机动车传感器与故障检修之探讨

顾晓明 金柏龙 张坚

摘 要：简要论述机动车电子控制传感器的现状，以及常用的传感器原理和故障检修常见问题，并对现代汽车电子传感器的发展趋势进行展望。

关键词：传感器;故障检修;研究进展

全世界的车辆制造为符合现代环保的要求，均全面采用电子控制装置，甚至连柴油引擎也都已经全面电子控制了。所以不论是引擎、底盘和车身的各个系统部件中，都使用了不少的传感器及作动器。目前仍使用中的汽车，虽非说全部都是电子控制式的，但是除了一些较为老旧尚未淘汰的商用车辆外，小客车的市场及大型商用车市场均已全面电子化控制。

1 机动车电子控制系统中应用的传感器种类

这些汽车使用的电子传感器在其系统中担任着非常重要的信息收集工作，将收集来的信息经由ECM进行计算处理后，对各作动器发出指令，进行各种控制。各系统的控制过程，是依靠ECM前端的传感器，将外界的变化和系统本身目前的控制状况相互比较，再根据不同的需求去修正系统本身执行误差的工作。尤其是ECM前端的输入传感器，就像是人体的表皮感官细胞一般不能出错，而且是掌控了车辆燃料燃烧及废气排放的主要作用。除此之外，就以现今车辆主被动行车安全配备中，前端也是要靠传感器提供重要信息，才能让后端的作动器完成一切行车安全的作为[1]。这就是目前车辆电子控制的基本形态，以下我们把信号的类形与传感器的属性作一个概略的介绍。当今汽车电子信号大概可分为五大基本类型：

（1）直流DC信号，在车辆中产生直流DC信号的装置有：电瓶或ECM输出的参考电压。

（2）交流AC信号，在车辆中产生交流AC信号的装置有：车速传感器VSS、磁感式轮速传感器、磁感式曲轴位置传感器CKP和凸轮轴位置传感器CMP、进气绝对压力传感器MAP、爆震传感器KS等。

（3）频率信号，在车辆中产生可变频率信号的传感器和装置有：数位式空气流量计、光电式车速传感器VSS、霍尔式车速传感器VSS、光电式凸轮轴CAM和曲轴位置CKP传感器、霍尔式凸轮轴CAM和曲轴位置CKP传感器。

（4）脉宽信号，在车辆中产生脉宽信号的电路或装置有：初级点火线圈、电子点火控制电路、废气再循环控制EGR、净化、涡轮增压和其它控制磁感阀、喷油嘴、怠速控制器和电磁阀。

（5）串流数据信号，是具有自我诊断和其它串流数据传送的控制模块的车辆。由引擎控制模块PCM，车身控制模块BCM和防滑制动系统ABS或其他的控制模块产生[2]。

2 汽车电子控制系统中传感器的应用及故障检修

由于传感器的形式及数目众多，在本文就先对位置、压力、温度等几项传感器的型式、作动原理、故障判断作概要的介绍。

2.1 位置传感器

2.1.1 曲轴及凸轮轴位置传感器

曲轴位置传感器是ECM控制点火系统中最重要的传感器。它的作用是检测活塞上死点、曲轴角度和引擎转速，以提供ECM做点火正时和喷油时间的决策依据，因此其精准度的要求非常高。曲轴位置传感器一般安装于曲轴皮带轮或链轮内侧面，有的安装于凸轮轴前端。分电盘式的车辆是位于分电盘内，依据其传感器的种类可分为磁感式、霍尔式及光电式。磁感感应式曲轴位置传感器，又称为拾波线圈式[3]。当转子旋转时，会使拾波线圈产生交流电压。若转子旋转越快，则产生电压越大，产生的频率也越高。当感应齿轮旋转时会产生磁力线，使霍尔传感器内部产生出0.0V和5.0V链接成的方波信号。当转子转速越快，则产生的方波数量越多，频率也就越高。利用发光二极管把光投射到另一端的光敏晶体管，在两者间安装有孔槽的信号盘来遮断或接通光源，当光照射在光敏晶体管时产生输出电压，使光敏晶体管产生出断续的输出电压，ECM即利用此输出电压来计算引擎转速及曲轴位置转角信号。

2.1.2 节气门传感器

节气门位置传感器，可将节气门开启的角度转换成电压信号传到ECU，以便依节气门不同开度及位置状态控制喷油量。其形式可分为开关式、可变电阻式及电子式等三大类。

节气门位置传感器怠速位置的控制：不踩油门或怠速状态时传感器信号输出端电压为0.2～0.8V之间，有怠速开关装置者节气门全关时怠速接点OFF，所以测得电压为0.0V。

冷车启动增浓控制、温车增浓控制：计算机会依据引擎水溫信号来决定增浓时间，还必须有一个明确的节气门怠速位置信号才能使引擎正常启动。若失掉怠速信号，计算机会认为在加油状态下而以正常喷油状况控制喷油。正常启动后计算机依据水温做喷油修正，进入温车增浓状态。在此修正期间中若水温低于40℃以下计算机会控制喷油做同时喷射，待水温高于60℃以上则控制序列喷射。

启动增浓控制、启动后增浓控制、怠速学习与怠速控制：打启动马达时必须有一个启动信号进入计算机，让计算机于启动时增加喷油时间以利引擎启动，但同时还必须有一个明确的节气门怠速位置信号才能使引擎正常启动。

减速断油控制：为解决瞬间关闭油门时所产生的大量废气，在计算机控制系统上设有怠速马达全开控制及喷油嘴喷油时间的断油控制。让怠速马达全开时的旁通空气以及喷油嘴断油状态，使汽缸内残存的混合气加速燃烧，使废气排放减至最低[4]。

扭力转换器离合器TCC切断控制：计算机控制系统为达经济省油状态，行驶于无负载或巡行状态时，计算机会使扭力转换器进行直接传动LOCK-UP动作。若放开油门，计算机接收到怠速讯号时，锁定状态将解除。

2.2 压力传感器

进气压力传感器属于压电组件，是利用压电效应（PiezoelectricEffect），

在结晶上施加应变能（StrainEnergy）后，与结晶的两端应变能成正比的电压所产生，以及压电体施加电压时，和电压成正比的力与应变能所发生的电子装置。

进气压力传感器检测的是节气门后方进气歧管的绝对压力，它根据引擎转速和负荷的大小检测出歧管内绝对压力的变化，然后转换成信号电压送至引擎控制单元ECM，ECM引擎控制单元依据此信号电压的大小，控制基本喷油量的大小。

2.3 温度传感器

温度传感器在车辆上的使用非常广泛，举凡引擎水温，机油油温，进气温度，自动变速箱油温，空调环境温度等，都是不可或缺的成员。老式温度传感器所表现的非线性、低输出电压及易受高温影响等不稳定因素，已逐渐获得改善，虽然现代的车用温度传感器可分为电阻形及热偶形，但是在车辆的使用上，还是以电阻形居多，又被称为热敏电阻，其中又分成正温度系数PTC及负温度系数NPC两种。

2.3.1 水温传感器

冷却水温传感器安装在引擎缸体或汽缸盖的水套上，与冷却水接触，用来检测引擎的冷却水温度。传感器的两条导线都和ECU相连接。其中一条为地线，另一条的对地电压随热敏电阻的电阻值变化而改变。

ECU根据这一电压的变化测得引擎冷却水的温度，和其他传感器产生的信号一起，用来决定喷油时间宽度、点火正时和EGR流量等。

2.3.2 进气温度传感器

进气温度传感器为一负温度系数特性的传感器，ECM利用进气温度传感器所产生的信号当作基质，计算空气温度用来修正燃油喷射量，安装在空气滤清器上。

2.3.3 环境温度传感器

为感测我们身处环境的温度，利用输出信号，让ECM知道目前的室温状况。通常使用在车辆空调系统的恒温系统上，系统中备有室内温度传感器及室外温度传感器。ECM利用室外温度传感器及室内温度传感器的输出信号比对，以调整冷暖气输出之百分比，使环境符合驾驶设定之车内温度。让车内温度恒定并维持设定温度，这便是环境温度传感器的功能。此温度传感器为一负温度系数传感器，温度越高电阻越低。

2.4 其他

爆震传感器其位置都是在汽缸本体的2、3缸之间附近，它可以感应引擎震动的模式。利用此一加速度传感器来量测引擎的加速度变化，也就是震动。工程师在调校爆震传感器时会把爆震的震动模式写入ECM中，一旦爆震传感器侦测出该震动模式，ECM则判定引擎爆震，随即延后点火提前角度[5]。目前点火系统都已经是直接点火了，所以较先进的爆震传感器能判定是哪一个汽缸爆震，而针对该汽缸个别延后点火提前角。

3 结语与展望

综合所述，汽车已然进入电子控制时代了，而工业电子的部分却又是我们汽车业界极为陌生的部分。在现代汽车电子控制系统中，通过对传感器进行有效应用，可使电子控制系统具有更强功能，并且能够使汽车安全性得以提高。尤其是利用示波器當作修护工具，那更是难上加难，能运用在汽车修护检测上的观念更少。

参考文献：

[1]吕良，邓中亮，刘玉德等.基于MEMS技术的汽车传感器研究进展[J].电工技术学报，2007，22（04）：77-84.

[2]孙兴春. MEMS传感器结合激光测距在汽车物联网中应用研究[J]. 激光杂志，2017，38（09）：90-94.

[3]张艳辉，徐坤，郑春花等.智能电动汽车信息感知技术研究进展[J].仪器仪表学报，2017，38（04）：794-805.

[4]余玲飞，宋超，王晓敏等.车载传感器网络的研究进展[J].计算机科学，2011，38（s1）：319-322.

[5]刘桂雄，潘梦鹞，周岳斌.机动车运行安全状态监测技术的新进展[J].现代制造工程，2009（09）：8-13.