汽车电子控制技术基础

第8章汽车电子控制技术根底本章主要内容汽车电子控制系统的根本组成汽车传感器结构与工作原理电子控制器的根本结构、工作原理执行器的结构与工作原理8.1概述1.汽车电子控制技术开展概况20世纪60年代：燃油喷射、速度控制、制动防抱死等方面的电子控制装置，由晶体管分立元件组成；20世纪70年代初期：集成电路的应用；1976年，美国通用公司首次将微处理器应用于汽车发动机点火控制；20世纪90年代，信息技术在汽车上得到开展。电子化仪表、电子地图和GPS系统。8.1概述

现代汽车：微处理器为控制核心的控制系统已广泛地运用于汽车发动机、底盘及车身的各个系统中，汽车已成为机电一体化的产品。未来的汽车：高度智能化，应用功能强大的微型计算机，其综合处理信息的速度和能力更高，使各控制系统工作更加协调一致。红外摄像，微波雷达、激光雷达、超声波测距与测速雷达等汽车电子控制技术实现汽车自动驾驶也不会太遥远。8.1概述2.汽车电子控制系统的根本组成传感器电子控制器执行器

传感器：将发动机的工况及状态、汽车的行驶工况和状态等物理参量转变为电信号，输送给电子控制器。电子控制器：对各传感器输入的电信号进行综合的处理，作出实时的判断，并输出控制信号。执行器：根据控制器的控制信号作出相应的控制动作，将控制参量迅速调整到设定的值，使控制对象工作在设定的状态。8.2传感器传感器的组成传感器的分类车用传感器的种类传感器的开展趋势8.2.1传感器的组成传感器由敏感元件、转换元件、测量电路三局部组成。非电量电量敏感元件转换元件测量电路辅助电源电路8.2.1传感器的组成敏感元件是指能直接感受〔或响应〕被测量的局部，即将被测量通过传感器的敏感元件转换成与被测量有确定关系的非电量或其它量。转换元件那么将上述非电量转换成电参量。测量电路的作用是将转换元件输入的电参量经过处理转换成电压、电流或频率等可测电量，以便进行显示、记录、控制和处理的局部。8.2.2传感器的分类按输入量分：温度、压力、速度、加速度、位移、湿度等；按测量原理分：电磁原理、固体物理学理论；按结构与物理性质分：结构型、物性型。8.2.3传感器的开展趋势传感器的固态化、小型化传感器集成与多功能化传感器的智能化8.3车用传感器根据被测量分类：流量传感器位置传感器压力传感器温度传感器浓度传感器爆震传感器速度传感器碰撞传感器〔加速度〕8.3.1流量传感器一、流量传感器概述1.空气流量传感器的功用与类型空气流量传感器是测定吸入发动机的空气流量的传感器。〔1〕功用：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正确浓度的混合气，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)喷油量的主要依据。如果空气流量传感器或线路出现故障，ECU得不到正确的进气量信号，就不能正常地进行喷油量的控制，将造成混合气过浓或过稀，使发动机运转不正常。

8.3.1流量传感器〔2〕流量传感器类型①根据检测进气量的方式分为D型〔压力型〕、L型〔流量型〕；②按其结构型式可分为翼片式、量芯式、热线式、热膜式、卡门涡旋式等几种。8.3.1流量传感器D型〔压力型〕流量传感器：它依据发动机负荷状况，测出进气歧管中绝对压力的变化，并将其转换成电压信号，与转速信号一起送到ECU，作为确定根本喷油量的依据。怠速与加速时进气量相差40倍，最大流速达80m/s，D型流量传感器的检测精度不高，但价格低。L型〔流量型〕：检测吸入进气管的空气流量。分为体积型〔翼片式、量芯式、卡门涡旋式〕和质量型〔热线式、热膜式〕，质量型空气流量传感器无运动部件，且气流流动阻力小工作性能稳定，检测精度高，但制造本钱较高。热膜式寿命长。8.3.1流量传感器2.翼片式空气流量传感器〔1〕翼片式空气流量传感器工作原理与特点翼片式空气流量传感器是一种利用力矩平衡原理开发的流量传感器。特点：结构简单、价格低、可靠性较高。如丰田CAMRY(佳美)小轿车、丰田PREVIA(大霸王)小客车、马自达MPV多用途汽车等采用。8.3.1流量传感器〔2〕翼片式空气流量传感器结构检测部件、电位计、调整部件、进气温度传感器和接线插座等组成。8.3.1流量传感器检测部件：由测量叶片和缓冲叶片组成。测量叶片在主气道中随空气流量的变化而偏转，缓冲叶片在缓冲室偏转。调整部件：即主气道下方的旁气道上的改变旁通进气量的CO调节螺钉，用来调节发动机怠速时的CO排放量。当怠速时的CO排放量过高，说明混合气过浓，应调节CO调节螺钉使进气量增加，反之，减少进气量。8.3.1流量传感器电位计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。8.3.1流量传感器原理电路与接线插座〔E1、E2为搭铁端〕8.3.1流量传感器有限流电阻的电路〔12V电源〕用于模拟控制系统，无限流电阻的电路〔5V电源〕用于数字计算机控制系统。电动燃油泵电路控制触点1〔简称油泵触点〕受检测部件控制。当发动机运转时，翼片稍微偏转后，油泵触点1就会闭合，燃油泵电路接通，为发动机工作供油；而当发动机熄火后，翼片在全闭位置，油泵触点翻开，燃油泵电路断开，油泵停止工作。这样，在发生意外〔翻车、撞车〕事故时，防止油泵工作，燃油外溢造成火灾。进气温度传感器为负温度系数热敏电阻。8.3.1流量传感器传感器工作原理：传感器测量片的推力力矩与测量片轴上复位卷簧弹力力矩的作用。当发动机工作时，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力矩与测量片轴上复位卷簧弹力力矩的平衡状况。进气量的大小由驾驶员操纵节气门来改变。

进气量愈大，气流对测量片的推力力矩愈大，测量片的开启角度

也就愈大，电位计电阻变小，输出电压信号降低，故空气流量与信号电压成反比。8.3.1流量传感器〔3〕翼片式流量传感器输出特性8.3.1流量传感器为了防止电源电压UB对信号电压的影响,将信号电压US与电源电压UB的比值来计算进气量QAQA=CUS/UB式中QA——体积流量，C——常数，US/UB——分压比对于有限流电阻的传感器，为了保证测量精度，电压UC必须由稳压源提供，这样可根据VS〔5V〕端输出电压精确计算进气量。QA=C/US翼片式空气流量计为体积型，故要根据进气温度和大气压力对流量作修正。进气温度传感器与流量传感器作成一体，大气压力传感器安装在电控单元里。8.3.1流量传感器3.涡流式流量传感器〔1〕工作原理卡门涡流：在进气管道正中间设有一流线形或三角形的涡流发生器，当空气流经该涡流发生器时，在其后部的气流中会不断产生一列不对称却十分规那么的被称为卡门涡流的空气涡流。根据卡门涡流理论，这个旋涡行列是紊乱地依次沿气流流动方向移动，其移动的速度与空气流速成正比，即在单位时间内通过涡流发生器前方某点的旋涡数量与空气流速成正比。因此，通过测量单位时间内涡流的数量就可计算出空气流速和流量。8.3.1流量传感器涡流式空气流量传感器根据卡尔曼涡流理论，利用超声波或光电信号检测涡流频率来测量空气流量。超声波式〔如丰田凌志LS400、台湾进口皇冠3.0〕光电式〔如三菱吉普车、长丰猎豹、韩国现代〕8.3.1流量传感器当流体管道直径为D时，流量QA为

QA=

4

D2v1

=4

D2StSdS1f

=Cfv1——管道内流体的平均流速S1——发生器管道两侧流通面积S——管道总流通面积C=

dS1D2/(4StS)8.3.1流量传感器当管道与涡流发生器尺寸确定后，C为常数。故检测涡流频率f，即可求得体积流量QA。涡流式传感器输出信号是与涡流频率成正比的脉冲数字信号，具有响应速度快、检测精度高、进气阻力小、无磨损等优点，但需根据进气温度、大气压力修正，本钱高。8.3.1流量传感器〔2〕光电检测涡流式空气流量传感器①结构主要由涡流发生器、发光二极管、光敏三极管、反光镜、张紧带、集成厚膜控制电路和进气温度传感器。8.3.1流量传感器②检测原理光电检测涡旋式流量传感器，其内有一只发光二极管和一只光敏三极管〔在反光镜上部〕。发光二极管发出的光束被一片反光镜反射到光敏三极管上，使光敏三极管导通。反光镜安装在一个很薄的金属簧片上，金属簧片用细薄的张紧带张紧在导压腔的外外表上。金属簧片在进气气流旋涡的压力作用下产生振动，其振动频率与单位时间内产生的旋涡数量相同。反光镜随簧片一同振动，因此被反射的光束也以相同的频率变化，致使光敏三极管也随光束以同样的频率导通、截止。ECU根据光敏三极管导通、截止的频率即可计算出进气量。涡旋式流量传感器检测的是体积流量，故要根据进气温度传感器修正温度变化引起的误差。8.3.1流量传感器〔3〕超声波检测涡流式空气流量传感器①结构主要由涡流发生器、超声波发生器、超声波接受器、集成控制电路和进气温度传感器、大气压力传感器。

8.3.1流量传感器②检测原理在发动机运转时，超声波发射器不断地向超声波接收器发出一定频率的超声波。当超声波通过进气气流到达接收器时，由于受气流中旋涡的影响，使超声波的相位发生变化。ECU根据接收器测出的相应变化的频率，计算出单位时间内产生的旋涡的数量，从而求得空气流速和流量。当发动机转速低时，进气量小，涡流频率低；反之，转速高，进气流量大，涡流频率高。如三菱、猎豹吉普车发动机700转/分时，涡流频率为25-45Hz，2000转/分，70-90Hz.8.3.1流量传感器4.热丝式与热膜式流量传感器〔1〕根本结构由感知空气流量的铂金属丝或铂金属膜、根据进气温度进行修正的温度补偿电阻(冷线)、控制热丝或铂金属膜电流并产生输出信号的控制线路板以及空气流量传感器的壳体等元件组成。〔2〕特点响应速度快，检测精度不受进气气流脉动的影响，进气阻力小、无磨损部件。目前大多数中高档车如别克、尼桑千里马、沃尔沃采用热丝式；马自达、捷达都市先锋、新捷达王、红旗CA7220E、桑塔纳2000GSi等采用热膜式。8.3.1流量传感器结构8.3.1流量传感器〔3〕工作原理把通电加热的铂丝置于空气流中，使铂丝温度和吸入空气温度差保持一定。铂丝成为惠斯顿电桥中的一个臂。控制电路热膜温度传感器防护网A：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8.3.1流量传感器原理电路8.3.1流量传感器测量原理热丝或热膜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使热丝或热膜通过的电流加大，反之，那么减小。这样，就使得通过热丝或热膜RH的电流是空气质量流量的单一函数，即热丝电流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。8.3.1流量传感器〔4〕特性曲线8.3.1流量传感器8.3.1流量传感器旋转翼片式〔叶片式〕空气流量计：结构简单，测量精度较低，测得的空气流量需要进行温度补偿；卡门涡旋式空气流量计：无可动部件，反映灵敏，精度较高，也需要进行温度补偿；热丝式与热膜式空气流量传感器：响应速度快，检测精度不受进气气流脉动的影响，测量精度高，无需温度补偿，进气阻力小，无磨损部件等优点而应用普遍。热线式空气流量计：易受气体脉动的影响，易断丝；热膜式空气流量计和热线式空气流量计测量原理一样，但体积少，适合大批量生产，本钱低。空气流量传感器的主要技术指标为：工作范围0.11～103立方米/min，工作温度-40℃～120℃，精度≤1%。8.3.2位置传感器1.曲轴与凸轮轴位置传感器的分类曲轴位置传感器(CPS,CrankshaftPositionsensor)，又称为发动机转速与曲轴转角传感器。凸轮轴位置传感器(CPS,CamshaftPositionsensor)又称为汽缸识别传感器〔CIS,CylinderIdentificationSensor〕，为了与曲轴位置传感器英文缩写区别，一般用CIS表示。8.3.2位置传感器〔1〕曲轴与凸轮轴位置传感器的功用曲轴位置传感器的功用：它采集发动机曲轴转速与曲轴转角信号送至电控单元，以便计算并控制喷油提前角与点火提前角。凸轮轴位置传感器的功用：采集配气凸轮轴的位置信号送至电控单元，以便确定活塞处于压缩〔或排气〕冲程上止点的位置。8.3.2位置传感器〔2〕曲轴与凸轮轴位置传感器的类型由于曲轴位置传感器与凸轮轴位置传感器工作原理相同，大多数汽车将其作成一体。光电式、磁电式、霍尔式光电式：日产公爵王、三菱与猎豹吉普车磁电式：丰田系列车霍尔式：红旗CA7220E、切诺基吉普车捷达AT与GTX、桑塔纳2000GSi及3000、奥迪200轿车采用磁电式曲轴位置传感器与霍尔式凸轮轴位置传感器。2.光电式曲轴与凸轮轴位置传感器〔1〕结构：信号发生器和带缝隙和光孔的信号盘8.3.2位置传感器

信号盘随分电器轴转动，产生透光和遮光交替变化。当发光二极管的光束照到光敏二极管时，光敏二极管产生电压；当发光二极管光束被挡住时，光敏二极管电压为0。发光管分火头密封盖信号盘电路光敏二极管输出信号光敏二极管发光二极管遮光盘8.3.2位置传感器工作原理图8.3.2位置传感器8.3.2位置传感器〔2〕工作原理信号发生器固装在分电器壳体上，主要由两只发光二极管、两只光敏二极管〔分别对应信号盘内圈孔和信号盘外圈孔〕和电子电路组成。两只发光二极管分别正对着光敏二极管，发光二极管以光敏二极管为照射目标。信号盘位于发光二极管和光敏二极管之间，当信号盘随发动机曲轴运转时，因信号盘上有光孔，产生透光和遮光的交替变化，造成信号发生器输出表征曲轴位置〔信号盘内圈孔〕和转角〔信号盘外圈孔〕的脉冲信号。8.3.2位置传感器信号盘结构信号盘有内外两圈孔，外圈有360个孔，用来感测曲轴转角并将其转化为电压脉冲信号〔Ne信号，曲轴转角信号〕，电控单元根据该信号计算发动机转，并控制汽油喷射正时和点火正时。信号盘内圈有6个孔〔6缸发动机〕，产生G信号〔压缩冲程上止点信号，120°信号〕，其中第1缸透光孔比其它缸透光孔稍长〕，用来感测第1缸压缩上止点，由于信号发生器安装位置的关系，在活塞上止点前70°输出。8.3.2位置传感器G信号〔汽缸上止点位置信号，120°信号〕：信号发生器安装位置的关系，120°信号〔6缸发动机〕在活塞上止点前70°输出。由于第1缸透光孔比其它缸透光孔稍长，G信号发生器输出一宽脉冲，ECU接受到该信号时即判定为第1缸压缩上止点位置前70°。Ne信号〔曲轴转角信号，1°信号发生器〕：Ne信号发生器输出360个脉冲，每个脉冲周期高电位对应1°〔信号盘上透光孔间隔角度为0.5°，遮光局部角度为0.5°〕，低电位亦对应1°，共表征曲轴转角720°。喷油提前角和点火提前角可控制在1°曲轴转角内。8.3.2位置传感器8.3.2位置传感器3.磁感应式曲轴与凸轮轴位置传感器〔1〕结构信号转子、传感线圈、永久磁铁和导磁磁轭8.3.2位置传感器8.3.2位置传感器〔2〕输出信号8.3.2位置传感器丰田轿车：Ne信号是检测曲轴转角及发动机转速的信号。8.3.2位置传感器丰田轿车G信号用于判别气缸及检测活塞上止点位置。G1、G2信号分别检测第6缸及第1缸的上止点。由于G1、G2信号发生器设置位置的关系，当产生G1、G2信号时，实际上活塞并不是正好到达上止点〔BTDC〕，而是在上止点前10°的位置。8.3.2位置传感器4.霍尔式曲轴位置传感器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。它是利用触发叶片或轮齿改变通过霍尔元件的磁场强度，从而使霍尔元件产生脉冲的霍尔电压信号，经放大整形后即为曲轴位置传感器的输出信号。8.3.2位置传感器〔1〕霍尔效应UH=IB霍尔传感器的优点：输出信号为方波；输出电压与转速无关。dRH8.3.2位置传感器〔2〕霍尔传感器结构由触发叶轮、永久磁铁、导磁板〔磁轭〕和霍尔集成电路等组成。其中霍尔集成电路由霍尔元件、放大电路、稳压电路、温度补偿电路、信号变换电路和输出电路组成。当电源电压为14V时，霍尔集成电路输出高电平达9.8V；当电源电压为5V时，霍尔集成电路输出高电平达4.8V。而低电平为。8.3.2位置传感器霍尔集成电路原理图8.3.2位置传感器〔3〕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。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〕，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，这时产生霍尔电压。永久磁铁霍尔元件触发轮当触发叶轮上的叶片进入永久磁铁与霍尔元件之间时，磁场被叶片旁路，不产生霍尔电压；当缺口局部进入磁铁与霍尔元件之间时，磁力线进入霍尔元件，传感器输出电压信号。8.3.2位置传感器8.3.2位置传感器例1：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。在发动机的曲轴皮带轮前端固装着内外两个带触发叶片的信号轮，与曲轴一起旋转。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20°、30°和10°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75°，110°弧长的触发叶片前沿在第5缸和第2缸上止点前75°。8.3.2位置传感器结构8.3.2位置传感器输出特性8.3.2位置传感器外信号轮每旋转1周产生18个脉冲信号〔称为18X信号〕，1个脉冲周期相当于曲轴旋转20°转角的时间，ECU再将1个脉冲周期均分为20等份，即可求得曲轴旋转1°所对应的时间，并根据这一信号，控制点火时刻。该信号的功用相当于光电式曲轴位置传感器产生1°信号的功能。内信号轮每旋转1周产生3个不同宽度的电压脉冲信号〔称为3X信号〕，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1、4缸、第3、6缸和第2、5缸上止点前75°作为ECU判别气缸和计算点火时刻的基准信号，此信号相当于前述光电式曲轴位置传感器产生的120°信号。8.3.3节气门位置传感器功用：将节气门的开度〔发动机的负荷〕大小转化为电信号输入发动机ECU，以确定空燃比的大小。在电子控制自动变速器中，节气门位置传感器信号要输入变速器ECU，作为变速器换档时机和变矩器锁止时机的主要信号。节气门位置传感器的类型：〔1〕从结构上可分为触点式、可变电阻式、触点与可变电阻组合式；〔2〕从输出信号分为线性型和开关性。8.3.3节气门位置传感器1.开关式节气门位置传感器传感器由与节气门轴联动的凸轮、动触点、怠速触点、满负荷触点〔功率触点〕等组成。动触点接微机电源，当节气门全关闭时，怠速触点与动触点接通；当节气门开度达50%以上时，满负荷触点与动触点接通；而当节气门开度在全闭至50%之间时，动触点悬空。8.3.3节气门位置传感器8.3.3节气门位置传感器输出特性与发动机工况8.3.3节气门位置传感器2.组合式节气门位置传感器组合式节气门位置传感器由怠速触点、线性电位计及滑动触点、节气门轴和壳体组成。由节气门轴带动电位计的滑动触点，在不同的节气门开度下，接入回路的电阻不同。怠速触点在节气门全闭或开度小于1.2°时闭合，输出低电平，开度大于1.2°时断开，输出高电平。8.3.3节气门位置传感器8.3.3节气门位置传感器自动变速器汽车用节气门位置传感器8.3.3节气门位置传感器五、节气门位置传感器

自动变速器汽车用节气门位置传感器输出特性8.3.3车身位置传感器1.车身位置传感器结构2.车高传感器的工作原理当车身高度发生变化时，导杆随摆臂上下摆动，从而通过轴驱动窄缝板转动，信号发生器的输出信号随之进行通〔ON〕、断(OFF)变换。8.3.3车身位置传感器8.3.4转向角度传感器1.转向角度传感器〔1〕功用：监测驾驶者转动方向盘的角度和速度，以便对急转弯进行调整。〔2〕结构光电式转角传感器安装位置和构造电路原理工作原理8.3.4转向角度传感器8.3.4转向角度传感器8.3.4转向角度传感器工作原理电控单元根据两组光电耦合元件输出信号导通〔ON〕与截止〔OFF〕频率可计算方向盘的转动角度和速度。同时由于两组光电耦合元件在安装时错开一定角度，使其导通〔ON〕与截止〔OFF〕变换的相位相差90°，这样可根据其导通的先后次序可判定方向盘的转向。当方向盘向左转动时，No.2光电耦合元件比No.1光电耦合元件先导通〔ON〕；当方向盘向右转动时，No.1光电耦合元件比No.2光电耦合元件先导通〔ON〕。8.3.5压力传感器1.进气歧管绝对压力传感器〔1〕结构硅膜片、真空室、混合集成电路、真空室接头和线束插头等组成〔如图〕。〔2〕功用进气歧管绝对压力传感器用于D型汽油喷射系统。它在汽油喷射系统中所起的作用和空气流量传感器相似。进气歧管绝对压力传感器根据发动机的负荷状态测出进气歧管内绝对压力〔真空度〕的变化，并转换成电压信号，与转速信号一起输送到电控单元〔ECU〕，作为确定喷油器根本喷油量的依据。8.3.5压力传感器〔3〕进气歧管绝对压力传感器结构图8.3.5压力传感器硅膜片结构8.3.5压力传感器硅膜片电路8.3.5压力传感器半导体压敏电阻式：由硅片、集成电路和真空室组成。原理：压力变化，硅片变形，应变电阻阻值变化，电桥输出电压变化。工作原理图8.3.5压力传感器连接电路〔1〕8.3.5压力传感器连接电路〔2〕8.3.5压力传感器8.3.6氧传感器氧传感器〔浓度传感器〕：用来检测混合气的空燃比比化学计量比浓还是稀，向ECU发出反响信号，调节喷油量，将混合气空燃比控制在化学计量比附近使三元催化转化器转换效率最高。8.3.6氧传感器氧传感器分类：氧化锆传感器、氧化钛式传感器在三元催化转化器的上游安装一个氧传感器，由于排气中的氧气浓度可以反映空燃比的大小，氧传感器用来检测混合气的空燃比比化学计量比浓还是稀，向ECU发出反响信号，调节喷油量，将混合气空燃比控制在理论值附近，使三元催化转化器转换效率最高。这种控制方式称为闭环控制方式。最常用的氧传感器是氧化锆式氧传感器。氧化锆传感器内侧通大气，外侧裸露在排气中。

8.3.6氧传感器1.二氧化锆氧气传感器〔1〕结构二氧化锆氧气传感器的根本元件是二氧化锆〔ＺrＯ2〕陶瓷，因其为固定电解质管，亦称锆管。锆管固定在带有安装螺丝的固定套内，锆管内外表与大气相通，外外表与排气相通，其内外外表都覆盖着一层多孔性的铂膜作为电极。氧传感器只有在高温时(端部到达300°C以上)其特性才能充分表达，才能输出电压。它在约800°C时，对混合气的变化反响最快，而在低温时这种特性会发生很大变化。氧化锆氧传感器8.3.6氧传感器〔2〕工作原理在高温及铂的催化作用下，带负电的氧离子吸附在氧化锆套管的内外外表上。由于大气中的氧气比废气中的氧气多，套管上与大气相通一侧比废气一侧吸附更多的负离子，两侧离子的浓度差产生电动势。当套管废气一侧的氧浓度低时，在电极之间产生一个高电压(0.6～1V)，这个电压信号被送到ECU放大处理，ECU把高电压信号看作浓混合气，而把低电压信号看作稀混合气。根据氧传感器的电压信号，电脑按照尽可能接近14.7∶1的理论最正确空燃比来稀释或加浓混合气。氧传感器是电子控制燃油计量的关键传感器。8.3.6氧传感器8.3.6氧传感器8.3.6氧传感器〔3〕正常工作条件发动机温度高于60C；氧传感器自身温度高于300C；发动机在怠速或局部负荷工况。2.二氧化钛〔ＴiＯ2〕氧传感器

二氧化钛氧传感器是利用半导体材料二氧化钛的电阻值，随排气中氧含量的变化而改变的特性制成的，是一种电阻型氧传感器。8.3.6氧传感器8.3.6氧传感器正常工作条件发动机温度高于60C；氧传感器自身温度高于600C；发动机在怠速或局部负荷工况。8.3.6氧传感器8.3.7温度传感器1.热敏电阻式温度传感器〔1〕进气温度传感器8.3.7温度传感器〔2〕工作电路8.3.7温度传感器NTC温度传感器特性8.3.7温度传感器2.热敏铁氧体温度传感器〔1〕结构由热敏铁氧体、磁铁、干簧管组成〔如图〕。8.3.7温度传感器〔2〕热敏铁氧体温度传感器的工作原理所谓热敏铁氧体是利用了下述物理现象的一种材料，即当磁性材料的温度超过居里点时，磁性会很快地丧失。居里点不随时间的变化而改变，这是因为它仅取决于所使用材料的成分比，而且居里点的精度较好，并可以加以设定。用于温控开关：如发动机散热器的电风扇控制。当外界温度由低升高穿越居里温度时，软磁环的磁导率迅速下降，通过干簧管的磁通密度减小，使干簧管的状态发生改变〔簧片接通或断开〕；当外界温度由高降低穿越居里温度时，软磁环的磁导率迅速增加，通过干簧管的磁通密度增大，使干簧管的状态发生改变〔簧片接通或断开〕，从而实现其温度控制开关状态。8.3.8爆震传感器爆震检测方法：一是检测气缸压力；二是检测发动机振动；三是检测燃烧噪声。目前常用检测发动机振动的方法来判断有无爆震。爆震传感器有磁致伸缩式和压电式两种。爆震传感器：通过检测缸体外表的震动信号，以判断发动机是否产生爆震。磁致伸缩式爆震传感器的使用温度为-40℃～125℃，频率范围为5～10kHz；压电式爆震传感器在中心频率5.417kHz处，其灵敏度可达200mV/g，在振幅为0.1g～10g范围内具有良好线性度。1.磁致伸缩式爆震传感器8.3.8爆震传感器2.压电式爆震传感器8.3.8爆震传感器爆震传感器8.3.9碰撞传感器1.滚球式碰撞传感器〔1〕结构8.3.9碰撞传感器〔2〕工作原理8.3.9碰撞传感器2.滚轴式碰撞传感器8.3.9碰撞传感器3.偏心锤式传感器〔1〕结构8.3.9碰撞传感器〔2〕工作原理8.3.9碰撞传感器4.水银开关式碰撞传感器〔平安传感器〕8.3.9碰撞传感器5.阻尼弹簧式传感器8.3.10速度传感器功用：将汽车行驶速度转化为电信号。类型：光电式、磁感应式、磁阻电阻式、笛簧开关式8.3.10速度传感器1.光电式8.3.10速度传感器〔1〕结构光电耦合器由发出光线的发光二极管、接收光线的光敏三极管和一个开有20条可透过光线的窄槽的转轮组成。开槽转轮由常规车速表的软轴驱动，其转速根据车速的快慢而变化，发光二极管与光敏三极管相对安装于槽轮的上下两侧，由槽轮隔开。〔2〕工作原理当转轮转动时，由于轮子不断遮断发光二极管射发射的光束，使光敏三极管时通时断，每当轮槽与发光二极管对准时，发光二极管所发光通过轮槽到达光敏三极管，光敏三极管便产生电压脉冲信号。8.3.10速度传感器2.磁阻电阻式速度传感器〔1〕结构8.3.10速度传感器〔2〕磁性电阻元件的工作原理当电流方向和磁力线方向平行时磁性电阻元件上的电阻最大。相反，当电流方向与磁力线方向成直角时，磁性电阻元件上的电阻最小。该车速传感器可在60km/h车速时以637rpm的转速旋转，并在每转中输出20个脉冲信号。8.3.10速度传感器8.3.10速度传感器〔2〕工作原理该传感器采用一个多极磁铁附加在驱动轴上，当传动齿轮带动驱动轴旋转时，磁铁随之旋转而使磁力线发生变化。集成电路上磁性电阻元件中的电阻值随着磁力线的变化而变化，电阻的变化导致电桥中输出电压的变化，经过比较器后，产生出每转20个脉冲信号。8.3.10速度传感器3.笛簧开关速度传感器〔1〕组成笛簧开关〔一对触点，触点臂为磁性材料〕、永磁转子〔通过钢缆随变速器输出轴一起旋转〕。〔2〕工作原理开关触点位于一个磁极之下时，两个触点臂产生磁性相同的磁极，在磁力排斥下触点断开〔图(a)(b)〕；开关触点位于二个磁极之下时，两个触点臂产生磁性相反的磁极，在磁力吸引下触点闭合〔图(b)〕。这样转子旋转，触点开闭与转子速度成正比，电路产生相应的方波信号。8.3.11轮速传感器〔车轮速度传感器〕功用类型：磁感应式、霍尔式8.3.11轮速传感器〔1〕结构它由永磁体2、极轴5和感应线圈4等组成,极轴头部结构有凿式和柱式两种。1.磁感应式轮速传感器8.3.11轮速传感器8.3.11轮速传感器8.3.11轮速传感器磁感应式轮速传感器结构简单、本钱低，但存在下述缺点：一是其输出信号的幅值随转速的变化而变化。假设车速过慢，其输出信号低于1V，电控单元就无法检测；二是响应频率不高。当转速过高时，传感器的频率响应跟不上；三是抗电磁波干扰能力差。目前，国内外ABS系统的控制速度范围一般为15～160km/h，今后要求控制速度范围扩大到8～260km/h以至更大，显然电磁感应式轮速传感器很难适应。8.3.11轮速传感器2.霍尔轮速传感器〔1〕结构：霍尔轮速传感器也是由传感头和齿圈组成。传感头由永磁体，霍尔元件和电子电路等组成，永磁体的磁力线穿过霍尔元件通向齿轮，如以下图。8.3.11轮速传感器〔2〕工作原理当齿轮位于图中(a)所示位置时，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)所示位置时，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，霍尔元件将输出一个毫伏(mV)级的准正弦波电压。此信号还需由电子电路转换成标准的脉冲电压。霍尔轮速传感器具有以下优点：其一是输出信号电压幅值不受转速的影响。；其二是频率响应高。其响应频率高达20kHz，相当于车速为1000km/h时所检测的信号频率；其三是抗电磁波干扰能力强。因此，霍尔传感器不仅广泛应用于ABS轮速检测，也广泛应用于其控制系统的转速检测。8.3.12减速度〔加速度〕传感器汽车在高附着系数路面制动时，减速度很大，而在低附着系数路面〔如冰雪路面〕制动时，减速度很小，ABS必须要有减速度传感器的信号才能判别路面状况。功用：将汽车的减速度信号转换成电信号输入ABS的ECU，以便判别路面状况并采取相应的控制。类型：光电式、水银式、差动变压器式、半导体式8.3.12减速度〔加速度〕传感器1.光电式减速度〔加速度〕传感器〔1〕结构8.3.12减速度〔加速度〕传感器〔2〕工作原理当汽车减速时，透光盘沿汽车纵向摆动，减速度不同，透光盘摆动的角度也不一样。减速度越大，透光盘摆动的角度越大，二组光电耦合器件的工作状态随之而变。根据二组光电耦合器件的输出信号将减速度分为4个等级：低减速率1〔光电三极管1、光电三极管2均导通〕；低减速率2〔光电三极管1截止、光电三极管2导通〕；中减速率〔光电三极管1、光电三极管2均截止〕；高减速率〔光电三极管1导通、光电三极管2截止〕。8.3.12减速度〔加速度〕传感器水银式减速度结构8.3.12减速度〔加速度〕传感器工作原理汽车在高附着系数路面制动时，减速度很大，传感器中的水银在惯性力作用下前移〔后面玻璃管〕，电路断开；而在低附着系数路面〔如冰雪路面〕制动时，减速度很小，传感器玻璃管中的水银根本不动，电路闭合。这种传感器还可作横向加速度传感器。由于汽车急转弯时横向加速度传感器中的水银上移使电路断开，ABS可根据这一信号调整左右车轮制动分泵压力，提高ABS的制动性能。

8.3.13开关控制信号1.蓄电池电压信号蓄电池正极直接与ECU连接，不受任何开关控制。功用：〔1〕蓄电池电压变化时，ECU修正喷油持续时间；〔2〕蓄电池电压变化时，ECU修正点火线圈初级电路导通时间；〔3〕保存存储器中的故障代码。8.3.13开关控制信号2.点火开关信号8.3.13开关控制信号3.启动信号与平安开关信号电路8.3.13开关控制信号3.启动信号作用4.空挡平安开关信号〔电路同启动信号〕5.空调〔A/C〕开关信号〔见以下图〕8.4电子控制器

电子控制器通常被简称为ECU(ElectricControlUnit)，其根本组成如图8-45所示。输入电路微机输出电路8.4电子控制器

1.输入电路作用：将传感器、开关等各种形式的输入信号进行预处理，转换为计算机可接受的数字信号。〔1〕数字信号输入电路数字信号只有高电平和低电平两种状态，信息由矩形波的个数或疏密来表示。它通过输入接口就可以输送给微机。在汽车电子控制系统中，有许多以脉冲数为计量参数的脉冲信号(如矩形波信号、正弦波信号等)和开关信号，这些信号还不是微处理器能够接受的数字信号，一般需要通过输入电路的预处理才能输入微处理器。对于无杂波的矩形波信号和开关信号，输入电路的作用一般是将其电平转换为微机的输人电平。而含有杂波的正弦波信号那么需通过输入电路的波滤、整形和电平转换后才可输入微机(图8-46)。8.4电子控制器

对于磁感应式转速传感器，由于其信号电压随转速而变，输入电路中可能还应包括信号放大电路和信号稳压电路，以便在转速很低时放大过弱的信号，而在转速很高时那么限制过高的电压输入。8.4电子控制器

〔2〕模拟信号输入电路模拟信号是一个连续变化的电量，往往用信号电压的幅值来表示信息的量值。如发动机冷却液温度传感器、叶片式和热式空气流量传感器等输出的就是模拟信号。模拟信号那么需经模数转换器A／D转化为相应的数字信息后才能被微机接受。A／D转换过程包括了采样、量化、编码。采样过程是A／D转换器以一固定的时间间隔对连续变化的模拟信号进行扫描，取得一系列离散的采样幅值。量化过程是通过舍人或去尾的方法将采样幅值变为一个有限有效数字的数。编码就是将这些代表各采样幅值的有效数字变为二进制数。A／D转换器的工作过程如图8-47所示。8.4电子控制器输入的模拟信号某一个采样幅值量化后，A／D便会输出一个微机可接受的二进制代码。8.4电子控制器〔3〕传感器电源除了磁感应式传感器、氧化锆型氧传感器等传感器外，许多传感器需要有一个电压稳定的电源。各传感器所需用的电源电压一般为5V，由电子控制器内的稳压电路提供。对于象热敏电阻式传感器(如发动机温度传感器、进气温度传感器等)、电位计式传感器(如节气门位置传感器、量板式空气流量传感器等)，电子控制器提供的电源电压还是信号的基准电压(图8-48)。因此，电源电压的波动将直接影响信号的准确性。8.4电子控制器8.4电子控制器2.微机电子控制器中微机的作用是根据传感器经输入电路送来的信号，用存储器中的控制程序和数据进行运算处理后，输出控制信号，并通过输出电路控制执行器。微机主要由中央微处理器(CPU)、存储器、输入／输出接口(I／O)等组成，如图8-49所示。8.4电子控制器〔1〕中央微处理器中央微处理器(CentralProcessingUnit)简称CPU，它是控制器的核心，包含有运算器、控制器、存放器等(图8-50)。8.4电子控制器中央微处理器的具体功能如下。①运算器：用于对数据进行算术运算和逻辑运算。②控制器：按事先编排的程序发出控制脉冲，控制计算机系统各部自动协调地工作。③存放器：用于暂时存储运算器的中间运算数据。CPU在控制器控制脉冲的控制下，按其时钟脉冲的节拍自动协调地进行数据的运算、存放、传送等操作。8.4电子控制器〔2〕存储器存储器的作用是记忆数据和程序，主要由只读存储器(ROM)和随机存储器(RAM)组成。①只读存储器(ReadOnlyMemory)ROM，用于存储控制程序、控制标准参数等一些固定的信息，在制造时一次写入后不能更改。PROM(ProgrammableROM)为可编程只读存储器，可由用户根据需要自行编程，一次写入，其作用和工作特性与ROM一样。EPROM(ErasableProgrammableROM)为可擦除可编程只读存储器，EPROM可反复擦写使用。8.4电子控制器EEPROM(ElectricallyErasableProgrammableROM)为电可擦只读存储器，可在通电的情况下改写局部信息，使微机的使用更为方便灵活。如专用的诊断仪器对EEPROM中的程序和数据进行修改，从而实现在用汽车电子控制系统的升级。②随机存储器(ReadAccessMemory)简称RAM，用于储存控制器工作过程中的运行数据，工作时随时可存入或读取信息，电源切断后，信息随即消失，自诊断系统的故障信息(故障码)和电子控制系统自适应学习修正参数也用RAM储存，这些信息需要在点火开关断开后仍然保存，因此电子控制器通常有一条不通过点火开关控制的电源连接线，使得储存故障和自适应修正信息的RAM在点火开关断开时仍然保持通电。8.4电子控制器〔3〕输入／输出接口输入／输出接口(Input／Output)简称I／O，它是CPU与外部设备进行数据传送的纽带，在CPU与外围设备之间起着数据的缓冲、电平和时序的匹配等多种作用。传感器经输入电路后通过输入接口与CPU连接，将信息传递给CPU；CPU通过输出接口经输出电路与执行器连接，实现对执行器的控制。8.4电子控制器

3.输出电路微机经输出接口输出的控制信号一般不能直接控制执行器，输出电路的作用就是根据微机的控制信号工作，使执行器按微机的指令动作。一些执行器的电源是蓄电池，使其工作的驱动电路就是将其搭铁电路接通。因此，电子控制器中的输出电路通常是由大功率三极管组成的驱动电路。通常的输出电路工作原理如图8-51所示。8.4电子控制器8.5执行器执行器的作用：严格按照控制器输出的控制信号来动作，将控制参量迅速调整到设定的值，使控制对象在设定的状态下工作。汽车电子控制系统执行器的种类和结构形式很多，