汽車電子控制主要傳感器的原理及檢測

陳霏

摘 要：隨著汽車工業的不斷發展，越來越多的科技運用于汽車，同時人們對汽車的要求越來越高，人們對汽車已經從簡單的交通工具要求，增加舒適、安全、節能、智能等等需求。隨著計算機電子控制等技術發展并運用于汽車，現代汽車發展已經越來越智能化、安全化。電子控制的特點就是越來越多的傳感器運用在汽車上，這些傳感器像一個個感官系統，感知溫度、壓力、流量、位置等數據，并將非電信號轉化為汽車ECU能夠識別的電信號，告知ECU當前汽車各部所處的狀態，從而ECU才能發出指令，控制各個執行器完成電子控制。一旦傳感器失效，對應的執行器將不能正常工作甚至不工作，因此，傳感器在汽車電子控制當中的作用非常重要。

關鍵詞：電子控制;傳感器;ECU

Abstract： With the continuous development of the automobile industry， more and more science and technology are applied to automobiles. At the same time， people's requirements for automobiles are getting higher and higher. People's requirements for automobiles have been increased from simple means of transportation to comfort， safety， energy saving， intelligence and so on. With the development of computer electronic control technology and its application in automobiles， the development of modern automobiles has become more and more intelligent and safe. The characteristics of electronic control is more and more sensors using in the car， the sensor as a sensory systems， perception， such as temperature， pressure， flow， position data， and the electrical signal into electrical signal， car ECU can identify inform ECU the ministries of the state， the current car to ECU to issue commands， control the complete electronic control actuators. Once the sensor fails， the corresponding actuator will not work properly or eve

前言

汽車的出現，改變了人們的出行方式，給人們生活帶來了便利。然而，隨著時代不斷的發展，人們對于汽車的要求越來越高。正是因為對汽車由最初的出行需求，發展到現在對汽車安全、舒適、節能、高效等等更高層次的需求，才不斷推動著汽車工業的發展?，F代汽車隨著科技的不斷發展，汽車已經成為集機械、電子、通信等功能于一體的機電產品。并且隨著IT技術的進一步發展，汽車的智能化網絡化程度越來越高，汽車對于傳感器的運用，由過去單純的運用在發動機上，已經擴展到底盤、車身電器、安全舒適等各個系統上。由此可見，傳感器在汽車電控系統中的地位不言而喻，已經成為學習汽車電控系統的入門知識。因此，學習和掌握各種傳感器的性能、結構、原理也變得尤為重要，只要明白了汽車ECU是如何感知汽車各個狀態，才能理解是ECU是如何控制的。下面對汽車電子控制系統中最常見，也是最主要傳感器的原理和簡單檢測方法進行敘述。

1 位置類傳感器

位置傳感器的原理，比較常見的多采用線性電位計原理位置傳感器，即由傳動機構帶動電位計的滑動觸點，通常給傳感器提供5V電壓，滑動觸點在不同的位置，接入回路的電阻不同，因此產生的電壓值也不同。利用此原理，將位置信號轉換為ECU可識別的電信號，傳輸給ECU后，可判別此時所處的位置。運用此原理常見的傳感器有：節氣門位置傳感器、液位傳感器、油門位置傳感器等。

電位計原理的位置傳感器通常插座為三線式，分別為電源線、信號線、接地線，其簡易檢測方法：

（1）運用萬用表歐姆檔，找到信號線針腳與接地針腳，兩表筆測量電阻，通過滑動觸點位置，測量不同位置上的電阻值，一般此類型傳感器電阻值與位置成線性變化。若測量后，成線性變化，可以簡單判定傳感器正常，否則不正常。以典型節氣門位置傳感器為例，怠速時約1000歐姆電阻值，節氣門全開時約4000歐姆。

（2）就車檢測時，通常選用萬用表直流電壓檔，首先兩表筆測量電源線與接地線間的電壓是否正常，通常給傳感器提供5V電壓，如果電壓不正常，傳感器有問題。若供電電壓正常，則繼續用兩表筆分別測量信號線與輸出線之間的電壓值，通過改變位置，測量得出不同的電壓值。觀察測量值是否根據位置變化成一定規律，即可簡單判定傳感器好壞。以典型節氣門位置傳感器為例，怠速時輸出電壓為0.5～1.0V，全開時約是4.5V。

2 壓力類傳感器

壓力傳感器運用的原理，比較常見的為采用應變儀進行壓力測量。施加壓力時，傳感器中裝有的應變儀金屬膜會發生變形，致使應變儀的電阻變化，應變儀通過連接一個測量電橋，當電阻值發生變化，電橋將失去平衡，引起輸出電壓的變化，從而將壓力的變化轉化成電阻電橋輸出電壓的變化，將壓力信號轉換為ECU可識別的電信號，傳輸給ECU后，可判別此時的壓力大小。運用此原理常見的傳感器有：進氣壓力傳感器、共軌壓力傳感器等。

應變儀壓力傳感器傳感器通常插座為三線式，分別為電源線、信號線、接地線，簡易檢測方法：

（1）關閉點火開關，拔下插頭，打開點火開關，萬用表調到直流電壓檔，首先兩表筆測量電源線與接地線間的電壓值，通常給傳感器提供5V電壓，如果電壓不正常，傳感器有問題。

（2）若供電電壓正常，則把插頭插上，然后用兩表筆測量信號線與輸出線的電壓，當壓力變化時，測取電壓值，進行不同壓力下的電壓值測量，一般來說，這類型壓力傳感器電壓隨壓力變化成線性變化，若測出的電壓值與壓力成線性變化，可以簡單判定傳感器正常。否則不正常。

3 溫度類傳感器

溫度傳感器運用的原理，比較常見的為熱敏式溫度傳感器。熱敏式溫度傳感器采用熱敏電阻，其特點是，隨著溫度的變化，其電阻值也跟著變化，一般采用負溫度系數熱敏電阻（NTC），其電阻值隨溫度的上升而下降。通過電阻變化，引起電壓變化，就將溫度轉化為ECU可識別的電信號。傳輸給ECU后，可判別此時的溫度。運用此原理常見的傳感器有：冷卻液溫度傳感器、排氣溫度傳感器、進氣溫度傳感器等。

此類傳感器通常只有兩個針腳，簡易檢測方法：

（1）電源電壓的檢查，拔下傳感器插頭，萬用表調到直流電壓檔，打開點火開關，測量兩針腳件的電壓，一般為5V。

（2）電阻檢查，拆下傳感器，把他放到盛滿水的容器中加熱，運用萬用表歐姆檔，兩表筆測量電阻，通過改變溫度，測量其電阻變化，變化規律為隨溫度的上升電阻值下降，看電阻與溫度是否成線性變化，若成線性變化，可簡單判定傳感器正常。

4 速度傳感器

速度傳感器運用的原理，比較常見的為霍爾效應原理。一般由齒圈（轉子）、霍爾發生器（定子）組成。其中霍爾發生器一般由霍爾電路和永久磁鐵組成。其工作原理是，當齒圈進入永久磁鐵與霍爾電路之間的空氣間隙時，不產生霍爾電動勢，當齒圈離開時，永久磁鐵與之形成磁路，并作用在霍爾電路上，產生霍爾電動勢輸出。就這樣，隨著齒圈的轉動，就會使得霍爾電路不斷的通斷，形成脈沖信號。其脈沖頻率即可表示轉速的快慢。運用此原理常見的傳感器有：ABS輪速傳感器、發動機轉速傳感器等。

簡易檢測方法：用萬用表直流電壓檔，兩表筆測量信號端和輸出端的電壓值，轉動齒圈，記錄萬用表電壓變化值，高電位標準值一般為9V，低電位標準值一般為0.1V，看電壓值是否在此范圍內。另外觀察該傳感器在工作過程中，是否為開關特性。由此來簡易判別傳感器的好壞。

5 爆震傳感器

爆震傳感器常用的為壓電式爆震傳感器，其內部有一個電壓敏感元件，當發動機爆震時，他把這種振動變成電壓信號，輸送給ECU。

簡易檢測方法：運用萬用表歐姆檔，測量爆震傳感器與地線之間電阻，傳感器應有3000～4500歐姆的電阻，如果不符合，則可以簡單判定為傳感器不正常。

6 氧傳感器

常見的氧傳感器由氧化鈦式氧傳感器和氧化鋯式氧傳感器，其原理都是運用材料特性，將氧含量轉化為ECU可識別的電信號。其主要區別是：氧化鋯式氧傳感器是將廢氣中的氧含量的變化轉化成電壓變化。而氧化鈦式氧傳感器是將廢氣中的氧含量的變化轉化成電阻值變化。

檢測方法，以氧化鋯式氧傳感器為例：

（1）查閱電路圖，找到相應的針腳，測量加熱元件的電阻，加熱元件電阻在常溫下一般為1～5歐姆，所以室溫時，如果電阻無窮大，說明加熱元件斷路，傳感器損壞。

（2）啟動發動機，檢測加熱元件的電壓，電壓應不低于11V。

（3）通常ECU將氧傳感器的輸出信號以0.5V為界，大于0.5V時，混合氣濃。小于0.5V時，混合氣過稀。因此可用萬用表電壓檔測量輸出線電壓。當怠速時，輸出電壓應為0.5V左右。當急踩加速踏板，使混合濃時，電壓應大于0.5V。當拔下空氣流量計到發動機之間的真空管，供給稀混合氣時，電壓應小于0.5V。通過觀察測量數據是否在范圍內，簡單判定傳感器是否正常。

氧化鈦式氧傳感器將廢氣中的氧含量的變化轉化成電阻值變化，最終形成電壓的變化，因此，其檢測方法與氧化鋯式氧傳感器大致相同，區別在于ECU供給傳感器電壓一般為1V，輸出電壓一般在0.1V～0.9V間變化，電壓高，表示混合氣濃，電壓低表示混合氣稀。

7 結論

總的來說，傳感器的作用就是將一些汽車ECU不能識別的物理量、化學量等，按一定的規律轉化成為可識別的信號。簡單來說，傳感器就是將非電量轉化為電量。汽車ECU通過接受傳感器發出的信號，識別汽車所處的工作狀態，并發送指令給汽車執行器，使其做出相應的動作，完成汽車的電子控制過程。傳感器種類很多，采用的原理也很多，并且每一種傳感器又有很多類型。在此只能進行傳感器典型分析，并不能一一敘述，但各種傳感器的構造、工作原理、檢測方法等有一定的共同點，只要掌握了基本原理以及基本的檢測方法，對于不同的類型傳感器理解并不難。一個傳感器的檢驗通常有如下內容：（1）傳感器的信號電壓、數據流;（2）傳感器的電源電壓（對于有源傳感器而言）;（3）傳感器線束的導通性，是否存在短路和斷路;（4）傳感器的電阻值;（5）傳感器的波形。

參考文獻

[1] 馮淵.汽車電子控制技術[M].機械工業出版社，2005（7）.

[2] 文凱.汽車傳感器圖解大全[M].化學工業出版社，2017（9）.

[3] 交通運輸部職業資格中心.機動車檢測評估與運用技術（檢測維修工程師）[M].人民交通出版社股份有限公司，2018（2）.

[4] 王鳳忠、張大鵬.汽車常用零部件的檢驗與維護200問[M].化學工業出版社，2013（7）.