汽车电子控制系统简介

模块五汽车电子控制系统---单元一汽车电控系统的组成----任务一

汽车电控系统的组成、类型和功能模块五汽车电子控制系统

单元一汽车电子控制系统基础知识任务一汽车电子控制系统的组成任务二汽车电子控制单元

单元二传感器与执行器任务一传感器任务二执行器

单元三实验

实验一OBD-Ⅱ诊断插座端子的检测建议学时：9

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汽车电控系统的组成、类型和功能模块五汽车电子控制系统单元一汽车电子控制系统基础知识【单元说明】

本单元包括:电子控制系统的组成和汽车电子控制单元两个任务.主要内容包括：汽车电子控制系统的组成、类型和功能；汽车电子控制单元的构成及OBD-Ⅱ系统的功能、OBD插座的特点和诊断方法；汽车电脑诊断的方法及注意事项。【单元目标】1.掌握汽车电控系统的基本组成、类型、功能；2.了解应用在汽车上的电控系统；3.掌握OBD-诊断插座主要端子的作用及位置；4.知道OBD-代码的规定；5.了解汽车电子控单元的检测方法。模块五汽车电子控制系统----单元一汽车电控系统的组成----任务一

汽车电控系统的组成、类型和功能一、汽车电子控制系统的组成、类型和功能二、应用在汽车上的微机控制系统三、汽车电控系统各部分的作用任务一

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汽车电控系统的组成、类型和功能【学习目标】1.掌握汽车电子控制系统的组成和类型；2.理解汽车电控系统的基本功能和各部分作用；3.了解应用在汽车上的电子控系统。任务一

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汽车电控系统的组成、类型和功能【任务引入】

目前，汽车电子控制技术几乎涵盖了汽车上的所有系统，虽然生产厂家不一、车型不同，采用的电控系统的多少不完全一样，但是电子控制系统的基本组成是相同的。本任务着重讲述汽车电子控制系统组成、类型、功能等方面的基本知识。任务一

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--单元一汽车电控系统的组成----任务一

汽车电控系统的组成、类型和功能一、汽车电控系统的组成、类型与功能

1．汽车电控系统的基本组成

汽车电子控制系统（简称电控系统）是指采用计算机等电子设备作为控制装置的自动控制系统。任何一种电控系统都可分为硬件和软件两大部分，硬件包括信号输入装置（各种传感器）、电子控制单元ECU和执行元件三大部分，如图5-1-1所示；软件部分主要是指电子控制单元内存储的数据和程序。图5-1-1电控系统基本组成【知识链接】模块五汽车电子控制系统---单元一汽车电控系统的组成----任务一

汽车电控系统的组成、类型和功能2．电控系统的类型

汽车电子控制系统有两种基本类型：开环控制和闭环控制。3．汽车电控系统的功能二、应用在汽车上的微机控制系统表5-1-1应用在汽车上的微机控制系统三、汽车电控系统各部分的作用

1．传感器

传感器是一种信号转换装置，它可以将非电信号转换成电信号，并输入到控制运算电路，以使其维持最适当的运作模式。汽车传感器布置在汽车的不同位置，可以检测出汽车运行时的基本工况参数，如：加速踏板位置传感器、曲轴/凸轮位置传感器、空气流量计等；还可检测出运行工况中的一些非基本参数，如冷却液温度传感器、进气温度传感器、进气压力传感器等。返回任务一

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汽车电控系统的组成、类型和功能氧传感器水温传感器进气温度传感器进气压力传感器图5-1-2汽车传感器实物模块五汽车电子控制系统----单元一汽车电控系统的组成----任务一

汽车电控系统的组成、类型和功能2．汽车电子控制单元（ECU）

（1）主要功能

ECU是控制系统的核心，主要有如下功能：

①接受传感器或其他装置的输入信号，并将输入信号处理成电脑能够处理的信号，如模似信号转换成数字信号。

②给传感器提供参考电压：如2V、5V、9V或12V。

③存储、计算、分析处理信息，存储运行信息和故障信息，分析输入信息并进行相应的计算处理。

④输出执行命令，把弱信号变为强信号的执行命令。

⑤输出故障信息。

⑥多种控制功能，如点火控制、燃油喷射控制、怠速控制、排放控制、增压控制等多（2）汽车电子控制单元ECU的构成汽车电控单元ECU是以微处理器为核心的计算机控制装置。电控单元由硬件和软件两部分构成，硬件部分包括输入接口电路、微处理器和输出接口电路，软件部分是实现控制功能的指令和数据系统。模块五汽车电子控制系统---单元一汽车电控系统的组成----任务一

汽车电控系统的组成、类型和功能ECU由输入接口电路、微处理器、输出接口电路等组成，图5-1-4ECU组成框图模块五汽车电子控制系统----单元一汽车电控系统的组成----任务一

汽车电控系统的组成、类型和功能①输入接口电路输入接口电路，主要是完成外部传感器与微处理器之间的信息传递，对传感器输入信号进行预处理，使输入信号变成微处理器可以接受的信号，如图5-1-5所示。输入信号有模拟信号和数字信号两类（图5-1-6所示），分别由相应的输入电路对之进行处理。数字信号模拟信号图5-1-5输入接口作用图5-1-6传感器信号类型模块五汽车电子控制系统----单元一汽车电控系统的组成----任务一

汽车电控系统的组成、类型和功能②微处理器

微处理器也称为微型计算机，由中央处理器CPU、存储器、输入/输出端口（I/O口）、总线等构成。输入信号通过输入端口进入CPU，经过CPU的数据处理后，把运算结果送到输出端口，并同时使执行器进行工作。CPU由进行算术运算和逻辑运算的运算器、暂时存储数据的寄存器、在各装置之间完成信号传送及控制任务的控制器等组成。③输出回路微机输出的数字信号电压很弱不能直接驱动执行器，输出回路的作用就是将CPU处理的结果放大，生成能控制执行器工作的控制信号。3．执行元件执行元件的任务是根据ECU输出的控制信号执行某些相应的动作，以实现某些预定的功能，如燃油喷射控制中的喷油器和电动油泵、点火控制中的点火线圈、怠速电机、各种电磁阀、电动机等，如图5-1-7所示汽车上的几个执行器。图5-1-7汽车上的几个执行器模块五汽车电子控制系统----单元一汽车电控系统的组成----任务一

汽车电控系统的组成、类型和功能小结本节讲述的内容：汽车电子控系统的组成、类型和功能；汽车电子控制系统的各部分功能；应用在汽车上的电控系统作业

1.什么是闭环控制？

2.执行器的主要任务是什么?

3.电子控制单元的有哪些功能?模块五汽车电子控制系统----单元一汽车电控系统的组成-----任务二

汽车电子控制单元任务二汽车电子控制单元一、汽车电脑及诊断插座

二、车载诊断系统OBD-II

三、汽车电脑的检测方法模块五汽车电子控制系统----单元一汽车电控系统的组成----任务二

汽车电子控制单元【学习目标】1.了解汽车电子控制单元的位置及作用；2.掌握汽车诊断插座的作用,了解主要车型诊断插座的形状和位置；3.知道OBD-Ⅱ诊断插座主要端子的作用及位置；4.知道OBD-Ⅱ代码的规定；5.掌握OBD-Ⅱ诊断插座的检测方法。模块五汽车电子控制系统-----单元一汽车电控系统的组成----任务二

汽车电子控制单元【任务引入】

汽车电子控单元是电子控制系统的“指挥中心”。它用于分析、处理汽车运行时各系统的信息，并发出指令，使各个执行元件完成某项控制功能任务。它通过诊断插座与车外电脑实现信息传输，借助静态或动态的数据，维修人员可以识读汽车运行时储存在汽车电子控制单元内部的数据，以便准确判断汽车各系统的技术状况，高效地排除汽车发生的故障。电子控制单元一旦出现故障，汽车的整个电控系统将处于混乱甚至瘫焕的状态。模块五汽车电子控制系统----单元一汽车电控系统的组成---任务二

汽车电子控制单元一、汽车电脑及诊断插座

1．汽车电脑的位置

汽车电子控制单元（也称汽车电脑）是汽车电控系统的中枢，其数量和所在的位置因车型的不同而不同。一般情况下，汽车的功能越多，电子控制系统越复杂，设置的的电脑也就越多，不同的电控系统会设置不同的电子控制单元，如发动机ECU、自动变速器ECU、空调ECU、仪表ECU、安全ECU等。图5-1-8POLO汽车电子控制单元分布示意图

2．故障诊断插座的形式与位置

1）诊断插座的形式

汽车诊断插座是指汽车电控系统与汽车外的电脑故障诊断仪进行通讯联络的一个接口。当需要对汽车电脑的储存信息进行处理时，如调取故障码、读取数据流、动作测试或进行一些基本功能匹配等，就必须找到该接口，然后通过电脑故障诊断仪自备的连接线把汽车电脑和外部测试仪连接起来才能进行相应的工作。汽车诊断插座的形式多种多样。图5-1-10诊断插座的形状【知识链接】模块五汽车电子控制系统----单元一汽车电控系统的组成----任务二

汽车电子控制单元2）诊断插座的位置

汽车电脑诊断插座的位置因车而异，一般安装在发动机舱内，或仪表板下方，或在保险盒内，也有在变速杆橡胶垫下还有的在座椅低下，各种车型的诊断插座可以依据维修手册从实车中查找到，如图5-1-11所示为几种车型的诊断插座的位置。图5-1-11部分车型的诊断座位置表5-1-2国内主要车型的诊断插座位置二、车载诊断系统OBD-II

1．OBD—Ⅱ简介OBD—Ⅱ主要特点：汽车按标准装用统一的16端子诊断座，并安装在仪表盘下方，如图5-1-12(a)、(b)所示。并规定了两个资料传输线标准，欧洲统一标准利用7#、15#脚；美国统一标准，利用2#、10#脚。图5-1-12OBD—Ⅱ插座模块五汽车电子控制系统-

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汽车电子控制单元2．OBD—Ⅱ各端子的含义如表5-1-3所示。模块五汽车电子控制系统----单元一汽车电控系统的组成----任务二

汽车电子控制单元3．OBD-Ⅱ系统的故障码简介OBD-Ⅱ故障码由一个英文字母和4个数字组成:(1)控制系统代码

控制系统代码用一个英文字母表示。P-代表汽车发动机和自动变速器系统；B-代表汽车车身控制系统；C-代表汽车底盘控制系统；U-代表未定义。(2)汽车制造厂代码

OBD-Ⅱ故障码中的第一位数字代表汽车制造厂代码。0-代表SAE定义的故障代码；1、2、…9为各厂自行定义的故障码。(3)SAE定义的故障码

OBD-Ⅱ故障码中的第二位数字代表SAE定义的故障码，由SAE（美国汽车工程师学会）定义，其含义如表5-4所示。(4)原厂故障代码OBD-Ⅱ故障码中的第三、四位数字代表原厂代码，它是指汽车电控系统中各种元件的故障代号，不同代号具有不同含义。表5-1-4SAE定义的故障范围代码模块五汽车电子控制系统-----单元一汽车电控系统的组成----任务二

汽车电子控制单元4．诊断插座的电压测量与接地测量

下面以帕萨特为例来说明OBD-Ⅱ诊断插座的测量方法。

1）电压测量

帕萨特的诊断插座上的第16号孔是一个常接电源点，该孔是由蓄电池的正极引出直接引到16号孔上，它不受点火开关控制，该电源专门用于为外接诊断仪提供工作电源。图5-1-14诊断插座常接电源的测量图5-1-13数字万用表模块五汽车电子控制系统---

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汽车电子控制单元2）接地点的测量图5-1-15诊断插座接地点的测量模块五汽车电子控制系统---

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汽车电子控制单元三、汽车电脑的检测方法1．汽车电控系统万用表检测的注意事项（1）不能用指针式万用表测试电脑，应使用高阻抗数字式万用表，万用表内阻应不低于10kΩ。（2）在测试电脑前，首先检查保险丝、易熔线和接线端子的状况，在排除这些地方的故障后再进行检查。（3）在测量电压时，点火开关应接通（ON），蓄电池电压应不低于11V。（4）不允许在拆开ECU线束连接器的状态下，直接在ECU侧测量各端子电阻，否则会损坏ECU。（5）若要测量各控制线路，应先断开蓄电池负极搭铁线，若在蓄电池连接线完好的状态下拆开ECU线束连接器，可能会损坏ECU。（6）在检测时，应按维修手册规定的状态（如“ON”或“OFF”）下测量ECU相应端子与搭铁端子之间的电压。（7）在拆卸发动机电子控制系统线路之前，应首先切断电源，即将点火开关断开（OFF），拆下蓄电池极桩上的接线。（9）连接器上接地端子的符号因车型的不同而不同，应注意对照维修手册辨认。模块五汽车电子控制系统---

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汽车电子控制单元2．端子（或线路）电压的测量

（1）测量两个端子间电压或两条导线间电压，选择万用表的直流20V电压档，将红、黑两表笔分别与被测导线相接触即可，如图5-1-16所示。图5-1-16测端子间或线路间电压模块五汽车电子控制系统---

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汽车电子控制单元（2）测某个端子对地或某条导线对地的电压，选择万用表直流20V电压档，将黑表笔与接地线接触，红表笔与被测端子或导线接触如图5-1-17所示。图5-1-17测端子对地或线路对地的电压模块五汽车电子控制系统---

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汽车电子控制单元3．检查端子、触点或导线等的导通性

导通性是指端子、触点或导线等是否通电而没有断开，可用万用表电阻档测量电阻值的方法进行，检查时将万用表档位开关选在200Ω电阻档，测量前要断开蓄电池的负极，如图5-1-18所示。图5-1-18万用表检测导通性（a）检查端子间的导通性；（b）检查导线间的导通性；（c）检查端子与地线、导线与地线间的导通性模块五汽车电子控制系统---

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汽车电子控制单元4．ECU的端子测量

1)台架上测量2）就车测量图5-1-19丰田卡罗拉发动机ECU图5-1-20丰田卡罗拉发动机ECU端子的测量模块五汽车电子控制系统---

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汽车电子控制单元

1.OBD-Ⅱ有哪些功能？

2.简述故障码的组成？

3.对汽车电子控制单元进进行检测时，应注意哪些问题？小结作业本节主要讲述了：汽车电子控制单元的位置、诊断插座的形式及位置、汽车故障码的规定、诊断插座主要端子的作用、汽车电脑的检测方法教学要求：

掌握汽车诊断插座的作用,了解主要车型诊断插座的形状和位置；知道OBD-Ⅱ诊断插座主要端子的作用及位置；知道OBD-Ⅱ代码的规定；

掌握OBD-Ⅱ诊断插座的检测方法了解汽车电子控制单元的检测方法模块五汽车电子控制系统----------单元二汽车传感器与执行器----------任务一

汽车传感器单元二汽车传感器与执行器【单元说明】本单元包含传感器和执行器两个任务，主要讲述传感器和执行器的作用、分类及汽车上典型传感器的结构和工作原理。【单元目标】1.了解汽车传感器和执行器的种类及作用；2.了解汽车上典型传感器和执行器的作用、结构和工作原理。模块五汽车电子控制系统----------单元二汽车传感器与执行器----------任务一

传感器任务一传感器四、汽车常用传感器一、传感器的作用及组成二、汽车传感器类型三、汽车传感器特性模块五汽车电子控制系统----------单元二汽车传感器与执行器----------任务一

汽车传感器

【学习目标】1.掌握传感器的作用及组成；2.了解传感器的类别及特性；3.掌握汽车上常用传感器的种类、作用；4.了解汽车常用传感器的结构和原理。模块五汽车电子控制系统----------单元二汽车传感器与执行器----------任务一

汽车传感器【任务引入】

汽车传感器是汽车电子控制系统信息源，是汽车电子控制系统的关键部件，也是汽车电子技术领域研究的核心内容之一，衡量现代高级轿车控制系统水平的关键就在于其传感器的数量和水平。目前，国内普通家用轿车上大约安装了近百个传感器，而豪华轿车上的传感器数量多达二百多只。本任务讲述汽车电子控制系统中的传感器的作用、种类及汽车上典型传感器的结构和工作原理。模块五汽车电子控制系统---

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传感器一、传感器的作用及组成

传感器是用来检测汽车运行中的各种工况信息，如车速、温度、压力、位移等，并转化成电信号输送给ECU。

传感器通常由敏感元件、转换元件和测量电路三部分组成，如图5-2-1所示。

敏感元件是指能直接感受被测量对象的部分；转换元件是指传感器中能将被测量的量转换成适合传输的电信号；测量电路的作用是将转换元件输入的电信号经过处理转换成电压、电流或频率等可测的电量，以便ECU进行显示、记录、处理和控制。模块五汽车电子控制系统---

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传感器二、汽车传感器类型

根据传感器的作用，可分为测量温度、压力、流量、位置、气体浓度、速度等类型的传感器。

按传感器工作原理，可分为电阻、电容、电压、霍尔、光电、热电偶等类型的传感器。

按传感器输出信号的性质分类，可分为模拟式、数字式（包括开关型）传感器。

汽车上使用的传感器种类如表5-2-1所示。三、汽车传感器特性

1.有良好的环境适应性。因为汽车的工作环境复杂，它要在各种不同路面、烈日、暴风雨或冰雪、蒸汽、盐雾、腐蚀和油泥污染的恶劣环境等情况下工作，因此要求传感器要耐振、耐温、耐冲击、耐腐蚀、抗干扰等。

2.易于实现批量生产，以降低成本。

3.具有良好的可靠性和稳定性。

4.传感器要体积小、质量轻，便于安装。

5.符合国家或行业的有关法规要求。返回模块五汽车电子控制系统---

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传感器四、汽车常用传感器

汽车常用传感器主要有以下几种∶

1.温度传感器：

汽车中检测的温度量有：发动机冷却液温度、进气温度、排气温度、车内外空气温度、蒸发器温度、散热器温度等。

温度传感器主要有绕线电阻式、热敏电阻式和热电偶式三种。线绕电阻式温度传感器的精度高，但响应性差；热敏电阻式温度传感器灵敏度高，响应特性较好，但线性差，适应温度较低；热偶电阻式温度传感器的精度高，测量温度范围宽，但需要配合放大器和冷端处理一起使用。冷却液温度传感器的内部是一个半导体热敏电阻（图5-2-2（b）），它具有负的温度电阻系数，水温越低，电阻越大；水温越高，电阻越小（图5-2-2（c））。水温传感器的两根导线都和电子控制单元ECU相连接,其中一根为地线（E2），另一根的对地电压（THW）随热敏电阻阻值的变化而变化。电控单元根据这一电压的变化测得发动机冷却水的温度，和其他传感器产生的信号一起，用来确定喷油脉冲宽度、点火时刻等。冷却水温度传感器与电控单元的连接，如图5-2-2（d)所示。返回模块五汽车电子控制系统---

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传感器2.压力传感器

压力传感器主要用于检测汽车中的气体压力、油压、制冷剂压力并把检测结果转换成电信号输入给ECU，以控制执行元件的工作等。

根据传感器产生的信号原理可分为电压型和频率型两种。电压型有压电效应式（或称半导体压敏电阻式）、电磁式压力传感器；频率型有电容膜盒式和表面弹性波式。其中应用较多是半导体压敏电阻式、真空膜盒传动式两种。图5-2-3膜盒式进气歧管绝对压力传感器的结构与原理图1-膜盒；2-感应线圈；3-至进气歧管4-铁心；5-回位弹簧

感应线圈由两个绕组构成，其中一个与振荡电路相连，产生交流电压，在线圈周围产生磁场；另一个为感应绕组，产生信号电压。当进气歧管压力变化时，膜盒带动铁心在磁场中移动，使感应线圈产生的信号电压随之变化，该信号电压由电子电路检波、整形和放大后，作为传感器的输出信号送至ECU,如图5-2-3（b）所示。模块五汽车电子控制系统---

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传感器3.空气流量传感器

空气流量传感器（也称空气流量计）是测定吸入发动机的空气流量的传感器，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）喷油量和点火时间的主要依据。

空气流量传感器有多种型式，按其结构型式，可分为叶片（翼板）式、量芯式、热线式、热膜式、卡门涡旋式等几种。1）叶片式空气流量传感器图5-2-4叶片式空气流量传感器的结构1-进气温度传感器；2-电动汽油泵触点；3-卷簧（回位弹簧）；4-电位计；5-导线连接器6-CO调节螺钉；7-旋转翼片（测量片）；8-电动汽油泵静触点模块五汽车电子控制系统---

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传感器空气流量传感器的结构如图5-2-4所示，它由空气汽量计和电位计两部分组成。在进气通道内有一个可绕轴摆动的旋转翼片（测量片），如图5-2-5所示，轴上的卷簧可使测量片关闭进气通路。发动机工作时，进气气流经过空气流量计推动测量片偏转，使其开启，测量片开启角度的大小取决于进气气流对测量片的推力与测量片轴上卷簧弹力的平衡状况。进气量的大小由驾驶员操纵节气门来改变,气量愈大，气流对测量片的推力愈大，测量片的开启角度也就愈大。在测量片轴上连着一个电位计，如图5-2-6所示，电位计的滑动臂与测量片同轴同步转动，把测量片开启角度的变化（即进气量的变化）转换为电阻值的变化。电位计通过导线、连接器与ECU连接，ECU根据电位计电阻的变化量或作用在其上的电压的变化量，测得发动机的进气量，电路原理图如图5-2-7所示。图5-2-5空气流量计的结构1-空气进口；2-进气温度传感器；3-阀门4-阻尼室；5-缓冲片；6-旋转翼片（测量片）；7-主气路；8-支气路（旁通气道）图5-2-6与测量片同轴的电位计1-空气进口；2-电动汽油泵触点；3-平衡块；4-回位簧（卷簧）；5-电位计；6-空气出口模块五汽车电子控制系统---

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传感器2）热线式和热膜式空气流量传感器

热线式空气流量传感器由感知空气流量的白金热线（铂金属线）、温度补偿电阻（冷线）、控制线路板、取样管、防护网及壳体等组成，如图5-2-8所示。图5-2-9热线式空气流量传感器工作原理A-混合集成电路；RH-热线电阻；RK-温度补偿电阻；RA-精密电阻；RB-电桥电阻图5-2-8热线式空气流量传感器工作原理1-防护网；2-取样管；3-白金热线；4-温度补偿电阻；5-控制线路板；6-连接器模块五汽车电子控制系统---

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传感器工作原理：热线RH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使热线RH通过的电流加大，反之，减小。这样，就使得通过热线RH的电流是空气质量流量的单一函数，即热线电流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。别克、日产MAXIMA（千里马）、沃尔沃等一些高档轿车采用这种空气流量传感器。4.节气门位置传感器

节气门位置传感器可以将节气门的开度转换成电信号输送给ECU，作为ECU判定发动机运转工况从而控制不同的喷油量。它有三种型式：开关触点式、线性可变电阻式、综合型节气门位置传感器。如图5-2-10所示为开关型节气门位置传感器，它有两副触点：怠速触点（IDL）和全负荷触点（PSW），两开关触点的开启和闭合由一个和节气门同轴的凸轮控制。节气门全关闭时，怠速触点IDL闭合；节气门开时，怠速触点打开；全负荷触点在节气门由全闭位置到中小开度范围内一直处于开启状态，当节气门打开至一定角度的位置时，全负荷触点开始闭合，ECU根据两触点的闭合信号来判定发动机的运行工况。

如图5-2-11所示为丰田1G-EU发动机的开关型节气门位置传感器与ECU的连接线路。模块五汽车电子控制系统---

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传感器2）线性节气门位置传感器

线性节气门位置传感器是一种线性电位计，电位计的滑动触点由节气门轴带动，结构如图5-2-12所示。在不同的节气门开度下，电位计的电阻也不同，从而将节气门开度变为电压信号输送给ECU，ECU可以获得节气门由全闭到全开的所有开启角度的连续变化的电压信号，以及节气门开度的变化速率，从而更精确地判定发动机的运行工况。一般在这种节气门位置传感器中，也设有一怠速触点IDL，以判定发动机的怠速工况。如图5-2-13所示皇冠3.0车线性节气门位置传感器与ECU的连接线路。图5-2-12线性节气门位置传感器结构与特性图5-2-13线性节气门位置传感器与ECU的连接线路模块五汽车电子控制系统---

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传感器3）综合型节气门位置传感器综合型节气门位置传感器是在线性可变电阻型节气门位置传感器的基础上设一怠速触点而成，这种传感器有两个与节气门轴同轴的触点，一个触点可在电阻器上滑动，并与电阻器形成一电位计，它将节气门开度值转化为电压值，另一个专门用于确定节气门全关闭位置时的怠速信号。5．曲轴位置

曲轴位置传感器用于检测发动机曲轴转角和活塞上止点，并将检测信号及时输送至发动机ECU，用以控制点火时刻和喷油正时，同时，亦是测量发动机转速的信号源。曲轴位置传感器又称发动机转速与曲轴位置传感器，或称曲轴位置/判缸/转速传感器，它是发动机电控系统中最重要的传感器。曲轴位置传感器的结构和安装位置随车型的不同而异，按产生信号的原理，可分为磁脉冲式、光电式和霍尔式三类。1)磁脉冲式曲轴位置传感器

如图5-2-14所示，在曲轴皮带轮后端设置一个带有细齿的薄圆齿盘（称为信号盘），它随曲轴一起旋转。在信号盘的外缘，沿着圆周每隔40有个齿，共有90个齿，并且每隔1200布置1个凸缘，共3个，安装在信号盘边沿的传感器盒是产生电信号的信号发生器，信号发生器内有3个在永久磁铁上绕有感应线圈的磁头，其中磁头②产生的120°信号，用于辨别气缸和检测活塞上止点位置，磁头①和磁头③共同产生曲轴1°转角信号，用以检测曲轴转角和发动机转速信号。信号发生器外部有四孔连接器，孔“1”为120°信号输出线，孔“2”为信号放大与整形电路的电源线，孔“3”为1°信号输出线，孔“4”为接地线。如图5-2-14所示模块五汽车电子控制系统---

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传感器发动机转动一圈，信号信号盘的齿和凸缘引起通过感应线圈的磁场发生变化，从而在感应线圈里产生交变的电动势，经滤波整形后，即变成脉冲信号输送给ECU。其中，磁头②产生三个120°，磁头①和磁头③各产生相位差900的90个脉冲信号，经信号合成后向电脑输送180个脉冲10的信号，如图5-2-15所示。图5-2-15磁脉冲信号的产生模块五汽车电子控制系统---

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传感器2)霍尔式曲轴位置传感器的检测

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，经放大整形后即为曲轴位置传感器的输出信号。霍尔信号发生器的工作原理：霍尔信号发生器由永久磁铁、导磁板和霍尔集成电路等组成（图5-2-16（a）所示）。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），如图5-2-16（a）所示，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（图5-2-16（b）），这时产生霍尔电压，将霍尔元件间歇产生的霍尔电压信号经霍尔集成电路放大整形后，即向ECU输送电压脉冲信号。（a）触发叶片进入空气隙中，霍尔元件中的磁场被旁路（b）触发叶片离开空气隙，霍尔元件被磁场饱和图5-2-16霍尔式信号发生器的原理1-信号轮的触发叶片2-霍尔元件3-永久磁铁4-底板5-导磁板模块五汽车电子控制系统---

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传感器

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，如图5-2-17所示。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200、300和100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750，1100弧长的触发叶片前沿在第5缸和第2缸上止点前75°。发动机转一圈，霍尔传感器输出的信号，如图5-2-18所示。图5-2-17霍尔式曲轴位置传感器（GM公司）

1-外信号轮2-内信号轮图5-2-18霍尔式曲轴位置传感器输出信号（GM公司）模块五汽车电子控制系统---

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传感器6．氧传感器

氧传感器安装在发动机排气管上，通过检测排放气体中氧的含量来获得混合气浓稀的信号，并将检测结果转为电信号送给ECU，ECU根据此信号不断修正喷油量，使混合气保持在理想范围内。目前使用的氧传感器有氧化锆（ZrO2）式和氧化钛（TiO2）式两种，其中应用最多的是氧化锆式氧传感器。

1)氧化锆式氧传感器氧化锆式氧传感器的基本元件是氧化锆（ZrO2）陶瓷管，亦称锆管（图5-2-19a））。锆管固定在带有安装螺纹的固定套中，内外表面均覆盖着一层多孔性的铂膜，其内表面与大气接触，外表面与废气接触。氧传感器的接线端有一个金属护套，护套上开有与大气相通的孔；电线将锆管内表面的铂极经绝缘套从此接线端引出,如图5-2-19（b）。图5-2-19氧化锆式氧传感器实物与结构图1-保护套管；2-废气；3-锆管；4-电极；5-弹簧；6-绝缘体；7-信号输出导线；8-空气模块五汽车电子控制系统---

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传感器

氧传感器的工作原理

锆管的陶瓷体是多孔的，渗入其中的氧气，在温度（高于3000C）较高时发生电离。由于锆管内、外侧氧含量存在浓差，因而氧离子从大气侧向排气一侧扩散，从而使锆管成为一个微电池，在两铂极间产生电压，如图5-2-20所示。当混合气的实际空燃比小于理论空燃比，即发动机以较浓的混合气运转时，排气中氧含量少，但CO、HC、H2等较多，这些气体在锆管外表面的铂催化作用下与氧发生反应，将耗尽排气中残余的氧，使锆管外表面氧气浓度变为零，这就使得锆管内、外侧氧浓度差加大，两铂极间电压陡增。因此，锆管传感器产生的电压将在理论空燃比时发生突变：稀混合气时，输出电压几乎为零；浓混合气时，输出电压接近1V。故氧传感器的输出电压在0.1~0.8V之间不断变化。图5-2-20氧化锆传感器工作原理1-正极；2-加热器；3-ZrO2元件；4—负极；5-多孔涂层；6-不锈钢保护套模块五汽车电子控制系统---

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传感器2）氧化钛式氧传感器

氧化钛式氧传感器是利用二氧化钛（TiO2）材料的电阻值随排气中氧含量的变化而变化的特性制成的，故又称电阻型氧传感器，如图5-2-21所示。二氧化钛在常温下是一种高电阻的半导体，但表面一旦缺氧，其晶格便出现缺陷，电阻随之减小，这种现象与温度和氧含量有关，因此，在二氧化钛式氧传感器内部也有一个电加热器，以保持氧化钛式氧传感器在发动机工作过程中的温度恒定不变。工作原理：ECU2#端子子将一个恒定的1V电压加在氧化钛式氧传感器的一端上，传感器的另一端子与ECU4#端子相接，如图5-2-22所示。当排出的废气中氧浓度随发动机混合气浓度变化而变化时，氧传感器的电阻随之改变，ECU4#端子上的电压降也随着变化，当4#

端子上的电压高于参考电压时，ECU判定混合气过稀，当4#端子上的电压低于参考电压时，ECU判定混合气过浓。通过ECU的反馈控制，可保持混合气的浓度在理论空燃比附近。图5-2-22二氧化钛式氧传感器工作原理1-氧化钛式氧传感；2-1V电压端子；3-ECU；4-输出电压端子模块五汽车电子控制系统---

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传感器1.汽车中要检测的温度量有哪些？

2.汽车中要检测的压力有哪些？

3.简述氧化锆式氧传感器的工作原理？4简述水温传感器的作用与原理5.简述霍尔式曲轴位置传感器的结构及原理小结作业本了主要讲述了：汽车传感器的作用、种类、特性；汽车上主要传感器的作用、结构、原理教学要求：掌握汽车传感器的作用和种类；了了解汽车常用传感器的结构、原理模块五汽车电子控制系统----------单元二汽车传感器与执行器----------任务二

执行器任务二执行器二、汽车上典型执行器一、执行元件的作用与种类模块五汽车电子控制系统----------单元二汽车传感器与执行器----------任务二

执行器

【学习目标】1.掌握执行器的作用和类别；2.了解汽车上主要执行器的类别、作用、结构和原理。模块五汽车电子控制系统----------单元二汽车传感器与执行器----------任务二

执行器【任务引入】

电子控制系统对控制对象的控制，最终都要由执行器去执行，电子控制系统发出的指令都是电信号，但被控制对象是多种多样的，因此汽车上的执行器也有很多种。本任务讲述的就是汽车执行器的作用、种类及典型执行器的结构和原理。【知识链接】一、执行元件的作用与种类

执行元件是电子控制系统的终端，主要是执行ECU的指令，对被控对象实施控制。按对被控对象实施调控的方式不同，汽车电控系统的执行元件可分两类：一类是直接控制式，如喷油器、炭罐电磁阀等；另一类是间接控制式，如燃油泵、启动机等；按结构原理不同，可分为：电磁式、电液式、电气式等；按运动状态可分为：开关式（电磁阀）和连续动作式（如直流电机）。二、汽车上的典型执行器1.继电器

如图所示5-2-23为滑阀式燃油泵主继电器结构图，主要由电磁线圈和触点等组成。作用是通过对线圈的电流控制，达到控制经过触点的工作电流的目的。

继电器分为电压型和电流型两种。电流型继电器的电磁线圈通过的电流大，经过触点的电流较小，如舌簧开关；电压型继电器的特点是电磁线圈通过的电流小，而经过触点的电流较大。汽车上电压型继电器应用较多，图5-2-24为继电器的控制原理图，接通点火开关时电流通过主继电器线圈，滑阀被吸引，触点闭合，于是电源向ECU（+B或B1）供电；当断开点火开关时，主继电器触点打开，切断ECU的电源电路。任务二执行器模块五汽车电子控制系统---

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执行器2.电磁阀

电磁阀常用来控制液（气）体的通路，如炭罐电磁阀、EGR阀；或是控制油路中的油压和流量，如自动变速器中的换挡阀油路；或者进行线性模拟控制，如喷油器。按ECU输出的控制信号是否连续可分为开关型和连续型两种，如图5-2-25所示为开关式电磁阀，它由电磁线圈、衔铁、回位弹簧、阀芯和阀球等组成。图5-2-25开关式电磁阀1-电脑；2-电磁线圈；3-衔铁和阀芯；4-阀球5-泄油孔；6-主油道；7-控制油道工作原理是：当电磁线圈不通电时，阀芯被油压推开，油路6和7油路相通；当电磁阀线圈通电时，电磁阀使阀芯下移，关闭油道6和油道7。线性脉冲式电磁阀的结构与开关式电磁阀相似，不同之处在于控制电磁线圈的电信号不是恒定不变的电压信号，而是一个固定频率（占空比控制）的脉冲电信号，电脑通过改变每个脉冲周期内电流接通和断开的时间比率（称为占空比，变化范围为0%~100%），改变电磁阀开启和关闭时间的比率，来控制油路的压力。模块五汽车电子控制系统---

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执行器3.喷油器

多点式汽油喷射系统（MPI）的喷油器安装在各缸进气歧管上，单点式汽油喷射系统（SPI）喷油器安装在节气门体上，现代汽车广泛使用多点顺序喷射。如图5-2-26所示喷油器实物。图5-2-26喷油器实物喷油器属于电磁阀类，其结构如图5-2-27所示。喷油器内部有一个电磁线圈，外部有引出插座，经线束与ECU连接，喷油器头部的针阀与衔铁连结为一体。ECU发出的电脉冲信号控制电磁线圈，当电磁线圈通电时，便产生吸力，将衔铁和针阀吸起，打开喷孔，燃油便经针阀头部的轴针与喷孔之间的环形间隙以雾状高速喷喷入进气歧管；当电磁线圈断电时，吸力消失，弹簧将衔铁和针阀下压，关闭喷孔，喷油器便停止喷油。ECU通过改变电脉冲的宽度来控制喷油器每次喷油的时间，从而控制喷油量。喷油器每次喷油的时间一般为2~10ms；时间愈长，喷油量就愈多。模块五汽车电子控制系统---

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执行器4.电动汽油泵

电动汽油泵是一种由小型直流电动机驱动的油泵。电动机和油泵做成一体，如图5-2-28所示。多数车型的电动汽油泵安装在油箱内，有的安装在油箱外，少数车型在油箱内和油箱外各安装一个电动汽油泵。图5-2-28电动汽油实物常见的电动汽油泵有两种类型：滚柱式和平板叶片式。模块五汽车电子控制系统---

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执行器如图5-2-29为滚柱式电动燃油泵的结构图。泵壳的一端是进油口，另一端是出油口，滚柱式油泵由壳体中间的直流电动机高速驱动。当直流电机驱动转子旋转时，由于离心力的作用，转子槽内的滚柱向外移动，紧靠在偏心的泵体壁面上，滚柱随转子一同旋转时泵腔容积发生变化：燃油进口处容积越来越大，出口处容积越来越小，使燃油经过入口的滤网被吸入油泵，加压后经过电动机周围的空间由出口泵出。油泵出口处有一单向阀，在油泵不工作时阻止燃油倒流回油箱，以保持发动机停机后的燃油压力，便于再次起动，这种油泵的的最大泵油压力在400kPa，图5-2-30为典型的由ECU控制的电动汽油泵控制电路原理图。

平板叶片式电动汽油泵与滚柱式结构相似，但它的转子是一块圆形平板，由于改变了转子的结构，使得泵的最大泵油压力可达600kPa以上。图5-2-29滚柱式电动汽油泵1-缓冲器；2-单向阀；3-油泵；4-进油器5-限压阀；6-电动机；7-出油口；8-膜片；9-转子10-泵体11-滚柱模块五汽车电子控制系统---

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执行器5.怠速控制阀

怠速控制阀通常安装在节气门体上，如图5-2-31所示。其作用是在ECU的控制下调整发动机怠速转速，将怠速转速保持在设定的范围内。常见的怠速控制阀有步进电动机式和脉冲线性电磁阀式两种。图5-2-31怠速控制阀实物模块五汽车电子控制系统---

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执行器1）步进电机式如图5-2-32所示，步进电机式怠速控制阀由步进电动机、螺旋机构（螺杆和螺母）、阀芯、阀座等组成。螺旋机构中的螺母和步进电动机的转子制成一体。螺体与步进电动机壳体之间为滑动花键连接，使螺杆不能作旋转运动，只能沿轴向作直线运动。当步进电动机转动时，螺母驱动螺杆作轴向移动。步进电动机转子每转动1圈，螺杆便移动1个螺距。螺杆上固定着阀芯，螺杆向前或向后移动时，带动阀芯关小或开大旁通空气道的通过截面。ECU通过控制步进电动机的转动方向和转角来控制螺杆的移动方向和移动距离，从而达到控制旁通空气道的通过截面、调整怠速进气量的目的。模块五汽车电子控制系统----单元一汽车电控系统的组成---任务一

汽车电控系统的组成、类型和功能2）脉冲线性电磁阀式怠速控制阀

图5-2-33所示为线性脉冲式怠速控制阀。它是用一个脉冲电磁阀来控制通过旁通空气道的空气量，脉冲电磁阀与普通电磁阀的结构基本相同。阀门的开闭由ECU提供的电脉冲控制，当电磁线圈中通电时，产生电磁吸力，使阀轴作轴向移动，带动阀脱离阀座，形成空气通道；当电磁线圈断电时，阀轴在回位弹簧的作用下向下移动，关闭旁通空气道。ECU通过改变每个脉冲周期内电流接通和断开的时间比率（称为占空比）控制空气通道的大小，实现对怠速的控制。模块五汽车电子控制系统---

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执行器小结本节主要讲述了：汽车执行器的作用与种类；汽车典型执行的作用、结构与原理要求：掌握汽车执行器的作用；了解汽车上典型执行器的作用、结构与原理作业

1.简述继电器的作用?

2.继电器与电磁阀的相同点与不同点?

3.简述电动燃油泵的作用和种类?模块五汽车电子控制系统---

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执行器返回图5-2-30ECU控制的电动汽油泵控制电路原理图1-蓄电池；2-起动机；3-点火开关；4-发动机转速传感器；5-主继电器；6-电动汽油泵继电器；7-ECU；8-检查插座；9-电动汽油泵模块五汽车电子控制系统---

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执行器图5-2-24主继电器电路图5-2-23主继电器的结构1-线圈；2-滑阀（可动铁心）；3-调整块；4-触点返回模块五汽车电子控制系统----单元一汽车电控系统的组成----任务一

汽车电控系统的组成、类型和功能图5-2-14磁脉冲式曲轴位置传感器结构返回模块五汽车电子控制系统-

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汽车电控系统的组成、类型和功能图5-2-10开关量输出型节气门位置传感器的结构与电压输出信号1-连接器；2-动触点；3-全负荷触点；4-怠速触点；5-控制臂；6-节气门轴；7-凸轮；8-槽图5-2-11节气门位置传感器与ECU的连接（丰田1G-EU）返回模块五汽车电子控制系统----单元一汽车电控系统的组成----任务一

汽车电控系统的组成、类型和功能图5-2-7叶片式空气流量传感器电路原理1-电动汽油泵开关2-可变电阻3-固定电阻4-进气温度传感器返回模块五汽车电子控制系统----单元一汽车电控系统的组成----任务一

汽