随着汽车控制技术的日新月异,用来监控各个系统运动状态的转速类传感器也日渐丰富,诸如曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器、车轮转速传感器、车速传感器、变速器输入/输出轴转速传感器、空调泵转速传感器等。一旦这些转速传感器出现故障,势必会对汽车的性能产生不同程度的负面影响。因此,掌握转速传感器的故障诊断策略至关重要。
一、转速传感器的种类
所谓转速传感器,是对汽车上检测各类转动部件运转情况的传感器的统称,其大致的功能主要包括两个方面:一是检测运动部件的转速或转角;二是判定运动部件的转动位置。无论是应用在哪一个系统中的转速传感器,按照工作原理的不同,通常可以将其分为磁感应式、霍尔效应式、磁阻效应式和光电式等几种类型。由于光电式转速传感器目前很少使用,本文不做详述。
1. 磁感应式转速传感器
磁感应式转速传感器是利用电磁感应原理制成的,其工作原理如图1所示。当信号转子转动时,信号转子的凸齿与铁芯的空气隙发生变化,使通过传感线圈的磁通发生变化,因此传感线圈中便产生感应的交变电动势。这个连续交变的电动势属于模拟信号,需要信号处理电路
(A/D转换)对其进行信号处理,将其变成数字信号后,ECU就可以计算出转速。
磁感应式转速传感器无需外供电源,因此只需传感线圈引出两个端子即可。但在有些车辆上,为了防止信号的干扰,会在磁感应式转速传感器传感线圈的外围加上屏蔽的金属接地线,这样的传感器就有三个端子。
2. 霍尔效应式转速传感器
霍尔效应式转速传感器是根据霍尔效应原理制成的。霍尔效应产生的电压值很小,无法直接应用,所以通常将霍尔元件与放大器电路、温度补偿电路及稳压电源电路等集成在一个芯片上,这样就构成一个霍尔传感器。霍尔传感器有线型和开关型两种,其工作磁铁和霍尔集成电路间的运动方式有对移、侧移、旋转和遮断四种。在转速传感器的应用领域,通常采用开关型霍尔传感器,工作磁铁和霍尔集成电路间的运动方式则多采用遮断和旋转两种方式。
采用遮断运动方式的霍尔转速传感器工作方式如图2所示,它由触发叶片和霍尔传感器组成。当发动机运转时,触发叶片随之旋转,不断地在霍尔集成电路片与永久磁铁之间穿过。当叶片位于霍尔电路片和永久磁铁之间时,切断磁通,此时无霍尔电压产生;当叶片离开霍尔电路片和永久磁铁之间的空气隙时,磁通建立,霍尔电压产生。
采用旋转运动方式的霍尔转速传感器工作方式如图3所示。当触发齿圈位于图中(a)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)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。无论哪种方式运动的霍尔转速传感器,其生成的霍尔电压都要经过放大后,通过施密特触发器对霍尔集成电路中的输出极(开关三极管)进行通断控制,最终以数字方波的信号形式发送给
与磁感应式转速传感器不同的是,由于霍尔转速传感器需要外供电源,因此,我们通常见到的霍尔转速传感器都有三个端子:一个是电源端子,由ECU提供;一个为搭铁端子;另一个为信号端子。
随着技术的发展,一种二线制的霍尔转速传感器也陆续出现在汽车上。例如,在奇瑞A3的ABS系统中就采用了TLE4941型二线智能霍尔传感器集成电路,其基本原理如图
5所示。该转速传感器依然需要外供电源,只不过通过电路的改进将接地端子与信号输出端子并为一条线路,该线路上传递的是电流信号,通过电阻R便可将输出电流转换成电压信号Uo,并以数字信号的形式被ECU接收。
3. 磁阻效应式转速传感器
还有一种新兴的转速传感器正在汽车领域逐步得到推广和应用,这就是磁阻效应式转速传感器。顾名思义,磁阻效应式转速传感器是利用磁阻效应的原理制成的。所谓磁阻效应,就是指当外加的磁场发生变化时,磁阻元件的阻值也会随之变化的现象。但仅仅阻值的变化还无法用于对转速的检测,因此一个完整的磁阻效应式转速传感器是由外供电源、接地线路、信号感应磁环、磁阻元件及集成电路组合而成的,其工作原理如图6所示。传感器的信号磁环在其圆周方向上交替均匀排列着若干组N、
S磁极,当磁环旋转时,固定不动的磁阻元件所处空间的磁场发生周期性变化,这使得磁阻元件的电阻也随之发生周期性变化(与转速成正比),变化的阻值通过外供电源和集成电路的共同作用,最终将其转化为数字信号并输出。
二、转速传感器的位置
作为汽车电控系统的重要部件,当转速传感器出现故障时,一般会在系统的控制模块中存储故障信息。所以,当汽车出现异常时,我们应该首先读取相关的故障信息。如果提示转速传感器的故障,则按照故障信息对相应的转速传感器进行检测;如果未提示转速传感器的故障,也需要调取与转速传感器有关的数据流进行观察和分析。
当确认或怀疑某个转速传感器存在故
障时,应对其本身和线路进行检测,其前提是正确找出传感器在车辆上的位置。通常,凸轮轴位置传感器位于汽缸盖上的凸轮轴附近,曲轴位置传感器位于汽缸体的曲轴附近,车速传感器位于变速器输出轴附近,车轮转速传感器位于轮毂附近……应当注意的是,如今汽车上的传感器越来越多,形状相近的传感器有很多,稍不注意,就容易出现张冠李戴的情况。为了避免这一情况,建议以汽车维修手册为指导,利用位置、端子形状、端子数量、线束颜色等为判断依据,确定所要检查的传感器。
随着汽车控制技术的日新月异,用来监控各个系统运动状态的转速类传感器也日渐丰富,诸如曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器、车轮转速传感器、车速传感器、变速器输入/输出轴转速传感器、空调泵转速传感器等。一旦这些转速传感器出现故障,势必会对汽车的性能产生不同程度的负面影响。因此,掌握转速传感器的故障诊断策略至关重要。
一、转速传感器的种类
所谓转速传感器,是对汽车上检测各类转动部件运转情况的传感器的统称,其大致的功能主要包括两个方面:一是检测运动部件的转速或转角;二是判定运动部件的转动位置。无论是应用在哪一个系统中的转速传感器,按照工作原理的不同,通常可以将其分为磁感应式、霍尔效应式、磁阻效应式和光电式等几种类型。由于光电式转速传感器目前很少使用,本文不做详述。
1. 磁感应式转速传感器
磁感应式转速传感器是利用电磁感应原理制成的,其工作原理如图1所示。当信号转子转动时,信号转子的凸齿与铁芯的空气隙发生变化,使通过传感线圈的磁通发生变化,因此传感线圈中便产生感应的交变电动势。这个连续交变的电动势属于模拟信号,需要信号处理电路
(A/D转换)对其进行信号处理,将其变成数字信号后,ECU就可以计算出转速。
磁感应式转速传感器无需外供电源,因此只需传感线圈引出两个端子即可。但在有些车辆上,为了防止信号的干扰,会在磁感应式转速传感器传感线圈的外围加上屏蔽的金属接地线,这样的传感器就有三个端子。
2. 霍尔效应式转速传感器
霍尔效应式转速传感器是根据霍尔效应原理制成的。霍尔效应产生的电压值很小,无法直接应用,所以通常将霍尔元件与放大器电路、温度补偿电路及稳压电源电路等集成在一个芯片上,这样就构成一个霍尔传感器。霍尔传感器有线型和开关型两种,其工作磁铁和霍尔集成电路间的运动方式有对移、侧移、旋转和遮断四种。在转速传感器的应用领域,通常采用开关型霍尔传感器,工作磁铁和霍尔集成电路间的运动方式则多采用遮断和旋转两种方式。
采用遮断运动方式的霍尔转速传感器工作方式如图2所示,它由触发叶片和霍尔传感器组成。当发动机运转时,触发叶片随之旋转,不断地在霍尔集成电路片与永久磁铁之间穿过。当叶片位于霍尔电路片和永久磁铁之间时,切断磁通,此时无霍尔电压产生;当叶片离开霍尔电路片和永久磁铁之间的空气隙时,磁通建立,霍尔电压产生。
采用旋转运动方式的霍尔转速传感器工作方式如图3所示。当触发齿圈位于图中(a)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)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。无论哪种方式运动的霍尔转速传感器,其生成的霍尔电压都要经过放大后,通过施密特触发器对霍尔集成电路中的输出极(开关三极管)进行通断控制,最终以数字方波的信号形式发送给
与磁感应式转速传感器不同的是,由于霍尔转速传感器需要外供电源,因此,我们通常见到的霍尔转速传感器都有三个端子:一个是电源端子,由ECU提供;一个为搭铁端子;另一个为信号端子。
随着技术的发展,一种二线制的霍尔转速传感器也陆续出现在汽车上。例如,在奇瑞A3的ABS系统中就采用了TLE4941型二线智能霍尔传感器集成电路,其基本原理如图
5所示。该转速传感器依然需要外供电源,只不过通过电路的改进将接地端子与信号输出端子并为一条线路,该线路上传递的是电流信号,通过电阻R便可将输出电流转换成电压信号Uo,并以数字信号的形式被ECU接收。
3. 磁阻效应式转速传感器
还有一种新兴的转速传感器正在汽车领域逐步得到推广和应用,这就是磁阻效应式转速传感器。顾名思义,磁阻效应式转速传感器是利用磁阻效应的原理制成的。所谓磁阻效应,就是指当外加的磁场发生变化时,磁阻元件的阻值也会随之变化的现象。但仅仅阻值的变化还无法用于对转速的检测,因此一个完整的磁阻效应式转速传感器是由外供电源、接地线路、信号感应磁环、磁阻元件及集成电路组合而成的,其工作原理如图6所示。传感器的信号磁环在其圆周方向上交替均匀排列着若干组N、
S磁极,当磁环旋转时,固定不动的磁阻元件所处空间的磁场发生周期性变化,这使得磁阻元件的电阻也随之发生周期性变化(与转速成正比),变化的阻值通过外供电源和集成电路的共同作用,最终将其转化为数字信号并输出。
二、转速传感器的位置
作为汽车电控系统的重要部件,当转速传感器出现故障时,一般会在系统的控制模块中存储故障信息。所以,当汽车出现异常时,我们应该首先读取相关的故障信息。如果提示转速传感器的故障,则按照故障信息对相应的转速传感器进行检测;如果未提示转速传感器的故障,也需要调取与转速传感器有关的数据流进行观察和分析。
当确认或怀疑某个转速传感器存在故
障时,应对其本身和线路进行检测,其前提是正确找出传感器在车辆上的位置。通常,凸轮轴位置传感器位于汽缸盖上的凸轮轴附近,曲轴位置传感器位于汽缸体的曲轴附近,车速传感器位于变速器输出轴附近,车轮转速传感器位于轮毂附近……应当注意的是,如今汽车上的传感器越来越多,形状相近的传感器有很多,稍不注意,就容易出现张冠李戴的情况。为了避免这一情况,建议以汽车维修手册为指导,利用位置、端子形状、端子数量、线束颜色等为判断依据,确定所要检查的传感器。