宝马车偏心轴位置传感器的信号波形分析

戈华飞

如图1所示，宝马Valvetronic系统打开进气门的方式不再受进气凸轮轴的形状所限制，而是通过中间推杆的位移来实现。中间推杆旋转，使中间推杆底部与摇臂的相对位置发生改变（具体工作原理可阅读本人撰写的另一篇文章——《宝马Valvetronic 系统工作过程详解》，刊登于本刊2019年第03A期），从而改变进气门升程。

为使中间推杆旋转，Valvetronic系统使用了1套偏心轴电动机和蜗轮蜗杆机构。蜗轮并非一个正圆，只有一半左右，且与偏心轴一体。当偏心轴电动机运转，蜗杆带动蜗轮旋转，从而使偏心轴旋转，最终带动中间推杆旋转。

图1 宝马Valvetronic系统

为了精确控制进气门的升程，需要对偏心轴旋转角度进行监测。Valvetronic系统现已发展到第4代，打开进气门的方式没有改变，但从第3代Valvetronic系统开始，对偏心轴旋转角度的监测从外部偏心轴位置传感器移到偏心轴电动机总成内，从检测偏心轴的旋转变为检测偏心轴电动机的旋转。在目前的汽车售后市场上，第2代Valvetronic系统采用的外置式偏心轴位置传感器比较普及，故障率也比较高，所以本文主要以第2代Valvetronic系统为例，分析外置式偏心轴位置传感器的信号波形，从而便于大家快速判断偏心轴位置传感器的好坏。

如图2所示，在偏心轴末端安装了1个信号靶轮，为高磁性永久磁铁材质，用于产生磁场。偏心轴位置传感器内部有磁阻效应元件，磁阻效应元件的电阻取决于磁力线的方向。如图3所示，当偏心轴旋转时，穿过磁阻效应元件的磁力线方向会发生变化，由此产生的电阻变化便可反映偏心轴的位置变化。

磁阻效应元件类似于霍尔效应元件，均是感应磁场的变化，不同在于，当磁场变化时，霍尔效应元件会产生电压的变化，而磁阻效应元件会产生电阻的变化。利用磁阻效应元件的传感器在车辆上广泛应用，用于监测转速或位置变化，如轮速传感器和非接触式的节气门位置传感器。

不同于其他传感器，偏心轴位置传感器与发动机控制单元（DME）之间传递的不是简单的电压或电流信号，而是一种串行数据，同时还使用了冗余设计，即用2套传感器同时监控偏心轴的旋转。常见使用冗余设计的传感器还有加速踏板位置传感器和节气门位置传感器。

图2 偏心轴位置传感器和信号靶轮的位置

图3 偏心轴位置传感器的工作原理

图4 偏心轴位置传感器实物

如图4所示，偏心轴位置传感器上共有9个端子，各端子的含义见表1所列，其中端子1和端子7是相同类型信号，端子3和端子9是相同类型信号，端子6是5 V电源，端子8是节拍时钟信号，端子4是屏蔽线，端子5是搭铁。偏心轴位置传感器的控制电路如图5所示。

表1 偏心轴位置传感器各端子的含义

用示波器同时测量偏心轴位置传感器端子1和端子7上的信号波形（图6）可知，该信号是由DME发送至偏心轴传感器的触发信号，占空比为7%，周期为1 ms，幅值从5 V拉低至0 V。

用示波器同时测量偏心轴位置传感器端子3和端子9上的信号波形（图7）可知，该信号是由偏心轴位置传感器发送至DME的串行数据信号，其中高电位和低电位形成了0和1之间的组合，将转角位置以数字信号的方式传递给DME。

分析上述2组波形的组合波形（图8）可知，偏心轴位置传感器只在触发信号内发送数据信号，且每1 ms进行1次位置更新。

再用示波器同时测量偏心轴位置传感器端子8上的信号波形（图9）可知，节拍时钟信号的频率为250 kHz。分析偏心轴位置传感器端子3、端子8和端子9的组合波形（图10）可知，串行数据的震荡频率是由节拍时钟信号决定的，它为串行数据提供一个节拍器。

图5 偏心轴位置传感器控制电路

图6 偏心轴位置传感器端子1和端子7上的信号波形（截屏）

图7 偏心轴位置传感器端子3和端子9上的信号波形（截屏）

图8 偏心轴位置传感器端子1、端子3、端子7和端子9的组合波形（截屏）

图9 偏心轴位置传感器端子8上的信号波形（截屏）

图10 偏心轴位置传感器端子3、端子8和端子9的组合波形（截屏）