智能汽车传感器技术课件 第2章 转速与相位传感器

智能汽车传感器技术项目二

转速与相位传感器认知与检测【项目目标】2022年4月，比亚迪汽车发出公告停止燃油汽车的生产与销售业务，成为全球首个全面停产燃油汽车、全面转型新能源汽车的车企。比亚迪DM-i超级混动系统，搭载自主研发的曲轴位置传感器与凸轮轴相位传感器，不但发动机的热效率突破43%，更能实现发动机与电动机的高效协同。知识目标1.理解电磁式、霍尔式、光电式转速与相位传感器的工作原理。2.理解不同类型转速与相位传感器的输出信号特性。3.理解不同类型转速与相位传感器在汽车动力系统、传动系统、控制系统的具体应用场景。技能目标1.能使用数字万用表、示波器等设备采集转速与相位传感器的输出信号。2.能判断传感器的工作状态和使用性能。3.能结合传感器输出信号和汽车故障现象分析，进行汽车故障诊断。素质目标1.严格遵循传感器检测、安装、调试等操作规范，培养学生严谨认真、一丝不苟的工作态度。2.感悟科技创新在推动汽车行业进步中的核心作用，激发学生追求科学进步的热情，培养不断探索、勇于创新的科学精神。任务2.1电磁式转速与相位传感器检测电磁式转速与相位传感器工作原理电磁式转速与相位传感器由信号转子、永久磁铁、信号线圈等组成

电磁式转速与相位传感器工作原理

任务2.1电磁式转速与相位传感器检测电磁式发动机转速传感器发动机转速传感器，也称曲轴位置传感器大众迈腾B7L使用第二代EA888发动机，转速传感器G28安装在发动机的缸体上

该传感器的作用有2个，获得发动机转速信号，获得曲轴转角位置信号如果传感器信号中断，发动机将不能起动、熄火，转速表不显示转速任务2.1电磁式转速与相位传感器检测电磁式发动机转速传感器信号轮安装在曲轴后部，有58个凸齿、57个小齿缺和1个大齿缺，大齿缺所占弧度等于2个凸齿与3个小齿缺的弧度之和传感器安装在缸体上，对准信号轮的部位曲轴每转一圈，信号轮能够在传感器的线圈上产生58个信号电压57个信号电压的高低电平各占3度的曲轴转角时间1个信号电压的高电平占3度的曲轴转角时间、低电平占15度的曲轴转角时间任务2.1电磁式转速与相位传感器检测电磁式发动机转速传感器测量管脚2、3之间的电阻，正常电阻值应在730-1000欧姆测量管脚1、2之间与管脚1、3之间的电阻应为无穷大用磁铁划过G28模拟信号轮转动的情况，测量管脚2、3之间是否有电压产生由于电压是脉冲信号，无法准确的用万用表测量信号电压的大小，可用示波器记录信号电压的变化情况可以使用解码器的数据组功能读取轮速传感器的数据流，数据组号为第11组大众B7L

G28电路原理图

任务2.1电磁式转速与相位传感器检测电磁式车速传感器将变速器的驻车齿轮作为信号转子车速传感器通常安装在变速器的输出轴附近汽车行驶的车速越高，自动变速器输出轴的转速也越高，车速传感器线圈中产生的感应电压的脉冲频率也越高，电控组件根据脉冲频率计算汽车的行驶速度。有的自动变速器的输入轴也安装了转速传感器，ECU将发动机转速、变速器输入轴转速、变速器输出轴转速进行综合分析，计算液力变矩器的传动比、更精确控制换档过程。任务2.1电磁式转速与相位传感器检测电磁式车速传感器（1）开路检测拔下车速传感器接头，用万用表测量传感器两接线端子间的电阻，一般线圈电阻值为几百～几千欧姆。丰田卡罗拉轿车车速传感器电路图

（2）模拟检测将车支起，用手转动悬空的驱动车轮，同时用万用表测量车速传感器的两接线端子间有无脉冲感应电压。（3）单体时检测拆下车速传感器，有一根铁棒或一块磁铁迅速靠近或离开传感器，同用万用表测量传感器两接线端子间有无脉冲电压产生。任务2.1电磁式转速与相位传感器检测电磁式轮速传感器车轮转速传感器的作用是将车轮的转速信号传给ABS电子控制单元大众桑塔纳MK20-Ⅰ型ABS系统共有4个车轮转速传感器2个前轮转速传感器G45和G47安装在转向节上，前轮的齿圈(43齿)安装在传动轴上作为信号轮前车轮转速传感器（G45/G47）安装位置

1-齿圈

2-前轮转速传感器

任务2.1电磁式转速与相位传感器检测电磁式轮速传感器车轮转速传感器的作用是将车轮的转速信号传给ABS电子控制单元大众桑塔纳MK20-Ⅰ型ABS系统共有4个车轮转速传感器2个后轮转速传感器G44和G46安装在固定支架上，后轮的齿圈(43齿)安装在后轮毂上作为信号轮后车轮转速传感器(G44/G46)安装位置

1-齿圈

2-后轮转速传感器任务2.1电磁式转速与相位传感器检测电磁式转速与相位传感器不需要工作电源就能自主工作，结构简单、成本低。但存在以下缺点：（1）低速特性不好。输出信号电压的幅值随转速的变化而变化，如果转速过低，其输出信号电压也过低，电控单元无法检测。（2）响应频率有限制，工作带宽在10～1000Hz之间，如果转速过高或过低就不能检测。（3）抗电磁波干扰能力差。虽然电磁式转速传感器研发了磁阻式转速传感器可以检测极低的转速，但总体性能仍有局限性，所以霍尔式转速传感器正在逐步替代电磁式转速传感器。任务2.1电磁式转速与相位传感器检测电磁式转角传感器转角传感器主要由感应线圈和信号挡圈组成，用来检测方向盘转向量。任务2.1电磁式转速与相位传感器检测电磁式旋变传感器旋变传感器（Resolver，全称为旋转变压器传感器），是一种角度测量装置，用于实时监测旋转机械的旋转角度、转速、转位和转向，输出与转角成正弦/余弦关系的电信号。定子固定于设备主体，通常设有1个输入交变电压的励磁绕组和2个正交输出绕组，2个正交绕组相互垂直，分别称为正弦绕组和余弦绕组。转子与被测旋转部件连接，仅有1个绕组，称为转子绕组，其轴线随转子旋转，与定子励磁绕组轴线的夹角即为被测角度θ。任务2.1电磁式转速与相位传感器检测电磁式旋变传感器旋变的工作基于电磁感应中的互感变化：定子励磁绕组通入交变电流产生交变磁场，转子绕组因电磁感应产生感应电动势，定、转子绕组的相对位置改变使输出绕组的感应电压幅值被角度θ调制。励磁信号输入：Uf=Umsinωt转子感应与角度调制：输出绕组信号：转子绕组的感应电动势反向耦合到定子的正弦、余弦绕组，形成“调幅波”定子正弦绕组输出电压定子余弦绕组输出电压任务2.1电磁式转速与相位传感器检测电磁式旋变传感器转子与定子的相对角度θ，其计算基于定子输出绕组的解调信号转速n的计算任务2.1电磁式转速与相位传感器检测

霍尔式转速与相位传感器的工作原理任务2.2霍尔式转速与相位传感器检测

由于霍尔效应与电流、磁场、电压等三者有关，利用霍尔元件可以制成各种霍尔传感器，可以检测电压、电流、转速、位移等各种物理量，还可以计数。

霍尔式转速与相位传感器的工作原理任务2.2霍尔式转速与相位传感器检测（1）固定磁场式霍尔传感器传感器由霍尔元件、永久磁铁和遮磁叶轮组成遮磁叶轮由导磁材料冲制成盘状或桶状，并具有遮磁叶片和导磁窗的结构遮磁叶片的多少和是否均布由传感器的功能决定霍尔元件和永久磁铁固定在一块导磁的基板上，保持一定的间隙遮磁叶片安装在转轴上，随轴转动霍尔式转速与相位传感器的工作原理任务2.2霍尔式转速与相位传感器检测（2）移动磁场式霍尔传感器

在旋转或直线移动的零件上设置永久磁铁霍尔传感器固定在壳体或箱体上当零件作运动时，磁场的变化在霍尔元件中引发霍尔电压。通过移动磁场来改变通过霍尔元件的磁通量变化，使霍尔电压发生变化

霍尔式转速与相位传感器的工作原理任务2.2霍尔式转速与相位传感器检测（3）一体式式霍尔传感器

霍尔式转速与相位传感器的工作原理一体式霍尔传感器将霍尔元件、永久磁铁和集成芯片封装在一个传感器壳体内传感器安装在需要检测的部位外部导磁零件运动引起磁场变化，改变作用于霍尔元件上的磁场强度，从而产生霍尔电压信号信号经过内藏式集成芯片处理后可直接为控制系统提供信号，甚至可以向数据总线提供数字信号。任务2.2霍尔式转速与相位传感器检测霍尔式发动机转速传感器大众B8L将发动机升级为第三代EA888，转速传感器G28改为霍尔式，原因是第三代EA888增加了混合喷射（缸内直喷+歧管喷射）和发动机启停技术，需要更精确的检测曲轴位置任务2.2霍尔式转速与相位传感器检测霍尔式发动机转速传感器第三代EA888发动机发动机转速传感器1-气缸体

2、4-轴瓦

3-曲轴

5-螺栓

6-轴承盖7-信号轮螺栓

8-信号轮

9-止推垫片

10-螺栓大众B8L将发动机升级为第三代EA888，转速传感器G28改为霍尔式，原因是第三代EA888增加了混合喷射（缸内直喷+歧管喷射）和发动机启停技术，需要更精确的检测曲轴位置信号轮仍由58个凸齿、57个小齿缺和1个大齿缺构成任务2.2霍尔式转速与相位传感器检测霍尔式发动机转速传感器大众B8L将发动机升级为第三代EA888，转速传感器G28改为霍尔式，原因是第三代EA888增加了混合喷射（缸内直喷+歧管喷射）和发动机启停技术，需要更精确的检测曲轴位置信号轮仍由58个凸齿、57个小齿缺和1个大齿缺构成任务2.2霍尔式转速与相位传感器检测霍尔式发动机转速传感器J623-发动机控制单元G28-发动机转速传感器G42-进气温度传感器G71-进气歧管压力传感器GX9-进气歧管传感器

G281号端子：由发动机电控单元提供5V的工作电压2号端子：信号反馈端

3号端子：接地端任务2.2霍尔式转速与相位传感器检测霍尔式发动机转速传感器思考为何传感器输出信号为方波如何解读曲轴转速信号如何解读曲轴相位信号任务2.2霍尔式转速与相位传感器检测霍尔式发动机转速传感器单件检测拆下传感器，分别测量3个端子电阻应为无穷大在路检测插回线束并接通电路，检测端子1、3之间应有5V工作电压输入转动发动机，检测端子1、2之间，应有方波信号电压输出

任务2.2霍尔式转速与相位传感器检测霍尔式凸轮轴位置传感器判缸传感器凸轮轴位置传感器G40凸轮轴位置传感器G300分别检测二个凸轮轴的位置额外增加—第三代EA888发动机采用了双顶置凸轮轴和混合喷射技术任务2.2霍尔式转速与相位传感器检测霍尔式凸轮轴位置传感器凸轮轴位置传感器属于移动磁场式霍尔传感器凸轮轴上套有一个半周环，转一圈在霍尔元件上产生1个脉冲信号发动机电控单元根据G28、G40、G300信号精确判定曲轴位置如果G40或G300其中一个传感器信号断路，发动机仍能正常工作，仅记录故障码任务2.2霍尔式转速与相位传感器检测霍尔式凸轮轴位置传感器G40传感器1号端子是5V工作电压输入端2号端子是信号电压反馈端3号端子是接地端G300传感器1号端子是5V工作电压输入端2号端子是信号电压反馈端3号端子是接地端任务2.2霍尔式转速与相位传感器检测霍尔式凸轮轴位置传感器单件检测拆下传感器，分别测量3个端子电阻应为无穷大在路检测插回线束并接通电路，检测端子1、3之间应有5V工作电压输入转动发动机，检测端子2、3之间应有方波信号电压输出任务2.2霍尔式转速与相位传感器检测霍尔式凸轮轴位置传感器G40波形为黄色G300波形为绿色怠速时两个波形之间相差8ms任务2.2霍尔式转速与相位传感器检测霍尔式轮速传感器比亚迪E5ABS系统工作原理类似于燃油汽车，在四个车轮都安装了轮速传感器，制动时检测每个车轮的转速以防车轮抱死比亚迪E5汽车ABS系统组成

任务2.2霍尔式转速与相位传感器检测霍尔式轮速传感器采用一体式霍尔传感器，封装了霍尔元件、永久磁铁和集成芯片ABSECU向轮速传感器提供12V的工作电压每个半轴各安装了一个48齿的齿圈作为信号轮半轴每转一圈能在传感器上产生48个幅值基本恒定占空比为50%的方波比亚迪E5轮速传感器任务2.2霍尔式转速与相位传感器检测霍尔式轮速传感器半轴每转一圈，信号轮能在传感器上产生48个幅值基本恒定占空比为50%的方波低电压为0.5V，高电压为1V频率随车速的增大而增大比亚迪E5轮速传感器信号波形

任务2.2霍尔式转速与相位传感器检测霍尔式轮速传感器单件检测测量轮速传感器连线对地电阻应为无数大测量传感器与ECU之间连线的电阻应小于0.5欧姆

比亚迪E5轮速传感器电路图

在路检测将跳线盒连接到线束插接器上测量ABSECU对传感器的供电电压应为12V将汽车举升，用车转动车轮应有方波信号电压输出，频率随转速增大而增大任务2.2霍尔式转速与相位传感器检测霍尔式轮速传感器大众B8L汽车的车轮轮速传感器、变速箱输入轴转速传感器、变速箱输出轴转速传感器、驱动轴转速传感器也都将电磁式转速传感器换为霍尔式转速传感器，提高了检测精度和响应速度大众B8L霍尔式转速传感器G501-驱动轴转速传感器1G502-驱动轴转速传感器2G195-变速箱输出轴转速传感器G196-变速箱输出员转速传感器2任务2.2霍尔式转速与相位传感器检测光电式传感器工作原理光电式传感器的基础是光电转换元件的光电效应，将光信号转换成电信号输出它能测量光照强度，还能利用光线的透射、遮挡、反射、干涉，进行尺寸、位移、速度、温度等多种物理量的检测光电传感器不与被测对象直接接触，精度高、反应快、可测参数多，但是价格较贵并且对测量的环境条件要求较高。任务2.3光电式转速与相位传感器检测光电式传感器工作原理光电效应是光照射到某些物质上，使该物质的导电特性发生变化的一种物理现象，可分为外光电效应和内光电效应二类外光电效应，是在光线作用下物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象，又称光电导效应光子是以量子化“粒子”的形式对可见光波段内电磁波的描述，每个光子具有能量：Ek=hv

当光子能量等于或大于逸出功时才能产生外光电效应每一种物体都有一个对应于光电效应的光频阈值，称为红限频率对于红限频率以上的入射光，外生光电流与光强成正比。任务2.3光电式转速与相位传感器检测光电式传感器工作原理内光电效应，是在光线作用下物体的导电性能发生变化或产生光生电动势的效应，又称为光生伏特效应。任务2.3光电式转速与相位传感器检测光电式传感器工作原理光敏电阻是采用硫化隔制成的半导体材料，利用光电导效应工作的光电元件在黑暗环境中，光敏电阻的阻值很大当受到光照时，只要光子能量大于半导体材料禁带宽度，则价带中的电子吸收一个光子的能量后可跃迁到导带，并在价带中产生一个带正电荷的空穴，使其电阻率变小，通常在几千欧姆光敏电阻的结构

任务2.3光电式转速与相位传感器检测光电式传感器工作原理光敏管包括光敏二极管和光敏晶体管光敏二极管装在透明玻璃外壳中，PN结装在管的顶部，可以直接受到光照射光敏二极管在电路中一般是处于反向工作状态在没有光照射时，反向电阻很大，反向电流很小当光照射在PN结上，光子使PN结附近产生光生电子和光生空穴对，它们在PN结处的内电场作用下作定向运动，形成光电流光敏二极管在不受光照时处于截止状态，受光照射时处于导通状态任务2.3光电式转速与相位传感器检测光电式传感器工作原理光敏管包括光敏二极管和光敏晶体管光敏晶体管实质上是一种相当于在基极和集电极之间接有光敏二极管的普通晶体管。引出电极通常只有两个，也有三个的为适应光电转换的要求，基区面积较大，发射区面积较小，入射光主要被基区吸收任务2.3光电式转速与相位传感器检测光电式传感器工作原理信号发生器由发光二极管、光敏管和电子电路组成发光二极管对正光敏管，信号盘在发光管和光敏管之间信号盘运转，信号盘上有孔产生透光和遮光的交替变化，使信号发生器输出表征转速和相位的脉冲信号任务2.3光电式转速与相位传感器检测光电式发动机转速与相位传感器日产公司的光电式发动机转速传感器由信号发生器和带缝隙、光孔的信号盘组成信号盘由凸轮轴驱动，外围均布有360条缝隙，产生1度信号信号盘内缘有隔60度分布有6个光孔，产生120度曲轴转角信号，其中有一个较宽的光孔是产生第一缸上止点对应的120度信号缝隙——对应六缸机1-120度信号孔（第1缸）

2-1度信号孔

3-120度信号孔任务2.3光电式转速与相位传感器检测光电式发动机转速与相位传感器当发光管的光束照射到光敏管上时，感光产生电压当发光管的光束被遮挡时，光敏管产生的电压为零将光