如图所示。2.2.传感器的安装位置传感器的安装位置驻车锁定齿轮驻车锁定齿轮车速传感器车速传感器输出轴输出轴（二）电磁感应式车速传感器的检测（二）电磁感应式车速传感器的检测感感应应电电压压时间时间-U+U1.1.开路检测：开路检测：检测传感器的电阻。检测传感器的电阻。2.2.模拟检测：模拟检测：检测传感器的输出波形。检测传感器的输出波形。3.3.开路检测：开路检测：检测感应脉冲。检测感应脉冲。磁性物

15、体磁性物体 别克轿车车速传感器是别克轿车车速传感器是电磁感应式，该传感器安装在电磁感应式，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。自动变速器输入轴端。该传感器的安装情况如图所示。输入车速输入车速传感器传感器驱动链轮驱动链轮车速传感器车速传感器磁性转轮磁性转轮磁性传感头磁性传感头连接插座连接插座（三）变速器输入轴（三）变速器输入轴车速传感器车速传感器车车速速传传感感器器输入轴输入轴三、光电式车速传感器的结构、原理与检测三、光电式车速传感器的结构、原理与检测车速表软轴车速表软轴光耦合器件光耦合器件遮光板遮光板车速表软轴车速表软轴 光电式车速传感器的结构、原理与曲轴或凸轮轴光电

16、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。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，传感器产生车速表软轴每转一圈，传感器产生2020个脉冲个脉冲。记忆电路记忆电路计数器计数器定时电路定时电路整形电路整形电路判断电路判断电路1/5分频电路分频电路车速车速传感器传感器km/h车速传感器车速传感器专用专用IC显示电路显示电路其他控制系统其他控制系统报警蜂鸣器报警蜂鸣器100km/h报警灯报警灯车速表车速表软轴软轴车速表电路框图车速表电路框图光电车速传感器原理光电车速传感器原理四、可变磁阻式车速传感器的结构、原理与检测四、可变磁阻式车速传感器的结构

17、、原理与检测车速传感器车速传感器多极磁环多极磁环混合集成电路混合集成电路 磁阻效应（磁阻效应（Magneto-resistance Effects）是指某些金属）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。在金属里可以忽略，在某些半导体中较大。1.1.传感器的结构传感器的结构 主要有两个器件：主要有两个器件：磁环磁环和内装有和内装有磁阻元件磁阻元件的混合集成电路。的混合集成电路。1.1.传感器的原理传感器的原理 如图所示，当多极磁环如图所示，当多极磁环绕其轴旋转时，使靠近磁环绕其轴旋转

18、时，使靠近磁环的混合集成电路内的磁阻元的混合集成电路内的磁阻元件处的磁场变化，从而使磁件处的磁场变化，从而使磁阻元件的电阻发生变化。阻元件的电阻发生变化。 混合集成电路在磁阻元混合集成电路在磁阻元件的电阻变化时，输出与多件的电阻变化时，输出与多极磁环绕旋转速度相对应的极磁环绕旋转速度相对应的脉冲信号。脉冲信号。 该该传感器的优点传感器的优点是多极是多极磁环可安装在变速器的磁环可安装在变速器的输出输出轴轴上，这样可以取消仪表的上，这样可以取消仪表的软轴。软轴。混合集成电路混合集成电路五、霍尔式车速传感器的结构原理五、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霍尔

19、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。位置传感器基本相同，检测方法类似。触发叶轮触发叶轮带导板的永久磁铁带导板的永久磁铁霍尔集成块霍尔集成块霍尔传感器霍尔传感器混合集成电路混合集成电路霍尔集成块的电路框图霍尔集成块的电路框图第四节第四节 轮速传感器轮速传感器 是检测车轮转速，并把检测结果输入是检测车轮转速，并把检测结果输入ABS/ASR等用于制等用于制动或驱动控制的系统的动或驱动控制的系统的ECU。1.轮速传感器的功用轮速传感器的功用 有关汽车制动或驱动的各类电子控制系统如：防抱死制有关汽车制动或驱动的各类电子控制系统如：防抱死制动动(ABS)、驱动防滑

20、、驱动防滑(ASR)或电子制动力分配或电子制动力分配(EBD)、转向制、转向制动控制动控制(CBC)、电子稳定程序、电子稳定程序(ESP)等系统控制均需要获取车等系统控制均需要获取车轮的转速状况。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。且所有车轮的转速均检测。2.轮速传感器的类型轮速传感器的类型 本节介绍的轮速传感器有本节介绍的轮速传感器有电磁式、电磁式、霍尔式两类霍尔式两类。其结构。其结构与原理

21、与原理与汽车其他位置的这与汽车其他位置的这类类转速检测传感器类似。转速检测传感器类似。1.1.传感器的结构传感器的结构一、电磁式轮速传感器的结构、原理与检测一、电磁式轮速传感器的结构、原理与检测传感头传感头：安装在不随车轮旋转的部件上，如转向节、悬架：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。支承、半轴套管或制动底板上。齿齿 圈圈：安装在随车轮旋转的部件上，如轮毂、制动盘或：安装在随车轮旋转的部件上，如轮毂、制动盘或 半轴上。半轴上。传感头传感头2.2.传感器的特点传感器的特点高速时高速时低速时低速时时间时间电电压压 电磁式轮速电磁式轮速传感器传感器结构简单、成本

22、低、对结构简单、成本低、对粉尘污染不敏感，传感粉尘污染不敏感，传感头不需外接电源。头不需外接电源。 输出信号的幅值和输出信号的幅值和频率受转速影响大，抗频率受转速影响大，抗电磁波干扰能力差，易电磁波干扰能力差，易产生误信号。产生误信号。 适于适于15 160 km/h优点：优点：缺点：缺点：2.2.传感器的传感器的安装部位安装部位安装在前轮上安装在前轮上转向节转向节轮毂轮毂齿圈齿圈传感器传感器悬架支承悬架支承半轴半轴齿圈齿圈传感器传感器安装在后轮上安装在后轮上 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。电磁波干扰能力强。二、霍

23、尔式轮速传感器二、霍尔式轮速传感器的结构、原理与检测的结构、原理与检测2.2.传感器传感器的的特点特点1.传感器传感器的结构、原理的结构、原理霍尔元件霍尔元件磁体磁体齿圈齿圈霍尔元件霍尔元件磁体磁体齿圈齿圈霍尔元件磁场较弱霍尔元件磁场较弱霍尔元件磁场较强霍尔元件磁场较强3.3.传感器传感器的的安装安装 类似于电磁感应轮速传感器。类似于电磁感应轮速传感器。第五节第五节 减速度传感器减速度传感器 减速度传感器又称减速度传感器又称G传感器传感器，通常用于四轮驱动汽车的，通常用于四轮驱动汽车的ABS/ASR等与汽车等与汽车驱动驱动与与制动制动控制有关的系统上。控制有关的系统上。 汽车高附着系数路面上制

24、动时其减速度大，在低附着系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。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，现象。两轮驱动的汽车上，ABS系统的系统的ECU可根据轮速传感可根据轮速传感器传来的信号判断驱动车轮的滑转状况。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

25、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。动方式。 用于获取汽车减速度信号；该信号送入用于获取汽车减速度信号；该信号送入ECU后，对路面后，对路面的附着系数高低进行判断。的附着系数高低进行判断。 1.1.减速度传感器的功用减速度传感器的功用 光电式减速度传光电式减速度传感器由两个发光二极感器由两个发光二极管、两个光敏三极管管、两个光敏三极管一个透光板和信号转一个透光板和信号转换电路组成。换电路组成。 发光二极管发光二极管透光板透光板光敏晶体管光敏晶体管信号转换电路信号转换电路光敏晶体管光敏晶体管透光板透光板光电式减速度传感器的结构光电式减速度传感器的结构一、光电式减速度传感器一、光电

26、式减速度传感器 的结构、原理的结构、原理1.1.感器的结构感器的结构减速度传感器有减速度传感器有光电式光电式、水银式水银式、差动式变压式差动式变压式等。等。2.2.减速度传感器类型减速度传感器类型 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，透光板由于时，即减速行驶时，透光板由于惯性惯性则随着减速度的变化而则随着减速度的变化而沿汽车的纵轴方向进行摆动。沿汽车的纵轴方向进行摆动。透光板透光板减速度减速度传感器传感器匀速行驶时匀速行驶时减速行驶时减速行驶时2.2.感器的工作原理感器的工作原理 透光板的作用是穿过或隔断发光二极管到

27、光电三极管之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和光电三极管的组合可以将汽车的减速度分为4个等级。个等级。 透光板透光板透光板透光板透光缝透光缝1 1号号2 2号号光敏光敏晶体管晶体管光敏光敏晶体管晶体管发光发光二极管二极管开开关关光电式减速度传感器的工作原理光电式减速度传感器的工作原理减速度减速度速率速率低减速率低减速率1 1低减速率低减速率2 2中等减速率中等减速率高减速率高减速率光敏光敏晶体管晶体管1 1通通断断断断通通光敏光敏晶体管

28、晶体管2 2通通通通断断断断透光板透光板位置位置减速度率的等级与光敏三极管同断的关系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玻璃管组成，这种传感器应用在日产4 44 4全轮驱动汽车上。全轮驱动汽车上。二、水银式减速度传感器的结构、原理二、水银式减速度传感器的结构、原理汽车行驶方向汽车行驶方向玻璃管玻璃管玻璃管玻璃管水银水银a)a)低附着系数路面制动时低附着系数路面制动时b)b)高附着系数路面制动时高附着系数路面制动时搭铁搭铁输出电极输出电极1 1输出电极输出电极2 21.1.传感器的结构传感器的结构 当汽车制动时，若减速度小，玻璃管内的水银球基本不当汽车制动时，若